Guide de conception d un projet Les poutres froides

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1 MANUEL DE SELECTION Guide de conception d un projet Les poutres froides Designed and manufactured by Fläkt Woods 1

2 Guide de conception d un projet Les poutres froides MANUEL DE SELECTION Les poutres froides IQID IQFC IQSA QPSA, QPBA QPDA IQTA Les poutres froides Les poutres 36CB IQ sont des poutres à air neuf pré-traité, avec une surface supérieure fermée, ce qui réduit les nuisances sonores et leur transmission aux autres pièces. Elles sont pourvues d un réglage de confort (dimensions des trous d induction réglables) qui ajuste le débit d air et sa répartition et permet ainsi de disposer d un bon niveau de confort dans la pièce. L induction de l air se fait par la face inférieure, ce qui facilite l accès pour la maintenance et l entretien. Les poutres 36CB QP sont des poutres froides passives qui fonctionnent par convection, sans apport d air neuf pré-traité. Pour calculer les dimensions des poutres froides, le meilleur moyen est de s appuyer sur le programme de sélection. La gamme des poutres froides Modèle, fonction et emplacement Type de poutre Rafraîchissement avec air primaire pré-traité - Poutres froides actives Rafraîchissement sans air primaire pré-traité - Poutres froides passives Fonction et emplacement IQID IQFC IQSA IQTA QPSA QPBA QPDA Surface supérieure couverte - air ambiant admis par-dessous Surface supérieure couverte air ambiant admis par le dessus Encastrée en faux-plafond ( ) ( ) En suspension libre - Montage en apparent Boucle de chauffage en option Éclairage en option Longueur maximum en m Largeur visible en mm Largeur totale en mm

3 MANUEL DE SELECTION Le principe de fonctionnement des poutres froides, sélection rapide La fonction poutre froide Un système à poutres froides apporte la puissance de rafraîchissement par l intermédiaire de l eau glacée et le débit d air neuf requis pour une bonne qualité de l air intérieur. Les poutres avec apport d air primaire traité (aussi appelés poutres actives) fonctionnent par induction. L air primaire traité qui arrive entraîne avec lui l air ambiant, lequel est aspiré à travers la batterie froide de la poutre. Le débit d air total, l addition de l air primaire avec l air induit du local, est introduit dans la pièce par la fente de soufflage de la poutre. Le débit d air mélangé dans la pièce avec l air ambiant est 3 à 4 fois plus important que le débit d air primaire. Les poutres passives fonctionnent selon l effet de cheminée inverse, ce qui veut dire que l air plus frais à l intérieur de la poutre possède une densité supérieure à celle de l air qui l entoure. L écart de densité entre les deux masses d air, combiné avec la hauteur de la poutre, force l air qui circule dans la pièce à passer par la batterie froide de la poutre. Carrier possède une gamme complète de poutres de climatisation adaptées à la plupart des applications, conçues pour offrir un confort optimal dans la pièce. Les poutres actives (avec apport d air primaire traité) Les poutres 36CB IQID, IQFC, IQTA et IQSA sont un concept nouveau qui présente de nombreux avantages. Elles possèdent IQID une face supérieure fermée, ce qui réduit les nuisances sonores et leur transmission aux autres pièces. Elles sont équipées d un système d induction variable (dimensions des trous d induction réglables, en option pour les poutres IQID) qui module le volume d air et sa répartition. L induction de l air se fait par la face inférieure, ce qui facilite l accès pour la maintenance et l entretien. Les IQID sont prévues pour être encastrées en faux-plafond. Leur largeur correspond aux modules de faux-plafond de 600 mm. La poutre IQID existe en modèle basique mais peut être également équipée de nombreuses options qui en font alors une poutre froide multifonctions. Pour la poutre IQID, les options suivantes sont disponibles : chauffage, système de réglage de l induction, déflecteur d air FPC (orientation du flux d air), fonction débit d air accru, dispositifs de commande et régulation, éclairage et possibilité d incorporer un système d extincteurs automatiques à eau. Les IQFC sont utilisées dans le cas des montages en apparent et présentent surtout l avantage que que la diffusion d air est orienté en oblique vers le plafond, pour IQFC une répartition optimale du débit d air dans la pièce. Les IQFC existent aussi en version avec éclairage indirect. L IQTA est une poutre à diffusion d air unidirectionnelle, destinée à être installée dans l angle formé par le mur et le plafond. L induction d air de l air ambiant se fait par le dessous de la poutre et le soufflage en direction du plafond pour se diffuser ensuite dans la pièce. L IQTA est une IQFC qui a été coupée à la verticale le long de la gaine et de la batterie froide. L IQSA est prévue pour être encastrée en faux-plafond ; sa largeur est la moitié de celle de la poutre IQID. IQSA Les poutres froides passives Une poutre froide passive (poutre à convection) fonctionne sans apport d air traité ; elle se base sur le principe que l écoulement naturel de l air dû à la pesanteur et le phénomène de la convection font s écouler l air de QP(S,B,D)A circulation vers le bas, à travers la batterie froide. Le débit d air à travers la poutre froide est déterminé par l écart de température (en réalité l écart de densité) entre l intérieur et l extérieur de la poutre, et par la hauteur de la poutre. On peut ainsi obtenir des puissances de rafraîchissements relativement élevées, mais comme il n y a aucun moyen de réguler cette puissance, ces poutres ne doivent pas être placées directement au-dessus de zones dans lesquelles on travaille. Sélection rapide poutres froides Puissance froide approximative Ptot en W, pour un débit d eau de 0,05 l/s, t de 8 K. Chute de pression de 60 Pa côté air et niveau de pression acoustique maximum de 30 db(a). Longueur standard 1.2 m 1.8 m 2.4 m 3.0 m 3.6 m nominale pour une diffusion 15 l/s 25 l/s 35 l/s 45 l/s 55 l/s d air bidirectionnelle IQID (Pertes de charges 70 Pa) IQFC IQSA IQTA (diffusion d air unidirectionnelle) (12 l/s) (16 l/s) (20 l/s) Sans apport d air traité QPSA/ QPDA QPBA Avec boucle Approximate heat output de chauffage P coil in W IQID, IQFC, IQSA IQTA (diffusion d air unidirectionnelle) 3

4 Guide de conception d un projet Les poutres froides MANUEL DE SELECTION Généralités L utilisation des poutres froides est particulièrement adaptée lorsque les puissances de rafraîchissement nécessaires sont élevées et /ou lorsqu il est nécessaire d avoir un réglage individuel de la température. Dans des bureaux avec une hauteur sous plafond normale par exemple, les puissances de rafraîchissement ne doivent pas dépasser 80 à 90 W/m². La limite dépend de la vitesse résiduelle maximale autorisée dans la zone d occupation, les locaux avec une grande hauteur sous plafond permettent donc des puissances de rafraîchissement plus importantes. Pour tous les calculs des puissances de rafraîchissement, il faut tenir compte de l évolution de l occupation dans le bâtiment et de son inertie. Si on se contente d additionner toutes les charges thermiques ensemble, on obtient de puissance de rafraîchissement qui peut être environ 50% plus élevée. La qualité de l air ambiant dépend du débit d air primaire, qui assure également un refroidissement de base. L écart maximum conseillé avec l air traité est 10 C. Dans certains cas, la température de l air primaire peut être ajustée, en l augmentant de quelques degrés, si la température extérieure baisse. Le reste de la charge de refroidissement est assuré par la poutre froide. Le débit d eau est modulé selon la charge, grâce à un capteur situé dans la pièce. Par rapport à un système dans lequel le refroidissement est amené dans les pièces uniquement par l air, un système à poutres froides est moins encombrant, puisque l espace nécessaire aux centrales de traitement d air et aux gaines est moindre. Apport d air traité / Air ambiant Poutres à air traité Grâce à leurs diffuseurs linéaires, les poutres actives peuvent apporter une puissance de rafraîchissement maximum, sans l inconfort d une grande vitesse d air dans la zone d occupation. L air primaire amené sur la poutre se mélange très bien avec l air induit du local grâce à la grande surface de contact. Dans le cas extrême, l air soufflé couvre une grande partie du plafond. Les poutres à soufflage unidirectionnelle sont placées le long des murs tandis que les poutres à soufflage bi-directionnelle sont placées vers le milieu des locaux. Fig. 1.2 La poutre active fermée prévue pour un montage apparent fait aussi appel dans une certaine mesure à l effet Coanda. En règle générale, dans le cas d un soufflage horizontal, si la distance entre le bord inférieur de la poutre et le plafond ne dépasse 300 mm, le jet d air est dévié vers le plafond et adhérera au plafond. Cette adhésion est renforcée par une fente de soufflage dirigée vers le haut. Le programme de sélection des produits proposé par le fabricant, indique la diffusion d air dans le local, pour différentes distances entre la poutre et le plafond. Fig. 1.3 La poutre active unidirectionnelle convient à certains types de locaux, tels que les chambres d hôtels. Il est préférable d installer la poutre dans l angle formé par le mur et la cloison adjacents aux toilettes ou au couloir, et que l air soit soufflé vers les fenêtres de la façade. Ceci simplifie les raccordements d eau et d air et facilite les modifications éventuelles ultérieurement. Fig. 1.1 La poutre active encastrable en faux plafond utilise l effet Coanda (adhésion de la veine d air au plafond) pour s assurer que la veine d air retombe progressivement dans la zone d occupation. 4

5 MANUEL DE SELECTION Réglage de la diffusion d air dans la pièce Les poutres froides Carrier 36CB IQ possèdent des trous d induction qui sont réglables séparément sur chacun des deux côtés. Ceci signifie que les débits d air à gauche et à droite peuvent être optimisés. Lorsque les poutres sont placées près d un mur part exemple, le débit vers le mur peut être réglé à 30% et celui dans l autre sens à 70%. Lors de travaux d aménagement, on déplace souvent les cloisons ; grâce à la longueur réglable des trous, il est facile de redistribuer le débit de chaque poutre de manière à éviter les problèmes de courant d air. On peut aussi augmenter ou diminuer le débit selon les besoins. Par conséquent la question d avoir à déplacer les poutres se pose rarement. Les trous de longueurs réglables peuvent également être utilisés comme un registre intégré. La pression/ le débit peuvent être légèrement modifiés sans avoir beaucoup d effet sur le refroidissement. Même si les poutres froides ont une portée assez courte, une pièce ayant une charge de refroidissement élevée et des débits d air importants peut présenter le risque de courants d air. Pour éviter cela,, on peut ajouter sur un certains nombres de poutres Carrier IQ des déflecteurs FPC. Il s agit d une série d ailettes intégrées dans les fentes de sortie d air. Sur des longueurs de 300 mm, ces ailettes peuvent modifier l orientation de l air soufflé jusqu à 45 grâce à une simple manœuvre. La portée horizontale mesurée perpendiculairement à la poutre est ainsi raccourcie car le soufflage de l air se fait selon un angle par rapport à la poutre. En règle générale, on peut compter sur un raccourcissement de la portée de 20%. Une poutre avec des déflecteurs FPC peut donc être placée à la fois plus près d un mur et plus près d autres poutres par rapport à une poutre sans FPC. Les poutres passives Les poutres passives provoquent une circulation d air du haut vers la bas dans la pièce. Dans les locaux à faible hauteur sous plafond, il ne faut pas installer la poutre juste au dessus de l occupant, pour éviter les courants d air. Dans un local avec des poutres passives, l introduction d air se fait par des diffuseurs. Que ce soit des diffuseurs à mélange ou à déplacement d air, ils offrent un bon niveau de confort lorsqu ils sont alliés à des poutres passives. Lorsque des diffuseurs à déplacement sont installés, l écart de température entre le plancher et le plafond diminue, tout en gardant l effet de déplacement de l air. Dans les pièces sans faux-plafond, il importe que les débits d air provenant diffuseurs à mélange ne perturbent pas l afflux d air vers la poutre, ce qui en réduirait la puissance de rafraîchissement. Pour les poutres passives encastrées dans un fauxplafond, Carrier conseille une ouverture dans le fauxplafond d au moins 0,1m² par mètre linéaire de poutre et un dégagement entre le plafond et le bord supérieur de la poutre de 100 mm pour les poutres larges (voir Fig. 4.1) et de 75 mm pour les poutres étroites (voir Fig. 4.2) ,1 m 2 /mètre linéaire de poutre Fig 4.1 Poutre passive large en faux-plafond 0,1 m 2 /mètre linéaire de poutre 75 Fig. 2 Augmenter l air primaire Pour accroître le débit d air maximum des poutres IQ, elles peuvent être pourvues de doubles rangées de trous des deux côtés. Par rapport aux poutres IQ à une seule rangée de trous, les doubles rangées assurent un débit d air accru et un effet de refroidissement supérieur pour une perte de charge donnée. Le programme de sélection donné par le fabricant permet de dimensionner les poutres ayant une double rangée d induction. Fig 4.2 Poutre passive étroite en faux-plafond 5

6 Guide de conception d un projet Les poutres froides MANUEL DE SELECTION Gradient de température ambiante Dans les installations réelles, des sources de chaleur avec avec une convection importante peuvent provoquer un écart entre la température de l air induit au niveau de la poutre sur la batterie et l air ambiant situé à 1,1m au-dessus du sol. La température en un point situé à 1,1 m au-dessus du sol est définie comme étant la température ambiante de la pièce. Lorsque la température à la poutre est supérieure à celle constatée à 1,1 m au-dessus du sol, on doit se baser sur la température la plus élevée des deux pour calculer l écart de température entre l air et la température moyenne de l eau ( t). Une valeur plus élevée de t augmente l effet de refroidissement fourni par la batterie froide de la poutre. La température constatée à la poutre est appelée la température au plafond. En règle générale, un écart de température de 0,5 K à 1 K entre l air induit et celui à 1,1 m de hauteur au dessus du sol s applique aux poutres actives. Une valeur de 1 à 2 K s applique aux poutres passives. Poutres installées au-dessus d un fauxplafond perforé Il est parfois nécessaire de dissimuler les poutres froides dans des faux-plafonds perforés. Des essais complets montrent que les poutres froides Carrier destinées à montage en apparent (IQFC) sont celles qui donnent les meilleurs résultats, à la fois en termes de volume et de débit dans la pièce. Afin de conserver la totalité de la puissance de refroidissement de la poutre,, le faux-plafond doit avoir au moins une surface libre de 35% et le dégagement entre le faux-plafond et la poutre doit être d au moins 100 mm. L air soufflé par la poutre IQFC est dirigé vers haut et sa vitesse est ainsi plus faible lorsqu il atteint le faux-plafond. Il en résulte une douce diffusion de l air dans la pièce, sans problèmes de courants d air. Les poutres passives doivent être posées au moins à 100 mm au-dessus du faux-plafond, qui dans ce cas doit une surface libre d au moins 35%. L air refroidi qui provient de la poutre se disperse lorsqu il touche le faux-plafond et se répartit dans la pièce dans une zone qui peut être jusqu à 3 fois plus grande que la normale. Le flux dans la zone occupée de la pièce sera plus doux avec un faux-plafond. L air ambiant qui revient à travers le faux-plafond ne doit pas être perturbé par l air qui descend des poutres passives et doit disposer d une aussi grande surface de passage dans le faux-plafond. En règle générale, la distance minimale entre les axes des poutres (c/c) doit être la suivante : Les gaines d amené d air primaire L expérience montre que la solution qui consiste à disposer d un registre d équilibrage par poutre est la plus couramment répandue et que le débit d air est mesuré avec la prise de pression installée dans la poutre. C est une bonne solution lorsqu on a besoin d une grande souplesse d utilisation, car le débit peut alors être modifié facilement au gré des variations de la demande. La perte de charge sur l air dans les poutres se situe normalement entre 50 et 70 Pa. Ceci veut dire qu à des vitesses normales d écoulement de l air dans les gaines, on peut avoir jusqu à 10 poutres alimentées par des dérivations reliées à une gaine principale, avec une déviation de débit maximum de +/- 5%. Ceci permet d affecter un dispositif de mesure et de réglage (ex : un registre à iris) à plusieurs poutres. C est là une solution appropriée lorsqu on a moins besoin de souplesse dans l utilisation. Pour ce qui est des poutres Carrier IQ munies d un système d induction variable, il n y a plus besoin de disposer d un registre pour chaque poutre car la fonction registre est présente dans la conception même de la poutre. Ceci donne à la fois une grande souplesse d utilisation et la possibilité de choisir une solution moins coûteuse, avec dans la gaine un seul registre pour plusieurs poutres. Norme Européenne relative aux essais des poutres froides La coopération au niveau européen a permis de standardiser les méthodes d essais que doivent utiliser les fabricants dans l Union Européenne. La norme EN s applique aux poutres froides passives, tandis que la norme pren s applique aux poutres froides avec apport d air traité (actives). Du fait de la charge de refroidissement dans la pièce, la chaleur en surplus est répartie uniformément sur les murs et le sol et les conditions de température dans la pièce sont très stables ; on obtient les mêmes résultats d essais, quels que soient les laboratoires. Les méthodes d essais font apparaître pour l air ambiant ambiant un gradient de température vertical négligeable. Refroidissement L effet de refroidissement d une poutre dépend de l écart de température entre d une part la température ambiante et d autre part la température moyenne de l eau dans la batterie froide et de l air primaire. Il faut éviter les phénomènes de condensation sur la batterie froide et sur le tuyau d arrivée. L expérience montre qu une température d entrée de l eau de 14 C est appropriée. c/c = 2 x largeur de poutre x 100 % de surface dégagée du faux-plafond Donc dans un faux-plafond avec une surface libre de 50%, on obtient : c/c = 2 x 430 x = 1720 mm 6

7 MANUEL DE SELECTION Chauffage Le chauffage de la pièce est assuré par un radiateur ou par une boucle de chauffage dans la poutre. Un radiateur donne les écarts de température les plus réduits entre le sol et le plafond. La batterie de la poutre peut être pourvue d une boucle supplémentaire pour de l eau chaude qui donne une puissance de chauffage élevée avec une température normale d eau de départ. Exactement comme dans le cas d un diffuseur plafonnier, les poutres sont dimensionnées en mode rafraîchissement pour une diffusion d air optimale dans la pièce. Au cas où l air traité atteint une température excessivement élevée (comme en mode chauffage) la ventilation dans la pièce diminue légèrement par rapport au mode refroidissement, et l écart de température entre le sol et le plafond augmente alors. Programme de sélection des produits, WinDon Le programme WinDon est disponible sur le site Internet de Carrier. En prenant comme point de départ la pièce,, les charges et la sélection de poutres, WinDon propose diverses poutres qui peuvent répondre aux besoins exprimés. Le résultat est présenté sous forme d une liste de caractéristiques techniques telles que telles la puissance de refroidissement, le débit d air, la perte de charge sur l air, la dimension des trous, le niveau sonore, le débit d eau et la perte de charge sur l eau. Le programme est aussi capable de visualiser la diffusion d air dans la pièce (en plan et en coupe) avec une ou plusieurs poutres. Il tient aussi compte du fait que le débit d air peut être différent de chaque côté de la poutre, et que la répartition dépend des réglages du régulateur du diagramme de débit. Les résultats relatifs à plusieurs poutres différentes peuvent ensuite être comparés, facilement et rapidement. Ceci constitue une bonne base sur laquelle on peut prendre des décisions. Les données entrées, les codes et les caractéristiques techniques sont imprimés, ainsi qu une vue en coupe avec la visualisation de la diffusion d air. Ce document est important pour l assurance qualité du projet, car les données entrées décrivent la situation en termes de charges thermiques, etc. Les poutres avec éclairage L éclairage peut être intégré dans certaines poutres froides, ce qui permet de libérer de la place dans le faux-plafond, car les poutres intègrent plusieurs fonctions. L installation est ainsi plus rapide et les coûts sont optimisés puisqu on installe moins de produits. Pour obtenir la meilleure solution d éclairage et de ventilation dans la pièce concernée, il est souhaitable que le spécialiste de la ventilation et celui de l éclairage travaillent en collaboration, puisque ce sont deux domaines techniques différents. Le cas le plus simple est celui de l éclairage indirect, lorsque la lumière doit être dirigée vers le haut du plafond et renvoyée vers le bas de manière diffuse dans la pièce. Il doit en résulter un «éclairage directionnel» général. Pour que la diffusion de la lumière soit adéquate, il faut prévoir un dégagement suffisant entre le bord supérieur de la poutre et le plafond. Par ailleurs, il peut arriver que ce soient les besoins en ventilation qui déterminent l emplacement de la poutre. Les poutres Carrier 36CB IQFC pour montages apparents sont disponibles avec éclairage direct. Pour l éclairage direct, la coordination est encore plus indispensable. Il faut tenir compte de plusieurs besoins à la fois : une intensité lumineuse donnée, par exemple sur une surface de travail, et aussi que l air de la poutre ventile bien la zone occupée sans causer de problèmes de courants d air. Dans la majorité des cas, on peut combiner les deux techniques, bien qu il y ait parfois un conflit d intérêts et il faut alors envisager une autre solution. Sur les poutres Carrier 36CB IQID et QPDA, le panneau inférieur peut être pourvu de dispositifs d éclairage direct. La poutre froide multifonctions Dans certains cas, on a besoin d une poutre qui réunit des fonctions habituellement installées séparément dans la pièce (poutre froide multifonctions). La poutre froide Carrier 36CB IQID est une poutre froide multifonctions qui, entièrement équipée, peut incorporer les fonctions suivantes : Apport d air traité Refroidissement et chauffage Système d induction variable (longueur des trous d induction réglable) Ajustement de le diffusion d air (ailettes déflectrices FPC) Débit d air élevé Dispositifs de commande et de réglage Eclairage Possibilité d installer des extincteurs automatiques à eau Fig. 5 7

8 Guide de conception d un projet Les poutres froides MANUEL DE SELECTION Circuit de tuyauteries Circuit du fluide caloporteur Un circuit de fluide caloporteur possède un circuit principal, conformément au schéma de la figure 6, qui comprend une pompe principale, un vase d expansion, et un réservoir tampon si besoin, etc. C est dans ce circuit principal que l eau est refroidie soit dans l évaporateur d un climatiseur, soit dans le côté secondaire d un échangeur de chaleur. Reliés au circuit principal se trouvent plusieurs éléments, ou circuits secondaires (voir détails 6.2) qui comportent des batteries froides dans des unités de traitement d air et des poutres froides. Du point de vue des commandes, le circuit principal est un système et chaque élément qui lui est raccordé est un système distinct. Le circuit principal comporte toujours un moyen de réguler la température du fluide caloporteur et dans certains cas, aussi un moyen de réguler la pression et donc le débit. La régulation du chauffage s effectue au moyen de robinets à deux ou trois voies (voir détails 6.3). La régulation du circuit secondaire peut dépendre de la température ambiante, de la température dans la gaine ou d un tuyau. Lorsqu une vanne 2 voies se rapproche de la position fermée, la perte de charge augmente et le débit diminue. En cas d installation comme celle illustrée en figure 7.1, le débit varie dans les deux circuits. Dans une installation comme celle illustrée en figure 7.2, le débit peut être maintenu constant dans le circuit secondaire, tandis qu il varie dans le circuit principal. On peut aussi installer une vanne 3 voies, comme le monte la figure 8, qui fait office de vanne de mélange (deux entrées et une sortie, figure 8.1) ou de vanne de distribution (une entrée et deux sorties, figure 8.2). La configuration habituelle est celle d un robinet mélangeur. L orifice de sortie possède un débit constant, et un débit variable aux orifices d entrée. En cas d installation comme le montre la figure 8.3, le débit dans le circuit secondaire varie tandis que celui du circuit principal reste constant. Dans une installation comme celle illustrée en figure 8.4, le débit reste constant dans les deux circuits. 6.6 Soupape de détente Bipasse Poutres froides Poutres froides Poutres froides 6.2 Circuit de la batterie de refroidissement débit constant Robinet de commande - Climatiseur 3 voies - Refroidissement à distance 2 voies 7-10C 6.1 Fig 6. Schéma d un circuit à fluide caloporteur Poutres froides 6.7 Régulateur de pression constante Circuit de la poutre froide débit variable Circuit principal 6.10 Climatiseur débit constant Refroidissement à distance débit variable Fig. 7.1 Fig

9 MANUEL DE SELECTION 8.1 Fig. 8.1 Robinet mélangeur Fig. 8.1 Mixing valve Fig. 8.2 Robinet distributeur Fig. 8.2 Distribution valve 8.4 la charge augmente (l éclairage est allumé, les ordinateurs sont allumés, le personnel arrive) les robinets commencent à s ouvrir. Si la pression aux vannes est supérieure à environ 30 kpa quand ils commencent à s ouvrir, ils feront du bruit. Pour éviter les problèmes de bruit, on peut prendre l une des mesures ci-dessous. Pompe régulée par la pression La pompe peut être commandée par la pression, de telle sorte que sa vitesse de rotation diminue à mesure que le débit diminue (voir figure 5, détail 5.5). L option la plus simple et la moins coûteuse est une pompe avec variateur de fréquence intégré. Celui-ci ajuste automatiquement le réglage de pression de la pompe, soit à une valeur constante, soit selon une courbe qui tente de tenir compte de la perte de charge due à la friction dans les conduites. Fig. 8.3 Fig. 8.4 Un débit constant nécessite : une pompe à vitesse de rotation constante une vanne 3 voies dans le circuit. On choisit normalement un débit constant dans le circuit principal si l installation comporte son propre climatiseur à cause du risque de gel dans l évaporateur si le débit est trop faible. Un débit variable nécessite : une pompe avec régulation de la vitesse, le plus souvent commandée par la pression ou une pompe avec courbe de pompe plate et une pression suffisamment basse au point limite c est-à-dire à un débit nul une vanne 2 voies dans le circuit. Dans les systèmes qui sont reliés à un réseau de refroidissement commandé à distance, on utilise en général les robinets à deux voies. Le circuit secondaire Le circuit principal fonctionne normalement à une température de départ de 7 à 10 C. Les poutres froides ne doivent pas être alimentées avec une eau à une température inférieure à 14 ou 15 C, à cause du risque de condensation. Un groupe de dérivation (voir figure 6, détail 6.4) qui mélange l eau de retour réchauffée à l eau de départ refroidie à une température constante est installé à cet effet. Les vannes de régulation utilisées dans les poutres froides sont vannes 2 voies avec moteur thermostatique. Le débit du fluide caloporteur dans le circuit secondaire dépend de ces vannes. Le bruit Un circuit de fluide caloporteur n est en général soumis à aucune charge pendant la nuit. Le matin, toutes les vannes sont fermées, c est-à-dire que le débit dans le circuit est égal à zéro. La pompe fonctionne au point limite. Lorsque Pression limitée au point limite Une autre solution consiste à choisir une pompe qui produit légèrement moins de 30 kpa lorsque le débit tombe à zéro. Aucune vanne dans le circuit n est alors soumise à une pression supérieure à 30 kpa, et l on évite ainsi les problèmes de bruit. Cette solution ne peut être adoptée que dans les circuits qui sont suffisamment petits pour se contenter d une petite pompe. Détente de pression Une troisième possibilité consiste à poser une soupape de détente en bout du circuit, (voir figure 6, détail 6.6). Lorsque la pression à la soupape de détente atteint une valeur pré-réglée (30 kpa maximum) la soupape s ouvre et relie les conduites de départ et de retour. Ceci assure que la pompe n approche jamais du point limite. Régulateur de pression constante Un pressostat, (figure 6, détail 6.7) mesure l écart de pression entre la conduite de départ et celle de retour et maintient cette valeur à un niveau constant en ralentissant la pression «en surplus». Le régulateur est à déclenchement automatique. Le grand circuit du fluide caloporteur peut être divisé en plusieurs groupes, qui sont pourvus d un régulateur de pression constante pour réduire la pression imposée aux vannes de régulation. Temporisateur Dans un circuit pourvu vannes 2 voies, l eau est entièrement stationnaire. Lorsque première vanne commence à s ouvrir, sa poutre froide reçoit de l eau qui est restée dans les tuyaux et s est réchauffée. Dans un grand circuit, il peut falloir beaucoup de temps avant que de l eau refroidie commence à arriver. En installant une conduite de bipasse pour court-circuiter le départ et le retour au point le plus éloigné du circuit (voir figure 6, détail 6.8) au moyen d une vanne de commande, on peut s assurer que la circulation n est jamais interrompue et qu on dispose en permanence d eau refroidie. 9

10 Guide de conception d un projet Les poutres froides MANUEL DE SELECTION Purge Tous les circuits de tuyauteries de chauffage ou refroidissement ont besoin purgés. Ces circuits sont pourvus de dispositifs centraux de purge, qui évacuent continuellement et automatiquement les bulles d air de l eau pendant le fonctionnement. Les systèmes à fluide caloporteur sont plus difficiles à pourvoir de purges que les systèmes de chauffage, car l air sort plus facilement quand il est chaud. Par conséquent, dans la conception d un circuit à fluide caloporteur, il importe encore plus de tenir compte des besoins en matière de purges que pour celle d un système de chauffage équivalent. Lorsqu un circuit est rempli d eau, la pompe est immobile. De l air se trouve donc emprisonné en tous les points élevés du circuit. C est pour cela que tous les points élevés du circuit sont pourvus de soupapes de purges. Pour minimiser leur nombre, le circuit de tuyauteries est conçu de manière présenter un forte déclinité à partir d un point de purge, c est-à-dire qu il «monte beaucoup» à partir des poutres froides, de telle sorte que les poutres froides sont le point bas. Les tuyauteries de fluide caloporteur reliées au circuit doivent être raccordées aux tronçons descendants (par le dessous) des conduites secondaires. Les conduites secondaires sont à leur tour raccordées aux tronçons descendants des conduites principales, etc. Un robinet de purge est posé là où le principe ci-dessus ne peut pas être appliqué, et là où se trouvent des points élevés. Mise au point Les circuits à fluide caloporteur doivent être pourvus de dispositifs qui permettent de mesurer et d ajuster le débit. Des vannes de régulation avec prises pour des instruments de mesure sont prévus sur les conduites principales et de dérivation, (voir figure 6, détail 6.9). Il est aussi souhaitable que chaque poutre soit pourvue d une vanne de régulation et d une prise pour instruments de mesure (voir figure 9, détail 9.1) bien qu on choisisse en général des vannes sans prise pour instruments de mesure. Dans ce cas, ces vannes sont réglées à des valeurs calculées au préalable. Fig Nettoyage par chasse rapide Les vannes des poutres froides ajustent des débits de fluide relativement faibles. Le débit qui s écoule par la vanne est très réduit. Ces systèmes sont sensibles aux particules de poussière présentes dans l eau. Il est donc bon de prévoir des modalités de nettoyage des conduites par chasse rapide (voir figure 6 détail 6.10). Isolation Les tuyauteries destinées à des fluides caloporteurs froids doivent être pourvues d une isolation étanche pour éviter la condensation. Le matériau isolant le plus couramment utilisé sur les conduites de fluide caloporteur est le caoutchouc cellulaire. Les conduites de départ et de retour doivent toutes deux être isolées. Il est vrai que la conduite de retour est normalement si chaude que le risque de condensation est inexistant, mais en cas de panne du fonctionnement ou de panne d un dispositif de commande, il se peut que la température baisse en dessous du point de condensation et provoque provoque des fuites de condensats. En outre, la réglementation relative à l industrie du bâtiment qui émane du ministère Suédois de la Construction, de la Planification et du Logement, stipule que les déperditions d énergie importantes dans les conduites ne sont pas admissibles. Vannes Association de vannes Il faut pouvoir arrêter, ajuster et très souvent commander aussi chaque poutre froide. Chacune d entre elles comporte un ensemble de vannes qui assure ces fonctions. La vanne de commande peut posséder une valeur Kvs réglable, ce qui veut dire qu il peut ajuster le débit d eau. Dans ce cas, l ensemble de vannes se compose d une vanne d arrêt sur l arrivée d eau (détail 9.3), d une vanne de régulation sur le retour (détail 9.1) et d une vanne de régulation sur la sortie (détail 9.2). Le raccord se compose donc d un robinet de coupure dans l orifice d entrée (détail 9.3) et d un robinet de régulation dans le retour (détail 9.1) et d un robinet de régulation dans l orifice de sortie (détail 9.2). Il peut être avantageux de choisir de poser poser sur l entrée d eau une vanne d arrêt avec une crépine dans le boisseau (voir figure 9, détail 9.3) du type avec une petite crépine dans le boisseau. La crépine protège les robinets de régulation et de commande contre le risque de contamination qui peut être présent dans l eau. Si la poutre froide constitue un point haut dans le circuit, l ensemble de vanne est aussi pourvu d une purge dans la conduite de retour conformément à la figure 9, détail 9.4. Flexibles de raccordement Pour permettre d ajuster la poutre dans le sens vertical et latéral, il peut s avérer pratique de la raccorder à l aide d un flexible de raccordement conformément à la figure 9, détail 9.5. Les flexibles offrent une meilleure résistance au débit que les tuyaux, et il peut donc être préférable de choisir des conduites souples plus larges que le tuyau. Vanne de régulation Pour adapter la puissance de la poutre froide à la demande, on fait varier le débit d eau qui passe par la poutre. La perte de charge dans le robinet doit être au moins égale à celle dans la poutre, bien qu elle ne doive pas dépasser 30 kpa. 10

11 MANUEL DE SELECTION Une vanne par poutre 10.1 Pour raccorder plusieurs poutres à une vanne de commande commune, il peut être nécessaire de poser des tuyaux supplémentaires, comme le montre la figure Fig Comme le montre la figure 10.1, la pose d une vanne par poutre offre la plus grande souplesse d utilisation. Une seule unité de commande peut commander une ou plusieurs poutre(s). Lors d éventuels travaux d aménagement à l avenir, il n y aura que les branchements électriques à réaliser entre les unités de commande. Ce principe peut s appliquer aussi bien à un local pourvu d un circuit à fluide caloporteur dans le couloir avec un bureau unique qu à une future rangée de bureaux le long d une façade divisée en plusieurs modules. Carrier propose des dispositifs de commande qui peuvent commander 9 vannes chacun sur le côté refroidissement et chauffage. En élaborant un système avec des commandes esclaves, il est possible qu une seule unité de commande déclenche jusqu à 30 vannes de refroidissement et 30 vannes de chauffage. Une vanne commune à plusieurs poutres Fig On constate souvent dans les systèmes du type bureau individuel le long des couloirs qu il n est pas plus coûteux de disposer d une vanne par poutre, et qu en prime, on bénéficie d une souplesse d utilisation. Système de régulation Chauffage et refroidissement Dans les pièces qui nécessitent à la fois du chauffage et du refroidissement, il est bon du point de vue de la consommation d énergie d installer un système qui empêche le chauffage et le refroidissement de fonctionner en même temps. Le chauffage peut être assuré soit par des radiateurs, soit par une boucle de chauffage dans la poutre froide. Le dispositif de chauffage et la batterie froide peuvent tous deux être équipés d une vanne de commande. Ces vannes sont commandées selon une séquence à partir d une unité de commande commune, de telle sorte que la vanne de chauffage se ferme avant que la vanne de refroidissement s ouvre. De plus, une plage neutre est souvent prévue entre le chauffage et le refroidissement, à l intérieur de laquelle les deux vannes sont fermées à un intervalle donné de température, voir figure 11. Fig Plusieurs poutres froides peuvent être reliées à une vanne de commande commun, conformément à la figure Les changements dans les zones de régulation nécessitent une modification du circuit de tuyaux, et cette méthode est utilisée lorsqu on n a pas besoin de préserver la souplesse d utilisation. Il peut s agir par exemple de grands bureaux, de magasins, d écoles, etc. Etude comparative des coûts Que choisir, une vanne par poutre ou une vanne pour plusieurs poutres? Les vannes de commande et les moteurs de vanne qui sont utilisés pour une seule poutre sont relativement simples et peu coûteux, tandis que les vannes plus grosses pour commander plusieurs poutres à la fois sont d un type différent et plus coûteux. Les courants d air Dans les immeubles modernes, pourvus de fenêtres pas trop grandes et avec un bon cœfficient énergétique, il est conseillé d utiliser une commande séquentielle avec une plage neutre. Si d un autre côté, les fenêtres sont très grandes et/ ou pas très bien isolées, la commande séquentielle peut provoquer des problèmes de courant d air, parce que le radiateur se ferme dès que le besoin de refroidissement se fait sentir. Le radiateur est à l arrêt pendant de longues périodes, alors que la fenêtre est froide. Pour résoudre ce problème, il y a plusieurs méthodes : 1) la vanne de commande du radiateur est laissée à peine entrouvert, de sorte qu elle n est jamais fermée à fond (voir figure 11, détail 11.2). 11

12 Guide de conception d un projet Les poutres froides MANUEL DE SELECTION 11.1 SV55 RC SV56 Augmentation de la température du fluide caloporteur L hygrométrie est mesurée à l aide d un capteur d humidité GT2 GM relative (GM) ainsi que d un capteur de la température de l air (GT2). La teneur en eau de l air, et son point de rosée sont déterminés et la valeur de référence (GT1) de la température du fluide caloporteur est décalée vers le haut selon une courbe définie pour éviter les fuites de condensats (voir figure 12 cidessous). RC GT2 GM Débit d eau SV56 SV55 GT1 RC Température GT2 Humidité relative GM Fig. 11 2) Le radiateur sert uniquement à protéger contre les courants d air si la température de départ de l eau est régulée seulement par rapport à la température extérieure. Le radiateur possède possède une vanne manuelle, et la température de départ est régulée selon une courbe en fonction de la température extérieure. Condensation Pour obtenir le plus grand effet de refroidissement possible des poutres froides, il faut sélectionner la température la plus basse possible du fluide caloporteur. La limite inférieure est représentée par le risque de fuite de condensats, qui survient dans la partie du circuit de fluide caloporteur là où la température de la surface est inférieure au point de rosée de l air environnant. Dans des conditions normales, une température du fluide caloporteur de 14 C est suffisante pour éviter la condensation. Il peut y avoir des jours toutefois, souvent au mois d août, durant lesquels l humidité atmosphérique est si élevée que les fuites de condensats peuvent se produire à plus de 14 C. Pour éviter les problèmes de condensation, on peut adopter l une des mesures suivantes : Capteur de condensation sur les tuyaux d arrivée à la poutre froide Un capteur peut être relié à l unité de commande qui commande le fonctionnement du robinet de refroidissement de la poutre, (voir détail 11.1), relié à la conduite d arrivée du fluide caloporteur dans la poutre froide. Si le capteur détecte un risque de condensation sur la conduite, c est-à-dire lorsque l humidité relative est supérieure à 90%, le robinet de commande est fermé, la température sur la surface de la conduite d arrivée et celle de la batterie froide remontent et les fuites de condensats sont évitées. Avantage : le refroidissement s interrompt uniquement dans les pièces qui ont des fuites de condensats. Inconvénient : la pièce n a pas de refroidissement Charges dans la pièce Fig. 12 Condensation Température GT2 Humidité relative GM GT1 Condensation Point de rosée Selon l application, l hygrométrie peut être mesurée à l extérieur GT1 ou à l intérieur. Les mesures à l intérieur, par ex. Point de rosée dans l air soufflé, sont effectuées lorsqu on est certain que les portes et les fenêtres sont bien fermées pour que le circuit du fluide caloporteur ne soit pas en contact avec de l air extérieur. Dans les installations où l on peut s attendre à ce que les portes et les fenêtres soient ouvertes, les mesures doivent être effectuées à l extérieur. Avantage: mesure générale qui évite le risque de condensation dans l immeuble tout entier au même moment. Inconvénient: l effet de refroidissement diminue dans l immeuble tout entier, y compris dans des salles informatiques où il peut être important de bénéficier de la totalité de l effet de refroidissement. Ceci n est toutefois pas valable pendant de très courtes périodes. Déshumidification Dans les immeubles où les portes et les fenêtres restent normalement fermées, le risque de condensation peut être évité en déshumidifiant l air traité. Pour assurer la déshumidification avec régularité, une batterie de chauffage est nécessaire après la batterie froide, pour assurer que l air ne refroidisse pas trop. Pour éviter la condensation ponctuellement pendant certains jours durant lesquels l hygrométrie est extrême, on peut faire appel à un refroidissement supplémentaire de l air traité, pour déshumidifier sans réchauffer. Avantage : on conserve la pleine puissance de refroidissement. Inconvénient : les locaux avec de faibles charges thermiques, par exemple les salles de réunion dans le centre des bâtiments, peuvent refroidir entièrement. 12

13 MANUEL DE SELECTION Installation Les poutres en montage apparent Ces poutres sont posées à l aide de cornières de suspension. +15 La procédure d installation est la suivante: 1. Suspendre les poutres et ajuster à peu près leur position. 2. Installer l ossature porteuse du faux-plafond. 3. Adapter les poutres selon les besoins en fonction de la structure porteuse. Cette méthode implique qu il faut en général deux opérations pour mettre les poutres en place. Il est important que la poutre et les accessoires d installation permettent d ajuster la positon de la poutre dans chaque sens. Fig 13. Pose de poutres froides en suspension libre Fig 15. Installation d une poutre directement dans le faux-plafond Lorsque l aspect de l installation doit respecter des critères très stricts, il est conseillé de choisir une poutre avec des tôles d habillage prolongées du coté des raccordements ou un gainage esthétique pour les gaines et tuyauteries, qui couvre la distance entre la poutre et le mur. Lorsqu on n utilise aucune de ces solutions, il est déconseillé d utiliser un flexible de raccordement du coté de l air, et c est dans le faux-plafond du couloir qu il faut placer si possible tout registre et dispositif d insonorisation éventuel(s). On doit pouvoir appliquer un revêtement de peinture isolante du type Armaflex sur le côté tuyaux. Le raccordement des vannes doit si possible être placé dans le faux-plafond du couloir. Les poutres encastrées dans un faux-plafond Les poutres destinées à être encastrées dans un faux-plafond peuvent être fixées avec des cornières de suspension ou directement sur l ossature porteuse du faux-plafond. +15 Fig 14 Installation d une poutre en faux-plafond avec des crochets de suspension Les poutres peuvent être posées sur l ossature porteuse du faux-plafond. Les tiges de suspension de cette ossature sont d un calibre suffisant pour soutenir aussi les poutres froides, ce qui veut dire qu il y a très souvent des tiges de suspension supplémentaires. La procédure d installation est la suivante : 1. Installer l ossature porteuse du faux-plafond. 2. Placer la poutre. 3. Fixer la poutre à l aide des vis aux profilés en T de l ossature porteuse. Cette méthode implique qu il suffit en général d une seule opération pour mettre les poutres en place. Raccordement au circuit de tuyauteries Quelle que soit la manière dont les poutres sont installées, le plus simple est de les raccorder à l aide de flexibles. En cas de suspension, il sera souvent nécessaire de les réajuster. Dans les deux cas, le flexible permet d installer les tuyauteries et leurs dérivations au cours d une opération unique, indépendante de la pose de la poutre. Le flexible doit être coupé à une longueur qui permet d éviter les courbes inutiles et transversales. Raccordement à la gaine d air traité Comme pour les raccords des tuyauteries, la pose est plus simple si l on utilise utilise des conduits souples pour le raccordement à la gaine d air. Ce conduit souple doit être déroulé au maximum de sa longueur, en évitant les courbes transversales pour empêcher les sources de bruit et les pertes de charges imprévisibles. 13

14 Guide de conception d un projet Les poutres froides MANUEL DE SELECTION Raccordement en série des poutres froides Le plus souvent, les poutres d une même pièce sont raccordées en parallèle côté air et eau. Il est toutefois possible de raccorder deux poutres en série. La première poutre dans le sens du flux d air nécessite dans ce cas une exécution particulière. L air doit en sortir par le bout d extrémité (vu dans le sens du flux d air) pour aller dans la poutre suivante. De même, la batterie froide dans la poutre numéro un est adaptée pour permettre l écoulement de l eau dans la poutre suivante. Il faut indiquer clairement dans la description que deux poutres doivent être raccordées en série. On ne doit pas raccorder plus de deux poutres en série à cause de la perte de charge sur l eau. Entretien La batterie froide doit être accessible pour en permettre le nettoyage. Ceci est valable en particulier pour le côté de la batterie froide qui est «frappée» par l air de circulation ambiant. Pour les poutres Carrier IQ avec apport d air traité, l air ambiant est admis dans la batterie froide par en dessous. Le dessous est facilement accessible : soit le panneau inférieur est monté sur des charnières qui permettent de l ouvrir, soit on peut le faire glisser pour l enlever. Pour les poutres passives, la surface supérieure de la batterie froide doit être nettoyée à l aspirateur. Si la poutre est encastrée dans un faux-plafond, il faut d abord enlever un certain nombre de panneaux du fauxplafond. L expérience a montré que la batterie froide doit être nettoyée tous les 5 à 10 ans. Pour nettoyer la gaine d apport d air traité dans la poutre IQ, on peut enlever les couvercles amovibles, qui sont accessibles une fois que le panneau inférieur a été ouvert sur ses charnières ou qu on l a fait coulisser pour le dégager. Avec un filtre à air très absorbant dans l unité d apport d air traité, ceci devra être effectué environ une fois tous les dix ans. Circuit principal Désigne le circuit qui contient la pompe principale. Conduite principale Désigne la conduite dans le circuit principal, ou un tuyau d alimentation principal qui arrive à un immeuble ou dans une partie d immeuble. Conduite secondaire Désigne une conduite verticale dans une colonne ou une gaine. Conduite de dérivation Désigne des conduites qui partent d une conduite principale vers un étage par exemple. Composants SV vanne de commande RV vanne de régulation AV vanne de coupure AL robinet de purge vanne avec moteur pour un fonctionnement automatique. vanne de réglage vanne destinée à isoler une section de circuit robinet pour purger. Désignations et noms des divers éléments du système Circuits primaire et secondaire Dans les systèmes de refroidissement commandés à distance, le côté primaire désigne le côté source d énergie de l échangeur de chaleur et le côté secondaire celui du propriétaire de l immeuble. Dans les systèmes qui possèdent leur propre climatiseur, le circuit principal, c est-à-dire celui dans lequel se situe le climatiseur, peut aussi être appelé le circuit primaire. Chaque groupe de dérivation peut à son tour être considéré comme ayant un circuit primaire et un circuit secondaire, le circuit primaire étant celui relié à la source, et le circuit secondaire celui relié à l équipement. N o : OEM, , Remplace: Nouveau Réf. Fläkt Woods: 8287 FR, Remplace: Nouveau Le fabricant se réserve le droit de procéder à toute modification sans préavis. 14 Fabricant: FLÄKT WOODS, Suède Imprimé en Hollande