Électrovannes pour applications HVAC-R

Les appareils de chauffage, de ventilation, de climatisation et de réfrigération (CVC-R) utilisent divers dispositifs pour contrôler l'humidité, la température et la pureté de l'air dans un espace clos, comme une maison. Un système CVC-R assure une qualité d'air intérieur et un confort thermique acceptables dans une pièce ou un bâtiment. Les électrovannes sont couramment utilisées dans ces systèmes pour contrôler le débit des réfrigérants et des combustibles en divers points du système CVC-R. Elles sont également utilisées dans les systèmes de chauffage, de ventilation et de climatisation. Cet article traite du principe de fonctionnement d'un système HVAC-R et de la sélection des électrovannes pour chaque unité du système.

Table des matières

• Qu'est-ce qu'un système CVC-R ?
• Fonctionnement du système HVAC-R
• Électrovannes pour HVAC-R
• Fonctions d'un système CVC-R
• Applications HVAC-R
• FAQ

Qu'est-ce qu'un système CVC-R ?

Un système CVC-R fournit un ensemble de conditions environnementales, que ce soit à des fins résidentielles ou industrielles, comme un processus de fabrication. Le système régule donc la température ambiante, l'humidité et la qualité de l'air, assurant ainsi des conditions de travail confortables au sein d'une industrie.

• Le chauffage : Un système de chauffage permet d'augmenter la température ambiante en cas de froid extrême.
• Ventilation : La ventilation est le processus de remplacement ou de changement de l'air dans un espace afin d'en contrôler la température. Un exemple naturel de ventilation est l'ouverture d'une fenêtre qui permet à l'air de circuler dans le bâtiment.
• Climatisation et réfrigération : Un climatiseur est conçu pour refroidir et modifier l'humidité d'une zone. La réfrigération consiste à congeler et à refroidir un espace clos à l'aide d'un réfrigérant. Cette technique est couramment utilisée pour conserver les aliments.

Processus de fonctionnement des systèmes CVC-R

La centrale de traitement d'air (CTA) recueille et combine l'air extérieur avec celui qui provient de l'intérieur du bâtiment. Le mélange d'air est ensuite chauffé ou refroidi, avant d'être distribué dans le bâtiment par des conduits.

Climatisation et réfrigération

Un système de climatisation (AC) sert à refroidir et parfois à chauffer en fonction des propriétés de l'air à un moment donné. Le refroidissement s'effectue au moyen d'un cycle de réfrigération typique. Les principaux éléments d'un système de climatisation sont les suivants :

• Compresseur
• Condensateur
• Évaporateur
• Soupape d'expansion

Le principe de base de la climatisation est d'éliminer la chaleur d'une zone, de la remplacer par de l'air réfrigéré et d'expulser l'air chaud et sec dans l'atmosphère. Un fluide spécial, appelé réfrigérant, est utilisé pour cet échange de chaleur. Le réfrigérant est le vecteur ou le moyen d'échange de chaleur entre l'environnement externe et les composants internes. Un réfrigérant peut passer facilement de l'état liquide à l'état gazeux et vice versa en raison de son point d'ébullition très bas. Par exemple, le point d'ébullition du réfrigérant R410A est de ^-480C. Si ce réfrigérant est placé dans un tuyau conservé dans une pièce à une température de^300°C, il peut facilement entrer en ébullition et passer à l'état de vapeur. Le fréon (R22) est un autre réfrigérant couramment utilisé.

Les principales étapes d'un système de climatisation sont les suivantes :

1. Le compresseur (figure 2 étiquetée B) comprime le réfrigérant en augmentant sa pression. L'augmentation de la pression d'un gaz augmente sa température, ce qui réchauffe le réfrigérant. La température du réfrigérant est généralement plus élevée que la température extérieure. La chaleur circule naturellement d'une région à température élevée vers une région à température plus basse. Par conséquent, pour distribuer la chaleur vers l'extérieur, la température du réfrigérant doit être supérieure à la température extérieure.
2. Le réfrigérant, qui est maintenant à haute température et à haute pression, passe par les tuyaux de raccordement et atteint le condenseur (figure 2 étiquetée D). À l'intérieur du condenseur, le réfrigérant passe de l'état gazeux à l'état liquide à la même température et à la même pression. Le serpentin du condenseur se trouve dans l'unité de climatisation extérieure et est placé à l'extérieur du bâtiment. L'énergie thermique est absorbée par le réfrigérant gazeux chaud, et le ventilateur du condenseur expulse cette chaleur dans l'environnement, transformant le réfrigérant en liquide.
3. Le réfrigérant liquide à haute température quitte le condenseur et pénètre dans le détendeur (Figure 2 étiquetée A) par un tuyau de raccordement. La température du réfrigérant doit être refroidie avant d'entrer dans l'évaporateur. Le détendeur diminue la pression du réfrigérant, réduisant ainsi sa température. La vanne contrôle également la quantité de réfrigérant entrant dans l'évaporateur.
4. Le liquide refroidi à basse pression pénètre dans les tubes en cuivre de l'évaporateur (figure 2 étiquetée C). Lorsque l'air intérieur souffle sur les serpentins froids, la chaleur de la pièce est absorbée par le réfrigérant. Le réfrigérant s'évapore alors en vapeur. En conséquence, l'environnement de la pièce perd de la chaleur et se refroidit. Le ventilateur de l'évaporateur fait circuler l'air froid à partir de la surface du serpentin, ce qui produit un effet de refroidissement. Le réfrigérant gazeux chaud est transmis au compresseur, et le processus se répète dans un cycle.

Les climatiseurs et les réfrigérateurs fonctionnent selon le principe des puits de chaleur. Ces deux dispositifs refroidissent la température d'une zone fermée en transférant la chaleur d'une source (généralement la zone fermée) vers un autre endroit appelé puits. Le principe de base de la réfrigération est similaire à celui d'un climatiseur. Contrairement à une unité de climatisation, un système de réfrigération est conçu pour conserver l'air frais à l'intérieur de l'unité sans le rejeter à l'extérieur de l'unité. Il n'y a pas non plus de ventilateur dans le réfrigérateur. La réfrigération est couramment utilisée pour refroidir ou congeler les aliments à la maison et dans diverses industries, tandis qu'un climatiseur sert à refroidir une pièce ou un bâtiment pour maintenir l'humidité.

Chauffage

Le processus de chauffage est réalisé par la combustion de gaz naturel et de propane à l'intérieur d'une chambre. Les principales étapes d'un réchauffeur de four utilisé dans les applications CVC sont les suivantes :

• Thermostat : Un thermostat est un interrupteur activé par la température qui s'ouvre lorsque la température intérieure descend en dessous d'un certain point de consigne. Le thermostat actionne un interrupteur d'allumage en ouvrant une vanne qui signale à une carte de contrôle de commencer le cycle de chauffage à l'intérieur du four. Après le chauffage, lorsque la température ambiante atteint le point de consigne supérieur, le thermostat désactive la vanne qui ferme l'alimentation en gaz de la chambre de chauffe, stoppant ainsi le processus de combustion.
• Ventilateur : L'air est aspiré dans les brûleurs à partir de l'environnement et mélangé au gaz (comme le gaz naturel et le propane), ce qui entraîne une combustion produisant de la chaleur. Le ventilateur canalise la chaleur produite par les brûleurs vers l'échangeur de chaleur, où les gaz d'échappement sont rejetés à l'extérieur du bâtiment.
• Brûleurs : Le gaz est dirigé et brûlé dans un ensemble de tubes appelés brûleurs de four. Les flammes sont contrôlées par le fonctionnement combiné d'un allumeur, d'un robinet de gaz et d'un capteur de flamme. Lorsque le système a besoin de chaleur, les vannes de gaz s'ouvrent et le mélange est allumé à l'aide d'une veilleuse. Une veilleuse est un petit brûleur à gaz qui s'allume en permanence pour allumer un brûleur plus important lorsque cela est nécessaire.
• Échangeur de chaleur : Un échangeur de chaleur se compose d'un groupe de tubes en métal qui est chauffé par les brûleurs afin de réchauffer l'air à l'intérieur. Lorsque le gaz brûle à l'intérieur de l'échangeur de chaleur, ces tubes métalliques s'échauffent et diffusent la chaleur dans l'air ambiant. Toute détérioration de l'échangeur de chaleur peut entraîner une fuite des gaz de combustion dans l'air ambiant.
• Soufflerie : Le ventilateur achemine l'air des conduits de retour vers l'échangeur de chaleur chaud. L'air chauffé est ensuite diffusé dans le réseau de gaines du bâtiment.
• Vent : Un évent recueille les gaz de combustion usés utilisés pour produire de la chaleur et les rejette à l'extérieur du bâtiment. L'acier galvanisé est couramment utilisé sur les appareils standard, tandis que les appareils à haut rendement utilisent des conduits d'évacuation en polypropylène, et ces appareils se caractérisent par une procédure d'installation facile.

Les systèmes de CVC ne fonctionnent pas tous de la même manière dans tous les secteurs d'activité. En fonction des conditions climatiques, l'unité peut être équipée d'un four mais pas d'un climatiseur ou inversement.

Électrovannes pour HVAC-R

Une électrovanne est une vanne à commande électrique dotée d'un temps de réponse rapide et d'une faible consommation d'énergie, qui peut être utilisée efficacement dans de nombreux domaines d'un système HVAC-R.

Électrovanne pour les unités de climatisation et de réfrigération

Les électrovannes jouent un rôle important dans les systèmes de réfrigération et de climatisation en contrôlant le débit des réfrigérants. La fonction de base de ces vannes est d'activer et de désactiver le flux de réfrigérant et d'assurer ainsi la performance du système. Les facteurs suivants doivent être pris en compte lors de la sélection d'une électrovanne pour les unités de climatisation et de réfrigération :

• Matériaux des électrovannes : Les matériaux choisis pour l'électrovanne doivent être compatibles avec les réfrigérants tels que le R22 (fréon), le R404A, le R410A et le R290, pour n'en citer que quelques-uns. L'acier inoxydable peut être choisi pour le corps de la vanne et le NBR pour le matériau d'étanchéité. Lisez notre article sur la résistance chimique des matériaux pour plus d'informations sur la compatibilité des différents matériaux avec les différents milieux.
• Actionnement direct et actionnement par servomoteur : Les électrovannes peuvent être à commande directe ou à servocommande. Les électrovannes servocommandées sont généralement utilisées dans les systèmes plus importants. Dans les électrovannes à servocommande, la pression différentielle doit être prise en compte en même temps que la perte de charge maximale. La pression différentielle sous charge partielle doit toujours être supérieure à la pression différentielle minimale de la soupape pour assurer un fonctionnement fiable. Cette différence de pression minimale est spécifiée sur la fiche technique de la vanne.
• Positionnement de l'électrovanne : Les électrovannes sont principalement placées dans la conduite de liquide, à proximité du détendeur. Le fait de placer les vannes à proximité les unes des autres réduit le risque de coups de bélier .
• Normalement fermé/Normalement ouvert : Les électrovannes sont disponibles en deux types : normalement fermées (la vanne est fermée lorsqu'elle est hors tension) et normalement ouvertes (la vanne est ouverte lorsqu'elle est hors tension). Dans la plupart des cas, une électrovanne normalement fermée est utilisée si la vanne est installée sur la conduite de liquide. Cela garantit que la vanne reste fermée lorsque le système ne fonctionne pas et lorsque l'électrovanne est hors tension, ce qui permet d'éviter la migration du réfrigérant (le réfrigérant se déplaçant vers le compresseur lorsque l'appareil est éteint). Par conséquent, une coupure de courant n'entraîne aucun problème dans le système de réfrigération. En revanche, l'utilisation d'une vanne normalement ouverte peut être avantageuse si la vanne ne doit être fermée que pendant de brefs intervalles.
• Normes de sécurité : Les électrovannes utilisées pour les fluides frigorigènes doivent être conformes à plusieurs agréments, notamment ATEX, LVD et PED, pour n'en citer que quelques-uns. Lisez notre article sur la certification CE pour plus de détails sur les réglementations relatives aux vannes.

Électrovannes pour le chauffage

Les électrovannes sont utilisées pour contrôler le flux de combustible vers le four à l'intérieur d'un appareil de chauffage. La vanne s'ouvre lorsque la température descend en dessous d'un certain point de consigne pour permettre au gaz d'alimenter le brûleur. Une fois que le chauffage nécessaire a été réalisé et que le thermostat atteint le point de consigne défini, il déclenche l'électrovanne pour couper le gaz au brûleur. Lorsque la température est trop froide, la vanne ouvre le gaz et le brûleur se met en marche. Les électrovannes sont très fiables lorsqu'elles sont installées dans des environnements difficiles et ne nécessitent que peu de maintenance, ce qui se traduit par des coûts de cycle de vie peu élevés. Les facteurs suivants doivent être pris en compte lors de la sélection d'une électrovanne pour les appareils de chauffage :

• Sélection des matériaux pour les électrovannes : Les fourneaux utilisent généralement des combustibles comme le gaz naturel ou le propane pour produire de la chaleur lorsqu'ils sont brûlés. Le gaz naturel et le propane sont compatibles avec le laiton, l'aluminium, la fonte ou l'acier pour le corps, et le caoutchouc nitrile pour le matériau d'étanchéité de la vanne.
• Température et pression de travail : La vanne fonctionne sur une large plage de pression pour le fluide, de très basse à très haute (typiquement 30 psi ou plus). Si l'application est soumise à des températures extrêmes de fonctionnement de la soupape, il faut s'assurer que la soupape est dimensionnée en conséquence. Les températures ambiantes très basses (comme^400°C) nécessitent des élastomères spécialisés pour une étanchéité sans faille.
• Certifications antidéflagrantes : Le combustible utilisé dans l'électrovanne étant hautement inflammable, il convient de prendre toutes les précautions nécessaires pour éviter qu'une étincelle ne se produise à l'intérieur de la bobine ou du boîtier. La bobine ou l'enceinte de la soupape doit être explicitement spécifiée pour supprimer toute explosion provenant de la soupape. Il existe plusieurs normes de classification des appareils destinés à un environnement dangereux, telles que la NEMA (National Electrical Equipment Manufacturers Association (États-Unis)), l'ATEX (ATmosphères EXplosibles (UE)) et l'IEC Ex (International Electrotechnical Commission Explosive (global)). Lors de l'achat d'un robinet destiné à être utilisé avec des combustibles explosifs, veillez à ce que le robinet porte la marque de l'une de ces normes.
• Indice de protection IP : Veillez à ce que le robinet ait l'indice IP approprié pour la protection contre la poussière, les liquides, l'humidité et les contacts. Ceci est particulièrement important lorsque la vanne est installée dans des environnements industriels difficiles pour un fonctionnement à distance. Lisez notre article sur les électrovannes pour carburants, pétrole, gaz et propane pour plus d'informations sur les caractéristiques de conception et les critères de sélection des électrovannes pour carburants.

Fonctions d'un système CVC-R

• Chauffage et refroidissement
• Humidification et déshumidification
• Nettoyage de l'air
• Régulation du débit d'air

Applications HVAC-R

Les systèmes HVAC-R sont couramment utilisés dans :

• établissements de soins de santé
• les laboratoires
• hôtels
• installations nucléaires
• les établissements de soins de santé
• appartements résidentiels
• bâtiments commerciaux et publics

FAQ

Que signifie HVAC-R ?

Le système HVAC-R fait référence aux systèmes mécaniques utilisés pour le chauffage, la ventilation, la climatisation et la réfrigération au sein d'une industrie ou d'un bâtiment.

Quel produit chimique est utilisé dans un climatiseur ?

Un climatiseur utilise un réfrigérant tel que le fréon.

Quelle est la différence entre la climatisation et la réfrigération ?

Le processus de réfrigération maintient l'air froid confiné dans un espace, alors qu'un climatiseur le repousse. La réfrigération utilise un réfrigérant seul pour refroidir une zone, alors qu'un climatiseur utilise l'air extérieur.

Les climatiseurs peuvent-ils être utilisés comme appareils de chauffage ?

Certains climatiseurs équipés d'une pompe à chaleur peuvent également servir de chauffage. Lorsque le mode chauffage est activé, l'appareil produit de l'air chaud.

A quoi sert une électrovanne ?

Une électrovanne est couramment utilisée pour fermer, libérer, distribuer, doser ou mélanger divers fluides.