Une usine de chauffage et de refroidissement à 4 tuyaux contient à la fois des équipements de chauffage et de refroidissement centraux et est capable de fournir de l'eau chauffante et de l'eau réfrigérée dans le bâtiment simultanément à travers quatre tuyaux (un approvisionnement en eau chauffant, un retour d'eau chauffant, une alimentation en eau réfrigérée et un retour d'eau réfrigérée). L'équipement de chauffage et de refroidissement dans le bâtiment connecté à un système à 4 tuyaux aura quatre connexions de tuyaux, sauf si l'équipement fournit un chauffage uniquement ou un refroidissement uniquement. Dans ce cas, l'équipement ne disposerait que de deux connexions de tuyaux.
Ci-dessus, la figure est un schéma schématique de la tuyauterie pour une plante de chauffage et de refroidissement à 4 tuyaux qui utilise deux chaudières à eau chaude de condensation et deux refroidisseurs refroidis par eau. La disposition du pompage est primaire-secondaire pour les systèmes de chauffage et d'eau réfrigérée. Les systèmes de chauffage et d'eau réfrigérés sont des systèmes d'écoulement variables avec des entraînements de fréquence variables contrôlant la vitesse des pompes (secondaires) de chauffage et de système d'eau réfrigérée. L'une des deux pompes représentées pour les pompes de chauffage et de système d'eau réfrigérée et l'une des pompes à eau du condenseur est une pompe de secours. Une pompe à eau et une tour de refroidissement séparées est dédiée à chaque refroidisseur. Les vannes d'arrêt automatiques sont conçues pour l'alimentation en eau, le retour et les connexions de tuyauterie d'égaliseur pour isoler la tour de refroidissement inactive lorsqu'un seul refroidisseur fonctionne.
Une usine de chauffage et de refroidissement à 2 tuyaux contient à la fois des équipements de chauffage et de refroidissement centraux, mais n'est pas capable de livrer simultanément de l'eau chauffante et de l'eau réfrigérée au bâtiment. Il fonctionne soit en mode chauffage ou en mode de refroidissement et fournit de l'eau de chauffage ou de l'eau réfrigérée à travers deux tuyaux (une alimentation en eau à double température et un retour d'eau à double température) dans le bâtiment. L'équipement de chauffage et de refroidissement dans le bâtiment connecté à un système à 2 tuyaux aura deux connexions de tuyaux.
Above Figure is a schematic diagram of the piping for a 2-pipe heating and cooling plant that ut:ili7.es two condensing hot water boilers and one watet' L'une des deux pompes représentées pour les pompes du système d'eau à double température et les pompes à eau du condenseur est une pompe de secours. Dans le mode de refroidissement, l'usine fonctionne dans un arrangement de pompage primaire. Dans cette disposition, le système d'eau à double température doit être un système à flux constant afin de maintenir un débit constant d'eau à travers le refroidisseur pendant le fonctionnement du refroidissement. Si une pompe primaire était conçue pour le refroidisseur, le système d'eau à double température pourrait être un système d'écoulement variable avec des entraînements de fréquence variables contrôlant la vitesse des pompes à eau à double température (secondaire). Les considérations de conception pour les plantes de chauffage et de refroidissement à 4 tuyaux et à 2 tuyaux sont les suivantes: Il est courant de concevoir la redondance de l'équipement dans les systèmes de chauffage (tels que les chaudières et les pompes) car la congélation du bâtiment pourrait se produire si le système de chauffage est perdu. D'un autre côté, il n'est pas courant de concevoir la redondance de l'équipement dans les systèmes de refroidissement (comme les refroidisseurs et les pompes) car le refroidissement du confort n'est généralement pas considéré comme critique. Cependant, les systèmes de refroidissement desservant des fonctions critiques, tels que des établissements informatiques ou de soins de santé, peuvent nécessiter un équipement de refroidissement redondant. Étant donné qu'une certaine redondance dans les chaudières est normalement requise, il est courant que chacune des deux chaudières d'un système à 4 pipe ou 2 pipe soit dimensionnée pour les deux tiers de la charge de chauffage de pointe du bâtiment. Cela offre une redondance de 67% pour maintenir la température du bâtiment au-dessus du gel si une chaudière échoue. Pour les petits systèmes, il est courant d'utiliser un système de pompage à débit constant uniquement. Cependant, pour les plus grands systèmes (où l'énergie de pompage est significative), un système de pompage primaire est recommandé car le flux du système (ou secondaire) peut être varié pour réduire la consommation d'énergie de la pompe secondaire. Dans un système de pompage primaire-secondaire, chaque morceau d'équipement primaire, comme une chaudière ou un refroidisseur, a une pompe primaire dédiée. Les économies d'énergie sont également réalisées avec les systèmes de pompage primaire-secondaire en mettant en scène l'équipement primaire (et les pompes associées) en réponse à la charge du système. Les chiffres ci-dessus illustrent un système de pompage à débit constant et primaire uniquement et un système de pompage primaire-secondaire. Notez qu'un système de pompage primaire nécessite un tuyau commun qui rejoint les boucles de pompage primaires et secondaires. Le tuyau commun doit être dimensionné pour le débit secondaire complet et doit être un maximum de 10 diamètres de tuyaux de long afin de réduire tout mélange indésirable et de permettre la perte de pression à travers ce tuyau au minimum absolu. Il est courant de fournir une redondance complète pour la pompe du système (ou pompe secondaire dans un système de pompage primaire-secondaire) en concevant deux pompes, chacune pour circuler le débit complet. Une pompe sera toujours en cours d'exécution tandis que l'autre pompe est disponible en attente si la pompe à plomb échoue. Un système de pompage primaire-secondaire est presque toujours utilisé pour les chaudières à haute efficacité (condensation) en raison de leur besoin d'écoulement d'eau constant. Certaines chaudières à haute efficacité sont équipées de pompes primaires installées dans les chaudières elles-mêmes pour s'assurer que les échangeurs de chaleur reçoivent le débit d'eau minimum requis. Comme mentionné précédemment dans ce chapitre, certaines chaudières de condensation ne nécessitent plus de débit minimum pour un bon fonctionnement. En conséquence, ces chaudières peuvent être connectées à un système d'eau de chauffage qui utilise une disposition de pompage à débit variable. Une stratégie de contrôle commune pour les systèmes d'eau de chauffage consiste à réinitialiser la température de l'eau de chauffage fournie à l'équipement de chauffage dans le bâtiment en fonction de la température extérieure. Cette stratégie permet un meilleur contrôle de la température de l'espace et réduit également la perte de chaleur du système de conduite d'eau de chauffage pendant le fonctionnement de charge partielle. Un calendrier de réinitialisation en eau de chauffage commun pour les chaudières non condensées est la suivante: La température de l'alimentation en eau de chauffage varie proportionnellement entre 180 et 140 ° F car la température extérieure varie entre 0 et 50 ° F. Cependant, comme mentionné précédemment, les chaudières non condensées doivent maintenir une température minimale de l'eau de retour de 140 ° F; Ainsi, il ne serait pas possible d'obtenir le calendrier de réinitialisation énuméré ci-dessus en réinitialisant la température de l'alimentation en eau de chauffage des chaudières. Par conséquent, l'ajout d'une soupape de mélange à 3 voies pour mélanger le retour d'eau de chauffage avec l'alimentation en eau de chauffage est nécessaire pour réinitialiser la température de l'alimentation en eau de chauffage en fonction de la température extérieure. Un calendrier de réinitialisation en eau de chauffage commun pour la condensation des chaudières est la suivante: La température de l'alimentation en eau de chauffage varie proportionnellement entre 140 et 90 ° F car la température extérieure varie entre 0 et 50 ° F. La réinitialisation de la température de l'eau de chauffage est réalisée avec des chaudières de condensation simplement en réinitialisant la température de l'alimentation en eau de chauffage des chaudières en fonction de la température extérieure. Comme mentionné précédemment, l'efficacité des chaudières de condensation augmente à mesure que la température de l'eau de retour diminue. Il est préférable d'utiliser les mêmes critères de dimensionnement des tuyaux pour la plante centrale qui est utilisée pour le système de distribution. L'ensemble d'eau de maquillage pour tous les systèmes fermés se compose d'un préventeur de reflux, d'une vanne réductrice de pression et de vannes d'arrêt. La chaudière doit être installée au point de pression la plus basse développée par la pompe du système d'eau de chauffage (côté aspiration de la pompe) pour les raisons discutées précédemment. Pour les plantes de refroidissement constituées de plusieurs refroidisseurs refroidis par eau, il est courant que chaque refroidisse d'avoir une tour de refroidissement dédiée (ou une cellule de tour de refroidissement à l'intérieur d'une tour de refroidissement à cellules multiples) et une pompe à eau dédiée au condenseur. Une pompe à eau de condenseur supplémentaire peut servir de pompe de secours pour tous les deux systèmes d'eau du condenseur, à condition que les systèmes nécessitent le même débit d'eau et des vannes appropriées sont installées pour isoler les pompes. Pour les usines de refroidissement centrales ayant un seul refroidisseur et une tour de refroidissement, il est possible qu'une troisième pompe fonctionne comme une pompe de secours pour les systèmes d'eau réfrigérée et d'eau du condenseur, à condition que la pompe ait un point de fonctionnement approprié pour les deux systèmes. Un inconvénient majeur des systèmes de chauffage et de refroidissement à 2 tuyaux est le temps qu'il faut pour effectuer le passage de l'opération de chauffage au fonctionnement de refroidissement au printemps de chaque année, car les refroidisseurs ne peuvent généralement pas tolérer une température de l'eau entrant à l'évaporateur qui est supérieur à 70 ° F. Par conséquent, la boucle d'eau à double température doit refroidir à partir d'une température d'eau de chauffage qui est d'au moins 140 ° F (pour les chaudières non condensatrices) à 70 ° F avant que l'eau à double température puisse être diffusée à travers l'évaporateur de refroidisseur et l'eau réfrigérée peut être produite. Le problème avec cela est que lorsque le bâtiment appelle à refroidir, il n'y a aucune demande de chaleur. Ainsi, il n'y a aucun moyen que l'eau chaude dans le système d'eau à double température rejette sa chaleur. La boucle d'eau à double température doit refroidir à la suite de pertes de chaleur de la tuyauterie d'eau à double température isolée, qui peut prendre jusqu'à 2 ou 3 jours, selon la taille du système. Une solution à ce problème est disponible si les refroidisseurs sont refroidis par eau. Le temps de changement peut être considérablement réduit grâce à l'incorporation d'un système de refroidissement à l'eau à double température. Ce système utilise la tour de refroidissement comme source de rejet de chaleur pour le système d'eau à double température lorsqu'il est en mode chauffage. L'ajout d'un échangeur de chaleur à plaque et à cadre, des vannes de détournement à 3 voies et des commandes sont nécessaires pour accomplir ce mode de fonctionnement, dont les détails sont au-delà de la portée de ce livre. 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HVAC Design Sourcebook - W. Larsen Angel, PE, LEED AP, est directeur de la société d'ingénierie de conseil en MEP Green Building Energy Engineers
