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 Solution technique - Mars 2019

Anticiper la surchauffe des armoires électriques


La pérennité d’une installation électrique dépend du soin apporté à l’ambiance thermique dans les armoires et coffrets. En effet, certains confinements regroupent des composants qui, ensemble, élèvent la température au-delà d’une limite acceptable. D’où le recours à différentes solutions disponibles sur le marché.



SolTec 106 1SolTec 106 2À l’intérieur de l’armoire électrique ou du coffret, les composants électriques sont protégés des agressions et phénomènes externes (poussières, manipulations non autorisées, contact direct…). Mais ce confinement freine l’évacuation de la chaleur produite par ces mêmes composants électriques et d’automatisme. La somme des dégagements thermiques peut engendrer une élévation de température néfaste pour la durée de vie de ces composants. En général, ces derniers peuvent endurer sans dommage une température continue jusqu’à 35 °C (25 °C pour les produits informatiques). Au-delà, une élévation constante de 10 °C réduit leur durée de vie de moitié ! Cette situation est d’autant plus critique que les composants, toujours plus compacts, sont de plus en plus nombreux au sein d’une armoire. Ils sont aussi plus sensibles aux températures élevées.
Un bilan thermique consiste alors à totaliser les puissances thermiques théoriquement dégagées et à calculer ou estimer la dissipation naturelle de cette puissance via les parois de l’armoire.
Rappelons aussi que (comme pour la conservation d’un bon vin), l’ennemi des composants électriques n’est autre que l’amplitude des écarts de température. D’où l’importance d’une régulation la plus constante possible, quelle que soit la charge de l’installation.

Quelques questions de base
La première question à se poser est de savoir si la température souhaitée dans l’armoire est inférieure à la température extérieure. Si oui, il n’est donc pas possible de refroidir par ventilation, convection ou échangeur air/air : seul un échangeur air/eau ou un climatiseur sera pertinent.
Ensuite, il est important de savoir si l’armoire est au minimum étanche selon un indice de protection IP54. Si oui, la situation est favorable à un échangeur air/air ou à un climatiseur. Dans le cas contraire, une perméabilité non maîtrisée faussera le bilan thermique et, pire, risque d’induire des phénomènes de condensations à l’intérieur de l’enveloppe. Il est donc capital de veiller à une parfaite étanchéité de l’armoire.

Atteindre une température supérieure à la température ambiante +5 °C
La ventilation simple reste la façon la plus basique d’évacuer la chaleur d’une armoire, mais attention toutefois aux risques d’introduction de poussière et d’humidité. Si des filtres à poussière sont disposés, il faut s’assurer qu’ils ne sont pas encrassés.
L’idéal dans ce cas reste l’échangeur thermique air/air, qui ne nécessite pas de filtres à gérer.

Atteindre une température inférieure à la température ambiante +5 °C
La seule façon d’abaisser la température interne à l’armoire sous le seuil de celle extérieure consiste à mettre en œuvre un cycle thermodynamique apte à produire du froid : soit localement grâce à un climatiseur autonome, soit de façon déportée grâce à l’usage d’un réseau d’eau glacée via un échangeur air/eau au niveau de l’armoire.
· Le climatiseur autonome :
Le choix de la puissance frigorifique du climatiseur à mettre en œuvre dépend bien entendu des conditions de température ambiante (jusqu’à 50 voire 60 °C maximum). Pour cela, on utilise un diagramme aéraulique. Le coût global d’un climatiseur sur l’ensemble de son cycle de vie peut se décomposer en trois grands chapitres : 25 % de coût d’acquisition, 50 % énergétique et 25 % de maintenance. L’attention devra donc se porter principalement sur la réduction de la consommation d’énergie. Tout d’abord par un entretien de qualité, par exemple en nettoyant régulièrement le condenseur. Faute de quoi il faut s’attendre à une perte de puissance frigorifique et, à terme, à une panne, notamment en période de forte sollicitation. L’usage d’un groupe frigorifique à vitesse variable réduit drastiquement la consommation électrique et prolonge la durée de vie du compresseur, en évitant les courts-cycles. Il existe aussi des climatiseurs hybrides qui allient un groupe frigorifique et à une technologie de caloducs. Ce type de machine limite l’usage du groupe froid en période de faible charge thermique.
Si la durée de vie d’un climatiseur d’armoire est annoncée pour une dizaine d’années, un équipement bien entretenu offre une longévité pouvant atteindre de vingt à trente ans.
· L’échangeur air/eau :
Il possède beaucoup d’avantages comparativement à un climatiseur autonome. Tout d’abord, il permet de maintenir de bonnes conditions dans une armoire malgré une température ambiante jusqu’à 70 °C. Contrairement au climatiseur autonome, il ne génère pas d’échauffement à l’intérieur du bâtiment contenant les armoires électriques. Technologie sans pièces en mouvement, l’échangeur est silencieux et ne nécessite aucune maintenance locale (même si le groupe froid extérieur en nécessite tout de même une). Les risques de panne sont moindres. Enfin, le coût d’acquisition est inférieur à celui d’un climatiseur, de même que le coût énergétique.
Les fabricants de variateurs de vitesse (composant pouvant dégager une puissance thermique élevée) proposent parfois des platines à refroidissement liquide à disposer directement au dos du variateur. Ce type de platine, comme l’échangeur air/eau est d’autant plus intéressant que le site dispose déjà d’un réseau d’eau glacé capable de délivrer un peu de puissance froid supplémentaire !
Pourtant, malgré cette batterie d’avantages, les ventes d’échangeurs air/eau sont de 10 à 15 fois moins nombreuses que celles de climatiseurs. Ceci car les coûts d’installation sont généralement supérieurs et qu’il s’agit de solutions moins présentes sur le marché, donc moins connues. Enfin, gérer des circuits d’eau glacée relève sans doute moins du réflexe pour les électriciens que de recourir à une solution thermodynamique compacte et autonome.


De nombreuses solutions d’intégration
Une simple ventilation ou un climatiseur se montent très simplement sur une paroi de l’armoire ou sur son toit, en encastré ou en saillie. Il existe aussi des climatiseurs au format d’une porte d’armoire : il suffit alors de remplacer la porte.
Dans le cadre de racks au format 19 pouces, des tiroirs de ventilation du même format peuvent s’intégrer directement dans la structure afin d’éviter les nids de chaleur.



Que penser de l’effet Peltier ?
Connu de longue date, cet effet thermoélectrique consiste en un phénomène physique de déplacement de la chaleur sous l’action d’un courant électrique. Cette propriété physique est appliquée pour les petits coffrets et coffrets embarqués. Il s’agit d’un système simple, réversible (génération de froid et de chaud), mais d’un rendement énergétique peu avantageux (1 pour 1, quand un climatiseur est capable d’un rendement de 2 à 5 pour 1). Le coût de la technologie Peltier est également élevé.

Chauffer en hiver
Le risque de surchauffe des armoires ne doit pas faire oublier les risques liés à une température négative dans certains confinements. D’où l’usage d’un système Peltier ou, plus simple, de résistances chauffantes. De faible puissance, les résistances dégagent la chaleur par convection naturelle. Les plus puissantes nécessitent une ventilation.

Michel Laurent

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