Les systèmes à volume d'air variable (VAV) sont les types de systèmes de CVC les plus largement utilisés pour les projets de bâtiments commerciaux de moyenne et grande taille (projets de plus de 10 000 pi2) car les systèmes VAV sont flexibles, économes en énergie et offrent un environnement intérieur confortable. Les systèmes VAV fournissent un débit d'air d'alimentation variable à une température constante (généralement 55 °F) à travers le conduit d'air primaire jusqu'à plusieurs unités terminales VAV, dont chacune dessert une zone de température distincte. Chaque unité terminale VAV contient un registre motorisé qui module le débit d'air primaire vers la zone, un capteur de débit d'air d'entrée et, dans certains cas, un serpentin de chauffage et un petit ventilateur de recirculation d'air.
Le débit d'air soufflé de la centrale de traitement d'air VAV est normalement modulé pour maintenir une pression statique constante dans le système de conduits d'air primaire. Ceci est mesuré par un capteur de pression statique de conduit, qui est généralement situé aux deux tiers du système de conduits d'air primaire. La modulation du débit d'air soufflé s'adapte aux besoins des unités termirutl VAV ; autrement dit, à mesure que davantage de registres d'air primaire dans les unités terminales VAV s'ouvrent pour fournir plus d'air aux zones, la pression statique dans le système de conduits d'air primaire diminue et la vitesse du ventilateur dans l'unité de traitement d'air VAV augmente pour augmenter le débit d'air fourni par la centrale de traitement d'air VAV pour rétablir la pression statique dans le système de gaines. À l'inverse, à mesure que les registres d'air primaire se ferment, la pression statique du conduit d'air primaire augmente et la vitesse du ventilateur dans la centrale de traitement d'air VAV diminue pour diminuer le débit d'air soufflé délivré par la centrale de traitement d'air VAV pour compenser.
L'unité de traitement d'air d'un système VAV est la même que celle requise pour un Système VCA à l’exception du fait qu’il existe un moyen de moduler le débit d’air soufflé délivré par l’unité. La manière la plus courante de moduler le débit d'air soufflé de l'unité consiste à contrôler la fréquence du signal envoyé au moteur du ventilateur de soufflage via un variateur de fréquence (VFD).
La vitesse d'un moteur à courant alternatif (ca) est directement proportionnelle à la fréquence du signal d'entrée du moteur. Par conséquent, à mesure que la fréquence du signal de sortie VFD vers le moteur est réduite, la vitesse du moteur est réduite et le débit d'air soufflé est également réduit. L’inverse est vrai lorsque la fréquence du signal de sortie VFD vers le moteur augmente. La fréquence maximale recommandée du signal de sortie du VFD est celle de la fréquence d'entrée de la ligne du VFD, soit 60 Hz. Le moteur du ventilateur d'alimentation fonctionnera à pleine vitesse lorsqu'il recevra un signal de sortie VFD de 60 Hz. Les VFD peuvent fournir des fréquences supérieures à 60 Hz, mais cela amène le moteur du ventilateur à fonctionner au-dessus de son ampérage de charge de fonctionnement nominal [c'est-à-dire que le moteur fonctionne dans sa plage de facteur de service (généralement entre 100 et 115 % de l'ampérage de charge de fonctionnement nominal), ce qui n'est pas recommandé].
Des précautions doivent être prises lors de la conception de systèmes VAV utilisant des serpentins réfrigérants DX pour le refroidissement. À moins que le système de réfrigération ne soit équipé d'une capacité adéquate pour décharger la capacité du système de réfrigération, le gel du serpentin de refroidissement du réfrigérant DX pourrait se produire dans des conditions de faible débit d'air. Le déchargement du système de réfrigération, le contrôle adéquat de la température de l'air de refoulement et l'intégration d'un VFD dans l'armoire de l'unité sont autant de problèmes que les fabricants d'équipements CVC ont récemment résolus pour les équipements DX ayant des capacités inférieures à 25 tonnes. Les fabricants d'équipements CVC proposent désormais un fonctionnement VAV pour les systèmes pneumatiques qui utilisent des serpentins de refroidissement à réfrigérant DX dans des capacités aussi faibles que 5 tonnes.
L'utilisation la plus courante d'un système VAV consiste à desservir plusieurs zones de température. Par conséquent, nous discuterons d’abord des systèmes VAV à zones multiples, puis discuterons de l’utilisation d’un système VAV pour une application à zone unique.
Zones multiples
Unités terminales VAV
Un débit d'air primaire variable est délivré aux zones grâce à la modulation du registre d'air primaire dans les unités terminales VAV. À mesure que la température de la zone diminue, le registre d'air primaire est modulé et fermé pour fournir moins (55 °F) d'air primaire à la zone. Une fois que le registre d'air primaire atteint sa position minimale prédéterminée (généralement environ 25 % du débit d'air maximum), lors d'une nouvelle baisse de la température de la zone, les unités terminales VAV dotées de capacités de chauffage positionneront le registre d'air primaire par rapport au débit d'air de chauffage et moduleront la sortie. du serpentin de chauffage pour maintenir le point de consigne de chauffage du capteur de température de zone. Les unités terminales VAV alimentées par ventilateur sont également équipées d'un petit ventilateur qui fait recirculer l'air (normalement du plénum de reprise d'air du plafond) à travers le serpentin de chauffage de l'unité terminale VAV.
La figure 1 est un diagramme schématique d'un système VAV desservant plusieurs unités terminales VAV.
Double conduit
Les systèmes pneumatiques VAV à double conduit sont à peu près aussi rares que les systèmes pneumatiques CAV à double conduit. Le cas le plus probable où un concepteur de système CVC rencontrerait un système d'air VAV à double conduit serait dans le cas d'un système initialement conçu comme un système CAV à double conduit, mais qui a ensuite été rénové pour fonctionner comme un système VAV. Le concepteur du système CVC peut également avoir pour tâche de concevoir les modifications apportées à un système CAV à double conduit pour le convertir en un système VAV à double conduit.
Les systèmes VAV à double conduit fonctionnent à peu près de la même manière que les systèmes CAV à double conduit, sauf que le débit d'air soufflé vers les zones est variable et non constant. Le ventilateur de soufflage de la centrale de traitement d'air à double conduit doit être équipé d'un moyen permettant de moduler son débit d'air en réponse à la pression statique dans les conduits principaux chaud et froid. L'efficacité énergétique d'un système VAV à double conduit serait à peu près la même que celle d'un système VAV conventionnel utilisant des unités terminales VAV.
Des précautions doivent être prises lors de la conversion d'un système CAV à double conduit en système VAV pour garantir que les zones ne nécessitent pas un débit d'air d'alimentation constant pour servir d'appoint à un débit d'air d'évacuation constant.
Zone unique
Le fonctionnement d'un système VAV à zone unique est similaire au fonctionnement d'un système VAV desservant plusieurs zones, sauf qu'il n'y a pas d'unités terminales VAV et que le débit d'air soufflé est modulé pour maintenir le point de consigne de refroidissement du capteur de température de zone (unique) plutôt que de maintenir une pression statique constante dans le conduit d’air primaire. La température de l'air d'alimentation est maintenue à 55 °F tant que le capteur de température de zone demande un refroidissement.
Une fois que la température de la zone descend en dessous du point de consigne de refroidissement (généralement 75 °F), l'unité de traitement d'air fonctionnera en mode chauffage : le refroidissement sera désactivé, le ventilateur d'alimentation fonctionnera au débit d'air de chauffage prédéterminé et la sortie du serpentin de chauffage à l'intérieur de l'unité sera modulée selon les besoins pour maintenir le point de consigne de chauffage du capteur de température de zone (généralement 70 °F).
Une fois que la température de la zone dépasse le point de consigne de refroidissement, l'unité de traitement d'air fonctionnera en mode de refroidissement : le chauffage sera désactivé, la sortie du serpentin de refroidissement sera modulée selon les besoins pour maintenir la température de l'air d'alimentation à 55 °F, et la le débit d’air soufflé sera modulé pour maintenir le point de consigne de refroidissement du capteur de température de zone.
L'avantage d'un système VAV à zone unique par rapport à un système CAV à zone unique est que pendant le fonctionnement en refroidissement, la température de l'air d'alimentation restera constante à environ 55 °F. Cette température d'air d'alimentation constamment fraîche se traduira par une humidité relative de l'espace inférieure à celle de la même zone desservie par un système CAV où la température de l'air d'alimentation peut varier entre 55 °F (charge de refroidissement complète) et 75 °F (aucune charge de refroidissement). L'humidité relative plus élevée de l'espace résultant de l'utilisation d'un système CAV est exacerbée par la ventilation de l'air extérieur dans les zones climatiques humides et par une forte densité d'occupants dans les zones desservies par l'unité.
Grâce aux récents progrès technologiques, les systèmes VAV à zone unique qui utilisent des serpentins de refroidissement à réfrigérant DX peuvent desservir des zones avec une charge de refroidissement aussi faible que 5 tonnes.
Livre source de conception CVC - W. Larsen Ange, PE, LEED AP, est directeur de la société de génie-conseil MEP Green Building Energy Engineers. Il travaille dans le secteur du génie-conseil MEP depuis 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.
