HVAC Load Estimation: Internal Heat Gain from Infrastructure Components (Pipes, Ducts, Tanks, AC Motors)

Les composants d'infrastructure au sein des systèmes CVC et des salles mécaniques des bâtiments représententimportant mais souvent négligésources de chaleur qui peuvent avoir un impact considérable sur les charges de refroidissement et les performances du système. Une estimation précise du gain de chaleur de ces composants est essentielle pour un conditionnement mécanique approprié de la pièce, des calculs énergétiques et l'efficacité globale du système.

Référence sur les gains de chaleur des infrastructures essentielles

Les ingénieurs CVC professionnels ont besoin de données spécialisées sur les gains thermiques des composants d'infrastructure, qui se trouvent généralement dans les ressources de calcul de charge spécifiques au fabricant.

Référence de charge de l'infrastructure de base

Standard	Section	pages	Focus de la couverture
Carrier Part 1 Estimation du chargement	Chapitre 07, tableaux 54 à 60	107-113	Taux de gain de chaleur complets des composants d’infrastructure et méthodes de calcul

Concepts fondamentaux de gain de chaleur dans les infrastructures

Catégories de génération de chaleur

Gain de chaleur des infrastructuresprovient de plusieurs composants du système mécanique qui sont essentiels au fonctionnement du bâtiment mais génèrent de la chaleur perdue :

Systèmes de distribution thermique :

• Conduites d'eau chaude: Perte de chaleur de la tuyauterie de distribution
• Conduites de vapeur: Pertes de distribution à haute température
• Conduites d'eau glacée: Gain de chaleur vers les systèmes d'eau froide
• Conduites de retour des condensats: Chaleur résiduelle des condensats

Systèmes de distribution d'air :

• Conduits d'air soufflé: Pertes différentielles de température
• Conduits de reprise d'air: Captation de chaleur des espaces environnants
• Conduits d'air d'évacuation: Transfert de chaleur de l'air conditionné
• Conduits d'air extérieur: Charges de conditionnement de température

Cuves de stockage et de traitement :

• Ballons de stockage d'eau chaude: Pertes de chaleur permanentes
• Stockage thermique d'eau glacée: Gain de chaleur vers la chambre froide
• Réservoirs de stockage de produits chimiques: Génération de chaleur liée au procédé
• Vases d'expansion: Effets thermiques liés à la pression du système

Équipements motorisés :

• Moteurs de climatisation: Chauffage du moteur du ventilateur et du compresseur
• Moteurs de pompe: Moteurs de circulation du système hydronique
• Variateurs de fréquence: Pertes d'efficacité de conversion de puissance
• Moteurs du système de contrôle: Actionneurs de registres et de vannes

Données sur les gains de chaleur des infrastructures de transport

Tableaux 54 à 60 Couverture complète

Tableaux de transporteurs 54-60fournir des taux de gain de chaleur détaillés pour divers composants d'infrastructure que l'on trouve couramment dans les bâtiments commerciaux et industriels :

Analyse du gain de chaleur des tuyaux

Tuyauterie d'eau chaude et de vapeurreprésente des sources de chaleur importantes :

Taux de perte de chaleur des tuyaux non isolés :

• 1-inch hot water pipe (180°F): 150-200 Btu/h par pied linéaire
• 2-inch hot water pipe (180°F): 250-350 Btu/h par pied linéaire
• 4-inch hot water pipe (180°F): 500-700 Btu/h par pied linéaire
• Steam piping (250°F): 300-800 Btu/hr per linear foot (size dependent)

Considérations sur les tuyaux isolés :

• Isolation de 1 pouce: réduction des pertes de chaleur de 60 à 80 %
• Isolation de 2 pouces: réduction des pertes de chaleur de 80 à 90 %
• Installation extérieure: 20 à 30 % de pertes supplémentaires dues aux effets du vent
• Dégradation de l'isolation: 10-25% de réduction des performances au fil du temps

Facteurs de gain de chaleur dans les conduits

Conduits de distribution d'airapporter de la chaleur en fonction des écarts de température et des surfaces :

Gain thermique du conduit d’air soufflé :

• Conduits rectangulaires: 0,5-2,0 Btu/h par pied carré de surface de conduit
• Conduits ronds: Tarifs similaires ajustés pour les calculs de superficie
• Conduits isolés: 70-85% de réduction des taux de transfert de chaleur
• Espaces de plénum: Gain de chaleur plus élevé en raison de températures ambiantes élevées

Considérations sur les conduits d’air de retour :

• Installation de plénum de plafond: Captation de chaleur provenant de l'éclairage et des charges structurelles
• Installation de salle mécanique: Chaleur supplémentaire due à la proximité des équipements
• Installation extérieure: Taux de transfert de chaleur en fonction des conditions météorologiques

Contributions thermiques aux réservoirs de stockage

Divers réservoirs de stockagegénérer des charges thermiques continues :

Ballons de stockage d'eau chaude :

• Small tanks (80-120 gallons): 400-800 Btu/h de pertes au repos
• Medium tanks (300-500 gallons): 1 200-2 000 Btu/h de pertes debout
• Large tanks (1,000+ gallons): 3 000 à 8 000 Btu/h de pertes debout
• Impact de l'isolation du réservoir: 40 à 60 % de réduction des taux de perte de chaleur

Stockage thermique d’eau glacée :

• Gain de chaleur vers le stockage: 0,1-0,3% de la capacité stockée par heure
• Efficacité de l'isolation: Critique pour maintenir l’efficacité du stockage
• Effets de la température ambiante: Des températures ambiantes mécaniques plus élevées augmentent les gains

Génération de chaleur pour moteur à courant alternatif

Équipements motorisésconvertit l'apport électrique en travail mécanique avec chaleur perdue :

Moteurs de ventilateurs :

• Small fans (1-5 HP): Génération de chaleur de 2 500 à 12 000 Btu/h
• Medium fans (10-25 HP): Génération de chaleur de 25 000 à 65 000 Btu/h
• Large fans (50-100 HP): 125 000 à 250 000 Btu/h de génération de chaleur

Moteurs de pompe :

• Circulating pumps (1-10 HP): 2 500-25 000 Btu/h
• Chilled/hot water pumps (20-50 HP): 50 000-125 000 Btu/h
• Large system pumps (75-150 HP): 190 000-375 000 Btu/h

Considérations sur l’efficacité du moteur :

• Moteurs à efficacité standard: 85-90% d'efficacité, 10-15% de chaleur perdue
• Moteurs à haut rendement: 90-95% d'efficacité, 5-10% de chaleur perdue
• Variateurs de fréquence: Perte d'efficacité supplémentaire de 3 à 5 % sous forme de chaleur

Méthodologie de calcul de chargement

Processus d'évaluation du gain de chaleur

Évaluation systématiquedes composants de l’infrastructure nécessite une analyse complète :

Étapes d'évaluation :

1. Inventaire des composants: Répertoire complet de toutes les infrastructures de production de chaleur
2. Analyse des conditions de fonctionnement: Différences de température et débits
3. Évaluation des conditions d'installation: Etat d'isolation et conditions ambiantes
4. Calcul de charge: Application de facteurs de gain de chaleur appropriés
5. Prise en compte du facteur de diversité: Modèles de fonctionnement simultanés

Implications dans la conception des salles mécaniques

Gains de chaleur des infrastructuresont un impact significatif sur le conditionnement mécanique des locaux :

Considérations de conception:

• Exigences d'aération: Taux de renouvellement d’air adéquats pour l’évacuation de la chaleur
• Refroidissement du local technique: Systèmes de refroidissement dédiés aux zones à fort gain de chaleur
• Contrôle de la température: Maintenir des conditions optimales de fonctionnement des équipements
• Récupération d'énergie: Utiliser la chaleur perdue à des fins bénéfiques

Directives pratiques d’application

Méthodes de vérification de la conception

Estimation précise de la charge de l’infrastructurenécessite une validation minutieuse :

Procédures de vérification:

• Examen des données du fabricant: Confirmation des spécifications réelles de l'équipement
• Évaluation des conditions d'installation: Évaluation des facteurs d'isolation et d'ambiance
• Analyse du planning d'exploitation: Comprendre les modèles de fonctionnement des équipements
• Mesure de la température: Validation des écarts de température calculés

Stratégies d'atténuation

Réduire les gains de chaleur des infrastructuresaméliore l’efficacité globale du système :

Approches de réduction de la chaleur :

• Isolation améliorée: Mise à niveau des systèmes d'isolation des canalisations et des réservoirs
• Déménagement d'équipement: Déplacement des sources de chaleur en dehors des espaces conditionnés
• Systèmes de récupération de chaleur: Capturer la chaleur des déchets pour une utilisation bénéfique
• Équipement à haut rendement: Sélection de moteurs et d'entraînements produisant moins de chaleur

Considérations de conception modernes

Intégration de l'efficacité énergétique

Conception contemporainemet l’accent sur la minimisation des gains de chaleur des infrastructures :

Stratégies d'efficacité :

• Isolation performante: Matériaux avancés avec des propriétés thermiques supérieures
• Commandes intelligentes: Optimiser le fonctionnement des équipements pour réduire la chaleur perdue
• Récupération de la chaleur: Utilisation de la chaleur résiduelle des infrastructures pour le chauffage des locaux ou l'eau chaude sanitaire
• Surveillance à distance: Suivi des performances des infrastructures et de la production de chaleur

Facteurs de durabilité

Pratiques de construction vertesaborder la gestion de la chaleur des infrastructures :

Approches durables :

• Analyse du cycle de vie: Évaluation des impacts des gains de chaleur à long terme
• Intégration des énergies renouvelables: Utilisation de la chaleur résiduelle pour les systèmes d'énergie renouvelable
• Optimisation des performances du bâtiment: Minimiser la consommation totale d'énergie
• Planification de l'entretien: Assurer une isolation continue et l’efficacité des équipements

Assurance qualité et mise en service

Validation de conception

Pratique professionnellenécessite une validation approfondie du gain de chaleur de l’infrastructure :

Méthodes de validation :

• Imagerie thermique: Identifier les modèles réels de perte de chaleur
• Surveillance de la température: Mesurer les conditions de fonctionnement réelles
• Audit énergétique: Quantification des apports de chaleur réels et prévus
• Tests de performance: Vérification de l'efficacité du système et des taux de génération de chaleur

Exigences de coordination

Conception des infrastructuresexige une coordination minutieuse avec les autres systèmes du bâtiment :

Aspects de coordination :

• Intégration architecturale: Répondre aux besoins en espace des infrastructures
• Considérations structurelles: Équipements de support et systèmes de tuyauterie
• Coordination électrique: Fournir des systèmes d'alimentation et de contrôle adéquats
• Coordination plomberie: Intégration aux systèmes d'eau du bâtiment

Évaluation précise des gains thermiques des infrastructuresest essentiel pour les calculs complets de charge CVC, garantissant un dimensionnement approprié du système, un fonctionnement économe en énergie et des conditions environnementales intérieures optimales tout en minimisant l'impact de l'infrastructure nécessaire du bâtiment sur les performances globales du système.