Chauffage et refroidissement des grands volumes: 3 raisons de refroidir un hall avec des appareils de chauffage.

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Plus de la moitié des appareils de ventilation sont aujourd'hui équipés de batteries froides.
Chez Hoval, nous avons eu l'idée d’utiliser les appareils de recirculation d’air, souvent utilisés pour le chauffage des grands volumes, aussi pour le refroidissement. Comment et sous quelles conditions est-ce possible ?

Pour quelles raisons refroidir un local de grand volume?

Refroidir les grands volumes, et plus particulièrement les bâtiments industriels, peut s'avérer nécessaire principalement pour trois raisons: 

1. Les exigences liées à la nature des produits fabriqués
Dans certains cas, la production exige que la température ambiante reste basse. C'est le seul moyen de garantir une fabrication précise de certaines pièces. Le refroidissement est donc nécessaire, afin de réguler la température des bâtiments.

2. Des conditions de travail plus confortables

Compte tenu de l'expérience positive des systèmes de climatisation dans d'autres applications, notamment dans les voitures particulières, on comprend aisément le souhait des salariés de pouvoir travailler dans des bureaux et des sites de production climatisés. Mais cela exige des investissements. Il est donc judicieux de trouver un compromis entre l'installation souhaitée et les coûts que cela implique.

3. Favoriser la sécurité des équipes

Les performances des salariés diminuent considérablement quand les températures sont élevées (fig.1) et, en même temps, la fréquence des accidents augmente. Au vu de ces considérations économiques, on peut donc se poser la question de la pertinence du refroidissement des bâtiments. 

Lien performance et température

Fig. 1 : Diminution des performances avec l'augmentation de la température.

Refroidir avec des aérochauffeurs

La recherche de confort thermique est une tendance croissante, y compris dans les halls de grande hauteur: halls d’exposition, gymnases multifonctions, complexes sportifs, halls de production et entrepôts. Chez Hoval, nous avons donc eu l'idée d'utiliser les appareils de chauffage à recirculation d'air (souvent utilisés dans les halls de grande hauteur) aussi pour le refroidissement. Ainsi sont nés les aérochauffeurs Hoval. Quels sont les avantages d’utiliser les mêmes appareils pour chauffer et refroidir un bâtiment de grand volume, et sous quelles conditions est-ce possible?

En principe, chaque système de chauffage peut aussi servir pour le refroidissement si à la place de l'eau chaude on utilise un fluide réfrigérant (par exemple de l'eau froide). Cependant, il faut d'abord réunir un certain nombre de prérequis, faute de quoi on risque d'avoir à résoudre des problèmes de condensats ou de distribution du froid. Les 4 facteurs suivants doivent être pris en compte: 

1. Free cooling
Grâce à un caisson de mélange d'air en amont de l'appareil de chauffage, il est possible d'alimenter le bâtiment en air frais et ainsi d'assurer son refroidissement. La capacité de refroidissement dépend de la température de l'air frais, ce qui signifie que cela ne peut être qu'un complément à la réduction des coûts d'exploitation (fig. 2). 

free cooling

Fig. 2 : Le free cooling peut être effectué grâce à un caisson de mélange d'air.

2. Système à 2 ou 4 tubes
L'idée est ici de savoir si la batterie nécessaire pour le chauffage peut également être utilisée pour le refroidissement ou si une batterie distincte pour le refroidissement doit être prévue. L'avantage du système 4 tubes (= 2 batteries) est que chaque batterie peut être dimensionnée de manière optimale mais il reste d'un coût plus élevé. C'est la raison pour laquelle, pour des application industrielles, la solution avec le système 2 tubes est la plus répandue.

3. Condensat
En refroidissant, l'air peut atteindre la limite de saturation de la vapeur d'eau. Il se forme alors du condensat. Celui-ci doit être collecté et évacué, sachant qu'une fuite pourrait entraîner des dommages considérables au bâtiment et aux machines ou causer des arrêts de production. En plus du condensat qui se forme avec le refroidissement du débit d'air dans le serpentin, il est aussi possible de voir l'air ambiant se condenser à l'extérieur de la partie froide de l'appareil. Il faut également éviter les ponts thermiques. La gamme Hoval TopVent permet de répondre à ces exigences. 

TopVent Hoval séparation condensat

Fig. 3 : La séparation du condensat dans l'écoulement vertical de l'air entrant est difficile mais possible avec la gamme d'aérochauffeurs Hoval TopVent.

4. Diffusion d’air
Comme mentionné précédemment, les aérochauffeurs dans les halls de grande hauteur sont habituellement installés de façon à ce que le débit d'air circule verticalement vers le bas (fig. 4). Il en résulte un certain nombre d'avantages :

  • Pas d'obstruction pour les ressources de production, par ex. les ponts roulants

  • Pas d'espace supplémentaire requis pour les appareils

  • Débit d'air sans courants d'air

  • Stratification de température réduite

  • Coûts d'exploitation réduits 

Hoval Topvent ventilation décentralisée

Fig. 4 : Les appareils de chauffage à recirculation d'air possédant une sortie d'air vers le bas s'installent généralement de manière décentralisée tout en permettant le zoning.

Si ces appareils doivent désormais servir aussi au refroidissement, des problèmes peuvent apparaître comme des courants d'air et une distribution inefficace du froid. Mais il est possible d'y remédier ou tout au moins de minimiser ces difficultés avec ces solutions:

  • Avec un distributeur d'air ajustable (si possible automatique), il est possible d'obtenir un débit d'air sans courant d'air, selon la température de l'air pulsé. Cette opération nécessite une forte induction.

  • Pour un refroidissement efficace, les appareils doivent être installés le plus bas possible, de manière à réduire le volume de la pièce à refroidir.

D'une façon générale, un compromis entre les températures de pulsion contraires (chauffage et refroidissement) doit être trouvé.

Comment réguler ?

Une régulation bien pensée permet d'augmenter le confort et la rentabilité. Elle sera en mesure de répondre aux exigences suivantes :

  • Les modes « chauffage » et « refroidissement » doivent être séparés par une cascade.

  • Le choix de l'utilisation d'une régulation en 2 points ou d'une régulation constante dépend du confort souhaité et des coûts d'exploitation. La tolérance de la valeur de consigne est également importante.

  • Il est important de pouvoir modifier la valeur de consigne en fonction du temps de fonctionnement.

  • Il est pertinent, d'un point de vue économique, de regrouper plusieurs appareils en groupes de régulation afin de pouvoir utiliser au mieux l'énergie libérée dans le local, par exemple par des machines.

En résumé :

Refroidir des bâtiments de grand volume, en particulier les halls de production, doit être économique. Utiliser aussi pour le refroidissement les appareils de recyclage, qui sont de toute manière nécessaires pour le chauffage, présente un intérêt certain. Les systèmes de ventilation décentralisés offfrent une plus grande flexiblité par rapport à des installations de centrales de traitement d'air, et notamment les gaines d'air ne sont pas nécessaires.


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En savoir plus sur les avantages des systèmes de ventilation décentralisés

Auteur
Loris Basso
 
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