Eddy Cloutier ing. PA LEED, PCMV

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1 Récupération de chaleur Les technologies et leurs applications CONGRÈS DE L AGPI 2009 Eddy Cloutier ing. PA LEED, PCMV Plan de match! Introduction Les 3R de l énergie d un bâtiment Où l énergie s enfuit-elle? Récupération de chaleur sur les eaux grises Récupération de chaleur sur le refroidissement Récupération de chaleur à la chaufferie! Conclusion Le génie du rendement 2 Fonctionnement réseau eau glacée 1

2 Les 3R de l énergie d un bâtiment La base est toujours la plus importante! t Le génie du rendement 3 Où l énergie s enfuit-elle? Pertes : Enveloppe Évacuation d air Gaz de combustion Rejets d eau chaude à l égout Rejets de chaleur par tour d eau ou condenseur à air Le génie du rendement 4 Fonctionnement réseau eau glacée 2

3 Objectif: Transférer la chaleur, le froid ou l humidité d un dun débit d air dair évacué vers un débit d air extérieur introduit dans le bâtiment. Principe physique: L énergie sensible (température) passe du flux d air le plus chaud vers le plus froid. L énergie latente (humidité) passe du flux d air où la pression de vapeur est la plus élevée vers la pression de vapeur la moins élevée (si le média permet le passage de la vapeur d eau). Le génie du rendement 5 Un peu de théorie Que veut dire exactement une efficacité de récupération de chaleur sensible de 40%? Le génie du rendement 6 Fonctionnement réseau eau glacée 3

4 Un peu de théorie Question: Est-ce qu une récupération de chaleur de 40% d efficacité signifie une réduction de l énergie de chauffage de 40%? Oui, si les deux débits sont égaux, que la température de préchauffage de l air est égale à la température d évacuation et qu on ne se retrouve jamais en situation de dégivrage Donc en pratique, très rarement au Québec Le génie du rendement 7 Échangeur à caloducs (heat pipes) Le génie du rendement 8 Fonctionnement réseau eau glacée 4

5 Principe Échangeur à caloducs Le caloduc est un tube fermé étanche chargé d un fluide caloporteur en équilibre de phases liquide/vapeur. Le liquide se vaporise dans la zone en contact avec le flux d air chaud, se condense dans la zone en contact avec le flux d air froid, puis retourne à son point de départ par gravité. Le génie du rendement 9 Avantages Aucune pièce ou partie mobile; Encombrement modéré; Aucune contamination croisée de l air; Aucune consommation d énergie liée à la circulation du caloporteur. Inconvénients Risque de givre; Échangeur à caloducs Le conduit d air évacué et l entrée d air frais doivent être adjacents; À notre connaissance, peu sont en fonction au Québec avec une expérience heureuse Entretien requis (nettoyage des serpentins). Le génie du rendement 10 Fonctionnement réseau eau glacée 5

6 Boucle d eau glycolée Le génie du rendement 11 Principe Boucle d eau glycolée Le récupérateur est constitué de deux serpentins, un premier sur l air évacué et l'autre sur l entrée d air extérieur. Les serpentins sont reliés par un réseau hydraulique dans lequel circule de l eau glycolée. L eau glycolée permet le transfert de la chaleur de l'air chaud évacué vers l'air frais entrant. Une pompe assure la circulation de l eau glycolée gy dans le circuit et un robinet trois voies permet la régulation du système. Le génie du rendement 12 Fonctionnement réseau eau glacée 6

7 Avantages Boucle d eau glycolée Peut être ajouté assez facilement dans une installation existante; Le plus courant et connu; Le conduit d air évacué et l entrée d air frais peuvent être séparés; Encombrement faible; Aucune contamination croisée. Inconvénients Nécessite une pompe et un fluide caloporteur; Risque de givre; Entretien des serpentins requis. Le génie du rendement 13 Roue thermique Le génie du rendement 14 Fonctionnement réseau eau glacée 7

8 Roue Principe thermique La roue thermique est un récupérateur de chaleur par accumulation. Elle se compose d'un média de transfert en aluminium, acier inoxydable ou matériau synthétique, formant de très nombreux petits canaux, qui peut être enduit ou non d'un produit hygroscopique afin de permettre les échanges tant de chaleur sensible que d'humidité. Le matériau accumulateur cylindrique en rotation lente est alternativement traversé dans une direction par le débit d air d évacuation du bâtiment où il se charge d énergie et dans l'autre direction par l'air frais où il se décharge. Le génie du rendement 15 Avantages Grande efficacité sensible et latente; L'efficacité calorique peut être modifiée en faisant varier la structure de la roue ou la vitesse de rotation; Roue thermique Faibles pertes de pression. Inconvénients Une légère contamination de l air neuf par l air rejeté est inévitable (malgré la purge) ± 3%; Le transfert d'humidité peut être à l'origine de transferts d'odeurs ou de germes; La prise d air extérieur et l évacuation d air doivent être adjacentes; Risque de givre. Le génie du rendement 16 Fonctionnement réseau eau glacée 8

9 Récupérateur à cassettes Le génie du rendement 17 Principe Récupérateur à cassettes Dans ce récupérateur de chaleur par accumulation, le trajet de l air est modifié par un volet afin que les deux cassettes soient alternativement traversées par l'air neuf et l'air extrait. L air chaud est d abord évacué au travers du module A, qui se charge d énergie. L air frais entrant dans le bâtiment traverse alors le module B, qui décharge l énergie accumulée au cycle précédent dans le flux d air. Le volet change de position. L air chaud circule alors au travers du module B, qui se charge d énergie pour le prochain cycle, et le flux d air frais circule au travers du module A, qui décharge l énergie accumulée au cycle précédent dans le flux d air. Le génie du rendement 18 Fonctionnement réseau eau glacée 9

10 Afin de vous aider à protéger votre confidentialité, PowerPoint a empêché le téléchargement automatique de cette image externe. Pour la télécharger et l'afficher, cliquez sur Options dans la barre de message, puis cliquez sur Autoriser le contenu externe. Avantages Efficacité latente et sensible excellentes; Nécessite peu de maintenance; Aucun risque de formation de givre; Une seule pièce mobile mais... Récupérateur à cassettes Inconvénients Les ventilateurs d alimentation et d'extraction se retrouvent en série durant un court instant; La contamination de l air neuf par l air vicié peut être importante; Très volumineux et très lourd. Le génie du rendement 19 Échangeur à plaques croisées Le génie du rendement 20 Fonctionnement réseau eau glacée 10

11 Principe Échangeur à plaques croisées L'échangeur est constitué de plaques, de tubes ou de gaufrages de type «nid d'abeilles», de faible épaisseur en aluminium ou matière plastique qui séparent les flux d air entrant et évacué. Le débit d air froid et le débit d air chaud se croisent, sans contact, en passant au travers de plaques spécialement conçues. Le transfert tde chaleur est réalisé é grâce aux nombreuses plaques présentes dans l échangeur. Le génie du rendement 21 Avantages Grande durée de vie; Absence de pièces en mouvement; Échangeur à plaques croisées Faible risque de contamination de l'air frais en cas de bonne conception. Inconvénients La prise d air extérieur et l évacuation d air doivent être adjacentes; Encombrement assez important; t Perte de charge relativement importante, surtout à de grands débits; Risque de givre; Risque de contamination si détérioration de l échangeur (exemple: par corrosion). Le génie du rendement 22 Fonctionnement réseau eau glacée 11

12 Comparaison des technologies Rendements typiques sensibles et latents Efficacité sensible Efficacité latente Roue thermique Boucle d eau glycolée Échangeur à caloducs Échangeur à plaques croisées Échangeur à cassettes 70% 45% 45% 50 % 80 % (été) 90 % (hiver) 70% % 70 % Le génie du rendement 23 24h/24, 7 jours T alim.: 13 o C Le génie du rendement 24 Fonctionnement réseau eau glacée 12

13 24h/24, 7 jours T alim.: 20 o C Le génie du rendement 25 12h/24, 5 jours T alim.: 13 o C Le génie du rendement 26 Fonctionnement réseau eau glacée 13

14 Récupération sur les eaux grises Principe Les eaux grises s écoulant dans un tuyau vertical forment un film d eau sur la paroi du drain. L eau froide acheminée vers le réservoir d eau chaude est préchauffée par l échangeur contre-courant, par contact de la surface de cuivre. Condition : correspondance de la consommation et du rejet! Le génie du rendement 27 Récupération sur le refroidissement Refroidisseur récupératif Principe Le refroidisseur récupératif utilise le principe du cycle vapeur-compression pour augmenter la température de l énergie récupérée en refroidissant diverses charges. On produit donc de l eau refroidie (±6.5 o C) pour refroidir des évacuations d air, des charges constantes (salles électriques, salles de serveurs) ou des secteurs du bâtiment en zone interne. Au refroidisseur, la compression du réfrigérant permet d élever la température de l énergie et de rejeter la chaleur à une température pouvant atteindre 60 o C. Cette énergie est réutilisée pour le chauffage ailleurs dans le bâtiment. Le génie du rendement 28 Fonctionnement réseau eau glacée 14

15 Récupération sur le refroidissement Refroidisseur récupératif Le génie du rendement 29 Récupération sur le refroidissement Refroidisseur Avantages récupératif Flexibilité sur la position des sources de chaleur par rapport à l utilisation; Plus grande récupération de chaleur en mi-saison. Inconvénients Complexité relative du système; Réseau de chauffage à basse température requis. Le génie du rendement 30 Fonctionnement réseau eau glacée 15

16 Récupération de chaleur à la chaufferie! Retour sur votre dernier cours de chimie CH 4 + 2O 2 CO 2 + 2H 2 O La combustion du gaz naturel implique la formation de vapeur d eau. La vapeur d eau est évacuée par la cheminée avec les autres gaz de combustion à une température relativement élevée. Globalement, de 15 à 25 % de l énergie du gaz naturel est perdue par la cheminée par les gaz chauds et l humidité qui y est contenue. Le génie du rendement 31 Récupération de chaleur à la chaufferie! Comment récupérer cette énergie? Chaudière à condensation Le génie du rendement 32 Fonctionnement réseau eau glacée 16

17 Récupération de chaleur à la chaufferie! Comment récupérer cette énergie? Récupération à contact direct pour les installations importantes. Le génie du rendement 33 Conclusion La récupération de chaleur: Permet des économies majeures. Implique des coûts relativement modestes pour de nouvelles constructions. Chaque technologie a son application. Il ne faut pas seulement considérer l efficacité du système, mais tous les facteurs entrant en jeu. Autre avantage important: peu permettre de diminuer la capacité des centrales de refroidissement et de chauffage. Pour un bâtiment neuf, cela peu annuler les coûts de la mesure! Bref: à étudier au cas par cas! Le génie du rendement 34 Fonctionnement réseau eau glacée 17

18 MERCI! Fonctionnement réseau eau glacée 18