Limitation du débit d'air des unités intérieures VRF : un pas de plus pour des performances garanties

Dans le cadre du développement continu du programme de certification des systèmes à débit frigorifique variable (VRF), un examen des unités VRF testées pour la campagne de certification 2019 a montré que de nombreuses unités avaient un débit d'air très élevé. Malgré les règles de certification et de surveillance fermes du programme, cela a montré que certaines unités utilisaient potentiellement un débit d'air gonflé pour augmenter les performances. Pour éviter ce type de contournement des règles de certification, le comité de certification a décidé d'appliquer une limite de 275 m3/h/kW sur le débit d'air de chaque unité intérieure. Cette décision est basée sur des études scientifiques concernant les performances requises des systèmes HVAC pour assurer les exigences de déshumidification et de confort.

Revue de la littérature

Les normes internationales dans le secteur du CVC changent en permanence et ajoutent de nouvelles mesures pour améliorer les conditions de confort dans les bâtiments climatisés. Il en résulte un ensemble de limites aux paramètres de conception d'un système VRF tels que le rapport de chaleur sensible (SHR), le facteur de dérivation (BF), le débit d'air (AF), etc.

Les conditions de confort des systèmes HVAC sont largement étudiées dans la littérature, en particulier les conditions d'humidité. Un récent projet de recherche de l'ASHRAE a étudié le niveau de déshumidification de plusieurs bâtiments commerciaux (dont des bureaux, des écoles, des restaurants et des magasins de détail). Les rapports de chaleur sensible ont été calculés pour toute heure de l'année où le système de climatisation était activé et où l'occupation du bâtiment était supérieure à zéro. Les résultats de l'étude ont été obtenus en fixant la limite du SHR à SHR<0.82 à 100 % de charge et SHR<0.85 à 75 %.

Le facteur de dérivation des bobines a également été calculé par l'ASHRAE [1] dans les conditions de l'Air-conditioning and Refrigeration Institute (ARI) et a été fixé à une plage approximative de 0,049 ≤BF≤0,080.

Alors qu'habituellement un ensemble de paramètres est fixé, y compris le débit d'air de l'unité pour déterminer la température d'alimentation de conception de l'unité, certaines études ont montré que le débit d'air doit également être surveillé car il a un effet direct sur la déshumidification et donc le confort thermique ne peut pas être atteint même dans une température d'alimentation de conception idéale de l'unité. Murphy [2] a testé le niveau de déshumidification dans une salle de classe sous différents scénarios météorologiques. La base de l'étude est de fixer le débit d'air de l'unité de refroidissement et de calculer la température d'alimentation. Les résultats montrent qu'avec un débit d'air aussi élevé que 400 m3/h/kW, l'humidité relative de la salle de classe sera supérieure à 67 %, que ce soit dans des conditions de point de rosée maximal ou lors de journées fraîches et pluvieuses, ce qui signifie que le confort ne peut pas être atteint dans la salle de classe, même avec une température de consigne de 23,3 °C. En effet, contrairement à la croyance populaire, le niveau de déshumidification d'une salle de classe est inférieur à celui d'une salle de classe. En effet, contrairement à la croyance populaire, les taux d'humidité élevés à l'intérieur peuvent être un problème dans presque toutes les régions géographiques, et pas seulement dans les zones où règnent des conditions chaudes et humides. Lorsque des niveaux élevés d'humidité relative existent sur ou à proximité d'une surface froide et poreuse, l'adsorption d'humidité augmente et les problèmes liés à l'humidité (tels que les risques accrus pour la santé dus au développement de moisissures et le remplacement prématuré des équipements et du mobilier) deviennent probables. Enfin, il existe des moyens d'améliorer les performances de déshumidification, par exemple en réduisant le débit d'air, ce qui permet d'abaisser la température de l'air soufflé pour une condition de charge donnée, et donc d'éliminer davantage d'humidité de l'air.

Mustafa [3] a étudié spécifiquement l'effet du débit d'air sur les paramètres d'humidification. Les résultats montrent qu'au-dessus d'un débit d'air défini, le niveau d'humidité augmente avec l'augmentation du débit d'air.

Enfin, une étude sur différents scénarios de débit d'air pour maintenir les conditions d'essai intérieures de 27 °C DB et 19 °C WB a montré que le débit d'air ne devrait pas dépasser 247 m3/h/kW dans des conditions idéales d'échangeur de chaleur (BF=0) [4]. Ce débit d'air est approprié pour considérer le confort thermique avec la méthode d'essai actuelle.

Cependant, étant donné que le BF réaliste des échangeurs de chaleur actuels est plus proche de 0,1 que de 0, un débit d'air de 275 m3/h/kW est plus représentatif de la condition de déshumidification.

Décision du Comité de certification Eurovent

À la suite des études scientifiques et après de nombreuses réunions du comité de programme, il a été décidé que le débit d'air à la condition d'air standard définie dans la norme EN 14511-3:2018 ne doit pas dépasser 275 m3/h/kw pour les unités intérieures VRF cassettes et gainées. La limite s'applique en mode refroidissement et chauffage et uniquement pour les unités de plus de 12 kW. Cette nouvelle règle est effective depuis mars 2021 ce qui a fait un grand impact sur les gammes d'unités dans les catalogues 2021 de plusieurs fabricants. Pour certains fabricants, elle est représentée par l'apparition de nouvelles gammes de produits et l'arrêt de la production des versions précédentes des unités intérieures. Pour d'autres, les performances de la même unité sur le catalogue 2021 sont diminuées par rapport à celles de 2020. Dans tous les cas, 2021 a marqué une nouvelle ère de performances certifiées garanties.

Références

[1] ANSI/ASHRAE, «Standard Method of Test for the Evaluation of Building Energy Analysis Computer Programs» chez ANSI/ASHRAE Standard 140-2001, 2004.

[2] J. Murphy, «Dehumidification Performance of HVAC Systems» ASHRAE Journal, pp. 23-29, 2002.

[3] A. T. Mustafa, «EXPERIMENTAL STUDY OF AIR FLOW RATE EFFECTS ON HUMIDIFICATION PARAMETERS WITH PREHEATING AND DEHUMIDIFICATION PROCESS CHANGING» ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, vol. 6, n° %19, 2011.

[5] Daikin, Consideration of thermal comfort for the review of Lot 10 - Cooling mode testing, 2020.

Dr. A. NOUR EDDINE