Les systèmes à débit de réfrigérant variable (VRF) sont relativement nouveaux dans l'industrie du CVC. Ils ont gagné en popularité au cours des 10 dernières années et trouvent leur meilleure application lorsqu'il est nécessaire de disposer de plusieurs zones de contrôle de la température, de charges de chauffage et de refroidissement simultanées desservies par le même système VRF et d'un espace de plafond restreint pour la tuyauterie et les conduits.
Configurations du système
Les systèmes VRF utilisent le réfrigérant comme fluide de travail et peuvent fournir un refroidissement uniquement à plusieurs ventilo-convecteurs intérieurs connectés à une seule unité de condensation, soit en refroidissant ou en chauffant plusieurs ventilo-convecteurs intérieurs connectés à une seule pompe à chaleur, soit à la fois en refroidissant et en chauffant. chauffer simultanément à plusieurs ventilo-convecteurs intérieurs connectés à un seul récupérateur de chaleur.
Les unités de condensation, les unités de pompe à chaleur et les unités de récupération de chaleur peuvent être refroidies à l'air ou à l'eau. Les ventilo-convecteurs intérieurs sont disponibles sous forme de cassettes encastrées dans le plafond, de ventilo-convecteurs encastrés pour les applications canalisées, d'unités murales et de plafond apparentes et d'unités au sol (armoires). Pour qu'une seule unité de condensation, pompe à chaleur ou unité de récupération de chaleur puisse desservir plusieurs ventilo-convecteurs, il est nécessaire que le ou les compresseurs fonctionnent à des vitesses variables ; fournissant ainsi un débit variable de réfrigérant aux ventilo-convecteurs en fonction de la charge.
Pour les unités de condensation refroidies par air et les unités de pompe à chaleur, des moteurs de ventilateur de condenseur à vitesse variable sont utilisés pour faire correspondre la capacité de refroidissement ou de chauffage de la ou des unités extérieures à la charge nette de refroidissement ou de chauffage des ventilo-convecteurs intérieurs. Dans le cas des unités de récupération de chaleur, un contrôleur de circuit de dérivation est connecté entre les ventilo-convecteurs intérieurs et l'unité de récupération de chaleur, ce qui permet à certains ventilo-convecteurs de fonctionner en mode refroidissement tandis que d'autres ventilo-convecteurs fonctionnent en mode chauffage. .
Application des systèmes de récupération de chaleur
Les systèmes de récupération de chaleur sont particulièrement économes en énergie lorsque la zone desservie a des charges de chauffage et de refroidissement simultanées, comme dans le cas d'un espace de bureau avec une grande surface au sol. Dans ce cas, le chauffage et le refroidissement simultanés se produisent pendant l'hiver lorsque les zones intérieures, qui nécessitent un refroidissement toute l'année, échangent la chaleur qu'elles rejettent vers les zones périphériques qui ont une charge de chauffage en hiver. Cet échange d'énergie se produit lorsque l'énergie est absorbée par le réfrigérant des unités assurant le refroidissement et est redirigée par le réfrigérant vers les unités qui sont en mode chauffage.
Capacités
Plusieurs ventilo-convecteurs intérieurs contrôlés par un seul capteur de température ambiante peuvent être nécessaires pour les grands espaces afin de répondre à la charge de refroidissement et de chauffage de l'espace. De plus, lorsque la charge de refroidissement des ventilo-convecteurs dépasse la capacité maximale d'environ 25 tonnes d'une seule unité extérieure, deux ou trois unités extérieures peuvent être connectées ensemble grâce à l'utilisation d'un kit de jumelage.
Ventilation de l'air extérieur
Pour la plupart des applications, une ventilation d'air extérieur est nécessaire en plus du chauffage et du refroidissement fournis par les ventilo-convecteurs intérieurs. Cela peut être accompli soit en fournissant une ventilation d'air extérieur directement aux ventilo-convecteurs via une petite connexion de conduit d'air extérieur sur chaque unité ou via un système d'air extérieur dédié qui fournirait de l'air extérieur conditionné directement aux espaces desservis ou au retour conduit d'air des ventilo-convecteurs encastrés utilisés pour les applications gainables.
Efficacité du système
En raison des caractéristiques de fonctionnement uniques des systèmes VRF, telles que les compresseurs à vitesse variable et le chauffage et le refroidissement simultanés accomplis par les unités de récupération de chaleur, l'Institut de climatisation, de chauffage et de réfrigération (AHRI) a développé le taux d'efficacité énergétique intégré (IEER) pour mesurer les performances de refroidissement à charge partielle des équipements unitaires et des systèmes VRF. Les systèmes de récupération d'énergie VRF sont capables d'obtenir une cote IEER aussi élevée que 22,1 (basée sur la méthode de test AHR! 1230). L'efficacité réelle du système dépendra du niveau de récupération d'énergie qui peut être atteint.
Coût d'entretien annuel
Le coût de maintenance annuel d'un système VRF peut être beaucoup plus élevé qu'un système HVAC conventionnel, tel qu'un système à volume d'air variable (VAV), en raison de la complexité de l'équipement qui comprend un système VRF. Non seulement l'équipement lui-même est complexe, avec les compresseurs à vitesse variable et les dispositifs de mesure du réfrigérant dans les contrôleurs de circuit de dérivation des systèmes VRF de type récupération de chaleur, mais le système de contrôle informatisé l'est également.
Chaque fabricant dispose d'un système de contrôle propriétaire et d'un logiciel associé et d'une interface informatique qui nécessite une formation spécialisée pour qu'un technicien maîtrise son utilisation dans des conditions de fonctionnement normales et comme outil de dépannage lorsque l'équipement fonctionne mal. Cela nécessite un niveau de spécialisation que le personnel d'entretien interne de la plupart des propriétaires d'immeubles ne possède pas. Par conséquent, lorsqu'un problème survient avec un système VRF, le propriétaire doit appeler un entrepreneur qui dispose d'un technicien de service formé à l'équipement et au système de contrôle informatisé du fabricant de l'équipement VRF particulier.
Cela peut entraîner un délai prolongé entre le moment où un problème est rencontré par le propriétaire du bâtiment avec le système VRF et le moment où le problème est finalement résolu par l'entrepreneur de service HV AC. De plus, le coût de réparation des systèmes VRF peut être élevé en raison du coût de l'équipement VRF et des composants de contrôle informatisés qui peuvent devoir être remplacés.
De plus, les systèmes VRF fonctionnent à des pressions de réfrigérant élevées, supérieures à celles des équipements CVC conventionnels. En conséquence, les systèmes VRF sont sujets aux fuites de réfrigérant. Lorsqu'une fuite de réfrigérant se produit dans un système VRF, la fuite doit d'abord être localisée, ce qui peut être difficile compte tenu des grandes longueurs de tuyauterie de réfrigérant isolées associées aux systèmes VRF. Une fois la fuite localisée, l'ensemble du système VRF, qui peut être composé de plus de 20 ventilo-convecteurs et de deux à quatre unités extérieures par système, doit souvent être complètement évacué de tout le réfrigérant et de l'humidité avant que la fuite puisse être réparée et que le système peut être rechargé avec du réfrigérant. Ce processus d'évacuation et de recharge de réfrigérant prend généralement un minimum de 24 heures.
Par conséquent, le délai entre le moment où une fuite de réfrigérant est identifiée et le moment où la fuite est réparée et le système est évacué et rechargé en réfrigérant peut être de plusieurs jours. Entre-temps, le système VRF, s'il a perdu toute sa charge de réfrigérant, est totalement incapable de fournir du chauffage ou du refroidissement aux espaces desservis. Le coût pour recharger complètement un système VRF étendu qui a perdu toute sa charge de réfrigérant peut également être assez élevé en raison de la quantité de réfrigérant nécessaire.
W. Larsen Angel (Livre source de conception CVC)
