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Chapitre 3 : Proposition d’une méthode d’audit des installations de climatisation Efficacité énergétique Type de ventilo-convecteur Elevée Moyenne Faible 2 tubes < 2,1% [2,1% ; 2,3%[ ≥ 2,3% 2 tubes/2 fils < 2,6% [2,6% ; 3,4%[ ≥ 3,4% 4 tubes < 2,7% [2,7% ; 3,5%[ ≥ 3,5% Tableau 18. Ratio « puissance électrique absorbée par le VCV sur puissance frigorifique sensible transférée » (source : Eurovent) 1.4.8. Appréciation de la concentration en glycol des circuits hydrauliques La concentration en glycol des solutions utilisées dans les réseaux hydrauliques (eau glacée, eau de refroidissement) est un paramètre important. Lorsqu’elle augmente, le réseau est mieux protégé contre le gel. Les pertes de charge sont également plus fortes car la viscosité s’en trouve accrue et les transferts thermiques sont plus faibles à cause d’une capacité calorifique réduite. Le Tableau 19 présente l’influence de la concentration en glycol sur les performances d’un groupe frigorifique et de sa pompe de distribution de l’eau glacée. Le choix de la concentration en glycol pourra être analysé à la lumière des températures minimales constatées dans la région. Ethylène glycol Propylène glycol Concentration en glycol (%) Protection (°C) EER EER(0%) ∆p ∆p(0%) Protection (°C) EER EER(0%) ∆p ∆p(0%) 0 0 1 1 0 1 1 10 -4 0,9895 1,0422 -2,5 0,9847 1,0403 20 -9 0,9778 1,1582 -6,5 0,9676 1,1343 30 -17 0,9647 1,3342 -13 0,9487 1,2683 40 -27 0,9501 1,5702 -21 0,9280 1,4423 Tableau 19. Influence de la concentration en glycol sur les performances hydraulique et thermique (source : Carrier 1 ) 1.5. Outils de jugement de la performance des stratégies de régulation Excepté pour les appareils à détente directe les plus simples, une installation de climatisation utilise souvent plusieurs régulations imbriquées. 1.5.1. Techniques de régulation locale du confort thermique La régulation du confort thermique doit être analysée en priorité car elle fait le lien entre l’occupant et ses besoins d’une part et l’installation de climatisation d’autre part et conditionne la puissance frigorifique nécessaire. Dans la pratique, les zones sont généralement thermo-régulées c’est à dire que la puissance frigorifique fournie est ajustée pour y maintenir la température désirée par l’occupant en : 1. Commandant le ventilateur en tout ou rien tandis que le débit circulant dans le terminal à eau glacée (ventilo-convecteur) reste constant. 2. Adaptant le débit circulant dans la surface rayonnante grâce à une vanne. 1 Les valeurs des coefficients multiplicateurs de l’EER et des pertes de charges Δp ont été obtenues sur les groupes frigorifiques de la gamme Carrier 30RA (017 à 240) et ne sont donc valables que pour ces appareils. La tendance des variations reste toutefois indépendante de l’appareil. 104
Chapitre 3 : Proposition d’une méthode d’audit des installations de climatisation 3. Adaptant le débit circulant dans le terminal à eau grâce à une vanne tandis que le ventilateur fonctionne en tout ou rien ou ajuste sa vitesse de rotation par palier. 4. Adaptant le débit de fluide frigorigène circulant dans l’évaporateur grâce au détendeur pour les appareils à détente directe tandis que le ventilateur ajuste sa vitesse de rotation par palier. 5. Régulant le débit d’air circulant dans la zone pour les installations tout air à volume variable. Même si elle est désormais marginale, la régulation manuelle doit absolument être bannie car elle est fortement subjective et sujette à l’oubli. Les techniques citées s’appliquent à des installations différentes, il est donc difficile de les classer. Naturellement, la flexibilité permet d’atteindre le confort voulu plus rapidement. C’est pour cela que, pour les terminaux à eau, la première méthode évoquée est la moins performante. L’autre facteur à prendre en compte est le dimensionnement du terminal. Si ce dernier est surdimensionné par rapport aux besoins réels, la régulation aura tendance à imposer la fermeture de la vanne ou du registre accroissant alors les pertes de charge du réseau. 1.5.2. Techniques de régulation du débit d’eau glacée distribué par une pompe La distribution de l’eau glacée s’effectue généralement selon cinq méthodes (Figure 32) classées ici par ordre croissant d’efficacité énergétique : 1. Pompage à débit fixe et une vanne 3-voies (V3V) sur chacun des échangeurs régulant le débit localement par by-passage de la surface d’échange (Figure 32 en haut à gauche). L’eau glacée circulant dans l’ensemble du réseau quels que soient les besoins de froid, ce mode de régulation est plutôt énergivore. 2. Pompage à débit fixe avec une vanne 2-voies (V2V) sur chacun des échangeurs régulant le débit localement par étranglement et une vanne disposée en parallèle des branches aller et retour équilibrant leurs pressions respectives (Figure 32 en haut à droite). Cette solution atténue légèrement les pertes de charge et les pertes thermiques globales car l’eau glacée « inutile » by-passe le réseau. Les V2V sont en outre moins coûteuses. 3. Pompage à débit fixe mais étranglement par V2V afin de maintenir une pression constante dans le réseau aval, ce dernier étant soumis à des variations de pression dues aux V2V régulant le débit de chaque échangeur par étranglement (Figure 32 au centre). 4. Pompe à débit variable maintenant sa pression différentielle constante avec une V2V sur chaque échangeur régulant le débit localement par étranglement. Ce mode de régulation avantageux du point de vue « facilité d’installation » ne tire que partiellement profit de la réduction du débit consécutif à la fermeture des V2V (Figure 32 en bas à gauche). 5. Pompage à débit variable en maintenant une pression différentielle constante entre les branches aller et retour avec une V2V sur chacun des échangeurs régulant le débit localement par étranglement. Cette régulation, en intégrant les pertes de charge du réseau, tire pleinement profit de la réduction du débit consécutif à la fermeture des V2V (Figure 32 en bas à droite). Il faut ici faire très attention lors du jugement de l’installation. Lorsque la variabilité des besoins est faible, la variation du débit de distribution ne se justifie pas économiquement et le maître d’ouvrage peut avoir raison de privilégier les deux premières solutions avec toutefois des pompes de rendement supérieur. Si elle est justifiée, le maître d’ouvrage doit privilégier une des deux dernières solutions, la troisième étant une aberration énergétique. 105
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