Choisir son matériel de gestion thermique pour armoires électriques

La fiabilité et la longévité des composants électriques dépendent largement de leur température de fonctionnement. On considère qu’une température interne d’armoire électrique comprise entre 15 °C et 35 °C permet d’assurer leur performance optimale et de prolonger leur durée de vie.

Ce cahier technique a pour objectif de guider les installateurs, tableautiers et techniciens de maintenance électrique dans le choix et la mise en œuvre de solutions de gestion thermique, afin de maîtriser efficacement la température des armoires électriques.

Évaluation des besoins

Caractéristiques de l’armoire

L’analyse débute par une description complète de l’armoire électrique. Il est important de connaitre les éléments suivants :

Contraintes environnementales

Les conditions extérieures dans lesquelles l’armoire est installée influencent fortement la stratégie thermique à adopter. Il est essentiel d’examiner la plage de températures ambiantes auxquelles l’armoire est exposée, en tenant compte aussi bien des minima que des maxima susceptibles d’affecter le fonctionnement des équipements.

L’humidité constitue également un paramètre critique, car une atmosphère saturée ou instable peut favoriser la condensation et entraîner des risques de corrosion ou de court-circuit.

L’ensoleillement direct doit être considéré, car il peut générer une charge thermique supplémentaire, notamment pour les installations en extérieur ou derrière une paroi vitrée.

L’environnement immédiat, qu’il s’agisse de poussières, de pollution industrielle, de brouillards salins ou de substances corrosives, impose parfois l’usage de solutions hermétiques ou renforcées.

Enfin, la localisation générale de l’armoire, qu’elle soit installée en intérieur, en extérieur ou dans un milieu industriel particulier, conditionne le niveau de protection nécessaire ainsi que le type d’équipements de gestion thermique pouvant être employés.

Charges thermiques internes

L’estimation des pertes internes est une étape essentielle pour définir correctement la puissance de refroidissement ou de chauffage nécessaire. Elle repose sur l’évaluation de la chaleur dissipée par l’ensemble des composants internes, tels que les automates, variateurs, alimentations, relais ou modules de communication, chacun contribuant à la charge thermique globale.

La densité d’intégration des composants joue également un rôle déterminant : installés de manière compacte ou regroupés dans certaines zones peuvent générer des points chauds difficiles à évacuer.

Les cycles d’utilisation doivent être pris en compte, car un fonctionnement continu entraîne une dissipation stable, alors qu’un usage intermittent peut provoquer des pics thermiques importants.

Enfin, certains composants particulièrement sensibles aux variations de température imposent une gestion thermique plus rigoureuse afin de garantir leur performance et leur longévité.

Choix de la technologie selon le delta thermique

Le choix de la technologie de gestion thermique dépend directement du delta thermique, c’est-à-dire de la différence acceptable entre la température interne maximale de l’armoire et la température ambiante.

Plus le delta est faible, plus les contraintes de dissipation thermique augmentent. La technologie choisie doit maintenir l’environnement interne dans une plage compatible avec les équipements, malgré les contraintes environnementales et mécaniques.

Il faut aussi gérer les températures trop basses, qui peuvent provoquer de la condensation et nuire à la fiabilité. La solution retenue doit donc assurer l’évacuation de la chaleur, mais aussi maintenir une température minimale, au besoin via un chauffage ou un contrôle de l’humidité.

Il est donc crucial de mesurer précisément la température de votre armoire électrique. Des relevés réguliers et répartis à différents points permettent d’identifier les zones chaudes et d’adapter efficacement les solutions de gestion thermique.

Solutions de gestion thermique

Ventilation

Les conditions extérieures dans lesquelles l’armoire est installée influencent fortement la stratégie thermique à adopter. Il est essentiel d’examiner la plage de températures ambiantes auxquelles l’armoire est exposée, en tenant compte aussi bien des minima que des maxima susceptibles d’affecter le fonctionnement des équipements.

On distingue deux types de ventilation :

Ventilation passive : elle repose sur la convection naturelle et utilise des ouvertures ou des grilles pour assurer la circulation de l’air à l’intérieur de l’armoire. L’air frais entre par une grille basse, généralement située sur la porte ou le bas de l’armoire, tandis que l’air chaud s’évacue par une grille haute, placée en haut là où la chaleur tend à s’accumuler.

Cette solution est suffisante pour les armoires peu chargées et dans un environnement sain et tempéré.

Ventilation active : elle repose sur des ventilateurs ou extracteurs pour forcer le renouvellement de l’air. Elle offre un contrôle précis de la température, même dans des armoires compactes ou très chargées. Les ventilateurs peuvent être pilotés par un thermostat pour limiter la consommation d’énergie.

Plus l’armoire est grande ou plus les composants dissipent de la chaleur, plus le débit d’air nécessaire (en m³/h) doit être élevé pour maintenir une température stable.

Résistances chauffantes

Les résistances chauffantes occupent une place essentielle dans la gestion thermique des armoires électriques, en particulier dans les environnements soumis au froid, à l’humidité ou aux variations brusques de température.

Leur rôle principal est de maintenir une température interne minimale afin d’éviter la condensation, véritable menace pour les composants électriques et électroniques, les borniers et les circuits imprimés. Ces résistances empêchent également la formation d’eau à l’intérieur de l’armoire, réduisant ainsi les risques de court-circuit, d’oxydation ou de corrosion.

Selon les besoins, les résistances chauffantes peuvent être équipées d’un thermostat ou d’un hygrostat, permettant de réguler automatiquement leur fonctionnement en fonction de la température ou du taux d’humidité.

Elles existent en différentes puissances, ce qui permet de sélectionner un modèle parfaitement adapté au volume de l’armoire et aux conditions climatiques du site d’installation.

Une règle courante de pré-dimensionnement consiste à prévoir environ 10 à 30 W par m³ pour une simple compensation de froid modéré, et 30 à 60 W par m³ dans les environnements très froids ou humides.

La résistance chauffante doit être installée idéalement dans la partie basse de l’armoire, car l’air froid descend naturellement. Placée en bas, elle réchauffe efficacement l’ensemble de l’enceinte et limite la formation de condensation sur les parois.

Il est également recommandé de la placer à distance des câbles sensibles ou des équipements, afin d’éviter une exposition directe à une source de chaleur localisée. 

Les résistances ventilées, équipées d’un mini-ventilateur intégré, permettent justement une diffusion homogène de la chaleur dans l’armoire. Elles sont particulièrement utiles pour les grandes armoires ou lorsque plusieurs zones doivent être protégées, et assurent un séchage rapide de l’air, optimisant la protection contre la condensation.

Thermostats et hygrostats

Les thermostats et hygrostats sont essentiels pour une gestion thermique efficace des armoires électriques.

Le thermostat peut piloter les ventilateurs pour évacuer l’air chaud lorsque la température devient trop élevée, ou activer les résistances chauffantes lorsque le froid menace. Il protège ainsi les équipements contre la surchauffe, le gel et la condensation, tout en optimisant la consommation d’énergie. Pour un fonctionnement précis, le capteur de température doit être placé à mi-hauteur de l’armoire, à l’écart des sources de chaleur directes, des ventilateurs et des ouvertures d’air, afin de mesurer une température représentative de l’ensemble de l’armoire.

L’hygrostat contrôle le taux d’humidité et prévient la condensation en activant le chauffage ou la ventilation lorsque l’air devient trop humide. Son capteur doit également être positionné à mi-hauteur, loin des résistances chauffantes et des ventilateurs, et éviter les zones de stagnation ou près des portes, pour fournir une mesure fiable de l’humidité ambiante.

Les thermostats et hygrostats utilisent le principe de l’hystérésis pour réguler la température ou l’humidité. Par exemple, un thermostat de chauffage réglé à 15 °C avec une hystérésis de ±5 °C n’active la résistance que si la température est inférieure à 15 °C et coupe la résistance lorsque la température atteint 20 °C, évitant ainsi les commutations trop fréquentes.

Méthodes de dimensionnement

Calculs pour la ventilation

Méthode n°1

Pour déterminer le débit d’air nécessaire pour une armoire électrique ou toute autre espace nécessitant une ventilation, le formule générale est la suivante.

Pour des armoires standards, on estime entre 6 et 10 le nombre de renouvellements d’air par heure.
Dans des environnements à température ambiante élevée ou si les équipements génèrent une chaleur importante, davantage de renouvellements peuvent être nécessaires.

Exemple concret

Mon armoire dispose d’un volume 1,2 m³ et je souhaite 10 renouvellements d’air par heure.

J’ai donc besoin de :
1,2 x 10 = 12 m³ par heure

Méthode n°2

Une seconde approche, plus précise, notamment quand le module de ventilation est commandé par un thermostat, consiste à mesurer les températures internes et externes de l’armoire. Le calcul est le suivant :

Exemple concret

Mon armoire dispose d’un volume 1,2 m³, la variation de température souhaitée est de 10° C, la température dans l’armoire est de 40 °C, la température extérieure est de 20 °C et je souhaite que le ventilateur soit actif 10 minutes.

J’ai donc besoin de :
\( \frac{1,2 \times 10}{20 \times 0,1} = 6 m³/h\) 

Calculs pour le chauffage

Voici la méthode la plus simple pour choisir la puissance de la résistance, exprimée en watts, pour chauffer vos armoires électriques.

Exemple concret

Mon armoire dispose d’un volume 1,2 m³, la température voulue est de 15 °C, la température extérieure est de 0 °C (donc \(\Delta T\) = 15 °C).

J’ai donc besoin de : \( 10 \times 1,2 \times 15 = 180W \)

Feuilles de calculs

Pour aller plus loin, téléchargez nos feuilles de calculs pour dimensionner précisément la ventilation ou le chauffage de votre armoire électrique.

Il vous suffit d’indiquer les dimensions, la température souhaitée et les conditions ambiantes pour obtenir automatiquement la puissance de ventilation ou de chauffage nécessaire.

Ventilation

Chauffage