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Poutre rafraîchissante

Qu’est-ce qu’une poutre rafraîchissante ?

Une poutre rafraîchissante est un type de système CVC à convection conçu pour chauffer et refroidir des espaces et déployé en général dans des immeubles de bureaux de type open space. Des tubes passent à travers une « poutre » (un échangeur de chaleur) et sont intégrés dans un plafond suspendu ou accrochés au-dessous du plafond suspendu d’une pièce.

Deux types de poutres rafraîchissantes sont aujourd’hui utilisés :

  • Une poutre passive refroidit l’air autour d’elle en formant un courant de convection naturelle dans lequel l’air refroidi descend et l’air plus chaud remonte pour le remplacer, ce qui permet de refroidir l’espace.
  • Les poutres rafraîchissantes actives sont répandues également et se servent de l’air sortant d’un système de ventilation pour générer un débit d’air supplémentaire au-dessus de la poutre.

Le principal défi de cette application est de contrôler la température de l’eau et du débit afin que la température de surface de la poutre ne tombe pas au-dessous du point de rosée de l’espace.

Schéma

Le schéma une application de poutre rafraîchissante utilisant une Belimo Energy Valve. Cette application présente la fonctionnalité de commande suivante :

  • Mesure précise du débit volumétrique et de la température d’alimentation et de retour
  • Monitoring et commande de la puissance thermique de l’unité
  • Équilibrage hydraulique permanent du débit d’eau à des pressions de système variables et dans n’importe quelle condition de charge
  • Intégration facultative d’un commutateur à capteur de point de rosée
  • Le delta T requis sur les poutres rafraîchissantes est très faible, ce qui rend leur gestion capitale


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Energy Valve



Problèmes courants affectant les poutres rafraîchissantes et raisons d’opter pour la Belimo Energy Valve™

Les grands refroidisseurs d'eau sont dynamiques par nature, avec des fluctuations de pression causées par les variations de vitesse de la pompe et changements de position de la vanne. Les systèmes à équilibrage statique, comme leur nom le laisse penser, ne savent pas gérer ces changements dynamiques et, en conséquence, les débits de chaque unité fluctuent en fonction des variations de pression.
La fonction d'équilibrage dynamique d'une vanne indépendante de la pression gère les fluctuations de pression dans le système et garantit que le débit est maintenu au point de consigne défini.

Dynamic Balancing of a Chilled Beam


Des températures d'eau basses et un contrôle insuffisant de l'humidité peuvent entraîner l'apparition de condensation sur la poutre rafraîchissante, et par la suite endommager les meubles ou le matériel de bureau, ce qui peut s'avérer coûteux. Cependant, des températures de circuit aller trop prudentes peuvent entraîner une capacité de refroidissement insuffisante.



Condensation of humid air on the cold coil surface. The supplied cooling water needs to be above the indoor dew point to prevent condensation

Grâce au débitmètre à immersion plus précis et plus réactif de la Belimo Energy Valve™, les systèmes DDC sont en mesure de détecter et de fermer les débits d'eau avant que de la condensation se forme sur les poutres rafraîchissantes. Des données fiables sur la température de la pièce et de l'eau sont indispensables pour maximiser les performances des poutres rafraîchissantes tout en minimisant le risque de condensation. Un capteur d'humidité/température extérieure, tel que le Belimo 22UTH-11, peut être utilisé pour mesurer les conditions de l'air extérieur et adapter la commande du ventilo-convecteur en conséquence.

L'arrivée d'air dans la pièce occupée et l'air circulant de la pièce passent sur les unités terminales de la poutre rafraîchissante. Le point de rosée intérieur doit être maintenu en dessous de la température de surface de l'unité terminale de la poutre rafraîchissante pour éviter que de l'eau de condensation tombe du plafond.

Le système d'air primaire du ventilo-convecteur est utilisé pour compenser la charge latente de la pièce et il maintient généralement le point de rosée intérieur à 13 °C [55 °F] maximum pour prévenir la condensation. De même, la température de l'eau fournie aux poutres est généralement maintenue entre 14 °C [58 °F] et 16 °C [60 °F], soit suffisamment au-dessus du point de rosée de la pièce.

Conseil de pro

Consultez les normes locales relatives aux températures de l’air et aux valeurs d’humidité (ou valeurs maximales) recommandées pour la pièce, ainsi qu’aux températures recommandées pour l’eau de refroidissement. Si les charges de refroidissement de votre pièce sont plus faibles ou si les surfaces de refroidissement sont importantes, les températures de l’eau de refroidissement peuvent être augmentées de quelques degrés (par exemple jusqu’à 18 °C). Il doit toujours être possible de maintenir un refroidissement suffisant dans la pièce afin qu’une déshumidification puisse être réalisée de manière économe en énergie.

Exemple d’application

La figure montre une poutre rafraîchissante qui ne fonctionne pas comme prévu. Le débit d'eau nominal doit être de 0,12 l/s [1,9 GPM] avec un delta T de 3 °C [1,5 °F] et une pression différentielle de 1 bar [14,5 PSI] dans la boucle. Cependant, en raison des variations de pression dans le système, le delta P augmente de 1 à 2 bars [14,5 à 29 PSI] et des charges différentes sont nécessaires. La poutre rafraîchissante reçoit 25 % d'eau en plus que prévu. Cela entraîne un mauvais confort ambiant et réduit l'efficacité du transfert de chaleur.

Chilled beam with a pressure dependent valve
L'utilisation de la vanne mécanique indépendante de la pression PIQCV garantit le débit nominal de 0,12 l/s [1,9 GPM] même lorsque des fluctuations de pression se produisent dans le système. Il en résulte un meilleur contrôle et un plus grand confort.

Chilled beam using a mechanical PI valve

L'Energy Valve maintient le débit nominal, quelles que soient les fluctuations de pression, à 0,12 l/s [1,9 GPM]. Elle gère aussi le delta T sur l'unité terminale et fournit toutes les données essentielles concernant le débit, les températures et l'énergie au système de gestion de bâtiment. À partir des données de l'EV, de nombreuses autres fonctions à valeur ajoutée sont disponibles, telles que la détection précoce de problèmes probables de condensation.



Chilled beam using an Energy Valve

Comme indiqué ci-dessous, l'EV est sur le même réseau que le capteur et le PC du réseau du système de gestion de bâtiment. Le système de gestion de bâtiment vérifie la température du débit d'eau et calcule le point de rosée en utilisant les données d'humidité relative et de température de l'appareil de pièce. Le système de gestion de bâtiment voit que la température de l'eau entrante est au point de rosée et commande la fermeture de la vanne afin d'éviter la formation de condensation sur l'appareil. Le Delta-T manager assure une optimisation constante des poutres lorsque les débits d'air sur l'unité terminale varient.



Chilled beam using an Energy Valve, with the BMS calculating the dew point with the input from a room sensor