Un objectif de conception commun pour le petit système d'eau glacée avec un ou deux refroidisseurs (figure ci-dessous) est de minimiser la complexité tout en équilibrant les objectifs de consommation d'énergie. Les petits systèmes d'eau glacée peuvent avoir des budgets plus petits alloués pour le fonctionnement et l'entretien et peuvent fonctionner sans surveillance plus souvent que les grands systèmes. Rester simple, tout en capitalisant sur les avantages de l'eau glacée, est la marque d'un projet réussi.
Le premier coût d'un petit système est un obstacle courant auquel est confronté un propriétaire d'immeuble. Il existe des moyens de minimiser les coûts initiaux sans sacrifier les coûts d'exploitation. Par exemple, une conception plus large ΔT réduit les débits, ce qui réduit à son tour la taille des tuyaux et des pompes. En plus de réduire les coûts de pompe et de tarification, cela peut également permettre au concepteur d'éviter d'installer un réservoir de stockage pour répondre aux « temps de boucle » requis du refroidisseur. Sur un système avec plusieurs refroidisseurs, l'utilisation d'une conception à débit primaire variable peut réduire le nombre de pompes, de démarreurs, d'équipements électriques et d'espace requis.
Débit constant
Le débit constant est simple et souvent appliqué aux petits systèmes jusqu'à 200 tonnes, tant que la chute de pression du système est assez faible et qu'un ΔT plus large est appliqué pour réduire le débit du système. Dans les systèmes à débit constant, une réinitialisation appropriée de l'eau glacée réduit l'énergie du refroidisseur. Ces deux stratégies d'économie d'énergie (réduction des débits et/ou réinitialisation de la température de l'eau glacée) peuvent être utilisées avec succès dans les conceptions à débit constant plus courantes dans les petits systèmes d'eau glacée.
Les systèmes à débit constant utilisent une vanne d'équilibrage ou de réduction de pression ou, dans quelques cas, ajustent la roue de la pompe pour régler le débit de conception du système. Les soupapes de réduction de pression gaspillent l'énergie de la pompe. Une autre option utilisée par les concepteurs pour réduire l'énergie de pompage et augmenter la flexibilité du système consiste à installer un variateur de fréquence sur le moteur de la pompe et à le régler à une vitesse constante lors de la mise en service du système.
Si, au contraire, le débit du système est équilibré en ajustant la roue de la pompe, le réglage du débit est beaucoup plus difficile. L'utilisation d'un variateur de fréquence à une vitesse définie permet de diminuer ou d'augmenter ultérieurement le débit si nécessaire. Cette approche est plus rentable car le coût des variateurs de fréquence a baissé. Tout surcoût sera compensé par l'élimination des vannes d'équilibrage et du démarreur de pompe.
Débit variable
Bien qu'un système à débit primaire variable puisse coûter plus cher qu'un système à débit constant, il gagne en popularité car il est moins coûteux que l'installation d'un système découplé. Une autre raison de sa popularité croissante est que l'énergie de la pompe est réduite.
Certains propriétaires craignent que les commandes soient plus complexes, mais les systèmes à débit variable peuvent fonctionner très simplement dans le petit système d'eau glacée lorsqu'il n'y a qu'un seul refroidisseur ou lorsque deux refroidisseurs sont raccordés en série.
Méthode de condensation
De nombreux petits systèmes d'eau glacée utilisent des refroidisseurs à air en raison des faibles besoins d'entretien du circuit de condensation. Les systèmes refroidis par eau sont généralement plus économes en énergie et ont plus d'options pour des fonctionnalités telles que la récupération de chaleur, bien que certains refroidisseurs refroidis par air aient des options de récupération partielle de chaleur.
Pour aider le propriétaire à décider du choix du système, une analyse énergétique complète est la meilleure méthode pour estimer la différence de coût du cycle de vie entre les systèmes refroidis par air et refroidis par eau. L'analyse énergétique est probablement requise pour de nombreuses installations cherchant à obtenir la certification LEED, elle peut donc déjà faire partie de ces emplois.
Nombre de refroidisseurs
Le nombre de refroidisseurs à installer est fonction des exigences de redondance et du coût initial. En général, plus il y a de refroidisseurs installés, plus le coût initial est élevé. Par conséquent, de nombreux petits systèmes n'utilisent qu'un seul refroidisseur. La plupart des refroidisseurs de la gamme de 20 à 200 tonnes utilisent plusieurs compresseurs avec plusieurs circuits de réfrigération et offrent un niveau raisonnable de redondance de refroidissement. Les seules commandes du système installées sur une seule installation de refroidisseur peuvent être une horloge et un interrupteur de verrouillage ambiant pour activer et désactiver le système d'eau glacée. Si un seul refroidisseur est utilisé, un système qui fait varier le débit à travers le refroidisseur peut être assez simple à utiliser. Les débits minimum et maximum et le taux de variation maximum du débit devraient encore être abordés
À mesure que les systèmes deviennent plus grands, le propriétaire peut exiger plus de redondance, ce qui l'amène à installer plusieurs refroidisseurs. Certains concepteurs utilisent 200 tonnes comme taille de travail maximale pour un seul refroidisseur.
Lorsqu'il y a plus d'un refroidisseur, il y a beaucoup plus de décisions de contrôle du système à prendre, notamment :
- activation du deuxième refroidisseur
- • éteindre le deuxième refroidisseur, et
- reprise sur panne.
Les installations à deux refroidisseurs nécessitent une intelligence de contrôle du système plus élevée que les installations à un seul refroidisseur.
Parallèle ou série
Les configurations parallèles sont plus courantes que les configurations en série. Dans les systèmes de refroidissement avec un nombre pair de refroidisseurs, il y a des avantages à les mettre dans une configuration en série, surtout si un débit d'eau faible ou variable est souhaité. Cela offre les avantages d'une meilleure efficacité du système et d'une plus grande capacité car le refroidisseur en amont produit de l'eau à une température plus chaude. Les refroidisseurs en série ne doivent pas être appliqués avec des ΔT de système faibles, car le débit maximal à travers les refroidisseurs peut être atteint. Les efforts pour éliminer le soi-disant «syndrome Low ΔT» doivent être adressés pour les deux configurations.
Fonctionnement du système à charge partielle
Pour les petits systèmes d'eau glacée, en particulier ceux avec un seul refroidisseur, la consommation d'énergie du système à charge partielle peut être dominée par les équipements auxiliaires, en particulier dans un système à débit constant. À faible charge, les pompes à vitesse constante et les ventilateurs de tour constituent une bien plus grande partie de l'énergie de l'installation de refroidissement qu'à pleine charge. Les entraînements à fréquence variable pour décharger les ventilateurs de tour et les pompes à eau glacée peuvent offrir des avantages, selon les coûts, les heures de fonctionnement du système, le type de système et les conditions de l'air extérieur.
