Pompage distribué : lever le pied du frein

En ce qui concerne la consommation énergétique des bâtiments commerciaux, le refroidissement des locaux est l’un des plus gros consommateurs d’électricité. Le refroidissement central est utilisé pour les grands bâtiments où une installation d'eau glacée peut consommer 20 à 30 % de l'énergie électrique totale d'un bâtiment. Des pompes sont nécessaires pour distribuer l’eau glacée aux unités de traitement d’air du bâtiment.

Actuellement, la conception d’eau glacée la plus courante est un système à débit primaire variable (VPF). Un exemple simplifié de cette conception est présenté dans l'image 1. L'eau est pompée à travers les refroidisseurs, distribuée vers les unités de traitement d'air du bâtiment, puis renvoyée vers les pompes. Avec cette conception, la hauteur de pompe doit être suffisante pour surmonter les pertes par frottement à travers les refroidisseurs, la tuyauterie, les serpentins de traitement d'air, les vannes de contrôle et d'équilibrage. La méthode de contrôle la plus courante pour les pompes à vitesse variable est le contrôle de la pression via un transmetteur de pression différentielle stratégiquement situé dans le système de tuyauterie. Lorsqu'une pression différentielle constante est maintenue, une pression adéquate et un débit suffisant sont fournis à chaque unité de traitement d'air. Lorsque la demande de débit d'eau glacée des systèmes de traitement d'air est inférieure au débit minimum requis du refroidisseur, une vanne de dérivation doit être ouverte pour assurer la protection des refroidisseurs.

Avant que les conceptions VPF ne deviennent plus répandues, les systèmes primaires/secondaires constituaient la norme pour les systèmes d'eau glacée et sont encore une considération de conception aujourd'hui. Un exemple simplifié d'un système primaire constant/secondaire variable est présenté dans l'image 2. Ce type de conception nécessite deux ensembles de pompes. Les pompes primaires alimentent en eau via la boucle principale du refroidisseur. Ces pompes doivent uniquement fournir une hauteur de refoulement suffisante pour compenser les pertes de tuyaux, de raccords et de vannes ainsi que les pertes de pression dans les refroidisseurs. Les pompes secondaires distribuent de l'eau aux unités de traitement d'air où la tête de pompe doit surmonter les pertes par frottement à travers la tuyauterie, les serpentins du traitement d'air, les vannes de contrôle et d'équilibrage. Tout comme le système VPF, un transmetteur de pression différentielle est installé à un endroit stratégique pour maintenir une pression suffisante, assurant un débit adéquat pour chaque unité de traitement d'air (CTA).

Les systèmes VPF et primaire/secondaire impliquent l'utilisation de vannes de contrôle et d'équilibrage pour garantir un débit adéquat vers chaque unité de traitement d'air. L'image 3 montre un agencement typique de tuyauterie de serpentin pour une unité de traitement d'air. Une température de sortie d'air (LAT) constante est maintenue grâce à l'utilisation d'une vanne de régulation modulante. Une augmentation de la température de l'air de retour et/ou de l'air extérieur entraînera une augmentation de la température de l'air sortant, ce qui nécessitera un débit de refroidissement supplémentaire, auquel cas la vanne de régulation modulera vers une position plus ouverte. De même, une diminution de l’air de retour et/ou de l’air extérieur entraînera une diminution de la température de l’air de sortie et la vanne de régulation modulera vers une position plus fermée.

Pour garantir un débit correct vers le serpentin, la pompe doit fournir une hauteur manométrique suffisante pour surmonter les pertes de pression à travers les vannes du serpentin, de commande et d'équilibrage. Une chute de pression doit exister à travers une vanne de régulation pour que le débit se produise. Si la chute de pression à travers la vanne lorsqu'elle est complètement ouverte ne représente pas un pourcentage suffisamment important de la perte de charge totale du système, il y aura peu de changement dans le débit de fluide jusqu'à ce que la vanne se ferme réellement. Les vannes de régulation doivent être sélectionnées pour s'aligner sur les performances du serpentin de refroidissement si un bon contrôle est souhaité. Une règle générale pour garantir un bon contrôle consiste à sélectionner les vannes de telle sorte qu'au débit de conception, 25 à 50 % de la chute de pression totale du système soit absorbée par la vanne de régulation. Des vannes de régulation sous-dimensionnées peuvent donner lieu à une bonne autorité/un bon contrôle, mais peuvent ne pas être en mesure de fournir un débit suffisant lors des demandes de pointe, tandis que des vannes de régulation surdimensionnées peuvent entraîner un mauvais contrôle.

Une façon d’éviter les problèmes liés aux vannes de régulation et d’équilibrage est de les éliminer. L'image 4 montre comment la vanne de régulation et d'équilibrage peut être remplacée par une pompe intelligente avec commandes intégrées. Grâce à cette conception, le même capteur de température qui était connecté à la vanne de régulation peut désormais être connecté directement à la pompe. La pompe intelligente à vitesse variable peut ajuster sa vitesse de rotation pour maintenir le point de consigne de la température de l'air sortant. Elle remplit littéralement la même fonction que la vanne de régulation, mais à une pression de fonctionnement beaucoup plus faible. Le clapet anti-retour empêche tout reflux vers le côté alimentation si la CTA n'est pas utilisée. Une analogie avec la différence entre les deux est que les soupapes de commande et d’équilibrage représentent les freins d’une automobile et que la pompe représente la pédale d’accélérateur (accélérateur). Au lieu d'appliquer à la fois l'accélérateur et les freins, la pompe intelligente applique simplement la quantité de gaz nécessaire pour maintenir la vitesse ou le point de consigne dans ce cas.