HyPerformance Upgrade dans un institut de recherche, Taïwan
Le système d'eau glacée de l'Institut de Recherche en Technologie Industrielle (ITRI) à Taïwan rencontrait le problème courant du syndrome de faible Delta T dans les systèmes de débit variable à commande marche/arrêt, entraînant un débit excessif, de l'inconfort et du bruit. Pour y remédier, l'ITRI s'est associé à l'équipe d'IMI Hydronic Engineering à Taïwan afin d'améliorer les performances et l'efficacité du système, réalisant ainsi des économies d'énergie pouvant atteindre 60%.
Ceci est un résumé du projet. Pour plus de précisions sur la manière dont l'évaluation a été réalisée et les données analysées pour parvenir à ces conclusions, veuillez télécharger le rapport complet ici.
Le Projet
L'institut Industrial Technology Research Institute (ITRI) est un organisme de recherche et de développement situé à Taïwan qui se consacre à la promotion du développement industriel et de l'innovation technologique. Dans le cadre de ses efforts pour réduire la consommation d'énergie et promouvoir la durabilité, l'ITRI souhaitait évaluer son système CVC afin d'identifier des économies d'énergie et améliorer le confort intérieur.
Le système en question était utilisé pour conditionner l'air dans deux bâtiments à usage mixte (bureaux et laboratoire de recherche), avec une installation d'eau glacée fournissant de l'eau glacée aux deux bâtiments, équipée d'un groupe froid centrifuge de 500RT et d'un groupe froid centrifuge à palier magnétique de 400RT fonctionnant en tandem pour fournir la capacité de refroidissement.
Le système d'eau glacée primaire/secondaire utilisait un contrôle de débit constant sur le côté primaire, tandis que le côté secondaire était divisé en trois pompes de zone avec un contrôle de vitesse variable. Le système comportait également des ventilo-convecteurs en tant qu'unités terminales, avec une vanne à deux voies à commande ON-OFF dans un système à débit variable en tant que vanne de contrôle pour le ventilo-convecteur.
Cependant, le système souffrait du syndrome du faible Delta T, ce qui provoquait un débit excessif d'eau glacée en condition de charge partielle, même si le système était dans les conditions de conception. Ce problème entraînait une diminution de l'efficacité des groupes froids, avec pour conséquences un gaspillage d'énergie et une augmentation de la consommation d'énergie de l'ensemble du système CVC.
Le Défi Hydronique
À Taïwan, la conception typique des systèmes CVC dans les bâtiments commerciaux comprend des ventilo-convecteurs comme unités terminales, dont la vanne de contrôle est une vanne à deux voies à commande ON-OFF dans un système à débit variable.
Cependant, les systèmes traditionnels à débit variable à commande ON-OFF rencontrent de nombreux problèmes techniques, principalement liés à une TAB (Test, Ajustement, Equilibrage) inadéquate sur site, ce qui entraîne le syndrome du faible Delta T, c'est-à-dire le dépassement du débit d'eau glacée en condition de charge partielle. Une TAB (Test, Ajustment, Equilibrage) inadéquate sur site est l'une des raisons principales pour lesquelles la plupart des systèmes d'eau glacée existants souffrent de ce syndrome, entraînant ainsi de l'inconfort et des nuisances sonores.
De plus, le coût énergétique de l'ensemble du système CVC augmente car les pompes à vitesse variable du système à débit variable ne peuvent pas réduire la fréquence en raison d'un mauvais fonctionnement des vannes de contrôle dans le système hydronique.
L'ITRI cherchait à optimiser le système hydronique afin d'améliorer l'efficacité énergétique et le confort humain tout en fournissant une température ambiante stable sans oscillations.
La Solution
Compte tenu de la politique gouvernementale d'économie d'énergie et de réduction des émissions de CO2 mise en œuvre depuis quelques années, l'équipement du système de conditionnement d'air de l'ITRI avait été remplacé au cours des dernières années, et ce, depuis le premier plan de remplacement du groupe froid centrifuge à palier magnétique afin d'améliorer l'efficacité du fonctionnement du groupe froid, jusqu'à l'installation d'une commande à fréquence variable pour les pompes à eau glacée, en passant par le remplacement des anciens ventilo-convecteurs par de nouveaux appareils, etc. Cependant, l'optimisation du contrôle du système hydronique ne dépend pas seulement de l'efficacité de l'équipement, mais plutôt à la façon dont il pourrait être exploité efficacement du point de vue énergétique.
La stratégie d'optimisation du système hydronique pour le système de climatisation d'IMI Hydronic Engineering consistait à:
• Installer des régulateurs de pression différentielle sur les branches du système hydronique et refaire une TAB (test, réglage et équilibrage) pour l'ensemble du système hydronique d'eau glacée sur le site
• Ajuster la pression différentielle de chaque contrôleur de pression différentielle sur les branches
• Optimiser le réglage de la fréquence de fonctionnement de la pompe à zone variable
Comme le débit d'eau glacée pouvait être contrôlé avec précision dans toutes les conditions de fonctionnement, le système hydronique pouvait maintenir la différence de température entre l'alimentation et le retour de l'eau glacée à un niveau aussi élevé que possible sans qu'il y ait de débit excessif de l'eau glacée. Les installations d'eau glacée à débit variable pouvaient fonctionner avec une plus grande efficacité, car les pompes à eau glacée et les groupes de froid à fréquence variable pouvaient réduire la consommation d'énergie dans les conditions de charge partielle.
Suite à la mise en œuvre de la solution proposée, l'institut de recherche a pu réaliser d'importantes économies d'énergie. Ils ont effectué une analyse de la consommation d'énergie du groupe froid centrifuge à haut rendement et à paliers magnétiques 400RT avant et après le projet d'optimisation, et ont pu mesurer une réduction de la consommation d'énergie d'au moins 20 %, et même jusqu'à environ 60 % en hiver. De plus, la consommation d'énergie des pompes de zone d'eau glacée à débit variable a pu être réduite de 42 %, et même jusqu'à 60 % durant certaines saisons, avec un délai de retour sur investissement estimé à seulement trois ans.
En outre, la mise en œuvre du régulateur de vanne intelligent a permis un meilleur contrôle du débit d'eau glacée, améliorant ainsi le confort intérieur tout en réduisant les nuisances sonores.
L'expertise technique fournie par l'équipe IMI Hydronic Engineering a été essentielle à la réussite de ce projet. Un équipement très efficace ne suffit pas pour garantir un contrôle optimal du système hydronique. Ainsi, en identifiant de manière experte les problèmes du système existant (TAB inadéquat sur le site, utilisation de systèmes traditionnels à débit variable contrôlés par ON-OFF), ils ont pu proposer une solution d'amélioration qui traitait ces problèmes à leur source, et qui a permis d'atteindre tous les objectifs du projet : d'importantes économies d'énergie, un meilleur confort intérieur et une diminution des nuisances sonores.