Calculateur d’humidité relative et d’humidification
Estimez la variation de l’humidité relative lorsque l’air extérieur est chauffé ou refroidi, ainsi que la quantité d’eau à ajouter ou à retirer pour atteindre une humidité intérieure cible.
Il s’agit d’un calcul préliminaire de CVC fondé sur le modèle du gaz parfait à pression constante, et non d’un modèle de local rigide étanche ou d’un dimensionnement complet d’humidificateur ou de déshumidificateur. Il couvre les températures de −20 à 50 °C et les pressions absolues de 60 à 110 kPa. L’humidité relative est définie par rapport à l’eau liquide, y compris l’eau surfondue en dessous de 0 °C. Les résultats en dessous de 0 °C ne garantissent pas l’absence de givre.
Résultats du calcul
| Rapport d’humidité de l’air extérieur, g d’eau/kg d’air sec | |
|---|---|
| Humidité absolue de l’air extérieur, g d’eau/m³ d’air extérieur | |
| Humidité relative intérieure après modification de la température uniquement, % | |
| Humidité absolue intérieure avant ajustement de l’humidité, g d’eau/m³ | |
| Rapport d’humidité cible, g d’eau/kg d’air sec | |
| Traitement de l’humidité requis | |
| Variation requise du rapport d’humidité, g d’eau/kg d’air sec | |
| Volume du local utilisé, m³ | |
| Masse volumique de l’air humide intérieur avant ajustement de l’humidité, kg/m³ | |
| Masse initiale d’air sec dans le local, kg | |
| Quantité d’eau à ajouter ou à retirer ponctuellement, kg (environ L) | |
| Fraction d’air extérieur dans le débit d’air total, % | |
| Débit d’air extérieur aux conditions intérieures cibles, m³/h | |
| Débit d’eau à ajouter ou à retirer pour la ventilation, kg/h (environ L/h) |
Comprendre l’humidité relative et les besoins en eau
L’humidité relative compare la pression partielle de vapeur d’eau à la pression de vapeur saturante à la même température. Elle ne correspond pas à la quantité d’eau par kilogramme d’air. Le rapport d’humidité est la masse d’eau par kilogramme d’air sec ; l’humidité absolue est la masse d’eau par mètre cube d’air humide. Ces unités ne doivent pas être confondues.
Lors d’un chauffage sensible à pression constante, sans échange d’humidité, le rapport d’humidité reste constant et l’humidité relative diminue. L’humidité absolue en g/m³ varie également, car le volume de l’air change. Le refroidissement augmente l’humidité relative jusqu’à atteindre la saturation. Un refroidissement en dessous du point de rosée provoque de la condensation ; ce calculateur s’arrête au lieu d’afficher une humidité relative impossible supérieure à 100 %. Un modèle de batterie de refroidissement ou de condensation est alors nécessaire. Du givre peut se former en dessous de 0 °C même lorsque l’humidité relative par rapport à l’eau liquide est inférieure à 100 %.
Bases du calcul
Avec la pression en Pa et la température en °C : pw = RH/100 × pws(T), et W = 0,621945 pw/(p − pw). L’équation actualisée de Buck pour l’eau liquide est pws = 611,21 exp[(18,678 − T/234,5) T/(257,14 + T)]. Aucun facteur de correction pour l’air humide n’est appliqué.
L’humidité relative intérieure (RH) avant ajustement de l’humidité est égale à 100 pw,out/pws(Tin). La masse initiale d’air sec est égale à V(p − pw,out)/[287,042(Tin + 273,15)]. En multipliant cette masse par la différence entre le rapport d’humidité cible et le rapport d’humidité initial, on obtient la variation ponctuelle de la quantité d’eau présente pour une masse fixe d’air sec. Le signe distingue l’humidification de la déshumidification ; les quantités affichées sont des valeurs absolues.
Pour la ventilation, le débit massique d’air sec est calculé à partir du débit volumique saisi et de la pression de vapeur aux conditions intérieures cibles. Le débit d’eau est égal au débit massique d’air sec × la fraction d’air extérieur × |Wtarget − Woutside|. L’air recyclé est supposé revenir aux conditions cibles. Aucun débit ne peut être déterminé à partir du seul volume du local et du seul pourcentage de recyclage.
Exemple et limites
À 101,325 kPa, l’air extérieur à −10 °C et à 30 % d’humidité relative contient environ 0,53 g d’eau/kg d’air sec. Le chauffer à 20 °C sans ajouter d’eau donne une humidité relative d’environ 3,68 %. Atteindre 40 % d’humidité relative nécessite environ 5,27 g d’eau/kg d’air sec. Pour l’exemple de 1 000 m³, l’ajustement ponctuel de la quantité d’eau présente est d’environ 6,34 kg ; avec un renouvellement total d’air par heure et 60 % de recyclage, la charge hydrique liée à la ventilation est d’environ 2,51 kg/h.
Il s’agit de bilans hydriques idéaux. Les occupants, les produits, les infiltrations en dehors du débit d’air indiqué, les portes ouvertes, les échanges d’humidité avec les matériaux du bâtiment, les pertes de l’humidificateur et les charges thermiques ne sont pas pris en compte. Pour ces résultats d’évaluation préliminaire, la quantité d’eau en kilogrammes est approximativement égale à son volume en litres à l’état liquide ; l’énergie d’évaporation et la capacité des équipements ne sont pas calculées. Un local véritablement étanche et de volume fixe nécessite un bilan de pression et de masse différent.
Les m³/h réels et les m³/h normaux correspondent à des bases de débit différentes. N’utilisez pas ce calcul de chauffage, ventilation et climatisation (CVC) pour un flux d’évacuation chaud et saturé ou pour un calcul d’émission d’eau en Nm³/h sans définir la température normale, la pression normale et préciser si le débit est exprimé sur gaz sec ou sur gaz humide.
Choisir une humidité cible
L’humidité relative peut être mesurée à l’extérieur à l’aide d’instruments adaptés et étalonnés ; l’incertitude de mesure dépend du capteur, de son installation et des conditions. L’air froid peut présenter une humidité relative élevée tout en contenant peu de vapeur d’eau. La température seule ne détermine pas l’humidité relative.
Les objectifs d’humidité intérieure dépendent des conditions du bâtiment et de son usage. Pour les logements, l’Agence américaine de protection de l’environnement (US EPA) conseille de maintenir l’humidité relative en dessous de 60 %, idéalement entre 30 et 50 %, afin de contribuer à maîtriser les moisissures. Il s’agit de recommandations de maîtrise de l’humidité dans les logements, et non d’une spécification industrielle ou clinique universelle. Une condensation persistante sur les surfaces mérite une attention particulière, même si l’humidité relative du local semble acceptable.
| Application | Quels critères doivent déterminer la cible ? |
|---|---|
| Bâtiments occupés en général | Confort, risque de condensation, conditions extérieures et exigences de ventilation applicables. |
| Matériaux, alimentation et fabrication | Stabilité de la teneur en eau des produits, exigences des procédés, conditions de stockage et spécifications des fournisseurs. |
| Musées, archives et bibliothèques | Exigences de conservation propres aux collections et maîtrise des fluctuations dommageables. |
| Établissements de santé et environnements contrôlés | Exigences applicables à l’établissement, classification des locaux et critères de conception spécialisés. |
| Procédés sensibles à l’électricité statique | Le programme complet de maîtrise des décharges électrostatiques ; l’humidité seule ne garantit pas la protection. |
Ce calculateur ne détermine pas le risque de maladie et ne prescrit pas de plages d’humidité pour l’asthme, les allergies, les hôpitaux ou des produits particuliers.
Références et outils connexes
NCAR Earth Observing Laboratory : équations de pression de vapeur d’eau; PsychroLib : relations psychrométriques de l’ASHRAE; US EPA : recommandations sur l’humidité et les moisissures dans les logements.
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