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Sep 25, 2023

VRF, options Mini Split désormais viables pour les applications HVAC

Bien que quelque peu impropres, les pompes à chaleur VRF et mini split sont généralement

Bien que quelque chose d'un terme impropre, les pompes à chaleur VRF et mini split sont communément appelées "unités sans conduit". Ces systèmes sont beaucoup plus polyvalents aujourd'hui qu'ils ne l'étaient il y a à peine cinq ans.

Il est difficile de trouver un bon nom pour une gamme de produits de pompes à chaleur à une ou plusieurs zones qui sont entraînées par un onduleur avec un compresseur à vitesse variable. Le terme "mini split" ne convient pas vraiment, car au cours des 10 dernières années, ils sont passés d'unités de 9 Kbtuh à 48 Kbtuh, ce qui leur permet de rivaliser avec des équipements conventionnels plus gros. Le terme "sans conduit" est également incorrect, car il existe désormais une sélection importante de modèles avec conduits disponibles.

EN SAVOIR PLUS

• Résidentiel sans conduit

• Systèmes Mini-Split

• VRF

Cela laisse une crise d'identité dans une industrie qui n'est généralement pas familière avec ces systèmes. Le nom "mini split" est probablement le plus approprié, car quelle que soit la capacité, la taille compacte de l'équipement est toujours évidente.

Un autre développement au cours des cinq dernières années, en gros, est l'offre d'unités de condensation à système mini split qui ont des capacités de fonctionnement et de performance de chauffage à des températures extérieures négatives (jusqu'à moins 15 ° F). Cela a initié un saut quantique dans les applications à travers les climats nordiques.

Puis vint le passage à des applications plus substantielles. Vers 2006, les fabricants ont commencé à appliquer la technologie de compresseur à plusieurs vitesses entraînée par onduleur à des capacités de système plus importantes avec plus de zones intérieures et un meilleur contrôle. Cela a conduit à la naissance des systèmes à débit de réfrigérant variable (VRF) sur le marché nord-américain. Pour la première fois, un nombre important de zones distinctes pourraient être appliquées à un bâtiment, répondant aux besoins thermiques individuels de chaque zone (ou occupant) mais limitant également la capacité de chauffage et de refroidissement à celle réellement requise par le bâtiment. Cela a permis au propriétaire du bâtiment de réaliser des économies d'énergie substantielles par rapport aux types d'équipement à vitesse unique/capacité unique. Les économies d'énergie ont même dépassé d'autres types de systèmes CVC à capacité variable avec des systèmes d'automatisation de bâtiment complexes.

La variété des unités intérieures a également énormément aidé. L'augmentation de la capacité globale et du nombre de zones pour un système donné ; fonctionnement en chauffage à basses températures extérieures ; et une pléthore de choix avec et sans conduits pour les unités intérieures ont créé une augmentation significative des applications de construction résidentielles et commerciales.

Le marché des mini-splits est passé d'une solution de chambre trois saisons à des applications résidentielles et commerciales légères pour toute la maison. Pendant ce temps, le VRF s'est étendu des systèmes de chauffage et de refroidissement de type ponctuel appliqués à une seule zone de confort gênante, aux systèmes CVC de tout le bâtiment avec des commandes programmables, une alimentation en air frais et un fonctionnement simultané de chauffage et de refroidissement.

Aujourd'hui, l'applicabilité résidentielle et commerciale de ces technologies est presque illimitée. Cela est particulièrement vrai pour les rénovations de bâtiments ou les structures historiques qui avaient des systèmes de CVC inexistants, très limités ou désuets.

Les systèmes mini-split et VRF trouvent une traction importante dans les structures où la perte ou le gain de chaleur du bâtiment varie considérablement, comme les hôtels, les immeubles d'appartements/condos, les établissements d'enseignement et les églises. Ces systèmes sont un excellent choix lorsqu'il n'y a pas de conduits existants ou que la taille des conduits existants est inadéquate.

La liste des applications qui ne sont pas bien adaptées au VRF diminue rapidement. Si un colisée des sports ou une salle de congrès était l'application, VRF ne serait probablement pas le meilleur choix en raison du volume d'air frais requis. Cependant, les stands, magasins ou bureaux des concessions environnantes seraient des candidats idéaux pour VRF. Plus que probablement, un mélange hybride de systèmes fournirait un meilleur scénario.

La famille de produits VRF est divisée en deux groupes de systèmes : pompe à chaleur et récupération de chaleur. Bien qu'apparaissant similaires dans l'ensemble des composants, ce sont des systèmes très différents en ce qui concerne ce qu'ils offrent aux occupants du bâtiment.

Un système de pompe à chaleur VRF (c'est-à-dire une à trois unités extérieures reliées à un seul circuit de réfrigération) fournit le chauffage ou le refroidissement à toutes les zones connectées. Cela signifie que toutes les unités intérieures connectées à ce système seront dans le même mode de fonctionnement - chauffage ou refroidissement. Cela fonctionne bien pour les applications de construction où le besoin de changer de mode ne se produit pas très rapidement, ou la sélection de la température (nécessitant un changement de mode) n'est pas le choix d'un occupant individuel

En revanche, un système VRF à récupération de chaleur est capable de chauffer et de refroidir simultanément ses différentes zones (là encore d'une à trois unités extérieures sur un seul circuit de réfrigération), et ce, de manière économique. Les zones du système peuvent fonctionner dans l'un ou l'autre mode. Un système de récupération de chaleur « récupère » les BTU qui se produisent dans les zones occupées qui ont besoin d'une capacité de refroidissement et déplace ces BTU vers les zones qui demandent de la chaleur, économisant ainsi de l'énergie.

Les systèmes de récupération de chaleur fonctionnent extrêmement bien là où la température de l'espace intérieur dépend du choix de l'occupant, là où les charges dans un bâtiment sont différentes d'une zone à l'autre, ou là où les charges peuvent changer rapidement, en raison du gain solaire, de l'occupation, etc. sont des unités résidentielles multifamiliales, des chambres d'hôtel et des résidences-services. Le choix d'utiliser une pompe à chaleur ou une récupération de chaleur est basé sur l'attente que l'utilisateur final choisira son environnement de chauffage et de refroidissement.

L'une des considérations les plus importantes en matière de conception de CVC commerciaux consiste à fournir une ventilation d'air frais mécanique requise par le code pour le bâtiment. Dans la plupart des applications unitaires, l'air frais (souvent appelé air extérieur) peut représenter de 15 à 30 % de la charge de chauffage et de refroidissement.

Cette charge est assez fréquemment aspirée directement dans la chambre d'air de retour ou le conduit d'un système. Cette méthode est utilisée depuis des décennies dans l'industrie du CVC, principalement parce qu'elle offre le coût initial le plus bas. Mais à mesure que les coûts énergétiques continuent d'augmenter, la technologie des ventilateurs récupérateurs de chaleur (VRC) et des ventilateurs récupérateurs d'énergie (VRE) gagne en popularité.

Un VRC échange la charge sensible uniquement entre l'air extérieur et les flux d'air « vicié » ou d'évacuation. Un VRE échange des charges sensibles et latentes (humidité) entre les deux flux d'air. Un VRE sera un choix plus efficace dans les climats à forte teneur en humidité. L'air de retour ou « vicié » du bâtiment est utilisé pour tempérer l'air frais entrant, ce qui réduit la charge imposée au système de chauffage et de refroidissement. Plus l'efficacité du noyau du VRC ou du VRE est élevée, plus l'air frais se rapproche d'une condition neutre pour la pièce et plus la charge sur l'équipement principal de CVC est faible.

En conséquence, les fabricants de VRF ont été chargés de rendre l'intégration des systèmes HRV/ERV aussi transparente que possible. Cela inclut une communication simple entre les commandes de chaque système et la fourniture de moyens efficaces pour fournir de l'air frais.

Avec la plupart des systèmes VRF actuels, l'air frais peut être fourni via un système canalisé, ou il peut être introduit directement dans une unité intérieure sans conduit si cette unité dispose d'un dispositif (kit d'air frais) pour le raccordement à un conduit d'air frais. Chez Fujitsu, la solution d'air frais haut de gamme comprend l'utilisation d'un système VRC ou VRE haute efficacité Ventacity Systems. Ce système, ainsi que son système de contrôle exclusif, communique avec les systèmes VRF pour fournir de l'air frais aux zones équipées de kits d'air frais ou via des conduits dans tout le bâtiment.

Un bon exemple d'intégration d'un système d'enthalpie d'air frais à haut rendement avec la technologie VRF peut être vu à Tarrytown, New York, où un immeuble de bureaux à usage mixte a récemment subi une modernisation du système CVC. L'installation de 71 000 pieds carrés était desservie par quatre unités de toiture au gaz naturel multizones de 60 tonnes depuis près de 50 ans.

Immeuble de bureaux avec rénovation VRF, Tarrytown, NY

MISE À NIVEAU VRF :Les systèmes DRV Fujitsu General Airstage ont été installés dans un immeuble de bureaux à espaces mixtes à Tarrytown, NY.

SUCCÈS DE L'ÉQUIPE : De gauche à droite : Glenn Grossman, président de Blend Air ; Umair Surani, ingénieur commercial de Fujitsu ; Juan Perez, spécialiste des ventes et de l'assistance chez Fujitsu ; et Michael Teixeira de Johnstone Supply.

FENÊTRES D'OPPORTUNITÉ :Les bureaux d'angle présentent des charges de chauffage et de refroidissement uniques qui sont idéales pour les applications de récupération de chaleur.

EN TRANSITION:Les systèmes VRF complets installés dans la première phase peuvent être vus sur la droite, avec le système d'origine toujours en place sur la gauche, lors de la modernisation du système CVC de l'immeuble de bureaux de Tarrytown.

PRÊT POUR LE SERVICE :Plusieurs systèmes Fujitsu Airstage sont installés sur le toit d'un immeuble de bureaux à usage mixte à Tarrytown, New York.

RÉFLÉCHIR :Les salles de réunion du bâtiment de 71 000 pieds carrés ont été zonées individuellement avec des unités de cassette au plafond.

Blend Air Mechanical Corp. a commencé à installer un système VRF de récupération de chaleur au début de 2019. Avant la rénovation, un ingénieur-conseil tiers a été embauché pour effectuer une analyse énergétique du bâtiment afin de comparer les performances du système existant avec celles des deux nouveaux, unités de toiture à code minimum et le système VRF. Il a été estimé que le système DRV Fujitsu Airstage, associé à un système VRE Ventacity Systems, fournirait des économies annuelles d'électricité et de gaz naturel de 224 000 kWh et 38 800 therms, respectivement. Cela se traduit par une réduction des coûts annuels de 62 000 $. Il a été constaté que le système VRF/ERV surpasse le nouveau système de toit minimum du code de 181 000 kWh et 29 000 therms, soit environ 46 000 $ par an.

La modernisation du système CVC a été divisée en deux phases, chacune couvrant une moitié identique du bâtiment. Jusqu'à présent, 16 des 32 unités de condensation VRF au total ont été installées. Le premier système ERV a été installé en juillet 2019.

"Le système ERV peut fonctionner en fonction des niveaux de CO2 dans l'espace occupé, mais nous avons choisi de faire fonctionner le système à un débit d'air à volume constant", a déclaré Glenn Grossman, président de Blend Air. "Des modifications ont été apportées aux conduits existants pour accueillir les systèmes ERV. Nous avons utilisé un conduit existant pour l'évacuation et un autre comme conduit d'air frais. Le système aspire l'air d'échappement des aires communes, tandis que l'air frais entre via des tous aèrent les manutentionnaires.

"Nous avons appris que les dépenses énergétiques pour les mois d'avril et de mai étaient inférieures de 23 000 $ aux chiffres de la même période en 2018", a déclaré Umair Surani, ingénieur commercial chez Fujitsu. "Cela ne représente que la moitié du bâtiment et ne tient pas compte de l'impact du système ERV. Les chiffres devraient être encore plus impressionnants une fois que les économies d'énergie du système ERV auront été enregistrées. Les économies pourraient être de 25 % supplémentaires. ou plus."

Les systèmes VRF offrent un autre avantage aux ingénieurs, installateurs et utilisateurs finaux dans la mesure où la capacité connectée des unités intérieures peut être dimensionnée au-dessus de la capacité totale des unités extérieures. Les unités extérieures sont la source de tous les BTU de chauffage et de refroidissement nécessaires au bâtiment et doivent être dimensionnées pour répondre à ces besoins à la température de conception extérieure. Ce rapport de capacité est de 100 %. Cependant, certaines zones internes peuvent culminer à différents moments en raison de la variabilité de l'occupation ou de l'équipement interne. Ces augmentations ne surviennent généralement pas lorsque la charge maximale du système se produit et sont généralement liées au refroidissement.

Plutôt que d'avoir un système surdimensionné, les systèmes VRF permettent à cette zone d'être dimensionnée à sa capacité maximale, qui peut en fait être - par exemple - 120% de l'unité extérieure, de sorte que la capacité excédentaire non utilisée par d'autres zones puisse être utilisée par la zone de pointe temporaire.

La technologie Mini Split et VRF s'est développée et a évolué rapidement au cours des dernières années et peut maintenant être considérée comme une possibilité viable pour la plupart des applications CVC résidentielles et commerciales en raison de sa flexibilité, de son confort et de son efficacité. C'est une option maintenant, alors qu'elle ne l'était peut-être pas il y a dix ans.

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