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Systèmes de ventilation à débit d'air variable. Fournir un système VAV à débit d'air constant avec contrôle centralisé |
La régulation du débit d'air fait partie du processus de mise en place des systèmes de ventilation et de climatisation ; elle est réalisée à l'aide d'une régulation spéciale ; vannes d'air. La régulation du débit d'air dans les systèmes de ventilation vous permet d'assurer le débit d'entrée requis air frais dans chacun des locaux viabilisés, et dans les systèmes de climatisation - refroidir les locaux en fonction de leur charge thermique. Pour réguler le débit d'air, des vannes d'air, des vannes à iris, des systèmes de maintien d'un débit d'air constant (CAV, Constant Air Volume), ainsi que des systèmes de maintien d'un débit d'air variable (VAV, Variable Air Volume) sont utilisés. Examinons ces solutions. Deux façons de modifier le débit d'air dans le conduitEn principe, il n'existe que deux façons de modifier le débit d'air dans le conduit d'air : modifier les performances du ventilateur ou régler le ventilateur en mode maximum et créer une résistance supplémentaire au mouvement du flux d'air dans le réseau. La première option nécessite de connecter les ventilateurs via convertisseurs de fréquence ou des transformateurs étagés. Dans ce cas, le débit d’air changera immédiatement dans tout le système. Il est impossible de réguler ainsi l'alimentation en air d'une pièce spécifique. La deuxième option est utilisée pour réguler le débit d'air dans les directions - par étage et par pièce. Pour ce faire, divers dispositifs de contrôle sont intégrés aux conduits d'air correspondants, qui seront discutés ci-dessous. Vannes d'arrêt d'air, portailsLa manière la plus primitive de réguler le débit d’air consiste à utiliser des vannes d’arrêt d’air et des registres. À proprement parler, les vannes d’arrêt et les registres ne sont pas des régulateurs et ne doivent pas être utilisés pour réguler le débit d’air. Cependant, formellement ils prévoient une régulation au niveau « 0-1 » : soit le conduit est ouvert et l'air circule, soit le conduit est fermé et le débit d'air est nul. La différence entre les vannes d'air et les registres réside dans leur conception. La vanne est généralement un corps avec une vanne papillon à l'intérieur. Si le registre est tourné dans l'axe du conduit d'air, il est bloqué ; si le long de l'axe du conduit d'air, il est ouvert. Au niveau du portail, le registre se déplace progressivement, comme une porte d'armoire. En bloquant la section transversale du conduit d'air, il réduit le débit d'air à zéro, et en ouvrant la section transversale, il assure le débit d'air. Dans les vannes et les registres, il est possible d'installer le registre dans des positions intermédiaires, ce qui permet formellement de modifier le débit d'air. Cependant, cette méthode est la plus inefficace, la plus difficile à contrôler et la plus bruyante. En effet, il est quasiment impossible de capter la position souhaitée du volet en le faisant défiler, et comme la conception des volets ne prévoit pas la fonction de régulation du débit d'air, dans les positions intermédiaires les volets et volets font pas mal de bruit. Vannes à irisLes vannes à iris sont l'une des solutions les plus courantes pour réguler le débit d'air intérieur. Ce sont des valves rondes avec des pétales situés le long du diamètre extérieur. Une fois ajustés, les pétales se déplacent vers l'axe de la valve, bloquant une partie de la section transversale. Cela crée une surface bien profilée d'un point de vue aérodynamique, ce qui contribue à réduire les niveaux de bruit lors du processus de régulation du débit d'air. Les vannes à iris sont équipées d'une échelle avec des marques sur lesquelles vous pouvez surveiller le degré de chevauchement de la section active de la vanne. Ensuite, la chute de pression à travers la vanne est mesurée à l'aide d'un manomètre différentiel. Le débit d'air réel à travers la vanne est déterminé par la chute de pression. Régulateurs de débit constantLa prochaine étape dans le développement des technologies de régulation du débit d'air est l'émergence des régulateurs de débit constant. La raison de leur apparition est simple. Les changements naturels dans le réseau de ventilation, le filtre bouché, la grille externe bouchée, le remplacement du ventilateur et d'autres facteurs entraînent une modification de la pression de l'air devant la vanne. Mais la vanne était réglée sur une certaine chute de pression standard. Comment cela fonctionnera-t-il dans les nouvelles conditions ? Si la pression devant la vanne a diminué, les anciens réglages de la vanne « transmettront » le réseau et le débit d'air dans la pièce diminuera. Si la pression devant la vanne a augmenté, les anciens réglages de la vanne «sous-pression» le réseau et le débit d'air dans la pièce augmentera. Cependant, la tâche principale du système de contrôle est précisément de maintenir le débit d'air de conception dans toutes les pièces tout au long de la période. cycle de vie système climatique. C’est là que les solutions permettant de maintenir un débit d’air constant entrent en jeu. Le principe de leur fonctionnement est de modifier automatiquement la zone de débit de la vanne en fonction de conditions extérieures. À cet effet, les vannes sont équipées d'une membrane spéciale qui se déforme en fonction de la pression à l'entrée de la vanne et ferme la section lorsque la pression augmente ou libère la section lorsque la pression diminue. D'autres vannes à débit constant utilisent un ressort au lieu d'un diaphragme. L'augmentation de la pression devant la valve comprime le ressort. Le ressort comprimé agit sur le mécanisme de contrôle de la zone d'écoulement et la zone d'écoulement diminue. Dans le même temps, la résistance de la vanne augmente, neutralisant hypertension artérielleà la vanne. Si la pression devant la vanne diminue (par exemple en raison d'un filtre obstrué), le ressort se dilate et le mécanisme de contrôle de la zone d'écoulement augmente le trou d'écoulement. Les régulateurs de débit d'air constant considérés fonctionnent sur la base du principes physiques sans la participation de l'électronique. Il y a aussi systèmes électroniques maintenir un débit d'air constant. Ils mesurent la chute de pression réelle ou la vitesse de l'air et modifient la zone d'ouverture de la vanne en conséquence. Systèmes à débit d'air variableSystèmes avec débit variable l'air vous permet de modifier le débit d'air fourni en fonction de l'état réel de la pièce, par exemple en fonction du nombre de personnes, de la concentration gaz carbonique, la température de l'air et d'autres paramètres. Les régulateurs de ce type sont des vannes à entraînement électrique dont le fonctionnement est déterminé par un contrôleur qui reçoit des informations de capteurs situés dans la pièce. La régulation du débit d'air dans les systèmes de ventilation et de climatisation s'effectue à l'aide de divers capteurs. Pour la ventilation, il est important de fournir la quantité requise d'air frais dans la pièce. Dans ce cas, des capteurs de concentration de dioxyde de carbone sont utilisés. La tâche du système de climatisation est de maintenir la température réglée dans la pièce, c'est pourquoi des capteurs de température sont utilisés. Les deux systèmes peuvent également utiliser des capteurs de mouvement ou des capteurs pour déterminer le nombre de personnes dans la pièce. Mais la signification de leur installation doit être discutée séparément. Bien entendu, plus il y a de monde dans la pièce, plus il faut y apporter d'air frais. Néanmoins, la tâche principale du système de ventilation n'est pas d'assurer la circulation de l'air « pour les personnes », mais de créer un environnement confortable, qui à son tour est déterminé par la concentration de dioxyde de carbone. Avec une concentration élevée de dioxyde de carbone, la ventilation doit fonctionner à un mode plus puissant, même s'il n'y a qu'une seule personne dans la pièce. De même, le principal indicateur du fonctionnement du système de climatisation est la température de l'air et non le nombre de personnes. Cependant, les capteurs de présence permettent de déterminer si une pièce donnée doit être desservie à ce moment-là. De plus, le système d’automatisation peut « comprendre » qu’« il est tard dans la nuit » et qu’il est peu probable que quelqu’un travaille dans le bureau en question, ce qui signifie qu’il ne sert à rien de gaspiller des ressources pour le climatiser. Ainsi, dans les systèmes à débit d'air variable, différents capteurs peuvent remplir différentes fonctions - former un effet régulateur et comprendre la nécessité du fonctionnement du système en tant que tel. Les systèmes les plus avancés à débit d'air variable permettent de générer un signal pour contrôler le ventilateur en fonction de plusieurs régulateurs. Par exemple, pendant une période donnée, presque tous les régulateurs sont ouverts, le ventilateur fonctionne en mode haute performance. À un autre moment, certains régulateurs ont réduit le débit d’air. Le ventilateur peut fonctionner dans un mode plus économique. Au troisième moment, les gens ont changé de lieu, se déplaçant d'une pièce à une autre. Les régulateurs ont réglé la situation, mais le débit d'air total est resté presque inchangé, le ventilateur continuera donc à fonctionner dans le même mode économique. Enfin, une situation est possible lorsque presque tous les régulateurs sont fermés. Dans ce cas, le ventilateur réduit la vitesse au minimum ou s'éteint. Cette approche permet d'éviter une reconfiguration manuelle constante du système de ventilation, d'augmenter considérablement son efficacité énergétique, d'augmenter la durée de vie des équipements, d'accumuler des statistiques sur les conditions climatiques du bâtiment et ses évolutions tout au long de l'année et au cours de la journée en fonction de divers facteurs - le nombre de personnes, Température extérieure, phénomènes météorologiques. Yuri Khomutsky, rédacteur technique du magazine Climate World> Les systèmes à volume d'air variable (VAV) sont un système de ventilation économe en énergie qui vous permet d'économiser de l'énergie sans compromettre les niveaux de confort. Le système permet de réguler indépendamment les paramètres de ventilation pour chaque pièce individuelle et permet également d'économiser des coûts d'investissement et d'exploitation. La base moderne d'équipements et d'automatisation permet de créer de tels systèmes à des prix presque aussi élevés que ceux des systèmes de ventilation conventionnels, tout en permettant une utilisation efficace des ressources. Toutes ces raisons expliquent la popularité croissante du système VAV. Voyons ce qu'est un système VAV, comment il fonctionne, quels avantages il offre, à l'aide d'un exemple système de ventilation chalet d'une superficie de 250 m². (). Avantages des systèmes à débit d'air variableLes systèmes à volume d'air variable (VAV) sont largement utilisés depuis plusieurs décennies en Amérique et en Europe occidentale, marché russe ils sont arrivés récemment. Les utilisateurs des pays occidentaux ont fortement apprécié l'avantage du contrôle indépendant des paramètres de ventilation pour chaque pièce individuelle, ainsi que la possibilité d'économiser du capital et des coûts d'exploitation. Les systèmes de ventilation « à volume d'air variable » fonctionnent en mode de modification de la quantité d'air fournie. Les modifications de la charge thermique des locaux sont compensées en modifiant les volumes d'air soufflé et extrait à température constante, provenant du centre unité de traitement d'air. Le système de ventilation VAV réagit aux changements de charge thermique chambres séparées ou zones d'un bâtiment et modifie la quantité réelle d'air fournie à la pièce ou à la zone. De ce fait, la ventilation fonctionne à sens général débit d'air inférieur à celui nécessaire pour la charge thermique maximale totale de toutes les pièces individuelles. Cela garantit une consommation d’énergie réduite tout en maintenant la qualité de l’air intérieur souhaitée. La réduction des coûts énergétiques peut aller de 25 à 50 % par rapport aux systèmes de ventilation à débit d'air constant. Examinons l'efficacité en utilisant la ventilation comme exemple. maison de campagne
Avec un système de ventilation traditionnel, pour une surface habitable de cette surface, un débit d'air d'environ 1000 m³/h est nécessaire, et en hiver pour le chauffage air souffléà une température confortable, il faudra environ 15 kWh. Dans ce cas, une partie importante de l'énergie sera gaspillée, car les personnes pour lesquelles la ventilation fonctionne ne peuvent pas se trouver dans tout le chalet à la fois : elles passent la nuit dans les chambres et la journée dans d'autres pièces. Cependant, il est impossible de réduire sélectivement les performances d'un système de ventilation traditionnel dans plusieurs pièces, car l'équilibrage des vannes d'air, avec lesquelles vous pouvez réguler l'alimentation en air des pièces, est effectué au stade de la mise en service et pendant le fonctionnement. le rapport de débit ne peut pas être modifié. L'utilisateur ne peut que réduire le débit d'air global, mais les pièces où se trouvent les personnes deviendront alors étouffantes. Si vous connectez des entraînements électriques aux vannes d'air, ce qui vous permettra de contrôler à distance la position du registre de vanne et ainsi de réguler le débit d'air qui le traverse, vous pourrez alors allumer et éteindre la ventilation séparément dans chaque pièce à l'aide d'interrupteurs conventionnels. Le problème est que gérer un tel système est très difficile, car simultanément à la fermeture de certaines vannes, il sera nécessaire de réduire les performances du système de ventilation d'une quantité strictement définie afin que le débit d'air dans les pièces restantes reste inchangé et, par conséquent, l'amélioration se transformera en un casse-tête. Utiliser un système VAV permettra d’effectuer automatiquement tous ces ajustements. Nous installons donc le système VAV le plus simple, qui vous permet d'allumer et d'éteindre séparément l'alimentation en air des chambres et des autres pièces. En mode nuit, l'air est fourni uniquement aux chambres, donc le débit d'air est d'environ 375 m³/h (sur la base de 125 m³/h pour chaque chambre, superficie 20 m²), et la consommation d'énergie est d'environ 5 kWh, soit 3 fois moins que dans la première option. Ayant reçu la possibilité d'un contrôle séparé, dans différentes pièces, vous pouvez compléter le système avec la dernière automatisation de la climatisation, de sorte que l'utilisation de vannes à entraînement électrique proportionnel rendra le contrôle fluide et encore plus pratique ; et si nous connectons l'alimentation en air marche/arrêt en fonction du signal du capteur de présence, nous obtenons un analogue du système « Smart Eye » utilisé dans systèmes split domestiques, mais à un tout autre niveau. Pour une atomisation plus poussée, des capteurs de température, d'humidité, de concentration de CO2, etc. peuvent être intégrés au système, ce qui permettra non seulement d'économiser de l'énergie, mais augmentera également considérablement le niveau de confort. Si toutes les unités d'automatisation qui contrôlent les entraînements électriques des vannes d'air sont reliées par un seul bus de commande, il sera alors possible de centraliser le contrôle des scénarios de l'ensemble du système. Ainsi, vous pouvez créer et définir des modes de fonctionnement individuels pour différentes pièces, dans différents situations de vie, Donc: la nuit- l'air n'est fourni qu'aux chambres, et dans les autres pièces les vannes sont ouvertes au minimum ; au cours de la journée- l'air est fourni aux pièces, aux cuisines et aux autres pièces, à l'exception des chambres. Dans les chambres, les vannes sont fermées ou ouvertes au niveau minimum. toute la famille à se réunir- on augmente le débit d'air dans le séjour ; personne dans la maison- une ventilation cyclique est mise en place, ce qui évitera l'apparition d'odeurs et d'humidité, mais économisera les ressources. Pour contrôler indépendamment non seulement le volume, mais également la température de l'air soufflé, des radiateurs supplémentaires (aérothermes de faible puissance) contrôlés par des régulateurs de puissance individuels peuvent être installés dans chaque pièce. Cela permettra à l'air d'être fourni par l'unité de ventilation avec un minimum température admissible(+18°C), en le chauffant individuellement au niveau requis dans chaque pièce. Ce solution technique réduira encore davantage la consommation d'énergie et nous rapprochera du système " Maison intelligente». Le schéma de fonctionnement d'un tel système est plutôt une question de spécialiste spécialisé, nous n'en présenterons donc ici qu'un, le plus diagramme simple(options de travail et d'erreur) avec une explication de son fonctionnement. Mais à part systèmes simples, il existe également des options plus complexes qui vous permettent de créer n'importe quel système VAV - des systèmes économiques domestiques avec deux vannes aux systèmes de ventilation multifonctionnels bâtiments administratifs avec contrôle du débit d'air étage par étage. Appelez, les spécialistes de la société UWC Engineering vous conseilleront et vous aideront à choisir Meilleure option, concevra et installera un système VAV idéal pour vous. Pourquoi les systèmes VAV devraient être installés par des spécialistesLa façon la plus simple de répondre à cette question est de donner un exemple. Considérons une configuration typique d'un système à débit d'air variable et les erreurs pouvant être commises lors de sa conception. L'illustration montre un exemple de configuration correcte du réseau d'alimentation en air d'un système VAV : 1. Schéma correct d'un système VAV à débit d'air variable Au sommet se trouve une vanne pilotée qui dessert trois pièces (trois chambres dans notre exemple) => Ces pièces disposent de papillons à commande manuelle pour l'équilibrage lors de la mise en service. La résistance de ces vannes ne changera pas* pendant le fonctionnement, elles n'affectent donc pas la précision du maintien du débit d'air. Une vanne à commande manuelle est raccordée au conduit d'air principal, qui a un débit d'air constant P=const. Une telle vanne peut être nécessaire pour assurer le fonctionnement normal de l'unité de ventilation lorsque toutes les autres vannes sont fermées. => Le conduit d'air équipé de cette vanne est évacué dans la pièce avec un apport d'air constant. Le schéma est simple, fonctionnel et efficace. Voyons maintenant les erreurs qui peuvent être commises lors de la conception du réseau d'alimentation en air d'un système VAV : 2. Schéma d'un système VAV avec une erreur Les branches de conduit erronées sont surlignées en rouge. Les vannes n°2 et 3 sont connectées à un conduit d'air allant du point de dérivation à la vanne VAV n°1. Lorsque la position du volet de la vanne n°1 est modifiée, la pression dans le conduit près des vannes n°2 et 3 changera, de sorte que le débit d'air à travers elles ne sera pas constant. La vanne pilotée n°4 ne peut pas être raccordée au conduit d'air principal, car les modifications du débit d'air qui le traverse feront que la pression P2 (au point de dérivation) ne sera pas constante. Et la vanne n°5 ne peut pas être connectée comme indiqué sur le schéma, pour la même raison que les vannes n°2 et 3. *Bien sûr, vous pouvez configurer un flux d'air contrôlé pour chaque chambre, mais dans ce cas, ce sera plus circuit complexe, que nous ne considérons pas dans le cadre de cet article. Les principaux objectifs de ce système sont : réduire les coûts d'exploitation et compenser la contamination du filtre. À l'aide d'un capteur de pression différentielle installé sur la carte contrôleur, l'automatisation reconnaît la pression dans le canal et l'égalise automatiquement en augmentant ou en diminuant la vitesse du ventilateur. Approvisionnement et ventilateur d'extraction en même temps, ils travaillent de manière synchrone. Compensation pour l'encrassement du filtreLors du fonctionnement d'un système de ventilation, les filtres s'encrassent inévitablement, la résistance du réseau de ventilation augmente et le volume d'air fourni aux locaux diminue. Le système VAV vous permettra d'accompagner débit constant l'air pendant toute la durée de vie des filtres.
Coûts d’exploitation réduitsLe système VAV peut réduire considérablement les coûts d'exploitation, ceci est particulièrement visible dans les systèmes de ventilation de soufflage, qui ont une consommation d'énergie élevée. Des économies sont réalisées en éteignant complètement ou partiellement la ventilation des pièces individuelles.
À calcul du système de ventilation sont guidés par diverses normes consommation d'air par personne. Généralement, dans un appartement ou une maison, toutes les pièces sont ventilées simultanément ; le débit d'air de chaque pièce est calculé en fonction de la superficie et de la destination. Les systèmes VAV s'amortissent assez rapidement, notamment dans les centrales de traitement d'air, mais surtout, ils peuvent réduire considérablement les coûts d'exploitation.
Le volume d'air fourni à la pièce est contrôlé par des vannes électriques. Une condition importante pour la construction d'un système VAV est l'organisation du volume minimum d'air fourni. La raison de cette condition réside dans l’incapacité de contrôler le débit d’air en dessous d’un certain niveau minimum. Cela peut être résolu de trois manières :
Commande depuis un interrupteur domestique :Pour ce faire, vous aurez besoin d'un interrupteur domestique et d'une vanne avec ressort de rappel. La mise en marche entraînera l'ouverture complète de la vanne et la pièce sera entièrement ventilée. Lorsqu'il est éteint, le ressort de rappel ferme la vanne. Interrupteur/interrupteur de registre.
Le volume d'air minimum requis est toujours fourni à la pièce n° 1 ; il ne peut pas être éteint ; la pièce n° 2 peut être allumée et éteinte. Le volume d'air minimum requis est distribué dans toutes les pièces, car les vannes ne sont pas complètement fermées et une quantité minimale d'air les traverse. La pièce entière peut être allumée et éteinte. Commande depuis un régulateur rotatif :Cela nécessitera un régulateur rotatif et une vanne proportionnelle. Cette vanne peut s'ouvrir en régulant le volume d'air fourni dans la plage de 0 à 100 %, le degré d'ouverture requis est réglé par le régulateur. Régulateur circulaire 0-10V
Le volume d'air minimum requis est toujours fourni à la pièce n° 1 ; il ne peut pas être éteint ; la pièce n° 2 peut être allumée et éteinte. Dans la pièce n°2, vous pouvez réguler en douceur le volume d'air fourni. Petite ouverture (vanne ouverte à 25 %) Ouverture moyenne (vanne ouverte à 65 %) Le volume d'air minimum requis est distribué dans toutes les pièces, car les vannes ne sont pas complètement fermées et une quantité minimale d'air les traverse. La pièce entière peut être allumée et éteinte. Dans chaque pièce, vous pouvez réguler en douceur le volume d'air fourni. Contrôle du capteur de présence :Cela nécessitera un capteur de présence et une vanne avec ressort de rappel. Lors de l’enregistrement dans la chambre de l’utilisateur, le capteur de présence ouvre la vanne et la pièce est entièrement aérée. Lorsqu'il n'y a aucun utilisateur, le ressort de rappel ferme la vanne. Capteur de mouvement
Le volume d'air minimum requis est toujours fourni à la pièce n°1 et ne peut pas être désactivé ; Lors de l'inscription de l'utilisateur, la ventilation de la pièce n°2 commence Le volume d'air minimum requis est distribué dans toutes les pièces, car les vannes ne sont pas complètement fermées et une quantité minimale d'air les traverse. Lorsqu'un utilisateur s'inscrit dans l'une des pièces, la ventilation de cette pièce commence. Contrôle du capteur de CO2 :Cela nécessite un capteur de CO2 avec un signal 0...10 V et une vanne proportionnelle avec commande 0...10 V. Capteur CO2 mural ou gainable
La principale raison pour laquelle une ventilation de la pièce est nécessaire est si le niveau de CO2 est trop élevé. Au cours de sa vie, une personne expire une quantité importante d'air avec un niveau élevé de CO2, et étant dans une pièce non ventilée, le niveau de CO2 dans l'air augmente inévitablement, c'est ce qui détermine lorsqu'elle dit qu'il y a « peu » air." Le volume d'air minimum requis est distribué dans toutes les pièces, car les vannes ne sont pas complètement fermées et une quantité minimale d'air les traverse. Lorsqu'une augmentation de la teneur en CO2 est détectée dans une pièce, la ventilation de cette pièce commence. Le degré d'ouverture et le volume d'air fourni dépendent du niveau d'excès de CO2. Gestion du système Smart Home :Pour ce faire, vous aurez besoin d'un système Smart Home et de tout type de vannes. Tout type de capteurs peut être connecté au système Smart Home. Panneau de maison intelligente
VANNE IRIS AVEC SERVO MOTEUR Grâce à la conception unique des vannes papillon, le débit d'air peut être mesuré et ajusté au sein d'un seul appareil et d'un seul processus, fournissant ainsi une quantité d'air équilibrée dans la pièce. Le résultat est un microclimat confortable et constant. Imaginez que vous souhaitiez installer un système de ventilation dans votre appartement. Les calculs montrent que pour chauffer l'air soufflé pendant la saison froide, il faudra un appareil de chauffage d'une puissance de 4,5 kW (il permettra de chauffer l'air de -26°C à +18°C avec une capacité de ventilation de 300 m³/h ). L'électricité est fournie à l'appartement via une machine automatique de 32 A, il est donc facile de calculer que la puissance du chauffage représente environ 65 % de la puissance totale allouée à l'appartement. Cela signifie qu’un tel système de ventilation augmentera non seulement considérablement le montant des factures d’énergie, mais surchargera également le réseau électrique. Évidemment, il n'est pas possible d'installer un radiateur d'une telle puissance et sa puissance devra être réduite. Mais comment y parvenir sans réduire le niveau de confort des habitants de l'appartement ? |
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