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Oct 11, 2023

Facteurs clés pour le choix d'un VRE

Les ventilateurs récupérateurs d'énergie (VRE) sont conçus pour améliorer le système CVC

Les ventilateurs récupérateurs d'énergie (VRE) sont conçus pour améliorer les performances du système CVC en prenant l'énergie de l'air évacué du bâtiment et en l'utilisant pour préconditionner l'air de ventilation extérieur entrant. Ce préconditionnement réduit la demande de charge sur l'unité HVAC tout en réduisant considérablement les coûts énergétiques. Lors de la spécification d'une VRE, plusieurs facteurs peuvent aider à déterminer l'unité optimale pour l'application. Les caractéristiques fonctionnelles et de performance sont importantes, mais les considérations d'installation, de maintenance et même de durabilité à long terme ne doivent pas être négligées.

L'une des principales raisons d'installer un VRE est de récupérer de l'énergie lorsqu'il y a un besoin d'air frais pour un bâtiment. Lorsque de l'air frais est introduit dans un bâtiment, l'air conditionné est rejeté à l'extérieur pour égaliser la pression d'air du bâtiment. L'air qui sort d'un bâtiment contient de l'énergie : de l'énergie chaude en hiver et de l'énergie froide en été. Un VRE peut capter 70 % ou plus de l'énergie de l'air sortant du bâtiment et la transférer à l'air frais entrant dans le bâtiment. Cette capture d'énergie signifie qu'une unité CVC sur le toit n'a pas à travailler aussi dur, ce qui peut entraîner une réduction des factures d'électricité. L'unité sur le toit peut également être plus petite puisque le VRE partage la charge de travail.

En plus des économies d'énergie, les VRE aident à réduire le CO2 et à améliorer la qualité de l'air intérieur (QAI) en remplaçant l'air vicié par de l'air frais, ce qui aide à garder les occupants alertes et en bonne santé. Les environnements de bureau et d'école ont généralement des taux d'occupation plus élevés et nécessitent beaucoup d'air frais, ce qui les rend idéaux pour l'installation d'un VRE. Les VRE aident également à dissiper les odeurs et peuvent aider à gérer les niveaux d'humidité en gardant l'air humide à l'intérieur pendant l'hiver et à l'extérieur pendant l'été.

Les paramètres des réglementations gouvernementales et des exigences de construction aident à déterminer le dimensionnement et les spécifications initiales du VRE pour garantir que l'unité est suffisamment grande pour satisfaire aux normes de circulation de l'air et d'efficacité énergétique. Par exemple, la norme ASHRAE 62.1 "Ventilation for Acceptable Indoor Air Quality" décrit les normes minimales pour la quantité d'air frais qui doit être introduite dans un bâtiment, tandis que la norme ASHRAE 90.1 "Energy Standard for Buildings except Low-Rise Residential Buildings" stipule comment quantité d'énergie qu'un bâtiment peut consommer. Des VRE correctement dimensionnés peuvent aider à répondre à la fois aux exigences de circulation de l'air et d'efficacité.

Les principaux facteurs à prendre en compte lors de la spécification initiale sont la disposition des conduits et la compatibilité d'autres équipements, tels que l'unité CVC et les unités de traitement d'air, fonctionnant en tandem avec le VRE. Des outils de calcul VRE en ligne sont disponibles pour aider les ingénieurs chargés de la spécification à déterminer la taille et la configuration VRE appropriées. Une fois ceux-ci déterminés, il existe plusieurs autres domaines à prendre en compte pour aider à sélectionner le système ERV optimal.

Lorsque l'on examine la conception fonctionnelle et les performances du VRE, les principales considérations sont les commandes et les composants internes. À l'intérieur, la principale composante de nombreux VRE est la roue de récupération d'énergie. Cette roue tourne entre les flux d'échappement et d'air extérieur et capte la chaleur et l'humidité d'un flux et les transfère à l'autre. Certains VRE contiennent des roues avec une fonction arrêt-démarrage-jog qui permet à l'appareil de s'arrêter automatiquement pour le mode économiseur lorsque les conditions extérieures sont optimales. De plus, certaines roues sont conçues pour pivoter hors du flux d'air, éliminant ainsi la chute de pression et plaçant le VRE en mode économiseur. La roue détecte automatiquement la température extérieure par rapport à la température intérieure et s'ajuste en conséquence.

Un autre facteur de performance à considérer est de savoir si le VRE est équipé d'un variateur de fréquence (VFD), ou parfois de plusieurs variateurs. Le VFD contrôle le moteur électrique à l'intérieur du VRE (généralement pour un ventilateur), en ajustant la vitesse du moteur et en réduisant le nombre d'ampères utilisés, économisant ainsi de l'énergie. De plus, le VFD offre un meilleur contrôle du moteur du ventilateur, ce qui permet un contrôle plus précis du flux d'air entrant. Comme avantage supplémentaire, la sélection d'un VRE qui utilise des ventilateurs silencieux peut réduire le bruit ambiant et perturber moins l'environnement intérieur.

Les commandes communicantes qui relient le VRE au reste du système du bâtiment sont tout aussi importantes. La plupart des VRE sont aujourd'hui équipés pour communiquer avec le système de gestion du bâtiment (BMS). Un protocole open source, comme BACnet™, facilite l'intégration du VRE au BMS et offre plus de fonctionnalités à mesure que les fabricants d'équipement développent de nouvelles fonctionnalités électroniques.

Pour une fonctionnalité améliorée, les VRE peuvent être équipés d'une variété de capteurs électroniques qui surveillent la pression, la température, l'humidité, l'air frais, l'échappement, le débit d'air et l'utilisation du filtre. Certains fabricants comme Ruskin proposent également des capteurs capables de détecter le niveau de CO2 dans un espace et d'ajuster le VRE en conséquence, réduisant davantage les coûts énergétiques et optimisant l'environnement du bâtiment pour ses occupants. De plus, la sélection d'un VRE qui peut communiquer efficacement avec un registre d'admission motorisé séparé offre un autre niveau de contrôle du débit d'air pour plus d'efficacité.

Les climats rigoureux peuvent également avoir un impact sur les spécifications du VRE. Dans les environnements froids, un système de préchauffage ou un kit à basse température ambiante peut être utilisé pour empêcher l'accumulation de givre et de glace sur le module de récupération. Lors de l'utilisation d'un système de préchauffage, il est important que l'unité dispose d'un espace suffisant entre le système de préchauffage et la roue pour permettre à l'air de circuler et de se refroidir avant qu'il n'atteigne la roue.

Certaines spécifications de conception peuvent nécessiter des mini VRE intérieurs plus petits, qui sont idéaux pour réduire l'humidité ou traiter les niveaux de CO2 dans une salle de classe ou de réunion. Ces unités sont différentes des modèles d'extérieur, car elles contiennent parfois des plaques centrales statiques avec moins de pièces mobiles. Avec ces unités centrales statiques, au lieu d'une roue se déplaçant entre les flux d'air pour transférer de l'énergie, les flux d'air passent les uns à côté des autres à travers une série de canaux ou de plaques centrales. Ces plaques ou canaux chauffent ou refroidissent l'air intermédiaire et transfèrent de l'énergie. Les plaques à noyau statique peuvent être en métal, en plastique ou même en papier. L'inconvénient des noyaux en papier est qu'ils peuvent se détériorer avec le temps et compromettre la QAI d'un bâtiment. Recherchez des plaques à noyau statique qui utilisent une construction 100 % polymère pour une durabilité accrue. En général, les roues ERV sont également disponibles pour ces applications et ont tendance à récupérer plus d'énergie, mais contiennent également plus de pièces mobiles avec un potentiel de maintenance supplémentaire.

Les VRE peuvent être installés lors d'une nouvelle construction ou réaménagés dans un système CVC existant. Le niveau de difficulté d'installation dépend du type de VRE ainsi que de l'emplacement des conduits et de la configuration du bâtiment. En interfaçant avec les commandes de communication du VRE, les installateurs peuvent effectuer des tests de diagnostic immédiatement pour s'assurer que l'unité est correctement installée et calibrée.

Pour la modernisation d'un système CVC existant, les VRE unitisés sont un bon choix car ils peuvent être configurés pour utiliser les conduits existants. Les VRE unitisés sont souvent les produits les plus rentables pour la récupération d'énergie. Ils se montent directement sur la section d'admission d'air d'une unité de toit monobloc (RTU) pour éviter l'utilisation de bordures de toit et de pénétrations de toit supplémentaires. Les VRE unitisés ont des pieds réglables pour faciliter une installation rapide et facile. De plus, ces VRE unitisés sont souvent équipés de commandes de communication intégrées au bâtiment pour permettre une installation plug-and-play avec les systèmes CVC existants.

L'entretien d'un VRE peut souvent être géré par du personnel non technique. Cependant, il existe quelques facteurs de conception clés qui peuvent faciliter la maintenance. Des panneaux à charnières ou amovibles permettent d'accéder facilement à la roue et aux filtres de l'appareil. Les roues de récupération d'énergie qui sont segmentées en pièces séparées peuvent être retirées individuellement et facilitent le nettoyage de l'unité. Les roues qui nécessitent de retirer tout le châssis pour le nettoyage peuvent augmenter le temps de maintenance et peuvent nécessiter un technicien professionnel. Dans les modèles plus avancés, des fonctionnalités telles qu'une fonction d'arrêt-démarrage-jog permettent au personnel de maintenance d'éliminer à distance la condensation et de nettoyer la roue. Pour plus de durabilité, les roues fabriquées avec un matériau non cellulosique avec une résine hydrophobe peuvent durer presque indéfiniment, ce qui permet d'économiser du temps et des coûts de remplacement.

Dans les unités plus avancées, les capteurs intégrés peuvent également jouer un rôle important dans la surveillance des performances du VRE pour la maintenance prédictive. Par exemple, les capteurs de rotation de roue fournissent une méthode à distance pour vérifier que la roue de récupération d'énergie continue de tourner entre les flux d'air. Les capteurs de filtre sale fournissent des alarmes lorsque les filtres doivent être nettoyés ou changés. Des capteurs de température et de pression situés à des points stratégiques dans les flux d'air peuvent être utilisés comme base pour une variété de fonctions de maintenance prédictive.

La plupart des VRE sont conçus pour durer 20 ans ou plus. Cependant, certaines caractéristiques de construction peuvent aider l'unité à franchir cette étape. Les VRE à double paroi offrent une durabilité et une protection thermique améliorée, de sorte que moins d'énergie est perdue pendant le fonctionnement. En plus de la durabilité, ces caractéristiques de conception contribuent également à une unité plus silencieuse. De nombreuses avancées ont été apportées aux systèmes ERV au fil du temps, ce qui rend les versions modernes extrêmement fiables avec très peu de maintenance continue.

Pour les applications extérieures dans les zones à fort vent, envisagez d'installer un VRE avec des bordures de toit à l'épreuve des ouragans pour une protection supplémentaire. Assurez-vous que les composants électriques de l'appareil sont protégés contre les étincelles qui peuvent se produire lorsqu'ils sont jumelés à un CVC au gaz naturel.

Les VRE sont un bon investissement qui peut réduire considérablement les coûts de chauffage et de climatisation tout en créant un environnement intérieur plus sain pour les occupants d'un bâtiment. La sélection d'un VRE doit être une décision calculée qui tient compte des performances, des exigences d'entretien, de la durabilité et de la longévité de l'unité. En plus d'un dimensionnement et d'une configuration appropriés, les ingénieurs chargés de la spécification doivent évaluer les critères ci-dessus pour déterminer quel système ERV fournira le meilleur retour sur investissement et le coût total de possession sur la durée de vie de l'unité.

Date de parution : 20/08/2018

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Tony Moffett est vice-président exécutif et directeur général de Ruskin® Rooftop Systems. Il a rejoint Ruskin en 2008 et est chargé d'accélérer le développement et la production de produits axés sur la valeur et économes en énergie pour l'industrie du CVC. Son expérience professionnelle antérieure comprend un mandat de 16 ans chez Lau Industries, où il a occupé des postes allant de directeur de la qualité de l'usine à directeur des ventes et du marketing. Tony est titulaire d'un baccalauréat de l'Université de l'Indiana à Bloomington et d'un MBA de la Wright State University.