Les vannes de contrôle indépendantes de la pression (PICV) peuvent aider à réduire les coûts énergétiques et à augmenter le confort des occupants dans les applications de bobine de chauffage et de refroidissement dans les bâtiments. Un PICV est mieux décrit comme deux vannes en une: une norme Vanne de commande à 2 voies et un vanne d'équilibrage.

Introduction aux vannes PICV

Les soupapes de commande indépendantes de pression sont une soupape de commande de température automatique et une soupape de régulation automatique de débit emballé dans un corps de vanne. Une vanne à billes avec un insert caractérisé fonctionne comme une soupape de commande de température actionnée régulière, et une cartouche de contrôle de pression fournit une régulation automatique du débit pour maintenir un débit constant d'eau chaude ou réfrigérée, indépendamment des changements de pression du système.

Ils sont utilisés dans de nombreuses applications HVAC en boucle fermée. Les systèmes avec des vannes de contrôle indépendantes de la pression n'ont pas besoin d'être équilibrés et rééquilibrés lors de la mise en service. Ils régulent et maintiennent un débit constant vers la bobine car la pression de l'eau dans le système varie avec les charges changeantes.

Cela offre un meilleur confort, augmente l'efficacité énergétique, réduit le fonctionnement de l'actionneur et réduit les rappels coûteux. Les vannes indépendantes de la pression permettent au système de mieux fonctionner. Avec le bon débit vers chaque bobine, les chaudières et les refroidisseurs sont les plus efficaces

Principe de fonctionnement

PICV obtient des résultats optimaux car seule la quantité nécessaire d'eau chaude (en GPM) et de l'eau réfrigérée (en GPM) est livrée aux bobines de chauffage et de refroidissement. Les vannes de commande à 2 voies standard permettent un débordement et un sous-flux, surtout si le CV est surdimensionné ou sous-dimensionné. Cela génère un excès d'eau vers la pompe pour compenser leur inexactitude, ce qui augmente le coût du pompage.

Les actionneurs sur les soupapes PICV ne parcourent pas aussi souvent que les vannes à deux voies standard pour compenser les changements de pression dans le système qui ont un impact sur l'écoulement, ce qui entraîne des économies d'énergie.

Voici une explication simplifiée de l'opération PICV à l'aide d'un système à deux soupapes. La deuxième soupape (V2 dans le graphique ci-dessous) régule le différentiel de pression à travers la première soupape (V1) à l'aide d'un élément de diaphragme de roulement contraire à un ressort. La première vanne est un dispositif d'orifice variable calibré ajusté par l'actionneur (similaire à une vanne de commande de modulation standard).

Le diaphragme réagit au système et régule le différentiel de pression à travers l'orifice de soupape de commande actionné pour maintenir son débit.

Sur un PICV (voir graphique ci-dessous), lors de la préréglage du débit maximal, l'orifice d'entrée change de taille, qui n'interfère pas avec la longueur de la course. En modulant, les zones de l'orifice sont affectées par l'actionneur en utilisant la course complète. Il en résulte que la zone orifice change de taille avec un mouvement vertical.

L'importance d'un système équilibré

Le but d'une vanne de régulation de flux automatique est de s'assurer que chaque bobine a le flux correct à tout moment et dans toutes les conditions de charge. Un système HVAC est en équilibre lorsque le flux du fluide à travers la bobine est à l'intérieur de plus ou moins 10% du flux de conception. Si le système n'est pas en équilibre, la distribution inégale de l'écoulement créera trop de flux dans certaines des bobines et trop peu de flux dans d'autres. Les bobines avec des débits inadéquates ne conditionneront pas correctement. Les bobines avec débit excédentaire ne fonctionneront pas efficacement. Ils gaspilleront l'énergie car le débit sera trop élevé pour maximiser la quantité d'énergie transférée entre l'eau et l'air qui coule à travers la bobine augmente l'énergie de pompage et les occupants se plaindront des taches chaudes et froides du bâtiment.

Une vanne d'équilibrage manuelle est utilisée pour ajuster le flux de fluide réel à travers chaque bobine à concevoir le flux, avec toutes les vannes de commande automatiques ouvertes à la position d'écoulement complète. Cela se fait en définissant manuellement les vannes d'équilibrage, une à la fois. Une vanne est définie, puis la vanne suivante et ainsi de suite. Chaque fois que l'on est ajusté, le système change, de sorte que les vannes qui étaient auparavant équilibrées ne sont plus équilibrées.

C'est pourquoi Ashrae recommande que chaque valve soit réglée au moins 3 fois pour obtenir un flux réel dans plus ou moins 10% du flux de conception et être considéré comme «équilibré».

Problèmes dans les systèmes HVAC utilisant des vannes de contrôle conventionnelles

Même après un système équilibré manuellement, il n'est équilibré qu'en position d'écoulement complète. Une fois que toute valve dans la position des changements du système, elle modifie la pression du système et provoque un déséquilibre du système et réduit l'efficacité. Cela entraînera des problèmes de confort, mais il peut également entraîner un problème appelé Syndrome de Delta T.

Delta t est la différence de température de l'eau de chaque côté de la bobine. Si l'écoulement de l'eau à travers la bobine est trop élevé, il n'extrait pas efficacement la chaleur de l'espace. Dans le mode de refroidissement, la température de l'eau de retour sera plus froide que conçue parce que l'eau n'a pas passé assez de temps dans la bobine pour avoir un transfert de chaleur adéquat. De nombreux systèmes HVAC modernes d'aujourd'hui ont des pompes à débit variables pour économiser de l'énergie. Les systèmes à vitesse variable utilisent moins d'énergie que les systèmes d'écoulement constant lorsque le moteur de pompe est entraîné à des vitesses plus lentes.

En théorie, les systèmes d'écoulement variable avec des vannes de contrôle conventionnels devraient améliorer le delta t au niveau de la bobine. Cependant, à mesure que la pression change dans ces systèmes, l'écoulement à travers la valve augmentera ou diminuera. Ce fait est évident dans la formule d'écoulement de base (flux = cv√∆p). À mesure que le différentiel de pression (Delta P) augmente, le débit doit augmenter si la zone ouverte reste la même. La seule fois où nous voulons modifier le débit dans la bobine, c'est lorsque l'exigence de charge change, alors l'actionneur doit réagir en modifiant la zone ouverte de la vanne. Ces changements de débit sans changement dans la position de l'actionneur entraînent généralement un débit excessif, en particulier lors de la demande de débits élevés. Cela se traduira par un delta t à faible refroidissement et au chauffage. Les vannes de commande avec une faible capacité rendent le contrôle du débit encore plus difficile dans ces systèmes.

La bobine delta t qui est inférieure à la conception de delta t indique qu'il y a un transfert de chaleur inefficace et que l'eau froide qui a été envoyée à la bobine reste froide lorsqu'elle retourne au refroidisseur. Cela peut être causé par des bobines sales, mais est souvent causée par un débit trop élevé causé par ces fluctuations de pression dans le système. Ce flux accru provoque un mauvais refroidissement dans l'espace occupé et fait fonctionner la pompe inutilement dur. Les refroidisseurs peuvent mettre en place en réponse au flux et non à la charge. Cela pourrait même faire glisser le refroidisseur. Si vous pouvez contrôler le débit vers la bobine en le ralentissant, vous pouvez augmenter le delta t tout en économisant de l'énergie de la pompe.

Low Delta T provoque également des problèmes dans les systèmes de chauffage, en particulier lors de l'utilisation de chaudières à condensation. Si l'énergie n'est pas complètement transférée aux bobines de chauffage, la température de l'eau retournant à la chaudière ne permettra pas à la chaudière de se condenser. Lorsque cela se produit, la chaudière devient une chaudière conventionnelle coûteuse. Ces facteurs augmenteront le coût de fonctionnement et rendront l'espace moins confortable.

Low Delta T nécessite également un équipement supplémentaire pour chauffer ou refroidir l'eau car le débit d'écoulement est si élevé. Le taux d'écoulement est directement lié au delta t et au transfert de chaleur dans l'équipement. Delta t = btuh / (500 gpm) donc si le débit d'écoulement peut être réduit, le delta t augmentera pour que moins d'équipement puisse être utilisé pour chauffer ou refroidir l'eau. Si le débit d'écoulement est coupé dans la moitié, le delta t est doublé. Cela peut entraîner des économies de dépenses en capital car l'achat de refroidisseurs ou de pompes supplémentaires peut être évité.

Les vannes dans un système inefficace comme celle-ci changent fréquemment la position pour compenser les fluctuations de température causées par les changements de débit. Cela augmente l'usure des actionneurs de valve, afin qu'ils puissent échouer prématurément.

Avantages de la vanne de contrôle indépendante de pression (avantages PICV)

Les vannes de contrôle indépendantes de la pression intègrent des fonctions d'équilibrage et de contrôle dynamiques en un seul produit. Ils répondent aux changements de pression afin de maintenir le débit souhaité. La partie du régulateur de pression différentielle de la vanne incorpore un diaphragme en caoutchouc qui est déplacé par différentiel de pression et un ressort. Il est exposé à la pression d'entrée d'un côté et à la pression de sortie de l'autre. Au fur et à mesure que le diaphragme se déplace, il exploite une valve qui maintient la chute de pression à travers la constante de la soupape de bille, indépendamment des changements de pression du système. La section de soupape de bille module ensuite pour maintenir le point de consigne de la pièce afin que l'écoulement soit varié selon la demande de la pièce, et non par les changements de pression du système.

Et parce que la vanne est à la fois une vanne de commande et une vanne d'équilibrage automatique en un, l'installation est plus facile. Il n'est pas nécessaire d'acheter et d'installer une vanne d'équilibrage et une vanne de commande. Ceci, en plus de aucun équilibrage et de rééquilibrage du système, économise les coûts d'installation.

Les soupapes de contrôle indépendantes de la pression réduisent le premier coût avec un coût plus faible, une plus petite capacité de l'équipement et une taille de tuyauterie plus petite. Ils éliminent également le besoin de tuyaux de retour inverse coûteux et complexes. Ils réduisent considérablement le travail des tests, des ajustements et de l'équilibrage. Ceci est particulièrement prononcé dans les projets phasés où l'ensemble du système doit être à nouveau équilibré à mesure que chaque nouvelle phase est terminée.

Sélection, installation et maintenance de la vanne PICV

Pour répondre à diverses applications, les vannes de contrôle indépendantes de la pression sont disponibles dans une grande variété de paramètres d'écoulement incrémentiels. Sélectionnez la valve correcte pour votre application en choisissant une vanne qui correspond au débit de conception de la bobine. Sélectionnez la plus petite valve capable de fournir ce débit de conception, mais arrondissez la taille suivante en cas de besoin.

Comme pour toute installation, il est préférable d'utiliser des vannes d'isolement pour faciliter la maintenance.

Les vannes de contrôle indépendantes de la pression ont de petits canaux dans le corps de la vanne de chaque côté du diaphragme. Cela rend la bonne qualité de l'eau importante. Les crépines installées avant que chaque vanne ne soient efficaces pour éliminer les contaminants relativement importants. Ces passages protégeront également les bobines et l'équipement du système. Cependant, ils ne filtreront pas de très minuscules particules. Pour cela, il est important d'assurer la qualité des supports avec un traitement et une filtration en cours de l'eau avec un filtre de flux latéral (contournement). La mise en service appropriée comprend le rinçage du système.

De plus, si la vitesse de la pompe est contrôlée avec un capteur de pression différentielle à distance, les plus grandes économies seront réalisées en plaçant le capteur à la soupape de commande indépendante de la pression située la plus éloignée de la pompe. De cette façon, la pompe est entraînée pour développer uniquement la tête nécessaire pour prendre en charge la valve et la bobine la plus éloignées du système.

Conclusion

En conclusion, les vannes de contrôle indépendantes de la pression facilitent l'installation et la mise en service. Ils fournissent un débit constant même si les charges changent et que les vannes dans le système s'ouvrent et se ferment. Cela réduit le fonctionnement de l'actionneur et offre un meilleur contrôle de zone. Ils réduisent également les coûts et permettent à l'ensemble du système de mieux fonctionner, car avec le bon débit vers chaque bobine, les pompes et les refroidisseurs fonctionnent efficacement.

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