Les serpentins de préchauffage sont des composants essentiels des systèmes de chauffage, de ventilation et de climatisation (CVC). Ils aident à protéger les autres équipements du système contre le gel et à améliorer l’efficacité de l’ensemble du système. Les schémas de tuyauterie des serpentins de préchauffage peuvent aider les professionnels du CVC à concevoir et à installer correctement les serpentins de préchauffage et à résoudre les problèmes des systèmes existants.
Préchauffer
Les serpentins de préchauffage peuvent être à flux simultané ou à contre-courant. Dans un système à flux simultané, l’air et l’eau ou la vapeur circulent dans la même direction à travers le serpentin. Dans un système à contre-courant, l’air et l’eau ou la vapeur circulent dans des directions opposées à travers le serpentin.
Les systèmes à flux simultanés sont plus courants que les systèmes à contre-courant. Ils sont plus faciles à concevoir et à installer et coûtent moins cher. Cependant, les systèmes à contre-courant sont plus efficaces pour transférer la chaleur de l’eau ou de la vapeur vers l’air.
Le schéma montre un système de vanne à 3 voies avec une vanne d'équilibrage, une vanne d'arrêt, une crépine et un indicateur de débit. L'indicateur de débit est utilisé pour indiquer le débit de fluide à travers le système. La vanne d'équilibrage est utilisée pour régler le débit de fluide à travers le serpentin de préchauffage. La vanne d'arrêt est utilisée pour isoler le serpentin de préchauffage du reste du système.
Le flux de fluide à travers le système est le suivant :
- Le fluide pénètre dans le système par le filtre.
- Le fluide s'écoule ensuite à travers la vanne d'équilibrage.
- La vanne d'équilibrage divise le flux de fluide en deux flux.
- Un flux de fluide traverse le serpentin de préchauffage.
- L'autre flux de fluide s'écoule dans la conduite de dérivation.
- Le débit de fluide à travers le serpentin de préchauffage est contrôlé par la vanne 3 voies.
- La vanne 3 voies peut mélanger le fluide chaud de la batterie de préchauffage avec le fluide froid de la conduite de dérivation.
- Le fluide mélangé s'écoule ensuite hors du système.
La vanne d'équilibrage est utilisée pour ajuster le débit de fluide à travers le serpentin de préchauffage afin que la température souhaitée soit atteinte. La vanne d'arrêt est utilisée pour isoler le serpentin de préchauffage du reste du système à des fins d'entretien ou de réparation.
Ce type de système est souvent utilisé dans les systèmes CVC pour protéger le serpentin de refroidissement du gel. En hiver, la vanne 3 voies peut être utilisée pour mélanger le fluide chaud du serpentin de préchauffage avec l'air froid extérieur afin d'empêcher le gel du serpentin de refroidissement.
Voici un scénario possible sur la façon dont le système pourrait être utilisé :
- La température extérieure est en dessous de zéro.
- La vanne à 3 voies est tournée pour permettre à une partie du fluide chaud provenant du serpentin de préchauffage de se mélanger à l'air froid extérieur.
- L'air mélangé est ensuite chauffé par le serpentin de préchauffage afin de ne pas geler le serpentin de refroidissement.
- À mesure que la température extérieure augmente, la vanne à 3 voies peut être tournée pour permettre à moins de fluide chaud de se mélanger à l'air extérieur.
- Cela garantit que l’air entrant dans le bâtiment n’est ni trop chaud ni trop froid.
Protection contre le gel
Il existe trois manières principales de protéger les serpentins de préchauffage du gel :
- Registres de façade et de dérivation: Des registres de façade et de dérivation peuvent être utilisés pour détourner l'air autour du serpentin de préchauffage lorsque la température de l'air extérieur est inférieure au point de congélation.
- Bobines IFB: Les serpentins IFB (serpentins à dérivation à face interne) ont un registre de dérivation intégré qui détourne automatiquement l'air autour du serpentin lorsque la température de l'air extérieur est inférieure au point de congélation.
- Pompes à préchauffage (système primaire/secondaire): Dans un système primaire/secondaire, deux pompes sont utilisées pour faire circuler l'eau ou la vapeur à travers le serpentin de préchauffage. La pompe primaire fait circuler l'eau ou la vapeur à travers le serpentin et la pompe secondaire fait circuler l'eau ou la vapeur dans le reste du système CVC. Ce type de système est plus coûteux que les deux autres types de systèmes de protection contre le gel, mais il est également le plus efficace.
Refroidissement, chauffage, réchauffage
Les serpentins de refroidissement, les serpentins de chauffage et les serpentins de réchauffage sont tous des serpentins à contre-courant. En effet, les serpentins à contre-courant sont plus efficaces pour transférer la chaleur de l’eau ou de la vapeur vers l’air.
Le diagramme montre un système avec une vanne d'arrêt, une vanne à 2 voies, une vanne à horloge, une crépine, une pompe et un serpentin de préchauffage. La vanne d'arrêt est utilisée pour éteindre le système, la vanne d'horloge est utilisée pour allumer le système à une heure prédéterminée et la vanne à 2 voies est utilisée pour détourner le flux d'eau ou de vapeur à travers le serpentin de préchauffage.
Le débit d’eau ou de vapeur à travers le système est le suivant :
- L'eau ou la vapeur pénètre dans le système par le filtre.
- L'eau ou la vapeur s'écoule ensuite à travers le robinet d'arrêt.
- Si la vanne d'horloge est ouverte, l'eau ou la vapeur s'écoulera à travers la vanne à 2 voies et dans le serpentin de préchauffage.
- Si la vanne d'horloge est fermée, l'eau ou la vapeur s'écoulera à travers la conduite de dérivation et autour du serpentin de préchauffage.
- L’eau ou la vapeur s’écoule ensuite du serpentin de préchauffage et se dirige vers le reste du système.
Ce type de système est souvent utilisé dans les systèmes CVC pour protéger d’autres équipements du gel. En hiver, la vanne d'horloge peut être réglée pour allumer le système à une heure prédéterminée, par exemple avant le lever du soleil. Cela garantira que le serpentin de préchauffage est chaud avant que le système CVC ne commence à fonctionner.
Voici un scénario possible sur la façon dont le système pourrait être utilisé :
- La température extérieure est en dessous de zéro.
- La vanne d'horloge est réglée pour allumer le système à 6h00.
- L'eau ou la vapeur s'écoule à travers la vanne 2 voies et dans le serpentin de préchauffage.
- Le serpentin de préchauffage chauffe l'eau ou la vapeur.
- L'eau chaude ou la vapeur s'écoule du serpentin de préchauffage et se dirige vers le reste du système CVC.
- Le système CVC commence à fonctionner et chauffe le bâtiment.
Ce type de système peut également être utilisé pour préchauffer l’eau des systèmes d’eau chaude sanitaire. Dans ce cas, le serpentin de préchauffage serait chauffé par une chaudière ou un système solaire thermique.
Vitesse frontale du serpentin de refroidissement
La vitesse frontale recommandée pour les serpentins de refroidissement est de 500 FPM (2,54 m/s). Une vitesse frontale de 450 FPM (2,29 m/s) est préférée, mais une vitesse frontale de 550 FPM (2,79 m/s) est acceptable.
Le schéma montre un système de tuyauterie de serpentin de préchauffage avec une vanne d'arrêt, un clapet anti-retour, une vanne d'équilibrage, une crépine et un serpentin de préchauffage. Le robinet d'arrêt est utilisé pour éteindre le système, le clapet anti-retour empêche le reflux, le robinet d'équilibre est utilisé pour régler le débit d'eau ou de vapeur à travers le serpentin de préchauffage et le filtre élimine les débris de l'eau ou de la vapeur.
Le débit d’eau ou de vapeur à travers le système est le suivant :
- L'eau ou la vapeur pénètre dans le système par la vanne d'arrêt.
- L'eau ou la vapeur s'écoule ensuite à travers la crépine.
- La passoire élimine les débris de l'eau ou de la vapeur.
- L'eau ou la vapeur s'écoule ensuite à travers le clapet anti-retour.
- Le clapet anti-retour empêche le reflux.
- L'eau ou la vapeur s'écoule ensuite à travers la vanne d'équilibrage.
- La vanne d'équilibrage ajuste le débit d'eau ou de vapeur à travers le serpentin de préchauffage.
- L'eau ou la vapeur s'écoule ensuite à travers le serpentin de préchauffage.
- Le serpentin de préchauffage chauffe l'eau ou la vapeur.
- L’eau chaude ou la vapeur s’écoule ensuite du serpentin de préchauffage et se dirige vers le reste du système.
Ce type de système est souvent utilisé dans les systèmes CVC pour protéger d’autres équipements du gel. En hiver, le serpentin de préchauffage peut être utilisé pour chauffer l’air extérieur avant qu’il n’entre dans le serpentin de refroidissement. Cela empêche le serpentin de refroidissement de geler.
Voici un scénario possible sur la façon dont le système pourrait être utilisé :
- La température extérieure est en dessous de zéro.
- Le serpentin de préchauffage est allumé.
- L'air extérieur circule à travers le serpentin de préchauffage.
- Le serpentin de préchauffage chauffe l’air extérieur.
- L’air extérieur chauffé s’écoule ensuite dans le serpentin de refroidissement.
- Le serpentin de refroidissement refroidit l'air extérieur chauffé.
- L’air extérieur refroidi entre ensuite dans le bâtiment.
Ce type de système peut également être utilisé pour préchauffer l’eau des systèmes d’eau chaude sanitaire. Dans ce cas, le serpentin de préchauffage serait chauffé par une chaudière ou un système solaire thermique.
Vitesse frontale du serpentin de préchauffage, de chauffage et de réchauffage
La vitesse frontale recommandée pour les serpentins de préchauffage, de chauffage et de réchauffage est de 500 à 900 FPM. Une vitesse frontale de 750 FPM est préférable, mais une vitesse frontale de 500 FPM ou 900 FPM est acceptable.
- Plage de 500 à 900 FPM (2,54 à 4,57 m/s).
- 600 à 700 FPM (3,05 à 3,56 m/s) recommandé.
- 600 FPM (3,05 m/s) De préférence.
- Utilisez le serpentin de préchauffage chaque fois que la température de l’air mélangé (air extérieur et air de reprise) est inférieure à 40 °F (4,44 °C).
Le schéma montre un système de tuyauterie de serpentin de préchauffage à vanne à 3 voies avec une vanne d'arrêt, une crépine, une vanne d'équilibrage, un indicateur de débit, un serpentin de préchauffage, une vanne à 3 voies et une conduite de dérivation.
Le débit d’eau ou de vapeur à travers le système est le suivant :
- L'eau ou la vapeur pénètre dans le système par la vanne d'arrêt.
- L'eau ou la vapeur s'écoule ensuite à travers la crépine.
- La passoire élimine les débris de l'eau ou de la vapeur.
- L'eau ou la vapeur s'écoule ensuite à travers la vanne d'équilibrage.
- La vanne d'équilibrage ajuste le débit d'eau ou de vapeur à travers le serpentin de préchauffage et la conduite de dérivation.
- L'eau ou la vapeur s'écoule ensuite par la vanne 3 voies.
- La vanne 3 voies mélange l'eau chaude ou la vapeur provenant du serpentin de préchauffage avec l'eau froide ou la vapeur provenant de la conduite de dérivation.
- L'eau mélangée ou la vapeur s'écoule ensuite du système.
La position de la vanne 3 voies détermine la quantité d'eau chaude ou de vapeur mélangée à l'eau froide ou à la vapeur. Si la vanne 3 voies est tournée sur la position « Préchauffage », toute l'eau ou la vapeur s'écoulera à travers le serpentin de préchauffage. Si la vanne à 3 voies est tournée vers la position « Bypass », toute l'eau ou la vapeur contournera le serpentin de préchauffage.
Ce type de système est souvent utilisé dans les systèmes CVC pour protéger d’autres équipements du gel et pour améliorer l’efficacité. En hiver, la vanne 3 voies peut être tournée sur la position « Préchauffer » pour chauffer l'air extérieur avant qu'il n'entre dans le serpentin de refroidissement. Cela empêche le serpentin de refroidissement de geler. En été, la vanne 3 voies peut être tournée en position « Bypass » pour permettre à l'air froid extérieur de circuler directement dans le serpentin de refroidissement. Cela améliore l'efficacité du système de refroidissement.
Voici un scénario possible d’utilisation du système en hiver :
- La température extérieure est en dessous de zéro.
- La vanne 3 voies est tournée sur la position « Préchauffage ».
- L'air extérieur circule à travers le serpentin de préchauffage.
- Le serpentin de préchauffage chauffe l’air extérieur.
- L’air extérieur chauffé s’écoule ensuite dans le serpentin de refroidissement.
- Le serpentin de refroidissement refroidit l'air extérieur chauffé.
- L’air extérieur refroidi entre ensuite dans le bâtiment.
Voici un scénario possible d’utilisation du système en été :
- La température extérieure est au-dessus de zéro.
- La vanne 3 voies est tournée en position « Bypass ».
- L'air extérieur contourne le serpentin de préchauffage et s'écoule directement dans le serpentin de refroidissement.
- Le serpentin de refroidissement refroidit l'air extérieur.
- L’air extérieur refroidi entre ensuite dans le bâtiment.
Conclusion
Les schémas de tuyauterie des serpentins de préchauffage sont un outil essentiel pour les professionnels du CVC. En comprenant les différents types de serpentins de préchauffage et la manière dont ils sont raccordés, les professionnels du CVC peuvent concevoir et installer correctement des serpentins de préchauffage et résoudre les problèmes des systèmes existants.