Installations de chauffage et de refroidissement à 4 et 2 tubes

()

Une installation de chauffage et de refroidissement à 4 tubes contient à la fois des équipements de chauffage central et de refroidissement et est capable de fournir simultanément de l'eau de chauffage et de l'eau réfrigérée au bâtiment via quatre tuyaux (une alimentation en eau de chauffage, un retour d'eau de chauffage, une alimentation en eau réfrigérée et une retour d'eau glacée). L'équipement de chauffage et de refroidissement dans le bâtiment qui est connecté à un système à 4 tuyaux aura quatre raccords de tuyauterie, à moins que l'équipement ne fournisse que du chauffage ou du refroidissement uniquement. Dans ce cas, l'équipement n'aurait que deux raccords de tuyauterie.

Schéma de tuyauterie schématique de l'installation de chauffage et de refroidissement à 4 tubes

La figure ci-dessus est un diagramme schématique de la tuyauterie d'une installation de chauffage et de refroidissement à 4 tuyaux qui utilise deux chaudières à eau chaude à condensation et deux refroidisseurs refroidis à l'eau. L'arrangement de pompage est primaire-secondaire pour les systèmes d'eau de chauffage et d'eau glacée. Les systèmes de chauffage et d'eau glacée sont tous deux des systèmes à débit variable avec des variateurs de fréquence contrôlant la vitesse des pompes (secondaires) du système de chauffage et d'eau glacée. L'une des deux pompes illustrées pour les pompes du système de chauffage et d'eau glacée et l'une des pompes à eau du condenseur est une pompe de secours. Une pompe à eau de condenseur et une tour de refroidissement séparées sont dédiées à chaque refroidisseur. Les vannes d'arrêt automatiques sont conçues pour les raccordements de tuyauterie d'alimentation en eau, de retour et d'égalisation du condenseur afin d'isoler la tour de refroidissement inactive lorsqu'un seul refroidisseur fonctionne.

Une installation de chauffage et de refroidissement à 2 tubes contient à la fois des équipements de chauffage central et de refroidissement, mais n'est pas capable de fournir simultanément de l'eau de chauffage et de l'eau réfrigérée au bâtiment. Il fonctionne indifféremment en mode chauffage ou en mode rafraîchissement et délivre au bâtiment soit de l'eau de chauffage soit de l'eau glacée par deux canalisations (une arrivée d'eau bi-température et un retour d'eau bi-température). L'équipement de chauffage et de refroidissement dans le bâtiment qui est connecté à un système à 2 tuyaux aura deux raccords de tuyauterie.

Schéma de tuyauterie de l'installation de chauffage et de refroidissement à 2 tubes

La figure ci-dessus est un diagramme schématique de la tuyauterie d'une installation de chauffage et de refroidissement à 2 tuyaux qui utilise deux chaudières à eau chaude à condensation et un refroidisseur à eau chaude. Le dispositif de pompage lorsque l'installation fonctionne en mode chauffage est un système de pompage primaire secondaire avec une pompe primaire dédiée à chaque chaudière pour assurer un débit constant d'eau à travers chaque chaudière à condensation. Les pompes du système d'eau à double température sont à vitesse constante et fonctionnent comme des pompes secondaires.

L'une des deux pompes illustrées pour les pompes du système d'eau à double température et les pompes à eau du condenseur est une pompe de secours.

En mode refroidissement, l'installation fonctionne en pompage primaire. Dans cet agencement, le système d'eau à double température doit être un système à débit constant afin de maintenir un débit d'eau constant à travers le refroidisseur pendant l'opération de refroidissement. Si une pompe primaire était conçue pour le refroidisseur, le système d'eau à double température pourrait être un système à débit variable avec des variateurs de fréquence contrôlant la vitesse des pompes à eau (secondaires) à double température.

Considérations sur la conception

Les considérations de conception pour les installations de chauffage et de refroidissement à 4 et 2 tubes sont les suivantes :

Il est courant de concevoir une redondance pour les équipements des systèmes de chauffage (tels que les chaudières et les pompes) car le bâtiment pourrait geler si le système de chauffage est perdu. D'autre part, il n'est pas courant de concevoir une redondance pour les équipements des systèmes de refroidissement (tels que les refroidisseurs et les pompes) car le refroidissement de confort n'est généralement pas considéré comme critique. Cependant, les systèmes de refroidissement desservant des fonctions critiques, telles que les installations 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 ou 2 tubes soit dimensionnée pour les deux tiers de la charge de chauffage de pointe du bâtiment. Cela fournit une redondance de 67 % pour maintenir la température du bâtiment au-dessus du point de congélation en cas de panne d'une chaudière.

Pour les petits systèmes, il est courant d'utiliser un système de pompage primaire à débit constant uniquement. Cependant, pour les grands systèmes (où l'énergie de pompage est importante), un système de pompage primaire-secondaire est recommandé car le débit du système (ou secondaire) peut être modifié pour réduire la consommation d'énergie de la pompe secondaire. Dans un système de pompage primaire-secondaire, chaque équipement primaire, tel qu'une chaudière ou un refroidisseur, possède une pompe primaire dédiée. Des économies d'énergie sont également réalisées avec les systèmes de pompage primaire-secondaire en activant l'équipement primaire (et les pompes associées) en réponse à la charge du système.

Schéma de tuyauterie du système de pompage à débit constant, primaire uniquement
Schéma de tuyauterie du système de pompage primaire-secondaire

Les figures ci-dessus illustrent un système de pompage primaire uniquement à débit constant et un système de pompage primaire-secondaire. Notez qu'un système de pompage primaire-secondaire nécessite un tuyau commun qui relie les boucles de pompage primaire et secondaire. Le tuyau commun doit être dimensionné pour le flux secondaire complet et doit avoir une longueur maximale de 10 diamètres de tuyau afin de réduire tout mélange indésirable et de limiter la perte de charge à travers ce tuyau à un minimum absolu.

Il est courant de fournir une redondance complète pour la pompe du système (ou la pompe secondaire dans un système de pompage primaire-secondaire) en concevant deux pompes, chacune dimensionnée pour faire circuler le plein débit. Une pompe fonctionnera toujours tandis que l'autre pompe sera disponible en mode veille en cas de panne de la pompe principale.

Un système de pompage primaire-secondaire est presque toujours utilisé pour les chaudières à haut rendement (à condensation) en raison de leur besoin d'un débit d'eau constant. Certaines chaudières à haut rendement 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 à condensation ne nécessitent plus de débit minimum pour un bon fonctionnement. En conséquence, ces chaudières peuvent être connectées à un système de chauffage d'eau qui utilise un système de pompage primaire uniquement à débit variable.

Une stratégie de contrôle courante pour les systèmes d'eau de chauffage consiste à réinitialiser la température de l'eau de chauffage fournie à l'équipement de chauffage du 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 tuyauterie d'eau de chauffage pendant le fonctionnement à charge partielle.

Un programme commun de réinitialisation de l'eau de chauffage pour les chaudières sans condensation est le suivant :

  • Température d'alimentation en eau de chauffage de 180 °F lorsque la température extérieure est de 0 °F.
  • Température d'alimentation en eau de chauffage de 140 °F lorsque la température extérieure est de 50 °F.

La température d'alimentation en eau de chauffage varie proportionnellement entre 180 et 140°F alors que la température extérieure varie entre 0 et 50°F.

Cependant, comme mentionné précédemment, les chaudières sans condensation doivent maintenir une température d'eau de retour minimale de 140 °F ; il ne serait donc pas possible d'atteindre le programme de réinitialisation indiqué ci-dessus en réinitialisant la température d'alimentation en eau de chauffage des chaudières. Par conséquent, l'ajout d'une vanne mélangeuse à 3 voies pour mélanger le retour d'eau de chauffage avec l'alimentation en eau de chauffage est nécessaire pour réinitialiser la température d'alimentation en eau de chauffage en fonction de la température extérieure.

Un programme commun de réinitialisation de l'eau de chauffage pour les chaudières à condensation est le suivant :

  • Température d'alimentation en eau de chauffage de 140 °F lorsque la température extérieure est de 0 °F.
  • Température d'alimentation en eau de chauffage de 90 °F lorsque la température extérieure est de 50 °F.

La température d'alimentation en eau de chauffage varie proportionnellement entre 140 et 90°F alors que la température extérieure varie entre 0 et 50°F.

La réinitialisation de la température de l'eau de chauffage s'effectue avec les chaudières à condensation en réinitialisant simplement la température d'alimentation en eau de chauffage des chaudières en fonction de la température extérieure. Comme mentionné précédemment, l'efficacité des chaudières à 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 l'usine centrale que ceux utilisés pour le système de distribution.

L'ensemble d'eau d'appoint pour tous les systèmes fermés se compose d'un clapet anti-retour, d'une vanne de réduction 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 évoquées précédemment.

Pour les installations de refroidissement composées de plusieurs refroidisseurs refroidis à l'eau, il est courant que chaque refroidisseur ait une tour de refroidissement dédiée (ou une cellule de tour de refroidissement dans une tour de refroidissement à plusieurs cellules) et une pompe à eau de condenseur dédiée. Une pompe à eau de condenseur supplémentaire peut servir de pompe de secours pour deux systèmes d'eau de condenseur, à condition que les systèmes nécessitent le même débit d'eau et que des vannes appropriées soient installées pour isoler les pompes.

Pour les installations de refroidissement centralisées n'ayant qu'un refroidisseur et une tour de refroidissement, il est possible qu'une troisième pompe fonctionne comme pompe de secours pour les systèmes d'eau glacée 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 tubes est le temps nécessaire pour accomplir le passage du mode chauffage au mode refroidissement au printemps de chaque année, car les refroidisseurs ne peuvent généralement pas tolérer une température d'eau entrant dans l'évaporateur supérieure à 70 °C. °F. Par conséquent, la boucle d'eau à double température doit refroidir d'une température d'eau de chauffage d'au moins 140 °F (pour les chaudières sans condensation) à 70 °F avant que l'eau à double température puisse circuler dans l'évaporateur du refroidisseur et que de l'eau glacée puisse être produite.

Le problème avec ceci est que lorsque le bâtiment demande du refroidissement, il n'y a pas de demande de chaleur. Ainsi, il n'y a aucun moyen pour l'eau chaude dans le système d'eau à double température de rejeter sa chaleur. La boucle d'eau à double température doit se refroidir en raison des pertes de chaleur de la tuyauterie d'eau à double température isolée, ce 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 à l'eau. Le temps de changement peut être considérablement réduit grâce à l'incorporation d'un système de refroidissement de 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 plaques et cadres, de vannes de dérivation à 3 voies et de commandes est nécessaire pour accomplir ce mode de fonctionnement, dont les détails dépassent la portée de ce livre.

HVAC Design Sourcebook - W. Larsen Angel, PE, LEED AP, est directeur de la société d'ingénierie-conseil MEP Green Building Energy Engineers

À quel point ce message vous a-t-il été utile ?

Cliquez sur une étoile pour la noter !

Note moyenne / 5. Décompte des votes :

Aucun vote pour l'instant ! Soyez le premier à noter ce post.

Nous sommes désolés que ce post ne vous ait pas été utile !

Améliorons ce post !

Dites-nous comment nous pouvons améliorer ce post ?