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1/19 September 25, 2007 Climatisation à débit de réfrigérant variable energiepl

1/19 September 25, 2007 Climatisation à débit de réfrigérant variable energieplus-lesite.be/techniques/climatisation8/systemes-d-emission-de-froid/systemes-autonomes-a-detente- directe/climatisation-a-debit-de-refrigerant-variable/ Sommaire Principe de fonctionnement Détails technologiques Régulation Récupération d’énergie sur boucle d’eau Performance attendue Principe de fonctionnement Remarque : nous avons repris la terminologie française DRV (Débit de Réfrigérant Variable) mais ce type d’appareil est aussi appelé “VRV” (Variable Refrigerant Volume) ou “VRF” (Variable Réfrigérant Flow) selon les constructeurs. Concevoir Pour en savoir plus sur le choix d’un tel système ! Fonctionnement en froid seul On connaissait le principe de la “détente directe” (l’évaporateur de la machine frigorifique refroidit directement l’air dans le caisson de traitement d’air). Cette fois, on réalise la détente directe dans chaque local puisque le fluide réfrigérant est transporté jusqu’à 2/19 l’échangeur du local qui sert d’évaporateur ou de condenseur ! Ce n’est ni l’air ni l’eau qui circule dans les conduits, mais bien du fluide réfrigérant. À partir d’une unité extérieure, on peut alimenter jusqu’à 64 unités intérieures. Les groupes extérieurs disponibles sur le marché aujourd’hui ont des puissances de froid allant de 12 à 150 kW en version monobloc ou multiblocs pour le raccordement d’un circuit frigorifique indépendant. Ceux-ci peuvent être multipliés, pour autant que la place disponible pour les groupes extérieurs soit suffisante. Mais ce sont des installations qui fonctionneront alors en parallèle (pas d’échange entre circuits raccordés à des unités extérieures différentes). Il est recommandé d’éviter de connecter un nombre très important d’unités intérieures sur un même circuit frigorifique. La norme européenne EN378 impose une limite pratique de 0.44 kg/m³ de quantité de gaz réfrigérant contenue dans le plus petit volume fermé contenant une unité intérieure. Un calcul devra être réalisé par l’installateur ou le bureau d’études pour valider le respect de la norme. De 3/19 plus, il est préférable de réaliser plusieurs circuits dans un même bâtiment pour limiter les quantités de gaz réfrigérant dans un même circuit et pour limiter les longueurs de tuyauteries et donc les pertes de charge. Ce type de DRV sera choisi lorsque l’installation vient en complément d’une installation de chauffage existante (rénovation d’un ancien bâtiment). A éviter sous peine de risque de destruction d’énergie. Fonctionnement réversible (froid ou chaud) Si certains systèmes sont limités au mode “froid”, d’autres sont réversibles : le même échangeur intérieur peut alors servir de condenseur, lorsque le local est en demande de chaleur ! Une telle souplesse est issue d’une régulation électronique sophistiquée, notamment basée sur l’emploi de détendeurs électroniques et d’un bus de communication entre tous les équipements. Mais c’est l’ensemble des échangeurs qui fournissent du froid ou qui fournissent de la chaleur. La permutation du rôle des échangeurs est réalisée dans l’unité extérieure par une vanne d’inversion de cycle à 4 voies. Les unités intérieures produisent alors toutes en même temps, soit du froid, soit du chaud. Ce système demande que les besoins du bâtiment soient assez homogènes et qu’une plage neutre (plage où la température fluctue sans intervention) de 21 à 25°C par exemple, soit acceptée par chacun. Ce ne sera donc pas un système adéquat pour un immeuble comportant des zones intérieures (à refroidir toute l’année) ou des façades fortement vitrées, orientées est-ouest. Sauf si la zone intérieure du bâtiment est importante, au point qu’un circuit indépendant (avec sa propre unité extérieure) se justifie rien que pour cette zone centrale. A récupération d’énergie (froid et chaud simultanément) 4/19 Encore mieux : certains systèmes assurent simultanément le chaud et le froid dans les locaux. Par exemple, un local de réunion peut être demandeur de froid (la cassette intégrée dans le faux plafond travaille en évaporateur) tandis que le bureau voisin est demandeur de chaleur (la console en allège travaillera en condenseur). Le système va assurer simultanément les deux demandes, avec une consommation énergétique minimale puisque la chaleur extraite d’un côté est valorisée de l’autre côté, avec un COP défiant toute concurrence ! La solution idéale pour satisfaire les besoins en entre-saisons et donc le confort est d’opter pour les systèmes chaud et froid simultané. Le coût est plus important dû aux boitiers de répartition et à la conception des groupes extérieurs, mais c’est LA solution pour éviter les conflits entre demande de chaud et froid et donc les problèmes éventuels de régulation. N’oublions pas qu’en Belgique l’entre-saison représente une période importante. Modulation de puissance Suivant les constructeurs, les groupes extérieurs sont munis d’un, deux ou trois compresseurs. La plage de puissance thermique disponible sera fonction de la technologie et du nombre des compresseurs. Suivant les constructeurs la modulation pourra être totale sur le ou les compresseur(s), ou partielle, dans ce cas un seul compresseur travaille à vitesse variable et le ou les autres est (sont) régulé(s) en “tout ou rien”. À noter qu’au démarrage, seul le compresseur INVERTER travaille et dès que la charge dépasse la limite de puissance de celui-ci, le 2ème (ou 3ème) compresseur “on-off” est enclenché pour reprendre la charge et le compresseur INVERTER recommence à moduler à partir de 0 %. Avec ce type de cascade, le seul compresseur “INVERTER” fonctionne sans arrêt et s’use plus vite que le ou les autre(s). 5/19 Les groupes extérieurs munis de plusieurs compresseurs modulants “INVERTER” permutent les démarrages entre eux pour équilibrer les temps de fonctionnement et offre l’avantage d’une plus grande plage de modulation de puissance. Détails technologiques Fluide réfrigérant Ces systèmes sont aujourd’hui disponibles avec le gaz réfrigérant de type R410A. Les différents composants ont alors été dimensionnés pour l’utilisation de ce gaz. À partir du premier janvier 2022, ce gaz sera interdit dans les équipements de centrales de réfrigération neufs dont la puissance est supérieure ou égale à 40 kW à cause de son potentiel de réchauffement global 2 084,5 fois plus élevé que le CO . Il pourrait alors être remplacé par le R32 (constituant actuel du R410A) qui est actuellement à l’étude au Japon. Ce gaz est cependant remis en question en raison de son inflammabilité. Plus anecdotique, certaines installations de pompes à chaleur fonctionnent au CO . Le cœur du système reste une machine frigorifique et les critères applicables à ce type d’installation restent d’actualité. Par exemple, le carter doit être chauffé durant 48 heures avant le démarrage pour la mise en condition de l’huile. Unité extérieure Les unités extérieures sont généralement placées à proximité du bâtiment ou en toiture (pas de local technique spécifique). Ceci permet au condenseur en été d’être facilement refroidi par l’air extérieur et à l’évaporateur en hiver de pouvoir capter facilement la chaleur sans pour autant refroidir un local technique avec le brassage d’air nécessaire. Les unités extérieures sont modulaires et peuvent être alignées côte à côte en fonction de la puissance nécessaire. À défaut de place disponible, un local technique sera utilisé et un conduit d’air apportera et évacuera l’air nécessaire pour capter ou rejeter les calories suivant la demande du bâtiment, moyennant une consommation supplémentaire pour vaincre les pertes de charge. Les débits d’air nécessaires étant importants il faut noter qu’en hiver le local peut chuter en température, l’isolation 2 2 6/19 phonique et thermique du local technique sont donc à prévoir et l’évacuation des condensats doit également être bien maîtrisée. Lors du dégivrage des ailettes, une quantité non négligeable d’eau s’échappe des machines. Il faudra alors prévoir une évacuation adéquate pour éviter l’accumulation d’eau sur la toiture. De plus, en période hivernale des plaques de glace risquent de se former. Réseau de distribution et dimensionnement des systèmes Les tuyauteries en cuivre utilisées sont de très faible diamètre. Cela permet un gain de place par rapport aux systèmes traditionnels (à eau ou air) et les pertes calorifiques dues au transport sont faibles. Une isolation des conduites est indispensable. Les tuyauteries de petits diamètres sont vendues pré-isolées, ce qui facilite le montage. Les dérivations frigorifiques seront exclusivement réalisées avec des raccords de type “Y” fournis par les fabricants qui permettront une parfaite distribution et répartition du fluide réfrigérant dans toutes les unités intérieures. Il y a des conditions de montage à respecter pour garantir la bonne fluidité du réfrigérant et éviter des nuisances sonores en cas de mauvaise alimentation en réfrigérant liquide dans les détendeurs. Certains fabricants proposent des détendeurs déportés qui évitent toutes nuisances sonores dans les unités intérieures. 7/19 Certains fabricants permettent des répartiteurs frigorifiques placés en série ou en parallèle ou en étoile pour réduire les quantités de conduites frigorifiques. Les logiciels de design permettent de vérifier les différentes configurations possibles et les répercussions sur les puissances disponibles en tenant compte des pertes de charge. La distribution peut être de type bitube en parallèle ou en étoile via un collecteur. Pour les installations réversibles, un réseau “deux tubes” sera créé. En fonctionnement “froid”, un tube transportera le fluide frigorigène liquide et ramènera le fluide à l’état vapeur. En fonctionnement “chaud”, le premier tube véhiculera les “gaz chauds” issus du compresseur et ramènera le fluide refroidi et condensé. Pour les installations avec récupération d’énergie, un réseau “trois tubes” transportera les “gaz chauds” (ou vapeur haute pression), le fluide liquide et la vapeur basse pression. Cette distribution en 3 tubes permet uploads/Ingenierie_Lourd/ energieplus-lesite-be-climatisation-a-debit-de-refrigerant-variable.pdf