Les systèmes à volume d'air variable (VAV) sont les types de systèmes d'air CVC les plus largement utilisés pour les projets de construction commerciale 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 vers plusieurs unités terminales VAV, chacune desservant 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 d'alimentation 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 chemin vers le bas du système de conduits d'air primaire. La modulation des traclcs de débit d'air de soufflage avec les besoins des unités termirutl VAV ; c'est-à-dire que, 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 soufflé fourni par la centrale de traitement d'air VAV pour rétablir la pression statique dans le système de gaines. Inversement, lorsque les registres d'air primaire se ferment, la pression statique du conduit d'air primaire augmente et la vitesse du ventilateur dans l'unité de traitement d'air VAV diminue pour diminuer le débit d'air soufflé fourni par l'unité de traitement d'air VAV pour compenser.
L'unité de traitement d'air pour un système VAV est la même que celle requise pour un Système VCA à l'exception 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 (AC) est directement proportionnelle à la fréquence du signal d'entrée du moteur. Par conséquent, lorsque la fréquence du signal de sortie VFD vers le moteur est réduite, la vitesse du moteur est réduite et le débit d'air d'alimentation est également réduit. L'inverse est vrai lorsque la fréquence du signal de sortie VFD vers le moteur est augmentée. La fréquence maximale recommandée du signal de sortie VFD est celle de la fréquence d'entrée de ligne 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 fait fonctionner le moteur du ventilateur au-dessus de ses ampères de charge de fonctionnement nominaux [c'est-à-dire que le moteur fonctionne dans sa plage de facteur de service (généralement entre 100 et 115 % des ampères de charge de fonctionnement nominaux), ce qui n'est pas recommandé].
Des précautions doivent être prises lors de la conception de systèmes VAV qui utilisent des serpentins de réfrigérant 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'incorporation d'un VFD dans l'armoire de l'unité sont tous des 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 d'air 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 plusieurs zones, puis discuterons de l'utilisation d'un système VAV pour une application à zone unique.
Multizone
Unités terminales VAV
Le débit d'air primaire variable est fourni aux zones par la modulation du registre d'air primaire dans les unités terminales VAV. Lorsque la température de la zone diminue, le registre d'air primaire est modulé fermé pour fournir moins d'air primaire (55°F) à la zone. Une fois que le registre d'air primaire atteint sa position minimale prédéterminée (généralement environ 25 % du débit d'air maximal), lors d'une nouvelle baisse de la température de la zone, les unités terminales VAV qui ont des capacités de chauffage positionneront le registre d'air primaire sur le débit d'air de chauffage et moduleront la sortie de la batterie de chauffage pour maintenir la consigne de chauffage de la sonde de température de zone. Les unités terminales VAV alimentées par ventilateur sont également équipées d'un petit ventilateur qui recircule l'air (normalement à partir du plénum de retour 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 d'air VAV à double conduit sont à peu près aussi rares que les systèmes d'air 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 d'alimentation 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 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 un système VAV pour s'assurer que les zones ne nécessitent pas un débit d'air d'alimentation constant pour servir de compensation au 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 pour 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 de chauffage : le refroidissement sera désactivé, le ventilateur de soufflage 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 soufflé à 55 °F, et le 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 de refroidissement, la température de l'air d'alimentation restera constante à environ 55 °F. Cette température d'air soufflé constamment froide 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 soufflé peut varier entre 55 °F (pleine charge de refroidissement) et 75 °F (pas de charge de refroidissement). L'humidité relative de l'espace plus élevée résultant de l'utilisation d'un système VCA 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 récentes avancées 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.
Manuel de conception CVC - W.Larsen Ange, Î.-P.-É., 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.
