De bons composants jumelés à de bonnes connaissances
· L’innovation est la clé de la croissance de l’hydronique
Les particularités de fonctionnement des systèmes air-eau
Des commandes de chauffage aux mitigeurs, Resideo propose une gamme complète de solutions hydroniques reposant sur les produits Honeywell Home. Vous y trouverez des panneaux de zonage hydroniques, des vannes de zone Pro Press, des thermostats hydroniques T6 Pro et plus encore – le tout au même endroit.
Notre notoriété repose sur notre capacité à vous fournir des produits qui satisfont les besoins des propriétaires. Nos produits sont réputés comme un standard incontournable et ils sont reconnus pour leur précision, leur sécurité, leur fiabilité – et leur facilité d’installation.
bit.ly/HomeWaterSolutions
© 2020 Resideo Technologies inc. Tous droits réservés. La marque Honeywell Home est utilisée sous licence Honeywell International inc.
Éditorial
Nouvelles de l’industrie
Conception à la mode, appareils sophistiqués
Les salles de toilettes commerciales allient désormais style, technologie et durabilité
PAR STEVE GOLDIE
Les produits dont nous avons besoin
Voici cinq technologies/ produits qui pourraient faire avancer l’industrie de l’hydronique
PAR JOHN SIEGENTHALER
Les particularités de fonctionnement des systèmes air-eau – 2e volet
Conditions d’utilisation d’une thermopompe air-eau dans le climat canadien
PAR MIKE MILLER
Les compresseurs à travers les années
Aperçu de l’évolution technologique et énergétique des unités de compression
PAR DAVE DEMMA
ntre les annonces régissant les mesures de déconfinement, vous avez peut-être vu passer l’annonce du gouvernement du Québec à la mi-mai révélant le lancement de nouvelles normes énergétiques le 27 juin prochain, lesquelles visent à améliorer de 25 % en moyenne le rendement des immeubles commerciaux, institutionnels et industriels ainsi que des grands bâtiments d’habitation (nouveaux bâtiments et agrandissements). En plus des économies potentielles évidentes pour les clients, on s’attend à ce que l’environnement puisse bénéficier d’une réduction des émissions de gaz à effet de serre (GES) équivalent au retrait de quelque 18 000 voitures par année d’ici 2030.
Les nouvelles mesures portent notamment sur l’isolation des murs, des toits et des planchers, ainsi que la couverture des ponts thermiques; la performance thermique des portes et fenêtres; l’isolation thermique des conduits et le calorifugeage de la tuyauterie; la puissance d’éclairage intérieur et extérieur; la récupération de chaleur exigée dans les installations de chauffage, de ventilation et de conditionnement de l’air (y compris les piscines, les équipements de réfrigération et les hottes de cuisines commerciales). Il est à noter que le secteur de la construction disposera d’une période transitoire de 18 mois (soit jusqu’au 27 décembre 2021) pour appliquer les nouvelles normes.
En fait, l’économie d’énergie se fait entendre sur toutes les tribunes depuis quelques années, à raison. Dans ce numéro, Steve Goldie aborde la question sous l’angle de la conception des salles de toilettes commerciales modernes. Ces pièces – visitées par pratiquement tous les occupants qui passent plus d’une heure ou deux au même endroit – laissent une forte impression sur ceux-ci, tant par les dispositifs d’économie que les appareils utilisent que par l’aménagement des lieux. Sans vendre le punch, Steve y relate une histoire racontée par son père qui justifie à elle seule la lecture de l’article (page 10).
Pour sa part, Dave Demma fait un saut dans le temps pour démontrer comment la technologie des compresseurs a évolué au fil des années pour le plus grand soulagement de la facture d’énergie et au profit du rendement de l’équipement (page 20).
Même le supplément Hydronique moderne de cette édition aborde ces questions – d’économie et de rendement – en insistant sur l’importance de bien choisir les composants de nos systèmes et leurs conditions d’utilisation (page 12).
L’équipe de PCC vous souhaite finalement une très agréable période estivale, même si les vacances de certains risquent d’être altérées par les bouleversements des derniers mois. Comme on dit, tâchons de faire contre mauvaise fortune bon coeur !
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FIER MEMBRE DE :
Navien, le chef de le des chauffe-eau à condensation instantanés, permet d’approvisionner en eau chaude sur une base continue les bâtiments résidentiels et commerciaux à travers l’Amérique du Nord. Continuez de bien vous laver les mains, et Navien continuera de fournir toute l’eau chaude qu’il vous faut. Apprenez-en davantage au NavienInc.com. Fier commanditaire d'Habitat pour l'humanité et du Programme d’assistance en cas de catastrophe de la Croix-Rouge américaine.
RÉOUVERTURE DES BÂTIMENTS – PRÉCAUTIONS
À PRENDRE
La Régie du bâtiment du Québec (RBQ) et plusieurs de ses partenaires ont fait une série de recommandations relativement à la remise en service des réseaux d’eau des bâtiments ou des parties de bâtiments qui ont été inoccupés pendant plus d’un mois pour la raison que nous connaissons. En effet, lorsqu’un bâtiment ou une partie de bâtiment est inoccupé pendant une période aussi longue, le risque de stagnation de l’eau est plus élevé et la qualité de l’eau se dégrade. Par exemple, le risque de propagation des bactéries, dont la legionella, augmente. Il est donc important de respecter la série de recommandations proposée avant la réintégration complète ou partielle des travailleurs ou des occupants dans le but d’assurer leur sécurité. Parmi les points traités, notons la nature des risques; les éléments des réseaux d’eau; les procédures de rinçage; et la préparation du système de production d’eau chaude. Y avez-vous pensé ? Il n’est jamais trop tard pour bien faire. Information au www.rbq.gouv.qc.ca.
PROGRAMME POUR
TRAVAILLEURS ESSENTIELS
– INSCRIPTION JUSQU’AU
15 NOVEMBRE
Dans le but d’encourager les travailleurs de première ligne, Revenu Québec a mis sur pied le Programme incitatif pour la rétention des travailleurs essentiels (PIRTE) qui s’adresse à plus de 600 000 salariés à temps plein et à temps partiel potentiels, lesquels touchent un revenu annuel de 28 600 $ ou moins (550 $/semaine). L’aide financière s’élève à 100 $ imposables par semaine (en plus du montant du salaire) pendant 16 semaines (pendant la période comprise entre le 15 mars et le 5 juillet). Les travailleurs admissibles peuvent s’inscrire au PIRTE en ligne (après avoir saisi leurs renseignements sur le site Mon dossier de Revenu Québec) jusqu’au 15 novembre 2020 (pour un traitement rétroactif). Il est à noter que pour chaque semaine de travail admissible, le demandeur ne doit avoir reçu aucune somme relative à la Prestation canadienne d’urgence (PCU) ni au Programme d’aide temporaire aux travailleurs (PATT COVID-19). Cependant, un travailleur peut être ad-
missible même si l’entreprise pour laquelle il travaille a reçu l’aide du gouvernement fédéral relative aux salaires.
En date du 5 mai, Garantie de construction résidentielle (GCR) était fière d’annoncer que la plupart des 3750 chantiers qu’elle avait visités depuis la reprise de la construction le 20 avril étaient conformes. L’objectif des visites express se voulait principalement de vérifier l’état des lieux et des matériaux qui allaient être utilisés pour la poursuite des travaux. Rappelons que les chantiers de construction résidentielle avaient été fermés le 24mars afin de prévenir la propagation du coronavirus. Dans ce contexte, des chantiers pouvaient avoir été laissés sans que des mesures de protection adéquates aient été mises en place. GCR a été heureuse de constater que la forte majorité des chantiers ne présentaient pas de problématiques sérieuses, témoignage que de nombreuses entreprises avaient pris le soin d’instaurer des mesures de protection adéquates avant de fermer les chantiers (ou qu’elles avaient remplacé les matériaux rendus inutilisables). GCR tient à souligner la collaboration des entrepreneurs sur le terrain, alors que les visites n’étaient pas annoncées. En outre, ces dernières ont été effectuées dans le respect des règles recommandées par la CNESST pour prévenir la propagation de la COVID-19. Par ailleurs, Daniel Laplante, PDG de GCR souligne avec fierté que « depuis 2016, les non-conformités constatées en chantier ont diminué de plus de 50 % au Québec ».
Une coalition de 15 acteurs majeurs oeuvrant au sein d’organisations impliquées dans les enjeux sociaux et environnementaux s’est récemment adressée au gouvernement Legault pour proposer un plan de relance économique tenant compte de l’urgence climatique et de la nécessité d’utiliser tous les leviers disponibles pour venir à bout des nombreux défis à relever. « Les propositions du G15+ (le nom du groupe) pourraient changer le visage de Montréal et du Québec tout entier dans les pro-
chaines années », a fait valoir Marc Bureau, président du Regroupement national des conseils régionaux de l’environnement du Québec (RNCREQ), signataire de la lettre. Parmi les recommandations du G15+, notons celle-ci : « Lancer un vaste chantier de rénovation écoénergétique des bâtiments : accélérer la conversion à l’électricité des bâtiments résidentiels, commerciaux et institutionnels alimentés par le pétrole et le gaz naturel par la mise en place d’incitatifs, d’accompagnement et de réglementation; réactiver et bonifier le programme de rénovations résidentielles écoresponsables Rénovert. » Étant donné que la plupart des immeubles de la métropole ont été construits dans les années 1970 et 1980 (et qu’ils sont viables jusqu’en 2050 environ), il faudra trouver une façon de stimuler la conversion écologique de ces immeubles. La coalition est en faveur de l’abandon du chauffage au mazout et de la réduction considérable du gaz naturel dans le chauffage, principalement sur l’île de Montréal, au profit de l’électricité issue de sources renouvelables.
GALA INNOVATION 2020 –DÉPÔT DES CANDIDATURES REPOUSSÉ AU 11 SEPTEMBRE
En raison de la situation actuelle reliée à la COVID-19, l’Association pour le développement de la recherche et de l’innovation du Québec (ADRIQ) a prolongé la période de dépôt des candidatures pour les prix Innovation 2020 jusqu’au 11 septembre, en vue de la 30e édition du Gala des prix Innovation prévu le 19 novembre prochain au Palais des congrès de Montréal. Les entreprises et les bâtisseurs qui s’investissent dans la recherche industrielle et dans l’innovation technologique sont chaleureusement invités à participer. L’ADRIQ soutient que les entreprises ont au moins sept bonnes raisons de s’inscrire : bénéficier d’une grande notoriété auprès de l’écosystème de la recherche et de l’innovation du Québec; déployer ses réalisations au grand public; faire rayonner ses succès en innovation; valoriser son équipe et ses partenaires; profiter des retombées médiatiques sur les différentes plateformes; tirer profit d’une soirée de réseautage avec les décideurs de l’écosystème; et ressentir une grande fierté. Information au www.adriq.com.
L’agent manufacturier spécialisé en plomberie Les agences Lambert & Bégin inc. a récemment accueilli au sein de son équipe Jo-Annie Thivierge-Leblanc en tant que représentante pour les entrepreneurs-plombiers et les distributeurs. Mme Thivierge – qui cumule de l’expérience dans les domaines de la construction et du commerce de détail – couvre le territoire de la Rive-Nord et Montréal. Elle peut être jointe au jleblanc@ lambertbegin.com ou 514 238-0606.
Jo-Annie Thivierge
Le fabricant de systèmes de toilettes par broyage et de pompes d’eaux de drainage Saniflo Canada, une division du Groupe SFA, est heureux d’annoncer deux nominations au sein de son équipe : celle de Jeremy Martin au poste de directeur régional des ventes pour l’Ouest du Canada et Robert Marchio au poste de directeur régional des ventes pour le Centre du
Canada. Aux dires de Phil Warren, directeur national des ventes de Saniflo Canada, ces deux nominations sont le résultat d’une restructuration de l’entreprise en vue d’améliorer son efficacité opérationnelle, consolider ses ressources et mieux se positionner pour répondre à une demande accrue. « Je suis convaincu que nous avons la bonne équipe pour connaître une forte croissance, alors que nous continuons à accroître la notoriété de la marque à l’intérieur de créneaux inexploités dans le marché de gros et celui de la vente au détail, et ce, partout au Canada », a-t-il fait valoir par voie de communiqué. Les solutions de SFA Saniflo sont produites en France et vendues au Canada depuis plus de 30 ans.
Le fabricant de systèmes de raccords en plomberie, chauffage et tuyauterie Viega LLC a lancé un nouveau programme de récompenses ce printemps, lequel permet aux entrepreneurs de gagner des produits et des outils Viega. Le programme est ouvert aux entreprises de petites et moyennes tailles, et les points sont attribués en fonction des achats annuels : jusqu’à 10 000 $ (bronze), de 10 000 à 20 000 $ (argent) et 20 000 $+ (or). Les récompenses comprennent des raccords, tuyaux et outils de sertissage, ainsi que de la formation dans les centres éducatifs de Viega. Le programme est simple. Les entrepreneurs s’inscrivent à ViegaRewards. us (https://viegarewards.us/login.aspx). Lorsqu’ils effectuent des achats admissibles, ils téléchargent les factures sur la page des réclamations du site Internet de récompenses ou via l’application Viega Rewards. Les factures sont validées et les points sont attribués chaque semaine. L’utilisateur n’a qu’à choisir son prix
dans le catalogue du site – du coton ouaté à l’outil de sertissage – pour le recevoir par la poste. Les points n’expirent pas. Ceux qui s’inscrivent avant le 31 décembre 2020 recevront 1000 points en bonus. Comme autre nouvelle, l’entreprise annonce que son magazine Viega Voice (publié trois fois par année) a été remplacé par un site Internet dynamique (https:// viegavoice.us/). Le numéro de mai a ainsi marqué la dernière publication papier envoyée à ses 90 000 abonnés. La direction des communications a fait valoir que cette décision reposait à la fois sur un souci environnemental et de ponctualité. En effet, les abonnés pourront consulter des mises à jour sur une base régulière. Ils recevront également un avis par courriel lorsque du nouveau contenu sera mis en ligne. L’accès au site et à ses renseignements est gratuit, il suffit de s’inscrire au https://viegavoice.us/.
L’agent manufacturier et distributeur d’équipement de plomberie, de chauffage et d’architecture Les Entreprises Roland Lajoie inc. est heureux d’annoncer l’arrivée d’Yvan Legault au sein de son équipe. À titre de directeur des ventes résidentielles, ses principales responsabilités sont de développer de nouvelles occasions d’affaires et de superviser l’équipe des ventes de ce segment d’affaires. M. Legaut cumule plusieurs années d’expérience comme gestionnaire, représentant auprès de grossistes, entrepreneurs plombiers et intervenants de l’industrie. Il a travaillé avec plusieurs manufacturiers de renom au cours de sa carrière. Vous pouvez le joindre au ylegault@ lajoie.co ou au 514 912-0950.
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Quand les égouts sont bloqués et que l’eau ne s’écoule pas, avant de tenter de les débloquer au moyen d’un outil mécanique ou à pression d’eau, communiquez avec Info-Excavation au 1 800 663-9228 et sélectionnez l’option 1 pour les demandes urgentes.
Pourquoi appeler Info-Excavation ?
Depuis plusieurs années, l’industrie gazière a recours à des technologies sans tranchée pour la mise en place de ses infrastructures souterraines. Cette technique rapide, économique et moins dommageable pour l’environnement peut cependant provoquer un croisement involontaire entre une conduite d’égout et une conduite de gaz naturel.
Pour éviter d’endommager la conduite de gaz lors de travaux de déblocage d’égout et de potentiellement causer une fuite de gaz, un incendie, voire une explosion, Info-Excavation offre un service téléphonique simple, rapide et gratuit pour que vous puissiez faire vos travaux en toute sécurité.
L’équipe d’Info-Excavation, en collaboration avec Énergir, localisera les conduites de gaz naturel. S’il n’y a pas de risque de croisement d’égout à proximité, les travaux pourront être effectués. Cependant, si une conduite de gaz naturel croise la conduite d’égout, la situation sera corrigée immédiatement. Peu importe la durée de l’inspection et, au besoin, de l’intervention, le temps d’attente de l’entrepreneur en plomberie sera remboursé.
Bien qu’une manière de prévenir les accidents consiste à sensibiliser les entrepreneurs en plomberie à la question des croisements d’égout et à leur offrir une solution simple et rapide, Énergir prend également des mesures pour remédier à la situation. Elle met en place un programme de localisation et de correction des croisements d’égout sur son réseau tout en améliorant les méthodes d’installation et les techniques de prévention pour les installations sans tranchée futures. En cas de bris potentiel d’une conduite de gaz naturel lors du déblocage d’une conduite, cessez les travaux, évitez de créer des flammes et des étincelles, notamment en cessant d’utiliser des appareils électroniques, quittez immédiatement les lieux, puis composez le 9-1-1.
Conduite d’égout
Avant d’entreprendre des travaux pour débloquer une conduite d’égout au-delà des murs d’un bâtiment, il est primordial de communiquer d’urgence avec Info-Excavation.
En effet, une conduite de gaz naturel pourrait obstruer la conduite d’égout. Si c’était le cas, l’utilisation d’un outil mécanique ou à pression d’eau pour dégager l’égout pourrait endommager la conduite de gaz naturel et provoquer une fuite, et potentiellement causer un incendie ou même une explosion.
Avant de débloquer une conduite d’égout, communiquez avec Info-Excavation
Les travaux peuvent s’effectuer en toute sécurité.
S’il y a interférence, la situation sera corrigée par Énergir. 1 2 Aucun réseau gazier à proximité Réseau gazier à proximité
Une équipe se déplace immédiatement pour effectuer la localisation.
À NOTER : Que l’intervention prenne quelques minutes ou plusieurs heures, le temps d'attente est remboursé par Énergir.
Conduite de gaz naturel
C’est facile, rapide et gratuit
Appelez d’urgence Info-Excavation au 1 800 663-9228, option 1 Pour plus d’information : info-ex.com
PAR STEVE GOLDIE
Ayant été plombier presque
toute sa vie, mon père avait beaucoup d’opinions et d’histoires sur la plomberie. Une de mes histoires préférées ne provenait cependant pas de ses années comme plombier, mais plutôt de son passage dans l’armée britannique. Ayant grandi à Glasgow en Écosse, le RoyaumeUni exigeait le service militaire à l’époque, requérant que les jeunes hommes en bonne santé servent la Reine et le pays pendant 18 mois. James Goldie pourrait être décrit comme une recrue réticente qui avait simplement ignoré son avis d’enrôlement pendant près de deux ans, jusqu’à ce que deux policiers militaires le sortent brutalement du lit un samedi matin pour l’escorter jusqu’au camp d’entraînement.
Une fois sur place, il s’est résigné à son sort et s’est consacré à la formation de soldat en temps de paix avec toutes les autres recrues
« volontaires ». Apparemment, le camp d’entraînement ne laissait aucun temps libre, aucune liberté d’expression, ni quelque forme d’individualité que ce soit. Chaque minute de chaque heure et de chaque jour était enrégimentée et programmée, remplie de formation, d’exercices et d’autres tâches. Vous vous réveilliez quand on vous le disait, vous mangiez quand on vous le disait et vous alliez aux toilettes quand on vous le disait.
De nos jours, la vie nous bouscule parfois au point que nous avons l’impression de ne pas avoir un moment pour nous. Heureusement, notre passage à la toilette nous offre un moment de répit, s’il n’y en a aucun autre. Néanmoins, dans les camps d’entraînement, les gens se voyaient même privés de ces courts instants de tranquillité. Les latrines communautaires de
l’armée que mon père utilisait à l’époque étaient constituées d’un long urinoir à auge sur un mur et d’un long banc de toilettes le long de l’autre mur.
« Les propriétaires d’entreprises et d’immeubles qui réussissent bien comprennent que l’apparence et le confort des salles de toilettes ont un impact déterminant sur la perception des clients à leur endroit. »
Oui, vous avez bien lu! Les toilettes étaient essentiellement composées d’une longue banquette comportant une dizaine d’ouvertures surmontées d’un siège de toilette (isolées par un simple séparateur) et installées sur un dalot en pente qui se vidait périodiquement sous l’activation d’un robinet de chasse à une extrémité.
Comme les journées étaient planifiées au quart de tour, personne n’avait le luxe d’y aller et venir à sa guise. Lorsqu’une pause toilette était autorisée, chaque ouverture sur le banc trouvait rapidement preneur, et une file d’attente se formait. À une de ces occasions, mon père a eu la chance, pour ainsi dire, d’être assis sur le siège d’extrémité où se trouvait le robinet de chasse.
Je ne sais pas ce qui l’a inspiré ce jour-là, mais il a décidé qu’il profiterait de sa position pour envoyer une surprise dans le dalot.
Il a amassé un tas de papier journal de la grosseur d’un ballon de soccer, y a mis le feu et l’a laissé dévaler dans le dalot. Ses compagnons d’armée qui ne pouvaient évidemment pas prévoir le coup se sont fait cramer l’arrièretrain au passage de la boule de feu. Peu importe les conséquences de son geste ou la sanction de discipline subie, cela aura certainement valu la peine puisque le récit de cette histoire continuait de le faire rire de bon cœur 50 ans plus tard.
Heureusement, les toilettes – comme la plupart des choses de la vie – ont évolué. Les installations d’aujourd’hui n’ont plus rien à voir avec les installations d’antan, en particulier celles de l’armée britannique des années 1950. Le nom cabinet de toilette (ou WC en anglais pour « Water Closet ») révèle à quel point ces pièces se voulaient discrètes et utilitaires. Au cours des dernières décennies où j’ai travaillé dans cette industrie, les pièces destinées à cet usage sont devenues de plus en plus grandes, luxueuses et confortables. Les salles de bains résidentielles ont délaissé leur allure de placard étroit pour aspirer à de véritables spas domiciliaires où les gens vont se détendre, se rafraîchir et refaire le plein d’énergie. Le temps qui y est passé est devenu du temps de qualité.
Ces dernières années, nous avons vu cette tendance se répercuter sur le marché commercial. Les attentes – et même les demandes – des clients et des employés ont considérablement augmenté en ce qui concerne les toilettes publiques. L’allure et le confort d’une salle de toilettes commerciale peuvent jouer un rôle déterminant dans la rétention de nombreux clients. Peu importe à quel point vos invités et clients peuvent se sentir à l’aise dans votre magasin, votre hôtel, votre restaurant ou votre établissement, s’ils ne se sentent pas en sécurité et à l’aise dans vos toilettes, il y a de fortes chances qu’ils ne reviennent pas. Les propriétaires d’entreprises et d’immeubles qui réussissent bien comprennent que l’apparence et le confort des salles de toilettes ont un impact déterminant sur la perception des clients à leur endroit. Les établissements de restauration s’avèrent probablement les plus touchés par cette situation, et ce, pour
des raisons évidentes. À cet effet, je pourrais remplir de nombreuses pages avec des histoires d’horreur dans des toilettes de restaurants.
Nous pouvons également observer une tendance vers des toilettes publiques ou commerciales universelles. Alors que la plupart des bâtiments comportaient une salle de toilettes réservée aux hommes et une autre réservée aux femmes, nous rencontrons de plus en plus de toilettes non genrées et de toilettes familiales, généralement
Ces robinets comportent de petites électrovannes qui fonctionnent avec des piles. Ils renferment également des cellules photovoltaïques qui maintiennent la charge des piles. Les concepteurs avertis, technophiles et respectueux de l’environnement ont couvert toutes les bases et coché toutes les bonnes cases!
Malheureusement, notre ardeur peut parfois nous desservir. Ces panneaux photovoltaïques sur les robinets ne sont pas très efficaces dans l’obscurité, et c’est exactement l’état dans lequel ils se trouvent
plus grandes et équipées d’une table à langer. Une autre tendance, surtout observée dans les restaurants, consiste à fournir un certain nombre de toilettes non genrées individuelles qui comportent un salon de toilette (pour rafraîchir son maquillage ou sa coiffure, par exemple), similaire à celui qu’on retrouve dans des maisons personnalisées haut de gamme.
Comme si répondre à ces nouvelles attentes et demandes ne suffisait pas, le concepteur de salles de bains modernes doit également prendre la durabilité en compte. Le choix d’appareils sanitaires économes en eau et de matériaux écologiques démontre que l’entreprise se soucie de la conservation des ressources. Des robinets et chasses d’eau sans contact contribuent à satisfaire cette exigence, comme ils ne continueront pas de couler après usage. Des appareils sans contact répondent également à une perception de propreté; moins nous avons besoin de toucher dans les toilettes publiques, mieux c’est.
Cependant, ces exigences concurrentes peuvent parfois se heurter. Prenez par exemple les superbes toilettes neuves et modernes de notre siège social. Des robinets et chasses d’eau sans contact sont installés dans toutes les toilettes.
souvent, en raison des interrupteurs d’éclairage à détecteur de mouvement visant à assurer que les lumières restent éteintes lorsque les toilettes sont vacantes.
Quand on y pense, concevoir, construire et entretenir des toilettes commerciales se révèle un défi plutôt complexe avec autant de facteurs à considérer. Non seulement elles doivent avoir l’air propres et confortables, mais elles doivent être accessibles à tous sans offenser ni exclure personne. De plus, elles doivent être durables et résistantes au vandalisme. Et il ne faut pas oublier d’installer une table à langer dans les deux toilettes aussi, si vous avez opté pour la discrimination du genre.
Eh bien, au moins, personne n’a plus à craindre que sa pause assise matinale soit perturbée par le passage d’une boule enflammée. Cher feu papa, j’espère que cette histoire te fait encore rire où que tu sois.
Steve Goldie a appris le métier de plombier dans l’entreprise familiale. Après 21ans d’expérience sur le terrain, il s’est tourné vers le marché du gros dans l’industrie en 2002. Son expertise est souvent sollicitée pour faire du dépannage de systèmes et pour conseiller les entrepreneurs.
PAR JOHN SIEGENTHALER
VOICI CINQ
TECHNOLOGIES/ PRODUITS QUI
POURRAIENT FAIRE
AVANCER L’INDUSTRIE DE L’HYDRONIQUE
L’innovation en matière de produits a fait beaucoup avancer l’industrie hydronique nord-américaine au cours des 5 dernières décennies. Dans les années 1970, un système hydronique résidentiel typique utilisait une chaudière à combustible fossile pour alimenter des plinthes chauffantes dans deux ou trois zones avec de l’eau chaude brûlante. Aujourd’hui, certains systèmes utilisent des thermopompes géothermiques ou à air, possiblement alimentées par de l’électricité produite par des sources renouvelables, pour fournir un milieu confortable pièce par pièce en utilisant de l’eau à la même température que celle d’une baignoire en circulation dans des panneaux rayonnants. Une amélioration continue s’avère essentielle pour maintenir une industrie saine, surtout si cette industrie espère gagner des parts de marché par rapport aux technologies concurrentes. Pour favoriser la croissance future, les nouveaux produits et méthodes d’installation devraient comporter les caractéristiques suivantes (sans ordre d’importance) :
• Rendre les systèmes plus faciles et plus rapides à installer.
• Procurer un confort égal ou supérieur à celui de leurs prédécesseurs.
• Démontrer une efficacité énergétique accrue.
• Améliorer la fiabilité du système et en réduire l’entretien.
• Corriger les lacunes des produits ou méthodes d’installation existants.
Avec ces objectifs à l’esprit, voici mes réflexions sur cinq produits qui, selon moi, pourraient contribuer à l’amélioration de la technologie hydronique nord-américaine.
De bons composants jumelés à de bonnes connaissances
· L’innovation est la clé de la croissance de l’hydronique
· Les particularités de fonctionnement des systèmes air-eau
1SYSTÈME D’ISOLATION
ÉTANCHE À LA VAPEUR
POUR LES VOLUTES DU CIRCULATEUR
Si vous avez utilisé des circulateurs en fonte dans tout type de système de refroidissement à l’eau froide ou dans les boucles souterraines de thermopompes géothermiques, vous avez probablement remarqué ce qui se passe avec la volute, les boulons de bride en acier et même les poignées en acier sur les vannes à bride d’isolement après quelques heures de fonctionnement bien en dessous de la température du point de rosée de l’air ambiant. Tous ces composants sont rapidement envahis par une oxydation de surface. La figure1 illustre l’état de tels composants.
Au fil du temps, les condensats orange couleront sur tout ce qui se
trouve en dessous. Si cette rouille «superficielle » ne compromet pas le rendement des circulateurs, l’allure de l’ensemble n’a certainement rien de professionnelle.
La solution évidente consiste à ajouter une enveloppe isolante étanche à la vapeur autour de toutes les parties du circulateur autres que le boîtier du moteur et le compartiment de câblage.
Certains fabricants proposent des enveloppes en mousse moulées à la forme de leurs circulateurs, généralement offertes pour les produits équipés de moteurs à commutation électronique (ECM) commerciaux. Ces enveloppes permettent de limiter la condensation, dans la mesure où elles sont correctement scellées à TOUS les endroits où l’air pourrait entrer en contact avec une sur -
face métallique réfrigérée. Ne serait-il pas merveilleux que chaque circulateur sujet à fonctionner à des températures sous le point de rosée soit équipé d’un système d’isolation/pare-vapeur? Ce système pourrait être moulé sur place à partir d’un bloc de matériau isolant solide, épousant parfaitement la forme du circulateur, puis assemblé comme deux coquilles. Une coque en plastique creuse pourrait ensuite venir envelopper la volute et les joints de bride du circulateur. Le travail pourrait être complété par l’injection de mousse expansible.
Un joint élastomère pourrait fournir un joint étanche à l’air au boîtier du moteur du circulateur. La partie du circulateur qui entre en contact avec l’isolant pourrait être pulvérisée d’un « agent de démoulage » qui empêcherait une trop forte adhérence dans l’éventualité où l’isolant devrait être retiré pour entretien ou pour remplacement du circulateur.
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RÉGULATEUR DE TEMPÉRATURE SIMPLE ET PEU COÛTEUX POUR LES CIRCULATEURS ECM À VITESSE VARIABLE
Au cours des 25 dernières années et plus, j’ai conçu de nombreux systèmes hydroniques comportant un ou plusieurs circulateurs équipés de moteurs à condensateur permanent standard actionnés par des régulateurs à vitesse variable. Ces régulateurs arrivaient à faire varier la vitesse du circulateur en combinant le hachage d’ondes du courant alternatif et le contrôle de fréquence. Cependant, le monde des circulateurs évolue rapidement. Ces circulateurs à
rotor noyé familiers équipés de moteurs à condensateur permanent sont sur le point de suivre le chemin des ampoules à incandescence de 100 watts. Je présume qu’ils seront hors de production au cours des cinq prochaines années. Les circulateurs dotés de moteurs ECM à haut rendement deviennent rapidement la nouvelle norme.
Comme les régulateurs à vitesse variable utilisant le hachage d’ondes et le contrôle de fréquence ne peuvent pas être utilisés avec les circulateurs ECM, c’est une question de temps pour que ces régulateurs suivent les circulateurs à condensateur permanent dans les annales de l’hydronique.
La bonne nouvelle est que la vitesse de plusieurs nouveaux circulateurs ECM peut être commandée par un signal d’entrée de 0 à 10 V CC (ne pas confondre avec une alimentation électrique standard de 120 V CA). Selon le scénario typique, le circulateur restera éteint jusqu’à ce que le signal de commande atteigne 2 volts. La vitesse du circulateur augmentera de façon directement proportionnelle avec la tension de la commande, pour atteindre sa pleine vitesse à 10 volts.
Ce dont nous avons besoin, ce sont des régulateurs simples et peu coûteux générant un signal de sortie de 0 à 10 V CC selon certaines conditions de température. L’utilisateur peut définir une température « cible », et la vitesse du circulateur sera augmentée ou diminuée par le régulateur afin de maintenir cette température. Cette fonction permettra de contrôler la température de l’eau d’ali -
jusqu’à 3 sondes de température régulateur
alimentation de 120 ou 240 V CA
signal de commande de 0 à 10 V CC
circulateur ECM avec entrée de 0 à 10 V CC
Régulateur accommodant le branchement de trois sondes
mentation et de protéger la chaudière contre la condensation.
Le régulateur devrait pouvoir gérer les commandes de température différentielle, comme celles utilisées dans les systèmes solaires thermiques et les systèmes de chaudière à biomasse. Il devrait également être en mesure de fournir un mélange par injection à vitesse variable basé sur une température d’alimentation cible fixe ou une température cible calculée à l’aide d’une logique de réinitialisation extérieure. Toutes ces fonctionnalités sont accessibles par l’intermédiaire de codes sélectionnables dans le micrologiciel du régulateur. Le régulateur devrait pouvoir accommoder le branchement de trois sondes de température, comme illustré à la figure 2.
POUR LES SYSTÈMES DE CHAUDIÈRE À BIOMASSE
Les chaudières à granules ou copeaux de bois conviennent à plusieurs applications. Ces systèmes de chaudière à «biomasse » nécessitent plusieurs fonctionnalités de commande, y compris la protection de la chaudière contre la condensation, le fonctionnement de la chaudière basé sur deux températures ou plus dans un réservoir de stockage thermique, l’injection de chaleur à vitesse variable dans un système de distribution, la commande de température différentielle pour empêcher la chaleur provenant de la chaudière d’appoint d’entrer dans le réservoir, l’activation coordonnée de la chaudière d’appoint et le zonage.
Toutes ces fonctionnalités peuvent être obtenues en combinant plusieurs régulateurs indépendants à fonction unique avec un assortiment de relais.
La figure 3 illustre un exemple de schéma de commande « multiunité » pour un système comportant une chaudière à granules de bois et une chaudière d’appoint.
échangeur de chaleur à serpentin interne en acier inoxydable ou en cuivre
Bien que ces systèmes de régulation multiunités fonctionnent, leur installation et leur programmation peuvent s’avérer difficiles. Je peux attester que cet aspect a constitué un obstacle important au succès des installations de chaudière à biomasse, en particulier dans les applications résidentielles ou commerciales légères.
Cette situation pourrait être considérablement améliorée si le marché fournissait un régulateur intégré capable de gérer toutes les fonctionnalités de commande requises pour ces systèmes. Toutes les fonctionnalités existent, il suffit de les rassembler dans un seul boîtier.
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RÉSERVOIRS INDIRECTS AVEC DE PLUS GRANDS ÉCHANGEURS DE CHALEUR À SERPENTIN
L’avenir de l’hydronique repose sur de l’eau à basse température. Les sources de chaleur modernes telles que les thermopompes géothermiques eau-eau ou les thermopompes air-eau génèrent généralement de l’eau à des températures se situant entre 120 et 130 °F (48 et 54 °C). Cette plage s’avère suffisamment chaude pour de nombreux types d’émetteurs de chaleur, tels que des pan-
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neaux rayonnants ou des panneaux-radiateurs bien conçus. Elle convient également pour générer de l’eau chaude domestique – entre environ 110 et 115°F (43 et 46 °C) – avec un échangeur de chaleur adéquat entre l’eau de la thermopompe et l’eau domestique.
La plupart des chauffe-eau indirects actuellement offerts sur le marché nord-américain se révèlent très limités dans de telles applications. Les échangeurs de chaleur à serpentin interne de ces réservoirs ne disposent pas d’une surface suffisante pour permettre le transfert de chaleur de la source – générant de l’eau à une température plus basse –à l’eau domestique, et ce au débit thermique de la source et à une température différentielle minimale de seulement 5 à 10 °F (3 à 6 °C). Il en résultera des cycles courts, des thermopompes se bloquant en cas de panne et des plaintes d’eau chaude domestique insuffisante.
La plupart des chauffe-eau indirects nord-américains ont été développés en supposant que la chaleur serait générée par une chaudière procurant de l’eau aux échangeurs de chaleur à serpentin à des températures oscillant entre 180 et 200 °F (82 et 93 °C). Remplacez cette chaudière par une thermopompe et vous vous trouvez face à un très important problème de « goulot d’étranglement » de transfert thermique.
Une solution consiste à utiliser un échangeur de chaleur externe en acier inoxydable dimensionné pour une approche mettant de l’avant de très faibles différences de température. Cette option fonctionne, mais elle s’avère sans doute plus complexe qu’un chauffe-eau indirect.
Une autre solution consiste à augmenter la surface de l’échangeur de chaleur à serpentin à l’intérieur des réservoirs indirects. On parle d’un serpentin dont la surface serait trois à cinq fois plus grande que celle d’un serpentin typique pour ce type de réservoir. De ce fait, ce serpentin occupera probablement toute la surface dans le réservoir, de bas en haut, comme illustré à la figure 3
Les serpentins peuvent être en acier inoxydable ou en cuivre. L’eau qui les traverse peut provenir de la source de cha -
leur ou de l’eau domestique. Ce concept « inverse-indirect » permet au réservoir de fournir de l’eau domestique, et il fait office de tampon pour les charges de chauffage des locaux par zones. Il permet aussi d’opter pour un appareil sous pression en acier au carbone, lequel s’avère beaucoup plus abordable qu’un modèle en acier inoxydable.
Ma recommandation est d’opter pour des réservoirs avec une isolation R-24 F•h•pi 2/Btu sur toutes les surfaces, comportant de nombreux orifices pour satisfaire une variété d’applications. Considérez ces réservoirs comme des « bouteilles thermos » de haute qualité, capables de conserver la chaleur pendant plusieurs heures ou même quelques jours sans baisse de température considérable.
D’ISOLATION DES TUYAUX « PELÉE ET COLLÉE » QUI RESTE EN PLACE
Ma dernière réflexion provient d’une frustration. Combien de fois j’ai observé (et dû réparer) un isolant de tuyau en mousse élastomère appelé « peel & stick » dont la jonction s’était décollée quelques semaines à peine après son installation. Je soupçonne que je ne suis pas le seul à avoir rencontré ce problème.
J’ai réglé la situation en ajoutant du ruban électrique en vinyle de haute qualité de 1,5 po (4 cm) de large par-dessus la ligne de jonction. Même si le résultat est concluant, cette étape additionnelle ne devrait pas être nécessaire. Peut-être que le produit devrait changer de nom pour peel, stick & « stay ».
Peut-être que certaines des idées partagées dans cet article pourront se concrétiser pour contribuer au progrès du marché hydronique nordaméricain.
John Siegenthaler, PE, est ingénieur en mécanique – diplômé du Renssellaer Polytechnic Institute – et ingénieur professionnel agréé. Il compte plus de 35 ans d’expérience en conception de systèmes de chauffage hydroniques modernes. Son plus récent livre est «Heating with Renewable Energy » .
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Consultez les articles antérieurs de John Siegenthaler au PCCMAG.CA dans la section ÉDITIONS PRÉCÉDENTES.
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PAR MIKE MILLER
Nous avons commencé l’examen des thermopompes aireau (TAE) dans le dernier numéro du magazine PCC en abordant les raisons motivant leur adoption croissante en Europe, et l’effet d’entraînement que nous sommes à même d’observer en Amérique du Nord, alimenté par les mesures de décarbonisation et d’électrification. Nous avons également survolé la technologie utilisée par ces unités, de même que leurs forces et leurs limites, ainsi que les récentes percées facilitant leur utilisation dans des climats plus froids.
Aujourd’hui, nous poursuivrons notre exploration en examinant un exemple de conception haut de gamme incluant une logique de commande. Rien ne devrait remplacer un calcul de perte thermique précis pour un projet de ce type. Vous êtes donc invités à consacrer le temps nécessaire à cette étape. Les valeurs utilisées dans cet exemple ne servent que les fins de cet article.
Voici le topo : imaginons une maison d’environ 2000 pieds carrés demandant 20 Btu/h/pi², question de garder les calculs simples. La perte thermique se situerait donc autour de 40 000 Btu.
À une température nominale extérieure de -20 °C, nous savons (sur la base des capacités de chauffage discutées dans l’article précédent) que la TAE de cet exemple produira environ 6 kW ou 20 000 Btu/h pendant ce jour donné. Un autre 6 kW ou 20 000Btu/h sera donc requis pour chauffer la maison. En ce qui concerne l’aspect mécanique de cet exemple, la chaleur d’appoint peut provenir de n’importe quelle source. Néanmoins, comme nous n’utilisons pas de combustibles fossiles ici, allons-y avec une alimentation électrique.
Avant de passer aux aspects de mécanique et de commande logique pour ce système, je tiens à
attirer votre attention sur les émetteurs de chaleur à sélectionner pour cette maison, compte tenu des températures de fluide limitées dont nous disposons pour le chauffage et la climatisation.
Le chauffage rayonnant pour plancher à masse (thermique) élevée constitue un choix de prédilection pour le chauffage, mais les radiateurs et les ventiloconvecteurs ne sont pas à mettre de côté. Les émetteurs de chaleur peuvent être surdimensionnés pour convenir à une température de fluide de chauffage plus basse. Par exemple, un ventiloconvecteur conviendrait à la fois à la saison de chauffage et de climatisation, dans la mesure où les exigences de puissance peuvent être satisfaites avec les températures de fluide disponibles. Le tableau de la figure 1 présente les valeurs d’un ventiloconvecteur approprié.
Le même exercice doit être fait lors de la sélection d’un réservoir d’eau chaude domestique indirect pour les besoins en eau potable. Étant donné la température plus basse du fluide provenant d’une thermopompe, la surface du serpentin à l’intérieur du réservoir doit être beaucoup plus grande que s’il était alimenté par une chaudière à haute température.
Certains fabricants offrent des modèles spécifiques pour ce type d’application, lesquels comportent souvent un échangeur de chaleur totalisant entre 29 et 35 pi 2 (2,7 à 3,3 m 2 ). De l’eau chaude domestique peut ainsi être produite à 50°C (122 °F) à partir du fluide à 60 °C (140 °F) fourni par la TAE.
Il existe plusieurs façons de configurer la tuyauterie d’une TAE dans un réseau. Une de celles-ci, mais sûrement différente de celle que
Exemple de puissance de ventiloconvecteur pour les températures de fluide disponibles. Pour le chauffage et la climatisation de la maison citée en exemple, le modèle du milieu (CW036…) satisfait les exigences.
la plupart des gens connaissent, est illustrée à la figure 2 (page 18). Je vous invite à prêter une attention particulière à la direction du débit et aux emplacements stratégiques des clapets antiretour.
Examinons ce schéma de tuyauterie plus en détail. Suivez le tuyau d’alimentation rouge sortant de la TAE jusqu’à son retour dans la chaudière électrique d’appoint. De cette chaudière, la tuyauterie sort de l’alimentation pour se relier à un branchement. À partir de cette jonction, soit le débit passe par P1 (en cas de besoin de chauffage ou de climatisation), soit le débit passe par P2 (pour accéder au réservoir d’eau chaude domestique indirect).
Voilà un scénario qui convient bien aux applications où le réservoir d’eau chaude domestique s’avère généralement priorisé. Lors d’un appel de
rer le débit dans la bonne direction. Ces clapets antiretour, ainsi que le pont sur lequel vous pouvez voir la sonde S3, créent un moyen de séparation hydraulique entre les deux. En pratique, P1 et P3 pourraient fonctionner ensemble s’il y a un appel de chauffage ou de climatisation dans le bâtiment (P3) et qu’un fluide chauffé ou refroidi a besoin d’être ajouté (P1).
Examinons maintenant la logique de commande avancée qui pourrait être utilisée. Une thermopompe air-eau à onduleur régulera toujours automatiquement sa puissance, pour maintenir la delta-T nominale à travers les réseaux d’alimentation et de retour peu importe l’appel de chaleur. La delta-T et le débit à travers la thermopompe peuvent varier pour satisfaire les besoins au mieux.
« De façon générale, une thermopompe ne devrait pas fonctionner plus de trois fois par heure pour assurer sa longévité. »
chauffage ou de climatisation, P1 dirigera le débit uniquement vers le réservoir tampon, et il rapportera le fluide vers la TAE. Les deux clapets antiretour horizontaux parallèles au-dessus de P1 assurent un débit dans la direction appropriée.
Plus haut, c’est P3 qui assurera le débit vers tout système de chauffage ou de climatisation. Gardez à l’esprit qu’il peut s’agir de tout type d’émetteurs de chaleur ou d’une combinaison de ceux-ci, à condition qu’ils soient dimensionnés pour les températures de fluide disponibles dans le réseau.
Si vous prenez une minute pour visualiser le scénario où une seule des deux pompes fonctionnerait à tout moment, vous réaliserez que les clapets antiretour se chargeront d’assu -
Le réservoir d’eau chaude domestique se veut généralement défini comme prioritaire. Le système de commande de la TAE pourrait aussi permettre de régler cette priorité uniquement à certaines heures de la journée. Le point de consigne du réservoir d’eau chaude domestique est réglé à 50 °C (122 °F) dans le contrôleur et le différentiel ON est réglé à 5 °C (9 °F).
Lorsque la température du réservoir descend sous le point de consigne du différentiel ON, un appel de chaleur d’eau chaude est enclenché et la thermopompe est modulée pour atteindre 60 °C (140 °F) jusqu’à ce que le réservoir atteigne le point de consigne.
Si nécessaire, et uniquement lorsque la température extérieure affiche sous -5 °C (22 °F) (en accord
avec les limites de puissance basées sur la température), la chaudière électrique est activée pour permettre de satisfaire les exigences de production d’eau chaude domestique. Dans notre exemple, la chaudière électrique comporte un contrôleur intégré à deux phases pour faire fonctionner ses deux éléments internes de 3kW. Son point de consigne doit être réglé au moins 5 °C (9 °F) au-dessus de la température de fluide la plus élevée requise par tout appel de chaleur.
Le contrôleur du système permet également de générer des élévations de température programmées dans le réservoir d’eau chaude domestique afin de prévenir la formation de la bactérie legionella. La chaudière électrique est utilisée pour élever suffisamment la température du fluide de la TAE afin d’atteindre ce but.
Le mode chauffage ou climatisation de ce système réagit à un point de consigne de désactivation selon la température extérieure : < 18 °C (64°F) pour le chauffage et > 21 °C (70°F) pour la climatisation. Ces points de consigne, ainsi que des délais réglables, doivent être respectés pour le passage d’un mode à l’autre. Un thermostat autonome, configuré aux mêmes paramètres de chauffage, de climatisation et de délais permettra au système de faire fonctionner le ventiloconvecteur et d’activer la pompe P3 si nécessaire pour maintenir la température des locaux.
Lorsque P3 est activé, le débit au-delà de la sonde S3 déclenchera une demande via le contrôleur du système pour moduler la TAE afin de maintenir la température de l’eau selon un point de consigne établi ou dépendant de la température extérieure, et ce, en mode chauffage ou en mode climatisation.
En résumé, S3 est utilisé pour mesurer le niveau de demande
Ventiloconvecteur
Chauffage/climatisation
Réservoir tampon de 30 gal.
Chaudière électrique de 6 kW
Légende
du système (delta-T plus élevée = demande plus élevée) et la thermopompe est modulée à l’aide des sondes d’alimentation S1 et de retour S2. Comme toujours, le différentiel de fonctionnement variera en fonction de la charge/demande du système.
Un réservoir tampon de 30 gallons est utilisé pour ajouter de la masse au réseau afin d’assurer des longueurs de cycle appropriées de la thermopompe lors des charges légères caractéristiques des saisons intermédiaires. De façon générale, une thermopompe ne devrait pas fonctionner plus de trois fois par heure pour assurer sa longévité. Le volume de fluide contribuera à atteindre ce but.
Pendant les mois d’hiver, un cycle de chauffage de la thermopompe peut (et le fera souvent) geler le serpentin de frigorigène dans la thermopompe. Les 30 gallons du réservoir tampon seront donc mis à pro -
S1 = sonde d’alimentation de la TAE
S2 = sonde de retour de la TAE
S3 = sonde de retour du réseau
S4 = sonde de l’eau chaude domestique
S5 = sonde de température extérieure
P1 = pompe de la TAE
P2 = pompe de l’eau chaude domestique
P3 = pompe du réseau (chauffage/climatisation)
Réservoir d’eau chaude domestique de 85 gal.
fit pendant le cycle de dégivrage. Ce volume de liquide permettra de réaliser un dégivrage rapide, et minimisera les temps d’arrêt pendant les périodes de pointe.
OPTIONS DE CONFIGURATION
Il est possible d’acheter uniquement l’unité extérieure de certaines thermopompes air-eau. Un entrepreneur/installateur pourra ainsi construire son propre système mécanique et de commande pour répondre aux besoins de son application. D’autres fabricants proposent des systèmes complets prêts à utiliser sur la base qu’ils sont installés efficacement et rapidement. Cette option fournit une solution complète qui a été testée avec une logique de commande et une configuration de tuyauterie. Ces installations s’avèrent plus faciles à répéter d’un site à l’autre, et leur prix est souvent plus fidèle au devis.
L’exemple fourni dans cet article convient aux petites applications rési -
dentielles. Je suis certain que vous avez bien compris qu’il s’agit d’un exemple de fonctionnement de système parmi plusieurs autres. Les applications résidentielles plus élaborées et plus grandes peuvent nécessiter plusieurs TAE jumelées pour répondre aux besoins de chauffage et de climatisation d’un bâtiment. Certaines de ces installations peuvent nécessiter que des zones soient chauffées en même temps que d’autres soient climatisées. Une stratégie de commande beaucoup plus avancée serait alors requise. Comme le coût de ces systèmes grimpe rapidement, ils ont intérêt à tirer parti de la flexibilité qu’une bonne configuration peut offrir. Il y aurait ici de la matière pour un autre article – peutêtre éventuellement.
Mike Miller est directeur des ventes, service des bâtiments chez Taco Canada ltée, et ancien président du Conseil canadien de l’hydronique (CCH).
PAR DAVE DEMMA
J’ai grandi dans le nord de la Californie, et j’étais en âge de fréquenter l’école secondaire à la fin des années 1960. Entre autres choses, la musique a assurément marqué cette époque. Les groupes populaires faisaient tous un arrêt obligé à San Francisco. Je me souviens d’une salle de concert au nom étrange pour la région (Winterland Arena) qui avait ouvert ses portes en 1928. Quelques années plus tard, le bâtiment s’était équipé d’un système de réfrigération « moderne » fournissant la capacité de
refroidissement d’une patinoire nouvellement installée.
Pour en venir aux compresseurs, l’entreprise pour laquelle je travaillais comme technicien en réfrigération au milieu des années 1970 avait reçu un appel du concierge de l’aréna Winterland. Il était préoccupé par une odeur prononcée d’ammoniac dans le bâtiment.
Ayant assisté à plusieurs concerts à cet endroit, j’étais très enthousiaste à l’idée de voir un autre aspect de ce lieu mythique, y compris ce qui
pourrait être considéré comme un équipement de réfrigération digne d’un musée. Je me suis donc volontiers occupé de l’appel de service d’entretien.
Après m’avoir fait faire une visite du proprio en réponse à mon enthousiasme pour l’endroit, le concierge m’a finalement montré le refroidisseur à l’ammoniac entièrement intact des années 1930. La photo ci-contre vous donne une idée de la salle des compresseurs. On y voit deux compresseurs Carbondale à deux cylindres, entraînés par des moteurs synchrones à châssis ouvert. La capacité de ces compresseurs à gros alésage et grande course était de 6 po × 6 po à 10 po × 10 po.
Étant donné l’énorme masse du piston et sa grande course, la vitesse de ces machines se situait généralement entre 300 et 400 tr/min. À moins de graves problèmes liés au système, le faible régime du compresseur permettait à ces monstres de fonctionner relativement sans problème pendant des années.
Bien que sa jeunesse était loin derrière elle, la machinerie de ces compresseurs avait quelque chose d’«artistique ». Mais l’élément qui a vraiment attiré mon attention était la plaque de jauges (voir photo) : véritable beauté artisanale d’une époque révolue. Cette incursion dans le passé m’a donné une certaine perspective des progrès qui ont été réalisés dans la conception des compresseurs et, particulièrement, dans leur efficacité. Quelque part, j’ai une copie d’une annonce de la York Ice Machinery Company (comme on l’appelait autrefois), montrant le contraste de dimension entre un compresseur 6 × 6 et leur « nouveau » compresseur alternatif semi-hermétique. Non seulement le moteur rentrait-il à l’intérieur du corps du compresseur, mais le petit diamètre et la course réduite des pistons permettaient au compresseur de fonctionner à un régime beaucoup plus élevé.
Ces améliorations avaient permis à ce compresseur relativement « petit » d’atteindre la même capacité en Btu que le gargantuesque 6 × 6. De plus, cette nouvelle conception avait éliminé le besoin d’un joint d’arbre de compresseur, lequel s’avérait un chemin de fuite potentiel. Elle a également éliminé les besoins de courroies d’entraînement, d’alignement moteur-compresseur et de lubrification périodique des roulements du moteur. Et il s’agit là que d’un premier exemple d’évolution des compresseurs. En voici quelques autres.
Les compresseurs à piston, par leur nature, affichent une certaine inefficacité. Comme le volume est proportionnel à la pression, lorsque le piston se déplace vers le haut pendant la course de compression, la réduction du volume du cylindre qui en résulte fait augmenter la pression de vapeur. Le volume du cylindre devrait être réduit à zéro pour que toute la vapeur comprimée sorte du cylindre. Cela n’est pas possible, car un certain volume demeure entre le haut du piston et le bas de la plaque porte-soupape. Un certain volume se trouve également dans l’orifice de refoulement de la plaque de soupape. Conséquemment, il reste de la vapeur au point mort supérieur du piston.
Ce volume est appelé « volume perdu». Avant que la vapeur d’aspiration puisse pénétrer dans le cylindre pendant la course d’admission, une partie de la course du piston est nécessaire pour dilater de nouveau la vapeur du volume perdu. Cette partie de la course ne fournit absolument aucun travail tangible. Ainsi, lorsque la pression de refoulement augmente par rapport à la pression d’aspiration (taux de compression) ou lorsque le volume perdu augmente, la capacité du compresseur diminue.
La figure 1 illustre la différence de volume perdu entre un cylindre avec une plaque à soupape et un cylindre avec une plaque porte-soupape à disque. Le second modèle permet d’éliminer l’orifice de refoulement comme le disque de la soupape est affleurant avec la face inférieure de la plaque porte-soupape. Cette portion de volume perdu à dilater de nouveau dans la course d’admission est donc éliminée.
La production des compresseurs à spirale a commencé en 1988. Bien qu’ils fonctionnent sur le même principe
Plaque à soupape
Volume recomprimé
Plaque porte-soupape à disque
Comparaison entre une plaque à soupape et une plaque porte-soupape à disque lors de la compression du piston
de base qu’un compresseur à piston – en ce sens qu’il existe une relation proportionnelle entre la pression et le volume, et que la réduction du volume de vapeur entraîne une augmentation de la pression – le compresseur à spirale comporte un avantage distinctif : l’action produite par la plaque rotative en spirale se déplaçant contre la plaque fixe en spirale fait en sorte que le volume où la vapeur d’aspiration pénètre dans l’ensemble de spirales est réduit à zéro avant que la vapeur comprimée ne sorte par l’orifice de refoulement central. Il n’y a donc pas de vapeur à haute pression à dilater de nouveau ( figure 2, page 22). De ce fait, le cycle de compression est efficace à 100 %.
Les compresseurs sont sélectionnés en fonction des conditions nominales d’une application donnée, lesquelles correspondent au « pire » scénario, celui mobilisant toute la capacité de l’équipement. Pour les applications de réfrigération, ces conditions incluent les périodes après les cycles de dégivrage, les fois où de nouvelles marchandises chaudes sont ajoutées dans l’espace réfrigéré, et la température ambiante élevée en été.
Lorsque les conditions de charge réelles s’avèrent inférieures aux conditions nominales, la capacité du compresseur est supérieure à celle requise. Ce faisant, sans un moyen de fonctionner à une capacité réduite, le compresseur fournira non seulement une capacité supérieure à celle requise, mais sa consommation électrique sera supérieure aux besoins. Certaines des améliorations technologiques apportées aux compresseurs dans les dernières années ont permis de remédier à l’incapacité du compresseur standard à coordonner la capacité avec la charge.
La conception du compresseur à spirale numérique diffère du modèle standard par sa capacité à permettre à la plaque en spirale supérieure de se « soulever » d’environ 1 mm par rapport à sa position normale. Cette distance est suffisante pour empêcher complètement la plaque en spirale de comprimer la vapeur. Le résultat est une capacité d’évacuation de 100 %. C’est là que la partie « numérique » entre en jeu. Grâce aux capacités des contrôleurs électroniques, le compresseur peut désormais fonctionner en segments de « temps de cycle», à savoir de la somme du « temps de cycle en charge » et du « temps de cycle sans charge ». En d’autres mots, le fonctionnement du compresseur peut être décomposé en cycles de 20 secondes, avec une partie de ces 20 secondes en charge et une autre partie sans charge.
La capacité du compresseur à spirale numérique peut varier entre 10 et 100 %, laquelle peut être calculée en pourcentage de temps en charge par rapport au temps total du cycle. Par exemple, si le temps en charge est de 10 secondes pour un cycle total de 20 secondes, la capacité du compresseur serait de 10/20, soit 50 % de la capacité totale.
Étant donné la multitude de capacités de fonctionnement des disques numériques, ces derniers offrent une solution très précise qui s’adapte parfaitement à la capacité du compresseur selon la charge du système. Il est ainsi plus facile de tendre vers les valeurs nominales, et les économies d’énergie réalisées se révèlent plus marquées.
La même technologie qui permet à un compresseur à spirale de fonctionner en charge de 2 à 20 secondes pour chaque cycle de 20 secondes a été appliquée aux compresseurs à disque Copeland. La marche sans charge est réalisée en bloquant l’orifice d’aspiration du cylindre visé.
Cela permettra de commander numériquement la banque de cylindres pour atteindre une capacité de fonctionnement de 10 à 100 %. S’il s’agit d’un compresseur à trois cylindres (modèle 3D), les trois cylindres constitueront une seule banque de cylindres. Ils se chargeront ou se déchargeront donc simultanément. Les compresseurs à quatre cylindres (modèle 4D) et à six cylindres (modèle 6D) comporteront une banque de cylindres chargés à 100 % en tout temps. Ainsi, le 4D pourra se décharger jusqu’à 50 % et le 6D jusqu’à 33 %.
Un des avantages du compresseur semi-hermétique avec têtes et plaques de soupape amovibles c’est que son disque standard pourra être mis à niveau avec un disque numérique. Voilà donc une solution moins chère que le remplacement du compresseur lorsqu’une modulation de capacité est requise.
VARIABLE
Une autre option d’obtenir une modulation de la capacité du compresseur consiste à utiliser un variateur de fréquence (VFD) avec un compresseur standard. Un VFD convertit le courant d’alimentation en courant continu (CC), en simulant ensuite un signal alternatif (CA) à fréquences variables. La variation de la fréquence fera varier la vitesse du moteur et, conséquemment, la capacité du compresseur.
Bien que les VFD puissent fournir une bonne modulation de la capacité
FIGURE 2
Cellule à moyenne pression
Cellule à basse pression
Refoulement au centre
Cellule à haute pression
Le cycle de compression des compresseurs à spirale s’avère plus efficace
du compresseur, plusieurs éléments doivent toutefois être pris en considération. La plupart des modèles sont capables de générer des fréquences de 2,5 à plus de 300 Hz. Cette plage se situe bien au-delà de celle de fonctionnement normal d’un moteur de compresseur typique. Les limites de fréquence supérieure/inférieure doivent donc correspondre aux recommandations du fabricant du compresseur.
De plus, la plage de fréquences (déterminant la vitesse du moteur) dépendra de la capacité du compresseur à fournir une lubrification appropriée à vitesse réduite. Encore une fois, le VFD doit être configuré en fonction des spécifications du fabricant du compresseur. Un compresseur équipé d’un VFD comporte également l’avantage que la fréquence de démarrage entraîne un(e) faible vitesse/couple du moteur, ce qui réduit le courant de démarrage élevé habituel. En plus de réduire la consommation électrique, le démarrage à faible couple diminue les contraintes sur le moteur/compresseur.
COMPRESSEUR ENTRAÎNÉ
PAR ONDULEUR
Voilà la technologie pour laquelle ont opté depuis un certain temps les fabricants de minithermopompes biblocs, multiblocs et DRV (débit de réfrigérant variable). En termes simples, il s’agit d’un compresseur (rotatif ou à spirale) avec un variateur de fréquence intégré. Sur le plan fonctionnel, cet équipement n’est pas très différent d’un compresseur avec un VFD ajouté. Il comporte néanmoins l’avantage supplémentaire que le fabricant de compresseurs a investi le temps nécessaire aux activités de R et D lors de la conception des composants de l’onduleur pour obtenir un rendement optimal du compresseur.
L’objectif de cet article était simplement de sensibiliser le lecteur aux technologies actuellement utilisées pour moduler la capacité du système (ou la capacité du compresseur) pour répondre à la charge réelle à un moment donné. Évidemment, chaque méthode pourrait être explorée plus en profondeur pour expliquer comment/pourquoi elle est employée, comment elle fonctionne, ses politiques de dépannage, etc. – peut-être une autre fois.
En fin de compte, il existe de nombreuses options disponibles pour mieux adapter la capacité de l’équipement à la charge pour offrir un confort maximal (climatisation) ou l’intégrité du produit (réfrigération) sans avoir à faire fonctionner les appareils à fond de train tout le temps.
Dave Demma détient un diplôme d’ingénieur en réfrigération. Il a travaillé comme technicien compagnon en réfrigération avant de joindre le secteur manufacturier, où il entraîne régulièrement des groupes d’entrepreneurs et d’ingénieurs.
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