Les systèmes d'air CVC peuvent être centralisés ou décentralisés. Les systèmes d'air centralisés reçoivent leur énergie de refroidissement et de chauffage d'une installation centrale à distance. Les systèmes d'air CVC décentralisés contiennent l'équipement central de chauffage et de refroidissement dans le système d'air lui-même. Les systèmes d'air CVC peuvent également être à volume d'air constant (CAV) ou à volume d'air variable (VAV). Les systèmes CAV fournissent un débit d'air soufflé constant à une température variable. Les systèmes VAV fournissent un débit d'air soufflé variable à une température constante. Les systèmes d'air CAV et VAV peuvent être subdivisés en systèmes qui conditionnent une seule zone de température et en systèmes qui conditionnent plusieurs zones de température.
Que les systèmes d'air CVC soient centralisés ou décentralisés, CAV ou VAV, desservent une seule zone ou plusieurs zones, les choix de serpentins de chauffage et de refroidissement dans les unités sont les mêmes. Généralement, le serpentin de chauffage dans les systèmes d'air CVC centralisés sera à eau chaude, à vapeur ou électrique, et le serpentin de refroidissement sera à eau glacée. Le serpentin de chauffage dans les systèmes HVAC décentralisés sera électrique, à gaz direct ou indirect ou à réfrigérant à détente directe (cycle inversé) (DX) (pour les pompes à chaleur uniquement) ; le serpentin de refroidissement sera un réfrigérant DX.
Zone unique
Un système CAV à zone unique se compose d'une centrale de traitement d'air qui fournit un débit d'air soufflé constant (Fig. 1). La capacité de chauffage et/ou de refroidissement de l'unité est modulée en faisant varier la température du flux d'air soufflé pour répondre aux besoins d'un seul thermostat monté dans l'un des espaces desservis par l'unité.
Les systèmes CAV à zone unique peuvent desservir plusieurs espaces ; par conséquent, il est important de s'assurer que tous les espaces desservis par un système CAV à zone unique ont des caractéristiques de charge CVC similaires.
Chauffage et ventilation
Les systèmes de chauffage et de ventilation (H&V) sont utilisés pour desservir les espaces qui nécessitent uniquement du chauffage et nécessitent également une ventilation de l'air extérieur pour la ventilation des occupants ou l'appoint d'air d'échappement. Les unités H&V sont souvent configurées pour fournir 100 % d'air extérieur. Cependant, ils peuvent avoir des capacités de retour d'air si le débit d'air extérieur est inférieur au débit d'air d'alimentation qui est nécessaire pour fournir un chauffage efficace des espaces desservis pendant l'hiver. Si les unités chauffent les espaces qu'elles desservent pendant les périodes inoccupées lorsque les systèmes d'évacuation sont éteints et les registres d'air extérieur fermés, les unités H&V peuvent également être équipées de capacités de retour d'air. Les unités H&V recirculent normalement 100 % de l'air pendant le mode de fonctionnement inoccupé.
Pendant l'été, il est courant que les unités H&:V positionnent leurs registres d'air extérieur et de retour pour fournir 100 % d'air extérieur aux espaces desservis afin de maintenir la température de l'espace à 5 à 10 °F de plus que la température extérieure. Si les unités H&:V ont des capacités de retour d'air, des dispositions doivent être prises dans les espaces desservis pour évacuer ou évacuer l'excès d'air extérieur qui est introduit pendant le mode de fonctionnement en été.
Le contrôle de la température pour les systèmes H&:V est le même que pour le système CAV à zone unique décrit précédemment, sauf que le thermostat d'ambiance contrôlera la capacité de chauffage de l'unité H&V uniquement. Certains exemples courants d'espaces nécessitant des systèmes H&V sont les gymnases, les vestiaires et les cuisines :
Multizone
Les systèmes CAV ne sont pas bien adaptés pour fournir plusieurs zones de contrôle de la température car desservir plusieurs zones avec des systèmes CAV entraîne un coût énergétique plus élevé et, dans certains cas, un coût initial plus élevé que les options VAV qui sont normalement disponibles. Cependant, grâce à l'utilisation de configurations de réchauffage, à double conduit et multizones, les systèmes CAV peuvent desservir plusieurs zones de température pour certaines applications, en particulier les rénovations de systèmes existants.
Réchauffer
Un système de réchauffage CAV se compose d'une unité CAV dont les conduits d'alimentation en air se ramifient pour desservir plusieurs zones dans la zone desservie par l'unité (Fig. 2). Un serpentin de réchauffage est monté dans le conduit de dérivation vers chaque zone. Typiquement, la température de l'air de refoulement de l'unité CAV est maintenue à environ 55 °F afin qu'elle puisse répondre aux besoins de refroidissement des zones de température, si nécessaire. Un thermostat de chauffage uniquement situé dans chaque zone contrôle la sortie de chauffage de son serpentin de réchauffage de zone associé. Cette batterie réchauffe l'air soufflé de l'unité CAV selon les besoins pour maintenir la consigne du thermostat de zone. Si aucun chauffage n'est requis dans la zone, le serpentin de chauffage sera éteint. Le serpentin de réchauffage de zone doit être dimensionné non seulement pour répondre aux pertes de chaleur de l'enveloppe du bâtiment pour la zone, mais également pour augmenter le débit d'air d'alimentation de la température de l'air soufflé (généralement 55 °F) au point de consigne de refroidissement de la zone (généralement 75 °F).
Les systèmes de réchauffage CAV ne sont pas écoénergétiques car il se produit simultanément un refroidissement (au niveau de l'unité CAV) et un chauffage (au niveau du serpentin de réchauffage) du flux d'air soufflé. Des précautions doivent être prises lors de la conception des systèmes de réchauffage CAV, car le code international de conservation de l'énergie 2018, section 503.4.5, exige que le débit d'air d'alimentation soit réduit à au moins 30 % du débit d'air d'alimentation maximal de chaque zone avant que le réchauffage puisse avoir lieu. Une exception à cette règle concerne les .zones qui ont des exigences particulières en matière de contrôle de l'humidité.
Double conduit
Un système CAV à double conduit comprend deux conduits d'air soufflé séparés, un conduit chaud et un conduit froid, reliés à une centrale de traitement d'air CAV spécialement configurée (Fig. 3). Le flux d'air d'alimentation est divisé dans l'unité en aval du ventilateur d'alimentation en ce qu'on appelle le pont chaud et le pont froid. Un serpentin de chauffage est installé à l'intérieur de l'unité dans le pont chaud et un serpentin de refroidissement est installé à l'intérieur de l'unité dans le pont froid. Une partie du flux d'air d'alimentation est soufflée à travers le pont chaud et rejetée à travers le conduit chaud principal connecté à l'unité. Le flux d'air d'alimentation restant est soufflé à travers le pont froid. et évacué par le conduit froid principal relié à l'unité. Les conduits d'alimentation en eau chaude et en eau froide sont acheminés parallèlement l'un à l'autre à travers le bâtiment et se ramifient pour desservir plusieurs zones dans la zone desservie par l'unité.
Chaque zone est équipée d'un caisson de mélange à double gaine, qui possède à la fois des raccordements d'entrée de gaine chaude et froide, chacun étant équipé d'un registre motorisé et d'un capteur de débit d'air en entrée. La boîte de mélange à double conduit a une sortie de conduit unique à travers laquelle l'air est fourni à la zone. La température de l'air fourni à la zone est régulée en modulant les débits d'air chaud et froid au niveau du caisson de mélange à double conduit selon les besoins pour maintenir la consigne du thermostat de zone. Pour les boîtes de mélange à double conduit CAV, le débit d'air soufflé total de la zone reste constant.
En règle générale, la température de l'air du pont froid de l'unité de traitement d'air CAV est maintenue à environ 85 °F afin que le refroidissement soit disponible si les zones de température l'exigent. La température de pont chaud de l'unité CAV est maintenue à environ 55°F afin que le chauffage soit disponible si requis par les zones de température. Le serpentin de chauffage d'une unité de traitement d'air à double conduit peut être à eau chaude, à vapeur ou électrique. Le serpentin de refroidissement sera normalement de l'eau glacée. Les centrales de traitement d'air à double conduit utilisent rarement, voire jamais, un serpentin de refroidissement à réfrigérant DX.
Les systèmes CAV à double conduit n'ont généralement pas d'application pour les bâtiments commerciaux en raison du coût initial élevé. Ainsi, nous ne discuterons pas plus en détail des systèmes à double conduit Les systèmes CAV à double conduit ont été conçus il y a des années principalement pour desservir les zones de laboratoire dans les bâtiments. Par conséquent, il est nécessaire que le concepteur du système HV AC comprenne ce type de système si un projet implique la rénovation d'un bâtiment avec un système CAV à double conduit. Cependant, il existe aujourd'hui plus de systèmes CVC modernes disponibles pour desservir les zones de laboratoire qui ont un coût initial et un coût d'exploitation inférieurs à ceux des systèmes CAV à double conduit. Par conséquent, il est peu probable qu'un nouveau bâtiment nécessite un système CAV à double conduit.
Multizone
Les systèmes CAV multizones sont similaires aux systèmes CAV à double conduit en ce sens qu'il y a un pont chaud et un pont froid dans l'unité de traitement d'air (Fig. 4). La différence est que les flux d'air chaud et froid de chaque zone sont mélangés au niveau de la centrale de traitement d'air. Il y a un volet motorisé d'air chaud et froid monté sur le soufflage de la centrale de traitement d'air pour chaque zone ; c'est-à-dire que si l'unité est une unité à cinq zones, il y aura cinq registres motorisés à pont chaud et cinq registres motorisés à pont froid montés sur le refoulement de l'unité. Il y a un seul raccordement de conduit sur la sortie combinée de chaque registre chaud et froid desservant chaque zone à travers laquelle l'air est fourni à la zone. La température de l'air fourni à chaque zone est contrôlée en modulant les débits d'air chaud et froid au niveau de l'unité de traitement d'air selon les besoins pour maintenir le point de consigne du thermostat de zone. Pour les systèmes multizones CAV, le débit d'air soufflé total vers chaque zone reste constant. Les températures de pont chaud et froid pour les systèmes CAV multizones sont similaires aux températures de pont pour les systèmes CAV à double conduit.
Les systèmes CAV multizones ne sont pas couramment utilisés dans les bâtiments commerciaux car les options VAV disponibles ont généralement un coût initial et des coûts d'exploitation inférieurs. De plus, le nombre de zones pouvant être prises en charge par une unité multizone est limité par l'espace physique disponible pour installer les registres motorisés chauds et froids pour chaque zone sur le soufflage de l'unité de traitement d'air. Par conséquent, les unités multizones ne peuvent pas desservir plus d'environ huit zones. Le nombre de zones pouvant être desservies par un système VAV n'est pas limité par l'équipement mais est déterminé par les besoins des zones desservies.
Manuel de conception CVC - W. Larsen Angel, PE, LEED AP, est directeur de la société d'ingénierie-conseil MEP Green Building Energy Engineers. Il a travaillé dans l'industrie du génie-conseil MEP pendant plus de 30 ans. M. Angel a contribué à l'élaboration de normes de conception et continue de trouver de nouvelles façons de rationaliser le processus de conception des systèmes CVC.
