Économiser de l'énergie avec les appareils de traitement de l'air

Une unité de traitement d'air (AHU) est un composant majeur du système CVC dans de nombreuses grandes propriétés commerciales, assurant la ventilation et déplaçant l'air traité dans tout le bâtiment pour le confort des occupants.

Mais un AHU, conçu correctement, géré de manière stratégique et équipé des bons accessoires, peut également être un point central pour la conservation de l'énergie du système CVC, affirment les ingénieurs des principaux fabricants.

« Vous pouvez disposer d'un système de traitement de l'air hautes performances sans sacrifier le confort et sans sacrifier la consommation d'énergie », a déclaré Eric Sturm, ingénieur en chef des applications chez Trane.

Selon les experts, les ingénieurs devraient commencer par comprendre le bâtiment ou l'agrandissement du bâtiment en question et ses utilisations prévues ainsi que des caractéristiques telles que sa taille, la valeur R de son isolation, la quantité de fuites d'air et le climat à son emplacement, avant de concevoir un système de traitement de l'air pour celui-ci.

"Ce que l'ingénieur fait, c'est jeter un coup d'œil et comprendre le bâtiment, comprendre à quoi sert le bâtiment, puis comprendre également... les attentes du propriétaire", a déclaré Derrick Paul, ingénieur en mécanique et directeur des ventes commerciales chez Fujitsu General America. "Sont-ils à la recherche d'un contrôle individuel ? Sont-ils à la recherche de grandes surfaces, avec très peu de contrôle individuel dans tout l'espace ?"

EXPANSION DIRECTE : Un kit Fujitsu DX, et les commandes associées, pour l'adaptation d'un appareil de traitement d'air de 20 tonnes pour fonctionner avec les pompes à chaleur Fujitsu. (Avec l'aimable autorisation de Fujitsu General America Inc.)

Sturm a déclaré que l'utilisation d'un logiciel d'analyse énergétique de l'ensemble du bâtiment pourrait aider.

"Cela dépend vraiment de l'ingénieur de conception", a déclaré Maria Acosta, ingénieure commerciale chez Rheem Manufacturing Co.

LE CŒUR DU CVC À AIR FORCÉ : Un appareil de traitement d'air commercial Rheem avec pompe à chaleur et ventilateur centrifuge. (Avec l'aimable autorisation de Rheem Manufacturing Co.)

La norme ASHRAE 90.1, introduite pour la première fois en 1975 et mise à jour à plusieurs reprises depuis, définit les exigences minimales pour la conception et la construction éconergétiques de la plupart des types de bâtiments commerciaux et de leurs systèmes, ainsi que pour l'expansion des bâtiments commerciaux et le remplacement des équipements CVC existants dans les bâtiments plus anciens. Les meilleures pratiques, a déclaré Sturm, appellent à atteindre ou à dépasser ces minimums.

"Ma recommandation est toujours de regarder l'ensemble du système lors des choix d'efficacité énergétique", a déclaré Sturm. "Parfois, il est plus logique de faire fonctionner un équipement plus fort et d'utiliser plus d'énergie sur cet équipement car il est plus efficace par rapport à un autre équipement."

Un système à plusieurs zones, a déclaré Paul, pourrait permettre des économies d'énergie en donnant aux gestionnaires et aux occupants du bâtiment un plus grand degré de contrôle, leur permettant d'arrêter ou de réduire le conditionnement dans les zones inoccupées ou lorsqu'il en faut moins. L'utilisation d'un volume d'air variable, qui personnalise la distribution de l'air dans différentes zones du bâtiment, peut également économiser de l'énergie, a-t-il déclaré.

"C'est une bonne technologie lorsque l'unité de traitement d'air s'approvisionne dans plus d'une zone", a déclaré Acosta.

Les propriétaires et gestionnaires d'immeubles à la recherche d'une efficacité énergétique maximale doivent être prêts à en payer le prix.

"C'est proportionnel", a déclaré Acosta. "Plus vous voulez que votre système soit efficace, plus il coûtera cher. L'efficacité coûte de l'argent."

Les bonnes commandes AHU peuvent faire toute la différence, en tenant compte des besoins des occupants, des niveaux d'occupation à différents moments de la journée, des conditions météorologiques, des diverses utilisations du bâtiment et d'autres facteurs pour contrôler comment et quand faire fonctionner une AHU.

"Les algorithmes de contrôle haute performance peuvent avoir un impact significatif sur les économies d'énergie", a déclaré Sturm. De tels contrôles pourraient utiliser des tactiques telles que l'arrêt et le démarrage optimaux, l'optimisation de la pression du ventilateur ou, lorsque les conditions extérieures sont favorables, une purge nocturne, a-t-il déclaré.

Une purge nocturne, a déclaré Sturm, est un type d'économie côté piste qui apporte de l'air nocturne plus frais dans un bâtiment dans lequel la température a augmenté pendant ses heures d'inoccupation. Cette stratégie de refroidissement naturel pré-refroidit essentiellement le bâtiment, sans avoir à démarrer l'équipement de refroidissement, avant que le bâtiment ne rouvre ses portes.

"En prévision du lendemain, nous pouvons utiliser la purge nocturne pour ramener la température dans l'espace de 80 à 75. Ou probablement même un peu plus frais, peut-être comme 73°", a déclaré Sturm.

"C'est une sur-ventilation, mais c'est une sur-ventilation pour un but", a ajouté Sturm. "Et le but est de réduire ou d'éliminer l'énergie de réfrigération mécanique."

Une purge nocturne doit cependant être utilisée judicieusement ; Sturm a noté que si l'air extérieur est humide, une purge nocturne amènerait de l'air humide dans le bâtiment, ce qui pourrait affecter le confort des occupants de jour.

"Quand il fait très humide, nous devenons mal à l'aise", a-t-il déclaré.

Choisir le bon ventilateur pour l'application est également une considération lors de l'examen de l'efficacité énergétique de l'AHU, a déclaré Acosta. Les ventilateurs, a-t-elle dit, sont le plus grand point de consommation d'énergie dans les AHU.

Les ventilateurs à vitesse variable peuvent économiser de l'énergie en ne fonctionnant qu'à la vitesse nécessaire, et sont également moins sujets à l'usure mécanique car ils s'arrêtent et démarrent moins fréquemment que les ventilateurs à vitesse constante, ce qui limite le nombre de secousses qui accompagnent l'activation et la désactivation, a-t-elle déclaré. Les ventilateurs centrifuges sont les plus efficaces mécaniquement, a-t-elle déclaré.

"Lorsque nous parlons d'efficacité énergétique … il y a tellement de choix de ventilateurs", a déclaré Acosta.

Les AHU commerciales peuvent être connectées à plusieurs types de technologies de chauffage et de refroidissement, mais Paul a déclaré qu'une pompe à chaleur à air avec un compresseur à vitesse variable pourrait être un bon outil pour économiser de l'énergie.

"Lorsque vous passez à ce compresseur à vitesse variable entraîné par onduleur, c'est là que vous allez obtenir ces rendements plus élevés", a-t-il déclaré.

Selon les experts, la récupération d'énergie air-air, qui capte l'énergie thermique de l'air expulsé d'un bâtiment afin de préchauffer ou de prérefroidir l'air frais entrant, pourrait également jouer un rôle dans l'efficacité du système.

"L'utilisation de la récupération d'énergie air-air permet de réduire la taille du système de refroidissement et de chauffage tout en économisant de l'énergie de refroidissement et de chauffage", a déclaré Sturm.

Les accessoires pour la récupération d'énergie air-air comprennent la roue thermique, qui tourne entre les flux d'air entrant et sortant pour transférer l'énergie ; l'échangeur de chaleur à plaques fixes, dans lequel l'air frais et l'air vicié s'écoulent dans des canaux étanches adjacents ; et la boucle de serpentin, qui utilise deux serpentins ou plus dans des courants d'air séparés, avec un fluide en circulation pour transférer la chaleur.

"Lorsque vous avez la possibilité de récupérer l'énergie de l'échappement, il est tout à fait logique de pouvoir prétraiter cet air d'appoint", a déclaré Paul.

La récupération d'énergie air-air, a déclaré Sturm, offre le plus grand avantage dans des conditions météorologiques extérieures extrêmes - chaleur extrême ou froid extrême. C'est parce qu'il y a un coût énergétique pour faire fonctionner l'équipement - un moteur pour la roue d'énergie, une pompe pour la boucle de bobine, la puissance accrue du ventilateur nécessaire pour surmonter la chute de pression d'air qui vient avec un accessoire supplémentaire à l'intérieur de l'AHU - que l'énergie récupérée justifiera.

"Le contrôleur du système devrait être en mesure de déterminer quand il est judicieux d'utiliser un dispositif de récupération d'énergie air-air", a déclaré Sturm.

Matt Jachman est rédacteur en chef de la législation à ACHR NEWS. Il a plus de 30 ans d'expérience dans le journalisme communautaire et un baccalauréat en anglais de la Wayne State University à Detroit.