Électrovannes pour les applications HVAC-R

Electrovannes pour les applications HVAC-R

Electrovanne

Figure 1 : Electrovanne

Les unités de chauffage, ventilation, climatisation et 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 différents points du système CVC-R. 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

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Qu'est-ce qu'un système HVAC-R ?

Un système HVAC-R fournit un ensemble de conditions environnementales, qui peuvent être destinées à des fins résidentielles ou industrielles, comme un processus de fabrication. Le système régule donc la température, l'humidité et la qualité de l'air de la pièce, offrant ainsi des conditions de travail confortables dans une industrie.

  • Le chauffage : Un système de chauffage permet d'augmenter la température de la pièce en cas de froid extrême.
  • Ventilation : La ventilation est le processus de remplacement ou de changement de l'air dans un espace quelconque afin de 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 pièce. 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 travail du système HVAC-R

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

Climatisation et réfrigération

Un système de climatisation (AC) sert à refroidir et parfois à chauffer, selon les propriétés de l'air à un moment donné. Le refroidissement se fait par un cycle de réfrigération typique. Les principales parties d'un système de climatisation sont :

  • Compresseur
  • Condenseur
  • Évaporateur
  • Soupape d'expansion

Le principe de base de la climatisation est de retirer la chaleur d'une zone, de la remplacer par de l'air refroidi et d'expulser l'air chaud et sec dans l'atmosphère. Un fluide spécial, appelé réfrigérant ou liquide de refroidissement, est utilisé pour cet échange de chaleur. Le fluide frigorigène est le véritable vecteur ou moyen d'échange de chaleur entre l'environnement externe et les composants internes. Un réfrigérant peut passer de l'état liquide à l'état gazeux et vice versa facilement 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 de300 °C, le réfrigérant peut facilement bouillir et passer à l'état de vapeur. Un autre réfrigérant couramment utilisé est le fréon (R22).

Cycle de climatisation

Figure 2 : Cycle de climatisation

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

  1. Le compresseur (figure 2 étiquetée A) comprime le réfrigérant en augmentant sa pression. L'augmentation de la pression d'un gaz accroît sa température, ce qui réchauffe le réfrigérant. La température du réfrigérant est généralement rendue supérieure à celle de 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 celle de la température extérieure.
  2. Le fluide frigorigène, qui est maintenant à haute température et à haute pression, passe dans les tuyaux de raccordement et atteint le condenseur (figure 2 étiquetée B). 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 entre dans le détendeur (figure 2 étiquetée C) 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 qui entre dans l'évaporateur.
  4. Le liquide refroidi à basse pression entre dans les tubes de cuivre de l'évaporateur (figure 2 étiquetée D). 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. Par conséquent, l'environnement de la pièce perd de la chaleur, ce qui la refroidit. Le ventilateur à l'intérieur de l'évaporateur fait circuler l'air froid de la surface du serpentin pour obtenir un effet de refroidissement. Le réfrigérant gazeux chaud est transmis au compresseur, et le processus se répète en un cycle.

Les climatiseurs et les réfrigérateurs fonctionnent sur 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 garder l'air frais à l'intérieur de l'unité sans l'expulser hors de l'unité. De plus, il n'y a pas 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'une climatisation sert à refroidir une pièce ou un bâtiment pour maintenir l'humidité.

Chauffage

Le processus de chauffage est réalisé par la combustion de gaz naturels et de propane dans une chambre. Les principales étapes d'un appareil de chauffage 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 point de consigne particulier. Le thermostat actionne un interrupteur d'allumage en ouvrant une soupape qui signale à une carte de contrôle de commencer le cycle de chauffage à l'intérieur de la fournaise. 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, arrêtant ainsi le processus de combustion.
  • Fan : L'air est aspiré dans les brûleurs depuis 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 dans 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 du four. Les flammes sont contrôlées par le fonctionnement combiné d'un allumeur, d'une vanne de gaz et d'un détecteur 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 grand lorsque cela est nécessaire.
  • Échangeur de chaleur : Un échangeur de chaleur consiste en un groupe de tubes en métal qui est chauffé par les brûleurs afin de réchauffer l'air à l'intérieur. Lorsque le gaz subit une combustion à l'intérieur de l'échangeur de chaleur, ces tubes métalliques deviennent chauds et diffusent de la chaleur dans l'air ambiant. Tout dommage à l'échangeur de chaleur peut entraîner une fuite des gaz de combustion dans l'air ambiant.
  • Souffleur : Le ventilateur soufflant canalise l'air des gaines de retour vers l'échangeur de chaleur chaud. L'air qui est maintenant chauffé est ensuite diffusé dans les conduits du bâtiment.
  • Ventilation : Un évent recueille les gaz de combustion utilisés pour produire de la chaleur et les rejette à l'extérieur du bâtiment. L'acier galvanisé est couramment utilisé sur les unités standard, tandis que les unités à haut rendement utilisent des évents en polypropylène, et ces unités se caractérisent par une procédure d'installation facile.

Les systèmes de CVC ne fonctionnent pas de la même manière dans toutes les industries. En fonction des conditions climatiques, l'unité peut être équipée d'une chaudière mais pas de climatisation ou vice versa.

Electrovannes 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 plusieurs zones d'un système HVAC-R.

Electrovanne 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 flux des réfrigérants. La fonction de base de ces vannes est d'activer et de désactiver le flux de réfrigérant et de garantir ainsi les performances du système. Tenez compte des facteurs suivants lors du choix 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 du joint. Lisez notre article sur la résistance chimique des matériaux pour plus d'informations sur la compatibilité de divers matériaux avec différents milieux.
  • A commande directe et à commande asservie : Les électrovannes peuvent être à commande directe ou à commande assistée. Les électrovannes servocommandées sont généralement utilisées dans les systèmes plus importants. Dans les électrovannes à commande assistée, il faut tenir compte de la pression différentielle et de la chute de pression maximale. La pression différentielle sous charge partielle doit toujours être supérieure à la pression différentielle minimale de la vanne pour 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 sur la ligne de liquide, à proximité de la vanne de détente. Le fait de placer les vannes à proximité les unes des autres réduit le risque d'effets de coup 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 dans la conduite de liquide. Ainsi, la vanne reste fermée lorsque le système ne fonctionne pas et lorsque l'électrovanne est mise hors tension, ce qui permet éventuellement d'éviter la migration du réfrigérant (le réfrigérant se déplaçant vers le compresseur lorsque le dispositif est éteint). Ainsi, une interruption de l'alimentation électrique n'entraîne aucun problème dans le système de réfrigération. En revanche, l'utilisation d'une vanne normalement ouverte peut être favorable 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 homologations : ATEX, LVD et PED, pour n'en citer que quelques-unes. Lisez notre article sur la certification CE pour plus de détails sur la réglementation des vannes.

Electrovannes pour le chauffage

Les électrovannes sont utilisées pour contrôler le flux de combustible vers le four dans un appareil de chauffage. La vanne s'ouvre lorsque la température descend en dessous d'un point de consigne particulier afin de permettre au gaz d'alimenter le brûleur pour l'allumer. Une fois que le chauffage requis a été effectué et que le thermostat atteint le point de consigne défini, il déclenche l'électrovanne pour couper le gaz vers le brûleur. Lorsque la température est trop froide, la vanne ouvre le gaz et le brûleur démarre. Les électrovannes sont très fiables lorsqu'elles sont installées dans des environnements difficiles et ont un faible niveau de maintenance, ce qui se traduit par un faible coût du cycle de vie. Tenez compte des facteurs suivants lors du choix d'une électrovanne pour les appareils de chauffage :

  • Sélection des matériaux pour les électrovannes : Les chaudières utilisent généralement des combustibles comme le gaz naturel ou le propane pour produire de la chaleur lorsqu'elles sont brûlées. 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. Lisez notre article sur la résistance chimique des matériaux pour plus d'informations sur la compatibilité de divers matériaux avec différents milieux.
  • Température et pression de travail : La vanne fonctionne sur une large gamme de pression pour le fluide, de très basse à très haute (généralement 30 psi ou plus). Si l'application est soumise à des températures extrêmes lors du fonctionnement de la vanne, veillez à évaluer la vanne en conséquence. Les températures ambiantes très basses (comme400C) nécessitent des élastomères spécialisés pour une étanchéité sans faille.
  • Certifications antidéflagrantes : Le combustible utilisé dans l'électrovanne étant hautement inflammable, il faut prendre des précautions suffisantes pour éviter toute étincelle à l'intérieur de la bobine ou du boîtier. La bobine ou l'enceinte de la vanne doit être explicitement spécifiée pour supprimer toute explosion provenant de la vanne. Il existe plusieurs normes de classification des appareils pour un environnement dangereux, comme la NEMA (National Electrical Equipment Manufacturers Association (USA)), l'ATEX (ATmosphères EXplosibles (UE)) et l'IEC Ex (International Electrotechnical Commission Explosive (mondial)). Lors de l'achat d'un robinet destiné à travailler avec des combustibles explosifs, veillez à vérifier les marques de l'une de ces normes sur le robinet.
  • Indice IP : Veillez à ce que la vanne ait la classification IP appropriée pour la protection contre la poussière, les liquides, l'humidité et le contact. Ceci est particulièrement important lorsque la vanne est installée dans des environnements industriels difficiles pour un fonctionnement à distance. Lisez notre article sur lesélectrovannes 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 HVAC-R

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

Figure 3 : Système de climatisation

Applications HVAC-R

Les systèmes HVAC-R sont couramment utilisés dans :

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

FAQs

Que signifie HVAC-R ?

Le système HVAC-R désigne les systèmes mécaniques utilisés pour le chauffage, la ventilation, la climatisation et la réfrigération dans une industrie ou 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 fluide frigorigène seul pour refroidir une zone, mais un climatiseur utilise l'air de l'extérieur.

Les climatiseurs peuvent-ils être utilisés comme chauffages ?

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

A quoi sert une électrovanne ?

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

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