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Sep 11, 2023

Le chauffage et le refroidissement deviennent plus simples et plus compliqués au fil du temps

Un retour aux fluides frigorigènes simples est en cours, le dioxyde de carbone étant commercialisé

Un retour aux fluides frigorigènes simples est en cours, le dioxyde de carbone étant commercialisé sous le nom de R744. Bien sûr, dans les bâtiments commerciaux, les systèmes CVC sont tout sauf simples, utilisant des technologies intelligentes pour anticiper les besoins énergétiques et fonctionnant ainsi plus efficacement qu'à l'époque des simples thermostats. Getty Images

L'humanité utilise l'énergie pour créer de la chaleur depuis 1 à 2 millions d'années. Selon l'Office américain des brevets, nous utilisons l'énergie pour aller dans l'autre sens, en éliminant la chaleur, depuis moins de 200 ans. C'est une grande différence, mais bien sûr c'est facile à expliquer. Le premier consistait à comprendre comment allumer et contrôler le feu, un phénomène naturel ; la seconde nécessitait des machines et n'était pas destinée à avoir lieu avant le début de la révolution industrielle.

Le premier brevet pour une machine de refroidissement a été délivré en 1851. Bien qu'il n'ait pas été un succès commercial, il a démontré que les principes mécaniques pouvaient être utilisés pour refroidir un fluide avec succès. Conçu par un médecin, John Gorrie, pour refroidir les chambres des patients, le système comprimait l'air ambiant (ce qui le chauffait), en tirait une partie de la chaleur, puis relâchait la pression (ce qui le refroidissait). Dans la configuration de Gorrie, le processus de refroidissement tirait la chaleur d'une solution de saumure, ramenant sa température à environ 26 degrés F. À partir de ce moment, il était simple de mettre des plateaux remplis d'eau dans la saumure pour faire de la glace. Willis Carrier a utilisé un concept similaire de compression d'un gaz pour concevoir le premier système de climatisation moderne en 1902.

D'autres développeurs ont utilisé d'autres gaz, tels que l'éther et l'ammoniac. L'ammoniac est encore utilisé dans certains systèmes à ce jour, mais bon nombre des autres gaz anciens ont été progressivement supprimés et remplacés par des réfrigérants synthétiques. Une soupe alphabétique de composés a été utilisée au fil des ans, mais la législation environnementale a mis un terme à bon nombre d'entre eux.

Les personnes qui ont suivi un récent séminaire en ligne, "Trends in HVAC Manufacturing", ont appris que la dernière tendance consiste à simplifier les choses en utilisant du dioxyde de carbone pour le réfrigérant. Organisée par T-Drill avec une contribution de la Copper Development Association, la session a discuté de l'utilisation du CO2 (commercialisé sous le nom de R744), de nouvelles conceptions de systèmes avec des tuyaux plus robustes, ainsi que des alliages et des outils nécessaires pour les construire.

Les deux avantages du CO2 sont sa contribution à l'appauvrissement de la couche d'ozone (qui est nulle) et sa contribution au réchauffement climatique (presque nulle). Le gaz de référence pour le potentiel de réchauffement global (GWP) est le CO2, qui a une cote de 1. Le R22 à base de fréon est évalué à 2 400, ce qui signifie que 2 400 lbs. de CO2 a le même GWP que 1 lb de R22.

L'utilisation du CO2 présente quelques inconvénients. Premièrement, bien qu'il s'agisse d'un composé naturel, il est plus lourd que l'air, donc si un système fuit et qu'il déplace l'air ambiant, il présente un risque d'asphyxie. Deuxièmement, un système qui utilise le R744 nécessite des pressions de système plus élevées et génère des températures plus élevées que les synthétiques (1 300 à 1 900 PSI et 320 degrés F). Inutile de dire que cela a conduit à repenser la conception du système et à utiliser un alliage de cuivre avec du fer supplémentaire pour la résistance : C19400. C'est 97% de cuivre avec une certaine teneur en fer, de 2,1% à 2,6%, pour le rendre plus résistant qu'un cuivre standard utilisé pour les systèmes HVAC, C12200.

Bien que le matériau soit plus résistant (la résistance à la traction ultime est de 68 000 PSI contre 50 000 PSI pour le C12200), il n'est pas trop dur. Le CDA classe le C19400 comme "excellent" pour le travail à froid, et T-Drill rapporte qu'il se situe bien dans la plage de travail de ses outils.

Bien sûr, les systèmes modernes de chauffage, de ventilation et de climatisation (CVC) pour les bâtiments commerciaux font bien plus que leurs prédécesseurs. C'est là que les choses commencent à se compliquer.

Nous voulons tous réduire nos factures et notre consommation d'énergie, n'est-ce pas ? Bien sûr, nous faisons. Dans le cadre de cet effort, les derniers systèmes de contrôle HVAC ont beaucoup plus de capteurs que jamais auparavant et ont une capacité d'auto-surveillance, d'analyse et de rapport (SMART).

Les personnes qui ont suivi un récent séminaire en ligne, "Trends in HVAC Manufacturing", ont appris que la dernière tendance consiste à simplifier les choses en utilisant du dioxyde de carbone pour le réfrigérant. Organisée par T-Drill avec une contribution de la Copper Development Association, la session a discuté de l'utilisation du CO2 (commercialisé sous le nom de R744), de nouvelles conceptions de systèmes avec des tuyaux plus robustes, ainsi que des alliages et des outils nécessaires pour les construire.

De nombreux facteurs affectent le chauffage ou la climatisation nécessaire dans un bâtiment commercial ou industriel, tels que la période de l'année, la température extérieure et le nombre de personnes dans le bâtiment (ou dans une partie du bâtiment). Les capteurs du système SMART mesurent la température, l'humidité, le CO₂ et l'occupation pour maintenir le confort du bâtiment. Le système de contrôle construit un profil afin d'anticiper les besoins énergétiques plutôt que de simplement réagir. Au lieu que la chaudière ou la partie AC s'active et fonctionne simplement à plein régime, le système peut prendre une longueur d'avance, augmenter progressivement et consommer de l'énergie plus efficacement. Dans un grand bâtiment avec plusieurs compresseurs, le système n'utilise que le nombre de compresseurs dont il a besoin à un instant donné, et il peut faire varier la vitesse des soufflantes pour modifier le débit et la distribution de l'air conditionné.

Attendre attendre! Ça s'ameliore. Une étude sur l'impact de l'environnement d'un bâtiment sur les capacités cognitives, l'étude COGfx, a montré qu'une meilleure qualité de l'air améliorait les réponses cognitives dans neuf domaines. Et sur certaines évaluations, les gens ont démontré un doublement de la capacité cognitive lorsqu'ils ont été testés dans un meilleur environnement. Les mesures de la qualité de l'air comprenaient la concentration de composés organiques volatils (COV). Dans les bâtiments les plus avancés avec SMART HVAC, la charge de COV était inférieure à 50 microgrammes par mètre cube ; dans les bâtiments conventionnels, c'était au moins 10 fois ce montant, entre 500 et 700.

Certes, le principal bailleur de fonds de l'étude était Carrier, mais néanmoins le rapport est le résultat d'une étude universitaire de trois ans menée par des personnes de diverses universités, il a donc les caractéristiques de la légitimité. Carrier a également contribué à une étude sur les effets sur la santé de l'utilisation d'un système CVC moderne, l'étude HEALTHfx.

Quoi qu'il en soit, la prochaine fois que vous verrez l'une des personnes du service d'entretien de votre bâtiment feuilleter un manuel d'utilisation en deux ou trois volumes, ne vous embêtez pas à lui demander ce qu'il fait. Il dépanne le système HVAC. Cela ressemble certainement à un gros problème, et l'équipe de maintenance s'appuie probablement sur des spécialistes de l'entrepreneur qui a installé le système pour optimiser son fonctionnement - oui, c'est si compliqué que ça - mais un système SMART HVAC peut être rentabilisé en termes d'efficacité énergétique et de productivité des travailleurs.