La climatisation
La climatisation est un moyen mécanique de contrôle de l’environnement intérieur des bâtiments par la circulation, la filtration, la réfrigération et la déshumidification de l’air.
Histoire de la climatisation
Bien qu’elle soit généralement considérée comme une méthode de refroidissement des intérieurs, elle traite les facteurs interdépendants de la température, de l’humidité, de la pureté et du mouvement de l’air et est étroitement liée aux développements de l’électrification des bâtiments. L’histoire de la modification de l’air des bâtiments par les êtres humains remonte à des millénaires, et les principaux composants de ce que nous appelons aujourd’hui la climatisation, tels que la ventilation forcée et la réfrigération mécanique, étaient bien développés au XIXe siècle.
Cinquante ans avant que le terme climatisation ne soit utilisé pour décrire un système mécanique, les nouvelles Chambres du Parlement de Londres ont été construites selon le plan complet et controversé de David Boswell Reid pour le refroidissement, le chauffage, la purification, l’humidification et la circulation de l’air. L’air extérieur était aspiré dans un conduit, passé à travers des feuilles filtrantes, chauffé par un chauffe-eau ou refroidi sur des blocs de glace, puis aspiré à travers des trous dans le sol jusqu’à la Chambre des communes. L’air vicié a été aspiré par la chaleur d’un feu de ventilation à travers des panneaux surélevés dans un plafond de verre et évacué.
Le terme « climatisation » a été introduit en tant que terme technique au XXe siècle par un ingénieur textile américain, Stuart W. Cramer. Il l’a utilisé pour décrire un processus par lequel les usines textiles pouvaient être humidifiées et ventilées afin de « conditionner » le fil qui y était produit. Ses unités murales et de plafond aspiraient l’air dans leurs boîtiers, où il était aspiré à travers un jet d’eau et un filtre en tissu et évacué. Hygromètre de Cramer mesurait la chaleur et l’humidité relative de l’air et contrôlait automatiquement l’ensemble du système.
Le contemporain de Cramer, Willis Carrier, a été l’un des chercheurs et promoteurs les plus acharnés du « temps artificiel », et bien qu’il soit connu comme le père de la climatisation, la gamme de processus et de produits impliqués dans la climatisation ne peut être attribuée à un seul auteur. L’appareil de traitement de l’air de Carrier n’était utilisé que pour purifier l’air qui circulait déjà dans les systèmes de ventilation existants. Des technologies qui aboutiraient au refroidissement des pièces étaient en cours de développement dans l’industrie de la réfrigération en même temps que les travaux de Carrier dans le domaine de l’humidification.
Pendant des siècles, la glace et l’eau ont été manipulées pour refroidir l’air qui circulait dans les théâtres, les hôpitaux, les usines et autres grands espaces publics. La Bourse de New York a été refroidie à l’air en 1904 à l’aide d’un réfrigérant toxique à base d’ammoniac. L’air était canalisé du niveau du toit vers le sous-sol où il était filtré à travers des couches d’étamine suspendue et de serpentins refroidis à la saumure, puis soufflé dans le bâtiment par un ventilateur.
Le développement de la climatisation industrielle, également appelée climatisation de process, a dominé l’industrie nouvellement créée au début du XXe siècle. Chaque système de climatisation a été conçu sur mesure par des ingénieurs pour les bâtiments dans lesquels ils ont été installés. Le confort humain était un sous-produit des technologies visant à améliorer la production industrielle.
Le confort a commencé à être promu comme un luxe dans les années 1920 lorsque des milliers de « stations de refroidissement par évaporation » ont été installées dans les cinémas où elles soulageaient les foules de la chaleur et des odeurs. Le grand magasin J.L. Hudson de Détroit, au Michigan, a été le premier espace commercial à bénéficier d’un « refroidisseur centrifuge » installé par la Carrier Corporation en 1924.
Bien qu’Alfred Wolff ait installé des systèmes de climatisation dans les maisons de l’élite au cours de la dernière décennie du XIXe siècle, la production de masse de climatiseurs domestiques ou centraux a continué à relever des défis importants au XXe siècle : taille, poids, coût, sécurité et limites de la capacité de service électrique des bâtiments domestiques. L’un des premiers refroidisseurs de salle, le Frigidaire Room Cooler de 1928, pesait 270 kilogrammes, nécessitait 2,7 kilogrammes d’un réfrigérant toxique et était disponible dans une seule puissance de 5500 Btu par heure.
Un refroidisseur de pièce de cette taille ne pouvait être (et était souvent) utilisé qu’en violation des codes électriques. Les premiers refroidisseurs de chambre coûtent des milliers de dollars. Il n’est pas surprenant qu’en 1930, General Electric n’ait pu vendre et installer que trente modèles DH5, dont le boîtier ressemblait à une armoire de phonographe Victrola.
La climatisation a commencé à être commercialisée comme un appareil de confort pour la consommation domestique dans les années 1930, car les fabricants et les techniques de production de masse ont contribué à démocratiser un produit coûteux, encombrant et conçu et installé sur mesure. Les privations de la Grande Dépression suivies du boom immobilier de l’après-guerre (en particulier aux États-Unis) ont facilité la production de masse et l’installation de climatiseurs domestiques dans tous les domaines.
Le développement du gaz chlorofluorocarbone (CFC ou Fréon)
Par Thomas Midgely dans le Dans les années 1920, sa fabrication par DuPont et son application réussie dans l’industrie de la réfrigération ont galvanisé le développement de la climatisation à la fois comme dispositif de refroidissement et comme produit de masse. Le fréon était considéré comme le premier réfrigérant non toxique et un substitut au dioxyde de soufre, au dioxyde de carbone et à l’ammoniac. Avec le développement du moteur-compresseur hermétiquement scellé et des serpentins à ailettes légers, il a fourni la base de la climatisation dans sa forme actuelle.
Les climatiseurs fabriqués après le début des années 1930, qu’ils soient placés dans une fenêtre ou installés dans le cadre des conduits internes d’un bâtiment (climatisation centrale), comprennent cinq composants mécaniques de base : compresseur, ventilateur (souvent deux), serpentin du condenseur, serpentin de l’évaporateur et réfrigérant chimique. Dans les systèmes centraux, ou « divisés », il y a un côté chaud, situé à l’extérieur du bâtiment, et un côté froid, situé à l’intérieur. Du côté froid, l’air intérieur chaud est aspiré dans le four et soufflé sur un serpentin d’évaporateur dans lequel se trouve le liquide réfrigérant.
Le réfrigérant absorbe la chaleur de l’air et s’évapore, et l’air refroidi circule ensuite dans tout le bâtiment dans des conduits internes. Le réfrigérant évaporé est ensuite pompé à travers un compresseur et sur des serpentins de condenseur en contact avec l’air extérieur. Une fois que la chaleur du réfrigérant est transférée à l’air extérieur, il se liquéfie et recircule à travers un détendeur et retourne dans le côté froid du système. L’air chaud est expulsé vers l’extérieur par un ventilateur.
Un climatiseur de fenêtre, qui est alimenté à l’électricité et peut peser environ 25 kilogrammes, contient également un côté chaud et un côté froid, situés respectivement à l’extérieur et à l’intérieur de la fenêtre. Mis à part le fait que les côtés chaud et froid du système central sont divisés et que le système central a une capacité beaucoup plus élevée, ces deux systèmes fonctionnent sur des principes essentiellement identiques. Les grands bâtiments, taxés par une tuyauterie extensive et des capacités plus grandes, utilisent souvent des systèmes d’eau glacée et des tours de refroidissement.
En 1970, plus de cinq millions de climatiseurs individuels étaient produits par an. À la fin du XXe siècle, plus de 80 % des maisons unifamiliales aux États-Unis étaient équipées de la climatisation.
Depuis les années 1970, les développements de la climatisation se sont concentrés sur l’efficacité et les préoccupations environnementales. On a découvert que le fréon détruisait la couche d’ozone, et des restrictions sur son utilisation et sa fabrication ont été imposées. Il a été remplacé dans les climatiseurs par des liquides de refroidissement plus sûrs tels que les hydrofluorocarbures et les hydro chloro carbures. À la fin du XXe siècle, un mouvement visant à remplacer des milliers de climatiseurs au fréon ou aux CFC par des modèles sans CFC à plus haut rendement était en cours.
