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Guide pour les fabricants d’appareils de chauffage combinés haute performance mis à l’essai conformément à la norme CSA P.9 pour les systèmes combinés monoblocs de chauffage des locaux et de l’eau qui commencent par des chauffe-eau à condensation sur demande Présenté à : Jeremy Sager Groupe Habitation Habitation, bâtiments, collectivités et simulation Centre de la technologie de l’énergie de CANMET Ressources naturelles Canada 580, rue Booth Ottawa (Ontario), K1A 0E4 Tél. : 613 943 0831 [email protected] Présenté par : Peter Edwards Rapport final Mars 2012

Guide pour les fabricants d’appareils de chauffage ...€¦ · Le présent rapport explique comment la norme d’essai P.9 pondère le rendement dans différents modes de fonctionnement

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Page 1: Guide pour les fabricants d’appareils de chauffage ...€¦ · Le présent rapport explique comment la norme d’essai P.9 pondère le rendement dans différents modes de fonctionnement

Guide pour les fabricants drsquoappareils de chauffage combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessai conformeacutement agrave la norme CSA P9 pour les systegravemes combineacutes monoblocs de chauffage des locaux et de lrsquoeau qui commencent par des chauffe-eau agrave condensation sur demande

Preacutesenteacute agrave Jeremy Sager Groupe Habitation Habitation bacirctiments collectiviteacutes et simulation Centre de la technologie de lrsquoeacutenergie de CANMET Ressources naturelles Canada 580 rue Booth Ottawa (Ontario) K1A 0E4 Teacutel 613 943 0831 jeremysagerNRCangcca

Preacutesenteacute par Peter Edwards

Rapport final Mars 2012

Remerciements

Lrsquoauteur souhaiterait remercier M James Glouchkow M Jeremy Sager et drsquoautres membres du personnel de CanmetEacuteNERGIE pour leurs directives et pour le soutien qursquoils ont apporteacute tout au long de ce projet notamment par le biais des travaux de reacutevision et des commentaires preacutecieux qui ont viseacute les versions preacuteliminaires du rapport

Le preacutesent rapport a eacuteteacute preacutepareacute par Peter Edwards Co dans le cadre des travaux commanditeacutes par RNCan RNCan Peter Edwards Co et toute autre personne censeacutee agir au nom de lrsquoune de ces parties

a ne font aucune deacuteclaration ni ne donnent de garantie expresse ou implicite concernant la preacutecision lrsquoexhaustiviteacute ou lrsquoutiliteacute des renseignements contenus dans le preacutesent rapport et ne garantissent pas que lrsquoutilisation drsquoun appareil drsquoune meacutethode ou drsquoun proceacutedeacute deacutecrit dans le rapport nrsquoenfreindra pas des droits de proprieacuteteacute priveacutee

b deacuteclinent toute responsabiliteacute concernant lrsquoutilisation des renseignements appareils meacutethodes ou proceacutedeacutes deacutecrits dans le preacutesent rapport et les dommages qui pourraient deacutecouler de cette utilisation

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1 Reacutesumeacute

Le principal objet du preacutesent document est de fournir aux fabricants de chauffe-eau agrave condensation fonctionnant agrave la demande une strateacutegie concernant la conception de systegravemes combineacutes capables de chauffer efficacement les locaux et lrsquoeau des reacutesidences et la faccedilon drsquoobtenir les reacutesultats drsquoessais selon la norme CSA P9 pour deacutemontrer cette capaciteacute

Les systegravemes combineacutes de chauffe-eau agrave condensation fonctionnant agrave la demande ont le potentiel drsquoecirctre tregraves eacuteconergeacutetiques Un de leurs grands avantages est qursquoils peuvent faire varier la tempeacuterature de chauffage de lrsquoeau fournie en mode de chauffage des locaux afin drsquoameacuteliorer drsquoau moins 10 la performance drsquoensemble du systegraveme combineacute Les systegravemes monoblocs techniques qui controcirclent ensemble le chauffage de lrsquoeau et les fonctions de traitement de lrsquoair peuvent presque toujours faire de la condensation

Le preacutesent document srsquoadresse aux gestionnaires et aux ingeacutenieurs-concepteurs afin 1) de comprendre rapidement une approche possible de conception de systegraveme combineacute haute performance 2) drsquoaider agrave eacuteliminer les risques drsquoun processus de conception et agrave utiliser les ressources de la faccedilon la plus optimale 3) drsquoeacutetablir des speacutecifications agrave lrsquointention des fournisseurs de composants potentiels Cette approche peut ecirctre adapteacutee afin de reacutealiser un systegraveme combineacute haute performance

Le preacutesent rapport explique comment la norme drsquoessai P9 pondegravere le rendement dans diffeacuterents modes de fonctionnement et dans diffeacuterentes puissances agrave charge partielle Selon la norme P9 le rendement du chauffage des locaux agrave charge partielle est le principal facteur pris en compte pour eacutetablir la cote de performance drsquoensemble Par exemple dans un systegraveme combineacute dont la puissance nominale de chauffage des locaux est de 10 kW la cote de performance du chauffage des locaux en charge partielle repreacutesente 74 de la performance pondeacutereacutee totale du systegraveme combineacute (voir le tableau 1)

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Tableau 1 Consommation drsquoeacutenergie totale pour un systegraveme combineacute de 10 kW

FR HEADER TRANSLATION Consommation drsquoeacutenergie totale (kWhan)

Pourcentage de la consommation drsquoeacutenergie ()

Chauffage des locaux Pleine charge 2 000 8

Chauffage des locaux 40 de la charge

12 000 49

Chauffage des locaux 15 de la charge

6 000 25

Chauffage de lrsquoeau 4 400 18

Total 24 400 100

Ilest important que tout systegraveme soit en mesure de faire la diffeacuterence entre une demande de chauffage des locaux et une demande de chauffage de lrsquoeau et de fonctionner en conseacutequence Les tempeacuteratures de lrsquoeau fournie pour le chauffage des locaux doivent ecirctre maintenues le plus bas possible pour conserver des tempeacuteratures drsquoeau de retour basses afin drsquoaugmenter au maximum la condensation

Le rapport traite des composants neacutecessaires des commandes potentielles et de certains facteurs qui sont preacutevus pour concevoir un systegraveme combineacute preacutesentant un bon rapport coucirct-efficaciteacute en se servant drsquoun chauffe-eau agrave condensation fonctionnant agrave la demande

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2 Systegravemes agrave zones

Les systegravemes combineacutes reacutesidentiels dits intelligents pourraient figurer parmi les plateformes les plus inteacuteressantes pour commercialiser des systegravemes de chauffage reacuteparti agrave prix raisonnable Eacutetant donneacute que ces systegravemes utilisent des ventilo-convecteurs hydroniques et agrave lrsquoexception des questions de confort thermique facilement geacuterables aucun problegraveme drsquoeacuteleacutevation minimale ou maximale obligatoire de la tempeacuterature ambiante ne pourrait avoir un impact sur la performance du mateacuteriel ni sur la certification en matiegravere de seacutecuriteacute comme il pourrait y en avoir pour drsquoautres technologies de CVCA Il ne faut donc pas preacutevoir une deacuterivation drsquoair entre lrsquoair fourni et lrsquoair de retour de lrsquoappareil de traitement de lrsquoair ou des laquo deacutepocircts raquo drsquoair fourni dans une zone commune afin de maintenir un deacutebit drsquoair minimum dans lrsquoensemble de lrsquoappareilde traitement de lrsquoairUn systegraveme combineacute intelligent aura eacutegalement deacutejagrave pris en compte une bonne partie des commandes et du concept de la logique de commande neacutecessaires agrave la mise en service reacuteussie de systegravemes de CVCA reacuteparti agrave prix abordable

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Table des matiegraveres

Remerciements i 1 Reacutesumeacute ii 2 Systegravemes agravezones iv 3 Contexte 4

31 Objet4 32 Public cible4 33 Marcheacute 4 34 Pratiques en vigueur dans lrsquoindustrie 5 35 Expeacuterience en matiegravere drsquoeacutevaluation6 36 Deacutefi principal Utiliser des chauffe-eau pour chauffer des

locaux de maniegravere eacuteconergeacutetique6 37 Approche par eacutetapes 7

4 Charges de calcul ndash performances selon la norme CSA p9 8 41 Facteur de performance thermique (FPT) 8 42 Chauffage de lrsquoeau9 43 Chauffage des locaux10 44 Importance relative des charges de chauffage des locaux et de lrsquoeau11

5 Chauffage de lrsquoeau domestique14 6 Conception des systegravemes combineacutes17

61 Incidence des pondeacuterations de charge17 62 Strateacutegies de conception17 63 Strateacutegie 1 Tempeacuterature drsquoeau constante18 64 Strateacutegie 2 Tempeacuterature drsquoeau variable22

7 Commandes25 8 Composants 31

81 Systegraveme de traitement drsquoair31 82 Serpentins de chauffage de locaux31 83 Moteur de ventilateur 33 84 Circulateurpompe 34 85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure

de pression laquo Petersquos Plug raquo)34

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86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau 35

87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes35

9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes36

91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz 38 92 Enregistreur de donneacutees 38 93 Deacutebit drsquoair 38 94 Manomegravetres 39 95 Tempeacuteratures 39 96 Mesures du cocircteacute eau 39 97 Eacutecarts par rapport agravelanorme P9dans le cas des travaux en interne 40 98 Agencement des instruments 41

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Liste des tableaux et figures

Tableau 1 Consommation drsquoeacutenergie totale pour un systegraveme combineacute de 10 kW iii

Tableau 2 Charges thermiques annuelles (kWhan) de la norme P9 applicables aux systegravemes combineacutes affichant des puissances nominales de chauffage des locaux de 5 10 et 15 kW12

Tableau 3 Pondeacuterations de charge de la norme P9 pour des systegravemes combineacutes affichant des puissances nominales de chauffage des locaux de 5 10 et 15 kW 12

Tableau 4 Comparaison des caracteacuteristiques de rendement eacutenergeacutetique de la norme P7 pour deux chauffe-eau theacuteoriques16

Tableau 5 Performances drsquoun systegraveme combineacute theacuteorique affichant une puissance de chauffage des locaux de 10 kW en utilisant une strateacutegie simple de commande de point de consigne de tempeacuterature drsquoeau unique (capaciteacute de chauffage des locaux compenseacutee par des cycles de marche-arrecirct) 20

Tableau 6 Performances drsquoun systegraveme de chauffage combineacute theacuteorique offrant une puissance de chauffage des locaux de 10 kW en utilisant une strateacutegie de controcircle de tempeacuteratures drsquoeau et de vitesses de ventilateur variables (variation de la capaciteacute de chauffage des locaux par modulation du deacutebit drsquoair et de la tempeacuterature de lrsquoeau)23

Figure 1 Courbe de charge-dureacutee pour le chauffage des locaux (tireacutee de la norme CSA P9-11) 10

Figure 2 Comparaison de la consommation drsquoeacutenergie pour le chauffage et lrsquoeau chaude (kWhan) dans le cas des systegravemes combineacutes de 10 kW et 5 kW 11

Figure 3 Logique de lrsquoalgorithme simplifieacute de commande de chauffe-eau pour un sceacutenario de chauffage en quatre eacutetapes 27

Figure 4 Illustration de lrsquoutilisation drsquoun capteur de deacutebit drsquoeau pour deacuteterminer une charge de chauffage drsquoeau potable30

Figure 5 Exemple de serpentin de chauffage de locaux laquo surdimensionneacute raquo utiliseacute dans une application de systegraveme de traitement drsquoair hydronique33

Figure 6 Scheacutema simplifieacute illustrant le montage utiliseacute pour exeacutecuter les essais conformeacutement agrave la norme P9 (composants individuels du systegraveme combineacute non illustreacutes)37

Figure 7 Scheacutema de mesure simplifieacute applicable agrave la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute baseacute sur un chauffe-eau instantaneacute 41

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3 Contexte

31 Objet

Le but du preacutesent document est de fournir aux fabricants de chauffe-eau agrave condensation agrave modulation fonctionnant agrave la demande une strateacutegie concernant la conception de systegravemes combineacutes capables de chauffer efficacement les locaux et lrsquoeau des reacutesidences et la faccedilon drsquoobtenir les reacutesultats drsquoessais selon la norme CSA P9 pour deacutemontrer cette capaciteacute

Tous les chauffe-eau destineacutes agrave ecirctre utiliseacutes dans des applications combineacutees doivent faire lrsquoobjet drsquoune approbation speacuteciale (et ecirctre certifieacutes) pour pouvoir ecirctre effectivement utiliseacutes dans les applications en question et ils doivent comporter une eacutetiquette indiquant qursquoils sont adapteacutes pour le chauffage combineacute de lrsquoeau et des locaux

32 Public cible

Le preacutesent document a eacuteteacute conccedilu pour aider

bull les gestionnaires agrave cerner rapidement une seule strateacutegie agrave adopter pour eacutelaborer un systegraveme combineacute agrave haute performance agrave eacuteliminer les risques lieacutes au processus de deacuteveloppement et agrave exploiter des ressources plus efficacement

bull les ingeacutenieurs en conception agrave seacutelectionner le chauffe-eau agrave acceacuteleacuterer le deacuteveloppement drsquoune strateacutegie de controcircle applicable au systegraveme combineacute et agrave eacutetablir des speacutecifications agrave lrsquoattention des fournisseurs de composants potentiels

33 Marcheacute

Les systegravemes de chauffage combineacutes ont gagneacute des parts de marcheacute dans le sud de lrsquoOntario dans le secteur des petites reacutesidences eacuteconergeacutetiquesMecircme siaucune statistique fiable nrsquoest disponible certaines sources de lrsquoindustrie estiment qursquoau moins 30 000 systegravemes combineacutes sont installeacutes chaque anneacutee sur le marcheacute des reacutesidences neuves de lrsquoOntario Bon nombre de ces systegravemes sont installeacutes dans des maisons preacutesentant des charges de chauffage de locaux maximales de 15 kW ou moins (mecircme lorsqursquoun facteur de surdimensionnement de 40 a eacuteteacute appliqueacute aux charges de chauffage de locaux)

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Lrsquoanneacutee passeacutee le programme ENERGY STAR pour les maisons neuves (ESMN) occupait une part de marcheacute repreacutesentant environ 20 des constructions en Ontario Les entrepreneurs en construction recherchent des systegravemes combineacutes offrant des taux de performance eacuteleveacutes lorsqursquoils sont mis agrave lrsquoessai et coteacutes conformeacutement agrave la norme CSA P9 En 2014 lrsquoensemble des systegravemes combineacutes utiliseacutes dans le cadre de lrsquoinitiative ESMN devra ecirctre coteacute selon la norme

34 Pratiques en vigueur dans lrsquoindustrie

Les chauffe-eau agrave la demande ont rapidement eacutevolueacute afin de mieux reacutepondre aux besoins nord-ameacutericains en matiegravere de chauffage drsquoeau chaude domestique et ameacuteliorer le rendement eacutenergeacutetique Les systegravemes peuvent deacutesormais fonctionner agrave une plage de deacutebit drsquoeau plus importante et assurer une modulation sur une grande plage En outre de nombreux systegravemes mettent en œuvre la technologie de la condensation

Lrsquoindustrie a commenceacute par eacutelaborer des systegravemes combineacutes en utilisant des chauffe-eau agrave reacuteservoir de stockage traditionnels et un ventilo-convecteur de systegraveme de traitement drsquoair afin drsquoassurer agrave la fois le chauffage de lrsquoeau et celui des locaux Bon nombre de ces appareils eacutetaient construits sur place et speacutecialement conccedilus pour reacutepondre aux charges en vigueur Le rendement eacutenergeacutetique des systegravemes combineacutes nrsquoeacutetait pas eacutevalueacute par rapport agrave une norme et faisait donc lrsquoobjet de moins drsquoattention

Les chauffe-eau agrave condensation offrent la possibiliteacute de mettre au point des systegravemes combineacutes bien plus efficaces en matiegravere de rendement eacutenergeacutetique Les systegravemes combineacutes permettent drsquoameacuteliorer la rentabiliteacute moyennant lrsquoutilisation drsquoun chauffe-eau agrave condensation Le fait de concevoir des systegravemes combineacutes en usine permet drsquooptimiser les fonctions combineacutees et les commandes associeacutees et de proposer des appareils haute performance produisant une condensation dans la plupart des modes de fonctionnement

Certains fabricants de chauffe-eau agrave la demande commencent agrave concevoir des composants mieux adapteacutes ainsi que des systegravemes combineacutes monoblocs Il se peut que ces fabricants soient moins sensibiliseacutes aux systegravemes agrave traitement drsquoair haute performance et aux commandes associeacutees qui pourraient srsquoaveacuterer neacutecessaires pour eacutelaborer un systegraveme monobloc haute performance Le preacutesent document fournit des renseignements de base concernant les speacutecifications et le controcircle des systegravemes de traitement drsquoair des reacutesidences ainsi que des deacutetails sur la conception et le controcircle drsquoun systegraveme combineacute haute performance type

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35 Expeacuterience en matiegravere drsquoeacutevaluation

CanmetEacuteNERGIE de Ressources naturelles Canada a eacutetudieacute les systegravemes combineacutes et leurs composants pendant de nombreuses anneacuteesLe centre a effectueacute des recherches et offert une expertise et un soutien techniques pour appuyer lrsquoeacutelaboration de la norme CSA P10 applicable aux systegravemes meacutecaniques inteacutegreacutes ainsi que celle de la norme subseacutequente CSA P9 visant les systegravemes combineacutes CanmetEacuteNERGIE a eacutegalement

bull eacutevalueacute les performances des systegravemes fabriqueacutes et construits sur place dans des laboratoires gouvernementaux et indeacutependants

bull surveilleacute et analyseacute les performances des systegravemes sur le lieu de lrsquoinstallation et dans les maisons du centre canadien des technologies reacutesidentielles Bon nombre de ces projets ont eacuteteacute reacutealiseacutes en partenariat avec drsquoautres organismes gouvernementaux et entreprises de distribution de gaz

bull conccedilu des composants de systegravemes combineacutes pour des applications speacuteciales telle que celle de la communauteacute agrave eacutenergie solaire Drake Landing

Le preacutesent rapport a eacuteteacute eacutelaboreacute en tenant compte des connaissances acquises dans le cadre de ces diverses initiatives

36 Deacutefi principal Utiliser des chauffe-eau pour chauffer des locaux de maniegravere eacuteconergeacutetique

Les chauffe-eau agrave la demande peuvent offrir de tregraves bonnes performances en mode de chauffage agrave eau chaude domestique avec des tempeacuteratures drsquoeau de reacuteseau de distribution basses et les puissances thermiques eacuteleveacutees requises pour satisfaire les besoins en eau chaude Ces appareils peuvent fonctionner particuliegraverement bien lorsqursquoils fournissent les grandes quantiteacutes drsquoeau chaude utiliseacutees dans les normes drsquoessai de chauffe-eau en vigueur pour eacutevaluer leurs performances en tant que chauffe-eau

En conditions de fonctionnement combineacute les performances offertes en mode de chauffage des locaux (charges partielles incluses) sont les plus importantes Mecircme si les charges thermiques instantaneacutees sont consideacuterablement infeacuterieures lorsque lrsquoon chauffe des locaux plutocirct que lorsque lrsquoon fournit des charges de chauffage drsquoeau maximales la dureacutee des charges de chauffage des locaux est bien plus importante Il pourrait ecirctre inteacuteressant de faire en sorte que le chauffe-eau offre une condensation en mode de chauffage des locaux car la tempeacuterature de lrsquoeau qui revient des serpentins de chauffage des locaux est geacuteneacuteralement plus eacuteleveacutee que la tempeacuterature drsquoarriveacutee drsquoeau municipale que le systegraveme doit chauffer pour fournir de lrsquoeau chaude potable Eacutetant donneacute que seule une petite partie des charges annuelles de chauffage de locaux du systegraveme est reacuteellement fournie lorsque le systegraveme fonctionne aux conditions de

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reacutegime la performance en charge partielle en mode de chauffage de locaux est particuliegraverement importante pour le rendement geacuteneacuteral du systegraveme Il est bien plus important drsquoobtenir drsquoexcellentes performances lors drsquoessais de chauffage de locaux en charge partielle plutocirct qursquoagrave pleine puissance nominale lorsque lrsquoon calcule le rendement geacuteneacuteral du systegraveme

Ilest possible drsquoobtenir des reacutesultats de performance eacuteleveacutee lorsque les composants eacuteconergeacutetiques sont bien adapteacutes et que le systegraveme drsquoexploitation commande intelligemment et simultaneacutement agrave la fois le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair

37 Approche par eacutetapes

Le preacutesent rapport invite les fabricants agrave suivre les eacutetapes ci-dessous avant de proposer un systegraveme combineacute haute performance

Eacutetape 1 Cerner les charges de conception qursquoil faut prendre en compte pour prendre toutes les deacutecisions concernant le systegraveme combineacute

Eacutetape 2 Seacutelectionner un chauffe-eau en mesure de fournir des performances eacuteleveacutees dans les applications mettant en œuvre des systegravemes combineacutes

Eacutetape 3 Seacutelectionner une strateacutegie de controcircle applicable au chauffe-eau et au systegraveme de traitement drsquoair qui reacuteduit au minimum les coucircts que le fabricant doit supporter pour fournir des systegravemes combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessaiselon la norme P9

Eacutetape 4 Seacutelectionner drsquoautres composants de systegravemes combineacutes (tels que des serpentins des moteurs de ventilateur et les commandes associeacutees)

Eacutetape 5 Exeacutecuter des essais agrave lrsquointerne afin drsquoeacutetablir les performances des systegravemes combineacutes de maniegravere agrave pouvoir les mettre agrave niveau selon les besoins avant de les expeacutedier agrave un laboratoire indeacutependant agrave des fins de veacuterification

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4 Charges de calcul ndash performances selon la norme CSA p9

41 Facteur de performance thermique (FPT)

Le FPT correspond agrave la mesure de performance eacutenergeacutetique cleacute de la norme CSA P9 Ce facteur combine les cotes de performance du chauffage des locaux et celles du chauffage de lrsquoeau et fait une moyenne pondeacutereacutee selon la charge des deux types de chauffage pour geacuteneacuterer la mesure de performance globale Lrsquoannexe B de la norme CSA P9 fournit des explications deacutetailleacutees sur la maniegravere dont les facteurs de pondeacuteration ont eacuteteacute eacutelaboreacutes et sur les raisons de leur eacutelaboration

La preacutesente section preacutesente quelques facteurs cleacutes ainsi qursquoun graphique (tableau 3) que les fabricants peuvent utiliser pour deacuteterminer les reacutesultats drsquoessai ayant la plus forte incidence sur le reacutesultat FPT de leurs produits

Comme le chauffage des locaux constitue geacuteneacuteralement la charge dominante au sein des maisons canadiennes la pondeacuteration du rendement global des systegravemes de chauffage combineacutes est domineacutee par le chauffage des locaux Les reacutesultats drsquoessai du chauffage des locaux en charge partielle offrent la pondeacuteration la plus importante pour deacuteterminer les performances de chauffage des locaux des systegravemes combineacutes et par conseacutequent le FPT

Les systegravemes combineacutes qui optimisent les performances de chauffage de locaux en charge partielle preacutesenteront des FPT plus eacuteleveacutes que les systegravemes conccedilus pour offrir des performances agrave pleine charge

Ilest possible de mettre en place des strateacutegies de controcircle intelligentes pendant les essais de rendement reacutealiseacutes conformeacutement agrave la norme CSA P9 Par exemple le systegraveme de controcircle peut commencer agrave fonctionner en mode de chauffage de locaux en acheminant une tempeacuterature plus basse au systegraveme de traitement drsquoair et en programmant une vitesse de ventilation infeacuterieure Il est possible drsquoaugmenter progressivement ces deux paramegravetres si la charge nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai speacutecifieacute De mecircme des strateacutegies de controcircle mettant en œuvre une fonction de deacutetection de charge tel qursquoun controcircle de reacuteglage exteacuterieur peuvent offrir des ameacuteliorations de rendement identiques et peuvent ecirctre simuleacutees pendant les essais Ceci est particuliegraverement important lorsque lrsquoon cherche agrave veacuterifier le rendement des systegravemes de chauffage de locaux en charge partielle

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42 Chauffage de lrsquoeau

Les normes drsquoessai applicables aux systegravemes de chauffage de lrsquoeau (norme P9 incluse) partent du principe que la charge de chauffage de lrsquoeau annuelle est de 4 400 kWh (environ 12 kWh par jour) pour chaque maison Dans la norme P9 la valeur de performance drsquoun systegraveme combineacute utiliseacute en tant que chauffe-eau est deacutesigneacutee laquo facteur de performance du chauffage de lrsquoeau raquo (FPCE) Mecircme si la norme P9 offre une souplesse accrue en ce qui a trait aux parameacutetrages des commandes compareacute aux normes reacutegissant des chauffe-eau autonomes le FPCE est analogue agrave une cote de facteur eacutenergeacutetique (FE) et les cotes numeacuteriques devraient ecirctre identiques

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43 Chauffage des locaux

Tout systegraveme de chauffage de locaux doit ecirctre capable de fournir sa puissance de chauffage de locaux nominale lorsque les commandes lrsquoexigent Par contre les systegravemes de chauffage de locaux ont uniquement besoin de fournir leur puissance de chauffage de pointe pour tout au plus quelques jours pendant lrsquoanneacutee La norme CSA P9 reconnaicirct que des systegravemes fonctionneront en conditions de charge partielle la plupart du temps et eacutenonce des cotes de rendement de chauffage de locaux baseacutees sur des essais directs impliquant des charges totales et partielles Les systegravemes combineacutes sont mis agrave lrsquoessai dans des conditions de charges eacutequivalant agrave 100 40 et 15 de leurs capaciteacutes de chauffage des locaux Les reacutesultats sont combineacutes de maniegravere agrave obtenir une efficaciteacute de chauffage composite (ECC) qui pondegravere plus fortement les conditions de charge partielle La formule associeacutee et la repreacutesentation graphique correspondante extraites de la norme P9 se preacutesentent comme suit

ECC = 01 de rendement net agrave 100 + 06 de rendement net agrave 40 + 03 de rendement net agrave 15

La figure 1 illustre la quantiteacute de charge de chauffage annuelle pouvant ecirctre reacutepartie vers diffeacuterents points drsquoexploitation

Pourcentage de la charge de chauffage annuelle

Figure 1 Courbe de charge-dureacutee pour le chauffage des locaux (tireacutee de la norme CSA P9-11)

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44 Importance relative des charges de chauffage des locaux et de lrsquoeau

Les commandes du systegraveme de chauffage combineacute sont pleinement fonctionnelles pendant tous les essais et ne sont pas reacutegleacutees manuellement une fois les premiers essais en cours Le choix du fabricant concernant la strateacutegie de controcircle les paramegravetres de tempeacuterature et de deacutebit drsquoair et drsquoeau et les composants utiliseacutes aura une incidence sur la capaciteacute de chauffage de pointe des locaux ainsique sur le rendement agrave la puissance maximale Les systegravemes preacutesentant des capaciteacutes de chauffage nominales infeacuterieures seraient normalement installeacutes pour chauffer des reacutesidences ayant des charges de calcul plus petites Comme nous lrsquoavons indiqueacute preacuteceacutedemment la norme P9 prescrit les mecircmes charges de chauffage drsquoeau pour tous les systegravemes mis agrave lrsquoessai peu importe la capaciteacute Par conseacutequent plus la capaciteacute de chauffage des locaux est petite plus lrsquoimportance relative du chauffage de lrsquoeau sur le FPT est grandeCe principe est illustreacute agrave la figure 2 qui preacutesente les charges annuelles relatives de chauffage drsquoeau et des locaux pour des systegravemes mixtes ayant des charges de chauffage des locaux nominales de 5 kW et 10 kW respectivement

25000 Chauffage des locaux Eau chaude domesZque (ECD)

20000

Consom

maZ

ondeacuten

ergie(kWhan) 20000

15000

10000 10000

4400 44005000

0 Puissance de chauffage des locaux Puissance de chauffage des locaux

de10 kW de5kW

Figure 2 Comparaison de la consommation drsquoeacutenergie pour le chauffage et lrsquoeau chaude (kWhan) dans le cas des systegravemes combineacutes de 10 kW et 5 kW

Les charges thermiques eacutenonceacutees dans la norme P9 sont deacutecrites dans le tableau 2 et les pondeacuterations relatives des reacutesultats drsquoessais de performance individuels dans le facteur de performance thermique (FPT) globalde la norme CSA P9 applicable aux

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systegravemes combineacutes offrant trois capaciteacutes de chauffage de locaux diffeacuterentes sont preacutesenteacutees dans le tableau 3

Tableau 2 Charges thermiques annuelles (kWhan) de la norme P9 applicables aux systegravemes combineacutes affichant des puissances nominales de chauffage des locaux de 5 10 et 15 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 5 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 10 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 15 kW

Chauffage des locaux Pleine charge

1 000 kWhan 2 000 kWhan 3 000 kWhan

Chauffage des locaux 40 de la charge

6 000 kWhan 12 000 kWhan 18 000 kWhan

Chauffage des locaux 15 de la charge

3 000 kWhan 6 000 kWhan 9 000 kWhan

Chauffage de lrsquoeau 4 400 kWhan 4 400 kWhan 4 400 kWhan

Total 14 400 kWhan 24 400 kWhan 34 400 kWhan

Tableau 3 Pondeacuterations de charge de la norme P9 pour des systegravemes combineacutes affichant des puissances nominales de chauffage des locaux de 5 10 et 15 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 5 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 10 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 15 kW

Chauffage des locaux Pleine charge

7 8 9

Chauffage des locaux 40 de la charge

42 49 52

Chauffage des locaux 15 de la charge

21 25 26

Chauffage de lrsquoeau 31 18 13

Total 100 100 100

Ilest important de consulter ces donneacutees avec un certain reculet de comprendre les pondeacuterations relatives des reacutesultats drsquoessai sur le FPT annuel On remarque que

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lrsquoincidence des performances du systegraveme pendant lrsquoessaide chauffage des locaux avec 40 de puissance nominale de chauffage de locaux sur la cote annuelle est la plus importante (42 agrave 52 ) suivie par lrsquoincidence des performances avec 15 de puissance nominale de chauffage des locaux (21 agrave 26 ) Les pondeacuterations de ces reacutesultats drsquoessai augmentent encore plus agrave mesure que la puissance nominale de chauffage des locaux deacutepasse la plage illustreacutee dans le tableau 3

Des rapports inteacuteressants eacutemanant de constructeurs de maisons de lrsquoOntario indiquent qursquoon installe plus souvent des systegravemes combineacutes dans des reacutesidences dont les charges de chauffage nominales se situent entre 7 et 10 kW Selon les codes drsquoinstallation des systegravemes de chauffage et les guides de dimensionnement recommandeacute de lrsquoindustrie les systegravemes combineacutes ayant des capaciteacutes de chauffage nominales comprises entre 10 et 15 kW conviendraient parfaitement agrave ce type de reacutesidences Dans le cas des systegravemes combineacutes inclus dans cette plage de capaciteacute les reacutesultats drsquoessai de chauffage des locaux en charge partielle ont une pondeacuteration drsquoenviron 75 dans la cote de performance thermique annuelle

En commenccedilant par un local dont le rendement du composant de chauffage de lrsquoeau du systegraveme combineacute est deacutejagrave eacuteconergeacutetique (voir lrsquoarticle 11) cette pondeacuteration permet de savoir ougrave il faut deacuteployer le plus gros effort au moment de concevoir un systegraveme de chauffage combineacute haute performance

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5 Chauffage de lrsquoeau domestique

La premiegravere eacutetape agrave suivre pour concevoir un systegraveme combineacute haute performance consiste agrave seacutelectionner le chauffe-eau approprieacute Cette section a pour but drsquoaider les fabricants agrave deacutenicher rapidement les modegraveles potentiels

Parmi les caracteacuteristiques que devraient avoir les chauffe-eau agrave la demande figurent

bull la modulation ndash performances de chauffage de lrsquoeau efficaces sur toute la plage depuis les deacutebits drsquoeau nominaux minimaux jusqursquoaux deacutebits maximaux

ndash rapport de reacuteglage eacuteleveacute

ndash capaciteacute agrave fournir suffisamment drsquoeau chaude pour reacutepondre agrave des besoins en chauffage de lrsquoeau typiques

ndash capaciteacute agrave fonctionner avec des deacutebits drsquoeau chaude minimauxDe nombreux chauffe-eau agrave la demande actuellement sur le marcheacute peuvent selon le classement de leur fabricant ecirctre utiliseacutes avec des deacutebits drsquoeau chaude de 2 Lmin (05 gal USmin) ou moins Certains systegravemes neacutecessitent des deacutebits plus importants

bull performance en matiegravere de condensation ndash ilsrsquoagit des performances nominales de condensation sur toute la plage des charges et des allures de chauffe

ndash commandes geacuterant de faccedilon approprieacutee le rapport combustible-deacutebit drsquoair de maniegravere agrave maintenir le rendement de la combustion quelle que soit la charge

ndash paramegravetres de commande optimiseacutes par la charge qui permettent de deacuteterminer lrsquoimportance et les types de charges et de reacuteagir en conseacutequence avec de meilleurs paramegravetres de commande pour que le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair fonctionnent ensemble

ndash cycles courts avant et apregraves la purge permettant de reacuteduire au minimum les temps de reacuteponse et les pertes laquo par cycle raquo et de reacuteduire la consommation drsquoeacutelectriciteacute

ndash faible consommation en mode drsquoalimentation de secours

ndash ventilation directe des produits de combustion afin drsquoeacuteviter lrsquoeacutemanation de combustible et les risques de deacutepressurisation

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Pour acceacuteleacuterer le processus de seacutelection du chauffe-eau de base il sera plus facile de commencer par consulter les donneacutees que le fabricant peut deacutetenir (ou qursquoil peut facilement produire) concernant ses propres produits en mode de chauffage drsquoeau Lrsquoobjectif est de commencer avec un geacuteneacuterateur de chaleur qui preacutesente un rendement eacutenergeacutetique nominal de 90 ou plus sur une grande plage de fonctionnement

Si le chauffe-eau qursquoon envisage drsquoutiliser en tant que moteur thermique ou geacuteneacuterateur de chaleur pour un systegraveme de chauffage combineacute monobloc ne reacutepond pas aux exigences ci-dessus il est recommandeacute de reacuteviser attentivement son choix Dans certains cas il est possible de seacutelectionner diffeacuterents composants diffeacuterentes commandes ou diffeacuterents paramegravetres de commande pour surmonter les lacunes en matiegravere de rendement Les possibiliteacutes drsquoameacuteliorer de faccedilon appreacuteciable les performances de chauffage drsquoeau drsquoun chauffe-eau agrave la demande sans affecter son certificat de seacutecuriteacute sont limiteacutees Du coup le fait de seacutelectionner un chauffe-eau diffeacuterent plus rentable sur le plan eacutenergeacutetique peut constituer un choix plus opportun

La norme canadienne drsquoessai et drsquoeacutevaluation CSA P7 applicable aux chauffe-eau agrave la demande fait eacutetat drsquoune tempeacuterature drsquoeau drsquoarriveacutee courante de 144 degC (58 degF) et drsquoune tempeacuterature de sortie de 577 degC (135 degF) pour les essais et lrsquoeacutevaluation des performances nominales Le tableau 4 compare les caracteacuteristiques de rendement eacutenergeacutetique de deux chauffe-eau agrave la demande theacuteoriques avec les systegravemes fonctionnant agrave plusieurs deacutebits drsquoeau diffeacuterents en utilisant les mecircmes hypothegraveses de tempeacuteratures drsquoeau que la norme P7 Bien que les eacutevaluations de performance maximale du premier modegravele soient supeacuterieures agrave celles du second modegravele (avec des deacutebits drsquoeau de 114 et 76 Lmin) les performances de chauffage ameacutelioreacutees du second modegravele agrave des deacutebits drsquoeau infeacuterieurs en font un meilleur candidat pour jouer le rocircle drsquoun geacuteneacuterateur de chaleur dans un systegraveme combineacute du fait du pourcentage de temps eacuteleveacute pendant lrsquoanneacutee durant lequel un systegraveme combineacute fonctionne agrave de faibles charges pour assurer le chauffage des locaux

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Tableau 4 Comparaison des caracteacuteristiques de rendement eacutenergeacutetique de la norme P7 pour deux chauffe-eau theacuteoriques

Deacutebit (Lmin) Deacutebit (gal USmin) Exemple modegravele 1

Exemple modegravele 2

114 3 95 92

76 2 95 90

38 1 83 92

19 05 79 92

Recommandation Choix mal adapteacute dans le cas drsquoun systegraveme combineacute

Choix mieux adapteacute dans le cas drsquoun systegraveme combineacute

On constate que les valeurs de rendement eacutenergeacutetique pour la plage de deacutebits drsquoeau utiliseacutes agrave des fins de deacutemonstration dans le tableau 4 ne seraient pas interchangeables avec les facteurs eacutenergeacutetiques (FE) coteacutes pour les mecircmes chauffe-eau eacutetant donneacute que les conditions eacutenonceacutees dans le tableau 4 ne correspondent pas aux installations meacutethodes drsquoessais et charges de chauffage drsquoeau speacutecifieacutees dans la norme CSA P7 applicable aux chauffe-eau agrave la demande Les valeurs de rendement eacutenergeacutetique theacuteoriques du tableau 4 sont preacutesenteacutees simplement pour deacutemontrer que les performances de chauffage de lrsquoeau de certains types de chauffe-eau peuvent changer agrave mesure que le deacutebit (p ex la charge de chauffage de lrsquoeau) change Les changements de rendement eacutenergeacutetique du systegraveme de chauffage de lrsquoeau en fonction de la charge ne sont pas complegravetement pris en compte dans les eacutevaluations de performance FE normaliseacutees applicables aux chauffe-eau Afin drsquoeacuteviter toute confusion il est recommandeacute drsquoutiliser lrsquoexpression laquo Facteur eacutenergeacutetique raquo (ou FE) uniquement pour deacutesigner des cotes drsquoessais de chauffe-eau standard eacutelaboreacutees agrave partir drsquoessais et de calculs respectant scrupuleusement la norme drsquoeacutevaluation CSA P7 applicable aux chauffe-eau agrave la demande ou la norme CSA P3 applicable aux chauffe-eau agrave reacuteservoir de stockage reacutesidentiels

Apregraves avoir eacutetudieacute le rendement eacutenergeacutetique des geacuteneacuterateurs de chaleur potentiels sur toutes leurs plages de fonctionnement preacutevues dans le cadre drsquoun systegraveme combineacute il est possible de seacutelectionner de maniegravere aviseacutee un chauffe-eau adapteacute aux applications preacutevues Une fois cette eacutetape reacutealiseacutee le fabricant de systegravemes de chauffage combineacutes doit opter pour une strateacutegie de controcircle avant de seacutelectionner les autres composants du systegraveme

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6 Conception des systegravemes combineacutes

61 Incidence des pondeacuterations de charge

Conditions de chauffage des locaux en charge partielle Pour obtenir une excellente cote drsquoessai selon la norme CSA P9 il faut avant tout se concentrer sur le chauffage des locaux en charge partielle Le rendement en conditions de chauffage de locaux en charge partielle permettra de deacuteterminer 90 de la cote drsquoefficaciteacute de chauffage composite (ECC) Dans le cas drsquoun systegraveme de chauffage combineacute offrant une puissance de chauffage drsquoespace nominale de 10 kW 75 de la valeur FPT seront deacuteduits agrave partir des reacutesultats de lrsquoessai en charge partielle Dans le cas drsquoun systegraveme offrant une puissance de chauffage des locaux de 15 kW les reacutesultats des performances de chauffage des locaux en charge partielle repreacutesenteront presque 80 du facteur de performance thermique global

Reacuteduction des tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour Les chauffe-eau qui preacutesentent drsquoexcellentes cotes avec des tempeacuteratures basses de lrsquoeau drsquoalimentation du reacuteseau principalfonctionneront moins bien sila tempeacuterature drsquoarriveacutee augmente La preacutesence de tempeacuteratures drsquoeau de retour plus chaudes pendant le mode de chauffage des locaux contribuera agrave reacuteduire le rendement eacutenergeacutetique Le fait de reacutepondre aux demandes de chauffage des locaux en utilisant des paramegravetres de commande qui reacuteduisent au minimum les tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour en conditions de charge partielle peut contribuer agrave optimiser le rendement de combustion

62 Strateacutegies de conception

Un des plus gros avantages du chauffe-eau agrave la demande tient au fait que theacuteoriquement il peut geacuteneacuterer diffeacuterentes tempeacuteratures drsquoeau drsquoalimentation pour satisfaire les charges de chauffage de lrsquoeau et des locaux Il peut eacutegalement faire varier du tout au tout la tempeacuterature de lrsquoeau qursquoil fournit pour satisfaire diffeacuterentes charges de chauffage des locaux Cet aspect est essentiel pour continuer de fournir le mecircme chauffage de lrsquoeau agrave un rendement eacuteleveacute et produire un chauffage des locaux agrave charge partielle tregraves efficace

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Nous allons passer en revue deux concepts de systegravemes combineacutes

bull la strateacutegie 1 utilise une tempeacuterature drsquoeau constante pour toutes les charges

bull la strateacutegie 2 consiste agrave faire varier la tempeacuterature de lrsquoeau en fonction de la charge

La premiegravere strateacutegie est celle qui neacutecessite le moins de changement compareacute aux pratiques actuelles elle correspond souvent au premier reacuteflexe Elle est preacutesenteacutee icidans le but principalde mettre en lumiegravere certains deacutefis inheacuterents en matiegravere de performance

La deuxiegraveme strateacutegie repreacutesente une option bien plus rentable pour atteindre des niveaux de performance eacuteleveacutes tant sur le terrain que lors des essais exeacutecuteacutes conformeacutement agrave la norme CSA P9 Lrsquoexpeacuterience montre qursquoelle offre un niveau de performance eacuteleveacute agrave un coucirct moindre pour le fabricant

Le fait drsquoutiliser une pompe agrave vitesse variable dans le systegraveme de traitement de lrsquoair peut eacutegalement ameacuteliorer le rendement eacutenergeacutetique La strateacutegie 2 est axeacutee sur une tempeacuterature drsquoalimentation variable les chauffe-eau agrave la demande pouvant offrir cette fonction plus rapidement Il est peu courant de voir des pompes agrave vitesse variable dans les appareils de traitement de lrsquoair pour lrsquoinstant

Pour ces exemples

bull les deux types de systegravemes combineacutes seront preacutesenteacutes en utilisant le mecircme chauffe-eau agrave la demande agrave condensation et agrave modulation

bull les pondeacuterations de performance FPT applicables agrave un systegraveme combineacute preacutesentant une charge nominale de chauffage de locaux de 10 kW seront utiliseacutees agrave titre indicatif pour illustrer chacune de ces strateacutegies

63 Strateacutegie 1 Tempeacuterature drsquoeau constante

Ce systegraveme de chauffage combineacute respecte la regravegle eacutetablie et preacutevoit uniquement lrsquoutilisation de composants plus efficaces pour ameacuteliorer les performancesIlarrive qursquoil soit souvent consideacutereacute en premier lieu car les commandes peuvent rester telles quelles dans un systegraveme pour lequel un fabricant fournit le chauffe-eau agrave la demande tandis qursquoun autre fabricant fournit le systegraveme de traitement drsquoair

Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair Le chauffe-eau ne sait pas si une demande concerne un chauffage de lrsquoeau ou un chauffage de locaux Il deacutetecte une demande et fournit de lrsquoeau chaude agrave une tempeacuterature constante Pour satisfaire la charge de chauffage de pointe des locaux il est geacuteneacuteralement reacutegleacute agrave 60 degC (140 degF) Le systegraveme de traitement drsquoair ne contribue pas eacutenormeacutement agrave faire grimper la puissance de chauffage de locaux Il utilise geacuteneacuteralement

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un ou deux reacuteglages de vitesse de ventilateur soufflant Eacutetant donneacute que le fonctionnement prolongeacute drsquoun ventilateur apregraves qursquoune demande de chauffage a eacuteteacute satisfaite peut entraicircner des problegravemes de confort dus agrave des courants drsquoair froid le fonctionnement subseacutequent du ventilateur ne sera pas mis en œuvre ou sera mis en œuvre en utilisant uniquement des temps de fonctionnement courts Dans les deux sceacutenarios la chaleur sera retenue dans le serpentin et les conduites pour se dissiper par la suite pendant les peacuteriodes de deacutesactivation

Serpentin(s) de chauffage des locaux Si lrsquoon veut amplifier lrsquoefficaciteacute eacutenergeacutetique du systegraveme en mode de chauffage des locaux ilest impeacuteratif de reacuteduire au minimum les tempeacuteratures de lrsquoeau de retourDes serpentins laquo surdimensionneacutes raquo ont eacuteteacute conccedilus en vue drsquooptimiser la baisse de tempeacuterature dans lrsquoeacutechangeur de chaleur en conditions de chauffage des locaux

Conditions de chauffage des locaux en charge partielle Le systegraveme de traitement drsquoair se met en route et srsquoarrecircte pour srsquoadapter aux conditions de charge partielle ce qui a pour effet de deacuteclencher des demandes associeacutees sur le chauffe-eau

Illustration des performances selon la norme P9 Le tableau 5 donne un aperccedilu theacuteorique du type de performance que lrsquoon pourrait geacuteneacuteralement obtenir en utilisant une strateacutegie impliquant un point de consigne de tempeacuterature unique

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Tableau 5 Performances drsquoun systegraveme combineacute theacuteorique affichant une puissance de chauffage des locaux de 10 kW en utilisant une strateacutegie simple de commande de point de consigne de tempeacuterature drsquoeau unique (capaciteacute de chauffage des locaux compenseacutee par des cycles de marche-arrecirct)

Mode de fonctionne -ment

Pondeacuter-ation

Temp de lrsquoeau drsquoalimentati on (degF)

Temp de lrsquoeau de retour du reacuteseau principal (degF)

Deacutebit du systegraveme de traitement drsquoair (pi3min)

Mesure de la performance eacutenergeacutetique mode activeacute deacutesactiveacute ()

Contribution FPT

Chauffage des locaux 100

8 140 120 800 85 007

Chauffage des locaux 40

49 140 120 800 80 039

Chauffage des locaux 15

25 140 120 800 75 018

Chauffage de lrsquoeau

18 140 58 mdash 92 017

Total 100 081

Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables bull Performances globales Une cote de facteur de performance totale (FPT) de 092

placerait le systegraveme combineacute dans la plage des performances eacuteleveacutees

bull Performances en mode de chauffage de lrsquoeau Comme dans le cas du sceacutenario impliquant un point de consigne de tempeacuterature unique le systegraveme assure une condensation en mode de chauffage de lrsquoeau avec un FPCE de 92 Il serait possible drsquoameacuteliorer leacutegegraverement lrsquoefficaciteacute du systegraveme de chauffage de lrsquoeau si un point de consigne de tempeacuterature de lrsquoeau infeacuterieur agrave la valeur de 140 degF utiliseacutee dans le premier cas de figure eacutetait appliqueacute La norme P9 permet drsquoutiliser un point de consigne pouvant descendre jusqursquoagrave 120 degF dans le cas de lrsquoeau potable La tempeacuterature de consigne nrsquoa plus besoin drsquoecirctre la mecircme que celle requise pour une charge de chauffage de locaux maximale il est donc possible de la reacuteduire agrave la plage de 120 degF Pour simplifier la comparaison des deux systegravemes dans les tableaux 5 et 6 aucun point de consigne de systegraveme de chauffage drsquoeau potable reacuteduit nrsquoa pas eacuteteacute inclus dans le tableau 6

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bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge totale Dans ce mode le rendement eacutenergeacutetique est plus faible La tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation doit ecirctre au plus haut pour satisfaire la charge la tempeacuterature de lrsquoeau de retour sera donc elle aussiplus eacuteleveacutee dans ce modeComme le systegraveme fonctionnera rarement dans ce mode cette mauvaise performance ne repreacutesente qursquoune petite fraction de la pondeacuteration FPT

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge partielle Les tempeacuteratures drsquoalimentation du systegraveme de chauffage de lrsquoeau sont abaisseacutees progressivement pour satisfaire des demandes en charge partielle moindres Les tempeacuteratures peuvent ecirctre abaisseacutees bien en deccedilagrave du reacuteglage preacutevu pour le chauffage de lrsquoeau du robinet Cette condition se traduit par des tempeacuteratures drsquoeau de retour plus basses qursquoen conditions de charge totale Ces deux facteurs font que lrsquoefficaciteacute est plus importante en conditions de charge partielle qursquoen conditions de charge totale Le chauffe-eau fonctionnera en mode de condensation pour les deux points de charge de chauffage de locaux (40 et 15 )

bull Vitesse de ventilateur Eacutetant donneacute que la puissance de chauffage requise diminue la vitesse de ventilateur diminue aussiCela se traduit par un niveau sonore reacuteduit un fonctionnement du ventilateur plus long avec des cycles moins freacutequents et une reacuteduction importante de la consommation drsquoeacutenergie Cette condition peut aussi reacuteduire les plaintes lieacutees au confort le fonctionnement plus long agrave des deacutebits drsquoair reacuteduits ameacuteliorant la reacutepartition de lrsquoair chaud pendant les saisons intermeacutediaires

bull Controcircle de la tempeacuterature de lrsquoair inteacuterieur Le fait de moduler la puissance de chauffage en faisant varier la tempeacuterature de lrsquoeau et la vitesse du ventilateur peut se traduire par une tempeacuterature drsquoair inteacuterieur plus homogegravene avec des eacutecarts de tempeacuteratures moins grands au-dessus et au-dessous des points de consigne du thermostat Ce pheacutenomegravene pourrait inciter les proprieacutetaires de reacutesidence agrave augmenter le point de consigne de chauffage pour eacutetablir des conditions de confort acceptables

bull Incidences sur le zonage Le zonage sera plus compliqueacute avec un systegraveme affichant une puissance fixe et une vitesse de ventilateur unique

Ilest possible drsquoameacuteliorer la strateacutegie 1 en augmentant encore la dimension drsquoun serpentin deacutejagrave surdimensionneacute dans le systegraveme de traitement drsquoair Cette option implique toutefois des limites pratiques car des serpentins bien plus grands neacutecessiteront une plus grande quantiteacute de cuivre et un formage plus important et cela accentuera le coucirct total du systegraveme sans compter qursquoil faudra aussi preacutevoir des armoires plus grandes pour le systegraveme de traitement drsquoair De plus les pertes de chaleur par cycle augmenteront et il sera plus difficile drsquoobtenir des performances eacuteleveacutees en charge partielle Le fait drsquoappliquer la strateacutegie 1 agrave un systegraveme de chauffage combineacute agrave haute performance peut srsquoaveacuterer trop oneacutereux pour valoir le coup

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64 Strateacutegie 2 Tempeacuterature drsquoeau variable

Cette meacutethode est identique agrave celle appliqueacutee dans les appareils de chauffage agrave air chaud multieacutetage Le principe consiste agrave faire fonctionner le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair ensemble pour optimiser le rendement eacutenergeacutetique tout en reacuteduisant au minimum le coucirct et la complexiteacute des composants

Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair Cette strateacutegie consiste agrave exploiter avantageusement la capaciteacute inteacutegreacutee du chauffe-eau pour faire varier la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation La tempeacuterature du point de consigne du chauffe-eau varie en fonction de la charge de chauffage des locaux On utilise des reacuteglages de tempeacuterature drsquoeau drsquoalimentation faibles pour satisfaire aux conditions de chauffage des locaux en charge partielle On fait eacutegalement varier les vitesses du ventilateur du systegraveme de traitement drsquoair en srsquoappuyant sur un principe de controcircle de reacuteglage exteacuterieur ou de minuterie pour augmenter les paramegravetres Lorsqursquoune demande de chaleur a eacuteteacute satisfaite le ventilateur continue de fonctionner agrave des vitesses reacuteduites pour eacuteviter les problegravemes lieacutes aux courants froids et au bruit Du coup le serpentin et les conduites retiennent moins de chaleur et on deacuteplore moins de perte de chaleur par la suite compareacute au premier cas de figure Le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair doivent tous deux cerner la demande qursquoils sont censeacutes satisfaire Leurs commandes ne doivent pas pour autant ecirctre physiquement inteacutegreacutees drsquoune faccedilon ou drsquoune autre Cette strateacutegie de controcircle est traiteacutee plus en deacutetail agrave la section 40

Serpentin(s) de chauffage de locaux Pour simplifier la comparaison nous partirons du principe que des serpentins laquo surdimensionneacutes raquo similaires sont utiliseacutes comme dans le premier cas de figure de sorte que les performances du chauffage de pointe des locaux soient identiques dans les deux cas

Conditions de chauffage de locaux en charge partielle Le chauffe-eau relegraveve une demande de chauffage de locaux et se met en route en acheminant une eau drsquoalimentation agrave basse tempeacuterature au systegraveme de traitement drsquoair Si la demande de chauffage nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute le chauffe-eau augmente progressivement la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation Le systegraveme de traitement drsquoair surveille la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation et augmente progressivement la vitesse du ventilateur lorsque la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation est plus eacuteleveacutee

Illustration des performances P9 Le tableau 6 donne une preacutesentation theacuteorique du type de rendement que lrsquoon peut obtenir en appliquant une strateacutegie de controcircle simple mettant en œuvre des

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tempeacuteratures drsquoeau et des vitesses de ventilateur variables Les tempeacuteratures et les deacutebits drsquoair du ventilateur preacutesenteacutes dans le tableau 6 ont eacuteteacute choisis agrave titre indicatif uniquement Ils ne repreacutesentent pas des reacuteglages pleinement optimiseacutes applicables agrave un systegraveme de chauffage combineacute

Tableau 6 Performances drsquoun systegraveme de chauffage combineacute theacuteorique offrant une puissance de chauffage des locaux de 10 kW en utilisant une strateacutegie de controcircle de tempeacuteratures drsquoeau et de vitesses de ventilateur variables (variation de la capaciteacute de chauffage des locaux par modulation du deacutebit drsquoair et de la tempeacuterature de lrsquoeau)

Mode de fonctionne -ment

Pondeacuter-ation

Temp de lrsquoeau drsquoalimen-tation (degF)

Temp de lrsquoeau de retour du reacuteseau principal (degF)

Deacutebit du systegraveme de traitement drsquoair (pi3min)

Mesure de la performance eacutenergeacutetique mode activeacute deacutesactiveacute ()

Contribution FPT

Chauffage des locaux 100

8 140 120 800 85 007

Chauffage des locaux 40

49 110 102 600 92 045

Chauffage des locaux 15

25 90 87 500 94 023

Chauffage de lrsquoeau

18 140 58 --- 92 016

Total 100 092

Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables bull Performances globales Une cote de facteur de performance totale (FPT) de 092

placerait le systegraveme combineacute dans la plage des performances eacuteleveacutees

bull Performances en mode de chauffage de lrsquoeau Comme dans le cas du sceacutenario impliquant un point de consigne de tempeacuterature unique le systegraveme assure une condensation en mode de chauffage de lrsquoeau avec un FPCE de 92 Il serait possible drsquoameacuteliorer leacutegegraverement lrsquoefficaciteacute du systegraveme de chauffage de lrsquoeau si un point de consigne de tempeacuterature de lrsquoeau infeacuterieur agrave la valeur de 140 degF utiliseacutee dans le premier cas de figure eacutetait appliqueacute La norme P9 permet drsquoutiliser un point de

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consigne pouvant descendre jusqursquoagrave 120 degF dans le cas de lrsquoeau potable La tempeacuterature de consigne nrsquoa plus besoin drsquoecirctre la mecircme que celle requise pour une charge de chauffage de locaux maximale il est donc possible de la reacuteduire agrave la plage de 120 degF Pour simplifier la comparaison des deux systegravemes dans les tableaux 5 et 6 aucun point de consigne de systegraveme de chauffage drsquoeau potable reacuteduit nrsquoa pas eacuteteacute inclus dans le tableau 6

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge totale Dans ce mode le rendement eacutenergeacutetique est plus faible La tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation doit ecirctre au plus haut pour satisfaire la charge la tempeacuterature de lrsquoeau de retour sera donc elle aussi plus eacuteleveacutee dans ce mode Comme le systegraveme fonctionnera rarement dans ce mode cette mauvaise performance ne repreacutesente qursquoune petite fraction de la pondeacuteration FPT

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge partielle Les tempeacuteratures drsquoalimentation du systegraveme de chauffage de lrsquoeau sont abaisseacutees progressivement pour satisfaire des demandes en charge partielle moindres Les tempeacuteratures peuvent ecirctre abaisseacutees bien en deccedilagrave du reacuteglage preacutevu pour le chauffage de lrsquoeau du robinet Cette condition se traduit par des tempeacuteratures drsquoeau de retour plus basses qursquoen conditions de charge totale Ces deux facteurs font que lrsquoefficaciteacute est plus importante en conditions de charge partielle qursquoen conditions de charge totale Le chauffe-eau fonctionnera en mode de condensation pour les deux points de charge de chauffage de locaux (40 et 15 )

bull Vitesse de ventilateur Eacutetant donneacute que la puissance de chauffage requise diminue la vitesse de ventilateur diminue aussiCela se traduit par un niveau sonore reacuteduit un fonctionnement du ventilateur plus long avec des cycles moins freacutequents et une reacuteduction importante de la consommation drsquoeacutenergie Cette condition peut aussi reacuteduire les plaintes lieacutees au confort le fonctionnement plus long agrave des deacutebits drsquoair reacuteduits ameacuteliorant la reacutepartition de lrsquoair chaud pendant les saisons intermeacutediaires

bull Controcircle de la tempeacuterature de lrsquoair inteacuterieur Le fait de moduler la puissance de chauffage en faisant varier la tempeacuterature de lrsquoeau et la vitesse du ventilateur peut se traduire par une tempeacuterature drsquoair inteacuterieur plus homogegravene avec des eacutecarts de tempeacuteratures moins grands au-dessus et au-dessous des points de consigne du thermostat

La strateacutegie 2 (tempeacuterature drsquoeau variable) peut donner lieu agrave lrsquoeacutelaboration drsquoun systegraveme de chauffage combineacute efficace preacutesentant de bonnes performances lorsqursquoil est mis agrave lrsquoessai selon la norme CSA P9 et lorsqursquoil est installeacute dans une vraie reacutesidence Les niveaux de performance varieront en fonction des composants seacutelectionneacutes et des speacutecificiteacutes de lrsquoordonnancement des commandes

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7 Commandes

Les commandes geacuteneacuteriques exigeacutees pour mettre en œuvre la strateacutegie privileacutegieacutee impliquant une tempeacuterature variable quia eacuteteacute deacutecrite dans la derniegravere section peuvent srsquoaveacuterer relativement simples Quelques chauffe-eau agrave la demande proposent deacutejagrave des commandes de reacuteglage de tempeacuterature Les commandes de tempeacuterature des chauffe-eau agrave la demande types ne sont toutefois pas systeacutematiquement configureacutees pour offrir une fonction de reacuteglage de tempeacuterature baseacutee sur la charge Quasiment tous les chauffe-eau agrave la demande actuellement disponibles sont eacutequipeacutes pour accueillir des commandes de tempeacuterature inteacutegreacutees ou monteacutees agrave distance permettant agrave lrsquoutilisateur de reacutegler manuellement la tempeacuterature drsquoalimentation agrave partir du chauffe-eau

En principe il devrait ecirctre possible de concevoir un module drsquointerface de commande simple qui viendrait se brancher dans les fiches de connexion de la commande de tempeacuterature existante La nouvelle commande simulerait lrsquoaction du controcircleur de tempeacuterature standard reacutegleacute manuellement de maniegravere agrave offrir une fonction de reacuteinitialisation de tempeacuterature automatique du chauffe-eau Toutes les commandes de seacutecuriteacute resteraient fonctionnelles

Une strateacutegie de controcircle simple peut offrir des performances eacuteleveacutees Les facteurs cleacutes agrave prendre en compte sont les suivants

bull deacuteterminer si une demande tient compte des besoins en chauffage drsquoeau chaude domestique

bull en mode de chauffage des locaux uniquement utiliser une minuterie ou un controcircle de reacuteglage exteacuterieur (ou un capteur de charge infeacuterentielle similaire) pour faire augmenter progressivement la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation

bull preacutevoir un systegraveme de traitement drsquoair faisant varier le deacutebit drsquoair en fonction de la tempeacuterature de lrsquoeau qui arrive dans lrsquoappareil du deacutelai pendant lequel une demande de chauffage perdure ou drsquoun signal direct du capteur de commande de charge

Ilest inteacuteressant de souligner que le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair nrsquoont pas besoin de communiquer directement ni de posseacuteder des commandes communes pour mettre en œuvre certaines des strateacutegies de controcircle deacutecrites

Lorsque les commandes du systegraveme deacutetectent qursquoune demande de chauffage a eacuteteacute satisfaite le systegraveme de traitement drsquoair devrait continuer de fonctionner suffisamment longtemps pour extraire toute la chaleur reacutesiduelle du serpentin et la transfeacuterer vers le courant drsquoair Pour eacuteviter les problegravemes de confort thermique il est souhaitable de reacuteduire la vitesse du ventilateur pendant cette peacuteriode de temporisation de la

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ventilation Le fonctionnement continu du ventilateur avec un reacuteglage de vitesse faible offrira automatiquement cette fonctionnaliteacute sans neacutecessiter de quelconques commandes intelligentes Cette option aurait lrsquoavantage suppleacutementaire drsquoassurer une reacutepartition de la tempeacuterature uniforme agrave lrsquointeacuterieur de la reacutesidence Elle serait eacutegalement utile pour reacutepartir lrsquoair frais si le systegraveme combineacute est installeacute avec un ventilateur-reacutecupeacuterateur de chaleur (VRC) ou un autre type de systegraveme de ventilation

Des commandes soigneusement conccedilues contribueront en bout de ligne agrave assurer ou reacutetablir lrsquoefficaciteacute du systegraveme combineacute Les commandes devraient ecirctre en mesure de deacuteterminer srsquoil y a une demande de chauffage des locaux ou de chauffage de lrsquoeau ou une demande concernant les deux modes Les commandes devront deacuteterminer lrsquoamplitude de chaque charge et reacutepondre de maniegravere approprieacutee en faisant varier certains paramegravetres agrave la fois pour le systegraveme de chauffage des locaux (systegraveme de traitement drsquoair par exemple) et pour le geacuteneacuterateur de chaleur (notamment si la source de chauffage est un chauffe-eau agrave la demande) En cas de demande de chauffage drsquoeau eacuteleveacutee il se peut qursquoune solution de commande prioritaire drsquoeau chaude domestique constitue la meilleure option Les commandes peuvent deacuteduire lrsquoamplitude des charges de chauffage des locaux au moyen de divers meacutecanismes y compris en surveillant les cycles de fonctionnement du thermostat et de signaux drsquoentreacutes directs transmis par une commande de charge infeacuterentielle telle qursquoune commande de reacuteglage exteacuterieur

La figure 3 preacutesente un algorithme simplifieacute de commandes geacuteneacuteriques pour la section chauffe-eau drsquoun systegraveme combineacute utilisant quatre eacutetapes de reacuteglage de tempeacuterature drsquoeau pour le chauffage des locaux et une seule pour le chauffage de lrsquoeau

La logique de commande illustreacutee agrave la figure 3 constitue uniquement un exemple de strateacutegie de controcircle rudimentaire qui pourrait ecirctre utiliseacutee pour assurer des performances eacuteleveacutees dans des modes de chauffage de locaux sans neacutecessiter lrsquoutilisation de composants oneacutereuxLrsquoalgorithme de commande pourrait ecirctre ameacutelioreacute si le controcircleur avait lrsquointelligence neacutecessaire pour lui permettre drsquoassimiler les eacutetapes de chauffage requises en surveillant la dureacutee des demandes de chauffage des locaux sur plusieurs cycles de chauffage reacutecents

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e

Mode drsquoattente Chauffe-eauagrave la demande en attente de signal

Demande de chauffage (lrsquoeaucircule dans le chauffe-eau)

Demandedrsquoeauchaude

domestique

Activationdu chauffagede lrsquoeacutetape 1 THERM90 ordmF Ventilateur Vitesse 1 Deacuteclencherle minuteursur 5 min

Demandesatisfaite avantlrsquoexpiration

du deacutelaiduminuteur

Oui

Oui

No

Reacuteglage du THERM sur le point de consigne de lrsquoeau chaude domestique THERM = 140 degF Couperlecirculateurde chauffagedelocaux (facultatif) Attendre lafin de la demande drsquoeau chaude domestique

Demande de

chauffage satisfait

Non

Oui

Activation du chauffage de lrsquoeacutetape 2 THERM = 105 degF Ventilateur Vitesse 2 Deacuteclencher le minuteur sur3 min

Activation du chauffage de lrsquoeacutetape 3 THERM = 120 degF Ventilateur Vitesse 3 Deacuteclencher le minuteur sur3 min

Activation du chauffage MAX THERM = 140 degF Ventilateur Vitesse 4 Mettrefin agravelademande de chauffage

Figure 3 Logique de lrsquoalgorithme simplifieacute de commande de chauffe-eau pour unsceacutenario de chauffage en quatre eacutetapes

Voici trois options de commande de vitesse de ventilateur de systegraveme de traitement drsquoair associeacutees agrave la meacutethode de chauffage drsquoeau illustreacutee agrave la figure 3

Commandes indirectes baseacutees sur la tempeacuteratureRaccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont bien distinctes les unes des autres mais elles fonctionnement de maniegravere compleacutementaire

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Principe de fonctionnement Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetecte la tempeacuterature de lrsquoeau chaude drsquoadmissionPlus la tempeacuterature de lrsquoeau est eacuteleveacutee plus les commandes du systegraveme de traitement drsquoair augmentent le deacutebit drsquoair

Discussion Les commandes du chauffe-eau augmentent la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque la demande nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetecte la tempeacuterature plus eacuteleveacutee et fait circuler plus drsquoair dans les serpentins pour lrsquoutiliser

Aspect meacutecanique Un puits de tempeacuterature est installeacute dans la conduite drsquoeau drsquoalimentation drsquoarriveacutee agrave lrsquointeacuterieur du systegraveme de traitement drsquoairLe reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur serait ajusteacute en installant un module de commande de systegraveme de traitement drsquoair qui mesure la tempeacuterature de lrsquoeau achemineacutee au systegraveme de traitement drsquoair depuis le chauffe-eau pendant une demande de chauffage de locaux transmise au systegraveme de traitement drsquoair La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signal de commande transmis au panneau de controcircle du systegraveme de traitement drsquoair par le thermostat du systegraveme de CVCA

Commandes indirectes baseacutees sur le minuteur Raccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont bien distinctes les unes des autres mais elles fonctionnement de maniegravere compleacutementaire

Principe de fonctionnement Le deacutebit drsquoair du systegraveme de traitement drsquoair varie en fonction de la dureacutee de la demande de chauffage afin de coiumlncider avec les minutages de commande de tempeacuterature indiqueacutes agrave la figure 3

Discussion Les commandes du chauffe-eau augmentent la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque la demande nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetermine la dureacutee de la demande de chauffage et fait circuler plus drsquoair dans les serpentins afin de se conformer aux eacutetapes de tempeacuterature programmeacutees

Aspect meacutecanique Le reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur serait ajusteacute en installant un module de commande de systegraveme de traitement drsquoair qui reacutegule le deacutebit drsquoair en fonction de la dureacutee de la demande de chauffage La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signalde commande transmis au panneau de controcircle du systegraveme de traitement drsquoair par le thermostat du systegraveme de CVCA

Controcircle direct Raccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont toutes deux controcircleacutees au moyen drsquoun nouveau controcircleur combineacute inteacutegreacute posseacutedant une interface directe avec le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair

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Principe de fonctionnement Le nouveau controcircleur fait varier le deacutebit drsquoair du systegraveme de traitement drsquoair et la tempeacuterature de lrsquoeau de maniegravere agrave optimiser le rendement du chauffage

Discussion Cette strateacutegie de controcircle direct suppose le deacuteveloppement drsquoun nouveau composant de commande Le controcircleur peut utiliser des reacuteglages de fonctionnement plus sophistiqueacutes afin drsquoameacuteliorer le rendement dans tous les modes de fonctionnement

Aspect meacutecanique Le reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur et la tempeacuterature de lrsquoeau achemineacutee au systegraveme de traitement drsquoair seraient directement controcircleacutes par un nouveau controcircleur combineacute inteacutegreacute La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signal de commande transmis au controcircleur par le thermostat du systegraveme de CVCA

Chauffe-eau - Mode de chauffage de lrsquoeau du robinet Les algorithmes de chauffage de lrsquoeau du robinet ne changent pas par rapport agrave ceux du module de commande standard La seule diffeacuterence reacuteside dans le fait que le chauffe-eau utilise un contacteur de deacutebit ou un deacutebitmegravetre pour repeacuterer un tirage drsquoeau chaude (ou une arriveacutee drsquoeau froide) et comprendre qursquoune demande de chauffage drsquoeau a eacuteteacute faite Si une demande de chauffage de locaux intervient simultaneacutement le chauffe-eau pourrait honorer les deux demandes en tenant compte du reacuteglage de tempeacuterature de sortie requise de lrsquoeau du robinet Une autre option consisterait agrave prendre en compte par deacutefaut le reacuteglage du mode de chauffage de lrsquoeau Un mode de controcircle plus sophistiqueacute pourrait potentiellement temporiser le chauffage des locaux lorsque cela srsquoavegravere neacutecessaire pour reacutepondre agrave des demandes de chauffage drsquoeau eacuteleveacutees ou pour activer la distribution de chauffage des locaux en utilisant des reacuteglages de tempeacuterature optimiseacutes Ce cas de figure est illustreacute agrave la figure 4

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8 Composants

Pour bien fonctionner les systegravemes de chauffage combineacutes doivent ecirctre doteacutes de composants haute performance que ce soit dans une configuration dite laquo installeacutee raquo ou dans une configuration drsquoessai selon la norme CSA P9 La preacutesente section a pour objectif drsquoaider les fabricants de chauffe-eau agrave la demande

bull agrave concevoir leur propre systegraveme de traitement drsquoair

bull agrave eacutetablir un partenariat avec un autre fabricant qui fournirait un systegraveme de traitement drsquoair pour leur systegraveme apregraves avoir deacutetermineacute

ndash les composants requis

ndash la mesure dans laquelle un modegravele de systegraveme de traitement drsquoair existant aurait besoin drsquoecirctre affineacute pour reacutepondre agrave leurs besoins

bull agrave eacutetablir les modifications qursquoil faut apporter au systegraveme monobloc dans son ensemble pour ameacuteliorer les performances

81 Systegraveme de traitement drsquoair

Le systegraveme de traitement drsquoair doit inclure les composants neacutecessaires pour fournir de la chaleur et faire circuler de lrsquoair Les eacuteleacutements agrave prendre en compte sont des serpentins de chauffage de locaux un moteur de ventilateur une pompe et un puits de tempeacuterature Ces eacuteleacutements sont deacutecrits plus en deacutetail ci-dessous

82 Serpentins de chauffage de locaux

Les serpentins de chauffage de locaux doivent ecirctre dimensionneacutes de maniegravere approprieacutee pour que le chauffage des locaux puisse avoir lieu avec une tempeacuterature drsquoalimentation suffisamment basse et une baisse de tempeacuterature de lrsquoeau suffisante pour favoriser la condensation dans le geacuteneacuterateur de chaleur lorsque le systegraveme fonctionne en conditions de charge partielle (et ideacutealement en conditions de pleine charge eacutegalement)

Geacuteneacuteralement les serpentins quiextraient la chaleur de lrsquoeau sont conccedilus et choisis en tenant compte drsquoune baisse de tempeacuterature de lrsquoeau drsquoenviron 11 degC (20 degF) le long des serpentins aux conditions de chauffage nominales La seacutelection preacutealable du serpentin peut ecirctre faite en utilisant un logiciel deacutejagrave proposeacute par divers fabricants de serpentins Dans la plupart des cas le modegravele logiciel calcule la puissance de chauffage drsquoun

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serpentin de chauffage agrave eau chaude en se fondant sur la mesure des performances du conditionnement drsquoair pour des serpentins ayant une construction et des geacuteomeacutetries similaires Du coup la puissance de chauffage reacuteelle pour une condition nominale donneacutee peut diffeacuterer leacutegegraverement de celle preacutedite par le logiciel

Ilest recommandeacute de veacuterifier la performance reacuteelle du serpentin choisi (puissance de chauffage baisse de la tempeacuterature de lrsquoeau baisse de la pression statique sur le cocircteacute air et eau) en effectuant des essais internes Lorsque cette eacutetape a eacuteteacute exeacutecuteacutee le modegravele logiciel peut fournir une aide preacutecieuse pour seacutelectionner le serpentin et devrait proposer des indications plutocirct fiables concernant les changements de performance du serpentin aux diffeacuterentes conditions projeteacutees Les informations ainsi collecteacutees devraient ecirctre utiles pour concevoir et affiner des reacuteglages et des strateacutegies de controcircle plus eacutevolueacutes en vue drsquooptimiser le rendement du systegraveme en conditions de chauffage en charge partielle

Voici les eacuteleacutements agrave prendre en compte

Diamegravetre du serpentin drsquoeau et nombre de spires ndash Un grand diamegravetre de canalisation reacuteduira au minimum la baisse de pression de lrsquoeau ainsi que lrsquoeacutenergie utiliseacutee par le systegraveme de circulation drsquoeau Un petit diamegravetre de canalisation permettra drsquoopter pour un serpentin moins oneacutereux eacutetant donneacute qursquoil faudra moins de cuivre dans le serpentin Cependant des petits tubes neacutecessiteront une eacutenergie de pompage supeacuterieure et feront augmenter les pheacutenomegravenes drsquousure et drsquoeacuterosion des tubes si une puissance de pompe suffisante est appliqueacutee pour offrir le deacutebit drsquoeau nominal Concregravetement le fait drsquoutiliser un serpentin avec des tubes trop petits reacuteduira la puissance de chauffage fournie par le serpentin En effet le fabricant utilisera vraisemblablement le mecircme circulateur standard quel que soit le serpentin retenu Les TECA hydronic and combo guideline (Directives sur les systegravemes hydroniques et combineacutes de la TECA)1

(article 814) preacutecisent que le deacutebit de lrsquoeau qui traverse le systegraveme de chauffage ne doit pas deacutepasser quatre (4) pieds par seconde

Nombre drsquoailettes par pouce ndash Plus le nombre drsquoailettes par pouce est eacuteleveacute plus la surface de transmission de chaleur et la puissance de chauffage augmentent cela creacutee cependant une baisse de pression supeacuterieure sur le cocircteacute air du serpentin Un certain degreacute de perte de pression dans le serpentin est utile pour assurer un deacutebit drsquoair homogegravene dans le serpentin notamment dans une configuration de laquo purge raquo qui est couramment utiliseacutee dans les ventilo-convecteurs combineacutes servant au chauffage des locauxLes speacutecifications des serpentins de chauffage peuvent faire eacutetat drsquoun nombre drsquoailettes variant de 6 ailettes par pouce agrave 14 ailettes par pouce Les serpentins de chauffage hydronique standard comportent 12 ou 14 ailettes par pouce Les serpentins doteacutes drsquoun grand nombre drsquoailettes sont plus facilement encrasseacutes par de la poussiegravere

1 Thermal Environmental Comfort Association (TECA) Surrey (C-B) Hydronic amp Combo Guidelines for the Design and Installation of Hot Water Heating Systems and Combination Hot Water amp Space Heating Systems 8th Edition August 2009 (Directives concernant les systegravemes hydroniques et combineacutes conception et installation de systegravemes de chauffage drsquoeau chaude et de systegravemes combineacutes de chauffage drsquoeau chaude et de locaux 8e eacutedition aoucirct 2009) [wwwtecaca]

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ou des deacutebris Selon les reacutesultats du logiciel de modeacutelisation du serpentin la preacutesence de 12 ailettes ou mecircme 14 semble ecirctre un choix raisonnable pour un serpentin de chauffage de locaux haute performance agrave condition que le serpentin soit choisi avec une surface suffisamment importante pour maintenir la vitesse frontale de lrsquoair faible agrave la puissance de chauffage theacuteorique

Figure 5 Exemple de serpentin de chauffage de locaux laquo surdimensionneacute raquo utiliseacute dans une application de systegraveme de traitement drsquoair hydronique

83 Moteur de ventilateur

Le systegraveme de traitement drsquoair devrait utiliser un moteur de ventilateur agrave commutation eacutelectronique (MCE) et ecirctre exploiteacute en utilisant un systegraveme de controcircle agrave vitesse multiple ou agrave vitesse variable Cette option permettrait de moduler le deacutebit drsquoair et la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque le systegraveme fonctionne agrave une puissance infeacuterieure agrave sa puissance de chauffage nominale maximaleLa capaciteacute agrave utiliser un mode de circulation continu agrave faible puissance et faible vitesse serait particuliegraverement utile en cas de fonctionnement aux points de consigne de 15 et 40 pour lesquels il est primordial de collecter et de distribuer toute la chaleur reacutesiduelle des serpentins de chauffage la norme P9 tenant compte uniquement de la chaleur qui est reacuteellement transfeacutereacutee dans le courant drsquoair

La modulation du deacutebit drsquoair et de la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation permettra drsquoobtenir des tempeacuteratures drsquoair distribueacute confortables ainsi que des performances de chauffage eacuteleveacutees

Un MCE doteacute drsquoune programmation de deacutebit drsquoair constant surclassera vraisemblablement un MCE qui utilise une programmation de couple constant car le

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systegraveme compensera au moins partiellement les diffeacuterences entre les pressions statiques nominales et les pressions statiques reacuteellement eacutetablies Cette solution peut srsquoaveacuterer indispensable pour srsquoassurer que les performances de la combustion dans des conditions reacuteelles variables correspondent aux performances obtenues lors drsquoessais dans le laboratoire

Une programmation de deacutebit drsquoair constant sera probablement essentielle pour obtenir des performances acceptables dans le cas drsquoun systegraveme combineacute reacuteparti

84 Circulateurpompe

Ilest important de choisir le bon circulateur pour acheminer le deacutebit approprieacute en fonction de la pression statique eacutetablie qui sera en vigueur Les pertes de pression dans les diffeacuterents chauffe-eau agrave la demande varient Le fait drsquoutiliser un circulateur qui fournit un deacutebit trop important se traduira par une petite baisse de tempeacuterature dans le circuit drsquoeau qui traverse le serpentin et par une tempeacuterature drsquoeau de retour eacuteleveacutee vers le chauffe-eau Un deacutebit trop faible entraicircne des capaciteacutes de chauffage faibles Des circulateurs hydroniques sont offerts avec trois vitesses seacutelectionnables et des deacutebits de pompe nominaux Par contre les moteurs utiliseacutes dans les circulateurs types agrave plusieurs vitesses ne sont pas aussi efficaces que les moteurs agrave CE Des circulateurs agrave vitesse variable eacutequipeacutes de moteurs agrave CE font leur apparition sur le marcheacute mais ils ne sont pas encore couramment utiliseacutes dans les applications combineacutees

Ideacutealement les pompes de circulation des systegravemes combineacutes eacutevolueacutes devraient consister en un concept agrave modulation agrave vitesse variable capable drsquoameacuteliorer le rendement et de compenser les diffeacuterentes configurations de canalisation Ce type de concept est deacutejagrave disponible et pourrait ecirctre mis en œuvre degraves maintenant il pourrait aussi ecirctre mis de cocircteacute jusqursquoagrave ce que la prochaine geacuteneacuteration de systegravemes de chauffage combineacutes eacutevolueacutes soit mise au point Les premiers reacutesultats drsquoessais en laboratoire ont montreacute qursquoil est possible drsquoobtenir de bonnes performances conformes agrave la norme CSA P9 sans utiliser des pompes de circulation agrave vitesse variable et des commandes auxiliaires coucircteuses Agrave lrsquoavenir agrave mesure que le coucirct des circulateurs agrave vitesse variable doteacutes de moteurs agrave CE baissera et que les commandes inteacutegreacutees seront mieux accepteacutees leur utilisation dans des applications de chauffage combineacute sera plus rentable

85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)

Si lrsquoon conccediloit le reacuteseau de plomberie de maniegravere agrave pouvoir y installer des bouchons de controcircle de tempeacuterature drsquoeau et de pression les essais internes et les mesures de mise en service seront simplifieacutes De plus il sera plus facile de purger lrsquoair des circuits

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hydroniques Il est possible drsquoutiliser des sondes de tempeacuteratures monteacutees agrave lrsquoexteacuterieur pour effectuer les mesures de mise en service sur le terrain si des sections de conduites de cuivre ameacutenageacutees dans des endroits strateacutegiques sont prises en compte lors de la conception

86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau

Certains chauffe-eau agrave la demande de type chaudiegravere possegravedent des points de consignes et des algorithmes de controcircle distincts pour le chauffage des locaux et celui de lrsquoeau Drsquoautres ont besoin de savoir si la charge concerne le chauffage des locaux ou celui de lrsquoeau potable Dans ce cas on peut utiliser divers capteurs et surveiller eacutegalement les signaux transmis par un deacutebitmegravetre drsquoeau installeacute dans le reacuteseau drsquoeau potable ou un deacutebitmegravetre installeacute dans le circuit de chauffage des locaux Bon nombre de chauffe-eau agrave la demande utilisent de tels capteurs dans leurs circuits de commande de brucircleur afin de faire coiumlncider les allures de chauffe avec les chargesDans les applications combineacutees lrsquoutilisation de commandes capables de diffeacuterencier les charges deacutepend de la logique de controcircle prioritaire de demande drsquoeau chaude domestique

87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes

Les canalisations drsquoeau ameacutenageacutees entre le geacuteneacuterateur de chaleur et le systegraveme combineacute devraient ecirctre dimensionneacutees de maniegravere agrave eacuteviter des baisses de pression excessives

Toutes les canalisations en cuivre exteacuterieures doivent ecirctre isoleacutees conformeacutement aux pratiques de lrsquoindustrie Il se peut que les avantages lieacutes agrave lrsquoisolation des canalisations drsquointerraccordement ne soient pas tregraves importants si les sections de conduites sont courtes et si elles contiennent des tuyaux en polyeacutethylegravene reacuteticuleacute ou un type de conduite similaire preacutesentant moins de perte de chaleur que les conduites en cuivre

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9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes

La preacutesente section contient des directives et certaines observations agrave lrsquointention des fabricants de systegravemes de chauffage combineacutes dans le but drsquoaider ces derniers agrave mettre agrave lrsquoessai leurs systegravemes agrave lrsquointerne Lrsquoexeacutecution drsquoessais agrave lrsquointerne en utilisant un montage simplifieacute permettra aux fabricants de mieux cerner les performances de leurs concepts et commandes prototypes lorsqursquoils sont mis agrave lrsquoessai dans une installation indeacutependante conformeacutement agrave la norme CSA P9 (P10 pour les fabricants de SMI) Les essais en question ne doivent pas forceacutement ecirctre conccedilus pour geacuteneacuterer des reacutesultats de performance preacutecis agrave 100 mais ils sont consideacutereacutes comme indispensables pour le deacuteveloppement et le cycle drsquooptimisation du produit les avantages drsquoun concept et drsquoun fonctionnement de systegraveme ameacutelioreacutes pouvant rapidement sauter aux yeux lorsque lrsquoon compare les reacutesultats des essais reacutealiseacutes laquo avant raquo et laquo apregraves raquo

En geacuteneacuteral il nrsquoest pas rentable de payer un laboratoire drsquoessais indeacutependant pour proceacuteder agrave la premiegravere eacutevaluation drsquoun systegraveme de chauffage combineacute complet Les coucircts lieacutes au laboratoire et les deacutefis lieacutes aux ingeacutenieurs concepteurs qui prescrivent des reacuteglages lorsqursquoils ne sont pas sur place rendent cette option probleacutematique Des essais simplifieacutes reacutealiseacutes dans les propres locaux du fabricant permettent de srsquoassurer que les reacutesultats sont dans la plage approprieacutee degraves le deacutebut

Un scheacutema de montage drsquoessai suggeacutereacute utilisable pour effectuer des mesures conformeacutement agrave la norme CSA P9 est preacutesenteacute dans cette norme La figure 6 ci-dessous illustre une version simplifieacutee de ce scheacutema

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de la piegravece

combineacutes

Appareilsdeconditionnement

Eacutevents pour produits de combustion Appareils de

conditionnement de la piegravece

Salle drsquoessai

Isolant

Meacutelangeur

Approvisionnement en eau

Eacutevents pour air de combustion Conduite drsquoalimentation en combustible

Uniteacute drsquoessai des

systegravemes

Thermocouples Porte Fenecirctre

Mesure de la tempeacuterature et du deacutebit de lrsquoeau

Conduite drsquoair de retour

Thermocouples

Mesure de la tempeacuterature et de lrsquohumiditeacute de lrsquoair

Air drsquoappoint

Mesure du deacutebit drsquoair

Figure 6 Scheacutema simplifieacute illustrant le montage utiliseacute pour exeacutecuter les essais conformeacutement agrave la norme P9 (composants individuels du systegraveme combineacute non illustreacutes)

Le scheacutema preacutesente un dispositif de mesure de lrsquoenthalpie de lrsquoair dans un tunnel baseacute Vsur la norme ASHRAE 37 Lrsquoappareil de mesure de lrsquoair illustreacute sur la figure de la norme utilise un ajutage et un ventilateur drsquoeacutequilibrage pour pouvoir appliquer une technique de mesure du deacutebit drsquoair neacutecessitant une pression diffeacuterentielle eacuteleveacutee (entre 1 et 4 pouces drsquoeau) dans lrsquoajutage Lorsqursquoil est utiliseacute avec des manomegravetres preacutecis cet appareil offre une preacutecision de mesure eacuteleveacutee de lrsquoordre de 1 agrave 2 du deacutebit drsquoair et il geacutenegravere un deacutebit drsquoair bien meacutelangeacute qui permet de mesurer avec preacutecision la tempeacuterature du deacutebit de lrsquoair drsquoalimentation

La norme P9 preacutecise que lrsquoajutage inteacutegreacute agrave lrsquoappareil de mesure de lrsquoenthalpie de lrsquoair en tunnel constitue une meacutethode acceptable pour mesurer le deacutebit drsquoair tout en approuvant expresseacutement (article 36) lrsquoapplication drsquoautres processus de mesure du deacutebit drsquoair agrave condition que les limites de preacutecision mentionneacutees dans la norme soient satisfaites Ceci donne la possibiliteacute drsquoutiliser une technique de mesure du deacutebit drsquoair plus directe ne neacutecessitant pas lrsquoutilisation drsquoun appareil comportant un ventilateur drsquoeacutequilibrage Dans certains cas lrsquoutilisation drsquoune chambre de mesure de deacutebit avec un ventilateur drsquoeacutequilibrage pour reacutegler la pression statique de la conduite drsquoair drsquoalimentation a impliqueacute des problegravemes de stabiliteacute avec des moteurs agrave CE qui ont eacuteteacute

Ressources naturelles Canada CanmetEacuteNERGIE 37 Guide agrave lrsquoattention des fabricants drsquoappareils de chauffage combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessai conformeacutement agrave la norme CSA P9

programmeacutes pour un deacutebit drsquoair constant il est donc avantageux drsquoeacuteviter les ventilateurs drsquoeacutequilibrage

91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz

De nombreux fabricants concevant des systegravemes combineacutes eacutevolueacutes integravegreront des instruments conccedilus pour mesurer la consommation drsquoeacutenergie eacutelectrique la consommation du combustible les performances de combustion la tempeacuterature et la pression (pression du collecteur de gaz pression statique des conduites etc) Si de tels eacutequipements de mesure ne sont pas offerts ilest recommandeacute de les preacutevoirLes compteurs de facturation des compagnies de gaz et drsquoeacutelectriciteacute devraient offrir une preacutecision et une reacutesolution suffisantes pour les essais de deacuteveloppement du produit

92 Enregistreur de donneacutees

Les fabricants devront eacutegalement avoir accegraves agrave un systegraveme drsquoenregistrement de donneacutees dans le cadre de leur travail Il est conseilleacute de preacutevoir un enregistreur qui offre une preacutecision et un nombre de canaux de mesures suffisants pour les tacircches agrave accomplir On estime qursquoil faudra environ huit (8) canaux pour mesurer la tempeacuterature plus quelques canaux analogiques ou numeacuteriques pour prendre en compte les donneacutees des deacutebitmegravetres des transducteurs de pression etc (analogiques ou numeacuteriques selon lrsquoinstrument de mesure seacutelectionneacute) De nombreux fournisseurs proposent un large eacuteventail drsquoenregistreurs de donneacutees Campbell Scientific Fluke Instruments Omega et Measurement Computing (personal DAQ) figurent parmi les fabricants qui proposent des enregistreurs de donneacutees de petite eacutechelle pouvant ecirctre pris en compte Il est recommandeacute de se pencher sur lrsquoassistant logiciel de lrsquoenregistreur de donneacutees seacutelectionneacute au moment drsquoeacutevaluer lrsquoeacutequipement Si le fabricant ne souhaite pas investir dans un enregistreur de donneacutees la location demeure une option mecircme si les eacuteconomies preacutevues dans le cas drsquoune location agrave court terme semblent ecirctre faibles

93 Deacutebit drsquoair

Pour mesurer le deacutebit drsquoair pendant les essais agrave lrsquointerne il est recommandeacute drsquoutiliser une grille de deacutebit drsquoair avec eacutetablissement de moyenne installeacutee dans la conduite drsquoair drsquoalimentation en conjonction avec un manomegravetre diffeacuterentiel de preacutecision De nombreux fournisseurs proposent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans un large eacuteventail de tailles et ces deacutebitmegravetres sont relativement peu chers car ils sont souvent utiliseacutes dans des systegravemes commerciaux de chauffage et de refroidissement agrave deacutebit drsquoair variable Si lrsquoon fait une recherche dans Google en utilisant le segment laquo deacutebitmegravetres drsquoair raquo on trouve plusieurs fournisseurs et liens permettant

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drsquoobtenir de plus amples informations sur le sujet Nailor Industries Inc et Dwyer Instruments sont deux socieacuteteacutes quioffrent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans une grande varieacuteteacute de tailles de conduites

94 Manomegravetres

On trouve eacutegalement de nombreux manomegravetres diffeacuterentiels sur le marcheacute dont les modegraveles varient des manomegravetres agrave tube inclineacute aux transducteurs numeacuteriques de preacutecision Il est important de bien faire correspondre la plage de mesure du transducteur ou du manomegravetre avec la pression fournie par le deacutebitmegravetre sur la plage de deacutebits drsquoair preacutevue Dans le cas des transducteurs numeacuteriques des instruments capacitifs sont reacuteputeacutes bien fonctionner dans la plage de pression diffeacuterentielle basse qui serait normalement prescrite (environ 05 pouce de diffeacuterence de colonne drsquoeau) Setra Instruments MKS Instruments (Baratron) Dwyer Instruments et drsquoautres socieacuteteacutes proposent des transducteurs de pression diffeacuterentielle capacitifs plage basse adapteacutes

95 Tempeacuteratures

Les tempeacuteratures drsquoair drsquoarriveacutee et de sortie peuvent ecirctre mesureacutees en utilisant des thermocouples des thermistances ou des capteurs de conduite geacuteneacuterant une valeur moyenne Du fait de son bas coucirct de sa faciliteacute drsquoutilisation et de sa preacutesence agrave grande eacutechelle sur le marcheacute le thermocouple semble ecirctre lrsquoinstrument approprieacute pour cette application Il est possible de fabriquer un reacuteseau de thermocouples agrave partir drsquoune bobine de fil de thermocouple et de les raccorder entre eux en parallegravele de maniegravere agrave geacuteneacuterer une seule donneacutee repreacutesentant la valeur moyenne De nombreux fournisseurs offrent des fils agrave thermocouple notamment les socieacuteteacutes Thermo Electric Company Inc Omega Inc Watlow Inc etc Il est eacutegalement possible de fabriquer des sondes de tempeacuterature agrave partir des mecircmes fils de thermocouple pour surveiller drsquoautres paramegravetres tels que les tempeacuteratures drsquoeau Il est important de bien utiliser un fil agrave thermocouple plutocirct qursquoun fil de rallonge de lrsquoeacutechelle de mesure identique mais moins preacutecis

96 Mesures du cocircteacute eau

Pour effectuer des mesures du cocircteacute eau dans les serpentins il est neacutecessaire de posseacuteder un deacutebitmegravetre et des sondes de tempeacuterature Ces mesures pourraient ecirctre reacutealiseacutees en utilisant des capteurs distincts (deacutebitmegravetre drsquoeau et sondes de tempeacuterature distinctes par exemple) Il est important de srsquoassurer que lrsquoinsertion drsquoun deacutebitmegravetre dans la boucle drsquoeau ne modifie pas le deacutebit de la pompe de circulation Cela est particuliegraverement important avec des circulateurs agrave faible puissance geacuteneacuteralement utiliseacutes dans des applications combineacutees pour lesquelles lrsquoinstallation drsquoun deacutebitmegravetre agrave turbine conventionnel agrave baisse de pression eacuteleveacutee peut restreindre le deacutebit drsquoeau Ilexiste des deacutebitmegravetres preacutecis sans perte de pression eacuteleveacutee Certains appareils

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peuvent ecirctre acheteacutes deacutejagrave conditionneacutes avec des sondes de tempeacuterature en guise de laquo compteurs drsquoeacutenergie raquo Ils mesurent simultaneacutement les tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de lrsquoeau de retour ainsi que le deacutebit de lrsquoeau et calculent directement le flux drsquoeacutenergie en srsquoappuyant sur ces mesuresKamstrup Siemens Badger Meters Elster Metering ABB Meters et drsquoautres socieacuteteacutes offrent ce type drsquoappareils Les compteurs drsquoeacutenergie autonomes sont habituellement configureacutes avec certains dispositifs permettant de lire les diffeacuterents paramegravetres ainsi que les flux drsquoeacutenergie calculeacutes La plupart offre une fonction de stockage des donneacutees internes etou des sorties numeacuteriques pouvant ecirctre interfaceacutees avec des enregistreurs de donneacutees externes

97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne

La norme CSA P9 exige que le chauffage des locaux soit deacutefini en utilisant deux mesures (cocircteacute air et cocircteacute eau) avec une entente dans une toleacuterance acceptable pour la mise agrave lrsquoessai du systegraveme de chauffage de locaux agrave pleine capaciteacute constant Dans le cas des mesures agrave lrsquointerne entreprises par un fabricant dans le cadre drsquoun projet de deacuteveloppement de produit cibleacute lrsquoentente entre les mesures du cocircteacute air et du cocircteacute eau nrsquoest pas forceacutement requise On suggegravere aux fabricants de se concentrer sur les mesures qui ciblent la strateacutegie de controcircle ou de composant propre agrave lrsquoeacutetude Par exemple si des strateacutegies diffeacuterentes de temporisation du ventilateur ou laquo apregraves fonctionnement raquo sont eacutevalueacutees il est bien plus important de se concentrer sur les mesures du cocircteacute air que drsquoessayer drsquoatteindre un eacutequilibre entre le cocircteacute air et le cocircteacute eau Selon la quantiteacute drsquoeacutenergie laisseacutee dans le serpentin drsquoeau lorsque le ventilateur de soufflante srsquoarrecircte et drsquoautres pertes drsquoeacutenergie du systegraveme il est possible qursquoil nrsquoy ait pas drsquoeacutequilibre drsquoeacutenergie entre les mesures du cocircteacute air et les mesures du cocircteacute eau mecircme avec un instrument des mesures et des calculs laquo parfaits raquo

La norme CSA P9 exige une mesure du deacutebit drsquoair et des tempeacuteratures au moins toutes les cinq (5) secondes Dans le cas des essais agrave lrsquointerne cette freacutequence pourrait ecirctre assouplie pour certaines eacutetapes drsquoessai Par ailleurs une conformiteacute totale agrave la norme P9 suppose un controcircle preacutecis de la tempeacuterature de la salle drsquoessai ougrave se trouve le systegraveme combineacute en vue des essais ainsiqursquoun controcircle preacutecis de la tempeacuterature de lrsquoeau de la ville Dans le cas des essais de deacuteveloppement agrave lrsquointerne ces exigences peuvent eacutegalement ecirctre assouplies agrave condition que les tempeacuteratures ne varient pas trop pendant les essais Un espace commercial conditionneacute ayant une dimension raisonnable ferait lrsquoaffaire au moins pour les phases drsquoessai et de deacuteveloppement initiales

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Flue(combustionmeasurements)

SupplyAirtoSpaceHeatingPlenum

(optionalzonedampers)

ReturnAir

CityWater

TanklessWaterHeater

HotWaterSupplyfromWaterHeater

DHW

CoolWaterreturntoWaterheater

Temperaturemeasurementpoints

Fuelmeter

Flowmeter

Electricalmeteringnotshown

Circulator

98 Agencement des instruments

La figure 7 preacutesente un scheacutema simplifieacute permettant drsquoillustrer lrsquoagencement geacuteneacuteral des emplacements et des paramegravetres de mesure en vue de la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute de chauffe-eau instantaneacute agrave condensation Le deacutebit drsquoair qui traverse la conduite drsquoalimentation du systegraveme de traitement drsquoair sera surveilleacute en utilisant un deacutebitmegravetre agrave valeur moyenne et un manomegravetre (non illustreacute) tel que cela est deacutecrit agrave lrsquoarticle 73

T

T

T T

T T

Alimentation en eau chaude provenant du chauffe-eau

Conduit (mesures de combustion)

Eau chaude domestique

Systegraveme de mesure du combustible

Air dereprise

Retourde lrsquoeau froide vers lechauffe-eau

Chauffe-eau instantaneacute

Air drsquoalimentation achemineacute versle pleacutenum de chauffage(registres de zone facultatifs)

Eau municipale

Deacutebitmegravetre

T

(compteur eacutelectrique non illustreacute)

Points de mesure de la tempeacuterature Circulateur

Figure 8 Scheacutema de mesure simplifieacute applicable agrave la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute baseacute sur un chauffe-eau instantaneacute

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CanmetEacuteNERGIE CanmetEacuteNERGIE de Ressources naturelles Canada est un chef de file canadien dans le domaine de la recherche et deacuteveloppement en eacutenergie propre Les travaux de nos speacutecialistes portent sur lrsquoapprovisionnement drsquoeacutenergie propre agrave partir de combustibles fossiles et de sources renouvelables la gestion de lrsquoeacutenergie et les systegravemes de distribution ainsi que sur les technologies et processus avanceacutes pour les utilisations finales En veillant agrave ce que le Canada soit agrave la fine pointe des technologies sur lrsquoeacutenergie propre nous ameacuteliorons la qualiteacute de vie des Canadiens en creacuteant un avantage durable en matiegravere de ressources

Bureau central Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) 580 rue Booth 1 promenade Oil Patch 1 promenade Haanel 161 boulevard Lionel-Boulet Ottawa (Ontario) Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) Canada Canada Canada Canada K1A 0E4 T9G 1A8 K1A 1M1 J3X 1S6

  • Guide pour les fabricants drsquoappareils de chauffage combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessai conformeacutement agrave la norme CSA P9
    • Remerciements
    • 1 Reacutesumeacute
    • 2 Systegravemes agrave zones
    • Table des matiegraveres
    • Liste des tableaux et figures
    • 3 Contexte
      • 31 Objet
      • 32 Public cible
      • 33 Marcheacute
      • 34 Pratiques en vigueur dans lrsquoindustrie
      • 35 Expeacuterience en matiegravere drsquoeacutevaluation
      • 36 Deacutefi principal Utiliser des chauffe-eau pour chauffer des locaux de maniegravere eacuteconergeacutetique
      • 37 Approche par eacutetapes
        • 4 Charges de calcul ndash performances selon la norme CSA p9
          • 41 Facteur de performance thermique (FPT)
          • 42 Chauffage de lrsquoeau
          • 43 Chauffage des locaux
          • 44 Importance relative des charges de chauffage des locaux et de lrsquoeau
            • 5 Chauffage de lrsquoeau domestique
            • 6 Conception des systegravemes combineacutes
              • 61 Incidence des pondeacuterations de charge
                • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                • Reacuteduction des tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour
                  • 62 Strateacutegies de conception
                  • 63 Strateacutegie 1 Tempeacuterature drsquoeau constante
                    • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                    • Serpentin(s) de chauffage des locaux
                    • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                    • Illustration des performances selon la norme P9
                    • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                      • 64 Strateacutegie 2 Tempeacuterature drsquoeau variable
                        • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                        • Serpentin(s) de chauffage de locaux
                        • Conditions de chauffage de locaux en charge partielle
                        • Illustration des performances P9
                        • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                            • 7 Commandes
                              • Commandes indirectes baseacutees sur la tempeacuterature
                              • Commandes indirectes baseacutees sur le minuteur
                              • Controcircle direct
                              • Chauffe-eau -Mode de chauffage de lrsquoeau du robinet
                                • 8 Composants
                                  • 81 Systegraveme de traitement drsquoair
                                  • 82 Serpentins de chauffage de locaux
                                  • 83 Moteur de ventilateur
                                  • 84 Circulateurpompe
                                  • 85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)
                                  • 86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau
                                  • 87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes
                                    • 9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes
                                      • 91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz
                                      • 92 Enregistreur de donneacutees
                                      • 93 Deacutebit drsquoair
                                      • 94 Manomegravetres
                                      • 95 Tempeacuteratures
                                      • 96 Mesures du cocircteacute eau
                                      • 97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne
                                      • 98 Agencement des instruments
Page 2: Guide pour les fabricants d’appareils de chauffage ...€¦ · Le présent rapport explique comment la norme d’essai P.9 pondère le rendement dans différents modes de fonctionnement

Remerciements

Lrsquoauteur souhaiterait remercier M James Glouchkow M Jeremy Sager et drsquoautres membres du personnel de CanmetEacuteNERGIE pour leurs directives et pour le soutien qursquoils ont apporteacute tout au long de ce projet notamment par le biais des travaux de reacutevision et des commentaires preacutecieux qui ont viseacute les versions preacuteliminaires du rapport

Le preacutesent rapport a eacuteteacute preacutepareacute par Peter Edwards Co dans le cadre des travaux commanditeacutes par RNCan RNCan Peter Edwards Co et toute autre personne censeacutee agir au nom de lrsquoune de ces parties

a ne font aucune deacuteclaration ni ne donnent de garantie expresse ou implicite concernant la preacutecision lrsquoexhaustiviteacute ou lrsquoutiliteacute des renseignements contenus dans le preacutesent rapport et ne garantissent pas que lrsquoutilisation drsquoun appareil drsquoune meacutethode ou drsquoun proceacutedeacute deacutecrit dans le rapport nrsquoenfreindra pas des droits de proprieacuteteacute priveacutee

b deacuteclinent toute responsabiliteacute concernant lrsquoutilisation des renseignements appareils meacutethodes ou proceacutedeacutes deacutecrits dans le preacutesent rapport et les dommages qui pourraient deacutecouler de cette utilisation

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1 Reacutesumeacute

Le principal objet du preacutesent document est de fournir aux fabricants de chauffe-eau agrave condensation fonctionnant agrave la demande une strateacutegie concernant la conception de systegravemes combineacutes capables de chauffer efficacement les locaux et lrsquoeau des reacutesidences et la faccedilon drsquoobtenir les reacutesultats drsquoessais selon la norme CSA P9 pour deacutemontrer cette capaciteacute

Les systegravemes combineacutes de chauffe-eau agrave condensation fonctionnant agrave la demande ont le potentiel drsquoecirctre tregraves eacuteconergeacutetiques Un de leurs grands avantages est qursquoils peuvent faire varier la tempeacuterature de chauffage de lrsquoeau fournie en mode de chauffage des locaux afin drsquoameacuteliorer drsquoau moins 10 la performance drsquoensemble du systegraveme combineacute Les systegravemes monoblocs techniques qui controcirclent ensemble le chauffage de lrsquoeau et les fonctions de traitement de lrsquoair peuvent presque toujours faire de la condensation

Le preacutesent document srsquoadresse aux gestionnaires et aux ingeacutenieurs-concepteurs afin 1) de comprendre rapidement une approche possible de conception de systegraveme combineacute haute performance 2) drsquoaider agrave eacuteliminer les risques drsquoun processus de conception et agrave utiliser les ressources de la faccedilon la plus optimale 3) drsquoeacutetablir des speacutecifications agrave lrsquointention des fournisseurs de composants potentiels Cette approche peut ecirctre adapteacutee afin de reacutealiser un systegraveme combineacute haute performance

Le preacutesent rapport explique comment la norme drsquoessai P9 pondegravere le rendement dans diffeacuterents modes de fonctionnement et dans diffeacuterentes puissances agrave charge partielle Selon la norme P9 le rendement du chauffage des locaux agrave charge partielle est le principal facteur pris en compte pour eacutetablir la cote de performance drsquoensemble Par exemple dans un systegraveme combineacute dont la puissance nominale de chauffage des locaux est de 10 kW la cote de performance du chauffage des locaux en charge partielle repreacutesente 74 de la performance pondeacutereacutee totale du systegraveme combineacute (voir le tableau 1)

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Tableau 1 Consommation drsquoeacutenergie totale pour un systegraveme combineacute de 10 kW

FR HEADER TRANSLATION Consommation drsquoeacutenergie totale (kWhan)

Pourcentage de la consommation drsquoeacutenergie ()

Chauffage des locaux Pleine charge 2 000 8

Chauffage des locaux 40 de la charge

12 000 49

Chauffage des locaux 15 de la charge

6 000 25

Chauffage de lrsquoeau 4 400 18

Total 24 400 100

Ilest important que tout systegraveme soit en mesure de faire la diffeacuterence entre une demande de chauffage des locaux et une demande de chauffage de lrsquoeau et de fonctionner en conseacutequence Les tempeacuteratures de lrsquoeau fournie pour le chauffage des locaux doivent ecirctre maintenues le plus bas possible pour conserver des tempeacuteratures drsquoeau de retour basses afin drsquoaugmenter au maximum la condensation

Le rapport traite des composants neacutecessaires des commandes potentielles et de certains facteurs qui sont preacutevus pour concevoir un systegraveme combineacute preacutesentant un bon rapport coucirct-efficaciteacute en se servant drsquoun chauffe-eau agrave condensation fonctionnant agrave la demande

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2 Systegravemes agrave zones

Les systegravemes combineacutes reacutesidentiels dits intelligents pourraient figurer parmi les plateformes les plus inteacuteressantes pour commercialiser des systegravemes de chauffage reacuteparti agrave prix raisonnable Eacutetant donneacute que ces systegravemes utilisent des ventilo-convecteurs hydroniques et agrave lrsquoexception des questions de confort thermique facilement geacuterables aucun problegraveme drsquoeacuteleacutevation minimale ou maximale obligatoire de la tempeacuterature ambiante ne pourrait avoir un impact sur la performance du mateacuteriel ni sur la certification en matiegravere de seacutecuriteacute comme il pourrait y en avoir pour drsquoautres technologies de CVCA Il ne faut donc pas preacutevoir une deacuterivation drsquoair entre lrsquoair fourni et lrsquoair de retour de lrsquoappareil de traitement de lrsquoair ou des laquo deacutepocircts raquo drsquoair fourni dans une zone commune afin de maintenir un deacutebit drsquoair minimum dans lrsquoensemble de lrsquoappareilde traitement de lrsquoairUn systegraveme combineacute intelligent aura eacutegalement deacutejagrave pris en compte une bonne partie des commandes et du concept de la logique de commande neacutecessaires agrave la mise en service reacuteussie de systegravemes de CVCA reacuteparti agrave prix abordable

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Table des matiegraveres

Remerciements i 1 Reacutesumeacute ii 2 Systegravemes agravezones iv 3 Contexte 4

31 Objet4 32 Public cible4 33 Marcheacute 4 34 Pratiques en vigueur dans lrsquoindustrie 5 35 Expeacuterience en matiegravere drsquoeacutevaluation6 36 Deacutefi principal Utiliser des chauffe-eau pour chauffer des

locaux de maniegravere eacuteconergeacutetique6 37 Approche par eacutetapes 7

4 Charges de calcul ndash performances selon la norme CSA p9 8 41 Facteur de performance thermique (FPT) 8 42 Chauffage de lrsquoeau9 43 Chauffage des locaux10 44 Importance relative des charges de chauffage des locaux et de lrsquoeau11

5 Chauffage de lrsquoeau domestique14 6 Conception des systegravemes combineacutes17

61 Incidence des pondeacuterations de charge17 62 Strateacutegies de conception17 63 Strateacutegie 1 Tempeacuterature drsquoeau constante18 64 Strateacutegie 2 Tempeacuterature drsquoeau variable22

7 Commandes25 8 Composants 31

81 Systegraveme de traitement drsquoair31 82 Serpentins de chauffage de locaux31 83 Moteur de ventilateur 33 84 Circulateurpompe 34 85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure

de pression laquo Petersquos Plug raquo)34

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86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau 35

87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes35

9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes36

91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz 38 92 Enregistreur de donneacutees 38 93 Deacutebit drsquoair 38 94 Manomegravetres 39 95 Tempeacuteratures 39 96 Mesures du cocircteacute eau 39 97 Eacutecarts par rapport agravelanorme P9dans le cas des travaux en interne 40 98 Agencement des instruments 41

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Liste des tableaux et figures

Tableau 1 Consommation drsquoeacutenergie totale pour un systegraveme combineacute de 10 kW iii

Tableau 2 Charges thermiques annuelles (kWhan) de la norme P9 applicables aux systegravemes combineacutes affichant des puissances nominales de chauffage des locaux de 5 10 et 15 kW12

Tableau 3 Pondeacuterations de charge de la norme P9 pour des systegravemes combineacutes affichant des puissances nominales de chauffage des locaux de 5 10 et 15 kW 12

Tableau 4 Comparaison des caracteacuteristiques de rendement eacutenergeacutetique de la norme P7 pour deux chauffe-eau theacuteoriques16

Tableau 5 Performances drsquoun systegraveme combineacute theacuteorique affichant une puissance de chauffage des locaux de 10 kW en utilisant une strateacutegie simple de commande de point de consigne de tempeacuterature drsquoeau unique (capaciteacute de chauffage des locaux compenseacutee par des cycles de marche-arrecirct) 20

Tableau 6 Performances drsquoun systegraveme de chauffage combineacute theacuteorique offrant une puissance de chauffage des locaux de 10 kW en utilisant une strateacutegie de controcircle de tempeacuteratures drsquoeau et de vitesses de ventilateur variables (variation de la capaciteacute de chauffage des locaux par modulation du deacutebit drsquoair et de la tempeacuterature de lrsquoeau)23

Figure 1 Courbe de charge-dureacutee pour le chauffage des locaux (tireacutee de la norme CSA P9-11) 10

Figure 2 Comparaison de la consommation drsquoeacutenergie pour le chauffage et lrsquoeau chaude (kWhan) dans le cas des systegravemes combineacutes de 10 kW et 5 kW 11

Figure 3 Logique de lrsquoalgorithme simplifieacute de commande de chauffe-eau pour un sceacutenario de chauffage en quatre eacutetapes 27

Figure 4 Illustration de lrsquoutilisation drsquoun capteur de deacutebit drsquoeau pour deacuteterminer une charge de chauffage drsquoeau potable30

Figure 5 Exemple de serpentin de chauffage de locaux laquo surdimensionneacute raquo utiliseacute dans une application de systegraveme de traitement drsquoair hydronique33

Figure 6 Scheacutema simplifieacute illustrant le montage utiliseacute pour exeacutecuter les essais conformeacutement agrave la norme P9 (composants individuels du systegraveme combineacute non illustreacutes)37

Figure 7 Scheacutema de mesure simplifieacute applicable agrave la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute baseacute sur un chauffe-eau instantaneacute 41

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3 Contexte

31 Objet

Le but du preacutesent document est de fournir aux fabricants de chauffe-eau agrave condensation agrave modulation fonctionnant agrave la demande une strateacutegie concernant la conception de systegravemes combineacutes capables de chauffer efficacement les locaux et lrsquoeau des reacutesidences et la faccedilon drsquoobtenir les reacutesultats drsquoessais selon la norme CSA P9 pour deacutemontrer cette capaciteacute

Tous les chauffe-eau destineacutes agrave ecirctre utiliseacutes dans des applications combineacutees doivent faire lrsquoobjet drsquoune approbation speacuteciale (et ecirctre certifieacutes) pour pouvoir ecirctre effectivement utiliseacutes dans les applications en question et ils doivent comporter une eacutetiquette indiquant qursquoils sont adapteacutes pour le chauffage combineacute de lrsquoeau et des locaux

32 Public cible

Le preacutesent document a eacuteteacute conccedilu pour aider

bull les gestionnaires agrave cerner rapidement une seule strateacutegie agrave adopter pour eacutelaborer un systegraveme combineacute agrave haute performance agrave eacuteliminer les risques lieacutes au processus de deacuteveloppement et agrave exploiter des ressources plus efficacement

bull les ingeacutenieurs en conception agrave seacutelectionner le chauffe-eau agrave acceacuteleacuterer le deacuteveloppement drsquoune strateacutegie de controcircle applicable au systegraveme combineacute et agrave eacutetablir des speacutecifications agrave lrsquoattention des fournisseurs de composants potentiels

33 Marcheacute

Les systegravemes de chauffage combineacutes ont gagneacute des parts de marcheacute dans le sud de lrsquoOntario dans le secteur des petites reacutesidences eacuteconergeacutetiquesMecircme siaucune statistique fiable nrsquoest disponible certaines sources de lrsquoindustrie estiment qursquoau moins 30 000 systegravemes combineacutes sont installeacutes chaque anneacutee sur le marcheacute des reacutesidences neuves de lrsquoOntario Bon nombre de ces systegravemes sont installeacutes dans des maisons preacutesentant des charges de chauffage de locaux maximales de 15 kW ou moins (mecircme lorsqursquoun facteur de surdimensionnement de 40 a eacuteteacute appliqueacute aux charges de chauffage de locaux)

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Lrsquoanneacutee passeacutee le programme ENERGY STAR pour les maisons neuves (ESMN) occupait une part de marcheacute repreacutesentant environ 20 des constructions en Ontario Les entrepreneurs en construction recherchent des systegravemes combineacutes offrant des taux de performance eacuteleveacutes lorsqursquoils sont mis agrave lrsquoessai et coteacutes conformeacutement agrave la norme CSA P9 En 2014 lrsquoensemble des systegravemes combineacutes utiliseacutes dans le cadre de lrsquoinitiative ESMN devra ecirctre coteacute selon la norme

34 Pratiques en vigueur dans lrsquoindustrie

Les chauffe-eau agrave la demande ont rapidement eacutevolueacute afin de mieux reacutepondre aux besoins nord-ameacutericains en matiegravere de chauffage drsquoeau chaude domestique et ameacuteliorer le rendement eacutenergeacutetique Les systegravemes peuvent deacutesormais fonctionner agrave une plage de deacutebit drsquoeau plus importante et assurer une modulation sur une grande plage En outre de nombreux systegravemes mettent en œuvre la technologie de la condensation

Lrsquoindustrie a commenceacute par eacutelaborer des systegravemes combineacutes en utilisant des chauffe-eau agrave reacuteservoir de stockage traditionnels et un ventilo-convecteur de systegraveme de traitement drsquoair afin drsquoassurer agrave la fois le chauffage de lrsquoeau et celui des locaux Bon nombre de ces appareils eacutetaient construits sur place et speacutecialement conccedilus pour reacutepondre aux charges en vigueur Le rendement eacutenergeacutetique des systegravemes combineacutes nrsquoeacutetait pas eacutevalueacute par rapport agrave une norme et faisait donc lrsquoobjet de moins drsquoattention

Les chauffe-eau agrave condensation offrent la possibiliteacute de mettre au point des systegravemes combineacutes bien plus efficaces en matiegravere de rendement eacutenergeacutetique Les systegravemes combineacutes permettent drsquoameacuteliorer la rentabiliteacute moyennant lrsquoutilisation drsquoun chauffe-eau agrave condensation Le fait de concevoir des systegravemes combineacutes en usine permet drsquooptimiser les fonctions combineacutees et les commandes associeacutees et de proposer des appareils haute performance produisant une condensation dans la plupart des modes de fonctionnement

Certains fabricants de chauffe-eau agrave la demande commencent agrave concevoir des composants mieux adapteacutes ainsi que des systegravemes combineacutes monoblocs Il se peut que ces fabricants soient moins sensibiliseacutes aux systegravemes agrave traitement drsquoair haute performance et aux commandes associeacutees qui pourraient srsquoaveacuterer neacutecessaires pour eacutelaborer un systegraveme monobloc haute performance Le preacutesent document fournit des renseignements de base concernant les speacutecifications et le controcircle des systegravemes de traitement drsquoair des reacutesidences ainsi que des deacutetails sur la conception et le controcircle drsquoun systegraveme combineacute haute performance type

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35 Expeacuterience en matiegravere drsquoeacutevaluation

CanmetEacuteNERGIE de Ressources naturelles Canada a eacutetudieacute les systegravemes combineacutes et leurs composants pendant de nombreuses anneacuteesLe centre a effectueacute des recherches et offert une expertise et un soutien techniques pour appuyer lrsquoeacutelaboration de la norme CSA P10 applicable aux systegravemes meacutecaniques inteacutegreacutes ainsi que celle de la norme subseacutequente CSA P9 visant les systegravemes combineacutes CanmetEacuteNERGIE a eacutegalement

bull eacutevalueacute les performances des systegravemes fabriqueacutes et construits sur place dans des laboratoires gouvernementaux et indeacutependants

bull surveilleacute et analyseacute les performances des systegravemes sur le lieu de lrsquoinstallation et dans les maisons du centre canadien des technologies reacutesidentielles Bon nombre de ces projets ont eacuteteacute reacutealiseacutes en partenariat avec drsquoautres organismes gouvernementaux et entreprises de distribution de gaz

bull conccedilu des composants de systegravemes combineacutes pour des applications speacuteciales telle que celle de la communauteacute agrave eacutenergie solaire Drake Landing

Le preacutesent rapport a eacuteteacute eacutelaboreacute en tenant compte des connaissances acquises dans le cadre de ces diverses initiatives

36 Deacutefi principal Utiliser des chauffe-eau pour chauffer des locaux de maniegravere eacuteconergeacutetique

Les chauffe-eau agrave la demande peuvent offrir de tregraves bonnes performances en mode de chauffage agrave eau chaude domestique avec des tempeacuteratures drsquoeau de reacuteseau de distribution basses et les puissances thermiques eacuteleveacutees requises pour satisfaire les besoins en eau chaude Ces appareils peuvent fonctionner particuliegraverement bien lorsqursquoils fournissent les grandes quantiteacutes drsquoeau chaude utiliseacutees dans les normes drsquoessai de chauffe-eau en vigueur pour eacutevaluer leurs performances en tant que chauffe-eau

En conditions de fonctionnement combineacute les performances offertes en mode de chauffage des locaux (charges partielles incluses) sont les plus importantes Mecircme si les charges thermiques instantaneacutees sont consideacuterablement infeacuterieures lorsque lrsquoon chauffe des locaux plutocirct que lorsque lrsquoon fournit des charges de chauffage drsquoeau maximales la dureacutee des charges de chauffage des locaux est bien plus importante Il pourrait ecirctre inteacuteressant de faire en sorte que le chauffe-eau offre une condensation en mode de chauffage des locaux car la tempeacuterature de lrsquoeau qui revient des serpentins de chauffage des locaux est geacuteneacuteralement plus eacuteleveacutee que la tempeacuterature drsquoarriveacutee drsquoeau municipale que le systegraveme doit chauffer pour fournir de lrsquoeau chaude potable Eacutetant donneacute que seule une petite partie des charges annuelles de chauffage de locaux du systegraveme est reacuteellement fournie lorsque le systegraveme fonctionne aux conditions de

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reacutegime la performance en charge partielle en mode de chauffage de locaux est particuliegraverement importante pour le rendement geacuteneacuteral du systegraveme Il est bien plus important drsquoobtenir drsquoexcellentes performances lors drsquoessais de chauffage de locaux en charge partielle plutocirct qursquoagrave pleine puissance nominale lorsque lrsquoon calcule le rendement geacuteneacuteral du systegraveme

Ilest possible drsquoobtenir des reacutesultats de performance eacuteleveacutee lorsque les composants eacuteconergeacutetiques sont bien adapteacutes et que le systegraveme drsquoexploitation commande intelligemment et simultaneacutement agrave la fois le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair

37 Approche par eacutetapes

Le preacutesent rapport invite les fabricants agrave suivre les eacutetapes ci-dessous avant de proposer un systegraveme combineacute haute performance

Eacutetape 1 Cerner les charges de conception qursquoil faut prendre en compte pour prendre toutes les deacutecisions concernant le systegraveme combineacute

Eacutetape 2 Seacutelectionner un chauffe-eau en mesure de fournir des performances eacuteleveacutees dans les applications mettant en œuvre des systegravemes combineacutes

Eacutetape 3 Seacutelectionner une strateacutegie de controcircle applicable au chauffe-eau et au systegraveme de traitement drsquoair qui reacuteduit au minimum les coucircts que le fabricant doit supporter pour fournir des systegravemes combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessaiselon la norme P9

Eacutetape 4 Seacutelectionner drsquoautres composants de systegravemes combineacutes (tels que des serpentins des moteurs de ventilateur et les commandes associeacutees)

Eacutetape 5 Exeacutecuter des essais agrave lrsquointerne afin drsquoeacutetablir les performances des systegravemes combineacutes de maniegravere agrave pouvoir les mettre agrave niveau selon les besoins avant de les expeacutedier agrave un laboratoire indeacutependant agrave des fins de veacuterification

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4 Charges de calcul ndash performances selon la norme CSA p9

41 Facteur de performance thermique (FPT)

Le FPT correspond agrave la mesure de performance eacutenergeacutetique cleacute de la norme CSA P9 Ce facteur combine les cotes de performance du chauffage des locaux et celles du chauffage de lrsquoeau et fait une moyenne pondeacutereacutee selon la charge des deux types de chauffage pour geacuteneacuterer la mesure de performance globale Lrsquoannexe B de la norme CSA P9 fournit des explications deacutetailleacutees sur la maniegravere dont les facteurs de pondeacuteration ont eacuteteacute eacutelaboreacutes et sur les raisons de leur eacutelaboration

La preacutesente section preacutesente quelques facteurs cleacutes ainsi qursquoun graphique (tableau 3) que les fabricants peuvent utiliser pour deacuteterminer les reacutesultats drsquoessai ayant la plus forte incidence sur le reacutesultat FPT de leurs produits

Comme le chauffage des locaux constitue geacuteneacuteralement la charge dominante au sein des maisons canadiennes la pondeacuteration du rendement global des systegravemes de chauffage combineacutes est domineacutee par le chauffage des locaux Les reacutesultats drsquoessai du chauffage des locaux en charge partielle offrent la pondeacuteration la plus importante pour deacuteterminer les performances de chauffage des locaux des systegravemes combineacutes et par conseacutequent le FPT

Les systegravemes combineacutes qui optimisent les performances de chauffage de locaux en charge partielle preacutesenteront des FPT plus eacuteleveacutes que les systegravemes conccedilus pour offrir des performances agrave pleine charge

Ilest possible de mettre en place des strateacutegies de controcircle intelligentes pendant les essais de rendement reacutealiseacutes conformeacutement agrave la norme CSA P9 Par exemple le systegraveme de controcircle peut commencer agrave fonctionner en mode de chauffage de locaux en acheminant une tempeacuterature plus basse au systegraveme de traitement drsquoair et en programmant une vitesse de ventilation infeacuterieure Il est possible drsquoaugmenter progressivement ces deux paramegravetres si la charge nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai speacutecifieacute De mecircme des strateacutegies de controcircle mettant en œuvre une fonction de deacutetection de charge tel qursquoun controcircle de reacuteglage exteacuterieur peuvent offrir des ameacuteliorations de rendement identiques et peuvent ecirctre simuleacutees pendant les essais Ceci est particuliegraverement important lorsque lrsquoon cherche agrave veacuterifier le rendement des systegravemes de chauffage de locaux en charge partielle

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42 Chauffage de lrsquoeau

Les normes drsquoessai applicables aux systegravemes de chauffage de lrsquoeau (norme P9 incluse) partent du principe que la charge de chauffage de lrsquoeau annuelle est de 4 400 kWh (environ 12 kWh par jour) pour chaque maison Dans la norme P9 la valeur de performance drsquoun systegraveme combineacute utiliseacute en tant que chauffe-eau est deacutesigneacutee laquo facteur de performance du chauffage de lrsquoeau raquo (FPCE) Mecircme si la norme P9 offre une souplesse accrue en ce qui a trait aux parameacutetrages des commandes compareacute aux normes reacutegissant des chauffe-eau autonomes le FPCE est analogue agrave une cote de facteur eacutenergeacutetique (FE) et les cotes numeacuteriques devraient ecirctre identiques

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43 Chauffage des locaux

Tout systegraveme de chauffage de locaux doit ecirctre capable de fournir sa puissance de chauffage de locaux nominale lorsque les commandes lrsquoexigent Par contre les systegravemes de chauffage de locaux ont uniquement besoin de fournir leur puissance de chauffage de pointe pour tout au plus quelques jours pendant lrsquoanneacutee La norme CSA P9 reconnaicirct que des systegravemes fonctionneront en conditions de charge partielle la plupart du temps et eacutenonce des cotes de rendement de chauffage de locaux baseacutees sur des essais directs impliquant des charges totales et partielles Les systegravemes combineacutes sont mis agrave lrsquoessai dans des conditions de charges eacutequivalant agrave 100 40 et 15 de leurs capaciteacutes de chauffage des locaux Les reacutesultats sont combineacutes de maniegravere agrave obtenir une efficaciteacute de chauffage composite (ECC) qui pondegravere plus fortement les conditions de charge partielle La formule associeacutee et la repreacutesentation graphique correspondante extraites de la norme P9 se preacutesentent comme suit

ECC = 01 de rendement net agrave 100 + 06 de rendement net agrave 40 + 03 de rendement net agrave 15

La figure 1 illustre la quantiteacute de charge de chauffage annuelle pouvant ecirctre reacutepartie vers diffeacuterents points drsquoexploitation

Pourcentage de la charge de chauffage annuelle

Figure 1 Courbe de charge-dureacutee pour le chauffage des locaux (tireacutee de la norme CSA P9-11)

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44 Importance relative des charges de chauffage des locaux et de lrsquoeau

Les commandes du systegraveme de chauffage combineacute sont pleinement fonctionnelles pendant tous les essais et ne sont pas reacutegleacutees manuellement une fois les premiers essais en cours Le choix du fabricant concernant la strateacutegie de controcircle les paramegravetres de tempeacuterature et de deacutebit drsquoair et drsquoeau et les composants utiliseacutes aura une incidence sur la capaciteacute de chauffage de pointe des locaux ainsique sur le rendement agrave la puissance maximale Les systegravemes preacutesentant des capaciteacutes de chauffage nominales infeacuterieures seraient normalement installeacutes pour chauffer des reacutesidences ayant des charges de calcul plus petites Comme nous lrsquoavons indiqueacute preacuteceacutedemment la norme P9 prescrit les mecircmes charges de chauffage drsquoeau pour tous les systegravemes mis agrave lrsquoessai peu importe la capaciteacute Par conseacutequent plus la capaciteacute de chauffage des locaux est petite plus lrsquoimportance relative du chauffage de lrsquoeau sur le FPT est grandeCe principe est illustreacute agrave la figure 2 qui preacutesente les charges annuelles relatives de chauffage drsquoeau et des locaux pour des systegravemes mixtes ayant des charges de chauffage des locaux nominales de 5 kW et 10 kW respectivement

25000 Chauffage des locaux Eau chaude domesZque (ECD)

20000

Consom

maZ

ondeacuten

ergie(kWhan) 20000

15000

10000 10000

4400 44005000

0 Puissance de chauffage des locaux Puissance de chauffage des locaux

de10 kW de5kW

Figure 2 Comparaison de la consommation drsquoeacutenergie pour le chauffage et lrsquoeau chaude (kWhan) dans le cas des systegravemes combineacutes de 10 kW et 5 kW

Les charges thermiques eacutenonceacutees dans la norme P9 sont deacutecrites dans le tableau 2 et les pondeacuterations relatives des reacutesultats drsquoessais de performance individuels dans le facteur de performance thermique (FPT) globalde la norme CSA P9 applicable aux

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systegravemes combineacutes offrant trois capaciteacutes de chauffage de locaux diffeacuterentes sont preacutesenteacutees dans le tableau 3

Tableau 2 Charges thermiques annuelles (kWhan) de la norme P9 applicables aux systegravemes combineacutes affichant des puissances nominales de chauffage des locaux de 5 10 et 15 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 5 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 10 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 15 kW

Chauffage des locaux Pleine charge

1 000 kWhan 2 000 kWhan 3 000 kWhan

Chauffage des locaux 40 de la charge

6 000 kWhan 12 000 kWhan 18 000 kWhan

Chauffage des locaux 15 de la charge

3 000 kWhan 6 000 kWhan 9 000 kWhan

Chauffage de lrsquoeau 4 400 kWhan 4 400 kWhan 4 400 kWhan

Total 14 400 kWhan 24 400 kWhan 34 400 kWhan

Tableau 3 Pondeacuterations de charge de la norme P9 pour des systegravemes combineacutes affichant des puissances nominales de chauffage des locaux de 5 10 et 15 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 5 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 10 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 15 kW

Chauffage des locaux Pleine charge

7 8 9

Chauffage des locaux 40 de la charge

42 49 52

Chauffage des locaux 15 de la charge

21 25 26

Chauffage de lrsquoeau 31 18 13

Total 100 100 100

Ilest important de consulter ces donneacutees avec un certain reculet de comprendre les pondeacuterations relatives des reacutesultats drsquoessai sur le FPT annuel On remarque que

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lrsquoincidence des performances du systegraveme pendant lrsquoessaide chauffage des locaux avec 40 de puissance nominale de chauffage de locaux sur la cote annuelle est la plus importante (42 agrave 52 ) suivie par lrsquoincidence des performances avec 15 de puissance nominale de chauffage des locaux (21 agrave 26 ) Les pondeacuterations de ces reacutesultats drsquoessai augmentent encore plus agrave mesure que la puissance nominale de chauffage des locaux deacutepasse la plage illustreacutee dans le tableau 3

Des rapports inteacuteressants eacutemanant de constructeurs de maisons de lrsquoOntario indiquent qursquoon installe plus souvent des systegravemes combineacutes dans des reacutesidences dont les charges de chauffage nominales se situent entre 7 et 10 kW Selon les codes drsquoinstallation des systegravemes de chauffage et les guides de dimensionnement recommandeacute de lrsquoindustrie les systegravemes combineacutes ayant des capaciteacutes de chauffage nominales comprises entre 10 et 15 kW conviendraient parfaitement agrave ce type de reacutesidences Dans le cas des systegravemes combineacutes inclus dans cette plage de capaciteacute les reacutesultats drsquoessai de chauffage des locaux en charge partielle ont une pondeacuteration drsquoenviron 75 dans la cote de performance thermique annuelle

En commenccedilant par un local dont le rendement du composant de chauffage de lrsquoeau du systegraveme combineacute est deacutejagrave eacuteconergeacutetique (voir lrsquoarticle 11) cette pondeacuteration permet de savoir ougrave il faut deacuteployer le plus gros effort au moment de concevoir un systegraveme de chauffage combineacute haute performance

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5 Chauffage de lrsquoeau domestique

La premiegravere eacutetape agrave suivre pour concevoir un systegraveme combineacute haute performance consiste agrave seacutelectionner le chauffe-eau approprieacute Cette section a pour but drsquoaider les fabricants agrave deacutenicher rapidement les modegraveles potentiels

Parmi les caracteacuteristiques que devraient avoir les chauffe-eau agrave la demande figurent

bull la modulation ndash performances de chauffage de lrsquoeau efficaces sur toute la plage depuis les deacutebits drsquoeau nominaux minimaux jusqursquoaux deacutebits maximaux

ndash rapport de reacuteglage eacuteleveacute

ndash capaciteacute agrave fournir suffisamment drsquoeau chaude pour reacutepondre agrave des besoins en chauffage de lrsquoeau typiques

ndash capaciteacute agrave fonctionner avec des deacutebits drsquoeau chaude minimauxDe nombreux chauffe-eau agrave la demande actuellement sur le marcheacute peuvent selon le classement de leur fabricant ecirctre utiliseacutes avec des deacutebits drsquoeau chaude de 2 Lmin (05 gal USmin) ou moins Certains systegravemes neacutecessitent des deacutebits plus importants

bull performance en matiegravere de condensation ndash ilsrsquoagit des performances nominales de condensation sur toute la plage des charges et des allures de chauffe

ndash commandes geacuterant de faccedilon approprieacutee le rapport combustible-deacutebit drsquoair de maniegravere agrave maintenir le rendement de la combustion quelle que soit la charge

ndash paramegravetres de commande optimiseacutes par la charge qui permettent de deacuteterminer lrsquoimportance et les types de charges et de reacuteagir en conseacutequence avec de meilleurs paramegravetres de commande pour que le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair fonctionnent ensemble

ndash cycles courts avant et apregraves la purge permettant de reacuteduire au minimum les temps de reacuteponse et les pertes laquo par cycle raquo et de reacuteduire la consommation drsquoeacutelectriciteacute

ndash faible consommation en mode drsquoalimentation de secours

ndash ventilation directe des produits de combustion afin drsquoeacuteviter lrsquoeacutemanation de combustible et les risques de deacutepressurisation

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Pour acceacuteleacuterer le processus de seacutelection du chauffe-eau de base il sera plus facile de commencer par consulter les donneacutees que le fabricant peut deacutetenir (ou qursquoil peut facilement produire) concernant ses propres produits en mode de chauffage drsquoeau Lrsquoobjectif est de commencer avec un geacuteneacuterateur de chaleur qui preacutesente un rendement eacutenergeacutetique nominal de 90 ou plus sur une grande plage de fonctionnement

Si le chauffe-eau qursquoon envisage drsquoutiliser en tant que moteur thermique ou geacuteneacuterateur de chaleur pour un systegraveme de chauffage combineacute monobloc ne reacutepond pas aux exigences ci-dessus il est recommandeacute de reacuteviser attentivement son choix Dans certains cas il est possible de seacutelectionner diffeacuterents composants diffeacuterentes commandes ou diffeacuterents paramegravetres de commande pour surmonter les lacunes en matiegravere de rendement Les possibiliteacutes drsquoameacuteliorer de faccedilon appreacuteciable les performances de chauffage drsquoeau drsquoun chauffe-eau agrave la demande sans affecter son certificat de seacutecuriteacute sont limiteacutees Du coup le fait de seacutelectionner un chauffe-eau diffeacuterent plus rentable sur le plan eacutenergeacutetique peut constituer un choix plus opportun

La norme canadienne drsquoessai et drsquoeacutevaluation CSA P7 applicable aux chauffe-eau agrave la demande fait eacutetat drsquoune tempeacuterature drsquoeau drsquoarriveacutee courante de 144 degC (58 degF) et drsquoune tempeacuterature de sortie de 577 degC (135 degF) pour les essais et lrsquoeacutevaluation des performances nominales Le tableau 4 compare les caracteacuteristiques de rendement eacutenergeacutetique de deux chauffe-eau agrave la demande theacuteoriques avec les systegravemes fonctionnant agrave plusieurs deacutebits drsquoeau diffeacuterents en utilisant les mecircmes hypothegraveses de tempeacuteratures drsquoeau que la norme P7 Bien que les eacutevaluations de performance maximale du premier modegravele soient supeacuterieures agrave celles du second modegravele (avec des deacutebits drsquoeau de 114 et 76 Lmin) les performances de chauffage ameacutelioreacutees du second modegravele agrave des deacutebits drsquoeau infeacuterieurs en font un meilleur candidat pour jouer le rocircle drsquoun geacuteneacuterateur de chaleur dans un systegraveme combineacute du fait du pourcentage de temps eacuteleveacute pendant lrsquoanneacutee durant lequel un systegraveme combineacute fonctionne agrave de faibles charges pour assurer le chauffage des locaux

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Tableau 4 Comparaison des caracteacuteristiques de rendement eacutenergeacutetique de la norme P7 pour deux chauffe-eau theacuteoriques

Deacutebit (Lmin) Deacutebit (gal USmin) Exemple modegravele 1

Exemple modegravele 2

114 3 95 92

76 2 95 90

38 1 83 92

19 05 79 92

Recommandation Choix mal adapteacute dans le cas drsquoun systegraveme combineacute

Choix mieux adapteacute dans le cas drsquoun systegraveme combineacute

On constate que les valeurs de rendement eacutenergeacutetique pour la plage de deacutebits drsquoeau utiliseacutes agrave des fins de deacutemonstration dans le tableau 4 ne seraient pas interchangeables avec les facteurs eacutenergeacutetiques (FE) coteacutes pour les mecircmes chauffe-eau eacutetant donneacute que les conditions eacutenonceacutees dans le tableau 4 ne correspondent pas aux installations meacutethodes drsquoessais et charges de chauffage drsquoeau speacutecifieacutees dans la norme CSA P7 applicable aux chauffe-eau agrave la demande Les valeurs de rendement eacutenergeacutetique theacuteoriques du tableau 4 sont preacutesenteacutees simplement pour deacutemontrer que les performances de chauffage de lrsquoeau de certains types de chauffe-eau peuvent changer agrave mesure que le deacutebit (p ex la charge de chauffage de lrsquoeau) change Les changements de rendement eacutenergeacutetique du systegraveme de chauffage de lrsquoeau en fonction de la charge ne sont pas complegravetement pris en compte dans les eacutevaluations de performance FE normaliseacutees applicables aux chauffe-eau Afin drsquoeacuteviter toute confusion il est recommandeacute drsquoutiliser lrsquoexpression laquo Facteur eacutenergeacutetique raquo (ou FE) uniquement pour deacutesigner des cotes drsquoessais de chauffe-eau standard eacutelaboreacutees agrave partir drsquoessais et de calculs respectant scrupuleusement la norme drsquoeacutevaluation CSA P7 applicable aux chauffe-eau agrave la demande ou la norme CSA P3 applicable aux chauffe-eau agrave reacuteservoir de stockage reacutesidentiels

Apregraves avoir eacutetudieacute le rendement eacutenergeacutetique des geacuteneacuterateurs de chaleur potentiels sur toutes leurs plages de fonctionnement preacutevues dans le cadre drsquoun systegraveme combineacute il est possible de seacutelectionner de maniegravere aviseacutee un chauffe-eau adapteacute aux applications preacutevues Une fois cette eacutetape reacutealiseacutee le fabricant de systegravemes de chauffage combineacutes doit opter pour une strateacutegie de controcircle avant de seacutelectionner les autres composants du systegraveme

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6 Conception des systegravemes combineacutes

61 Incidence des pondeacuterations de charge

Conditions de chauffage des locaux en charge partielle Pour obtenir une excellente cote drsquoessai selon la norme CSA P9 il faut avant tout se concentrer sur le chauffage des locaux en charge partielle Le rendement en conditions de chauffage de locaux en charge partielle permettra de deacuteterminer 90 de la cote drsquoefficaciteacute de chauffage composite (ECC) Dans le cas drsquoun systegraveme de chauffage combineacute offrant une puissance de chauffage drsquoespace nominale de 10 kW 75 de la valeur FPT seront deacuteduits agrave partir des reacutesultats de lrsquoessai en charge partielle Dans le cas drsquoun systegraveme offrant une puissance de chauffage des locaux de 15 kW les reacutesultats des performances de chauffage des locaux en charge partielle repreacutesenteront presque 80 du facteur de performance thermique global

Reacuteduction des tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour Les chauffe-eau qui preacutesentent drsquoexcellentes cotes avec des tempeacuteratures basses de lrsquoeau drsquoalimentation du reacuteseau principalfonctionneront moins bien sila tempeacuterature drsquoarriveacutee augmente La preacutesence de tempeacuteratures drsquoeau de retour plus chaudes pendant le mode de chauffage des locaux contribuera agrave reacuteduire le rendement eacutenergeacutetique Le fait de reacutepondre aux demandes de chauffage des locaux en utilisant des paramegravetres de commande qui reacuteduisent au minimum les tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour en conditions de charge partielle peut contribuer agrave optimiser le rendement de combustion

62 Strateacutegies de conception

Un des plus gros avantages du chauffe-eau agrave la demande tient au fait que theacuteoriquement il peut geacuteneacuterer diffeacuterentes tempeacuteratures drsquoeau drsquoalimentation pour satisfaire les charges de chauffage de lrsquoeau et des locaux Il peut eacutegalement faire varier du tout au tout la tempeacuterature de lrsquoeau qursquoil fournit pour satisfaire diffeacuterentes charges de chauffage des locaux Cet aspect est essentiel pour continuer de fournir le mecircme chauffage de lrsquoeau agrave un rendement eacuteleveacute et produire un chauffage des locaux agrave charge partielle tregraves efficace

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Nous allons passer en revue deux concepts de systegravemes combineacutes

bull la strateacutegie 1 utilise une tempeacuterature drsquoeau constante pour toutes les charges

bull la strateacutegie 2 consiste agrave faire varier la tempeacuterature de lrsquoeau en fonction de la charge

La premiegravere strateacutegie est celle qui neacutecessite le moins de changement compareacute aux pratiques actuelles elle correspond souvent au premier reacuteflexe Elle est preacutesenteacutee icidans le but principalde mettre en lumiegravere certains deacutefis inheacuterents en matiegravere de performance

La deuxiegraveme strateacutegie repreacutesente une option bien plus rentable pour atteindre des niveaux de performance eacuteleveacutes tant sur le terrain que lors des essais exeacutecuteacutes conformeacutement agrave la norme CSA P9 Lrsquoexpeacuterience montre qursquoelle offre un niveau de performance eacuteleveacute agrave un coucirct moindre pour le fabricant

Le fait drsquoutiliser une pompe agrave vitesse variable dans le systegraveme de traitement de lrsquoair peut eacutegalement ameacuteliorer le rendement eacutenergeacutetique La strateacutegie 2 est axeacutee sur une tempeacuterature drsquoalimentation variable les chauffe-eau agrave la demande pouvant offrir cette fonction plus rapidement Il est peu courant de voir des pompes agrave vitesse variable dans les appareils de traitement de lrsquoair pour lrsquoinstant

Pour ces exemples

bull les deux types de systegravemes combineacutes seront preacutesenteacutes en utilisant le mecircme chauffe-eau agrave la demande agrave condensation et agrave modulation

bull les pondeacuterations de performance FPT applicables agrave un systegraveme combineacute preacutesentant une charge nominale de chauffage de locaux de 10 kW seront utiliseacutees agrave titre indicatif pour illustrer chacune de ces strateacutegies

63 Strateacutegie 1 Tempeacuterature drsquoeau constante

Ce systegraveme de chauffage combineacute respecte la regravegle eacutetablie et preacutevoit uniquement lrsquoutilisation de composants plus efficaces pour ameacuteliorer les performancesIlarrive qursquoil soit souvent consideacutereacute en premier lieu car les commandes peuvent rester telles quelles dans un systegraveme pour lequel un fabricant fournit le chauffe-eau agrave la demande tandis qursquoun autre fabricant fournit le systegraveme de traitement drsquoair

Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair Le chauffe-eau ne sait pas si une demande concerne un chauffage de lrsquoeau ou un chauffage de locaux Il deacutetecte une demande et fournit de lrsquoeau chaude agrave une tempeacuterature constante Pour satisfaire la charge de chauffage de pointe des locaux il est geacuteneacuteralement reacutegleacute agrave 60 degC (140 degF) Le systegraveme de traitement drsquoair ne contribue pas eacutenormeacutement agrave faire grimper la puissance de chauffage de locaux Il utilise geacuteneacuteralement

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un ou deux reacuteglages de vitesse de ventilateur soufflant Eacutetant donneacute que le fonctionnement prolongeacute drsquoun ventilateur apregraves qursquoune demande de chauffage a eacuteteacute satisfaite peut entraicircner des problegravemes de confort dus agrave des courants drsquoair froid le fonctionnement subseacutequent du ventilateur ne sera pas mis en œuvre ou sera mis en œuvre en utilisant uniquement des temps de fonctionnement courts Dans les deux sceacutenarios la chaleur sera retenue dans le serpentin et les conduites pour se dissiper par la suite pendant les peacuteriodes de deacutesactivation

Serpentin(s) de chauffage des locaux Si lrsquoon veut amplifier lrsquoefficaciteacute eacutenergeacutetique du systegraveme en mode de chauffage des locaux ilest impeacuteratif de reacuteduire au minimum les tempeacuteratures de lrsquoeau de retourDes serpentins laquo surdimensionneacutes raquo ont eacuteteacute conccedilus en vue drsquooptimiser la baisse de tempeacuterature dans lrsquoeacutechangeur de chaleur en conditions de chauffage des locaux

Conditions de chauffage des locaux en charge partielle Le systegraveme de traitement drsquoair se met en route et srsquoarrecircte pour srsquoadapter aux conditions de charge partielle ce qui a pour effet de deacuteclencher des demandes associeacutees sur le chauffe-eau

Illustration des performances selon la norme P9 Le tableau 5 donne un aperccedilu theacuteorique du type de performance que lrsquoon pourrait geacuteneacuteralement obtenir en utilisant une strateacutegie impliquant un point de consigne de tempeacuterature unique

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Tableau 5 Performances drsquoun systegraveme combineacute theacuteorique affichant une puissance de chauffage des locaux de 10 kW en utilisant une strateacutegie simple de commande de point de consigne de tempeacuterature drsquoeau unique (capaciteacute de chauffage des locaux compenseacutee par des cycles de marche-arrecirct)

Mode de fonctionne -ment

Pondeacuter-ation

Temp de lrsquoeau drsquoalimentati on (degF)

Temp de lrsquoeau de retour du reacuteseau principal (degF)

Deacutebit du systegraveme de traitement drsquoair (pi3min)

Mesure de la performance eacutenergeacutetique mode activeacute deacutesactiveacute ()

Contribution FPT

Chauffage des locaux 100

8 140 120 800 85 007

Chauffage des locaux 40

49 140 120 800 80 039

Chauffage des locaux 15

25 140 120 800 75 018

Chauffage de lrsquoeau

18 140 58 mdash 92 017

Total 100 081

Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables bull Performances globales Une cote de facteur de performance totale (FPT) de 092

placerait le systegraveme combineacute dans la plage des performances eacuteleveacutees

bull Performances en mode de chauffage de lrsquoeau Comme dans le cas du sceacutenario impliquant un point de consigne de tempeacuterature unique le systegraveme assure une condensation en mode de chauffage de lrsquoeau avec un FPCE de 92 Il serait possible drsquoameacuteliorer leacutegegraverement lrsquoefficaciteacute du systegraveme de chauffage de lrsquoeau si un point de consigne de tempeacuterature de lrsquoeau infeacuterieur agrave la valeur de 140 degF utiliseacutee dans le premier cas de figure eacutetait appliqueacute La norme P9 permet drsquoutiliser un point de consigne pouvant descendre jusqursquoagrave 120 degF dans le cas de lrsquoeau potable La tempeacuterature de consigne nrsquoa plus besoin drsquoecirctre la mecircme que celle requise pour une charge de chauffage de locaux maximale il est donc possible de la reacuteduire agrave la plage de 120 degF Pour simplifier la comparaison des deux systegravemes dans les tableaux 5 et 6 aucun point de consigne de systegraveme de chauffage drsquoeau potable reacuteduit nrsquoa pas eacuteteacute inclus dans le tableau 6

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bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge totale Dans ce mode le rendement eacutenergeacutetique est plus faible La tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation doit ecirctre au plus haut pour satisfaire la charge la tempeacuterature de lrsquoeau de retour sera donc elle aussiplus eacuteleveacutee dans ce modeComme le systegraveme fonctionnera rarement dans ce mode cette mauvaise performance ne repreacutesente qursquoune petite fraction de la pondeacuteration FPT

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge partielle Les tempeacuteratures drsquoalimentation du systegraveme de chauffage de lrsquoeau sont abaisseacutees progressivement pour satisfaire des demandes en charge partielle moindres Les tempeacuteratures peuvent ecirctre abaisseacutees bien en deccedilagrave du reacuteglage preacutevu pour le chauffage de lrsquoeau du robinet Cette condition se traduit par des tempeacuteratures drsquoeau de retour plus basses qursquoen conditions de charge totale Ces deux facteurs font que lrsquoefficaciteacute est plus importante en conditions de charge partielle qursquoen conditions de charge totale Le chauffe-eau fonctionnera en mode de condensation pour les deux points de charge de chauffage de locaux (40 et 15 )

bull Vitesse de ventilateur Eacutetant donneacute que la puissance de chauffage requise diminue la vitesse de ventilateur diminue aussiCela se traduit par un niveau sonore reacuteduit un fonctionnement du ventilateur plus long avec des cycles moins freacutequents et une reacuteduction importante de la consommation drsquoeacutenergie Cette condition peut aussi reacuteduire les plaintes lieacutees au confort le fonctionnement plus long agrave des deacutebits drsquoair reacuteduits ameacuteliorant la reacutepartition de lrsquoair chaud pendant les saisons intermeacutediaires

bull Controcircle de la tempeacuterature de lrsquoair inteacuterieur Le fait de moduler la puissance de chauffage en faisant varier la tempeacuterature de lrsquoeau et la vitesse du ventilateur peut se traduire par une tempeacuterature drsquoair inteacuterieur plus homogegravene avec des eacutecarts de tempeacuteratures moins grands au-dessus et au-dessous des points de consigne du thermostat Ce pheacutenomegravene pourrait inciter les proprieacutetaires de reacutesidence agrave augmenter le point de consigne de chauffage pour eacutetablir des conditions de confort acceptables

bull Incidences sur le zonage Le zonage sera plus compliqueacute avec un systegraveme affichant une puissance fixe et une vitesse de ventilateur unique

Ilest possible drsquoameacuteliorer la strateacutegie 1 en augmentant encore la dimension drsquoun serpentin deacutejagrave surdimensionneacute dans le systegraveme de traitement drsquoair Cette option implique toutefois des limites pratiques car des serpentins bien plus grands neacutecessiteront une plus grande quantiteacute de cuivre et un formage plus important et cela accentuera le coucirct total du systegraveme sans compter qursquoil faudra aussi preacutevoir des armoires plus grandes pour le systegraveme de traitement drsquoair De plus les pertes de chaleur par cycle augmenteront et il sera plus difficile drsquoobtenir des performances eacuteleveacutees en charge partielle Le fait drsquoappliquer la strateacutegie 1 agrave un systegraveme de chauffage combineacute agrave haute performance peut srsquoaveacuterer trop oneacutereux pour valoir le coup

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64 Strateacutegie 2 Tempeacuterature drsquoeau variable

Cette meacutethode est identique agrave celle appliqueacutee dans les appareils de chauffage agrave air chaud multieacutetage Le principe consiste agrave faire fonctionner le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair ensemble pour optimiser le rendement eacutenergeacutetique tout en reacuteduisant au minimum le coucirct et la complexiteacute des composants

Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair Cette strateacutegie consiste agrave exploiter avantageusement la capaciteacute inteacutegreacutee du chauffe-eau pour faire varier la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation La tempeacuterature du point de consigne du chauffe-eau varie en fonction de la charge de chauffage des locaux On utilise des reacuteglages de tempeacuterature drsquoeau drsquoalimentation faibles pour satisfaire aux conditions de chauffage des locaux en charge partielle On fait eacutegalement varier les vitesses du ventilateur du systegraveme de traitement drsquoair en srsquoappuyant sur un principe de controcircle de reacuteglage exteacuterieur ou de minuterie pour augmenter les paramegravetres Lorsqursquoune demande de chaleur a eacuteteacute satisfaite le ventilateur continue de fonctionner agrave des vitesses reacuteduites pour eacuteviter les problegravemes lieacutes aux courants froids et au bruit Du coup le serpentin et les conduites retiennent moins de chaleur et on deacuteplore moins de perte de chaleur par la suite compareacute au premier cas de figure Le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair doivent tous deux cerner la demande qursquoils sont censeacutes satisfaire Leurs commandes ne doivent pas pour autant ecirctre physiquement inteacutegreacutees drsquoune faccedilon ou drsquoune autre Cette strateacutegie de controcircle est traiteacutee plus en deacutetail agrave la section 40

Serpentin(s) de chauffage de locaux Pour simplifier la comparaison nous partirons du principe que des serpentins laquo surdimensionneacutes raquo similaires sont utiliseacutes comme dans le premier cas de figure de sorte que les performances du chauffage de pointe des locaux soient identiques dans les deux cas

Conditions de chauffage de locaux en charge partielle Le chauffe-eau relegraveve une demande de chauffage de locaux et se met en route en acheminant une eau drsquoalimentation agrave basse tempeacuterature au systegraveme de traitement drsquoair Si la demande de chauffage nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute le chauffe-eau augmente progressivement la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation Le systegraveme de traitement drsquoair surveille la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation et augmente progressivement la vitesse du ventilateur lorsque la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation est plus eacuteleveacutee

Illustration des performances P9 Le tableau 6 donne une preacutesentation theacuteorique du type de rendement que lrsquoon peut obtenir en appliquant une strateacutegie de controcircle simple mettant en œuvre des

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tempeacuteratures drsquoeau et des vitesses de ventilateur variables Les tempeacuteratures et les deacutebits drsquoair du ventilateur preacutesenteacutes dans le tableau 6 ont eacuteteacute choisis agrave titre indicatif uniquement Ils ne repreacutesentent pas des reacuteglages pleinement optimiseacutes applicables agrave un systegraveme de chauffage combineacute

Tableau 6 Performances drsquoun systegraveme de chauffage combineacute theacuteorique offrant une puissance de chauffage des locaux de 10 kW en utilisant une strateacutegie de controcircle de tempeacuteratures drsquoeau et de vitesses de ventilateur variables (variation de la capaciteacute de chauffage des locaux par modulation du deacutebit drsquoair et de la tempeacuterature de lrsquoeau)

Mode de fonctionne -ment

Pondeacuter-ation

Temp de lrsquoeau drsquoalimen-tation (degF)

Temp de lrsquoeau de retour du reacuteseau principal (degF)

Deacutebit du systegraveme de traitement drsquoair (pi3min)

Mesure de la performance eacutenergeacutetique mode activeacute deacutesactiveacute ()

Contribution FPT

Chauffage des locaux 100

8 140 120 800 85 007

Chauffage des locaux 40

49 110 102 600 92 045

Chauffage des locaux 15

25 90 87 500 94 023

Chauffage de lrsquoeau

18 140 58 --- 92 016

Total 100 092

Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables bull Performances globales Une cote de facteur de performance totale (FPT) de 092

placerait le systegraveme combineacute dans la plage des performances eacuteleveacutees

bull Performances en mode de chauffage de lrsquoeau Comme dans le cas du sceacutenario impliquant un point de consigne de tempeacuterature unique le systegraveme assure une condensation en mode de chauffage de lrsquoeau avec un FPCE de 92 Il serait possible drsquoameacuteliorer leacutegegraverement lrsquoefficaciteacute du systegraveme de chauffage de lrsquoeau si un point de consigne de tempeacuterature de lrsquoeau infeacuterieur agrave la valeur de 140 degF utiliseacutee dans le premier cas de figure eacutetait appliqueacute La norme P9 permet drsquoutiliser un point de

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consigne pouvant descendre jusqursquoagrave 120 degF dans le cas de lrsquoeau potable La tempeacuterature de consigne nrsquoa plus besoin drsquoecirctre la mecircme que celle requise pour une charge de chauffage de locaux maximale il est donc possible de la reacuteduire agrave la plage de 120 degF Pour simplifier la comparaison des deux systegravemes dans les tableaux 5 et 6 aucun point de consigne de systegraveme de chauffage drsquoeau potable reacuteduit nrsquoa pas eacuteteacute inclus dans le tableau 6

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge totale Dans ce mode le rendement eacutenergeacutetique est plus faible La tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation doit ecirctre au plus haut pour satisfaire la charge la tempeacuterature de lrsquoeau de retour sera donc elle aussi plus eacuteleveacutee dans ce mode Comme le systegraveme fonctionnera rarement dans ce mode cette mauvaise performance ne repreacutesente qursquoune petite fraction de la pondeacuteration FPT

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge partielle Les tempeacuteratures drsquoalimentation du systegraveme de chauffage de lrsquoeau sont abaisseacutees progressivement pour satisfaire des demandes en charge partielle moindres Les tempeacuteratures peuvent ecirctre abaisseacutees bien en deccedilagrave du reacuteglage preacutevu pour le chauffage de lrsquoeau du robinet Cette condition se traduit par des tempeacuteratures drsquoeau de retour plus basses qursquoen conditions de charge totale Ces deux facteurs font que lrsquoefficaciteacute est plus importante en conditions de charge partielle qursquoen conditions de charge totale Le chauffe-eau fonctionnera en mode de condensation pour les deux points de charge de chauffage de locaux (40 et 15 )

bull Vitesse de ventilateur Eacutetant donneacute que la puissance de chauffage requise diminue la vitesse de ventilateur diminue aussiCela se traduit par un niveau sonore reacuteduit un fonctionnement du ventilateur plus long avec des cycles moins freacutequents et une reacuteduction importante de la consommation drsquoeacutenergie Cette condition peut aussi reacuteduire les plaintes lieacutees au confort le fonctionnement plus long agrave des deacutebits drsquoair reacuteduits ameacuteliorant la reacutepartition de lrsquoair chaud pendant les saisons intermeacutediaires

bull Controcircle de la tempeacuterature de lrsquoair inteacuterieur Le fait de moduler la puissance de chauffage en faisant varier la tempeacuterature de lrsquoeau et la vitesse du ventilateur peut se traduire par une tempeacuterature drsquoair inteacuterieur plus homogegravene avec des eacutecarts de tempeacuteratures moins grands au-dessus et au-dessous des points de consigne du thermostat

La strateacutegie 2 (tempeacuterature drsquoeau variable) peut donner lieu agrave lrsquoeacutelaboration drsquoun systegraveme de chauffage combineacute efficace preacutesentant de bonnes performances lorsqursquoil est mis agrave lrsquoessai selon la norme CSA P9 et lorsqursquoil est installeacute dans une vraie reacutesidence Les niveaux de performance varieront en fonction des composants seacutelectionneacutes et des speacutecificiteacutes de lrsquoordonnancement des commandes

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7 Commandes

Les commandes geacuteneacuteriques exigeacutees pour mettre en œuvre la strateacutegie privileacutegieacutee impliquant une tempeacuterature variable quia eacuteteacute deacutecrite dans la derniegravere section peuvent srsquoaveacuterer relativement simples Quelques chauffe-eau agrave la demande proposent deacutejagrave des commandes de reacuteglage de tempeacuterature Les commandes de tempeacuterature des chauffe-eau agrave la demande types ne sont toutefois pas systeacutematiquement configureacutees pour offrir une fonction de reacuteglage de tempeacuterature baseacutee sur la charge Quasiment tous les chauffe-eau agrave la demande actuellement disponibles sont eacutequipeacutes pour accueillir des commandes de tempeacuterature inteacutegreacutees ou monteacutees agrave distance permettant agrave lrsquoutilisateur de reacutegler manuellement la tempeacuterature drsquoalimentation agrave partir du chauffe-eau

En principe il devrait ecirctre possible de concevoir un module drsquointerface de commande simple qui viendrait se brancher dans les fiches de connexion de la commande de tempeacuterature existante La nouvelle commande simulerait lrsquoaction du controcircleur de tempeacuterature standard reacutegleacute manuellement de maniegravere agrave offrir une fonction de reacuteinitialisation de tempeacuterature automatique du chauffe-eau Toutes les commandes de seacutecuriteacute resteraient fonctionnelles

Une strateacutegie de controcircle simple peut offrir des performances eacuteleveacutees Les facteurs cleacutes agrave prendre en compte sont les suivants

bull deacuteterminer si une demande tient compte des besoins en chauffage drsquoeau chaude domestique

bull en mode de chauffage des locaux uniquement utiliser une minuterie ou un controcircle de reacuteglage exteacuterieur (ou un capteur de charge infeacuterentielle similaire) pour faire augmenter progressivement la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation

bull preacutevoir un systegraveme de traitement drsquoair faisant varier le deacutebit drsquoair en fonction de la tempeacuterature de lrsquoeau qui arrive dans lrsquoappareil du deacutelai pendant lequel une demande de chauffage perdure ou drsquoun signal direct du capteur de commande de charge

Ilest inteacuteressant de souligner que le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair nrsquoont pas besoin de communiquer directement ni de posseacuteder des commandes communes pour mettre en œuvre certaines des strateacutegies de controcircle deacutecrites

Lorsque les commandes du systegraveme deacutetectent qursquoune demande de chauffage a eacuteteacute satisfaite le systegraveme de traitement drsquoair devrait continuer de fonctionner suffisamment longtemps pour extraire toute la chaleur reacutesiduelle du serpentin et la transfeacuterer vers le courant drsquoair Pour eacuteviter les problegravemes de confort thermique il est souhaitable de reacuteduire la vitesse du ventilateur pendant cette peacuteriode de temporisation de la

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ventilation Le fonctionnement continu du ventilateur avec un reacuteglage de vitesse faible offrira automatiquement cette fonctionnaliteacute sans neacutecessiter de quelconques commandes intelligentes Cette option aurait lrsquoavantage suppleacutementaire drsquoassurer une reacutepartition de la tempeacuterature uniforme agrave lrsquointeacuterieur de la reacutesidence Elle serait eacutegalement utile pour reacutepartir lrsquoair frais si le systegraveme combineacute est installeacute avec un ventilateur-reacutecupeacuterateur de chaleur (VRC) ou un autre type de systegraveme de ventilation

Des commandes soigneusement conccedilues contribueront en bout de ligne agrave assurer ou reacutetablir lrsquoefficaciteacute du systegraveme combineacute Les commandes devraient ecirctre en mesure de deacuteterminer srsquoil y a une demande de chauffage des locaux ou de chauffage de lrsquoeau ou une demande concernant les deux modes Les commandes devront deacuteterminer lrsquoamplitude de chaque charge et reacutepondre de maniegravere approprieacutee en faisant varier certains paramegravetres agrave la fois pour le systegraveme de chauffage des locaux (systegraveme de traitement drsquoair par exemple) et pour le geacuteneacuterateur de chaleur (notamment si la source de chauffage est un chauffe-eau agrave la demande) En cas de demande de chauffage drsquoeau eacuteleveacutee il se peut qursquoune solution de commande prioritaire drsquoeau chaude domestique constitue la meilleure option Les commandes peuvent deacuteduire lrsquoamplitude des charges de chauffage des locaux au moyen de divers meacutecanismes y compris en surveillant les cycles de fonctionnement du thermostat et de signaux drsquoentreacutes directs transmis par une commande de charge infeacuterentielle telle qursquoune commande de reacuteglage exteacuterieur

La figure 3 preacutesente un algorithme simplifieacute de commandes geacuteneacuteriques pour la section chauffe-eau drsquoun systegraveme combineacute utilisant quatre eacutetapes de reacuteglage de tempeacuterature drsquoeau pour le chauffage des locaux et une seule pour le chauffage de lrsquoeau

La logique de commande illustreacutee agrave la figure 3 constitue uniquement un exemple de strateacutegie de controcircle rudimentaire qui pourrait ecirctre utiliseacutee pour assurer des performances eacuteleveacutees dans des modes de chauffage de locaux sans neacutecessiter lrsquoutilisation de composants oneacutereuxLrsquoalgorithme de commande pourrait ecirctre ameacutelioreacute si le controcircleur avait lrsquointelligence neacutecessaire pour lui permettre drsquoassimiler les eacutetapes de chauffage requises en surveillant la dureacutee des demandes de chauffage des locaux sur plusieurs cycles de chauffage reacutecents

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e

Mode drsquoattente Chauffe-eauagrave la demande en attente de signal

Demande de chauffage (lrsquoeaucircule dans le chauffe-eau)

Demandedrsquoeauchaude

domestique

Activationdu chauffagede lrsquoeacutetape 1 THERM90 ordmF Ventilateur Vitesse 1 Deacuteclencherle minuteursur 5 min

Demandesatisfaite avantlrsquoexpiration

du deacutelaiduminuteur

Oui

Oui

No

Reacuteglage du THERM sur le point de consigne de lrsquoeau chaude domestique THERM = 140 degF Couperlecirculateurde chauffagedelocaux (facultatif) Attendre lafin de la demande drsquoeau chaude domestique

Demande de

chauffage satisfait

Non

Oui

Activation du chauffage de lrsquoeacutetape 2 THERM = 105 degF Ventilateur Vitesse 2 Deacuteclencher le minuteur sur3 min

Activation du chauffage de lrsquoeacutetape 3 THERM = 120 degF Ventilateur Vitesse 3 Deacuteclencher le minuteur sur3 min

Activation du chauffage MAX THERM = 140 degF Ventilateur Vitesse 4 Mettrefin agravelademande de chauffage

Figure 3 Logique de lrsquoalgorithme simplifieacute de commande de chauffe-eau pour unsceacutenario de chauffage en quatre eacutetapes

Voici trois options de commande de vitesse de ventilateur de systegraveme de traitement drsquoair associeacutees agrave la meacutethode de chauffage drsquoeau illustreacutee agrave la figure 3

Commandes indirectes baseacutees sur la tempeacuteratureRaccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont bien distinctes les unes des autres mais elles fonctionnement de maniegravere compleacutementaire

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Principe de fonctionnement Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetecte la tempeacuterature de lrsquoeau chaude drsquoadmissionPlus la tempeacuterature de lrsquoeau est eacuteleveacutee plus les commandes du systegraveme de traitement drsquoair augmentent le deacutebit drsquoair

Discussion Les commandes du chauffe-eau augmentent la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque la demande nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetecte la tempeacuterature plus eacuteleveacutee et fait circuler plus drsquoair dans les serpentins pour lrsquoutiliser

Aspect meacutecanique Un puits de tempeacuterature est installeacute dans la conduite drsquoeau drsquoalimentation drsquoarriveacutee agrave lrsquointeacuterieur du systegraveme de traitement drsquoairLe reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur serait ajusteacute en installant un module de commande de systegraveme de traitement drsquoair qui mesure la tempeacuterature de lrsquoeau achemineacutee au systegraveme de traitement drsquoair depuis le chauffe-eau pendant une demande de chauffage de locaux transmise au systegraveme de traitement drsquoair La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signal de commande transmis au panneau de controcircle du systegraveme de traitement drsquoair par le thermostat du systegraveme de CVCA

Commandes indirectes baseacutees sur le minuteur Raccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont bien distinctes les unes des autres mais elles fonctionnement de maniegravere compleacutementaire

Principe de fonctionnement Le deacutebit drsquoair du systegraveme de traitement drsquoair varie en fonction de la dureacutee de la demande de chauffage afin de coiumlncider avec les minutages de commande de tempeacuterature indiqueacutes agrave la figure 3

Discussion Les commandes du chauffe-eau augmentent la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque la demande nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetermine la dureacutee de la demande de chauffage et fait circuler plus drsquoair dans les serpentins afin de se conformer aux eacutetapes de tempeacuterature programmeacutees

Aspect meacutecanique Le reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur serait ajusteacute en installant un module de commande de systegraveme de traitement drsquoair qui reacutegule le deacutebit drsquoair en fonction de la dureacutee de la demande de chauffage La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signalde commande transmis au panneau de controcircle du systegraveme de traitement drsquoair par le thermostat du systegraveme de CVCA

Controcircle direct Raccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont toutes deux controcircleacutees au moyen drsquoun nouveau controcircleur combineacute inteacutegreacute posseacutedant une interface directe avec le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair

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Principe de fonctionnement Le nouveau controcircleur fait varier le deacutebit drsquoair du systegraveme de traitement drsquoair et la tempeacuterature de lrsquoeau de maniegravere agrave optimiser le rendement du chauffage

Discussion Cette strateacutegie de controcircle direct suppose le deacuteveloppement drsquoun nouveau composant de commande Le controcircleur peut utiliser des reacuteglages de fonctionnement plus sophistiqueacutes afin drsquoameacuteliorer le rendement dans tous les modes de fonctionnement

Aspect meacutecanique Le reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur et la tempeacuterature de lrsquoeau achemineacutee au systegraveme de traitement drsquoair seraient directement controcircleacutes par un nouveau controcircleur combineacute inteacutegreacute La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signal de commande transmis au controcircleur par le thermostat du systegraveme de CVCA

Chauffe-eau - Mode de chauffage de lrsquoeau du robinet Les algorithmes de chauffage de lrsquoeau du robinet ne changent pas par rapport agrave ceux du module de commande standard La seule diffeacuterence reacuteside dans le fait que le chauffe-eau utilise un contacteur de deacutebit ou un deacutebitmegravetre pour repeacuterer un tirage drsquoeau chaude (ou une arriveacutee drsquoeau froide) et comprendre qursquoune demande de chauffage drsquoeau a eacuteteacute faite Si une demande de chauffage de locaux intervient simultaneacutement le chauffe-eau pourrait honorer les deux demandes en tenant compte du reacuteglage de tempeacuterature de sortie requise de lrsquoeau du robinet Une autre option consisterait agrave prendre en compte par deacutefaut le reacuteglage du mode de chauffage de lrsquoeau Un mode de controcircle plus sophistiqueacute pourrait potentiellement temporiser le chauffage des locaux lorsque cela srsquoavegravere neacutecessaire pour reacutepondre agrave des demandes de chauffage drsquoeau eacuteleveacutees ou pour activer la distribution de chauffage des locaux en utilisant des reacuteglages de tempeacuterature optimiseacutes Ce cas de figure est illustreacute agrave la figure 4

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8 Composants

Pour bien fonctionner les systegravemes de chauffage combineacutes doivent ecirctre doteacutes de composants haute performance que ce soit dans une configuration dite laquo installeacutee raquo ou dans une configuration drsquoessai selon la norme CSA P9 La preacutesente section a pour objectif drsquoaider les fabricants de chauffe-eau agrave la demande

bull agrave concevoir leur propre systegraveme de traitement drsquoair

bull agrave eacutetablir un partenariat avec un autre fabricant qui fournirait un systegraveme de traitement drsquoair pour leur systegraveme apregraves avoir deacutetermineacute

ndash les composants requis

ndash la mesure dans laquelle un modegravele de systegraveme de traitement drsquoair existant aurait besoin drsquoecirctre affineacute pour reacutepondre agrave leurs besoins

bull agrave eacutetablir les modifications qursquoil faut apporter au systegraveme monobloc dans son ensemble pour ameacuteliorer les performances

81 Systegraveme de traitement drsquoair

Le systegraveme de traitement drsquoair doit inclure les composants neacutecessaires pour fournir de la chaleur et faire circuler de lrsquoair Les eacuteleacutements agrave prendre en compte sont des serpentins de chauffage de locaux un moteur de ventilateur une pompe et un puits de tempeacuterature Ces eacuteleacutements sont deacutecrits plus en deacutetail ci-dessous

82 Serpentins de chauffage de locaux

Les serpentins de chauffage de locaux doivent ecirctre dimensionneacutes de maniegravere approprieacutee pour que le chauffage des locaux puisse avoir lieu avec une tempeacuterature drsquoalimentation suffisamment basse et une baisse de tempeacuterature de lrsquoeau suffisante pour favoriser la condensation dans le geacuteneacuterateur de chaleur lorsque le systegraveme fonctionne en conditions de charge partielle (et ideacutealement en conditions de pleine charge eacutegalement)

Geacuteneacuteralement les serpentins quiextraient la chaleur de lrsquoeau sont conccedilus et choisis en tenant compte drsquoune baisse de tempeacuterature de lrsquoeau drsquoenviron 11 degC (20 degF) le long des serpentins aux conditions de chauffage nominales La seacutelection preacutealable du serpentin peut ecirctre faite en utilisant un logiciel deacutejagrave proposeacute par divers fabricants de serpentins Dans la plupart des cas le modegravele logiciel calcule la puissance de chauffage drsquoun

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serpentin de chauffage agrave eau chaude en se fondant sur la mesure des performances du conditionnement drsquoair pour des serpentins ayant une construction et des geacuteomeacutetries similaires Du coup la puissance de chauffage reacuteelle pour une condition nominale donneacutee peut diffeacuterer leacutegegraverement de celle preacutedite par le logiciel

Ilest recommandeacute de veacuterifier la performance reacuteelle du serpentin choisi (puissance de chauffage baisse de la tempeacuterature de lrsquoeau baisse de la pression statique sur le cocircteacute air et eau) en effectuant des essais internes Lorsque cette eacutetape a eacuteteacute exeacutecuteacutee le modegravele logiciel peut fournir une aide preacutecieuse pour seacutelectionner le serpentin et devrait proposer des indications plutocirct fiables concernant les changements de performance du serpentin aux diffeacuterentes conditions projeteacutees Les informations ainsi collecteacutees devraient ecirctre utiles pour concevoir et affiner des reacuteglages et des strateacutegies de controcircle plus eacutevolueacutes en vue drsquooptimiser le rendement du systegraveme en conditions de chauffage en charge partielle

Voici les eacuteleacutements agrave prendre en compte

Diamegravetre du serpentin drsquoeau et nombre de spires ndash Un grand diamegravetre de canalisation reacuteduira au minimum la baisse de pression de lrsquoeau ainsi que lrsquoeacutenergie utiliseacutee par le systegraveme de circulation drsquoeau Un petit diamegravetre de canalisation permettra drsquoopter pour un serpentin moins oneacutereux eacutetant donneacute qursquoil faudra moins de cuivre dans le serpentin Cependant des petits tubes neacutecessiteront une eacutenergie de pompage supeacuterieure et feront augmenter les pheacutenomegravenes drsquousure et drsquoeacuterosion des tubes si une puissance de pompe suffisante est appliqueacutee pour offrir le deacutebit drsquoeau nominal Concregravetement le fait drsquoutiliser un serpentin avec des tubes trop petits reacuteduira la puissance de chauffage fournie par le serpentin En effet le fabricant utilisera vraisemblablement le mecircme circulateur standard quel que soit le serpentin retenu Les TECA hydronic and combo guideline (Directives sur les systegravemes hydroniques et combineacutes de la TECA)1

(article 814) preacutecisent que le deacutebit de lrsquoeau qui traverse le systegraveme de chauffage ne doit pas deacutepasser quatre (4) pieds par seconde

Nombre drsquoailettes par pouce ndash Plus le nombre drsquoailettes par pouce est eacuteleveacute plus la surface de transmission de chaleur et la puissance de chauffage augmentent cela creacutee cependant une baisse de pression supeacuterieure sur le cocircteacute air du serpentin Un certain degreacute de perte de pression dans le serpentin est utile pour assurer un deacutebit drsquoair homogegravene dans le serpentin notamment dans une configuration de laquo purge raquo qui est couramment utiliseacutee dans les ventilo-convecteurs combineacutes servant au chauffage des locauxLes speacutecifications des serpentins de chauffage peuvent faire eacutetat drsquoun nombre drsquoailettes variant de 6 ailettes par pouce agrave 14 ailettes par pouce Les serpentins de chauffage hydronique standard comportent 12 ou 14 ailettes par pouce Les serpentins doteacutes drsquoun grand nombre drsquoailettes sont plus facilement encrasseacutes par de la poussiegravere

1 Thermal Environmental Comfort Association (TECA) Surrey (C-B) Hydronic amp Combo Guidelines for the Design and Installation of Hot Water Heating Systems and Combination Hot Water amp Space Heating Systems 8th Edition August 2009 (Directives concernant les systegravemes hydroniques et combineacutes conception et installation de systegravemes de chauffage drsquoeau chaude et de systegravemes combineacutes de chauffage drsquoeau chaude et de locaux 8e eacutedition aoucirct 2009) [wwwtecaca]

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ou des deacutebris Selon les reacutesultats du logiciel de modeacutelisation du serpentin la preacutesence de 12 ailettes ou mecircme 14 semble ecirctre un choix raisonnable pour un serpentin de chauffage de locaux haute performance agrave condition que le serpentin soit choisi avec une surface suffisamment importante pour maintenir la vitesse frontale de lrsquoair faible agrave la puissance de chauffage theacuteorique

Figure 5 Exemple de serpentin de chauffage de locaux laquo surdimensionneacute raquo utiliseacute dans une application de systegraveme de traitement drsquoair hydronique

83 Moteur de ventilateur

Le systegraveme de traitement drsquoair devrait utiliser un moteur de ventilateur agrave commutation eacutelectronique (MCE) et ecirctre exploiteacute en utilisant un systegraveme de controcircle agrave vitesse multiple ou agrave vitesse variable Cette option permettrait de moduler le deacutebit drsquoair et la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque le systegraveme fonctionne agrave une puissance infeacuterieure agrave sa puissance de chauffage nominale maximaleLa capaciteacute agrave utiliser un mode de circulation continu agrave faible puissance et faible vitesse serait particuliegraverement utile en cas de fonctionnement aux points de consigne de 15 et 40 pour lesquels il est primordial de collecter et de distribuer toute la chaleur reacutesiduelle des serpentins de chauffage la norme P9 tenant compte uniquement de la chaleur qui est reacuteellement transfeacutereacutee dans le courant drsquoair

La modulation du deacutebit drsquoair et de la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation permettra drsquoobtenir des tempeacuteratures drsquoair distribueacute confortables ainsi que des performances de chauffage eacuteleveacutees

Un MCE doteacute drsquoune programmation de deacutebit drsquoair constant surclassera vraisemblablement un MCE qui utilise une programmation de couple constant car le

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systegraveme compensera au moins partiellement les diffeacuterences entre les pressions statiques nominales et les pressions statiques reacuteellement eacutetablies Cette solution peut srsquoaveacuterer indispensable pour srsquoassurer que les performances de la combustion dans des conditions reacuteelles variables correspondent aux performances obtenues lors drsquoessais dans le laboratoire

Une programmation de deacutebit drsquoair constant sera probablement essentielle pour obtenir des performances acceptables dans le cas drsquoun systegraveme combineacute reacuteparti

84 Circulateurpompe

Ilest important de choisir le bon circulateur pour acheminer le deacutebit approprieacute en fonction de la pression statique eacutetablie qui sera en vigueur Les pertes de pression dans les diffeacuterents chauffe-eau agrave la demande varient Le fait drsquoutiliser un circulateur qui fournit un deacutebit trop important se traduira par une petite baisse de tempeacuterature dans le circuit drsquoeau qui traverse le serpentin et par une tempeacuterature drsquoeau de retour eacuteleveacutee vers le chauffe-eau Un deacutebit trop faible entraicircne des capaciteacutes de chauffage faibles Des circulateurs hydroniques sont offerts avec trois vitesses seacutelectionnables et des deacutebits de pompe nominaux Par contre les moteurs utiliseacutes dans les circulateurs types agrave plusieurs vitesses ne sont pas aussi efficaces que les moteurs agrave CE Des circulateurs agrave vitesse variable eacutequipeacutes de moteurs agrave CE font leur apparition sur le marcheacute mais ils ne sont pas encore couramment utiliseacutes dans les applications combineacutees

Ideacutealement les pompes de circulation des systegravemes combineacutes eacutevolueacutes devraient consister en un concept agrave modulation agrave vitesse variable capable drsquoameacuteliorer le rendement et de compenser les diffeacuterentes configurations de canalisation Ce type de concept est deacutejagrave disponible et pourrait ecirctre mis en œuvre degraves maintenant il pourrait aussi ecirctre mis de cocircteacute jusqursquoagrave ce que la prochaine geacuteneacuteration de systegravemes de chauffage combineacutes eacutevolueacutes soit mise au point Les premiers reacutesultats drsquoessais en laboratoire ont montreacute qursquoil est possible drsquoobtenir de bonnes performances conformes agrave la norme CSA P9 sans utiliser des pompes de circulation agrave vitesse variable et des commandes auxiliaires coucircteuses Agrave lrsquoavenir agrave mesure que le coucirct des circulateurs agrave vitesse variable doteacutes de moteurs agrave CE baissera et que les commandes inteacutegreacutees seront mieux accepteacutees leur utilisation dans des applications de chauffage combineacute sera plus rentable

85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)

Si lrsquoon conccediloit le reacuteseau de plomberie de maniegravere agrave pouvoir y installer des bouchons de controcircle de tempeacuterature drsquoeau et de pression les essais internes et les mesures de mise en service seront simplifieacutes De plus il sera plus facile de purger lrsquoair des circuits

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hydroniques Il est possible drsquoutiliser des sondes de tempeacuteratures monteacutees agrave lrsquoexteacuterieur pour effectuer les mesures de mise en service sur le terrain si des sections de conduites de cuivre ameacutenageacutees dans des endroits strateacutegiques sont prises en compte lors de la conception

86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau

Certains chauffe-eau agrave la demande de type chaudiegravere possegravedent des points de consignes et des algorithmes de controcircle distincts pour le chauffage des locaux et celui de lrsquoeau Drsquoautres ont besoin de savoir si la charge concerne le chauffage des locaux ou celui de lrsquoeau potable Dans ce cas on peut utiliser divers capteurs et surveiller eacutegalement les signaux transmis par un deacutebitmegravetre drsquoeau installeacute dans le reacuteseau drsquoeau potable ou un deacutebitmegravetre installeacute dans le circuit de chauffage des locaux Bon nombre de chauffe-eau agrave la demande utilisent de tels capteurs dans leurs circuits de commande de brucircleur afin de faire coiumlncider les allures de chauffe avec les chargesDans les applications combineacutees lrsquoutilisation de commandes capables de diffeacuterencier les charges deacutepend de la logique de controcircle prioritaire de demande drsquoeau chaude domestique

87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes

Les canalisations drsquoeau ameacutenageacutees entre le geacuteneacuterateur de chaleur et le systegraveme combineacute devraient ecirctre dimensionneacutees de maniegravere agrave eacuteviter des baisses de pression excessives

Toutes les canalisations en cuivre exteacuterieures doivent ecirctre isoleacutees conformeacutement aux pratiques de lrsquoindustrie Il se peut que les avantages lieacutes agrave lrsquoisolation des canalisations drsquointerraccordement ne soient pas tregraves importants si les sections de conduites sont courtes et si elles contiennent des tuyaux en polyeacutethylegravene reacuteticuleacute ou un type de conduite similaire preacutesentant moins de perte de chaleur que les conduites en cuivre

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9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes

La preacutesente section contient des directives et certaines observations agrave lrsquointention des fabricants de systegravemes de chauffage combineacutes dans le but drsquoaider ces derniers agrave mettre agrave lrsquoessai leurs systegravemes agrave lrsquointerne Lrsquoexeacutecution drsquoessais agrave lrsquointerne en utilisant un montage simplifieacute permettra aux fabricants de mieux cerner les performances de leurs concepts et commandes prototypes lorsqursquoils sont mis agrave lrsquoessai dans une installation indeacutependante conformeacutement agrave la norme CSA P9 (P10 pour les fabricants de SMI) Les essais en question ne doivent pas forceacutement ecirctre conccedilus pour geacuteneacuterer des reacutesultats de performance preacutecis agrave 100 mais ils sont consideacutereacutes comme indispensables pour le deacuteveloppement et le cycle drsquooptimisation du produit les avantages drsquoun concept et drsquoun fonctionnement de systegraveme ameacutelioreacutes pouvant rapidement sauter aux yeux lorsque lrsquoon compare les reacutesultats des essais reacutealiseacutes laquo avant raquo et laquo apregraves raquo

En geacuteneacuteral il nrsquoest pas rentable de payer un laboratoire drsquoessais indeacutependant pour proceacuteder agrave la premiegravere eacutevaluation drsquoun systegraveme de chauffage combineacute complet Les coucircts lieacutes au laboratoire et les deacutefis lieacutes aux ingeacutenieurs concepteurs qui prescrivent des reacuteglages lorsqursquoils ne sont pas sur place rendent cette option probleacutematique Des essais simplifieacutes reacutealiseacutes dans les propres locaux du fabricant permettent de srsquoassurer que les reacutesultats sont dans la plage approprieacutee degraves le deacutebut

Un scheacutema de montage drsquoessai suggeacutereacute utilisable pour effectuer des mesures conformeacutement agrave la norme CSA P9 est preacutesenteacute dans cette norme La figure 6 ci-dessous illustre une version simplifieacutee de ce scheacutema

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de la piegravece

combineacutes

Appareilsdeconditionnement

Eacutevents pour produits de combustion Appareils de

conditionnement de la piegravece

Salle drsquoessai

Isolant

Meacutelangeur

Approvisionnement en eau

Eacutevents pour air de combustion Conduite drsquoalimentation en combustible

Uniteacute drsquoessai des

systegravemes

Thermocouples Porte Fenecirctre

Mesure de la tempeacuterature et du deacutebit de lrsquoeau

Conduite drsquoair de retour

Thermocouples

Mesure de la tempeacuterature et de lrsquohumiditeacute de lrsquoair

Air drsquoappoint

Mesure du deacutebit drsquoair

Figure 6 Scheacutema simplifieacute illustrant le montage utiliseacute pour exeacutecuter les essais conformeacutement agrave la norme P9 (composants individuels du systegraveme combineacute non illustreacutes)

Le scheacutema preacutesente un dispositif de mesure de lrsquoenthalpie de lrsquoair dans un tunnel baseacute Vsur la norme ASHRAE 37 Lrsquoappareil de mesure de lrsquoair illustreacute sur la figure de la norme utilise un ajutage et un ventilateur drsquoeacutequilibrage pour pouvoir appliquer une technique de mesure du deacutebit drsquoair neacutecessitant une pression diffeacuterentielle eacuteleveacutee (entre 1 et 4 pouces drsquoeau) dans lrsquoajutage Lorsqursquoil est utiliseacute avec des manomegravetres preacutecis cet appareil offre une preacutecision de mesure eacuteleveacutee de lrsquoordre de 1 agrave 2 du deacutebit drsquoair et il geacutenegravere un deacutebit drsquoair bien meacutelangeacute qui permet de mesurer avec preacutecision la tempeacuterature du deacutebit de lrsquoair drsquoalimentation

La norme P9 preacutecise que lrsquoajutage inteacutegreacute agrave lrsquoappareil de mesure de lrsquoenthalpie de lrsquoair en tunnel constitue une meacutethode acceptable pour mesurer le deacutebit drsquoair tout en approuvant expresseacutement (article 36) lrsquoapplication drsquoautres processus de mesure du deacutebit drsquoair agrave condition que les limites de preacutecision mentionneacutees dans la norme soient satisfaites Ceci donne la possibiliteacute drsquoutiliser une technique de mesure du deacutebit drsquoair plus directe ne neacutecessitant pas lrsquoutilisation drsquoun appareil comportant un ventilateur drsquoeacutequilibrage Dans certains cas lrsquoutilisation drsquoune chambre de mesure de deacutebit avec un ventilateur drsquoeacutequilibrage pour reacutegler la pression statique de la conduite drsquoair drsquoalimentation a impliqueacute des problegravemes de stabiliteacute avec des moteurs agrave CE qui ont eacuteteacute

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programmeacutes pour un deacutebit drsquoair constant il est donc avantageux drsquoeacuteviter les ventilateurs drsquoeacutequilibrage

91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz

De nombreux fabricants concevant des systegravemes combineacutes eacutevolueacutes integravegreront des instruments conccedilus pour mesurer la consommation drsquoeacutenergie eacutelectrique la consommation du combustible les performances de combustion la tempeacuterature et la pression (pression du collecteur de gaz pression statique des conduites etc) Si de tels eacutequipements de mesure ne sont pas offerts ilest recommandeacute de les preacutevoirLes compteurs de facturation des compagnies de gaz et drsquoeacutelectriciteacute devraient offrir une preacutecision et une reacutesolution suffisantes pour les essais de deacuteveloppement du produit

92 Enregistreur de donneacutees

Les fabricants devront eacutegalement avoir accegraves agrave un systegraveme drsquoenregistrement de donneacutees dans le cadre de leur travail Il est conseilleacute de preacutevoir un enregistreur qui offre une preacutecision et un nombre de canaux de mesures suffisants pour les tacircches agrave accomplir On estime qursquoil faudra environ huit (8) canaux pour mesurer la tempeacuterature plus quelques canaux analogiques ou numeacuteriques pour prendre en compte les donneacutees des deacutebitmegravetres des transducteurs de pression etc (analogiques ou numeacuteriques selon lrsquoinstrument de mesure seacutelectionneacute) De nombreux fournisseurs proposent un large eacuteventail drsquoenregistreurs de donneacutees Campbell Scientific Fluke Instruments Omega et Measurement Computing (personal DAQ) figurent parmi les fabricants qui proposent des enregistreurs de donneacutees de petite eacutechelle pouvant ecirctre pris en compte Il est recommandeacute de se pencher sur lrsquoassistant logiciel de lrsquoenregistreur de donneacutees seacutelectionneacute au moment drsquoeacutevaluer lrsquoeacutequipement Si le fabricant ne souhaite pas investir dans un enregistreur de donneacutees la location demeure une option mecircme si les eacuteconomies preacutevues dans le cas drsquoune location agrave court terme semblent ecirctre faibles

93 Deacutebit drsquoair

Pour mesurer le deacutebit drsquoair pendant les essais agrave lrsquointerne il est recommandeacute drsquoutiliser une grille de deacutebit drsquoair avec eacutetablissement de moyenne installeacutee dans la conduite drsquoair drsquoalimentation en conjonction avec un manomegravetre diffeacuterentiel de preacutecision De nombreux fournisseurs proposent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans un large eacuteventail de tailles et ces deacutebitmegravetres sont relativement peu chers car ils sont souvent utiliseacutes dans des systegravemes commerciaux de chauffage et de refroidissement agrave deacutebit drsquoair variable Si lrsquoon fait une recherche dans Google en utilisant le segment laquo deacutebitmegravetres drsquoair raquo on trouve plusieurs fournisseurs et liens permettant

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drsquoobtenir de plus amples informations sur le sujet Nailor Industries Inc et Dwyer Instruments sont deux socieacuteteacutes quioffrent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans une grande varieacuteteacute de tailles de conduites

94 Manomegravetres

On trouve eacutegalement de nombreux manomegravetres diffeacuterentiels sur le marcheacute dont les modegraveles varient des manomegravetres agrave tube inclineacute aux transducteurs numeacuteriques de preacutecision Il est important de bien faire correspondre la plage de mesure du transducteur ou du manomegravetre avec la pression fournie par le deacutebitmegravetre sur la plage de deacutebits drsquoair preacutevue Dans le cas des transducteurs numeacuteriques des instruments capacitifs sont reacuteputeacutes bien fonctionner dans la plage de pression diffeacuterentielle basse qui serait normalement prescrite (environ 05 pouce de diffeacuterence de colonne drsquoeau) Setra Instruments MKS Instruments (Baratron) Dwyer Instruments et drsquoautres socieacuteteacutes proposent des transducteurs de pression diffeacuterentielle capacitifs plage basse adapteacutes

95 Tempeacuteratures

Les tempeacuteratures drsquoair drsquoarriveacutee et de sortie peuvent ecirctre mesureacutees en utilisant des thermocouples des thermistances ou des capteurs de conduite geacuteneacuterant une valeur moyenne Du fait de son bas coucirct de sa faciliteacute drsquoutilisation et de sa preacutesence agrave grande eacutechelle sur le marcheacute le thermocouple semble ecirctre lrsquoinstrument approprieacute pour cette application Il est possible de fabriquer un reacuteseau de thermocouples agrave partir drsquoune bobine de fil de thermocouple et de les raccorder entre eux en parallegravele de maniegravere agrave geacuteneacuterer une seule donneacutee repreacutesentant la valeur moyenne De nombreux fournisseurs offrent des fils agrave thermocouple notamment les socieacuteteacutes Thermo Electric Company Inc Omega Inc Watlow Inc etc Il est eacutegalement possible de fabriquer des sondes de tempeacuterature agrave partir des mecircmes fils de thermocouple pour surveiller drsquoautres paramegravetres tels que les tempeacuteratures drsquoeau Il est important de bien utiliser un fil agrave thermocouple plutocirct qursquoun fil de rallonge de lrsquoeacutechelle de mesure identique mais moins preacutecis

96 Mesures du cocircteacute eau

Pour effectuer des mesures du cocircteacute eau dans les serpentins il est neacutecessaire de posseacuteder un deacutebitmegravetre et des sondes de tempeacuterature Ces mesures pourraient ecirctre reacutealiseacutees en utilisant des capteurs distincts (deacutebitmegravetre drsquoeau et sondes de tempeacuterature distinctes par exemple) Il est important de srsquoassurer que lrsquoinsertion drsquoun deacutebitmegravetre dans la boucle drsquoeau ne modifie pas le deacutebit de la pompe de circulation Cela est particuliegraverement important avec des circulateurs agrave faible puissance geacuteneacuteralement utiliseacutes dans des applications combineacutees pour lesquelles lrsquoinstallation drsquoun deacutebitmegravetre agrave turbine conventionnel agrave baisse de pression eacuteleveacutee peut restreindre le deacutebit drsquoeau Ilexiste des deacutebitmegravetres preacutecis sans perte de pression eacuteleveacutee Certains appareils

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peuvent ecirctre acheteacutes deacutejagrave conditionneacutes avec des sondes de tempeacuterature en guise de laquo compteurs drsquoeacutenergie raquo Ils mesurent simultaneacutement les tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de lrsquoeau de retour ainsi que le deacutebit de lrsquoeau et calculent directement le flux drsquoeacutenergie en srsquoappuyant sur ces mesuresKamstrup Siemens Badger Meters Elster Metering ABB Meters et drsquoautres socieacuteteacutes offrent ce type drsquoappareils Les compteurs drsquoeacutenergie autonomes sont habituellement configureacutes avec certains dispositifs permettant de lire les diffeacuterents paramegravetres ainsi que les flux drsquoeacutenergie calculeacutes La plupart offre une fonction de stockage des donneacutees internes etou des sorties numeacuteriques pouvant ecirctre interfaceacutees avec des enregistreurs de donneacutees externes

97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne

La norme CSA P9 exige que le chauffage des locaux soit deacutefini en utilisant deux mesures (cocircteacute air et cocircteacute eau) avec une entente dans une toleacuterance acceptable pour la mise agrave lrsquoessai du systegraveme de chauffage de locaux agrave pleine capaciteacute constant Dans le cas des mesures agrave lrsquointerne entreprises par un fabricant dans le cadre drsquoun projet de deacuteveloppement de produit cibleacute lrsquoentente entre les mesures du cocircteacute air et du cocircteacute eau nrsquoest pas forceacutement requise On suggegravere aux fabricants de se concentrer sur les mesures qui ciblent la strateacutegie de controcircle ou de composant propre agrave lrsquoeacutetude Par exemple si des strateacutegies diffeacuterentes de temporisation du ventilateur ou laquo apregraves fonctionnement raquo sont eacutevalueacutees il est bien plus important de se concentrer sur les mesures du cocircteacute air que drsquoessayer drsquoatteindre un eacutequilibre entre le cocircteacute air et le cocircteacute eau Selon la quantiteacute drsquoeacutenergie laisseacutee dans le serpentin drsquoeau lorsque le ventilateur de soufflante srsquoarrecircte et drsquoautres pertes drsquoeacutenergie du systegraveme il est possible qursquoil nrsquoy ait pas drsquoeacutequilibre drsquoeacutenergie entre les mesures du cocircteacute air et les mesures du cocircteacute eau mecircme avec un instrument des mesures et des calculs laquo parfaits raquo

La norme CSA P9 exige une mesure du deacutebit drsquoair et des tempeacuteratures au moins toutes les cinq (5) secondes Dans le cas des essais agrave lrsquointerne cette freacutequence pourrait ecirctre assouplie pour certaines eacutetapes drsquoessai Par ailleurs une conformiteacute totale agrave la norme P9 suppose un controcircle preacutecis de la tempeacuterature de la salle drsquoessai ougrave se trouve le systegraveme combineacute en vue des essais ainsiqursquoun controcircle preacutecis de la tempeacuterature de lrsquoeau de la ville Dans le cas des essais de deacuteveloppement agrave lrsquointerne ces exigences peuvent eacutegalement ecirctre assouplies agrave condition que les tempeacuteratures ne varient pas trop pendant les essais Un espace commercial conditionneacute ayant une dimension raisonnable ferait lrsquoaffaire au moins pour les phases drsquoessai et de deacuteveloppement initiales

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Flue(combustionmeasurements)

SupplyAirtoSpaceHeatingPlenum

(optionalzonedampers)

ReturnAir

CityWater

TanklessWaterHeater

HotWaterSupplyfromWaterHeater

DHW

CoolWaterreturntoWaterheater

Temperaturemeasurementpoints

Fuelmeter

Flowmeter

Electricalmeteringnotshown

Circulator

98 Agencement des instruments

La figure 7 preacutesente un scheacutema simplifieacute permettant drsquoillustrer lrsquoagencement geacuteneacuteral des emplacements et des paramegravetres de mesure en vue de la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute de chauffe-eau instantaneacute agrave condensation Le deacutebit drsquoair qui traverse la conduite drsquoalimentation du systegraveme de traitement drsquoair sera surveilleacute en utilisant un deacutebitmegravetre agrave valeur moyenne et un manomegravetre (non illustreacute) tel que cela est deacutecrit agrave lrsquoarticle 73

T

T

T T

T T

Alimentation en eau chaude provenant du chauffe-eau

Conduit (mesures de combustion)

Eau chaude domestique

Systegraveme de mesure du combustible

Air dereprise

Retourde lrsquoeau froide vers lechauffe-eau

Chauffe-eau instantaneacute

Air drsquoalimentation achemineacute versle pleacutenum de chauffage(registres de zone facultatifs)

Eau municipale

Deacutebitmegravetre

T

(compteur eacutelectrique non illustreacute)

Points de mesure de la tempeacuterature Circulateur

Figure 8 Scheacutema de mesure simplifieacute applicable agrave la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute baseacute sur un chauffe-eau instantaneacute

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CanmetEacuteNERGIE CanmetEacuteNERGIE de Ressources naturelles Canada est un chef de file canadien dans le domaine de la recherche et deacuteveloppement en eacutenergie propre Les travaux de nos speacutecialistes portent sur lrsquoapprovisionnement drsquoeacutenergie propre agrave partir de combustibles fossiles et de sources renouvelables la gestion de lrsquoeacutenergie et les systegravemes de distribution ainsi que sur les technologies et processus avanceacutes pour les utilisations finales En veillant agrave ce que le Canada soit agrave la fine pointe des technologies sur lrsquoeacutenergie propre nous ameacuteliorons la qualiteacute de vie des Canadiens en creacuteant un avantage durable en matiegravere de ressources

Bureau central Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) 580 rue Booth 1 promenade Oil Patch 1 promenade Haanel 161 boulevard Lionel-Boulet Ottawa (Ontario) Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) Canada Canada Canada Canada K1A 0E4 T9G 1A8 K1A 1M1 J3X 1S6

  • Guide pour les fabricants drsquoappareils de chauffage combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessai conformeacutement agrave la norme CSA P9
    • Remerciements
    • 1 Reacutesumeacute
    • 2 Systegravemes agrave zones
    • Table des matiegraveres
    • Liste des tableaux et figures
    • 3 Contexte
      • 31 Objet
      • 32 Public cible
      • 33 Marcheacute
      • 34 Pratiques en vigueur dans lrsquoindustrie
      • 35 Expeacuterience en matiegravere drsquoeacutevaluation
      • 36 Deacutefi principal Utiliser des chauffe-eau pour chauffer des locaux de maniegravere eacuteconergeacutetique
      • 37 Approche par eacutetapes
        • 4 Charges de calcul ndash performances selon la norme CSA p9
          • 41 Facteur de performance thermique (FPT)
          • 42 Chauffage de lrsquoeau
          • 43 Chauffage des locaux
          • 44 Importance relative des charges de chauffage des locaux et de lrsquoeau
            • 5 Chauffage de lrsquoeau domestique
            • 6 Conception des systegravemes combineacutes
              • 61 Incidence des pondeacuterations de charge
                • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                • Reacuteduction des tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour
                  • 62 Strateacutegies de conception
                  • 63 Strateacutegie 1 Tempeacuterature drsquoeau constante
                    • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                    • Serpentin(s) de chauffage des locaux
                    • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                    • Illustration des performances selon la norme P9
                    • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                      • 64 Strateacutegie 2 Tempeacuterature drsquoeau variable
                        • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                        • Serpentin(s) de chauffage de locaux
                        • Conditions de chauffage de locaux en charge partielle
                        • Illustration des performances P9
                        • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                            • 7 Commandes
                              • Commandes indirectes baseacutees sur la tempeacuterature
                              • Commandes indirectes baseacutees sur le minuteur
                              • Controcircle direct
                              • Chauffe-eau -Mode de chauffage de lrsquoeau du robinet
                                • 8 Composants
                                  • 81 Systegraveme de traitement drsquoair
                                  • 82 Serpentins de chauffage de locaux
                                  • 83 Moteur de ventilateur
                                  • 84 Circulateurpompe
                                  • 85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)
                                  • 86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau
                                  • 87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes
                                    • 9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes
                                      • 91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz
                                      • 92 Enregistreur de donneacutees
                                      • 93 Deacutebit drsquoair
                                      • 94 Manomegravetres
                                      • 95 Tempeacuteratures
                                      • 96 Mesures du cocircteacute eau
                                      • 97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne
                                      • 98 Agencement des instruments
Page 3: Guide pour les fabricants d’appareils de chauffage ...€¦ · Le présent rapport explique comment la norme d’essai P.9 pondère le rendement dans différents modes de fonctionnement

1 Reacutesumeacute

Le principal objet du preacutesent document est de fournir aux fabricants de chauffe-eau agrave condensation fonctionnant agrave la demande une strateacutegie concernant la conception de systegravemes combineacutes capables de chauffer efficacement les locaux et lrsquoeau des reacutesidences et la faccedilon drsquoobtenir les reacutesultats drsquoessais selon la norme CSA P9 pour deacutemontrer cette capaciteacute

Les systegravemes combineacutes de chauffe-eau agrave condensation fonctionnant agrave la demande ont le potentiel drsquoecirctre tregraves eacuteconergeacutetiques Un de leurs grands avantages est qursquoils peuvent faire varier la tempeacuterature de chauffage de lrsquoeau fournie en mode de chauffage des locaux afin drsquoameacuteliorer drsquoau moins 10 la performance drsquoensemble du systegraveme combineacute Les systegravemes monoblocs techniques qui controcirclent ensemble le chauffage de lrsquoeau et les fonctions de traitement de lrsquoair peuvent presque toujours faire de la condensation

Le preacutesent document srsquoadresse aux gestionnaires et aux ingeacutenieurs-concepteurs afin 1) de comprendre rapidement une approche possible de conception de systegraveme combineacute haute performance 2) drsquoaider agrave eacuteliminer les risques drsquoun processus de conception et agrave utiliser les ressources de la faccedilon la plus optimale 3) drsquoeacutetablir des speacutecifications agrave lrsquointention des fournisseurs de composants potentiels Cette approche peut ecirctre adapteacutee afin de reacutealiser un systegraveme combineacute haute performance

Le preacutesent rapport explique comment la norme drsquoessai P9 pondegravere le rendement dans diffeacuterents modes de fonctionnement et dans diffeacuterentes puissances agrave charge partielle Selon la norme P9 le rendement du chauffage des locaux agrave charge partielle est le principal facteur pris en compte pour eacutetablir la cote de performance drsquoensemble Par exemple dans un systegraveme combineacute dont la puissance nominale de chauffage des locaux est de 10 kW la cote de performance du chauffage des locaux en charge partielle repreacutesente 74 de la performance pondeacutereacutee totale du systegraveme combineacute (voir le tableau 1)

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ii

Tableau 1 Consommation drsquoeacutenergie totale pour un systegraveme combineacute de 10 kW

FR HEADER TRANSLATION Consommation drsquoeacutenergie totale (kWhan)

Pourcentage de la consommation drsquoeacutenergie ()

Chauffage des locaux Pleine charge 2 000 8

Chauffage des locaux 40 de la charge

12 000 49

Chauffage des locaux 15 de la charge

6 000 25

Chauffage de lrsquoeau 4 400 18

Total 24 400 100

Ilest important que tout systegraveme soit en mesure de faire la diffeacuterence entre une demande de chauffage des locaux et une demande de chauffage de lrsquoeau et de fonctionner en conseacutequence Les tempeacuteratures de lrsquoeau fournie pour le chauffage des locaux doivent ecirctre maintenues le plus bas possible pour conserver des tempeacuteratures drsquoeau de retour basses afin drsquoaugmenter au maximum la condensation

Le rapport traite des composants neacutecessaires des commandes potentielles et de certains facteurs qui sont preacutevus pour concevoir un systegraveme combineacute preacutesentant un bon rapport coucirct-efficaciteacute en se servant drsquoun chauffe-eau agrave condensation fonctionnant agrave la demande

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iii

2 Systegravemes agrave zones

Les systegravemes combineacutes reacutesidentiels dits intelligents pourraient figurer parmi les plateformes les plus inteacuteressantes pour commercialiser des systegravemes de chauffage reacuteparti agrave prix raisonnable Eacutetant donneacute que ces systegravemes utilisent des ventilo-convecteurs hydroniques et agrave lrsquoexception des questions de confort thermique facilement geacuterables aucun problegraveme drsquoeacuteleacutevation minimale ou maximale obligatoire de la tempeacuterature ambiante ne pourrait avoir un impact sur la performance du mateacuteriel ni sur la certification en matiegravere de seacutecuriteacute comme il pourrait y en avoir pour drsquoautres technologies de CVCA Il ne faut donc pas preacutevoir une deacuterivation drsquoair entre lrsquoair fourni et lrsquoair de retour de lrsquoappareil de traitement de lrsquoair ou des laquo deacutepocircts raquo drsquoair fourni dans une zone commune afin de maintenir un deacutebit drsquoair minimum dans lrsquoensemble de lrsquoappareilde traitement de lrsquoairUn systegraveme combineacute intelligent aura eacutegalement deacutejagrave pris en compte une bonne partie des commandes et du concept de la logique de commande neacutecessaires agrave la mise en service reacuteussie de systegravemes de CVCA reacuteparti agrave prix abordable

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Table des matiegraveres

Remerciements i 1 Reacutesumeacute ii 2 Systegravemes agravezones iv 3 Contexte 4

31 Objet4 32 Public cible4 33 Marcheacute 4 34 Pratiques en vigueur dans lrsquoindustrie 5 35 Expeacuterience en matiegravere drsquoeacutevaluation6 36 Deacutefi principal Utiliser des chauffe-eau pour chauffer des

locaux de maniegravere eacuteconergeacutetique6 37 Approche par eacutetapes 7

4 Charges de calcul ndash performances selon la norme CSA p9 8 41 Facteur de performance thermique (FPT) 8 42 Chauffage de lrsquoeau9 43 Chauffage des locaux10 44 Importance relative des charges de chauffage des locaux et de lrsquoeau11

5 Chauffage de lrsquoeau domestique14 6 Conception des systegravemes combineacutes17

61 Incidence des pondeacuterations de charge17 62 Strateacutegies de conception17 63 Strateacutegie 1 Tempeacuterature drsquoeau constante18 64 Strateacutegie 2 Tempeacuterature drsquoeau variable22

7 Commandes25 8 Composants 31

81 Systegraveme de traitement drsquoair31 82 Serpentins de chauffage de locaux31 83 Moteur de ventilateur 33 84 Circulateurpompe 34 85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure

de pression laquo Petersquos Plug raquo)34

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1

86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau 35

87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes35

9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes36

91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz 38 92 Enregistreur de donneacutees 38 93 Deacutebit drsquoair 38 94 Manomegravetres 39 95 Tempeacuteratures 39 96 Mesures du cocircteacute eau 39 97 Eacutecarts par rapport agravelanorme P9dans le cas des travaux en interne 40 98 Agencement des instruments 41

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2

Liste des tableaux et figures

Tableau 1 Consommation drsquoeacutenergie totale pour un systegraveme combineacute de 10 kW iii

Tableau 2 Charges thermiques annuelles (kWhan) de la norme P9 applicables aux systegravemes combineacutes affichant des puissances nominales de chauffage des locaux de 5 10 et 15 kW12

Tableau 3 Pondeacuterations de charge de la norme P9 pour des systegravemes combineacutes affichant des puissances nominales de chauffage des locaux de 5 10 et 15 kW 12

Tableau 4 Comparaison des caracteacuteristiques de rendement eacutenergeacutetique de la norme P7 pour deux chauffe-eau theacuteoriques16

Tableau 5 Performances drsquoun systegraveme combineacute theacuteorique affichant une puissance de chauffage des locaux de 10 kW en utilisant une strateacutegie simple de commande de point de consigne de tempeacuterature drsquoeau unique (capaciteacute de chauffage des locaux compenseacutee par des cycles de marche-arrecirct) 20

Tableau 6 Performances drsquoun systegraveme de chauffage combineacute theacuteorique offrant une puissance de chauffage des locaux de 10 kW en utilisant une strateacutegie de controcircle de tempeacuteratures drsquoeau et de vitesses de ventilateur variables (variation de la capaciteacute de chauffage des locaux par modulation du deacutebit drsquoair et de la tempeacuterature de lrsquoeau)23

Figure 1 Courbe de charge-dureacutee pour le chauffage des locaux (tireacutee de la norme CSA P9-11) 10

Figure 2 Comparaison de la consommation drsquoeacutenergie pour le chauffage et lrsquoeau chaude (kWhan) dans le cas des systegravemes combineacutes de 10 kW et 5 kW 11

Figure 3 Logique de lrsquoalgorithme simplifieacute de commande de chauffe-eau pour un sceacutenario de chauffage en quatre eacutetapes 27

Figure 4 Illustration de lrsquoutilisation drsquoun capteur de deacutebit drsquoeau pour deacuteterminer une charge de chauffage drsquoeau potable30

Figure 5 Exemple de serpentin de chauffage de locaux laquo surdimensionneacute raquo utiliseacute dans une application de systegraveme de traitement drsquoair hydronique33

Figure 6 Scheacutema simplifieacute illustrant le montage utiliseacute pour exeacutecuter les essais conformeacutement agrave la norme P9 (composants individuels du systegraveme combineacute non illustreacutes)37

Figure 7 Scheacutema de mesure simplifieacute applicable agrave la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute baseacute sur un chauffe-eau instantaneacute 41

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3 Contexte

31 Objet

Le but du preacutesent document est de fournir aux fabricants de chauffe-eau agrave condensation agrave modulation fonctionnant agrave la demande une strateacutegie concernant la conception de systegravemes combineacutes capables de chauffer efficacement les locaux et lrsquoeau des reacutesidences et la faccedilon drsquoobtenir les reacutesultats drsquoessais selon la norme CSA P9 pour deacutemontrer cette capaciteacute

Tous les chauffe-eau destineacutes agrave ecirctre utiliseacutes dans des applications combineacutees doivent faire lrsquoobjet drsquoune approbation speacuteciale (et ecirctre certifieacutes) pour pouvoir ecirctre effectivement utiliseacutes dans les applications en question et ils doivent comporter une eacutetiquette indiquant qursquoils sont adapteacutes pour le chauffage combineacute de lrsquoeau et des locaux

32 Public cible

Le preacutesent document a eacuteteacute conccedilu pour aider

bull les gestionnaires agrave cerner rapidement une seule strateacutegie agrave adopter pour eacutelaborer un systegraveme combineacute agrave haute performance agrave eacuteliminer les risques lieacutes au processus de deacuteveloppement et agrave exploiter des ressources plus efficacement

bull les ingeacutenieurs en conception agrave seacutelectionner le chauffe-eau agrave acceacuteleacuterer le deacuteveloppement drsquoune strateacutegie de controcircle applicable au systegraveme combineacute et agrave eacutetablir des speacutecifications agrave lrsquoattention des fournisseurs de composants potentiels

33 Marcheacute

Les systegravemes de chauffage combineacutes ont gagneacute des parts de marcheacute dans le sud de lrsquoOntario dans le secteur des petites reacutesidences eacuteconergeacutetiquesMecircme siaucune statistique fiable nrsquoest disponible certaines sources de lrsquoindustrie estiment qursquoau moins 30 000 systegravemes combineacutes sont installeacutes chaque anneacutee sur le marcheacute des reacutesidences neuves de lrsquoOntario Bon nombre de ces systegravemes sont installeacutes dans des maisons preacutesentant des charges de chauffage de locaux maximales de 15 kW ou moins (mecircme lorsqursquoun facteur de surdimensionnement de 40 a eacuteteacute appliqueacute aux charges de chauffage de locaux)

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Lrsquoanneacutee passeacutee le programme ENERGY STAR pour les maisons neuves (ESMN) occupait une part de marcheacute repreacutesentant environ 20 des constructions en Ontario Les entrepreneurs en construction recherchent des systegravemes combineacutes offrant des taux de performance eacuteleveacutes lorsqursquoils sont mis agrave lrsquoessai et coteacutes conformeacutement agrave la norme CSA P9 En 2014 lrsquoensemble des systegravemes combineacutes utiliseacutes dans le cadre de lrsquoinitiative ESMN devra ecirctre coteacute selon la norme

34 Pratiques en vigueur dans lrsquoindustrie

Les chauffe-eau agrave la demande ont rapidement eacutevolueacute afin de mieux reacutepondre aux besoins nord-ameacutericains en matiegravere de chauffage drsquoeau chaude domestique et ameacuteliorer le rendement eacutenergeacutetique Les systegravemes peuvent deacutesormais fonctionner agrave une plage de deacutebit drsquoeau plus importante et assurer une modulation sur une grande plage En outre de nombreux systegravemes mettent en œuvre la technologie de la condensation

Lrsquoindustrie a commenceacute par eacutelaborer des systegravemes combineacutes en utilisant des chauffe-eau agrave reacuteservoir de stockage traditionnels et un ventilo-convecteur de systegraveme de traitement drsquoair afin drsquoassurer agrave la fois le chauffage de lrsquoeau et celui des locaux Bon nombre de ces appareils eacutetaient construits sur place et speacutecialement conccedilus pour reacutepondre aux charges en vigueur Le rendement eacutenergeacutetique des systegravemes combineacutes nrsquoeacutetait pas eacutevalueacute par rapport agrave une norme et faisait donc lrsquoobjet de moins drsquoattention

Les chauffe-eau agrave condensation offrent la possibiliteacute de mettre au point des systegravemes combineacutes bien plus efficaces en matiegravere de rendement eacutenergeacutetique Les systegravemes combineacutes permettent drsquoameacuteliorer la rentabiliteacute moyennant lrsquoutilisation drsquoun chauffe-eau agrave condensation Le fait de concevoir des systegravemes combineacutes en usine permet drsquooptimiser les fonctions combineacutees et les commandes associeacutees et de proposer des appareils haute performance produisant une condensation dans la plupart des modes de fonctionnement

Certains fabricants de chauffe-eau agrave la demande commencent agrave concevoir des composants mieux adapteacutes ainsi que des systegravemes combineacutes monoblocs Il se peut que ces fabricants soient moins sensibiliseacutes aux systegravemes agrave traitement drsquoair haute performance et aux commandes associeacutees qui pourraient srsquoaveacuterer neacutecessaires pour eacutelaborer un systegraveme monobloc haute performance Le preacutesent document fournit des renseignements de base concernant les speacutecifications et le controcircle des systegravemes de traitement drsquoair des reacutesidences ainsi que des deacutetails sur la conception et le controcircle drsquoun systegraveme combineacute haute performance type

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35 Expeacuterience en matiegravere drsquoeacutevaluation

CanmetEacuteNERGIE de Ressources naturelles Canada a eacutetudieacute les systegravemes combineacutes et leurs composants pendant de nombreuses anneacuteesLe centre a effectueacute des recherches et offert une expertise et un soutien techniques pour appuyer lrsquoeacutelaboration de la norme CSA P10 applicable aux systegravemes meacutecaniques inteacutegreacutes ainsi que celle de la norme subseacutequente CSA P9 visant les systegravemes combineacutes CanmetEacuteNERGIE a eacutegalement

bull eacutevalueacute les performances des systegravemes fabriqueacutes et construits sur place dans des laboratoires gouvernementaux et indeacutependants

bull surveilleacute et analyseacute les performances des systegravemes sur le lieu de lrsquoinstallation et dans les maisons du centre canadien des technologies reacutesidentielles Bon nombre de ces projets ont eacuteteacute reacutealiseacutes en partenariat avec drsquoautres organismes gouvernementaux et entreprises de distribution de gaz

bull conccedilu des composants de systegravemes combineacutes pour des applications speacuteciales telle que celle de la communauteacute agrave eacutenergie solaire Drake Landing

Le preacutesent rapport a eacuteteacute eacutelaboreacute en tenant compte des connaissances acquises dans le cadre de ces diverses initiatives

36 Deacutefi principal Utiliser des chauffe-eau pour chauffer des locaux de maniegravere eacuteconergeacutetique

Les chauffe-eau agrave la demande peuvent offrir de tregraves bonnes performances en mode de chauffage agrave eau chaude domestique avec des tempeacuteratures drsquoeau de reacuteseau de distribution basses et les puissances thermiques eacuteleveacutees requises pour satisfaire les besoins en eau chaude Ces appareils peuvent fonctionner particuliegraverement bien lorsqursquoils fournissent les grandes quantiteacutes drsquoeau chaude utiliseacutees dans les normes drsquoessai de chauffe-eau en vigueur pour eacutevaluer leurs performances en tant que chauffe-eau

En conditions de fonctionnement combineacute les performances offertes en mode de chauffage des locaux (charges partielles incluses) sont les plus importantes Mecircme si les charges thermiques instantaneacutees sont consideacuterablement infeacuterieures lorsque lrsquoon chauffe des locaux plutocirct que lorsque lrsquoon fournit des charges de chauffage drsquoeau maximales la dureacutee des charges de chauffage des locaux est bien plus importante Il pourrait ecirctre inteacuteressant de faire en sorte que le chauffe-eau offre une condensation en mode de chauffage des locaux car la tempeacuterature de lrsquoeau qui revient des serpentins de chauffage des locaux est geacuteneacuteralement plus eacuteleveacutee que la tempeacuterature drsquoarriveacutee drsquoeau municipale que le systegraveme doit chauffer pour fournir de lrsquoeau chaude potable Eacutetant donneacute que seule une petite partie des charges annuelles de chauffage de locaux du systegraveme est reacuteellement fournie lorsque le systegraveme fonctionne aux conditions de

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reacutegime la performance en charge partielle en mode de chauffage de locaux est particuliegraverement importante pour le rendement geacuteneacuteral du systegraveme Il est bien plus important drsquoobtenir drsquoexcellentes performances lors drsquoessais de chauffage de locaux en charge partielle plutocirct qursquoagrave pleine puissance nominale lorsque lrsquoon calcule le rendement geacuteneacuteral du systegraveme

Ilest possible drsquoobtenir des reacutesultats de performance eacuteleveacutee lorsque les composants eacuteconergeacutetiques sont bien adapteacutes et que le systegraveme drsquoexploitation commande intelligemment et simultaneacutement agrave la fois le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair

37 Approche par eacutetapes

Le preacutesent rapport invite les fabricants agrave suivre les eacutetapes ci-dessous avant de proposer un systegraveme combineacute haute performance

Eacutetape 1 Cerner les charges de conception qursquoil faut prendre en compte pour prendre toutes les deacutecisions concernant le systegraveme combineacute

Eacutetape 2 Seacutelectionner un chauffe-eau en mesure de fournir des performances eacuteleveacutees dans les applications mettant en œuvre des systegravemes combineacutes

Eacutetape 3 Seacutelectionner une strateacutegie de controcircle applicable au chauffe-eau et au systegraveme de traitement drsquoair qui reacuteduit au minimum les coucircts que le fabricant doit supporter pour fournir des systegravemes combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessaiselon la norme P9

Eacutetape 4 Seacutelectionner drsquoautres composants de systegravemes combineacutes (tels que des serpentins des moteurs de ventilateur et les commandes associeacutees)

Eacutetape 5 Exeacutecuter des essais agrave lrsquointerne afin drsquoeacutetablir les performances des systegravemes combineacutes de maniegravere agrave pouvoir les mettre agrave niveau selon les besoins avant de les expeacutedier agrave un laboratoire indeacutependant agrave des fins de veacuterification

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4 Charges de calcul ndash performances selon la norme CSA p9

41 Facteur de performance thermique (FPT)

Le FPT correspond agrave la mesure de performance eacutenergeacutetique cleacute de la norme CSA P9 Ce facteur combine les cotes de performance du chauffage des locaux et celles du chauffage de lrsquoeau et fait une moyenne pondeacutereacutee selon la charge des deux types de chauffage pour geacuteneacuterer la mesure de performance globale Lrsquoannexe B de la norme CSA P9 fournit des explications deacutetailleacutees sur la maniegravere dont les facteurs de pondeacuteration ont eacuteteacute eacutelaboreacutes et sur les raisons de leur eacutelaboration

La preacutesente section preacutesente quelques facteurs cleacutes ainsi qursquoun graphique (tableau 3) que les fabricants peuvent utiliser pour deacuteterminer les reacutesultats drsquoessai ayant la plus forte incidence sur le reacutesultat FPT de leurs produits

Comme le chauffage des locaux constitue geacuteneacuteralement la charge dominante au sein des maisons canadiennes la pondeacuteration du rendement global des systegravemes de chauffage combineacutes est domineacutee par le chauffage des locaux Les reacutesultats drsquoessai du chauffage des locaux en charge partielle offrent la pondeacuteration la plus importante pour deacuteterminer les performances de chauffage des locaux des systegravemes combineacutes et par conseacutequent le FPT

Les systegravemes combineacutes qui optimisent les performances de chauffage de locaux en charge partielle preacutesenteront des FPT plus eacuteleveacutes que les systegravemes conccedilus pour offrir des performances agrave pleine charge

Ilest possible de mettre en place des strateacutegies de controcircle intelligentes pendant les essais de rendement reacutealiseacutes conformeacutement agrave la norme CSA P9 Par exemple le systegraveme de controcircle peut commencer agrave fonctionner en mode de chauffage de locaux en acheminant une tempeacuterature plus basse au systegraveme de traitement drsquoair et en programmant une vitesse de ventilation infeacuterieure Il est possible drsquoaugmenter progressivement ces deux paramegravetres si la charge nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai speacutecifieacute De mecircme des strateacutegies de controcircle mettant en œuvre une fonction de deacutetection de charge tel qursquoun controcircle de reacuteglage exteacuterieur peuvent offrir des ameacuteliorations de rendement identiques et peuvent ecirctre simuleacutees pendant les essais Ceci est particuliegraverement important lorsque lrsquoon cherche agrave veacuterifier le rendement des systegravemes de chauffage de locaux en charge partielle

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42 Chauffage de lrsquoeau

Les normes drsquoessai applicables aux systegravemes de chauffage de lrsquoeau (norme P9 incluse) partent du principe que la charge de chauffage de lrsquoeau annuelle est de 4 400 kWh (environ 12 kWh par jour) pour chaque maison Dans la norme P9 la valeur de performance drsquoun systegraveme combineacute utiliseacute en tant que chauffe-eau est deacutesigneacutee laquo facteur de performance du chauffage de lrsquoeau raquo (FPCE) Mecircme si la norme P9 offre une souplesse accrue en ce qui a trait aux parameacutetrages des commandes compareacute aux normes reacutegissant des chauffe-eau autonomes le FPCE est analogue agrave une cote de facteur eacutenergeacutetique (FE) et les cotes numeacuteriques devraient ecirctre identiques

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43 Chauffage des locaux

Tout systegraveme de chauffage de locaux doit ecirctre capable de fournir sa puissance de chauffage de locaux nominale lorsque les commandes lrsquoexigent Par contre les systegravemes de chauffage de locaux ont uniquement besoin de fournir leur puissance de chauffage de pointe pour tout au plus quelques jours pendant lrsquoanneacutee La norme CSA P9 reconnaicirct que des systegravemes fonctionneront en conditions de charge partielle la plupart du temps et eacutenonce des cotes de rendement de chauffage de locaux baseacutees sur des essais directs impliquant des charges totales et partielles Les systegravemes combineacutes sont mis agrave lrsquoessai dans des conditions de charges eacutequivalant agrave 100 40 et 15 de leurs capaciteacutes de chauffage des locaux Les reacutesultats sont combineacutes de maniegravere agrave obtenir une efficaciteacute de chauffage composite (ECC) qui pondegravere plus fortement les conditions de charge partielle La formule associeacutee et la repreacutesentation graphique correspondante extraites de la norme P9 se preacutesentent comme suit

ECC = 01 de rendement net agrave 100 + 06 de rendement net agrave 40 + 03 de rendement net agrave 15

La figure 1 illustre la quantiteacute de charge de chauffage annuelle pouvant ecirctre reacutepartie vers diffeacuterents points drsquoexploitation

Pourcentage de la charge de chauffage annuelle

Figure 1 Courbe de charge-dureacutee pour le chauffage des locaux (tireacutee de la norme CSA P9-11)

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44 Importance relative des charges de chauffage des locaux et de lrsquoeau

Les commandes du systegraveme de chauffage combineacute sont pleinement fonctionnelles pendant tous les essais et ne sont pas reacutegleacutees manuellement une fois les premiers essais en cours Le choix du fabricant concernant la strateacutegie de controcircle les paramegravetres de tempeacuterature et de deacutebit drsquoair et drsquoeau et les composants utiliseacutes aura une incidence sur la capaciteacute de chauffage de pointe des locaux ainsique sur le rendement agrave la puissance maximale Les systegravemes preacutesentant des capaciteacutes de chauffage nominales infeacuterieures seraient normalement installeacutes pour chauffer des reacutesidences ayant des charges de calcul plus petites Comme nous lrsquoavons indiqueacute preacuteceacutedemment la norme P9 prescrit les mecircmes charges de chauffage drsquoeau pour tous les systegravemes mis agrave lrsquoessai peu importe la capaciteacute Par conseacutequent plus la capaciteacute de chauffage des locaux est petite plus lrsquoimportance relative du chauffage de lrsquoeau sur le FPT est grandeCe principe est illustreacute agrave la figure 2 qui preacutesente les charges annuelles relatives de chauffage drsquoeau et des locaux pour des systegravemes mixtes ayant des charges de chauffage des locaux nominales de 5 kW et 10 kW respectivement

25000 Chauffage des locaux Eau chaude domesZque (ECD)

20000

Consom

maZ

ondeacuten

ergie(kWhan) 20000

15000

10000 10000

4400 44005000

0 Puissance de chauffage des locaux Puissance de chauffage des locaux

de10 kW de5kW

Figure 2 Comparaison de la consommation drsquoeacutenergie pour le chauffage et lrsquoeau chaude (kWhan) dans le cas des systegravemes combineacutes de 10 kW et 5 kW

Les charges thermiques eacutenonceacutees dans la norme P9 sont deacutecrites dans le tableau 2 et les pondeacuterations relatives des reacutesultats drsquoessais de performance individuels dans le facteur de performance thermique (FPT) globalde la norme CSA P9 applicable aux

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systegravemes combineacutes offrant trois capaciteacutes de chauffage de locaux diffeacuterentes sont preacutesenteacutees dans le tableau 3

Tableau 2 Charges thermiques annuelles (kWhan) de la norme P9 applicables aux systegravemes combineacutes affichant des puissances nominales de chauffage des locaux de 5 10 et 15 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 5 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 10 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 15 kW

Chauffage des locaux Pleine charge

1 000 kWhan 2 000 kWhan 3 000 kWhan

Chauffage des locaux 40 de la charge

6 000 kWhan 12 000 kWhan 18 000 kWhan

Chauffage des locaux 15 de la charge

3 000 kWhan 6 000 kWhan 9 000 kWhan

Chauffage de lrsquoeau 4 400 kWhan 4 400 kWhan 4 400 kWhan

Total 14 400 kWhan 24 400 kWhan 34 400 kWhan

Tableau 3 Pondeacuterations de charge de la norme P9 pour des systegravemes combineacutes affichant des puissances nominales de chauffage des locaux de 5 10 et 15 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 5 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 10 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 15 kW

Chauffage des locaux Pleine charge

7 8 9

Chauffage des locaux 40 de la charge

42 49 52

Chauffage des locaux 15 de la charge

21 25 26

Chauffage de lrsquoeau 31 18 13

Total 100 100 100

Ilest important de consulter ces donneacutees avec un certain reculet de comprendre les pondeacuterations relatives des reacutesultats drsquoessai sur le FPT annuel On remarque que

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lrsquoincidence des performances du systegraveme pendant lrsquoessaide chauffage des locaux avec 40 de puissance nominale de chauffage de locaux sur la cote annuelle est la plus importante (42 agrave 52 ) suivie par lrsquoincidence des performances avec 15 de puissance nominale de chauffage des locaux (21 agrave 26 ) Les pondeacuterations de ces reacutesultats drsquoessai augmentent encore plus agrave mesure que la puissance nominale de chauffage des locaux deacutepasse la plage illustreacutee dans le tableau 3

Des rapports inteacuteressants eacutemanant de constructeurs de maisons de lrsquoOntario indiquent qursquoon installe plus souvent des systegravemes combineacutes dans des reacutesidences dont les charges de chauffage nominales se situent entre 7 et 10 kW Selon les codes drsquoinstallation des systegravemes de chauffage et les guides de dimensionnement recommandeacute de lrsquoindustrie les systegravemes combineacutes ayant des capaciteacutes de chauffage nominales comprises entre 10 et 15 kW conviendraient parfaitement agrave ce type de reacutesidences Dans le cas des systegravemes combineacutes inclus dans cette plage de capaciteacute les reacutesultats drsquoessai de chauffage des locaux en charge partielle ont une pondeacuteration drsquoenviron 75 dans la cote de performance thermique annuelle

En commenccedilant par un local dont le rendement du composant de chauffage de lrsquoeau du systegraveme combineacute est deacutejagrave eacuteconergeacutetique (voir lrsquoarticle 11) cette pondeacuteration permet de savoir ougrave il faut deacuteployer le plus gros effort au moment de concevoir un systegraveme de chauffage combineacute haute performance

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5 Chauffage de lrsquoeau domestique

La premiegravere eacutetape agrave suivre pour concevoir un systegraveme combineacute haute performance consiste agrave seacutelectionner le chauffe-eau approprieacute Cette section a pour but drsquoaider les fabricants agrave deacutenicher rapidement les modegraveles potentiels

Parmi les caracteacuteristiques que devraient avoir les chauffe-eau agrave la demande figurent

bull la modulation ndash performances de chauffage de lrsquoeau efficaces sur toute la plage depuis les deacutebits drsquoeau nominaux minimaux jusqursquoaux deacutebits maximaux

ndash rapport de reacuteglage eacuteleveacute

ndash capaciteacute agrave fournir suffisamment drsquoeau chaude pour reacutepondre agrave des besoins en chauffage de lrsquoeau typiques

ndash capaciteacute agrave fonctionner avec des deacutebits drsquoeau chaude minimauxDe nombreux chauffe-eau agrave la demande actuellement sur le marcheacute peuvent selon le classement de leur fabricant ecirctre utiliseacutes avec des deacutebits drsquoeau chaude de 2 Lmin (05 gal USmin) ou moins Certains systegravemes neacutecessitent des deacutebits plus importants

bull performance en matiegravere de condensation ndash ilsrsquoagit des performances nominales de condensation sur toute la plage des charges et des allures de chauffe

ndash commandes geacuterant de faccedilon approprieacutee le rapport combustible-deacutebit drsquoair de maniegravere agrave maintenir le rendement de la combustion quelle que soit la charge

ndash paramegravetres de commande optimiseacutes par la charge qui permettent de deacuteterminer lrsquoimportance et les types de charges et de reacuteagir en conseacutequence avec de meilleurs paramegravetres de commande pour que le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair fonctionnent ensemble

ndash cycles courts avant et apregraves la purge permettant de reacuteduire au minimum les temps de reacuteponse et les pertes laquo par cycle raquo et de reacuteduire la consommation drsquoeacutelectriciteacute

ndash faible consommation en mode drsquoalimentation de secours

ndash ventilation directe des produits de combustion afin drsquoeacuteviter lrsquoeacutemanation de combustible et les risques de deacutepressurisation

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Pour acceacuteleacuterer le processus de seacutelection du chauffe-eau de base il sera plus facile de commencer par consulter les donneacutees que le fabricant peut deacutetenir (ou qursquoil peut facilement produire) concernant ses propres produits en mode de chauffage drsquoeau Lrsquoobjectif est de commencer avec un geacuteneacuterateur de chaleur qui preacutesente un rendement eacutenergeacutetique nominal de 90 ou plus sur une grande plage de fonctionnement

Si le chauffe-eau qursquoon envisage drsquoutiliser en tant que moteur thermique ou geacuteneacuterateur de chaleur pour un systegraveme de chauffage combineacute monobloc ne reacutepond pas aux exigences ci-dessus il est recommandeacute de reacuteviser attentivement son choix Dans certains cas il est possible de seacutelectionner diffeacuterents composants diffeacuterentes commandes ou diffeacuterents paramegravetres de commande pour surmonter les lacunes en matiegravere de rendement Les possibiliteacutes drsquoameacuteliorer de faccedilon appreacuteciable les performances de chauffage drsquoeau drsquoun chauffe-eau agrave la demande sans affecter son certificat de seacutecuriteacute sont limiteacutees Du coup le fait de seacutelectionner un chauffe-eau diffeacuterent plus rentable sur le plan eacutenergeacutetique peut constituer un choix plus opportun

La norme canadienne drsquoessai et drsquoeacutevaluation CSA P7 applicable aux chauffe-eau agrave la demande fait eacutetat drsquoune tempeacuterature drsquoeau drsquoarriveacutee courante de 144 degC (58 degF) et drsquoune tempeacuterature de sortie de 577 degC (135 degF) pour les essais et lrsquoeacutevaluation des performances nominales Le tableau 4 compare les caracteacuteristiques de rendement eacutenergeacutetique de deux chauffe-eau agrave la demande theacuteoriques avec les systegravemes fonctionnant agrave plusieurs deacutebits drsquoeau diffeacuterents en utilisant les mecircmes hypothegraveses de tempeacuteratures drsquoeau que la norme P7 Bien que les eacutevaluations de performance maximale du premier modegravele soient supeacuterieures agrave celles du second modegravele (avec des deacutebits drsquoeau de 114 et 76 Lmin) les performances de chauffage ameacutelioreacutees du second modegravele agrave des deacutebits drsquoeau infeacuterieurs en font un meilleur candidat pour jouer le rocircle drsquoun geacuteneacuterateur de chaleur dans un systegraveme combineacute du fait du pourcentage de temps eacuteleveacute pendant lrsquoanneacutee durant lequel un systegraveme combineacute fonctionne agrave de faibles charges pour assurer le chauffage des locaux

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Tableau 4 Comparaison des caracteacuteristiques de rendement eacutenergeacutetique de la norme P7 pour deux chauffe-eau theacuteoriques

Deacutebit (Lmin) Deacutebit (gal USmin) Exemple modegravele 1

Exemple modegravele 2

114 3 95 92

76 2 95 90

38 1 83 92

19 05 79 92

Recommandation Choix mal adapteacute dans le cas drsquoun systegraveme combineacute

Choix mieux adapteacute dans le cas drsquoun systegraveme combineacute

On constate que les valeurs de rendement eacutenergeacutetique pour la plage de deacutebits drsquoeau utiliseacutes agrave des fins de deacutemonstration dans le tableau 4 ne seraient pas interchangeables avec les facteurs eacutenergeacutetiques (FE) coteacutes pour les mecircmes chauffe-eau eacutetant donneacute que les conditions eacutenonceacutees dans le tableau 4 ne correspondent pas aux installations meacutethodes drsquoessais et charges de chauffage drsquoeau speacutecifieacutees dans la norme CSA P7 applicable aux chauffe-eau agrave la demande Les valeurs de rendement eacutenergeacutetique theacuteoriques du tableau 4 sont preacutesenteacutees simplement pour deacutemontrer que les performances de chauffage de lrsquoeau de certains types de chauffe-eau peuvent changer agrave mesure que le deacutebit (p ex la charge de chauffage de lrsquoeau) change Les changements de rendement eacutenergeacutetique du systegraveme de chauffage de lrsquoeau en fonction de la charge ne sont pas complegravetement pris en compte dans les eacutevaluations de performance FE normaliseacutees applicables aux chauffe-eau Afin drsquoeacuteviter toute confusion il est recommandeacute drsquoutiliser lrsquoexpression laquo Facteur eacutenergeacutetique raquo (ou FE) uniquement pour deacutesigner des cotes drsquoessais de chauffe-eau standard eacutelaboreacutees agrave partir drsquoessais et de calculs respectant scrupuleusement la norme drsquoeacutevaluation CSA P7 applicable aux chauffe-eau agrave la demande ou la norme CSA P3 applicable aux chauffe-eau agrave reacuteservoir de stockage reacutesidentiels

Apregraves avoir eacutetudieacute le rendement eacutenergeacutetique des geacuteneacuterateurs de chaleur potentiels sur toutes leurs plages de fonctionnement preacutevues dans le cadre drsquoun systegraveme combineacute il est possible de seacutelectionner de maniegravere aviseacutee un chauffe-eau adapteacute aux applications preacutevues Une fois cette eacutetape reacutealiseacutee le fabricant de systegravemes de chauffage combineacutes doit opter pour une strateacutegie de controcircle avant de seacutelectionner les autres composants du systegraveme

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6 Conception des systegravemes combineacutes

61 Incidence des pondeacuterations de charge

Conditions de chauffage des locaux en charge partielle Pour obtenir une excellente cote drsquoessai selon la norme CSA P9 il faut avant tout se concentrer sur le chauffage des locaux en charge partielle Le rendement en conditions de chauffage de locaux en charge partielle permettra de deacuteterminer 90 de la cote drsquoefficaciteacute de chauffage composite (ECC) Dans le cas drsquoun systegraveme de chauffage combineacute offrant une puissance de chauffage drsquoespace nominale de 10 kW 75 de la valeur FPT seront deacuteduits agrave partir des reacutesultats de lrsquoessai en charge partielle Dans le cas drsquoun systegraveme offrant une puissance de chauffage des locaux de 15 kW les reacutesultats des performances de chauffage des locaux en charge partielle repreacutesenteront presque 80 du facteur de performance thermique global

Reacuteduction des tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour Les chauffe-eau qui preacutesentent drsquoexcellentes cotes avec des tempeacuteratures basses de lrsquoeau drsquoalimentation du reacuteseau principalfonctionneront moins bien sila tempeacuterature drsquoarriveacutee augmente La preacutesence de tempeacuteratures drsquoeau de retour plus chaudes pendant le mode de chauffage des locaux contribuera agrave reacuteduire le rendement eacutenergeacutetique Le fait de reacutepondre aux demandes de chauffage des locaux en utilisant des paramegravetres de commande qui reacuteduisent au minimum les tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour en conditions de charge partielle peut contribuer agrave optimiser le rendement de combustion

62 Strateacutegies de conception

Un des plus gros avantages du chauffe-eau agrave la demande tient au fait que theacuteoriquement il peut geacuteneacuterer diffeacuterentes tempeacuteratures drsquoeau drsquoalimentation pour satisfaire les charges de chauffage de lrsquoeau et des locaux Il peut eacutegalement faire varier du tout au tout la tempeacuterature de lrsquoeau qursquoil fournit pour satisfaire diffeacuterentes charges de chauffage des locaux Cet aspect est essentiel pour continuer de fournir le mecircme chauffage de lrsquoeau agrave un rendement eacuteleveacute et produire un chauffage des locaux agrave charge partielle tregraves efficace

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Nous allons passer en revue deux concepts de systegravemes combineacutes

bull la strateacutegie 1 utilise une tempeacuterature drsquoeau constante pour toutes les charges

bull la strateacutegie 2 consiste agrave faire varier la tempeacuterature de lrsquoeau en fonction de la charge

La premiegravere strateacutegie est celle qui neacutecessite le moins de changement compareacute aux pratiques actuelles elle correspond souvent au premier reacuteflexe Elle est preacutesenteacutee icidans le but principalde mettre en lumiegravere certains deacutefis inheacuterents en matiegravere de performance

La deuxiegraveme strateacutegie repreacutesente une option bien plus rentable pour atteindre des niveaux de performance eacuteleveacutes tant sur le terrain que lors des essais exeacutecuteacutes conformeacutement agrave la norme CSA P9 Lrsquoexpeacuterience montre qursquoelle offre un niveau de performance eacuteleveacute agrave un coucirct moindre pour le fabricant

Le fait drsquoutiliser une pompe agrave vitesse variable dans le systegraveme de traitement de lrsquoair peut eacutegalement ameacuteliorer le rendement eacutenergeacutetique La strateacutegie 2 est axeacutee sur une tempeacuterature drsquoalimentation variable les chauffe-eau agrave la demande pouvant offrir cette fonction plus rapidement Il est peu courant de voir des pompes agrave vitesse variable dans les appareils de traitement de lrsquoair pour lrsquoinstant

Pour ces exemples

bull les deux types de systegravemes combineacutes seront preacutesenteacutes en utilisant le mecircme chauffe-eau agrave la demande agrave condensation et agrave modulation

bull les pondeacuterations de performance FPT applicables agrave un systegraveme combineacute preacutesentant une charge nominale de chauffage de locaux de 10 kW seront utiliseacutees agrave titre indicatif pour illustrer chacune de ces strateacutegies

63 Strateacutegie 1 Tempeacuterature drsquoeau constante

Ce systegraveme de chauffage combineacute respecte la regravegle eacutetablie et preacutevoit uniquement lrsquoutilisation de composants plus efficaces pour ameacuteliorer les performancesIlarrive qursquoil soit souvent consideacutereacute en premier lieu car les commandes peuvent rester telles quelles dans un systegraveme pour lequel un fabricant fournit le chauffe-eau agrave la demande tandis qursquoun autre fabricant fournit le systegraveme de traitement drsquoair

Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair Le chauffe-eau ne sait pas si une demande concerne un chauffage de lrsquoeau ou un chauffage de locaux Il deacutetecte une demande et fournit de lrsquoeau chaude agrave une tempeacuterature constante Pour satisfaire la charge de chauffage de pointe des locaux il est geacuteneacuteralement reacutegleacute agrave 60 degC (140 degF) Le systegraveme de traitement drsquoair ne contribue pas eacutenormeacutement agrave faire grimper la puissance de chauffage de locaux Il utilise geacuteneacuteralement

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un ou deux reacuteglages de vitesse de ventilateur soufflant Eacutetant donneacute que le fonctionnement prolongeacute drsquoun ventilateur apregraves qursquoune demande de chauffage a eacuteteacute satisfaite peut entraicircner des problegravemes de confort dus agrave des courants drsquoair froid le fonctionnement subseacutequent du ventilateur ne sera pas mis en œuvre ou sera mis en œuvre en utilisant uniquement des temps de fonctionnement courts Dans les deux sceacutenarios la chaleur sera retenue dans le serpentin et les conduites pour se dissiper par la suite pendant les peacuteriodes de deacutesactivation

Serpentin(s) de chauffage des locaux Si lrsquoon veut amplifier lrsquoefficaciteacute eacutenergeacutetique du systegraveme en mode de chauffage des locaux ilest impeacuteratif de reacuteduire au minimum les tempeacuteratures de lrsquoeau de retourDes serpentins laquo surdimensionneacutes raquo ont eacuteteacute conccedilus en vue drsquooptimiser la baisse de tempeacuterature dans lrsquoeacutechangeur de chaleur en conditions de chauffage des locaux

Conditions de chauffage des locaux en charge partielle Le systegraveme de traitement drsquoair se met en route et srsquoarrecircte pour srsquoadapter aux conditions de charge partielle ce qui a pour effet de deacuteclencher des demandes associeacutees sur le chauffe-eau

Illustration des performances selon la norme P9 Le tableau 5 donne un aperccedilu theacuteorique du type de performance que lrsquoon pourrait geacuteneacuteralement obtenir en utilisant une strateacutegie impliquant un point de consigne de tempeacuterature unique

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Tableau 5 Performances drsquoun systegraveme combineacute theacuteorique affichant une puissance de chauffage des locaux de 10 kW en utilisant une strateacutegie simple de commande de point de consigne de tempeacuterature drsquoeau unique (capaciteacute de chauffage des locaux compenseacutee par des cycles de marche-arrecirct)

Mode de fonctionne -ment

Pondeacuter-ation

Temp de lrsquoeau drsquoalimentati on (degF)

Temp de lrsquoeau de retour du reacuteseau principal (degF)

Deacutebit du systegraveme de traitement drsquoair (pi3min)

Mesure de la performance eacutenergeacutetique mode activeacute deacutesactiveacute ()

Contribution FPT

Chauffage des locaux 100

8 140 120 800 85 007

Chauffage des locaux 40

49 140 120 800 80 039

Chauffage des locaux 15

25 140 120 800 75 018

Chauffage de lrsquoeau

18 140 58 mdash 92 017

Total 100 081

Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables bull Performances globales Une cote de facteur de performance totale (FPT) de 092

placerait le systegraveme combineacute dans la plage des performances eacuteleveacutees

bull Performances en mode de chauffage de lrsquoeau Comme dans le cas du sceacutenario impliquant un point de consigne de tempeacuterature unique le systegraveme assure une condensation en mode de chauffage de lrsquoeau avec un FPCE de 92 Il serait possible drsquoameacuteliorer leacutegegraverement lrsquoefficaciteacute du systegraveme de chauffage de lrsquoeau si un point de consigne de tempeacuterature de lrsquoeau infeacuterieur agrave la valeur de 140 degF utiliseacutee dans le premier cas de figure eacutetait appliqueacute La norme P9 permet drsquoutiliser un point de consigne pouvant descendre jusqursquoagrave 120 degF dans le cas de lrsquoeau potable La tempeacuterature de consigne nrsquoa plus besoin drsquoecirctre la mecircme que celle requise pour une charge de chauffage de locaux maximale il est donc possible de la reacuteduire agrave la plage de 120 degF Pour simplifier la comparaison des deux systegravemes dans les tableaux 5 et 6 aucun point de consigne de systegraveme de chauffage drsquoeau potable reacuteduit nrsquoa pas eacuteteacute inclus dans le tableau 6

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bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge totale Dans ce mode le rendement eacutenergeacutetique est plus faible La tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation doit ecirctre au plus haut pour satisfaire la charge la tempeacuterature de lrsquoeau de retour sera donc elle aussiplus eacuteleveacutee dans ce modeComme le systegraveme fonctionnera rarement dans ce mode cette mauvaise performance ne repreacutesente qursquoune petite fraction de la pondeacuteration FPT

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge partielle Les tempeacuteratures drsquoalimentation du systegraveme de chauffage de lrsquoeau sont abaisseacutees progressivement pour satisfaire des demandes en charge partielle moindres Les tempeacuteratures peuvent ecirctre abaisseacutees bien en deccedilagrave du reacuteglage preacutevu pour le chauffage de lrsquoeau du robinet Cette condition se traduit par des tempeacuteratures drsquoeau de retour plus basses qursquoen conditions de charge totale Ces deux facteurs font que lrsquoefficaciteacute est plus importante en conditions de charge partielle qursquoen conditions de charge totale Le chauffe-eau fonctionnera en mode de condensation pour les deux points de charge de chauffage de locaux (40 et 15 )

bull Vitesse de ventilateur Eacutetant donneacute que la puissance de chauffage requise diminue la vitesse de ventilateur diminue aussiCela se traduit par un niveau sonore reacuteduit un fonctionnement du ventilateur plus long avec des cycles moins freacutequents et une reacuteduction importante de la consommation drsquoeacutenergie Cette condition peut aussi reacuteduire les plaintes lieacutees au confort le fonctionnement plus long agrave des deacutebits drsquoair reacuteduits ameacuteliorant la reacutepartition de lrsquoair chaud pendant les saisons intermeacutediaires

bull Controcircle de la tempeacuterature de lrsquoair inteacuterieur Le fait de moduler la puissance de chauffage en faisant varier la tempeacuterature de lrsquoeau et la vitesse du ventilateur peut se traduire par une tempeacuterature drsquoair inteacuterieur plus homogegravene avec des eacutecarts de tempeacuteratures moins grands au-dessus et au-dessous des points de consigne du thermostat Ce pheacutenomegravene pourrait inciter les proprieacutetaires de reacutesidence agrave augmenter le point de consigne de chauffage pour eacutetablir des conditions de confort acceptables

bull Incidences sur le zonage Le zonage sera plus compliqueacute avec un systegraveme affichant une puissance fixe et une vitesse de ventilateur unique

Ilest possible drsquoameacuteliorer la strateacutegie 1 en augmentant encore la dimension drsquoun serpentin deacutejagrave surdimensionneacute dans le systegraveme de traitement drsquoair Cette option implique toutefois des limites pratiques car des serpentins bien plus grands neacutecessiteront une plus grande quantiteacute de cuivre et un formage plus important et cela accentuera le coucirct total du systegraveme sans compter qursquoil faudra aussi preacutevoir des armoires plus grandes pour le systegraveme de traitement drsquoair De plus les pertes de chaleur par cycle augmenteront et il sera plus difficile drsquoobtenir des performances eacuteleveacutees en charge partielle Le fait drsquoappliquer la strateacutegie 1 agrave un systegraveme de chauffage combineacute agrave haute performance peut srsquoaveacuterer trop oneacutereux pour valoir le coup

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64 Strateacutegie 2 Tempeacuterature drsquoeau variable

Cette meacutethode est identique agrave celle appliqueacutee dans les appareils de chauffage agrave air chaud multieacutetage Le principe consiste agrave faire fonctionner le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair ensemble pour optimiser le rendement eacutenergeacutetique tout en reacuteduisant au minimum le coucirct et la complexiteacute des composants

Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair Cette strateacutegie consiste agrave exploiter avantageusement la capaciteacute inteacutegreacutee du chauffe-eau pour faire varier la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation La tempeacuterature du point de consigne du chauffe-eau varie en fonction de la charge de chauffage des locaux On utilise des reacuteglages de tempeacuterature drsquoeau drsquoalimentation faibles pour satisfaire aux conditions de chauffage des locaux en charge partielle On fait eacutegalement varier les vitesses du ventilateur du systegraveme de traitement drsquoair en srsquoappuyant sur un principe de controcircle de reacuteglage exteacuterieur ou de minuterie pour augmenter les paramegravetres Lorsqursquoune demande de chaleur a eacuteteacute satisfaite le ventilateur continue de fonctionner agrave des vitesses reacuteduites pour eacuteviter les problegravemes lieacutes aux courants froids et au bruit Du coup le serpentin et les conduites retiennent moins de chaleur et on deacuteplore moins de perte de chaleur par la suite compareacute au premier cas de figure Le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair doivent tous deux cerner la demande qursquoils sont censeacutes satisfaire Leurs commandes ne doivent pas pour autant ecirctre physiquement inteacutegreacutees drsquoune faccedilon ou drsquoune autre Cette strateacutegie de controcircle est traiteacutee plus en deacutetail agrave la section 40

Serpentin(s) de chauffage de locaux Pour simplifier la comparaison nous partirons du principe que des serpentins laquo surdimensionneacutes raquo similaires sont utiliseacutes comme dans le premier cas de figure de sorte que les performances du chauffage de pointe des locaux soient identiques dans les deux cas

Conditions de chauffage de locaux en charge partielle Le chauffe-eau relegraveve une demande de chauffage de locaux et se met en route en acheminant une eau drsquoalimentation agrave basse tempeacuterature au systegraveme de traitement drsquoair Si la demande de chauffage nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute le chauffe-eau augmente progressivement la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation Le systegraveme de traitement drsquoair surveille la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation et augmente progressivement la vitesse du ventilateur lorsque la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation est plus eacuteleveacutee

Illustration des performances P9 Le tableau 6 donne une preacutesentation theacuteorique du type de rendement que lrsquoon peut obtenir en appliquant une strateacutegie de controcircle simple mettant en œuvre des

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tempeacuteratures drsquoeau et des vitesses de ventilateur variables Les tempeacuteratures et les deacutebits drsquoair du ventilateur preacutesenteacutes dans le tableau 6 ont eacuteteacute choisis agrave titre indicatif uniquement Ils ne repreacutesentent pas des reacuteglages pleinement optimiseacutes applicables agrave un systegraveme de chauffage combineacute

Tableau 6 Performances drsquoun systegraveme de chauffage combineacute theacuteorique offrant une puissance de chauffage des locaux de 10 kW en utilisant une strateacutegie de controcircle de tempeacuteratures drsquoeau et de vitesses de ventilateur variables (variation de la capaciteacute de chauffage des locaux par modulation du deacutebit drsquoair et de la tempeacuterature de lrsquoeau)

Mode de fonctionne -ment

Pondeacuter-ation

Temp de lrsquoeau drsquoalimen-tation (degF)

Temp de lrsquoeau de retour du reacuteseau principal (degF)

Deacutebit du systegraveme de traitement drsquoair (pi3min)

Mesure de la performance eacutenergeacutetique mode activeacute deacutesactiveacute ()

Contribution FPT

Chauffage des locaux 100

8 140 120 800 85 007

Chauffage des locaux 40

49 110 102 600 92 045

Chauffage des locaux 15

25 90 87 500 94 023

Chauffage de lrsquoeau

18 140 58 --- 92 016

Total 100 092

Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables bull Performances globales Une cote de facteur de performance totale (FPT) de 092

placerait le systegraveme combineacute dans la plage des performances eacuteleveacutees

bull Performances en mode de chauffage de lrsquoeau Comme dans le cas du sceacutenario impliquant un point de consigne de tempeacuterature unique le systegraveme assure une condensation en mode de chauffage de lrsquoeau avec un FPCE de 92 Il serait possible drsquoameacuteliorer leacutegegraverement lrsquoefficaciteacute du systegraveme de chauffage de lrsquoeau si un point de consigne de tempeacuterature de lrsquoeau infeacuterieur agrave la valeur de 140 degF utiliseacutee dans le premier cas de figure eacutetait appliqueacute La norme P9 permet drsquoutiliser un point de

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consigne pouvant descendre jusqursquoagrave 120 degF dans le cas de lrsquoeau potable La tempeacuterature de consigne nrsquoa plus besoin drsquoecirctre la mecircme que celle requise pour une charge de chauffage de locaux maximale il est donc possible de la reacuteduire agrave la plage de 120 degF Pour simplifier la comparaison des deux systegravemes dans les tableaux 5 et 6 aucun point de consigne de systegraveme de chauffage drsquoeau potable reacuteduit nrsquoa pas eacuteteacute inclus dans le tableau 6

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge totale Dans ce mode le rendement eacutenergeacutetique est plus faible La tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation doit ecirctre au plus haut pour satisfaire la charge la tempeacuterature de lrsquoeau de retour sera donc elle aussi plus eacuteleveacutee dans ce mode Comme le systegraveme fonctionnera rarement dans ce mode cette mauvaise performance ne repreacutesente qursquoune petite fraction de la pondeacuteration FPT

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge partielle Les tempeacuteratures drsquoalimentation du systegraveme de chauffage de lrsquoeau sont abaisseacutees progressivement pour satisfaire des demandes en charge partielle moindres Les tempeacuteratures peuvent ecirctre abaisseacutees bien en deccedilagrave du reacuteglage preacutevu pour le chauffage de lrsquoeau du robinet Cette condition se traduit par des tempeacuteratures drsquoeau de retour plus basses qursquoen conditions de charge totale Ces deux facteurs font que lrsquoefficaciteacute est plus importante en conditions de charge partielle qursquoen conditions de charge totale Le chauffe-eau fonctionnera en mode de condensation pour les deux points de charge de chauffage de locaux (40 et 15 )

bull Vitesse de ventilateur Eacutetant donneacute que la puissance de chauffage requise diminue la vitesse de ventilateur diminue aussiCela se traduit par un niveau sonore reacuteduit un fonctionnement du ventilateur plus long avec des cycles moins freacutequents et une reacuteduction importante de la consommation drsquoeacutenergie Cette condition peut aussi reacuteduire les plaintes lieacutees au confort le fonctionnement plus long agrave des deacutebits drsquoair reacuteduits ameacuteliorant la reacutepartition de lrsquoair chaud pendant les saisons intermeacutediaires

bull Controcircle de la tempeacuterature de lrsquoair inteacuterieur Le fait de moduler la puissance de chauffage en faisant varier la tempeacuterature de lrsquoeau et la vitesse du ventilateur peut se traduire par une tempeacuterature drsquoair inteacuterieur plus homogegravene avec des eacutecarts de tempeacuteratures moins grands au-dessus et au-dessous des points de consigne du thermostat

La strateacutegie 2 (tempeacuterature drsquoeau variable) peut donner lieu agrave lrsquoeacutelaboration drsquoun systegraveme de chauffage combineacute efficace preacutesentant de bonnes performances lorsqursquoil est mis agrave lrsquoessai selon la norme CSA P9 et lorsqursquoil est installeacute dans une vraie reacutesidence Les niveaux de performance varieront en fonction des composants seacutelectionneacutes et des speacutecificiteacutes de lrsquoordonnancement des commandes

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7 Commandes

Les commandes geacuteneacuteriques exigeacutees pour mettre en œuvre la strateacutegie privileacutegieacutee impliquant une tempeacuterature variable quia eacuteteacute deacutecrite dans la derniegravere section peuvent srsquoaveacuterer relativement simples Quelques chauffe-eau agrave la demande proposent deacutejagrave des commandes de reacuteglage de tempeacuterature Les commandes de tempeacuterature des chauffe-eau agrave la demande types ne sont toutefois pas systeacutematiquement configureacutees pour offrir une fonction de reacuteglage de tempeacuterature baseacutee sur la charge Quasiment tous les chauffe-eau agrave la demande actuellement disponibles sont eacutequipeacutes pour accueillir des commandes de tempeacuterature inteacutegreacutees ou monteacutees agrave distance permettant agrave lrsquoutilisateur de reacutegler manuellement la tempeacuterature drsquoalimentation agrave partir du chauffe-eau

En principe il devrait ecirctre possible de concevoir un module drsquointerface de commande simple qui viendrait se brancher dans les fiches de connexion de la commande de tempeacuterature existante La nouvelle commande simulerait lrsquoaction du controcircleur de tempeacuterature standard reacutegleacute manuellement de maniegravere agrave offrir une fonction de reacuteinitialisation de tempeacuterature automatique du chauffe-eau Toutes les commandes de seacutecuriteacute resteraient fonctionnelles

Une strateacutegie de controcircle simple peut offrir des performances eacuteleveacutees Les facteurs cleacutes agrave prendre en compte sont les suivants

bull deacuteterminer si une demande tient compte des besoins en chauffage drsquoeau chaude domestique

bull en mode de chauffage des locaux uniquement utiliser une minuterie ou un controcircle de reacuteglage exteacuterieur (ou un capteur de charge infeacuterentielle similaire) pour faire augmenter progressivement la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation

bull preacutevoir un systegraveme de traitement drsquoair faisant varier le deacutebit drsquoair en fonction de la tempeacuterature de lrsquoeau qui arrive dans lrsquoappareil du deacutelai pendant lequel une demande de chauffage perdure ou drsquoun signal direct du capteur de commande de charge

Ilest inteacuteressant de souligner que le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair nrsquoont pas besoin de communiquer directement ni de posseacuteder des commandes communes pour mettre en œuvre certaines des strateacutegies de controcircle deacutecrites

Lorsque les commandes du systegraveme deacutetectent qursquoune demande de chauffage a eacuteteacute satisfaite le systegraveme de traitement drsquoair devrait continuer de fonctionner suffisamment longtemps pour extraire toute la chaleur reacutesiduelle du serpentin et la transfeacuterer vers le courant drsquoair Pour eacuteviter les problegravemes de confort thermique il est souhaitable de reacuteduire la vitesse du ventilateur pendant cette peacuteriode de temporisation de la

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ventilation Le fonctionnement continu du ventilateur avec un reacuteglage de vitesse faible offrira automatiquement cette fonctionnaliteacute sans neacutecessiter de quelconques commandes intelligentes Cette option aurait lrsquoavantage suppleacutementaire drsquoassurer une reacutepartition de la tempeacuterature uniforme agrave lrsquointeacuterieur de la reacutesidence Elle serait eacutegalement utile pour reacutepartir lrsquoair frais si le systegraveme combineacute est installeacute avec un ventilateur-reacutecupeacuterateur de chaleur (VRC) ou un autre type de systegraveme de ventilation

Des commandes soigneusement conccedilues contribueront en bout de ligne agrave assurer ou reacutetablir lrsquoefficaciteacute du systegraveme combineacute Les commandes devraient ecirctre en mesure de deacuteterminer srsquoil y a une demande de chauffage des locaux ou de chauffage de lrsquoeau ou une demande concernant les deux modes Les commandes devront deacuteterminer lrsquoamplitude de chaque charge et reacutepondre de maniegravere approprieacutee en faisant varier certains paramegravetres agrave la fois pour le systegraveme de chauffage des locaux (systegraveme de traitement drsquoair par exemple) et pour le geacuteneacuterateur de chaleur (notamment si la source de chauffage est un chauffe-eau agrave la demande) En cas de demande de chauffage drsquoeau eacuteleveacutee il se peut qursquoune solution de commande prioritaire drsquoeau chaude domestique constitue la meilleure option Les commandes peuvent deacuteduire lrsquoamplitude des charges de chauffage des locaux au moyen de divers meacutecanismes y compris en surveillant les cycles de fonctionnement du thermostat et de signaux drsquoentreacutes directs transmis par une commande de charge infeacuterentielle telle qursquoune commande de reacuteglage exteacuterieur

La figure 3 preacutesente un algorithme simplifieacute de commandes geacuteneacuteriques pour la section chauffe-eau drsquoun systegraveme combineacute utilisant quatre eacutetapes de reacuteglage de tempeacuterature drsquoeau pour le chauffage des locaux et une seule pour le chauffage de lrsquoeau

La logique de commande illustreacutee agrave la figure 3 constitue uniquement un exemple de strateacutegie de controcircle rudimentaire qui pourrait ecirctre utiliseacutee pour assurer des performances eacuteleveacutees dans des modes de chauffage de locaux sans neacutecessiter lrsquoutilisation de composants oneacutereuxLrsquoalgorithme de commande pourrait ecirctre ameacutelioreacute si le controcircleur avait lrsquointelligence neacutecessaire pour lui permettre drsquoassimiler les eacutetapes de chauffage requises en surveillant la dureacutee des demandes de chauffage des locaux sur plusieurs cycles de chauffage reacutecents

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e

Mode drsquoattente Chauffe-eauagrave la demande en attente de signal

Demande de chauffage (lrsquoeaucircule dans le chauffe-eau)

Demandedrsquoeauchaude

domestique

Activationdu chauffagede lrsquoeacutetape 1 THERM90 ordmF Ventilateur Vitesse 1 Deacuteclencherle minuteursur 5 min

Demandesatisfaite avantlrsquoexpiration

du deacutelaiduminuteur

Oui

Oui

No

Reacuteglage du THERM sur le point de consigne de lrsquoeau chaude domestique THERM = 140 degF Couperlecirculateurde chauffagedelocaux (facultatif) Attendre lafin de la demande drsquoeau chaude domestique

Demande de

chauffage satisfait

Non

Oui

Activation du chauffage de lrsquoeacutetape 2 THERM = 105 degF Ventilateur Vitesse 2 Deacuteclencher le minuteur sur3 min

Activation du chauffage de lrsquoeacutetape 3 THERM = 120 degF Ventilateur Vitesse 3 Deacuteclencher le minuteur sur3 min

Activation du chauffage MAX THERM = 140 degF Ventilateur Vitesse 4 Mettrefin agravelademande de chauffage

Figure 3 Logique de lrsquoalgorithme simplifieacute de commande de chauffe-eau pour unsceacutenario de chauffage en quatre eacutetapes

Voici trois options de commande de vitesse de ventilateur de systegraveme de traitement drsquoair associeacutees agrave la meacutethode de chauffage drsquoeau illustreacutee agrave la figure 3

Commandes indirectes baseacutees sur la tempeacuteratureRaccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont bien distinctes les unes des autres mais elles fonctionnement de maniegravere compleacutementaire

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Principe de fonctionnement Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetecte la tempeacuterature de lrsquoeau chaude drsquoadmissionPlus la tempeacuterature de lrsquoeau est eacuteleveacutee plus les commandes du systegraveme de traitement drsquoair augmentent le deacutebit drsquoair

Discussion Les commandes du chauffe-eau augmentent la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque la demande nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetecte la tempeacuterature plus eacuteleveacutee et fait circuler plus drsquoair dans les serpentins pour lrsquoutiliser

Aspect meacutecanique Un puits de tempeacuterature est installeacute dans la conduite drsquoeau drsquoalimentation drsquoarriveacutee agrave lrsquointeacuterieur du systegraveme de traitement drsquoairLe reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur serait ajusteacute en installant un module de commande de systegraveme de traitement drsquoair qui mesure la tempeacuterature de lrsquoeau achemineacutee au systegraveme de traitement drsquoair depuis le chauffe-eau pendant une demande de chauffage de locaux transmise au systegraveme de traitement drsquoair La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signal de commande transmis au panneau de controcircle du systegraveme de traitement drsquoair par le thermostat du systegraveme de CVCA

Commandes indirectes baseacutees sur le minuteur Raccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont bien distinctes les unes des autres mais elles fonctionnement de maniegravere compleacutementaire

Principe de fonctionnement Le deacutebit drsquoair du systegraveme de traitement drsquoair varie en fonction de la dureacutee de la demande de chauffage afin de coiumlncider avec les minutages de commande de tempeacuterature indiqueacutes agrave la figure 3

Discussion Les commandes du chauffe-eau augmentent la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque la demande nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetermine la dureacutee de la demande de chauffage et fait circuler plus drsquoair dans les serpentins afin de se conformer aux eacutetapes de tempeacuterature programmeacutees

Aspect meacutecanique Le reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur serait ajusteacute en installant un module de commande de systegraveme de traitement drsquoair qui reacutegule le deacutebit drsquoair en fonction de la dureacutee de la demande de chauffage La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signalde commande transmis au panneau de controcircle du systegraveme de traitement drsquoair par le thermostat du systegraveme de CVCA

Controcircle direct Raccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont toutes deux controcircleacutees au moyen drsquoun nouveau controcircleur combineacute inteacutegreacute posseacutedant une interface directe avec le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair

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Principe de fonctionnement Le nouveau controcircleur fait varier le deacutebit drsquoair du systegraveme de traitement drsquoair et la tempeacuterature de lrsquoeau de maniegravere agrave optimiser le rendement du chauffage

Discussion Cette strateacutegie de controcircle direct suppose le deacuteveloppement drsquoun nouveau composant de commande Le controcircleur peut utiliser des reacuteglages de fonctionnement plus sophistiqueacutes afin drsquoameacuteliorer le rendement dans tous les modes de fonctionnement

Aspect meacutecanique Le reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur et la tempeacuterature de lrsquoeau achemineacutee au systegraveme de traitement drsquoair seraient directement controcircleacutes par un nouveau controcircleur combineacute inteacutegreacute La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signal de commande transmis au controcircleur par le thermostat du systegraveme de CVCA

Chauffe-eau - Mode de chauffage de lrsquoeau du robinet Les algorithmes de chauffage de lrsquoeau du robinet ne changent pas par rapport agrave ceux du module de commande standard La seule diffeacuterence reacuteside dans le fait que le chauffe-eau utilise un contacteur de deacutebit ou un deacutebitmegravetre pour repeacuterer un tirage drsquoeau chaude (ou une arriveacutee drsquoeau froide) et comprendre qursquoune demande de chauffage drsquoeau a eacuteteacute faite Si une demande de chauffage de locaux intervient simultaneacutement le chauffe-eau pourrait honorer les deux demandes en tenant compte du reacuteglage de tempeacuterature de sortie requise de lrsquoeau du robinet Une autre option consisterait agrave prendre en compte par deacutefaut le reacuteglage du mode de chauffage de lrsquoeau Un mode de controcircle plus sophistiqueacute pourrait potentiellement temporiser le chauffage des locaux lorsque cela srsquoavegravere neacutecessaire pour reacutepondre agrave des demandes de chauffage drsquoeau eacuteleveacutees ou pour activer la distribution de chauffage des locaux en utilisant des reacuteglages de tempeacuterature optimiseacutes Ce cas de figure est illustreacute agrave la figure 4

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8 Composants

Pour bien fonctionner les systegravemes de chauffage combineacutes doivent ecirctre doteacutes de composants haute performance que ce soit dans une configuration dite laquo installeacutee raquo ou dans une configuration drsquoessai selon la norme CSA P9 La preacutesente section a pour objectif drsquoaider les fabricants de chauffe-eau agrave la demande

bull agrave concevoir leur propre systegraveme de traitement drsquoair

bull agrave eacutetablir un partenariat avec un autre fabricant qui fournirait un systegraveme de traitement drsquoair pour leur systegraveme apregraves avoir deacutetermineacute

ndash les composants requis

ndash la mesure dans laquelle un modegravele de systegraveme de traitement drsquoair existant aurait besoin drsquoecirctre affineacute pour reacutepondre agrave leurs besoins

bull agrave eacutetablir les modifications qursquoil faut apporter au systegraveme monobloc dans son ensemble pour ameacuteliorer les performances

81 Systegraveme de traitement drsquoair

Le systegraveme de traitement drsquoair doit inclure les composants neacutecessaires pour fournir de la chaleur et faire circuler de lrsquoair Les eacuteleacutements agrave prendre en compte sont des serpentins de chauffage de locaux un moteur de ventilateur une pompe et un puits de tempeacuterature Ces eacuteleacutements sont deacutecrits plus en deacutetail ci-dessous

82 Serpentins de chauffage de locaux

Les serpentins de chauffage de locaux doivent ecirctre dimensionneacutes de maniegravere approprieacutee pour que le chauffage des locaux puisse avoir lieu avec une tempeacuterature drsquoalimentation suffisamment basse et une baisse de tempeacuterature de lrsquoeau suffisante pour favoriser la condensation dans le geacuteneacuterateur de chaleur lorsque le systegraveme fonctionne en conditions de charge partielle (et ideacutealement en conditions de pleine charge eacutegalement)

Geacuteneacuteralement les serpentins quiextraient la chaleur de lrsquoeau sont conccedilus et choisis en tenant compte drsquoune baisse de tempeacuterature de lrsquoeau drsquoenviron 11 degC (20 degF) le long des serpentins aux conditions de chauffage nominales La seacutelection preacutealable du serpentin peut ecirctre faite en utilisant un logiciel deacutejagrave proposeacute par divers fabricants de serpentins Dans la plupart des cas le modegravele logiciel calcule la puissance de chauffage drsquoun

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serpentin de chauffage agrave eau chaude en se fondant sur la mesure des performances du conditionnement drsquoair pour des serpentins ayant une construction et des geacuteomeacutetries similaires Du coup la puissance de chauffage reacuteelle pour une condition nominale donneacutee peut diffeacuterer leacutegegraverement de celle preacutedite par le logiciel

Ilest recommandeacute de veacuterifier la performance reacuteelle du serpentin choisi (puissance de chauffage baisse de la tempeacuterature de lrsquoeau baisse de la pression statique sur le cocircteacute air et eau) en effectuant des essais internes Lorsque cette eacutetape a eacuteteacute exeacutecuteacutee le modegravele logiciel peut fournir une aide preacutecieuse pour seacutelectionner le serpentin et devrait proposer des indications plutocirct fiables concernant les changements de performance du serpentin aux diffeacuterentes conditions projeteacutees Les informations ainsi collecteacutees devraient ecirctre utiles pour concevoir et affiner des reacuteglages et des strateacutegies de controcircle plus eacutevolueacutes en vue drsquooptimiser le rendement du systegraveme en conditions de chauffage en charge partielle

Voici les eacuteleacutements agrave prendre en compte

Diamegravetre du serpentin drsquoeau et nombre de spires ndash Un grand diamegravetre de canalisation reacuteduira au minimum la baisse de pression de lrsquoeau ainsi que lrsquoeacutenergie utiliseacutee par le systegraveme de circulation drsquoeau Un petit diamegravetre de canalisation permettra drsquoopter pour un serpentin moins oneacutereux eacutetant donneacute qursquoil faudra moins de cuivre dans le serpentin Cependant des petits tubes neacutecessiteront une eacutenergie de pompage supeacuterieure et feront augmenter les pheacutenomegravenes drsquousure et drsquoeacuterosion des tubes si une puissance de pompe suffisante est appliqueacutee pour offrir le deacutebit drsquoeau nominal Concregravetement le fait drsquoutiliser un serpentin avec des tubes trop petits reacuteduira la puissance de chauffage fournie par le serpentin En effet le fabricant utilisera vraisemblablement le mecircme circulateur standard quel que soit le serpentin retenu Les TECA hydronic and combo guideline (Directives sur les systegravemes hydroniques et combineacutes de la TECA)1

(article 814) preacutecisent que le deacutebit de lrsquoeau qui traverse le systegraveme de chauffage ne doit pas deacutepasser quatre (4) pieds par seconde

Nombre drsquoailettes par pouce ndash Plus le nombre drsquoailettes par pouce est eacuteleveacute plus la surface de transmission de chaleur et la puissance de chauffage augmentent cela creacutee cependant une baisse de pression supeacuterieure sur le cocircteacute air du serpentin Un certain degreacute de perte de pression dans le serpentin est utile pour assurer un deacutebit drsquoair homogegravene dans le serpentin notamment dans une configuration de laquo purge raquo qui est couramment utiliseacutee dans les ventilo-convecteurs combineacutes servant au chauffage des locauxLes speacutecifications des serpentins de chauffage peuvent faire eacutetat drsquoun nombre drsquoailettes variant de 6 ailettes par pouce agrave 14 ailettes par pouce Les serpentins de chauffage hydronique standard comportent 12 ou 14 ailettes par pouce Les serpentins doteacutes drsquoun grand nombre drsquoailettes sont plus facilement encrasseacutes par de la poussiegravere

1 Thermal Environmental Comfort Association (TECA) Surrey (C-B) Hydronic amp Combo Guidelines for the Design and Installation of Hot Water Heating Systems and Combination Hot Water amp Space Heating Systems 8th Edition August 2009 (Directives concernant les systegravemes hydroniques et combineacutes conception et installation de systegravemes de chauffage drsquoeau chaude et de systegravemes combineacutes de chauffage drsquoeau chaude et de locaux 8e eacutedition aoucirct 2009) [wwwtecaca]

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ou des deacutebris Selon les reacutesultats du logiciel de modeacutelisation du serpentin la preacutesence de 12 ailettes ou mecircme 14 semble ecirctre un choix raisonnable pour un serpentin de chauffage de locaux haute performance agrave condition que le serpentin soit choisi avec une surface suffisamment importante pour maintenir la vitesse frontale de lrsquoair faible agrave la puissance de chauffage theacuteorique

Figure 5 Exemple de serpentin de chauffage de locaux laquo surdimensionneacute raquo utiliseacute dans une application de systegraveme de traitement drsquoair hydronique

83 Moteur de ventilateur

Le systegraveme de traitement drsquoair devrait utiliser un moteur de ventilateur agrave commutation eacutelectronique (MCE) et ecirctre exploiteacute en utilisant un systegraveme de controcircle agrave vitesse multiple ou agrave vitesse variable Cette option permettrait de moduler le deacutebit drsquoair et la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque le systegraveme fonctionne agrave une puissance infeacuterieure agrave sa puissance de chauffage nominale maximaleLa capaciteacute agrave utiliser un mode de circulation continu agrave faible puissance et faible vitesse serait particuliegraverement utile en cas de fonctionnement aux points de consigne de 15 et 40 pour lesquels il est primordial de collecter et de distribuer toute la chaleur reacutesiduelle des serpentins de chauffage la norme P9 tenant compte uniquement de la chaleur qui est reacuteellement transfeacutereacutee dans le courant drsquoair

La modulation du deacutebit drsquoair et de la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation permettra drsquoobtenir des tempeacuteratures drsquoair distribueacute confortables ainsi que des performances de chauffage eacuteleveacutees

Un MCE doteacute drsquoune programmation de deacutebit drsquoair constant surclassera vraisemblablement un MCE qui utilise une programmation de couple constant car le

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systegraveme compensera au moins partiellement les diffeacuterences entre les pressions statiques nominales et les pressions statiques reacuteellement eacutetablies Cette solution peut srsquoaveacuterer indispensable pour srsquoassurer que les performances de la combustion dans des conditions reacuteelles variables correspondent aux performances obtenues lors drsquoessais dans le laboratoire

Une programmation de deacutebit drsquoair constant sera probablement essentielle pour obtenir des performances acceptables dans le cas drsquoun systegraveme combineacute reacuteparti

84 Circulateurpompe

Ilest important de choisir le bon circulateur pour acheminer le deacutebit approprieacute en fonction de la pression statique eacutetablie qui sera en vigueur Les pertes de pression dans les diffeacuterents chauffe-eau agrave la demande varient Le fait drsquoutiliser un circulateur qui fournit un deacutebit trop important se traduira par une petite baisse de tempeacuterature dans le circuit drsquoeau qui traverse le serpentin et par une tempeacuterature drsquoeau de retour eacuteleveacutee vers le chauffe-eau Un deacutebit trop faible entraicircne des capaciteacutes de chauffage faibles Des circulateurs hydroniques sont offerts avec trois vitesses seacutelectionnables et des deacutebits de pompe nominaux Par contre les moteurs utiliseacutes dans les circulateurs types agrave plusieurs vitesses ne sont pas aussi efficaces que les moteurs agrave CE Des circulateurs agrave vitesse variable eacutequipeacutes de moteurs agrave CE font leur apparition sur le marcheacute mais ils ne sont pas encore couramment utiliseacutes dans les applications combineacutees

Ideacutealement les pompes de circulation des systegravemes combineacutes eacutevolueacutes devraient consister en un concept agrave modulation agrave vitesse variable capable drsquoameacuteliorer le rendement et de compenser les diffeacuterentes configurations de canalisation Ce type de concept est deacutejagrave disponible et pourrait ecirctre mis en œuvre degraves maintenant il pourrait aussi ecirctre mis de cocircteacute jusqursquoagrave ce que la prochaine geacuteneacuteration de systegravemes de chauffage combineacutes eacutevolueacutes soit mise au point Les premiers reacutesultats drsquoessais en laboratoire ont montreacute qursquoil est possible drsquoobtenir de bonnes performances conformes agrave la norme CSA P9 sans utiliser des pompes de circulation agrave vitesse variable et des commandes auxiliaires coucircteuses Agrave lrsquoavenir agrave mesure que le coucirct des circulateurs agrave vitesse variable doteacutes de moteurs agrave CE baissera et que les commandes inteacutegreacutees seront mieux accepteacutees leur utilisation dans des applications de chauffage combineacute sera plus rentable

85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)

Si lrsquoon conccediloit le reacuteseau de plomberie de maniegravere agrave pouvoir y installer des bouchons de controcircle de tempeacuterature drsquoeau et de pression les essais internes et les mesures de mise en service seront simplifieacutes De plus il sera plus facile de purger lrsquoair des circuits

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hydroniques Il est possible drsquoutiliser des sondes de tempeacuteratures monteacutees agrave lrsquoexteacuterieur pour effectuer les mesures de mise en service sur le terrain si des sections de conduites de cuivre ameacutenageacutees dans des endroits strateacutegiques sont prises en compte lors de la conception

86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau

Certains chauffe-eau agrave la demande de type chaudiegravere possegravedent des points de consignes et des algorithmes de controcircle distincts pour le chauffage des locaux et celui de lrsquoeau Drsquoautres ont besoin de savoir si la charge concerne le chauffage des locaux ou celui de lrsquoeau potable Dans ce cas on peut utiliser divers capteurs et surveiller eacutegalement les signaux transmis par un deacutebitmegravetre drsquoeau installeacute dans le reacuteseau drsquoeau potable ou un deacutebitmegravetre installeacute dans le circuit de chauffage des locaux Bon nombre de chauffe-eau agrave la demande utilisent de tels capteurs dans leurs circuits de commande de brucircleur afin de faire coiumlncider les allures de chauffe avec les chargesDans les applications combineacutees lrsquoutilisation de commandes capables de diffeacuterencier les charges deacutepend de la logique de controcircle prioritaire de demande drsquoeau chaude domestique

87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes

Les canalisations drsquoeau ameacutenageacutees entre le geacuteneacuterateur de chaleur et le systegraveme combineacute devraient ecirctre dimensionneacutees de maniegravere agrave eacuteviter des baisses de pression excessives

Toutes les canalisations en cuivre exteacuterieures doivent ecirctre isoleacutees conformeacutement aux pratiques de lrsquoindustrie Il se peut que les avantages lieacutes agrave lrsquoisolation des canalisations drsquointerraccordement ne soient pas tregraves importants si les sections de conduites sont courtes et si elles contiennent des tuyaux en polyeacutethylegravene reacuteticuleacute ou un type de conduite similaire preacutesentant moins de perte de chaleur que les conduites en cuivre

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9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes

La preacutesente section contient des directives et certaines observations agrave lrsquointention des fabricants de systegravemes de chauffage combineacutes dans le but drsquoaider ces derniers agrave mettre agrave lrsquoessai leurs systegravemes agrave lrsquointerne Lrsquoexeacutecution drsquoessais agrave lrsquointerne en utilisant un montage simplifieacute permettra aux fabricants de mieux cerner les performances de leurs concepts et commandes prototypes lorsqursquoils sont mis agrave lrsquoessai dans une installation indeacutependante conformeacutement agrave la norme CSA P9 (P10 pour les fabricants de SMI) Les essais en question ne doivent pas forceacutement ecirctre conccedilus pour geacuteneacuterer des reacutesultats de performance preacutecis agrave 100 mais ils sont consideacutereacutes comme indispensables pour le deacuteveloppement et le cycle drsquooptimisation du produit les avantages drsquoun concept et drsquoun fonctionnement de systegraveme ameacutelioreacutes pouvant rapidement sauter aux yeux lorsque lrsquoon compare les reacutesultats des essais reacutealiseacutes laquo avant raquo et laquo apregraves raquo

En geacuteneacuteral il nrsquoest pas rentable de payer un laboratoire drsquoessais indeacutependant pour proceacuteder agrave la premiegravere eacutevaluation drsquoun systegraveme de chauffage combineacute complet Les coucircts lieacutes au laboratoire et les deacutefis lieacutes aux ingeacutenieurs concepteurs qui prescrivent des reacuteglages lorsqursquoils ne sont pas sur place rendent cette option probleacutematique Des essais simplifieacutes reacutealiseacutes dans les propres locaux du fabricant permettent de srsquoassurer que les reacutesultats sont dans la plage approprieacutee degraves le deacutebut

Un scheacutema de montage drsquoessai suggeacutereacute utilisable pour effectuer des mesures conformeacutement agrave la norme CSA P9 est preacutesenteacute dans cette norme La figure 6 ci-dessous illustre une version simplifieacutee de ce scheacutema

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de la piegravece

combineacutes

Appareilsdeconditionnement

Eacutevents pour produits de combustion Appareils de

conditionnement de la piegravece

Salle drsquoessai

Isolant

Meacutelangeur

Approvisionnement en eau

Eacutevents pour air de combustion Conduite drsquoalimentation en combustible

Uniteacute drsquoessai des

systegravemes

Thermocouples Porte Fenecirctre

Mesure de la tempeacuterature et du deacutebit de lrsquoeau

Conduite drsquoair de retour

Thermocouples

Mesure de la tempeacuterature et de lrsquohumiditeacute de lrsquoair

Air drsquoappoint

Mesure du deacutebit drsquoair

Figure 6 Scheacutema simplifieacute illustrant le montage utiliseacute pour exeacutecuter les essais conformeacutement agrave la norme P9 (composants individuels du systegraveme combineacute non illustreacutes)

Le scheacutema preacutesente un dispositif de mesure de lrsquoenthalpie de lrsquoair dans un tunnel baseacute Vsur la norme ASHRAE 37 Lrsquoappareil de mesure de lrsquoair illustreacute sur la figure de la norme utilise un ajutage et un ventilateur drsquoeacutequilibrage pour pouvoir appliquer une technique de mesure du deacutebit drsquoair neacutecessitant une pression diffeacuterentielle eacuteleveacutee (entre 1 et 4 pouces drsquoeau) dans lrsquoajutage Lorsqursquoil est utiliseacute avec des manomegravetres preacutecis cet appareil offre une preacutecision de mesure eacuteleveacutee de lrsquoordre de 1 agrave 2 du deacutebit drsquoair et il geacutenegravere un deacutebit drsquoair bien meacutelangeacute qui permet de mesurer avec preacutecision la tempeacuterature du deacutebit de lrsquoair drsquoalimentation

La norme P9 preacutecise que lrsquoajutage inteacutegreacute agrave lrsquoappareil de mesure de lrsquoenthalpie de lrsquoair en tunnel constitue une meacutethode acceptable pour mesurer le deacutebit drsquoair tout en approuvant expresseacutement (article 36) lrsquoapplication drsquoautres processus de mesure du deacutebit drsquoair agrave condition que les limites de preacutecision mentionneacutees dans la norme soient satisfaites Ceci donne la possibiliteacute drsquoutiliser une technique de mesure du deacutebit drsquoair plus directe ne neacutecessitant pas lrsquoutilisation drsquoun appareil comportant un ventilateur drsquoeacutequilibrage Dans certains cas lrsquoutilisation drsquoune chambre de mesure de deacutebit avec un ventilateur drsquoeacutequilibrage pour reacutegler la pression statique de la conduite drsquoair drsquoalimentation a impliqueacute des problegravemes de stabiliteacute avec des moteurs agrave CE qui ont eacuteteacute

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programmeacutes pour un deacutebit drsquoair constant il est donc avantageux drsquoeacuteviter les ventilateurs drsquoeacutequilibrage

91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz

De nombreux fabricants concevant des systegravemes combineacutes eacutevolueacutes integravegreront des instruments conccedilus pour mesurer la consommation drsquoeacutenergie eacutelectrique la consommation du combustible les performances de combustion la tempeacuterature et la pression (pression du collecteur de gaz pression statique des conduites etc) Si de tels eacutequipements de mesure ne sont pas offerts ilest recommandeacute de les preacutevoirLes compteurs de facturation des compagnies de gaz et drsquoeacutelectriciteacute devraient offrir une preacutecision et une reacutesolution suffisantes pour les essais de deacuteveloppement du produit

92 Enregistreur de donneacutees

Les fabricants devront eacutegalement avoir accegraves agrave un systegraveme drsquoenregistrement de donneacutees dans le cadre de leur travail Il est conseilleacute de preacutevoir un enregistreur qui offre une preacutecision et un nombre de canaux de mesures suffisants pour les tacircches agrave accomplir On estime qursquoil faudra environ huit (8) canaux pour mesurer la tempeacuterature plus quelques canaux analogiques ou numeacuteriques pour prendre en compte les donneacutees des deacutebitmegravetres des transducteurs de pression etc (analogiques ou numeacuteriques selon lrsquoinstrument de mesure seacutelectionneacute) De nombreux fournisseurs proposent un large eacuteventail drsquoenregistreurs de donneacutees Campbell Scientific Fluke Instruments Omega et Measurement Computing (personal DAQ) figurent parmi les fabricants qui proposent des enregistreurs de donneacutees de petite eacutechelle pouvant ecirctre pris en compte Il est recommandeacute de se pencher sur lrsquoassistant logiciel de lrsquoenregistreur de donneacutees seacutelectionneacute au moment drsquoeacutevaluer lrsquoeacutequipement Si le fabricant ne souhaite pas investir dans un enregistreur de donneacutees la location demeure une option mecircme si les eacuteconomies preacutevues dans le cas drsquoune location agrave court terme semblent ecirctre faibles

93 Deacutebit drsquoair

Pour mesurer le deacutebit drsquoair pendant les essais agrave lrsquointerne il est recommandeacute drsquoutiliser une grille de deacutebit drsquoair avec eacutetablissement de moyenne installeacutee dans la conduite drsquoair drsquoalimentation en conjonction avec un manomegravetre diffeacuterentiel de preacutecision De nombreux fournisseurs proposent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans un large eacuteventail de tailles et ces deacutebitmegravetres sont relativement peu chers car ils sont souvent utiliseacutes dans des systegravemes commerciaux de chauffage et de refroidissement agrave deacutebit drsquoair variable Si lrsquoon fait une recherche dans Google en utilisant le segment laquo deacutebitmegravetres drsquoair raquo on trouve plusieurs fournisseurs et liens permettant

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38

drsquoobtenir de plus amples informations sur le sujet Nailor Industries Inc et Dwyer Instruments sont deux socieacuteteacutes quioffrent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans une grande varieacuteteacute de tailles de conduites

94 Manomegravetres

On trouve eacutegalement de nombreux manomegravetres diffeacuterentiels sur le marcheacute dont les modegraveles varient des manomegravetres agrave tube inclineacute aux transducteurs numeacuteriques de preacutecision Il est important de bien faire correspondre la plage de mesure du transducteur ou du manomegravetre avec la pression fournie par le deacutebitmegravetre sur la plage de deacutebits drsquoair preacutevue Dans le cas des transducteurs numeacuteriques des instruments capacitifs sont reacuteputeacutes bien fonctionner dans la plage de pression diffeacuterentielle basse qui serait normalement prescrite (environ 05 pouce de diffeacuterence de colonne drsquoeau) Setra Instruments MKS Instruments (Baratron) Dwyer Instruments et drsquoautres socieacuteteacutes proposent des transducteurs de pression diffeacuterentielle capacitifs plage basse adapteacutes

95 Tempeacuteratures

Les tempeacuteratures drsquoair drsquoarriveacutee et de sortie peuvent ecirctre mesureacutees en utilisant des thermocouples des thermistances ou des capteurs de conduite geacuteneacuterant une valeur moyenne Du fait de son bas coucirct de sa faciliteacute drsquoutilisation et de sa preacutesence agrave grande eacutechelle sur le marcheacute le thermocouple semble ecirctre lrsquoinstrument approprieacute pour cette application Il est possible de fabriquer un reacuteseau de thermocouples agrave partir drsquoune bobine de fil de thermocouple et de les raccorder entre eux en parallegravele de maniegravere agrave geacuteneacuterer une seule donneacutee repreacutesentant la valeur moyenne De nombreux fournisseurs offrent des fils agrave thermocouple notamment les socieacuteteacutes Thermo Electric Company Inc Omega Inc Watlow Inc etc Il est eacutegalement possible de fabriquer des sondes de tempeacuterature agrave partir des mecircmes fils de thermocouple pour surveiller drsquoautres paramegravetres tels que les tempeacuteratures drsquoeau Il est important de bien utiliser un fil agrave thermocouple plutocirct qursquoun fil de rallonge de lrsquoeacutechelle de mesure identique mais moins preacutecis

96 Mesures du cocircteacute eau

Pour effectuer des mesures du cocircteacute eau dans les serpentins il est neacutecessaire de posseacuteder un deacutebitmegravetre et des sondes de tempeacuterature Ces mesures pourraient ecirctre reacutealiseacutees en utilisant des capteurs distincts (deacutebitmegravetre drsquoeau et sondes de tempeacuterature distinctes par exemple) Il est important de srsquoassurer que lrsquoinsertion drsquoun deacutebitmegravetre dans la boucle drsquoeau ne modifie pas le deacutebit de la pompe de circulation Cela est particuliegraverement important avec des circulateurs agrave faible puissance geacuteneacuteralement utiliseacutes dans des applications combineacutees pour lesquelles lrsquoinstallation drsquoun deacutebitmegravetre agrave turbine conventionnel agrave baisse de pression eacuteleveacutee peut restreindre le deacutebit drsquoeau Ilexiste des deacutebitmegravetres preacutecis sans perte de pression eacuteleveacutee Certains appareils

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peuvent ecirctre acheteacutes deacutejagrave conditionneacutes avec des sondes de tempeacuterature en guise de laquo compteurs drsquoeacutenergie raquo Ils mesurent simultaneacutement les tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de lrsquoeau de retour ainsi que le deacutebit de lrsquoeau et calculent directement le flux drsquoeacutenergie en srsquoappuyant sur ces mesuresKamstrup Siemens Badger Meters Elster Metering ABB Meters et drsquoautres socieacuteteacutes offrent ce type drsquoappareils Les compteurs drsquoeacutenergie autonomes sont habituellement configureacutes avec certains dispositifs permettant de lire les diffeacuterents paramegravetres ainsi que les flux drsquoeacutenergie calculeacutes La plupart offre une fonction de stockage des donneacutees internes etou des sorties numeacuteriques pouvant ecirctre interfaceacutees avec des enregistreurs de donneacutees externes

97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne

La norme CSA P9 exige que le chauffage des locaux soit deacutefini en utilisant deux mesures (cocircteacute air et cocircteacute eau) avec une entente dans une toleacuterance acceptable pour la mise agrave lrsquoessai du systegraveme de chauffage de locaux agrave pleine capaciteacute constant Dans le cas des mesures agrave lrsquointerne entreprises par un fabricant dans le cadre drsquoun projet de deacuteveloppement de produit cibleacute lrsquoentente entre les mesures du cocircteacute air et du cocircteacute eau nrsquoest pas forceacutement requise On suggegravere aux fabricants de se concentrer sur les mesures qui ciblent la strateacutegie de controcircle ou de composant propre agrave lrsquoeacutetude Par exemple si des strateacutegies diffeacuterentes de temporisation du ventilateur ou laquo apregraves fonctionnement raquo sont eacutevalueacutees il est bien plus important de se concentrer sur les mesures du cocircteacute air que drsquoessayer drsquoatteindre un eacutequilibre entre le cocircteacute air et le cocircteacute eau Selon la quantiteacute drsquoeacutenergie laisseacutee dans le serpentin drsquoeau lorsque le ventilateur de soufflante srsquoarrecircte et drsquoautres pertes drsquoeacutenergie du systegraveme il est possible qursquoil nrsquoy ait pas drsquoeacutequilibre drsquoeacutenergie entre les mesures du cocircteacute air et les mesures du cocircteacute eau mecircme avec un instrument des mesures et des calculs laquo parfaits raquo

La norme CSA P9 exige une mesure du deacutebit drsquoair et des tempeacuteratures au moins toutes les cinq (5) secondes Dans le cas des essais agrave lrsquointerne cette freacutequence pourrait ecirctre assouplie pour certaines eacutetapes drsquoessai Par ailleurs une conformiteacute totale agrave la norme P9 suppose un controcircle preacutecis de la tempeacuterature de la salle drsquoessai ougrave se trouve le systegraveme combineacute en vue des essais ainsiqursquoun controcircle preacutecis de la tempeacuterature de lrsquoeau de la ville Dans le cas des essais de deacuteveloppement agrave lrsquointerne ces exigences peuvent eacutegalement ecirctre assouplies agrave condition que les tempeacuteratures ne varient pas trop pendant les essais Un espace commercial conditionneacute ayant une dimension raisonnable ferait lrsquoaffaire au moins pour les phases drsquoessai et de deacuteveloppement initiales

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40

Flue(combustionmeasurements)

SupplyAirtoSpaceHeatingPlenum

(optionalzonedampers)

ReturnAir

CityWater

TanklessWaterHeater

HotWaterSupplyfromWaterHeater

DHW

CoolWaterreturntoWaterheater

Temperaturemeasurementpoints

Fuelmeter

Flowmeter

Electricalmeteringnotshown

Circulator

98 Agencement des instruments

La figure 7 preacutesente un scheacutema simplifieacute permettant drsquoillustrer lrsquoagencement geacuteneacuteral des emplacements et des paramegravetres de mesure en vue de la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute de chauffe-eau instantaneacute agrave condensation Le deacutebit drsquoair qui traverse la conduite drsquoalimentation du systegraveme de traitement drsquoair sera surveilleacute en utilisant un deacutebitmegravetre agrave valeur moyenne et un manomegravetre (non illustreacute) tel que cela est deacutecrit agrave lrsquoarticle 73

T

T

T T

T T

Alimentation en eau chaude provenant du chauffe-eau

Conduit (mesures de combustion)

Eau chaude domestique

Systegraveme de mesure du combustible

Air dereprise

Retourde lrsquoeau froide vers lechauffe-eau

Chauffe-eau instantaneacute

Air drsquoalimentation achemineacute versle pleacutenum de chauffage(registres de zone facultatifs)

Eau municipale

Deacutebitmegravetre

T

(compteur eacutelectrique non illustreacute)

Points de mesure de la tempeacuterature Circulateur

Figure 8 Scheacutema de mesure simplifieacute applicable agrave la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute baseacute sur un chauffe-eau instantaneacute

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CanmetEacuteNERGIE CanmetEacuteNERGIE de Ressources naturelles Canada est un chef de file canadien dans le domaine de la recherche et deacuteveloppement en eacutenergie propre Les travaux de nos speacutecialistes portent sur lrsquoapprovisionnement drsquoeacutenergie propre agrave partir de combustibles fossiles et de sources renouvelables la gestion de lrsquoeacutenergie et les systegravemes de distribution ainsi que sur les technologies et processus avanceacutes pour les utilisations finales En veillant agrave ce que le Canada soit agrave la fine pointe des technologies sur lrsquoeacutenergie propre nous ameacuteliorons la qualiteacute de vie des Canadiens en creacuteant un avantage durable en matiegravere de ressources

Bureau central Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) 580 rue Booth 1 promenade Oil Patch 1 promenade Haanel 161 boulevard Lionel-Boulet Ottawa (Ontario) Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) Canada Canada Canada Canada K1A 0E4 T9G 1A8 K1A 1M1 J3X 1S6

  • Guide pour les fabricants drsquoappareils de chauffage combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessai conformeacutement agrave la norme CSA P9
    • Remerciements
    • 1 Reacutesumeacute
    • 2 Systegravemes agrave zones
    • Table des matiegraveres
    • Liste des tableaux et figures
    • 3 Contexte
      • 31 Objet
      • 32 Public cible
      • 33 Marcheacute
      • 34 Pratiques en vigueur dans lrsquoindustrie
      • 35 Expeacuterience en matiegravere drsquoeacutevaluation
      • 36 Deacutefi principal Utiliser des chauffe-eau pour chauffer des locaux de maniegravere eacuteconergeacutetique
      • 37 Approche par eacutetapes
        • 4 Charges de calcul ndash performances selon la norme CSA p9
          • 41 Facteur de performance thermique (FPT)
          • 42 Chauffage de lrsquoeau
          • 43 Chauffage des locaux
          • 44 Importance relative des charges de chauffage des locaux et de lrsquoeau
            • 5 Chauffage de lrsquoeau domestique
            • 6 Conception des systegravemes combineacutes
              • 61 Incidence des pondeacuterations de charge
                • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                • Reacuteduction des tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour
                  • 62 Strateacutegies de conception
                  • 63 Strateacutegie 1 Tempeacuterature drsquoeau constante
                    • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                    • Serpentin(s) de chauffage des locaux
                    • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                    • Illustration des performances selon la norme P9
                    • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                      • 64 Strateacutegie 2 Tempeacuterature drsquoeau variable
                        • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                        • Serpentin(s) de chauffage de locaux
                        • Conditions de chauffage de locaux en charge partielle
                        • Illustration des performances P9
                        • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                            • 7 Commandes
                              • Commandes indirectes baseacutees sur la tempeacuterature
                              • Commandes indirectes baseacutees sur le minuteur
                              • Controcircle direct
                              • Chauffe-eau -Mode de chauffage de lrsquoeau du robinet
                                • 8 Composants
                                  • 81 Systegraveme de traitement drsquoair
                                  • 82 Serpentins de chauffage de locaux
                                  • 83 Moteur de ventilateur
                                  • 84 Circulateurpompe
                                  • 85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)
                                  • 86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau
                                  • 87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes
                                    • 9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes
                                      • 91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz
                                      • 92 Enregistreur de donneacutees
                                      • 93 Deacutebit drsquoair
                                      • 94 Manomegravetres
                                      • 95 Tempeacuteratures
                                      • 96 Mesures du cocircteacute eau
                                      • 97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne
                                      • 98 Agencement des instruments
Page 4: Guide pour les fabricants d’appareils de chauffage ...€¦ · Le présent rapport explique comment la norme d’essai P.9 pondère le rendement dans différents modes de fonctionnement

Tableau 1 Consommation drsquoeacutenergie totale pour un systegraveme combineacute de 10 kW

FR HEADER TRANSLATION Consommation drsquoeacutenergie totale (kWhan)

Pourcentage de la consommation drsquoeacutenergie ()

Chauffage des locaux Pleine charge 2 000 8

Chauffage des locaux 40 de la charge

12 000 49

Chauffage des locaux 15 de la charge

6 000 25

Chauffage de lrsquoeau 4 400 18

Total 24 400 100

Ilest important que tout systegraveme soit en mesure de faire la diffeacuterence entre une demande de chauffage des locaux et une demande de chauffage de lrsquoeau et de fonctionner en conseacutequence Les tempeacuteratures de lrsquoeau fournie pour le chauffage des locaux doivent ecirctre maintenues le plus bas possible pour conserver des tempeacuteratures drsquoeau de retour basses afin drsquoaugmenter au maximum la condensation

Le rapport traite des composants neacutecessaires des commandes potentielles et de certains facteurs qui sont preacutevus pour concevoir un systegraveme combineacute preacutesentant un bon rapport coucirct-efficaciteacute en se servant drsquoun chauffe-eau agrave condensation fonctionnant agrave la demande

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iii

2 Systegravemes agrave zones

Les systegravemes combineacutes reacutesidentiels dits intelligents pourraient figurer parmi les plateformes les plus inteacuteressantes pour commercialiser des systegravemes de chauffage reacuteparti agrave prix raisonnable Eacutetant donneacute que ces systegravemes utilisent des ventilo-convecteurs hydroniques et agrave lrsquoexception des questions de confort thermique facilement geacuterables aucun problegraveme drsquoeacuteleacutevation minimale ou maximale obligatoire de la tempeacuterature ambiante ne pourrait avoir un impact sur la performance du mateacuteriel ni sur la certification en matiegravere de seacutecuriteacute comme il pourrait y en avoir pour drsquoautres technologies de CVCA Il ne faut donc pas preacutevoir une deacuterivation drsquoair entre lrsquoair fourni et lrsquoair de retour de lrsquoappareil de traitement de lrsquoair ou des laquo deacutepocircts raquo drsquoair fourni dans une zone commune afin de maintenir un deacutebit drsquoair minimum dans lrsquoensemble de lrsquoappareilde traitement de lrsquoairUn systegraveme combineacute intelligent aura eacutegalement deacutejagrave pris en compte une bonne partie des commandes et du concept de la logique de commande neacutecessaires agrave la mise en service reacuteussie de systegravemes de CVCA reacuteparti agrave prix abordable

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Table des matiegraveres

Remerciements i 1 Reacutesumeacute ii 2 Systegravemes agravezones iv 3 Contexte 4

31 Objet4 32 Public cible4 33 Marcheacute 4 34 Pratiques en vigueur dans lrsquoindustrie 5 35 Expeacuterience en matiegravere drsquoeacutevaluation6 36 Deacutefi principal Utiliser des chauffe-eau pour chauffer des

locaux de maniegravere eacuteconergeacutetique6 37 Approche par eacutetapes 7

4 Charges de calcul ndash performances selon la norme CSA p9 8 41 Facteur de performance thermique (FPT) 8 42 Chauffage de lrsquoeau9 43 Chauffage des locaux10 44 Importance relative des charges de chauffage des locaux et de lrsquoeau11

5 Chauffage de lrsquoeau domestique14 6 Conception des systegravemes combineacutes17

61 Incidence des pondeacuterations de charge17 62 Strateacutegies de conception17 63 Strateacutegie 1 Tempeacuterature drsquoeau constante18 64 Strateacutegie 2 Tempeacuterature drsquoeau variable22

7 Commandes25 8 Composants 31

81 Systegraveme de traitement drsquoair31 82 Serpentins de chauffage de locaux31 83 Moteur de ventilateur 33 84 Circulateurpompe 34 85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure

de pression laquo Petersquos Plug raquo)34

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1

86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau 35

87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes35

9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes36

91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz 38 92 Enregistreur de donneacutees 38 93 Deacutebit drsquoair 38 94 Manomegravetres 39 95 Tempeacuteratures 39 96 Mesures du cocircteacute eau 39 97 Eacutecarts par rapport agravelanorme P9dans le cas des travaux en interne 40 98 Agencement des instruments 41

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Liste des tableaux et figures

Tableau 1 Consommation drsquoeacutenergie totale pour un systegraveme combineacute de 10 kW iii

Tableau 2 Charges thermiques annuelles (kWhan) de la norme P9 applicables aux systegravemes combineacutes affichant des puissances nominales de chauffage des locaux de 5 10 et 15 kW12

Tableau 3 Pondeacuterations de charge de la norme P9 pour des systegravemes combineacutes affichant des puissances nominales de chauffage des locaux de 5 10 et 15 kW 12

Tableau 4 Comparaison des caracteacuteristiques de rendement eacutenergeacutetique de la norme P7 pour deux chauffe-eau theacuteoriques16

Tableau 5 Performances drsquoun systegraveme combineacute theacuteorique affichant une puissance de chauffage des locaux de 10 kW en utilisant une strateacutegie simple de commande de point de consigne de tempeacuterature drsquoeau unique (capaciteacute de chauffage des locaux compenseacutee par des cycles de marche-arrecirct) 20

Tableau 6 Performances drsquoun systegraveme de chauffage combineacute theacuteorique offrant une puissance de chauffage des locaux de 10 kW en utilisant une strateacutegie de controcircle de tempeacuteratures drsquoeau et de vitesses de ventilateur variables (variation de la capaciteacute de chauffage des locaux par modulation du deacutebit drsquoair et de la tempeacuterature de lrsquoeau)23

Figure 1 Courbe de charge-dureacutee pour le chauffage des locaux (tireacutee de la norme CSA P9-11) 10

Figure 2 Comparaison de la consommation drsquoeacutenergie pour le chauffage et lrsquoeau chaude (kWhan) dans le cas des systegravemes combineacutes de 10 kW et 5 kW 11

Figure 3 Logique de lrsquoalgorithme simplifieacute de commande de chauffe-eau pour un sceacutenario de chauffage en quatre eacutetapes 27

Figure 4 Illustration de lrsquoutilisation drsquoun capteur de deacutebit drsquoeau pour deacuteterminer une charge de chauffage drsquoeau potable30

Figure 5 Exemple de serpentin de chauffage de locaux laquo surdimensionneacute raquo utiliseacute dans une application de systegraveme de traitement drsquoair hydronique33

Figure 6 Scheacutema simplifieacute illustrant le montage utiliseacute pour exeacutecuter les essais conformeacutement agrave la norme P9 (composants individuels du systegraveme combineacute non illustreacutes)37

Figure 7 Scheacutema de mesure simplifieacute applicable agrave la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute baseacute sur un chauffe-eau instantaneacute 41

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3

3 Contexte

31 Objet

Le but du preacutesent document est de fournir aux fabricants de chauffe-eau agrave condensation agrave modulation fonctionnant agrave la demande une strateacutegie concernant la conception de systegravemes combineacutes capables de chauffer efficacement les locaux et lrsquoeau des reacutesidences et la faccedilon drsquoobtenir les reacutesultats drsquoessais selon la norme CSA P9 pour deacutemontrer cette capaciteacute

Tous les chauffe-eau destineacutes agrave ecirctre utiliseacutes dans des applications combineacutees doivent faire lrsquoobjet drsquoune approbation speacuteciale (et ecirctre certifieacutes) pour pouvoir ecirctre effectivement utiliseacutes dans les applications en question et ils doivent comporter une eacutetiquette indiquant qursquoils sont adapteacutes pour le chauffage combineacute de lrsquoeau et des locaux

32 Public cible

Le preacutesent document a eacuteteacute conccedilu pour aider

bull les gestionnaires agrave cerner rapidement une seule strateacutegie agrave adopter pour eacutelaborer un systegraveme combineacute agrave haute performance agrave eacuteliminer les risques lieacutes au processus de deacuteveloppement et agrave exploiter des ressources plus efficacement

bull les ingeacutenieurs en conception agrave seacutelectionner le chauffe-eau agrave acceacuteleacuterer le deacuteveloppement drsquoune strateacutegie de controcircle applicable au systegraveme combineacute et agrave eacutetablir des speacutecifications agrave lrsquoattention des fournisseurs de composants potentiels

33 Marcheacute

Les systegravemes de chauffage combineacutes ont gagneacute des parts de marcheacute dans le sud de lrsquoOntario dans le secteur des petites reacutesidences eacuteconergeacutetiquesMecircme siaucune statistique fiable nrsquoest disponible certaines sources de lrsquoindustrie estiment qursquoau moins 30 000 systegravemes combineacutes sont installeacutes chaque anneacutee sur le marcheacute des reacutesidences neuves de lrsquoOntario Bon nombre de ces systegravemes sont installeacutes dans des maisons preacutesentant des charges de chauffage de locaux maximales de 15 kW ou moins (mecircme lorsqursquoun facteur de surdimensionnement de 40 a eacuteteacute appliqueacute aux charges de chauffage de locaux)

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Lrsquoanneacutee passeacutee le programme ENERGY STAR pour les maisons neuves (ESMN) occupait une part de marcheacute repreacutesentant environ 20 des constructions en Ontario Les entrepreneurs en construction recherchent des systegravemes combineacutes offrant des taux de performance eacuteleveacutes lorsqursquoils sont mis agrave lrsquoessai et coteacutes conformeacutement agrave la norme CSA P9 En 2014 lrsquoensemble des systegravemes combineacutes utiliseacutes dans le cadre de lrsquoinitiative ESMN devra ecirctre coteacute selon la norme

34 Pratiques en vigueur dans lrsquoindustrie

Les chauffe-eau agrave la demande ont rapidement eacutevolueacute afin de mieux reacutepondre aux besoins nord-ameacutericains en matiegravere de chauffage drsquoeau chaude domestique et ameacuteliorer le rendement eacutenergeacutetique Les systegravemes peuvent deacutesormais fonctionner agrave une plage de deacutebit drsquoeau plus importante et assurer une modulation sur une grande plage En outre de nombreux systegravemes mettent en œuvre la technologie de la condensation

Lrsquoindustrie a commenceacute par eacutelaborer des systegravemes combineacutes en utilisant des chauffe-eau agrave reacuteservoir de stockage traditionnels et un ventilo-convecteur de systegraveme de traitement drsquoair afin drsquoassurer agrave la fois le chauffage de lrsquoeau et celui des locaux Bon nombre de ces appareils eacutetaient construits sur place et speacutecialement conccedilus pour reacutepondre aux charges en vigueur Le rendement eacutenergeacutetique des systegravemes combineacutes nrsquoeacutetait pas eacutevalueacute par rapport agrave une norme et faisait donc lrsquoobjet de moins drsquoattention

Les chauffe-eau agrave condensation offrent la possibiliteacute de mettre au point des systegravemes combineacutes bien plus efficaces en matiegravere de rendement eacutenergeacutetique Les systegravemes combineacutes permettent drsquoameacuteliorer la rentabiliteacute moyennant lrsquoutilisation drsquoun chauffe-eau agrave condensation Le fait de concevoir des systegravemes combineacutes en usine permet drsquooptimiser les fonctions combineacutees et les commandes associeacutees et de proposer des appareils haute performance produisant une condensation dans la plupart des modes de fonctionnement

Certains fabricants de chauffe-eau agrave la demande commencent agrave concevoir des composants mieux adapteacutes ainsi que des systegravemes combineacutes monoblocs Il se peut que ces fabricants soient moins sensibiliseacutes aux systegravemes agrave traitement drsquoair haute performance et aux commandes associeacutees qui pourraient srsquoaveacuterer neacutecessaires pour eacutelaborer un systegraveme monobloc haute performance Le preacutesent document fournit des renseignements de base concernant les speacutecifications et le controcircle des systegravemes de traitement drsquoair des reacutesidences ainsi que des deacutetails sur la conception et le controcircle drsquoun systegraveme combineacute haute performance type

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35 Expeacuterience en matiegravere drsquoeacutevaluation

CanmetEacuteNERGIE de Ressources naturelles Canada a eacutetudieacute les systegravemes combineacutes et leurs composants pendant de nombreuses anneacuteesLe centre a effectueacute des recherches et offert une expertise et un soutien techniques pour appuyer lrsquoeacutelaboration de la norme CSA P10 applicable aux systegravemes meacutecaniques inteacutegreacutes ainsi que celle de la norme subseacutequente CSA P9 visant les systegravemes combineacutes CanmetEacuteNERGIE a eacutegalement

bull eacutevalueacute les performances des systegravemes fabriqueacutes et construits sur place dans des laboratoires gouvernementaux et indeacutependants

bull surveilleacute et analyseacute les performances des systegravemes sur le lieu de lrsquoinstallation et dans les maisons du centre canadien des technologies reacutesidentielles Bon nombre de ces projets ont eacuteteacute reacutealiseacutes en partenariat avec drsquoautres organismes gouvernementaux et entreprises de distribution de gaz

bull conccedilu des composants de systegravemes combineacutes pour des applications speacuteciales telle que celle de la communauteacute agrave eacutenergie solaire Drake Landing

Le preacutesent rapport a eacuteteacute eacutelaboreacute en tenant compte des connaissances acquises dans le cadre de ces diverses initiatives

36 Deacutefi principal Utiliser des chauffe-eau pour chauffer des locaux de maniegravere eacuteconergeacutetique

Les chauffe-eau agrave la demande peuvent offrir de tregraves bonnes performances en mode de chauffage agrave eau chaude domestique avec des tempeacuteratures drsquoeau de reacuteseau de distribution basses et les puissances thermiques eacuteleveacutees requises pour satisfaire les besoins en eau chaude Ces appareils peuvent fonctionner particuliegraverement bien lorsqursquoils fournissent les grandes quantiteacutes drsquoeau chaude utiliseacutees dans les normes drsquoessai de chauffe-eau en vigueur pour eacutevaluer leurs performances en tant que chauffe-eau

En conditions de fonctionnement combineacute les performances offertes en mode de chauffage des locaux (charges partielles incluses) sont les plus importantes Mecircme si les charges thermiques instantaneacutees sont consideacuterablement infeacuterieures lorsque lrsquoon chauffe des locaux plutocirct que lorsque lrsquoon fournit des charges de chauffage drsquoeau maximales la dureacutee des charges de chauffage des locaux est bien plus importante Il pourrait ecirctre inteacuteressant de faire en sorte que le chauffe-eau offre une condensation en mode de chauffage des locaux car la tempeacuterature de lrsquoeau qui revient des serpentins de chauffage des locaux est geacuteneacuteralement plus eacuteleveacutee que la tempeacuterature drsquoarriveacutee drsquoeau municipale que le systegraveme doit chauffer pour fournir de lrsquoeau chaude potable Eacutetant donneacute que seule une petite partie des charges annuelles de chauffage de locaux du systegraveme est reacuteellement fournie lorsque le systegraveme fonctionne aux conditions de

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reacutegime la performance en charge partielle en mode de chauffage de locaux est particuliegraverement importante pour le rendement geacuteneacuteral du systegraveme Il est bien plus important drsquoobtenir drsquoexcellentes performances lors drsquoessais de chauffage de locaux en charge partielle plutocirct qursquoagrave pleine puissance nominale lorsque lrsquoon calcule le rendement geacuteneacuteral du systegraveme

Ilest possible drsquoobtenir des reacutesultats de performance eacuteleveacutee lorsque les composants eacuteconergeacutetiques sont bien adapteacutes et que le systegraveme drsquoexploitation commande intelligemment et simultaneacutement agrave la fois le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair

37 Approche par eacutetapes

Le preacutesent rapport invite les fabricants agrave suivre les eacutetapes ci-dessous avant de proposer un systegraveme combineacute haute performance

Eacutetape 1 Cerner les charges de conception qursquoil faut prendre en compte pour prendre toutes les deacutecisions concernant le systegraveme combineacute

Eacutetape 2 Seacutelectionner un chauffe-eau en mesure de fournir des performances eacuteleveacutees dans les applications mettant en œuvre des systegravemes combineacutes

Eacutetape 3 Seacutelectionner une strateacutegie de controcircle applicable au chauffe-eau et au systegraveme de traitement drsquoair qui reacuteduit au minimum les coucircts que le fabricant doit supporter pour fournir des systegravemes combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessaiselon la norme P9

Eacutetape 4 Seacutelectionner drsquoautres composants de systegravemes combineacutes (tels que des serpentins des moteurs de ventilateur et les commandes associeacutees)

Eacutetape 5 Exeacutecuter des essais agrave lrsquointerne afin drsquoeacutetablir les performances des systegravemes combineacutes de maniegravere agrave pouvoir les mettre agrave niveau selon les besoins avant de les expeacutedier agrave un laboratoire indeacutependant agrave des fins de veacuterification

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4 Charges de calcul ndash performances selon la norme CSA p9

41 Facteur de performance thermique (FPT)

Le FPT correspond agrave la mesure de performance eacutenergeacutetique cleacute de la norme CSA P9 Ce facteur combine les cotes de performance du chauffage des locaux et celles du chauffage de lrsquoeau et fait une moyenne pondeacutereacutee selon la charge des deux types de chauffage pour geacuteneacuterer la mesure de performance globale Lrsquoannexe B de la norme CSA P9 fournit des explications deacutetailleacutees sur la maniegravere dont les facteurs de pondeacuteration ont eacuteteacute eacutelaboreacutes et sur les raisons de leur eacutelaboration

La preacutesente section preacutesente quelques facteurs cleacutes ainsi qursquoun graphique (tableau 3) que les fabricants peuvent utiliser pour deacuteterminer les reacutesultats drsquoessai ayant la plus forte incidence sur le reacutesultat FPT de leurs produits

Comme le chauffage des locaux constitue geacuteneacuteralement la charge dominante au sein des maisons canadiennes la pondeacuteration du rendement global des systegravemes de chauffage combineacutes est domineacutee par le chauffage des locaux Les reacutesultats drsquoessai du chauffage des locaux en charge partielle offrent la pondeacuteration la plus importante pour deacuteterminer les performances de chauffage des locaux des systegravemes combineacutes et par conseacutequent le FPT

Les systegravemes combineacutes qui optimisent les performances de chauffage de locaux en charge partielle preacutesenteront des FPT plus eacuteleveacutes que les systegravemes conccedilus pour offrir des performances agrave pleine charge

Ilest possible de mettre en place des strateacutegies de controcircle intelligentes pendant les essais de rendement reacutealiseacutes conformeacutement agrave la norme CSA P9 Par exemple le systegraveme de controcircle peut commencer agrave fonctionner en mode de chauffage de locaux en acheminant une tempeacuterature plus basse au systegraveme de traitement drsquoair et en programmant une vitesse de ventilation infeacuterieure Il est possible drsquoaugmenter progressivement ces deux paramegravetres si la charge nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai speacutecifieacute De mecircme des strateacutegies de controcircle mettant en œuvre une fonction de deacutetection de charge tel qursquoun controcircle de reacuteglage exteacuterieur peuvent offrir des ameacuteliorations de rendement identiques et peuvent ecirctre simuleacutees pendant les essais Ceci est particuliegraverement important lorsque lrsquoon cherche agrave veacuterifier le rendement des systegravemes de chauffage de locaux en charge partielle

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42 Chauffage de lrsquoeau

Les normes drsquoessai applicables aux systegravemes de chauffage de lrsquoeau (norme P9 incluse) partent du principe que la charge de chauffage de lrsquoeau annuelle est de 4 400 kWh (environ 12 kWh par jour) pour chaque maison Dans la norme P9 la valeur de performance drsquoun systegraveme combineacute utiliseacute en tant que chauffe-eau est deacutesigneacutee laquo facteur de performance du chauffage de lrsquoeau raquo (FPCE) Mecircme si la norme P9 offre une souplesse accrue en ce qui a trait aux parameacutetrages des commandes compareacute aux normes reacutegissant des chauffe-eau autonomes le FPCE est analogue agrave une cote de facteur eacutenergeacutetique (FE) et les cotes numeacuteriques devraient ecirctre identiques

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43 Chauffage des locaux

Tout systegraveme de chauffage de locaux doit ecirctre capable de fournir sa puissance de chauffage de locaux nominale lorsque les commandes lrsquoexigent Par contre les systegravemes de chauffage de locaux ont uniquement besoin de fournir leur puissance de chauffage de pointe pour tout au plus quelques jours pendant lrsquoanneacutee La norme CSA P9 reconnaicirct que des systegravemes fonctionneront en conditions de charge partielle la plupart du temps et eacutenonce des cotes de rendement de chauffage de locaux baseacutees sur des essais directs impliquant des charges totales et partielles Les systegravemes combineacutes sont mis agrave lrsquoessai dans des conditions de charges eacutequivalant agrave 100 40 et 15 de leurs capaciteacutes de chauffage des locaux Les reacutesultats sont combineacutes de maniegravere agrave obtenir une efficaciteacute de chauffage composite (ECC) qui pondegravere plus fortement les conditions de charge partielle La formule associeacutee et la repreacutesentation graphique correspondante extraites de la norme P9 se preacutesentent comme suit

ECC = 01 de rendement net agrave 100 + 06 de rendement net agrave 40 + 03 de rendement net agrave 15

La figure 1 illustre la quantiteacute de charge de chauffage annuelle pouvant ecirctre reacutepartie vers diffeacuterents points drsquoexploitation

Pourcentage de la charge de chauffage annuelle

Figure 1 Courbe de charge-dureacutee pour le chauffage des locaux (tireacutee de la norme CSA P9-11)

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44 Importance relative des charges de chauffage des locaux et de lrsquoeau

Les commandes du systegraveme de chauffage combineacute sont pleinement fonctionnelles pendant tous les essais et ne sont pas reacutegleacutees manuellement une fois les premiers essais en cours Le choix du fabricant concernant la strateacutegie de controcircle les paramegravetres de tempeacuterature et de deacutebit drsquoair et drsquoeau et les composants utiliseacutes aura une incidence sur la capaciteacute de chauffage de pointe des locaux ainsique sur le rendement agrave la puissance maximale Les systegravemes preacutesentant des capaciteacutes de chauffage nominales infeacuterieures seraient normalement installeacutes pour chauffer des reacutesidences ayant des charges de calcul plus petites Comme nous lrsquoavons indiqueacute preacuteceacutedemment la norme P9 prescrit les mecircmes charges de chauffage drsquoeau pour tous les systegravemes mis agrave lrsquoessai peu importe la capaciteacute Par conseacutequent plus la capaciteacute de chauffage des locaux est petite plus lrsquoimportance relative du chauffage de lrsquoeau sur le FPT est grandeCe principe est illustreacute agrave la figure 2 qui preacutesente les charges annuelles relatives de chauffage drsquoeau et des locaux pour des systegravemes mixtes ayant des charges de chauffage des locaux nominales de 5 kW et 10 kW respectivement

25000 Chauffage des locaux Eau chaude domesZque (ECD)

20000

Consom

maZ

ondeacuten

ergie(kWhan) 20000

15000

10000 10000

4400 44005000

0 Puissance de chauffage des locaux Puissance de chauffage des locaux

de10 kW de5kW

Figure 2 Comparaison de la consommation drsquoeacutenergie pour le chauffage et lrsquoeau chaude (kWhan) dans le cas des systegravemes combineacutes de 10 kW et 5 kW

Les charges thermiques eacutenonceacutees dans la norme P9 sont deacutecrites dans le tableau 2 et les pondeacuterations relatives des reacutesultats drsquoessais de performance individuels dans le facteur de performance thermique (FPT) globalde la norme CSA P9 applicable aux

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systegravemes combineacutes offrant trois capaciteacutes de chauffage de locaux diffeacuterentes sont preacutesenteacutees dans le tableau 3

Tableau 2 Charges thermiques annuelles (kWhan) de la norme P9 applicables aux systegravemes combineacutes affichant des puissances nominales de chauffage des locaux de 5 10 et 15 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 5 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 10 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 15 kW

Chauffage des locaux Pleine charge

1 000 kWhan 2 000 kWhan 3 000 kWhan

Chauffage des locaux 40 de la charge

6 000 kWhan 12 000 kWhan 18 000 kWhan

Chauffage des locaux 15 de la charge

3 000 kWhan 6 000 kWhan 9 000 kWhan

Chauffage de lrsquoeau 4 400 kWhan 4 400 kWhan 4 400 kWhan

Total 14 400 kWhan 24 400 kWhan 34 400 kWhan

Tableau 3 Pondeacuterations de charge de la norme P9 pour des systegravemes combineacutes affichant des puissances nominales de chauffage des locaux de 5 10 et 15 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 5 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 10 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 15 kW

Chauffage des locaux Pleine charge

7 8 9

Chauffage des locaux 40 de la charge

42 49 52

Chauffage des locaux 15 de la charge

21 25 26

Chauffage de lrsquoeau 31 18 13

Total 100 100 100

Ilest important de consulter ces donneacutees avec un certain reculet de comprendre les pondeacuterations relatives des reacutesultats drsquoessai sur le FPT annuel On remarque que

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lrsquoincidence des performances du systegraveme pendant lrsquoessaide chauffage des locaux avec 40 de puissance nominale de chauffage de locaux sur la cote annuelle est la plus importante (42 agrave 52 ) suivie par lrsquoincidence des performances avec 15 de puissance nominale de chauffage des locaux (21 agrave 26 ) Les pondeacuterations de ces reacutesultats drsquoessai augmentent encore plus agrave mesure que la puissance nominale de chauffage des locaux deacutepasse la plage illustreacutee dans le tableau 3

Des rapports inteacuteressants eacutemanant de constructeurs de maisons de lrsquoOntario indiquent qursquoon installe plus souvent des systegravemes combineacutes dans des reacutesidences dont les charges de chauffage nominales se situent entre 7 et 10 kW Selon les codes drsquoinstallation des systegravemes de chauffage et les guides de dimensionnement recommandeacute de lrsquoindustrie les systegravemes combineacutes ayant des capaciteacutes de chauffage nominales comprises entre 10 et 15 kW conviendraient parfaitement agrave ce type de reacutesidences Dans le cas des systegravemes combineacutes inclus dans cette plage de capaciteacute les reacutesultats drsquoessai de chauffage des locaux en charge partielle ont une pondeacuteration drsquoenviron 75 dans la cote de performance thermique annuelle

En commenccedilant par un local dont le rendement du composant de chauffage de lrsquoeau du systegraveme combineacute est deacutejagrave eacuteconergeacutetique (voir lrsquoarticle 11) cette pondeacuteration permet de savoir ougrave il faut deacuteployer le plus gros effort au moment de concevoir un systegraveme de chauffage combineacute haute performance

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5 Chauffage de lrsquoeau domestique

La premiegravere eacutetape agrave suivre pour concevoir un systegraveme combineacute haute performance consiste agrave seacutelectionner le chauffe-eau approprieacute Cette section a pour but drsquoaider les fabricants agrave deacutenicher rapidement les modegraveles potentiels

Parmi les caracteacuteristiques que devraient avoir les chauffe-eau agrave la demande figurent

bull la modulation ndash performances de chauffage de lrsquoeau efficaces sur toute la plage depuis les deacutebits drsquoeau nominaux minimaux jusqursquoaux deacutebits maximaux

ndash rapport de reacuteglage eacuteleveacute

ndash capaciteacute agrave fournir suffisamment drsquoeau chaude pour reacutepondre agrave des besoins en chauffage de lrsquoeau typiques

ndash capaciteacute agrave fonctionner avec des deacutebits drsquoeau chaude minimauxDe nombreux chauffe-eau agrave la demande actuellement sur le marcheacute peuvent selon le classement de leur fabricant ecirctre utiliseacutes avec des deacutebits drsquoeau chaude de 2 Lmin (05 gal USmin) ou moins Certains systegravemes neacutecessitent des deacutebits plus importants

bull performance en matiegravere de condensation ndash ilsrsquoagit des performances nominales de condensation sur toute la plage des charges et des allures de chauffe

ndash commandes geacuterant de faccedilon approprieacutee le rapport combustible-deacutebit drsquoair de maniegravere agrave maintenir le rendement de la combustion quelle que soit la charge

ndash paramegravetres de commande optimiseacutes par la charge qui permettent de deacuteterminer lrsquoimportance et les types de charges et de reacuteagir en conseacutequence avec de meilleurs paramegravetres de commande pour que le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair fonctionnent ensemble

ndash cycles courts avant et apregraves la purge permettant de reacuteduire au minimum les temps de reacuteponse et les pertes laquo par cycle raquo et de reacuteduire la consommation drsquoeacutelectriciteacute

ndash faible consommation en mode drsquoalimentation de secours

ndash ventilation directe des produits de combustion afin drsquoeacuteviter lrsquoeacutemanation de combustible et les risques de deacutepressurisation

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Pour acceacuteleacuterer le processus de seacutelection du chauffe-eau de base il sera plus facile de commencer par consulter les donneacutees que le fabricant peut deacutetenir (ou qursquoil peut facilement produire) concernant ses propres produits en mode de chauffage drsquoeau Lrsquoobjectif est de commencer avec un geacuteneacuterateur de chaleur qui preacutesente un rendement eacutenergeacutetique nominal de 90 ou plus sur une grande plage de fonctionnement

Si le chauffe-eau qursquoon envisage drsquoutiliser en tant que moteur thermique ou geacuteneacuterateur de chaleur pour un systegraveme de chauffage combineacute monobloc ne reacutepond pas aux exigences ci-dessus il est recommandeacute de reacuteviser attentivement son choix Dans certains cas il est possible de seacutelectionner diffeacuterents composants diffeacuterentes commandes ou diffeacuterents paramegravetres de commande pour surmonter les lacunes en matiegravere de rendement Les possibiliteacutes drsquoameacuteliorer de faccedilon appreacuteciable les performances de chauffage drsquoeau drsquoun chauffe-eau agrave la demande sans affecter son certificat de seacutecuriteacute sont limiteacutees Du coup le fait de seacutelectionner un chauffe-eau diffeacuterent plus rentable sur le plan eacutenergeacutetique peut constituer un choix plus opportun

La norme canadienne drsquoessai et drsquoeacutevaluation CSA P7 applicable aux chauffe-eau agrave la demande fait eacutetat drsquoune tempeacuterature drsquoeau drsquoarriveacutee courante de 144 degC (58 degF) et drsquoune tempeacuterature de sortie de 577 degC (135 degF) pour les essais et lrsquoeacutevaluation des performances nominales Le tableau 4 compare les caracteacuteristiques de rendement eacutenergeacutetique de deux chauffe-eau agrave la demande theacuteoriques avec les systegravemes fonctionnant agrave plusieurs deacutebits drsquoeau diffeacuterents en utilisant les mecircmes hypothegraveses de tempeacuteratures drsquoeau que la norme P7 Bien que les eacutevaluations de performance maximale du premier modegravele soient supeacuterieures agrave celles du second modegravele (avec des deacutebits drsquoeau de 114 et 76 Lmin) les performances de chauffage ameacutelioreacutees du second modegravele agrave des deacutebits drsquoeau infeacuterieurs en font un meilleur candidat pour jouer le rocircle drsquoun geacuteneacuterateur de chaleur dans un systegraveme combineacute du fait du pourcentage de temps eacuteleveacute pendant lrsquoanneacutee durant lequel un systegraveme combineacute fonctionne agrave de faibles charges pour assurer le chauffage des locaux

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Tableau 4 Comparaison des caracteacuteristiques de rendement eacutenergeacutetique de la norme P7 pour deux chauffe-eau theacuteoriques

Deacutebit (Lmin) Deacutebit (gal USmin) Exemple modegravele 1

Exemple modegravele 2

114 3 95 92

76 2 95 90

38 1 83 92

19 05 79 92

Recommandation Choix mal adapteacute dans le cas drsquoun systegraveme combineacute

Choix mieux adapteacute dans le cas drsquoun systegraveme combineacute

On constate que les valeurs de rendement eacutenergeacutetique pour la plage de deacutebits drsquoeau utiliseacutes agrave des fins de deacutemonstration dans le tableau 4 ne seraient pas interchangeables avec les facteurs eacutenergeacutetiques (FE) coteacutes pour les mecircmes chauffe-eau eacutetant donneacute que les conditions eacutenonceacutees dans le tableau 4 ne correspondent pas aux installations meacutethodes drsquoessais et charges de chauffage drsquoeau speacutecifieacutees dans la norme CSA P7 applicable aux chauffe-eau agrave la demande Les valeurs de rendement eacutenergeacutetique theacuteoriques du tableau 4 sont preacutesenteacutees simplement pour deacutemontrer que les performances de chauffage de lrsquoeau de certains types de chauffe-eau peuvent changer agrave mesure que le deacutebit (p ex la charge de chauffage de lrsquoeau) change Les changements de rendement eacutenergeacutetique du systegraveme de chauffage de lrsquoeau en fonction de la charge ne sont pas complegravetement pris en compte dans les eacutevaluations de performance FE normaliseacutees applicables aux chauffe-eau Afin drsquoeacuteviter toute confusion il est recommandeacute drsquoutiliser lrsquoexpression laquo Facteur eacutenergeacutetique raquo (ou FE) uniquement pour deacutesigner des cotes drsquoessais de chauffe-eau standard eacutelaboreacutees agrave partir drsquoessais et de calculs respectant scrupuleusement la norme drsquoeacutevaluation CSA P7 applicable aux chauffe-eau agrave la demande ou la norme CSA P3 applicable aux chauffe-eau agrave reacuteservoir de stockage reacutesidentiels

Apregraves avoir eacutetudieacute le rendement eacutenergeacutetique des geacuteneacuterateurs de chaleur potentiels sur toutes leurs plages de fonctionnement preacutevues dans le cadre drsquoun systegraveme combineacute il est possible de seacutelectionner de maniegravere aviseacutee un chauffe-eau adapteacute aux applications preacutevues Une fois cette eacutetape reacutealiseacutee le fabricant de systegravemes de chauffage combineacutes doit opter pour une strateacutegie de controcircle avant de seacutelectionner les autres composants du systegraveme

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6 Conception des systegravemes combineacutes

61 Incidence des pondeacuterations de charge

Conditions de chauffage des locaux en charge partielle Pour obtenir une excellente cote drsquoessai selon la norme CSA P9 il faut avant tout se concentrer sur le chauffage des locaux en charge partielle Le rendement en conditions de chauffage de locaux en charge partielle permettra de deacuteterminer 90 de la cote drsquoefficaciteacute de chauffage composite (ECC) Dans le cas drsquoun systegraveme de chauffage combineacute offrant une puissance de chauffage drsquoespace nominale de 10 kW 75 de la valeur FPT seront deacuteduits agrave partir des reacutesultats de lrsquoessai en charge partielle Dans le cas drsquoun systegraveme offrant une puissance de chauffage des locaux de 15 kW les reacutesultats des performances de chauffage des locaux en charge partielle repreacutesenteront presque 80 du facteur de performance thermique global

Reacuteduction des tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour Les chauffe-eau qui preacutesentent drsquoexcellentes cotes avec des tempeacuteratures basses de lrsquoeau drsquoalimentation du reacuteseau principalfonctionneront moins bien sila tempeacuterature drsquoarriveacutee augmente La preacutesence de tempeacuteratures drsquoeau de retour plus chaudes pendant le mode de chauffage des locaux contribuera agrave reacuteduire le rendement eacutenergeacutetique Le fait de reacutepondre aux demandes de chauffage des locaux en utilisant des paramegravetres de commande qui reacuteduisent au minimum les tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour en conditions de charge partielle peut contribuer agrave optimiser le rendement de combustion

62 Strateacutegies de conception

Un des plus gros avantages du chauffe-eau agrave la demande tient au fait que theacuteoriquement il peut geacuteneacuterer diffeacuterentes tempeacuteratures drsquoeau drsquoalimentation pour satisfaire les charges de chauffage de lrsquoeau et des locaux Il peut eacutegalement faire varier du tout au tout la tempeacuterature de lrsquoeau qursquoil fournit pour satisfaire diffeacuterentes charges de chauffage des locaux Cet aspect est essentiel pour continuer de fournir le mecircme chauffage de lrsquoeau agrave un rendement eacuteleveacute et produire un chauffage des locaux agrave charge partielle tregraves efficace

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Nous allons passer en revue deux concepts de systegravemes combineacutes

bull la strateacutegie 1 utilise une tempeacuterature drsquoeau constante pour toutes les charges

bull la strateacutegie 2 consiste agrave faire varier la tempeacuterature de lrsquoeau en fonction de la charge

La premiegravere strateacutegie est celle qui neacutecessite le moins de changement compareacute aux pratiques actuelles elle correspond souvent au premier reacuteflexe Elle est preacutesenteacutee icidans le but principalde mettre en lumiegravere certains deacutefis inheacuterents en matiegravere de performance

La deuxiegraveme strateacutegie repreacutesente une option bien plus rentable pour atteindre des niveaux de performance eacuteleveacutes tant sur le terrain que lors des essais exeacutecuteacutes conformeacutement agrave la norme CSA P9 Lrsquoexpeacuterience montre qursquoelle offre un niveau de performance eacuteleveacute agrave un coucirct moindre pour le fabricant

Le fait drsquoutiliser une pompe agrave vitesse variable dans le systegraveme de traitement de lrsquoair peut eacutegalement ameacuteliorer le rendement eacutenergeacutetique La strateacutegie 2 est axeacutee sur une tempeacuterature drsquoalimentation variable les chauffe-eau agrave la demande pouvant offrir cette fonction plus rapidement Il est peu courant de voir des pompes agrave vitesse variable dans les appareils de traitement de lrsquoair pour lrsquoinstant

Pour ces exemples

bull les deux types de systegravemes combineacutes seront preacutesenteacutes en utilisant le mecircme chauffe-eau agrave la demande agrave condensation et agrave modulation

bull les pondeacuterations de performance FPT applicables agrave un systegraveme combineacute preacutesentant une charge nominale de chauffage de locaux de 10 kW seront utiliseacutees agrave titre indicatif pour illustrer chacune de ces strateacutegies

63 Strateacutegie 1 Tempeacuterature drsquoeau constante

Ce systegraveme de chauffage combineacute respecte la regravegle eacutetablie et preacutevoit uniquement lrsquoutilisation de composants plus efficaces pour ameacuteliorer les performancesIlarrive qursquoil soit souvent consideacutereacute en premier lieu car les commandes peuvent rester telles quelles dans un systegraveme pour lequel un fabricant fournit le chauffe-eau agrave la demande tandis qursquoun autre fabricant fournit le systegraveme de traitement drsquoair

Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair Le chauffe-eau ne sait pas si une demande concerne un chauffage de lrsquoeau ou un chauffage de locaux Il deacutetecte une demande et fournit de lrsquoeau chaude agrave une tempeacuterature constante Pour satisfaire la charge de chauffage de pointe des locaux il est geacuteneacuteralement reacutegleacute agrave 60 degC (140 degF) Le systegraveme de traitement drsquoair ne contribue pas eacutenormeacutement agrave faire grimper la puissance de chauffage de locaux Il utilise geacuteneacuteralement

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un ou deux reacuteglages de vitesse de ventilateur soufflant Eacutetant donneacute que le fonctionnement prolongeacute drsquoun ventilateur apregraves qursquoune demande de chauffage a eacuteteacute satisfaite peut entraicircner des problegravemes de confort dus agrave des courants drsquoair froid le fonctionnement subseacutequent du ventilateur ne sera pas mis en œuvre ou sera mis en œuvre en utilisant uniquement des temps de fonctionnement courts Dans les deux sceacutenarios la chaleur sera retenue dans le serpentin et les conduites pour se dissiper par la suite pendant les peacuteriodes de deacutesactivation

Serpentin(s) de chauffage des locaux Si lrsquoon veut amplifier lrsquoefficaciteacute eacutenergeacutetique du systegraveme en mode de chauffage des locaux ilest impeacuteratif de reacuteduire au minimum les tempeacuteratures de lrsquoeau de retourDes serpentins laquo surdimensionneacutes raquo ont eacuteteacute conccedilus en vue drsquooptimiser la baisse de tempeacuterature dans lrsquoeacutechangeur de chaleur en conditions de chauffage des locaux

Conditions de chauffage des locaux en charge partielle Le systegraveme de traitement drsquoair se met en route et srsquoarrecircte pour srsquoadapter aux conditions de charge partielle ce qui a pour effet de deacuteclencher des demandes associeacutees sur le chauffe-eau

Illustration des performances selon la norme P9 Le tableau 5 donne un aperccedilu theacuteorique du type de performance que lrsquoon pourrait geacuteneacuteralement obtenir en utilisant une strateacutegie impliquant un point de consigne de tempeacuterature unique

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Tableau 5 Performances drsquoun systegraveme combineacute theacuteorique affichant une puissance de chauffage des locaux de 10 kW en utilisant une strateacutegie simple de commande de point de consigne de tempeacuterature drsquoeau unique (capaciteacute de chauffage des locaux compenseacutee par des cycles de marche-arrecirct)

Mode de fonctionne -ment

Pondeacuter-ation

Temp de lrsquoeau drsquoalimentati on (degF)

Temp de lrsquoeau de retour du reacuteseau principal (degF)

Deacutebit du systegraveme de traitement drsquoair (pi3min)

Mesure de la performance eacutenergeacutetique mode activeacute deacutesactiveacute ()

Contribution FPT

Chauffage des locaux 100

8 140 120 800 85 007

Chauffage des locaux 40

49 140 120 800 80 039

Chauffage des locaux 15

25 140 120 800 75 018

Chauffage de lrsquoeau

18 140 58 mdash 92 017

Total 100 081

Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables bull Performances globales Une cote de facteur de performance totale (FPT) de 092

placerait le systegraveme combineacute dans la plage des performances eacuteleveacutees

bull Performances en mode de chauffage de lrsquoeau Comme dans le cas du sceacutenario impliquant un point de consigne de tempeacuterature unique le systegraveme assure une condensation en mode de chauffage de lrsquoeau avec un FPCE de 92 Il serait possible drsquoameacuteliorer leacutegegraverement lrsquoefficaciteacute du systegraveme de chauffage de lrsquoeau si un point de consigne de tempeacuterature de lrsquoeau infeacuterieur agrave la valeur de 140 degF utiliseacutee dans le premier cas de figure eacutetait appliqueacute La norme P9 permet drsquoutiliser un point de consigne pouvant descendre jusqursquoagrave 120 degF dans le cas de lrsquoeau potable La tempeacuterature de consigne nrsquoa plus besoin drsquoecirctre la mecircme que celle requise pour une charge de chauffage de locaux maximale il est donc possible de la reacuteduire agrave la plage de 120 degF Pour simplifier la comparaison des deux systegravemes dans les tableaux 5 et 6 aucun point de consigne de systegraveme de chauffage drsquoeau potable reacuteduit nrsquoa pas eacuteteacute inclus dans le tableau 6

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bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge totale Dans ce mode le rendement eacutenergeacutetique est plus faible La tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation doit ecirctre au plus haut pour satisfaire la charge la tempeacuterature de lrsquoeau de retour sera donc elle aussiplus eacuteleveacutee dans ce modeComme le systegraveme fonctionnera rarement dans ce mode cette mauvaise performance ne repreacutesente qursquoune petite fraction de la pondeacuteration FPT

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge partielle Les tempeacuteratures drsquoalimentation du systegraveme de chauffage de lrsquoeau sont abaisseacutees progressivement pour satisfaire des demandes en charge partielle moindres Les tempeacuteratures peuvent ecirctre abaisseacutees bien en deccedilagrave du reacuteglage preacutevu pour le chauffage de lrsquoeau du robinet Cette condition se traduit par des tempeacuteratures drsquoeau de retour plus basses qursquoen conditions de charge totale Ces deux facteurs font que lrsquoefficaciteacute est plus importante en conditions de charge partielle qursquoen conditions de charge totale Le chauffe-eau fonctionnera en mode de condensation pour les deux points de charge de chauffage de locaux (40 et 15 )

bull Vitesse de ventilateur Eacutetant donneacute que la puissance de chauffage requise diminue la vitesse de ventilateur diminue aussiCela se traduit par un niveau sonore reacuteduit un fonctionnement du ventilateur plus long avec des cycles moins freacutequents et une reacuteduction importante de la consommation drsquoeacutenergie Cette condition peut aussi reacuteduire les plaintes lieacutees au confort le fonctionnement plus long agrave des deacutebits drsquoair reacuteduits ameacuteliorant la reacutepartition de lrsquoair chaud pendant les saisons intermeacutediaires

bull Controcircle de la tempeacuterature de lrsquoair inteacuterieur Le fait de moduler la puissance de chauffage en faisant varier la tempeacuterature de lrsquoeau et la vitesse du ventilateur peut se traduire par une tempeacuterature drsquoair inteacuterieur plus homogegravene avec des eacutecarts de tempeacuteratures moins grands au-dessus et au-dessous des points de consigne du thermostat Ce pheacutenomegravene pourrait inciter les proprieacutetaires de reacutesidence agrave augmenter le point de consigne de chauffage pour eacutetablir des conditions de confort acceptables

bull Incidences sur le zonage Le zonage sera plus compliqueacute avec un systegraveme affichant une puissance fixe et une vitesse de ventilateur unique

Ilest possible drsquoameacuteliorer la strateacutegie 1 en augmentant encore la dimension drsquoun serpentin deacutejagrave surdimensionneacute dans le systegraveme de traitement drsquoair Cette option implique toutefois des limites pratiques car des serpentins bien plus grands neacutecessiteront une plus grande quantiteacute de cuivre et un formage plus important et cela accentuera le coucirct total du systegraveme sans compter qursquoil faudra aussi preacutevoir des armoires plus grandes pour le systegraveme de traitement drsquoair De plus les pertes de chaleur par cycle augmenteront et il sera plus difficile drsquoobtenir des performances eacuteleveacutees en charge partielle Le fait drsquoappliquer la strateacutegie 1 agrave un systegraveme de chauffage combineacute agrave haute performance peut srsquoaveacuterer trop oneacutereux pour valoir le coup

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64 Strateacutegie 2 Tempeacuterature drsquoeau variable

Cette meacutethode est identique agrave celle appliqueacutee dans les appareils de chauffage agrave air chaud multieacutetage Le principe consiste agrave faire fonctionner le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair ensemble pour optimiser le rendement eacutenergeacutetique tout en reacuteduisant au minimum le coucirct et la complexiteacute des composants

Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair Cette strateacutegie consiste agrave exploiter avantageusement la capaciteacute inteacutegreacutee du chauffe-eau pour faire varier la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation La tempeacuterature du point de consigne du chauffe-eau varie en fonction de la charge de chauffage des locaux On utilise des reacuteglages de tempeacuterature drsquoeau drsquoalimentation faibles pour satisfaire aux conditions de chauffage des locaux en charge partielle On fait eacutegalement varier les vitesses du ventilateur du systegraveme de traitement drsquoair en srsquoappuyant sur un principe de controcircle de reacuteglage exteacuterieur ou de minuterie pour augmenter les paramegravetres Lorsqursquoune demande de chaleur a eacuteteacute satisfaite le ventilateur continue de fonctionner agrave des vitesses reacuteduites pour eacuteviter les problegravemes lieacutes aux courants froids et au bruit Du coup le serpentin et les conduites retiennent moins de chaleur et on deacuteplore moins de perte de chaleur par la suite compareacute au premier cas de figure Le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair doivent tous deux cerner la demande qursquoils sont censeacutes satisfaire Leurs commandes ne doivent pas pour autant ecirctre physiquement inteacutegreacutees drsquoune faccedilon ou drsquoune autre Cette strateacutegie de controcircle est traiteacutee plus en deacutetail agrave la section 40

Serpentin(s) de chauffage de locaux Pour simplifier la comparaison nous partirons du principe que des serpentins laquo surdimensionneacutes raquo similaires sont utiliseacutes comme dans le premier cas de figure de sorte que les performances du chauffage de pointe des locaux soient identiques dans les deux cas

Conditions de chauffage de locaux en charge partielle Le chauffe-eau relegraveve une demande de chauffage de locaux et se met en route en acheminant une eau drsquoalimentation agrave basse tempeacuterature au systegraveme de traitement drsquoair Si la demande de chauffage nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute le chauffe-eau augmente progressivement la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation Le systegraveme de traitement drsquoair surveille la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation et augmente progressivement la vitesse du ventilateur lorsque la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation est plus eacuteleveacutee

Illustration des performances P9 Le tableau 6 donne une preacutesentation theacuteorique du type de rendement que lrsquoon peut obtenir en appliquant une strateacutegie de controcircle simple mettant en œuvre des

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tempeacuteratures drsquoeau et des vitesses de ventilateur variables Les tempeacuteratures et les deacutebits drsquoair du ventilateur preacutesenteacutes dans le tableau 6 ont eacuteteacute choisis agrave titre indicatif uniquement Ils ne repreacutesentent pas des reacuteglages pleinement optimiseacutes applicables agrave un systegraveme de chauffage combineacute

Tableau 6 Performances drsquoun systegraveme de chauffage combineacute theacuteorique offrant une puissance de chauffage des locaux de 10 kW en utilisant une strateacutegie de controcircle de tempeacuteratures drsquoeau et de vitesses de ventilateur variables (variation de la capaciteacute de chauffage des locaux par modulation du deacutebit drsquoair et de la tempeacuterature de lrsquoeau)

Mode de fonctionne -ment

Pondeacuter-ation

Temp de lrsquoeau drsquoalimen-tation (degF)

Temp de lrsquoeau de retour du reacuteseau principal (degF)

Deacutebit du systegraveme de traitement drsquoair (pi3min)

Mesure de la performance eacutenergeacutetique mode activeacute deacutesactiveacute ()

Contribution FPT

Chauffage des locaux 100

8 140 120 800 85 007

Chauffage des locaux 40

49 110 102 600 92 045

Chauffage des locaux 15

25 90 87 500 94 023

Chauffage de lrsquoeau

18 140 58 --- 92 016

Total 100 092

Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables bull Performances globales Une cote de facteur de performance totale (FPT) de 092

placerait le systegraveme combineacute dans la plage des performances eacuteleveacutees

bull Performances en mode de chauffage de lrsquoeau Comme dans le cas du sceacutenario impliquant un point de consigne de tempeacuterature unique le systegraveme assure une condensation en mode de chauffage de lrsquoeau avec un FPCE de 92 Il serait possible drsquoameacuteliorer leacutegegraverement lrsquoefficaciteacute du systegraveme de chauffage de lrsquoeau si un point de consigne de tempeacuterature de lrsquoeau infeacuterieur agrave la valeur de 140 degF utiliseacutee dans le premier cas de figure eacutetait appliqueacute La norme P9 permet drsquoutiliser un point de

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consigne pouvant descendre jusqursquoagrave 120 degF dans le cas de lrsquoeau potable La tempeacuterature de consigne nrsquoa plus besoin drsquoecirctre la mecircme que celle requise pour une charge de chauffage de locaux maximale il est donc possible de la reacuteduire agrave la plage de 120 degF Pour simplifier la comparaison des deux systegravemes dans les tableaux 5 et 6 aucun point de consigne de systegraveme de chauffage drsquoeau potable reacuteduit nrsquoa pas eacuteteacute inclus dans le tableau 6

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge totale Dans ce mode le rendement eacutenergeacutetique est plus faible La tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation doit ecirctre au plus haut pour satisfaire la charge la tempeacuterature de lrsquoeau de retour sera donc elle aussi plus eacuteleveacutee dans ce mode Comme le systegraveme fonctionnera rarement dans ce mode cette mauvaise performance ne repreacutesente qursquoune petite fraction de la pondeacuteration FPT

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge partielle Les tempeacuteratures drsquoalimentation du systegraveme de chauffage de lrsquoeau sont abaisseacutees progressivement pour satisfaire des demandes en charge partielle moindres Les tempeacuteratures peuvent ecirctre abaisseacutees bien en deccedilagrave du reacuteglage preacutevu pour le chauffage de lrsquoeau du robinet Cette condition se traduit par des tempeacuteratures drsquoeau de retour plus basses qursquoen conditions de charge totale Ces deux facteurs font que lrsquoefficaciteacute est plus importante en conditions de charge partielle qursquoen conditions de charge totale Le chauffe-eau fonctionnera en mode de condensation pour les deux points de charge de chauffage de locaux (40 et 15 )

bull Vitesse de ventilateur Eacutetant donneacute que la puissance de chauffage requise diminue la vitesse de ventilateur diminue aussiCela se traduit par un niveau sonore reacuteduit un fonctionnement du ventilateur plus long avec des cycles moins freacutequents et une reacuteduction importante de la consommation drsquoeacutenergie Cette condition peut aussi reacuteduire les plaintes lieacutees au confort le fonctionnement plus long agrave des deacutebits drsquoair reacuteduits ameacuteliorant la reacutepartition de lrsquoair chaud pendant les saisons intermeacutediaires

bull Controcircle de la tempeacuterature de lrsquoair inteacuterieur Le fait de moduler la puissance de chauffage en faisant varier la tempeacuterature de lrsquoeau et la vitesse du ventilateur peut se traduire par une tempeacuterature drsquoair inteacuterieur plus homogegravene avec des eacutecarts de tempeacuteratures moins grands au-dessus et au-dessous des points de consigne du thermostat

La strateacutegie 2 (tempeacuterature drsquoeau variable) peut donner lieu agrave lrsquoeacutelaboration drsquoun systegraveme de chauffage combineacute efficace preacutesentant de bonnes performances lorsqursquoil est mis agrave lrsquoessai selon la norme CSA P9 et lorsqursquoil est installeacute dans une vraie reacutesidence Les niveaux de performance varieront en fonction des composants seacutelectionneacutes et des speacutecificiteacutes de lrsquoordonnancement des commandes

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7 Commandes

Les commandes geacuteneacuteriques exigeacutees pour mettre en œuvre la strateacutegie privileacutegieacutee impliquant une tempeacuterature variable quia eacuteteacute deacutecrite dans la derniegravere section peuvent srsquoaveacuterer relativement simples Quelques chauffe-eau agrave la demande proposent deacutejagrave des commandes de reacuteglage de tempeacuterature Les commandes de tempeacuterature des chauffe-eau agrave la demande types ne sont toutefois pas systeacutematiquement configureacutees pour offrir une fonction de reacuteglage de tempeacuterature baseacutee sur la charge Quasiment tous les chauffe-eau agrave la demande actuellement disponibles sont eacutequipeacutes pour accueillir des commandes de tempeacuterature inteacutegreacutees ou monteacutees agrave distance permettant agrave lrsquoutilisateur de reacutegler manuellement la tempeacuterature drsquoalimentation agrave partir du chauffe-eau

En principe il devrait ecirctre possible de concevoir un module drsquointerface de commande simple qui viendrait se brancher dans les fiches de connexion de la commande de tempeacuterature existante La nouvelle commande simulerait lrsquoaction du controcircleur de tempeacuterature standard reacutegleacute manuellement de maniegravere agrave offrir une fonction de reacuteinitialisation de tempeacuterature automatique du chauffe-eau Toutes les commandes de seacutecuriteacute resteraient fonctionnelles

Une strateacutegie de controcircle simple peut offrir des performances eacuteleveacutees Les facteurs cleacutes agrave prendre en compte sont les suivants

bull deacuteterminer si une demande tient compte des besoins en chauffage drsquoeau chaude domestique

bull en mode de chauffage des locaux uniquement utiliser une minuterie ou un controcircle de reacuteglage exteacuterieur (ou un capteur de charge infeacuterentielle similaire) pour faire augmenter progressivement la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation

bull preacutevoir un systegraveme de traitement drsquoair faisant varier le deacutebit drsquoair en fonction de la tempeacuterature de lrsquoeau qui arrive dans lrsquoappareil du deacutelai pendant lequel une demande de chauffage perdure ou drsquoun signal direct du capteur de commande de charge

Ilest inteacuteressant de souligner que le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair nrsquoont pas besoin de communiquer directement ni de posseacuteder des commandes communes pour mettre en œuvre certaines des strateacutegies de controcircle deacutecrites

Lorsque les commandes du systegraveme deacutetectent qursquoune demande de chauffage a eacuteteacute satisfaite le systegraveme de traitement drsquoair devrait continuer de fonctionner suffisamment longtemps pour extraire toute la chaleur reacutesiduelle du serpentin et la transfeacuterer vers le courant drsquoair Pour eacuteviter les problegravemes de confort thermique il est souhaitable de reacuteduire la vitesse du ventilateur pendant cette peacuteriode de temporisation de la

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ventilation Le fonctionnement continu du ventilateur avec un reacuteglage de vitesse faible offrira automatiquement cette fonctionnaliteacute sans neacutecessiter de quelconques commandes intelligentes Cette option aurait lrsquoavantage suppleacutementaire drsquoassurer une reacutepartition de la tempeacuterature uniforme agrave lrsquointeacuterieur de la reacutesidence Elle serait eacutegalement utile pour reacutepartir lrsquoair frais si le systegraveme combineacute est installeacute avec un ventilateur-reacutecupeacuterateur de chaleur (VRC) ou un autre type de systegraveme de ventilation

Des commandes soigneusement conccedilues contribueront en bout de ligne agrave assurer ou reacutetablir lrsquoefficaciteacute du systegraveme combineacute Les commandes devraient ecirctre en mesure de deacuteterminer srsquoil y a une demande de chauffage des locaux ou de chauffage de lrsquoeau ou une demande concernant les deux modes Les commandes devront deacuteterminer lrsquoamplitude de chaque charge et reacutepondre de maniegravere approprieacutee en faisant varier certains paramegravetres agrave la fois pour le systegraveme de chauffage des locaux (systegraveme de traitement drsquoair par exemple) et pour le geacuteneacuterateur de chaleur (notamment si la source de chauffage est un chauffe-eau agrave la demande) En cas de demande de chauffage drsquoeau eacuteleveacutee il se peut qursquoune solution de commande prioritaire drsquoeau chaude domestique constitue la meilleure option Les commandes peuvent deacuteduire lrsquoamplitude des charges de chauffage des locaux au moyen de divers meacutecanismes y compris en surveillant les cycles de fonctionnement du thermostat et de signaux drsquoentreacutes directs transmis par une commande de charge infeacuterentielle telle qursquoune commande de reacuteglage exteacuterieur

La figure 3 preacutesente un algorithme simplifieacute de commandes geacuteneacuteriques pour la section chauffe-eau drsquoun systegraveme combineacute utilisant quatre eacutetapes de reacuteglage de tempeacuterature drsquoeau pour le chauffage des locaux et une seule pour le chauffage de lrsquoeau

La logique de commande illustreacutee agrave la figure 3 constitue uniquement un exemple de strateacutegie de controcircle rudimentaire qui pourrait ecirctre utiliseacutee pour assurer des performances eacuteleveacutees dans des modes de chauffage de locaux sans neacutecessiter lrsquoutilisation de composants oneacutereuxLrsquoalgorithme de commande pourrait ecirctre ameacutelioreacute si le controcircleur avait lrsquointelligence neacutecessaire pour lui permettre drsquoassimiler les eacutetapes de chauffage requises en surveillant la dureacutee des demandes de chauffage des locaux sur plusieurs cycles de chauffage reacutecents

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e

Mode drsquoattente Chauffe-eauagrave la demande en attente de signal

Demande de chauffage (lrsquoeaucircule dans le chauffe-eau)

Demandedrsquoeauchaude

domestique

Activationdu chauffagede lrsquoeacutetape 1 THERM90 ordmF Ventilateur Vitesse 1 Deacuteclencherle minuteursur 5 min

Demandesatisfaite avantlrsquoexpiration

du deacutelaiduminuteur

Oui

Oui

No

Reacuteglage du THERM sur le point de consigne de lrsquoeau chaude domestique THERM = 140 degF Couperlecirculateurde chauffagedelocaux (facultatif) Attendre lafin de la demande drsquoeau chaude domestique

Demande de

chauffage satisfait

Non

Oui

Activation du chauffage de lrsquoeacutetape 2 THERM = 105 degF Ventilateur Vitesse 2 Deacuteclencher le minuteur sur3 min

Activation du chauffage de lrsquoeacutetape 3 THERM = 120 degF Ventilateur Vitesse 3 Deacuteclencher le minuteur sur3 min

Activation du chauffage MAX THERM = 140 degF Ventilateur Vitesse 4 Mettrefin agravelademande de chauffage

Figure 3 Logique de lrsquoalgorithme simplifieacute de commande de chauffe-eau pour unsceacutenario de chauffage en quatre eacutetapes

Voici trois options de commande de vitesse de ventilateur de systegraveme de traitement drsquoair associeacutees agrave la meacutethode de chauffage drsquoeau illustreacutee agrave la figure 3

Commandes indirectes baseacutees sur la tempeacuteratureRaccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont bien distinctes les unes des autres mais elles fonctionnement de maniegravere compleacutementaire

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Principe de fonctionnement Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetecte la tempeacuterature de lrsquoeau chaude drsquoadmissionPlus la tempeacuterature de lrsquoeau est eacuteleveacutee plus les commandes du systegraveme de traitement drsquoair augmentent le deacutebit drsquoair

Discussion Les commandes du chauffe-eau augmentent la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque la demande nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetecte la tempeacuterature plus eacuteleveacutee et fait circuler plus drsquoair dans les serpentins pour lrsquoutiliser

Aspect meacutecanique Un puits de tempeacuterature est installeacute dans la conduite drsquoeau drsquoalimentation drsquoarriveacutee agrave lrsquointeacuterieur du systegraveme de traitement drsquoairLe reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur serait ajusteacute en installant un module de commande de systegraveme de traitement drsquoair qui mesure la tempeacuterature de lrsquoeau achemineacutee au systegraveme de traitement drsquoair depuis le chauffe-eau pendant une demande de chauffage de locaux transmise au systegraveme de traitement drsquoair La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signal de commande transmis au panneau de controcircle du systegraveme de traitement drsquoair par le thermostat du systegraveme de CVCA

Commandes indirectes baseacutees sur le minuteur Raccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont bien distinctes les unes des autres mais elles fonctionnement de maniegravere compleacutementaire

Principe de fonctionnement Le deacutebit drsquoair du systegraveme de traitement drsquoair varie en fonction de la dureacutee de la demande de chauffage afin de coiumlncider avec les minutages de commande de tempeacuterature indiqueacutes agrave la figure 3

Discussion Les commandes du chauffe-eau augmentent la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque la demande nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetermine la dureacutee de la demande de chauffage et fait circuler plus drsquoair dans les serpentins afin de se conformer aux eacutetapes de tempeacuterature programmeacutees

Aspect meacutecanique Le reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur serait ajusteacute en installant un module de commande de systegraveme de traitement drsquoair qui reacutegule le deacutebit drsquoair en fonction de la dureacutee de la demande de chauffage La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signalde commande transmis au panneau de controcircle du systegraveme de traitement drsquoair par le thermostat du systegraveme de CVCA

Controcircle direct Raccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont toutes deux controcircleacutees au moyen drsquoun nouveau controcircleur combineacute inteacutegreacute posseacutedant une interface directe avec le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair

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Principe de fonctionnement Le nouveau controcircleur fait varier le deacutebit drsquoair du systegraveme de traitement drsquoair et la tempeacuterature de lrsquoeau de maniegravere agrave optimiser le rendement du chauffage

Discussion Cette strateacutegie de controcircle direct suppose le deacuteveloppement drsquoun nouveau composant de commande Le controcircleur peut utiliser des reacuteglages de fonctionnement plus sophistiqueacutes afin drsquoameacuteliorer le rendement dans tous les modes de fonctionnement

Aspect meacutecanique Le reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur et la tempeacuterature de lrsquoeau achemineacutee au systegraveme de traitement drsquoair seraient directement controcircleacutes par un nouveau controcircleur combineacute inteacutegreacute La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signal de commande transmis au controcircleur par le thermostat du systegraveme de CVCA

Chauffe-eau - Mode de chauffage de lrsquoeau du robinet Les algorithmes de chauffage de lrsquoeau du robinet ne changent pas par rapport agrave ceux du module de commande standard La seule diffeacuterence reacuteside dans le fait que le chauffe-eau utilise un contacteur de deacutebit ou un deacutebitmegravetre pour repeacuterer un tirage drsquoeau chaude (ou une arriveacutee drsquoeau froide) et comprendre qursquoune demande de chauffage drsquoeau a eacuteteacute faite Si une demande de chauffage de locaux intervient simultaneacutement le chauffe-eau pourrait honorer les deux demandes en tenant compte du reacuteglage de tempeacuterature de sortie requise de lrsquoeau du robinet Une autre option consisterait agrave prendre en compte par deacutefaut le reacuteglage du mode de chauffage de lrsquoeau Un mode de controcircle plus sophistiqueacute pourrait potentiellement temporiser le chauffage des locaux lorsque cela srsquoavegravere neacutecessaire pour reacutepondre agrave des demandes de chauffage drsquoeau eacuteleveacutees ou pour activer la distribution de chauffage des locaux en utilisant des reacuteglages de tempeacuterature optimiseacutes Ce cas de figure est illustreacute agrave la figure 4

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8 Composants

Pour bien fonctionner les systegravemes de chauffage combineacutes doivent ecirctre doteacutes de composants haute performance que ce soit dans une configuration dite laquo installeacutee raquo ou dans une configuration drsquoessai selon la norme CSA P9 La preacutesente section a pour objectif drsquoaider les fabricants de chauffe-eau agrave la demande

bull agrave concevoir leur propre systegraveme de traitement drsquoair

bull agrave eacutetablir un partenariat avec un autre fabricant qui fournirait un systegraveme de traitement drsquoair pour leur systegraveme apregraves avoir deacutetermineacute

ndash les composants requis

ndash la mesure dans laquelle un modegravele de systegraveme de traitement drsquoair existant aurait besoin drsquoecirctre affineacute pour reacutepondre agrave leurs besoins

bull agrave eacutetablir les modifications qursquoil faut apporter au systegraveme monobloc dans son ensemble pour ameacuteliorer les performances

81 Systegraveme de traitement drsquoair

Le systegraveme de traitement drsquoair doit inclure les composants neacutecessaires pour fournir de la chaleur et faire circuler de lrsquoair Les eacuteleacutements agrave prendre en compte sont des serpentins de chauffage de locaux un moteur de ventilateur une pompe et un puits de tempeacuterature Ces eacuteleacutements sont deacutecrits plus en deacutetail ci-dessous

82 Serpentins de chauffage de locaux

Les serpentins de chauffage de locaux doivent ecirctre dimensionneacutes de maniegravere approprieacutee pour que le chauffage des locaux puisse avoir lieu avec une tempeacuterature drsquoalimentation suffisamment basse et une baisse de tempeacuterature de lrsquoeau suffisante pour favoriser la condensation dans le geacuteneacuterateur de chaleur lorsque le systegraveme fonctionne en conditions de charge partielle (et ideacutealement en conditions de pleine charge eacutegalement)

Geacuteneacuteralement les serpentins quiextraient la chaleur de lrsquoeau sont conccedilus et choisis en tenant compte drsquoune baisse de tempeacuterature de lrsquoeau drsquoenviron 11 degC (20 degF) le long des serpentins aux conditions de chauffage nominales La seacutelection preacutealable du serpentin peut ecirctre faite en utilisant un logiciel deacutejagrave proposeacute par divers fabricants de serpentins Dans la plupart des cas le modegravele logiciel calcule la puissance de chauffage drsquoun

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serpentin de chauffage agrave eau chaude en se fondant sur la mesure des performances du conditionnement drsquoair pour des serpentins ayant une construction et des geacuteomeacutetries similaires Du coup la puissance de chauffage reacuteelle pour une condition nominale donneacutee peut diffeacuterer leacutegegraverement de celle preacutedite par le logiciel

Ilest recommandeacute de veacuterifier la performance reacuteelle du serpentin choisi (puissance de chauffage baisse de la tempeacuterature de lrsquoeau baisse de la pression statique sur le cocircteacute air et eau) en effectuant des essais internes Lorsque cette eacutetape a eacuteteacute exeacutecuteacutee le modegravele logiciel peut fournir une aide preacutecieuse pour seacutelectionner le serpentin et devrait proposer des indications plutocirct fiables concernant les changements de performance du serpentin aux diffeacuterentes conditions projeteacutees Les informations ainsi collecteacutees devraient ecirctre utiles pour concevoir et affiner des reacuteglages et des strateacutegies de controcircle plus eacutevolueacutes en vue drsquooptimiser le rendement du systegraveme en conditions de chauffage en charge partielle

Voici les eacuteleacutements agrave prendre en compte

Diamegravetre du serpentin drsquoeau et nombre de spires ndash Un grand diamegravetre de canalisation reacuteduira au minimum la baisse de pression de lrsquoeau ainsi que lrsquoeacutenergie utiliseacutee par le systegraveme de circulation drsquoeau Un petit diamegravetre de canalisation permettra drsquoopter pour un serpentin moins oneacutereux eacutetant donneacute qursquoil faudra moins de cuivre dans le serpentin Cependant des petits tubes neacutecessiteront une eacutenergie de pompage supeacuterieure et feront augmenter les pheacutenomegravenes drsquousure et drsquoeacuterosion des tubes si une puissance de pompe suffisante est appliqueacutee pour offrir le deacutebit drsquoeau nominal Concregravetement le fait drsquoutiliser un serpentin avec des tubes trop petits reacuteduira la puissance de chauffage fournie par le serpentin En effet le fabricant utilisera vraisemblablement le mecircme circulateur standard quel que soit le serpentin retenu Les TECA hydronic and combo guideline (Directives sur les systegravemes hydroniques et combineacutes de la TECA)1

(article 814) preacutecisent que le deacutebit de lrsquoeau qui traverse le systegraveme de chauffage ne doit pas deacutepasser quatre (4) pieds par seconde

Nombre drsquoailettes par pouce ndash Plus le nombre drsquoailettes par pouce est eacuteleveacute plus la surface de transmission de chaleur et la puissance de chauffage augmentent cela creacutee cependant une baisse de pression supeacuterieure sur le cocircteacute air du serpentin Un certain degreacute de perte de pression dans le serpentin est utile pour assurer un deacutebit drsquoair homogegravene dans le serpentin notamment dans une configuration de laquo purge raquo qui est couramment utiliseacutee dans les ventilo-convecteurs combineacutes servant au chauffage des locauxLes speacutecifications des serpentins de chauffage peuvent faire eacutetat drsquoun nombre drsquoailettes variant de 6 ailettes par pouce agrave 14 ailettes par pouce Les serpentins de chauffage hydronique standard comportent 12 ou 14 ailettes par pouce Les serpentins doteacutes drsquoun grand nombre drsquoailettes sont plus facilement encrasseacutes par de la poussiegravere

1 Thermal Environmental Comfort Association (TECA) Surrey (C-B) Hydronic amp Combo Guidelines for the Design and Installation of Hot Water Heating Systems and Combination Hot Water amp Space Heating Systems 8th Edition August 2009 (Directives concernant les systegravemes hydroniques et combineacutes conception et installation de systegravemes de chauffage drsquoeau chaude et de systegravemes combineacutes de chauffage drsquoeau chaude et de locaux 8e eacutedition aoucirct 2009) [wwwtecaca]

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ou des deacutebris Selon les reacutesultats du logiciel de modeacutelisation du serpentin la preacutesence de 12 ailettes ou mecircme 14 semble ecirctre un choix raisonnable pour un serpentin de chauffage de locaux haute performance agrave condition que le serpentin soit choisi avec une surface suffisamment importante pour maintenir la vitesse frontale de lrsquoair faible agrave la puissance de chauffage theacuteorique

Figure 5 Exemple de serpentin de chauffage de locaux laquo surdimensionneacute raquo utiliseacute dans une application de systegraveme de traitement drsquoair hydronique

83 Moteur de ventilateur

Le systegraveme de traitement drsquoair devrait utiliser un moteur de ventilateur agrave commutation eacutelectronique (MCE) et ecirctre exploiteacute en utilisant un systegraveme de controcircle agrave vitesse multiple ou agrave vitesse variable Cette option permettrait de moduler le deacutebit drsquoair et la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque le systegraveme fonctionne agrave une puissance infeacuterieure agrave sa puissance de chauffage nominale maximaleLa capaciteacute agrave utiliser un mode de circulation continu agrave faible puissance et faible vitesse serait particuliegraverement utile en cas de fonctionnement aux points de consigne de 15 et 40 pour lesquels il est primordial de collecter et de distribuer toute la chaleur reacutesiduelle des serpentins de chauffage la norme P9 tenant compte uniquement de la chaleur qui est reacuteellement transfeacutereacutee dans le courant drsquoair

La modulation du deacutebit drsquoair et de la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation permettra drsquoobtenir des tempeacuteratures drsquoair distribueacute confortables ainsi que des performances de chauffage eacuteleveacutees

Un MCE doteacute drsquoune programmation de deacutebit drsquoair constant surclassera vraisemblablement un MCE qui utilise une programmation de couple constant car le

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systegraveme compensera au moins partiellement les diffeacuterences entre les pressions statiques nominales et les pressions statiques reacuteellement eacutetablies Cette solution peut srsquoaveacuterer indispensable pour srsquoassurer que les performances de la combustion dans des conditions reacuteelles variables correspondent aux performances obtenues lors drsquoessais dans le laboratoire

Une programmation de deacutebit drsquoair constant sera probablement essentielle pour obtenir des performances acceptables dans le cas drsquoun systegraveme combineacute reacuteparti

84 Circulateurpompe

Ilest important de choisir le bon circulateur pour acheminer le deacutebit approprieacute en fonction de la pression statique eacutetablie qui sera en vigueur Les pertes de pression dans les diffeacuterents chauffe-eau agrave la demande varient Le fait drsquoutiliser un circulateur qui fournit un deacutebit trop important se traduira par une petite baisse de tempeacuterature dans le circuit drsquoeau qui traverse le serpentin et par une tempeacuterature drsquoeau de retour eacuteleveacutee vers le chauffe-eau Un deacutebit trop faible entraicircne des capaciteacutes de chauffage faibles Des circulateurs hydroniques sont offerts avec trois vitesses seacutelectionnables et des deacutebits de pompe nominaux Par contre les moteurs utiliseacutes dans les circulateurs types agrave plusieurs vitesses ne sont pas aussi efficaces que les moteurs agrave CE Des circulateurs agrave vitesse variable eacutequipeacutes de moteurs agrave CE font leur apparition sur le marcheacute mais ils ne sont pas encore couramment utiliseacutes dans les applications combineacutees

Ideacutealement les pompes de circulation des systegravemes combineacutes eacutevolueacutes devraient consister en un concept agrave modulation agrave vitesse variable capable drsquoameacuteliorer le rendement et de compenser les diffeacuterentes configurations de canalisation Ce type de concept est deacutejagrave disponible et pourrait ecirctre mis en œuvre degraves maintenant il pourrait aussi ecirctre mis de cocircteacute jusqursquoagrave ce que la prochaine geacuteneacuteration de systegravemes de chauffage combineacutes eacutevolueacutes soit mise au point Les premiers reacutesultats drsquoessais en laboratoire ont montreacute qursquoil est possible drsquoobtenir de bonnes performances conformes agrave la norme CSA P9 sans utiliser des pompes de circulation agrave vitesse variable et des commandes auxiliaires coucircteuses Agrave lrsquoavenir agrave mesure que le coucirct des circulateurs agrave vitesse variable doteacutes de moteurs agrave CE baissera et que les commandes inteacutegreacutees seront mieux accepteacutees leur utilisation dans des applications de chauffage combineacute sera plus rentable

85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)

Si lrsquoon conccediloit le reacuteseau de plomberie de maniegravere agrave pouvoir y installer des bouchons de controcircle de tempeacuterature drsquoeau et de pression les essais internes et les mesures de mise en service seront simplifieacutes De plus il sera plus facile de purger lrsquoair des circuits

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hydroniques Il est possible drsquoutiliser des sondes de tempeacuteratures monteacutees agrave lrsquoexteacuterieur pour effectuer les mesures de mise en service sur le terrain si des sections de conduites de cuivre ameacutenageacutees dans des endroits strateacutegiques sont prises en compte lors de la conception

86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau

Certains chauffe-eau agrave la demande de type chaudiegravere possegravedent des points de consignes et des algorithmes de controcircle distincts pour le chauffage des locaux et celui de lrsquoeau Drsquoautres ont besoin de savoir si la charge concerne le chauffage des locaux ou celui de lrsquoeau potable Dans ce cas on peut utiliser divers capteurs et surveiller eacutegalement les signaux transmis par un deacutebitmegravetre drsquoeau installeacute dans le reacuteseau drsquoeau potable ou un deacutebitmegravetre installeacute dans le circuit de chauffage des locaux Bon nombre de chauffe-eau agrave la demande utilisent de tels capteurs dans leurs circuits de commande de brucircleur afin de faire coiumlncider les allures de chauffe avec les chargesDans les applications combineacutees lrsquoutilisation de commandes capables de diffeacuterencier les charges deacutepend de la logique de controcircle prioritaire de demande drsquoeau chaude domestique

87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes

Les canalisations drsquoeau ameacutenageacutees entre le geacuteneacuterateur de chaleur et le systegraveme combineacute devraient ecirctre dimensionneacutees de maniegravere agrave eacuteviter des baisses de pression excessives

Toutes les canalisations en cuivre exteacuterieures doivent ecirctre isoleacutees conformeacutement aux pratiques de lrsquoindustrie Il se peut que les avantages lieacutes agrave lrsquoisolation des canalisations drsquointerraccordement ne soient pas tregraves importants si les sections de conduites sont courtes et si elles contiennent des tuyaux en polyeacutethylegravene reacuteticuleacute ou un type de conduite similaire preacutesentant moins de perte de chaleur que les conduites en cuivre

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9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes

La preacutesente section contient des directives et certaines observations agrave lrsquointention des fabricants de systegravemes de chauffage combineacutes dans le but drsquoaider ces derniers agrave mettre agrave lrsquoessai leurs systegravemes agrave lrsquointerne Lrsquoexeacutecution drsquoessais agrave lrsquointerne en utilisant un montage simplifieacute permettra aux fabricants de mieux cerner les performances de leurs concepts et commandes prototypes lorsqursquoils sont mis agrave lrsquoessai dans une installation indeacutependante conformeacutement agrave la norme CSA P9 (P10 pour les fabricants de SMI) Les essais en question ne doivent pas forceacutement ecirctre conccedilus pour geacuteneacuterer des reacutesultats de performance preacutecis agrave 100 mais ils sont consideacutereacutes comme indispensables pour le deacuteveloppement et le cycle drsquooptimisation du produit les avantages drsquoun concept et drsquoun fonctionnement de systegraveme ameacutelioreacutes pouvant rapidement sauter aux yeux lorsque lrsquoon compare les reacutesultats des essais reacutealiseacutes laquo avant raquo et laquo apregraves raquo

En geacuteneacuteral il nrsquoest pas rentable de payer un laboratoire drsquoessais indeacutependant pour proceacuteder agrave la premiegravere eacutevaluation drsquoun systegraveme de chauffage combineacute complet Les coucircts lieacutes au laboratoire et les deacutefis lieacutes aux ingeacutenieurs concepteurs qui prescrivent des reacuteglages lorsqursquoils ne sont pas sur place rendent cette option probleacutematique Des essais simplifieacutes reacutealiseacutes dans les propres locaux du fabricant permettent de srsquoassurer que les reacutesultats sont dans la plage approprieacutee degraves le deacutebut

Un scheacutema de montage drsquoessai suggeacutereacute utilisable pour effectuer des mesures conformeacutement agrave la norme CSA P9 est preacutesenteacute dans cette norme La figure 6 ci-dessous illustre une version simplifieacutee de ce scheacutema

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de la piegravece

combineacutes

Appareilsdeconditionnement

Eacutevents pour produits de combustion Appareils de

conditionnement de la piegravece

Salle drsquoessai

Isolant

Meacutelangeur

Approvisionnement en eau

Eacutevents pour air de combustion Conduite drsquoalimentation en combustible

Uniteacute drsquoessai des

systegravemes

Thermocouples Porte Fenecirctre

Mesure de la tempeacuterature et du deacutebit de lrsquoeau

Conduite drsquoair de retour

Thermocouples

Mesure de la tempeacuterature et de lrsquohumiditeacute de lrsquoair

Air drsquoappoint

Mesure du deacutebit drsquoair

Figure 6 Scheacutema simplifieacute illustrant le montage utiliseacute pour exeacutecuter les essais conformeacutement agrave la norme P9 (composants individuels du systegraveme combineacute non illustreacutes)

Le scheacutema preacutesente un dispositif de mesure de lrsquoenthalpie de lrsquoair dans un tunnel baseacute Vsur la norme ASHRAE 37 Lrsquoappareil de mesure de lrsquoair illustreacute sur la figure de la norme utilise un ajutage et un ventilateur drsquoeacutequilibrage pour pouvoir appliquer une technique de mesure du deacutebit drsquoair neacutecessitant une pression diffeacuterentielle eacuteleveacutee (entre 1 et 4 pouces drsquoeau) dans lrsquoajutage Lorsqursquoil est utiliseacute avec des manomegravetres preacutecis cet appareil offre une preacutecision de mesure eacuteleveacutee de lrsquoordre de 1 agrave 2 du deacutebit drsquoair et il geacutenegravere un deacutebit drsquoair bien meacutelangeacute qui permet de mesurer avec preacutecision la tempeacuterature du deacutebit de lrsquoair drsquoalimentation

La norme P9 preacutecise que lrsquoajutage inteacutegreacute agrave lrsquoappareil de mesure de lrsquoenthalpie de lrsquoair en tunnel constitue une meacutethode acceptable pour mesurer le deacutebit drsquoair tout en approuvant expresseacutement (article 36) lrsquoapplication drsquoautres processus de mesure du deacutebit drsquoair agrave condition que les limites de preacutecision mentionneacutees dans la norme soient satisfaites Ceci donne la possibiliteacute drsquoutiliser une technique de mesure du deacutebit drsquoair plus directe ne neacutecessitant pas lrsquoutilisation drsquoun appareil comportant un ventilateur drsquoeacutequilibrage Dans certains cas lrsquoutilisation drsquoune chambre de mesure de deacutebit avec un ventilateur drsquoeacutequilibrage pour reacutegler la pression statique de la conduite drsquoair drsquoalimentation a impliqueacute des problegravemes de stabiliteacute avec des moteurs agrave CE qui ont eacuteteacute

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programmeacutes pour un deacutebit drsquoair constant il est donc avantageux drsquoeacuteviter les ventilateurs drsquoeacutequilibrage

91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz

De nombreux fabricants concevant des systegravemes combineacutes eacutevolueacutes integravegreront des instruments conccedilus pour mesurer la consommation drsquoeacutenergie eacutelectrique la consommation du combustible les performances de combustion la tempeacuterature et la pression (pression du collecteur de gaz pression statique des conduites etc) Si de tels eacutequipements de mesure ne sont pas offerts ilest recommandeacute de les preacutevoirLes compteurs de facturation des compagnies de gaz et drsquoeacutelectriciteacute devraient offrir une preacutecision et une reacutesolution suffisantes pour les essais de deacuteveloppement du produit

92 Enregistreur de donneacutees

Les fabricants devront eacutegalement avoir accegraves agrave un systegraveme drsquoenregistrement de donneacutees dans le cadre de leur travail Il est conseilleacute de preacutevoir un enregistreur qui offre une preacutecision et un nombre de canaux de mesures suffisants pour les tacircches agrave accomplir On estime qursquoil faudra environ huit (8) canaux pour mesurer la tempeacuterature plus quelques canaux analogiques ou numeacuteriques pour prendre en compte les donneacutees des deacutebitmegravetres des transducteurs de pression etc (analogiques ou numeacuteriques selon lrsquoinstrument de mesure seacutelectionneacute) De nombreux fournisseurs proposent un large eacuteventail drsquoenregistreurs de donneacutees Campbell Scientific Fluke Instruments Omega et Measurement Computing (personal DAQ) figurent parmi les fabricants qui proposent des enregistreurs de donneacutees de petite eacutechelle pouvant ecirctre pris en compte Il est recommandeacute de se pencher sur lrsquoassistant logiciel de lrsquoenregistreur de donneacutees seacutelectionneacute au moment drsquoeacutevaluer lrsquoeacutequipement Si le fabricant ne souhaite pas investir dans un enregistreur de donneacutees la location demeure une option mecircme si les eacuteconomies preacutevues dans le cas drsquoune location agrave court terme semblent ecirctre faibles

93 Deacutebit drsquoair

Pour mesurer le deacutebit drsquoair pendant les essais agrave lrsquointerne il est recommandeacute drsquoutiliser une grille de deacutebit drsquoair avec eacutetablissement de moyenne installeacutee dans la conduite drsquoair drsquoalimentation en conjonction avec un manomegravetre diffeacuterentiel de preacutecision De nombreux fournisseurs proposent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans un large eacuteventail de tailles et ces deacutebitmegravetres sont relativement peu chers car ils sont souvent utiliseacutes dans des systegravemes commerciaux de chauffage et de refroidissement agrave deacutebit drsquoair variable Si lrsquoon fait une recherche dans Google en utilisant le segment laquo deacutebitmegravetres drsquoair raquo on trouve plusieurs fournisseurs et liens permettant

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drsquoobtenir de plus amples informations sur le sujet Nailor Industries Inc et Dwyer Instruments sont deux socieacuteteacutes quioffrent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans une grande varieacuteteacute de tailles de conduites

94 Manomegravetres

On trouve eacutegalement de nombreux manomegravetres diffeacuterentiels sur le marcheacute dont les modegraveles varient des manomegravetres agrave tube inclineacute aux transducteurs numeacuteriques de preacutecision Il est important de bien faire correspondre la plage de mesure du transducteur ou du manomegravetre avec la pression fournie par le deacutebitmegravetre sur la plage de deacutebits drsquoair preacutevue Dans le cas des transducteurs numeacuteriques des instruments capacitifs sont reacuteputeacutes bien fonctionner dans la plage de pression diffeacuterentielle basse qui serait normalement prescrite (environ 05 pouce de diffeacuterence de colonne drsquoeau) Setra Instruments MKS Instruments (Baratron) Dwyer Instruments et drsquoautres socieacuteteacutes proposent des transducteurs de pression diffeacuterentielle capacitifs plage basse adapteacutes

95 Tempeacuteratures

Les tempeacuteratures drsquoair drsquoarriveacutee et de sortie peuvent ecirctre mesureacutees en utilisant des thermocouples des thermistances ou des capteurs de conduite geacuteneacuterant une valeur moyenne Du fait de son bas coucirct de sa faciliteacute drsquoutilisation et de sa preacutesence agrave grande eacutechelle sur le marcheacute le thermocouple semble ecirctre lrsquoinstrument approprieacute pour cette application Il est possible de fabriquer un reacuteseau de thermocouples agrave partir drsquoune bobine de fil de thermocouple et de les raccorder entre eux en parallegravele de maniegravere agrave geacuteneacuterer une seule donneacutee repreacutesentant la valeur moyenne De nombreux fournisseurs offrent des fils agrave thermocouple notamment les socieacuteteacutes Thermo Electric Company Inc Omega Inc Watlow Inc etc Il est eacutegalement possible de fabriquer des sondes de tempeacuterature agrave partir des mecircmes fils de thermocouple pour surveiller drsquoautres paramegravetres tels que les tempeacuteratures drsquoeau Il est important de bien utiliser un fil agrave thermocouple plutocirct qursquoun fil de rallonge de lrsquoeacutechelle de mesure identique mais moins preacutecis

96 Mesures du cocircteacute eau

Pour effectuer des mesures du cocircteacute eau dans les serpentins il est neacutecessaire de posseacuteder un deacutebitmegravetre et des sondes de tempeacuterature Ces mesures pourraient ecirctre reacutealiseacutees en utilisant des capteurs distincts (deacutebitmegravetre drsquoeau et sondes de tempeacuterature distinctes par exemple) Il est important de srsquoassurer que lrsquoinsertion drsquoun deacutebitmegravetre dans la boucle drsquoeau ne modifie pas le deacutebit de la pompe de circulation Cela est particuliegraverement important avec des circulateurs agrave faible puissance geacuteneacuteralement utiliseacutes dans des applications combineacutees pour lesquelles lrsquoinstallation drsquoun deacutebitmegravetre agrave turbine conventionnel agrave baisse de pression eacuteleveacutee peut restreindre le deacutebit drsquoeau Ilexiste des deacutebitmegravetres preacutecis sans perte de pression eacuteleveacutee Certains appareils

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peuvent ecirctre acheteacutes deacutejagrave conditionneacutes avec des sondes de tempeacuterature en guise de laquo compteurs drsquoeacutenergie raquo Ils mesurent simultaneacutement les tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de lrsquoeau de retour ainsi que le deacutebit de lrsquoeau et calculent directement le flux drsquoeacutenergie en srsquoappuyant sur ces mesuresKamstrup Siemens Badger Meters Elster Metering ABB Meters et drsquoautres socieacuteteacutes offrent ce type drsquoappareils Les compteurs drsquoeacutenergie autonomes sont habituellement configureacutes avec certains dispositifs permettant de lire les diffeacuterents paramegravetres ainsi que les flux drsquoeacutenergie calculeacutes La plupart offre une fonction de stockage des donneacutees internes etou des sorties numeacuteriques pouvant ecirctre interfaceacutees avec des enregistreurs de donneacutees externes

97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne

La norme CSA P9 exige que le chauffage des locaux soit deacutefini en utilisant deux mesures (cocircteacute air et cocircteacute eau) avec une entente dans une toleacuterance acceptable pour la mise agrave lrsquoessai du systegraveme de chauffage de locaux agrave pleine capaciteacute constant Dans le cas des mesures agrave lrsquointerne entreprises par un fabricant dans le cadre drsquoun projet de deacuteveloppement de produit cibleacute lrsquoentente entre les mesures du cocircteacute air et du cocircteacute eau nrsquoest pas forceacutement requise On suggegravere aux fabricants de se concentrer sur les mesures qui ciblent la strateacutegie de controcircle ou de composant propre agrave lrsquoeacutetude Par exemple si des strateacutegies diffeacuterentes de temporisation du ventilateur ou laquo apregraves fonctionnement raquo sont eacutevalueacutees il est bien plus important de se concentrer sur les mesures du cocircteacute air que drsquoessayer drsquoatteindre un eacutequilibre entre le cocircteacute air et le cocircteacute eau Selon la quantiteacute drsquoeacutenergie laisseacutee dans le serpentin drsquoeau lorsque le ventilateur de soufflante srsquoarrecircte et drsquoautres pertes drsquoeacutenergie du systegraveme il est possible qursquoil nrsquoy ait pas drsquoeacutequilibre drsquoeacutenergie entre les mesures du cocircteacute air et les mesures du cocircteacute eau mecircme avec un instrument des mesures et des calculs laquo parfaits raquo

La norme CSA P9 exige une mesure du deacutebit drsquoair et des tempeacuteratures au moins toutes les cinq (5) secondes Dans le cas des essais agrave lrsquointerne cette freacutequence pourrait ecirctre assouplie pour certaines eacutetapes drsquoessai Par ailleurs une conformiteacute totale agrave la norme P9 suppose un controcircle preacutecis de la tempeacuterature de la salle drsquoessai ougrave se trouve le systegraveme combineacute en vue des essais ainsiqursquoun controcircle preacutecis de la tempeacuterature de lrsquoeau de la ville Dans le cas des essais de deacuteveloppement agrave lrsquointerne ces exigences peuvent eacutegalement ecirctre assouplies agrave condition que les tempeacuteratures ne varient pas trop pendant les essais Un espace commercial conditionneacute ayant une dimension raisonnable ferait lrsquoaffaire au moins pour les phases drsquoessai et de deacuteveloppement initiales

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Flue(combustionmeasurements)

SupplyAirtoSpaceHeatingPlenum

(optionalzonedampers)

ReturnAir

CityWater

TanklessWaterHeater

HotWaterSupplyfromWaterHeater

DHW

CoolWaterreturntoWaterheater

Temperaturemeasurementpoints

Fuelmeter

Flowmeter

Electricalmeteringnotshown

Circulator

98 Agencement des instruments

La figure 7 preacutesente un scheacutema simplifieacute permettant drsquoillustrer lrsquoagencement geacuteneacuteral des emplacements et des paramegravetres de mesure en vue de la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute de chauffe-eau instantaneacute agrave condensation Le deacutebit drsquoair qui traverse la conduite drsquoalimentation du systegraveme de traitement drsquoair sera surveilleacute en utilisant un deacutebitmegravetre agrave valeur moyenne et un manomegravetre (non illustreacute) tel que cela est deacutecrit agrave lrsquoarticle 73

T

T

T T

T T

Alimentation en eau chaude provenant du chauffe-eau

Conduit (mesures de combustion)

Eau chaude domestique

Systegraveme de mesure du combustible

Air dereprise

Retourde lrsquoeau froide vers lechauffe-eau

Chauffe-eau instantaneacute

Air drsquoalimentation achemineacute versle pleacutenum de chauffage(registres de zone facultatifs)

Eau municipale

Deacutebitmegravetre

T

(compteur eacutelectrique non illustreacute)

Points de mesure de la tempeacuterature Circulateur

Figure 8 Scheacutema de mesure simplifieacute applicable agrave la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute baseacute sur un chauffe-eau instantaneacute

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CanmetEacuteNERGIE CanmetEacuteNERGIE de Ressources naturelles Canada est un chef de file canadien dans le domaine de la recherche et deacuteveloppement en eacutenergie propre Les travaux de nos speacutecialistes portent sur lrsquoapprovisionnement drsquoeacutenergie propre agrave partir de combustibles fossiles et de sources renouvelables la gestion de lrsquoeacutenergie et les systegravemes de distribution ainsi que sur les technologies et processus avanceacutes pour les utilisations finales En veillant agrave ce que le Canada soit agrave la fine pointe des technologies sur lrsquoeacutenergie propre nous ameacuteliorons la qualiteacute de vie des Canadiens en creacuteant un avantage durable en matiegravere de ressources

Bureau central Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) 580 rue Booth 1 promenade Oil Patch 1 promenade Haanel 161 boulevard Lionel-Boulet Ottawa (Ontario) Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) Canada Canada Canada Canada K1A 0E4 T9G 1A8 K1A 1M1 J3X 1S6

  • Guide pour les fabricants drsquoappareils de chauffage combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessai conformeacutement agrave la norme CSA P9
    • Remerciements
    • 1 Reacutesumeacute
    • 2 Systegravemes agrave zones
    • Table des matiegraveres
    • Liste des tableaux et figures
    • 3 Contexte
      • 31 Objet
      • 32 Public cible
      • 33 Marcheacute
      • 34 Pratiques en vigueur dans lrsquoindustrie
      • 35 Expeacuterience en matiegravere drsquoeacutevaluation
      • 36 Deacutefi principal Utiliser des chauffe-eau pour chauffer des locaux de maniegravere eacuteconergeacutetique
      • 37 Approche par eacutetapes
        • 4 Charges de calcul ndash performances selon la norme CSA p9
          • 41 Facteur de performance thermique (FPT)
          • 42 Chauffage de lrsquoeau
          • 43 Chauffage des locaux
          • 44 Importance relative des charges de chauffage des locaux et de lrsquoeau
            • 5 Chauffage de lrsquoeau domestique
            • 6 Conception des systegravemes combineacutes
              • 61 Incidence des pondeacuterations de charge
                • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                • Reacuteduction des tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour
                  • 62 Strateacutegies de conception
                  • 63 Strateacutegie 1 Tempeacuterature drsquoeau constante
                    • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                    • Serpentin(s) de chauffage des locaux
                    • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                    • Illustration des performances selon la norme P9
                    • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                      • 64 Strateacutegie 2 Tempeacuterature drsquoeau variable
                        • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                        • Serpentin(s) de chauffage de locaux
                        • Conditions de chauffage de locaux en charge partielle
                        • Illustration des performances P9
                        • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                            • 7 Commandes
                              • Commandes indirectes baseacutees sur la tempeacuterature
                              • Commandes indirectes baseacutees sur le minuteur
                              • Controcircle direct
                              • Chauffe-eau -Mode de chauffage de lrsquoeau du robinet
                                • 8 Composants
                                  • 81 Systegraveme de traitement drsquoair
                                  • 82 Serpentins de chauffage de locaux
                                  • 83 Moteur de ventilateur
                                  • 84 Circulateurpompe
                                  • 85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)
                                  • 86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau
                                  • 87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes
                                    • 9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes
                                      • 91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz
                                      • 92 Enregistreur de donneacutees
                                      • 93 Deacutebit drsquoair
                                      • 94 Manomegravetres
                                      • 95 Tempeacuteratures
                                      • 96 Mesures du cocircteacute eau
                                      • 97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne
                                      • 98 Agencement des instruments
Page 5: Guide pour les fabricants d’appareils de chauffage ...€¦ · Le présent rapport explique comment la norme d’essai P.9 pondère le rendement dans différents modes de fonctionnement

2 Systegravemes agrave zones

Les systegravemes combineacutes reacutesidentiels dits intelligents pourraient figurer parmi les plateformes les plus inteacuteressantes pour commercialiser des systegravemes de chauffage reacuteparti agrave prix raisonnable Eacutetant donneacute que ces systegravemes utilisent des ventilo-convecteurs hydroniques et agrave lrsquoexception des questions de confort thermique facilement geacuterables aucun problegraveme drsquoeacuteleacutevation minimale ou maximale obligatoire de la tempeacuterature ambiante ne pourrait avoir un impact sur la performance du mateacuteriel ni sur la certification en matiegravere de seacutecuriteacute comme il pourrait y en avoir pour drsquoautres technologies de CVCA Il ne faut donc pas preacutevoir une deacuterivation drsquoair entre lrsquoair fourni et lrsquoair de retour de lrsquoappareil de traitement de lrsquoair ou des laquo deacutepocircts raquo drsquoair fourni dans une zone commune afin de maintenir un deacutebit drsquoair minimum dans lrsquoensemble de lrsquoappareilde traitement de lrsquoairUn systegraveme combineacute intelligent aura eacutegalement deacutejagrave pris en compte une bonne partie des commandes et du concept de la logique de commande neacutecessaires agrave la mise en service reacuteussie de systegravemes de CVCA reacuteparti agrave prix abordable

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iv

Table des matiegraveres

Remerciements i 1 Reacutesumeacute ii 2 Systegravemes agravezones iv 3 Contexte 4

31 Objet4 32 Public cible4 33 Marcheacute 4 34 Pratiques en vigueur dans lrsquoindustrie 5 35 Expeacuterience en matiegravere drsquoeacutevaluation6 36 Deacutefi principal Utiliser des chauffe-eau pour chauffer des

locaux de maniegravere eacuteconergeacutetique6 37 Approche par eacutetapes 7

4 Charges de calcul ndash performances selon la norme CSA p9 8 41 Facteur de performance thermique (FPT) 8 42 Chauffage de lrsquoeau9 43 Chauffage des locaux10 44 Importance relative des charges de chauffage des locaux et de lrsquoeau11

5 Chauffage de lrsquoeau domestique14 6 Conception des systegravemes combineacutes17

61 Incidence des pondeacuterations de charge17 62 Strateacutegies de conception17 63 Strateacutegie 1 Tempeacuterature drsquoeau constante18 64 Strateacutegie 2 Tempeacuterature drsquoeau variable22

7 Commandes25 8 Composants 31

81 Systegraveme de traitement drsquoair31 82 Serpentins de chauffage de locaux31 83 Moteur de ventilateur 33 84 Circulateurpompe 34 85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure

de pression laquo Petersquos Plug raquo)34

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86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau 35

87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes35

9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes36

91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz 38 92 Enregistreur de donneacutees 38 93 Deacutebit drsquoair 38 94 Manomegravetres 39 95 Tempeacuteratures 39 96 Mesures du cocircteacute eau 39 97 Eacutecarts par rapport agravelanorme P9dans le cas des travaux en interne 40 98 Agencement des instruments 41

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Liste des tableaux et figures

Tableau 1 Consommation drsquoeacutenergie totale pour un systegraveme combineacute de 10 kW iii

Tableau 2 Charges thermiques annuelles (kWhan) de la norme P9 applicables aux systegravemes combineacutes affichant des puissances nominales de chauffage des locaux de 5 10 et 15 kW12

Tableau 3 Pondeacuterations de charge de la norme P9 pour des systegravemes combineacutes affichant des puissances nominales de chauffage des locaux de 5 10 et 15 kW 12

Tableau 4 Comparaison des caracteacuteristiques de rendement eacutenergeacutetique de la norme P7 pour deux chauffe-eau theacuteoriques16

Tableau 5 Performances drsquoun systegraveme combineacute theacuteorique affichant une puissance de chauffage des locaux de 10 kW en utilisant une strateacutegie simple de commande de point de consigne de tempeacuterature drsquoeau unique (capaciteacute de chauffage des locaux compenseacutee par des cycles de marche-arrecirct) 20

Tableau 6 Performances drsquoun systegraveme de chauffage combineacute theacuteorique offrant une puissance de chauffage des locaux de 10 kW en utilisant une strateacutegie de controcircle de tempeacuteratures drsquoeau et de vitesses de ventilateur variables (variation de la capaciteacute de chauffage des locaux par modulation du deacutebit drsquoair et de la tempeacuterature de lrsquoeau)23

Figure 1 Courbe de charge-dureacutee pour le chauffage des locaux (tireacutee de la norme CSA P9-11) 10

Figure 2 Comparaison de la consommation drsquoeacutenergie pour le chauffage et lrsquoeau chaude (kWhan) dans le cas des systegravemes combineacutes de 10 kW et 5 kW 11

Figure 3 Logique de lrsquoalgorithme simplifieacute de commande de chauffe-eau pour un sceacutenario de chauffage en quatre eacutetapes 27

Figure 4 Illustration de lrsquoutilisation drsquoun capteur de deacutebit drsquoeau pour deacuteterminer une charge de chauffage drsquoeau potable30

Figure 5 Exemple de serpentin de chauffage de locaux laquo surdimensionneacute raquo utiliseacute dans une application de systegraveme de traitement drsquoair hydronique33

Figure 6 Scheacutema simplifieacute illustrant le montage utiliseacute pour exeacutecuter les essais conformeacutement agrave la norme P9 (composants individuels du systegraveme combineacute non illustreacutes)37

Figure 7 Scheacutema de mesure simplifieacute applicable agrave la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute baseacute sur un chauffe-eau instantaneacute 41

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3

3 Contexte

31 Objet

Le but du preacutesent document est de fournir aux fabricants de chauffe-eau agrave condensation agrave modulation fonctionnant agrave la demande une strateacutegie concernant la conception de systegravemes combineacutes capables de chauffer efficacement les locaux et lrsquoeau des reacutesidences et la faccedilon drsquoobtenir les reacutesultats drsquoessais selon la norme CSA P9 pour deacutemontrer cette capaciteacute

Tous les chauffe-eau destineacutes agrave ecirctre utiliseacutes dans des applications combineacutees doivent faire lrsquoobjet drsquoune approbation speacuteciale (et ecirctre certifieacutes) pour pouvoir ecirctre effectivement utiliseacutes dans les applications en question et ils doivent comporter une eacutetiquette indiquant qursquoils sont adapteacutes pour le chauffage combineacute de lrsquoeau et des locaux

32 Public cible

Le preacutesent document a eacuteteacute conccedilu pour aider

bull les gestionnaires agrave cerner rapidement une seule strateacutegie agrave adopter pour eacutelaborer un systegraveme combineacute agrave haute performance agrave eacuteliminer les risques lieacutes au processus de deacuteveloppement et agrave exploiter des ressources plus efficacement

bull les ingeacutenieurs en conception agrave seacutelectionner le chauffe-eau agrave acceacuteleacuterer le deacuteveloppement drsquoune strateacutegie de controcircle applicable au systegraveme combineacute et agrave eacutetablir des speacutecifications agrave lrsquoattention des fournisseurs de composants potentiels

33 Marcheacute

Les systegravemes de chauffage combineacutes ont gagneacute des parts de marcheacute dans le sud de lrsquoOntario dans le secteur des petites reacutesidences eacuteconergeacutetiquesMecircme siaucune statistique fiable nrsquoest disponible certaines sources de lrsquoindustrie estiment qursquoau moins 30 000 systegravemes combineacutes sont installeacutes chaque anneacutee sur le marcheacute des reacutesidences neuves de lrsquoOntario Bon nombre de ces systegravemes sont installeacutes dans des maisons preacutesentant des charges de chauffage de locaux maximales de 15 kW ou moins (mecircme lorsqursquoun facteur de surdimensionnement de 40 a eacuteteacute appliqueacute aux charges de chauffage de locaux)

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Lrsquoanneacutee passeacutee le programme ENERGY STAR pour les maisons neuves (ESMN) occupait une part de marcheacute repreacutesentant environ 20 des constructions en Ontario Les entrepreneurs en construction recherchent des systegravemes combineacutes offrant des taux de performance eacuteleveacutes lorsqursquoils sont mis agrave lrsquoessai et coteacutes conformeacutement agrave la norme CSA P9 En 2014 lrsquoensemble des systegravemes combineacutes utiliseacutes dans le cadre de lrsquoinitiative ESMN devra ecirctre coteacute selon la norme

34 Pratiques en vigueur dans lrsquoindustrie

Les chauffe-eau agrave la demande ont rapidement eacutevolueacute afin de mieux reacutepondre aux besoins nord-ameacutericains en matiegravere de chauffage drsquoeau chaude domestique et ameacuteliorer le rendement eacutenergeacutetique Les systegravemes peuvent deacutesormais fonctionner agrave une plage de deacutebit drsquoeau plus importante et assurer une modulation sur une grande plage En outre de nombreux systegravemes mettent en œuvre la technologie de la condensation

Lrsquoindustrie a commenceacute par eacutelaborer des systegravemes combineacutes en utilisant des chauffe-eau agrave reacuteservoir de stockage traditionnels et un ventilo-convecteur de systegraveme de traitement drsquoair afin drsquoassurer agrave la fois le chauffage de lrsquoeau et celui des locaux Bon nombre de ces appareils eacutetaient construits sur place et speacutecialement conccedilus pour reacutepondre aux charges en vigueur Le rendement eacutenergeacutetique des systegravemes combineacutes nrsquoeacutetait pas eacutevalueacute par rapport agrave une norme et faisait donc lrsquoobjet de moins drsquoattention

Les chauffe-eau agrave condensation offrent la possibiliteacute de mettre au point des systegravemes combineacutes bien plus efficaces en matiegravere de rendement eacutenergeacutetique Les systegravemes combineacutes permettent drsquoameacuteliorer la rentabiliteacute moyennant lrsquoutilisation drsquoun chauffe-eau agrave condensation Le fait de concevoir des systegravemes combineacutes en usine permet drsquooptimiser les fonctions combineacutees et les commandes associeacutees et de proposer des appareils haute performance produisant une condensation dans la plupart des modes de fonctionnement

Certains fabricants de chauffe-eau agrave la demande commencent agrave concevoir des composants mieux adapteacutes ainsi que des systegravemes combineacutes monoblocs Il se peut que ces fabricants soient moins sensibiliseacutes aux systegravemes agrave traitement drsquoair haute performance et aux commandes associeacutees qui pourraient srsquoaveacuterer neacutecessaires pour eacutelaborer un systegraveme monobloc haute performance Le preacutesent document fournit des renseignements de base concernant les speacutecifications et le controcircle des systegravemes de traitement drsquoair des reacutesidences ainsi que des deacutetails sur la conception et le controcircle drsquoun systegraveme combineacute haute performance type

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35 Expeacuterience en matiegravere drsquoeacutevaluation

CanmetEacuteNERGIE de Ressources naturelles Canada a eacutetudieacute les systegravemes combineacutes et leurs composants pendant de nombreuses anneacuteesLe centre a effectueacute des recherches et offert une expertise et un soutien techniques pour appuyer lrsquoeacutelaboration de la norme CSA P10 applicable aux systegravemes meacutecaniques inteacutegreacutes ainsi que celle de la norme subseacutequente CSA P9 visant les systegravemes combineacutes CanmetEacuteNERGIE a eacutegalement

bull eacutevalueacute les performances des systegravemes fabriqueacutes et construits sur place dans des laboratoires gouvernementaux et indeacutependants

bull surveilleacute et analyseacute les performances des systegravemes sur le lieu de lrsquoinstallation et dans les maisons du centre canadien des technologies reacutesidentielles Bon nombre de ces projets ont eacuteteacute reacutealiseacutes en partenariat avec drsquoautres organismes gouvernementaux et entreprises de distribution de gaz

bull conccedilu des composants de systegravemes combineacutes pour des applications speacuteciales telle que celle de la communauteacute agrave eacutenergie solaire Drake Landing

Le preacutesent rapport a eacuteteacute eacutelaboreacute en tenant compte des connaissances acquises dans le cadre de ces diverses initiatives

36 Deacutefi principal Utiliser des chauffe-eau pour chauffer des locaux de maniegravere eacuteconergeacutetique

Les chauffe-eau agrave la demande peuvent offrir de tregraves bonnes performances en mode de chauffage agrave eau chaude domestique avec des tempeacuteratures drsquoeau de reacuteseau de distribution basses et les puissances thermiques eacuteleveacutees requises pour satisfaire les besoins en eau chaude Ces appareils peuvent fonctionner particuliegraverement bien lorsqursquoils fournissent les grandes quantiteacutes drsquoeau chaude utiliseacutees dans les normes drsquoessai de chauffe-eau en vigueur pour eacutevaluer leurs performances en tant que chauffe-eau

En conditions de fonctionnement combineacute les performances offertes en mode de chauffage des locaux (charges partielles incluses) sont les plus importantes Mecircme si les charges thermiques instantaneacutees sont consideacuterablement infeacuterieures lorsque lrsquoon chauffe des locaux plutocirct que lorsque lrsquoon fournit des charges de chauffage drsquoeau maximales la dureacutee des charges de chauffage des locaux est bien plus importante Il pourrait ecirctre inteacuteressant de faire en sorte que le chauffe-eau offre une condensation en mode de chauffage des locaux car la tempeacuterature de lrsquoeau qui revient des serpentins de chauffage des locaux est geacuteneacuteralement plus eacuteleveacutee que la tempeacuterature drsquoarriveacutee drsquoeau municipale que le systegraveme doit chauffer pour fournir de lrsquoeau chaude potable Eacutetant donneacute que seule une petite partie des charges annuelles de chauffage de locaux du systegraveme est reacuteellement fournie lorsque le systegraveme fonctionne aux conditions de

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reacutegime la performance en charge partielle en mode de chauffage de locaux est particuliegraverement importante pour le rendement geacuteneacuteral du systegraveme Il est bien plus important drsquoobtenir drsquoexcellentes performances lors drsquoessais de chauffage de locaux en charge partielle plutocirct qursquoagrave pleine puissance nominale lorsque lrsquoon calcule le rendement geacuteneacuteral du systegraveme

Ilest possible drsquoobtenir des reacutesultats de performance eacuteleveacutee lorsque les composants eacuteconergeacutetiques sont bien adapteacutes et que le systegraveme drsquoexploitation commande intelligemment et simultaneacutement agrave la fois le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair

37 Approche par eacutetapes

Le preacutesent rapport invite les fabricants agrave suivre les eacutetapes ci-dessous avant de proposer un systegraveme combineacute haute performance

Eacutetape 1 Cerner les charges de conception qursquoil faut prendre en compte pour prendre toutes les deacutecisions concernant le systegraveme combineacute

Eacutetape 2 Seacutelectionner un chauffe-eau en mesure de fournir des performances eacuteleveacutees dans les applications mettant en œuvre des systegravemes combineacutes

Eacutetape 3 Seacutelectionner une strateacutegie de controcircle applicable au chauffe-eau et au systegraveme de traitement drsquoair qui reacuteduit au minimum les coucircts que le fabricant doit supporter pour fournir des systegravemes combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessaiselon la norme P9

Eacutetape 4 Seacutelectionner drsquoautres composants de systegravemes combineacutes (tels que des serpentins des moteurs de ventilateur et les commandes associeacutees)

Eacutetape 5 Exeacutecuter des essais agrave lrsquointerne afin drsquoeacutetablir les performances des systegravemes combineacutes de maniegravere agrave pouvoir les mettre agrave niveau selon les besoins avant de les expeacutedier agrave un laboratoire indeacutependant agrave des fins de veacuterification

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4 Charges de calcul ndash performances selon la norme CSA p9

41 Facteur de performance thermique (FPT)

Le FPT correspond agrave la mesure de performance eacutenergeacutetique cleacute de la norme CSA P9 Ce facteur combine les cotes de performance du chauffage des locaux et celles du chauffage de lrsquoeau et fait une moyenne pondeacutereacutee selon la charge des deux types de chauffage pour geacuteneacuterer la mesure de performance globale Lrsquoannexe B de la norme CSA P9 fournit des explications deacutetailleacutees sur la maniegravere dont les facteurs de pondeacuteration ont eacuteteacute eacutelaboreacutes et sur les raisons de leur eacutelaboration

La preacutesente section preacutesente quelques facteurs cleacutes ainsi qursquoun graphique (tableau 3) que les fabricants peuvent utiliser pour deacuteterminer les reacutesultats drsquoessai ayant la plus forte incidence sur le reacutesultat FPT de leurs produits

Comme le chauffage des locaux constitue geacuteneacuteralement la charge dominante au sein des maisons canadiennes la pondeacuteration du rendement global des systegravemes de chauffage combineacutes est domineacutee par le chauffage des locaux Les reacutesultats drsquoessai du chauffage des locaux en charge partielle offrent la pondeacuteration la plus importante pour deacuteterminer les performances de chauffage des locaux des systegravemes combineacutes et par conseacutequent le FPT

Les systegravemes combineacutes qui optimisent les performances de chauffage de locaux en charge partielle preacutesenteront des FPT plus eacuteleveacutes que les systegravemes conccedilus pour offrir des performances agrave pleine charge

Ilest possible de mettre en place des strateacutegies de controcircle intelligentes pendant les essais de rendement reacutealiseacutes conformeacutement agrave la norme CSA P9 Par exemple le systegraveme de controcircle peut commencer agrave fonctionner en mode de chauffage de locaux en acheminant une tempeacuterature plus basse au systegraveme de traitement drsquoair et en programmant une vitesse de ventilation infeacuterieure Il est possible drsquoaugmenter progressivement ces deux paramegravetres si la charge nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai speacutecifieacute De mecircme des strateacutegies de controcircle mettant en œuvre une fonction de deacutetection de charge tel qursquoun controcircle de reacuteglage exteacuterieur peuvent offrir des ameacuteliorations de rendement identiques et peuvent ecirctre simuleacutees pendant les essais Ceci est particuliegraverement important lorsque lrsquoon cherche agrave veacuterifier le rendement des systegravemes de chauffage de locaux en charge partielle

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42 Chauffage de lrsquoeau

Les normes drsquoessai applicables aux systegravemes de chauffage de lrsquoeau (norme P9 incluse) partent du principe que la charge de chauffage de lrsquoeau annuelle est de 4 400 kWh (environ 12 kWh par jour) pour chaque maison Dans la norme P9 la valeur de performance drsquoun systegraveme combineacute utiliseacute en tant que chauffe-eau est deacutesigneacutee laquo facteur de performance du chauffage de lrsquoeau raquo (FPCE) Mecircme si la norme P9 offre une souplesse accrue en ce qui a trait aux parameacutetrages des commandes compareacute aux normes reacutegissant des chauffe-eau autonomes le FPCE est analogue agrave une cote de facteur eacutenergeacutetique (FE) et les cotes numeacuteriques devraient ecirctre identiques

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43 Chauffage des locaux

Tout systegraveme de chauffage de locaux doit ecirctre capable de fournir sa puissance de chauffage de locaux nominale lorsque les commandes lrsquoexigent Par contre les systegravemes de chauffage de locaux ont uniquement besoin de fournir leur puissance de chauffage de pointe pour tout au plus quelques jours pendant lrsquoanneacutee La norme CSA P9 reconnaicirct que des systegravemes fonctionneront en conditions de charge partielle la plupart du temps et eacutenonce des cotes de rendement de chauffage de locaux baseacutees sur des essais directs impliquant des charges totales et partielles Les systegravemes combineacutes sont mis agrave lrsquoessai dans des conditions de charges eacutequivalant agrave 100 40 et 15 de leurs capaciteacutes de chauffage des locaux Les reacutesultats sont combineacutes de maniegravere agrave obtenir une efficaciteacute de chauffage composite (ECC) qui pondegravere plus fortement les conditions de charge partielle La formule associeacutee et la repreacutesentation graphique correspondante extraites de la norme P9 se preacutesentent comme suit

ECC = 01 de rendement net agrave 100 + 06 de rendement net agrave 40 + 03 de rendement net agrave 15

La figure 1 illustre la quantiteacute de charge de chauffage annuelle pouvant ecirctre reacutepartie vers diffeacuterents points drsquoexploitation

Pourcentage de la charge de chauffage annuelle

Figure 1 Courbe de charge-dureacutee pour le chauffage des locaux (tireacutee de la norme CSA P9-11)

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44 Importance relative des charges de chauffage des locaux et de lrsquoeau

Les commandes du systegraveme de chauffage combineacute sont pleinement fonctionnelles pendant tous les essais et ne sont pas reacutegleacutees manuellement une fois les premiers essais en cours Le choix du fabricant concernant la strateacutegie de controcircle les paramegravetres de tempeacuterature et de deacutebit drsquoair et drsquoeau et les composants utiliseacutes aura une incidence sur la capaciteacute de chauffage de pointe des locaux ainsique sur le rendement agrave la puissance maximale Les systegravemes preacutesentant des capaciteacutes de chauffage nominales infeacuterieures seraient normalement installeacutes pour chauffer des reacutesidences ayant des charges de calcul plus petites Comme nous lrsquoavons indiqueacute preacuteceacutedemment la norme P9 prescrit les mecircmes charges de chauffage drsquoeau pour tous les systegravemes mis agrave lrsquoessai peu importe la capaciteacute Par conseacutequent plus la capaciteacute de chauffage des locaux est petite plus lrsquoimportance relative du chauffage de lrsquoeau sur le FPT est grandeCe principe est illustreacute agrave la figure 2 qui preacutesente les charges annuelles relatives de chauffage drsquoeau et des locaux pour des systegravemes mixtes ayant des charges de chauffage des locaux nominales de 5 kW et 10 kW respectivement

25000 Chauffage des locaux Eau chaude domesZque (ECD)

20000

Consom

maZ

ondeacuten

ergie(kWhan) 20000

15000

10000 10000

4400 44005000

0 Puissance de chauffage des locaux Puissance de chauffage des locaux

de10 kW de5kW

Figure 2 Comparaison de la consommation drsquoeacutenergie pour le chauffage et lrsquoeau chaude (kWhan) dans le cas des systegravemes combineacutes de 10 kW et 5 kW

Les charges thermiques eacutenonceacutees dans la norme P9 sont deacutecrites dans le tableau 2 et les pondeacuterations relatives des reacutesultats drsquoessais de performance individuels dans le facteur de performance thermique (FPT) globalde la norme CSA P9 applicable aux

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systegravemes combineacutes offrant trois capaciteacutes de chauffage de locaux diffeacuterentes sont preacutesenteacutees dans le tableau 3

Tableau 2 Charges thermiques annuelles (kWhan) de la norme P9 applicables aux systegravemes combineacutes affichant des puissances nominales de chauffage des locaux de 5 10 et 15 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 5 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 10 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 15 kW

Chauffage des locaux Pleine charge

1 000 kWhan 2 000 kWhan 3 000 kWhan

Chauffage des locaux 40 de la charge

6 000 kWhan 12 000 kWhan 18 000 kWhan

Chauffage des locaux 15 de la charge

3 000 kWhan 6 000 kWhan 9 000 kWhan

Chauffage de lrsquoeau 4 400 kWhan 4 400 kWhan 4 400 kWhan

Total 14 400 kWhan 24 400 kWhan 34 400 kWhan

Tableau 3 Pondeacuterations de charge de la norme P9 pour des systegravemes combineacutes affichant des puissances nominales de chauffage des locaux de 5 10 et 15 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 5 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 10 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 15 kW

Chauffage des locaux Pleine charge

7 8 9

Chauffage des locaux 40 de la charge

42 49 52

Chauffage des locaux 15 de la charge

21 25 26

Chauffage de lrsquoeau 31 18 13

Total 100 100 100

Ilest important de consulter ces donneacutees avec un certain reculet de comprendre les pondeacuterations relatives des reacutesultats drsquoessai sur le FPT annuel On remarque que

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lrsquoincidence des performances du systegraveme pendant lrsquoessaide chauffage des locaux avec 40 de puissance nominale de chauffage de locaux sur la cote annuelle est la plus importante (42 agrave 52 ) suivie par lrsquoincidence des performances avec 15 de puissance nominale de chauffage des locaux (21 agrave 26 ) Les pondeacuterations de ces reacutesultats drsquoessai augmentent encore plus agrave mesure que la puissance nominale de chauffage des locaux deacutepasse la plage illustreacutee dans le tableau 3

Des rapports inteacuteressants eacutemanant de constructeurs de maisons de lrsquoOntario indiquent qursquoon installe plus souvent des systegravemes combineacutes dans des reacutesidences dont les charges de chauffage nominales se situent entre 7 et 10 kW Selon les codes drsquoinstallation des systegravemes de chauffage et les guides de dimensionnement recommandeacute de lrsquoindustrie les systegravemes combineacutes ayant des capaciteacutes de chauffage nominales comprises entre 10 et 15 kW conviendraient parfaitement agrave ce type de reacutesidences Dans le cas des systegravemes combineacutes inclus dans cette plage de capaciteacute les reacutesultats drsquoessai de chauffage des locaux en charge partielle ont une pondeacuteration drsquoenviron 75 dans la cote de performance thermique annuelle

En commenccedilant par un local dont le rendement du composant de chauffage de lrsquoeau du systegraveme combineacute est deacutejagrave eacuteconergeacutetique (voir lrsquoarticle 11) cette pondeacuteration permet de savoir ougrave il faut deacuteployer le plus gros effort au moment de concevoir un systegraveme de chauffage combineacute haute performance

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5 Chauffage de lrsquoeau domestique

La premiegravere eacutetape agrave suivre pour concevoir un systegraveme combineacute haute performance consiste agrave seacutelectionner le chauffe-eau approprieacute Cette section a pour but drsquoaider les fabricants agrave deacutenicher rapidement les modegraveles potentiels

Parmi les caracteacuteristiques que devraient avoir les chauffe-eau agrave la demande figurent

bull la modulation ndash performances de chauffage de lrsquoeau efficaces sur toute la plage depuis les deacutebits drsquoeau nominaux minimaux jusqursquoaux deacutebits maximaux

ndash rapport de reacuteglage eacuteleveacute

ndash capaciteacute agrave fournir suffisamment drsquoeau chaude pour reacutepondre agrave des besoins en chauffage de lrsquoeau typiques

ndash capaciteacute agrave fonctionner avec des deacutebits drsquoeau chaude minimauxDe nombreux chauffe-eau agrave la demande actuellement sur le marcheacute peuvent selon le classement de leur fabricant ecirctre utiliseacutes avec des deacutebits drsquoeau chaude de 2 Lmin (05 gal USmin) ou moins Certains systegravemes neacutecessitent des deacutebits plus importants

bull performance en matiegravere de condensation ndash ilsrsquoagit des performances nominales de condensation sur toute la plage des charges et des allures de chauffe

ndash commandes geacuterant de faccedilon approprieacutee le rapport combustible-deacutebit drsquoair de maniegravere agrave maintenir le rendement de la combustion quelle que soit la charge

ndash paramegravetres de commande optimiseacutes par la charge qui permettent de deacuteterminer lrsquoimportance et les types de charges et de reacuteagir en conseacutequence avec de meilleurs paramegravetres de commande pour que le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair fonctionnent ensemble

ndash cycles courts avant et apregraves la purge permettant de reacuteduire au minimum les temps de reacuteponse et les pertes laquo par cycle raquo et de reacuteduire la consommation drsquoeacutelectriciteacute

ndash faible consommation en mode drsquoalimentation de secours

ndash ventilation directe des produits de combustion afin drsquoeacuteviter lrsquoeacutemanation de combustible et les risques de deacutepressurisation

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Pour acceacuteleacuterer le processus de seacutelection du chauffe-eau de base il sera plus facile de commencer par consulter les donneacutees que le fabricant peut deacutetenir (ou qursquoil peut facilement produire) concernant ses propres produits en mode de chauffage drsquoeau Lrsquoobjectif est de commencer avec un geacuteneacuterateur de chaleur qui preacutesente un rendement eacutenergeacutetique nominal de 90 ou plus sur une grande plage de fonctionnement

Si le chauffe-eau qursquoon envisage drsquoutiliser en tant que moteur thermique ou geacuteneacuterateur de chaleur pour un systegraveme de chauffage combineacute monobloc ne reacutepond pas aux exigences ci-dessus il est recommandeacute de reacuteviser attentivement son choix Dans certains cas il est possible de seacutelectionner diffeacuterents composants diffeacuterentes commandes ou diffeacuterents paramegravetres de commande pour surmonter les lacunes en matiegravere de rendement Les possibiliteacutes drsquoameacuteliorer de faccedilon appreacuteciable les performances de chauffage drsquoeau drsquoun chauffe-eau agrave la demande sans affecter son certificat de seacutecuriteacute sont limiteacutees Du coup le fait de seacutelectionner un chauffe-eau diffeacuterent plus rentable sur le plan eacutenergeacutetique peut constituer un choix plus opportun

La norme canadienne drsquoessai et drsquoeacutevaluation CSA P7 applicable aux chauffe-eau agrave la demande fait eacutetat drsquoune tempeacuterature drsquoeau drsquoarriveacutee courante de 144 degC (58 degF) et drsquoune tempeacuterature de sortie de 577 degC (135 degF) pour les essais et lrsquoeacutevaluation des performances nominales Le tableau 4 compare les caracteacuteristiques de rendement eacutenergeacutetique de deux chauffe-eau agrave la demande theacuteoriques avec les systegravemes fonctionnant agrave plusieurs deacutebits drsquoeau diffeacuterents en utilisant les mecircmes hypothegraveses de tempeacuteratures drsquoeau que la norme P7 Bien que les eacutevaluations de performance maximale du premier modegravele soient supeacuterieures agrave celles du second modegravele (avec des deacutebits drsquoeau de 114 et 76 Lmin) les performances de chauffage ameacutelioreacutees du second modegravele agrave des deacutebits drsquoeau infeacuterieurs en font un meilleur candidat pour jouer le rocircle drsquoun geacuteneacuterateur de chaleur dans un systegraveme combineacute du fait du pourcentage de temps eacuteleveacute pendant lrsquoanneacutee durant lequel un systegraveme combineacute fonctionne agrave de faibles charges pour assurer le chauffage des locaux

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Tableau 4 Comparaison des caracteacuteristiques de rendement eacutenergeacutetique de la norme P7 pour deux chauffe-eau theacuteoriques

Deacutebit (Lmin) Deacutebit (gal USmin) Exemple modegravele 1

Exemple modegravele 2

114 3 95 92

76 2 95 90

38 1 83 92

19 05 79 92

Recommandation Choix mal adapteacute dans le cas drsquoun systegraveme combineacute

Choix mieux adapteacute dans le cas drsquoun systegraveme combineacute

On constate que les valeurs de rendement eacutenergeacutetique pour la plage de deacutebits drsquoeau utiliseacutes agrave des fins de deacutemonstration dans le tableau 4 ne seraient pas interchangeables avec les facteurs eacutenergeacutetiques (FE) coteacutes pour les mecircmes chauffe-eau eacutetant donneacute que les conditions eacutenonceacutees dans le tableau 4 ne correspondent pas aux installations meacutethodes drsquoessais et charges de chauffage drsquoeau speacutecifieacutees dans la norme CSA P7 applicable aux chauffe-eau agrave la demande Les valeurs de rendement eacutenergeacutetique theacuteoriques du tableau 4 sont preacutesenteacutees simplement pour deacutemontrer que les performances de chauffage de lrsquoeau de certains types de chauffe-eau peuvent changer agrave mesure que le deacutebit (p ex la charge de chauffage de lrsquoeau) change Les changements de rendement eacutenergeacutetique du systegraveme de chauffage de lrsquoeau en fonction de la charge ne sont pas complegravetement pris en compte dans les eacutevaluations de performance FE normaliseacutees applicables aux chauffe-eau Afin drsquoeacuteviter toute confusion il est recommandeacute drsquoutiliser lrsquoexpression laquo Facteur eacutenergeacutetique raquo (ou FE) uniquement pour deacutesigner des cotes drsquoessais de chauffe-eau standard eacutelaboreacutees agrave partir drsquoessais et de calculs respectant scrupuleusement la norme drsquoeacutevaluation CSA P7 applicable aux chauffe-eau agrave la demande ou la norme CSA P3 applicable aux chauffe-eau agrave reacuteservoir de stockage reacutesidentiels

Apregraves avoir eacutetudieacute le rendement eacutenergeacutetique des geacuteneacuterateurs de chaleur potentiels sur toutes leurs plages de fonctionnement preacutevues dans le cadre drsquoun systegraveme combineacute il est possible de seacutelectionner de maniegravere aviseacutee un chauffe-eau adapteacute aux applications preacutevues Une fois cette eacutetape reacutealiseacutee le fabricant de systegravemes de chauffage combineacutes doit opter pour une strateacutegie de controcircle avant de seacutelectionner les autres composants du systegraveme

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6 Conception des systegravemes combineacutes

61 Incidence des pondeacuterations de charge

Conditions de chauffage des locaux en charge partielle Pour obtenir une excellente cote drsquoessai selon la norme CSA P9 il faut avant tout se concentrer sur le chauffage des locaux en charge partielle Le rendement en conditions de chauffage de locaux en charge partielle permettra de deacuteterminer 90 de la cote drsquoefficaciteacute de chauffage composite (ECC) Dans le cas drsquoun systegraveme de chauffage combineacute offrant une puissance de chauffage drsquoespace nominale de 10 kW 75 de la valeur FPT seront deacuteduits agrave partir des reacutesultats de lrsquoessai en charge partielle Dans le cas drsquoun systegraveme offrant une puissance de chauffage des locaux de 15 kW les reacutesultats des performances de chauffage des locaux en charge partielle repreacutesenteront presque 80 du facteur de performance thermique global

Reacuteduction des tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour Les chauffe-eau qui preacutesentent drsquoexcellentes cotes avec des tempeacuteratures basses de lrsquoeau drsquoalimentation du reacuteseau principalfonctionneront moins bien sila tempeacuterature drsquoarriveacutee augmente La preacutesence de tempeacuteratures drsquoeau de retour plus chaudes pendant le mode de chauffage des locaux contribuera agrave reacuteduire le rendement eacutenergeacutetique Le fait de reacutepondre aux demandes de chauffage des locaux en utilisant des paramegravetres de commande qui reacuteduisent au minimum les tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour en conditions de charge partielle peut contribuer agrave optimiser le rendement de combustion

62 Strateacutegies de conception

Un des plus gros avantages du chauffe-eau agrave la demande tient au fait que theacuteoriquement il peut geacuteneacuterer diffeacuterentes tempeacuteratures drsquoeau drsquoalimentation pour satisfaire les charges de chauffage de lrsquoeau et des locaux Il peut eacutegalement faire varier du tout au tout la tempeacuterature de lrsquoeau qursquoil fournit pour satisfaire diffeacuterentes charges de chauffage des locaux Cet aspect est essentiel pour continuer de fournir le mecircme chauffage de lrsquoeau agrave un rendement eacuteleveacute et produire un chauffage des locaux agrave charge partielle tregraves efficace

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Nous allons passer en revue deux concepts de systegravemes combineacutes

bull la strateacutegie 1 utilise une tempeacuterature drsquoeau constante pour toutes les charges

bull la strateacutegie 2 consiste agrave faire varier la tempeacuterature de lrsquoeau en fonction de la charge

La premiegravere strateacutegie est celle qui neacutecessite le moins de changement compareacute aux pratiques actuelles elle correspond souvent au premier reacuteflexe Elle est preacutesenteacutee icidans le but principalde mettre en lumiegravere certains deacutefis inheacuterents en matiegravere de performance

La deuxiegraveme strateacutegie repreacutesente une option bien plus rentable pour atteindre des niveaux de performance eacuteleveacutes tant sur le terrain que lors des essais exeacutecuteacutes conformeacutement agrave la norme CSA P9 Lrsquoexpeacuterience montre qursquoelle offre un niveau de performance eacuteleveacute agrave un coucirct moindre pour le fabricant

Le fait drsquoutiliser une pompe agrave vitesse variable dans le systegraveme de traitement de lrsquoair peut eacutegalement ameacuteliorer le rendement eacutenergeacutetique La strateacutegie 2 est axeacutee sur une tempeacuterature drsquoalimentation variable les chauffe-eau agrave la demande pouvant offrir cette fonction plus rapidement Il est peu courant de voir des pompes agrave vitesse variable dans les appareils de traitement de lrsquoair pour lrsquoinstant

Pour ces exemples

bull les deux types de systegravemes combineacutes seront preacutesenteacutes en utilisant le mecircme chauffe-eau agrave la demande agrave condensation et agrave modulation

bull les pondeacuterations de performance FPT applicables agrave un systegraveme combineacute preacutesentant une charge nominale de chauffage de locaux de 10 kW seront utiliseacutees agrave titre indicatif pour illustrer chacune de ces strateacutegies

63 Strateacutegie 1 Tempeacuterature drsquoeau constante

Ce systegraveme de chauffage combineacute respecte la regravegle eacutetablie et preacutevoit uniquement lrsquoutilisation de composants plus efficaces pour ameacuteliorer les performancesIlarrive qursquoil soit souvent consideacutereacute en premier lieu car les commandes peuvent rester telles quelles dans un systegraveme pour lequel un fabricant fournit le chauffe-eau agrave la demande tandis qursquoun autre fabricant fournit le systegraveme de traitement drsquoair

Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair Le chauffe-eau ne sait pas si une demande concerne un chauffage de lrsquoeau ou un chauffage de locaux Il deacutetecte une demande et fournit de lrsquoeau chaude agrave une tempeacuterature constante Pour satisfaire la charge de chauffage de pointe des locaux il est geacuteneacuteralement reacutegleacute agrave 60 degC (140 degF) Le systegraveme de traitement drsquoair ne contribue pas eacutenormeacutement agrave faire grimper la puissance de chauffage de locaux Il utilise geacuteneacuteralement

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un ou deux reacuteglages de vitesse de ventilateur soufflant Eacutetant donneacute que le fonctionnement prolongeacute drsquoun ventilateur apregraves qursquoune demande de chauffage a eacuteteacute satisfaite peut entraicircner des problegravemes de confort dus agrave des courants drsquoair froid le fonctionnement subseacutequent du ventilateur ne sera pas mis en œuvre ou sera mis en œuvre en utilisant uniquement des temps de fonctionnement courts Dans les deux sceacutenarios la chaleur sera retenue dans le serpentin et les conduites pour se dissiper par la suite pendant les peacuteriodes de deacutesactivation

Serpentin(s) de chauffage des locaux Si lrsquoon veut amplifier lrsquoefficaciteacute eacutenergeacutetique du systegraveme en mode de chauffage des locaux ilest impeacuteratif de reacuteduire au minimum les tempeacuteratures de lrsquoeau de retourDes serpentins laquo surdimensionneacutes raquo ont eacuteteacute conccedilus en vue drsquooptimiser la baisse de tempeacuterature dans lrsquoeacutechangeur de chaleur en conditions de chauffage des locaux

Conditions de chauffage des locaux en charge partielle Le systegraveme de traitement drsquoair se met en route et srsquoarrecircte pour srsquoadapter aux conditions de charge partielle ce qui a pour effet de deacuteclencher des demandes associeacutees sur le chauffe-eau

Illustration des performances selon la norme P9 Le tableau 5 donne un aperccedilu theacuteorique du type de performance que lrsquoon pourrait geacuteneacuteralement obtenir en utilisant une strateacutegie impliquant un point de consigne de tempeacuterature unique

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Tableau 5 Performances drsquoun systegraveme combineacute theacuteorique affichant une puissance de chauffage des locaux de 10 kW en utilisant une strateacutegie simple de commande de point de consigne de tempeacuterature drsquoeau unique (capaciteacute de chauffage des locaux compenseacutee par des cycles de marche-arrecirct)

Mode de fonctionne -ment

Pondeacuter-ation

Temp de lrsquoeau drsquoalimentati on (degF)

Temp de lrsquoeau de retour du reacuteseau principal (degF)

Deacutebit du systegraveme de traitement drsquoair (pi3min)

Mesure de la performance eacutenergeacutetique mode activeacute deacutesactiveacute ()

Contribution FPT

Chauffage des locaux 100

8 140 120 800 85 007

Chauffage des locaux 40

49 140 120 800 80 039

Chauffage des locaux 15

25 140 120 800 75 018

Chauffage de lrsquoeau

18 140 58 mdash 92 017

Total 100 081

Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables bull Performances globales Une cote de facteur de performance totale (FPT) de 092

placerait le systegraveme combineacute dans la plage des performances eacuteleveacutees

bull Performances en mode de chauffage de lrsquoeau Comme dans le cas du sceacutenario impliquant un point de consigne de tempeacuterature unique le systegraveme assure une condensation en mode de chauffage de lrsquoeau avec un FPCE de 92 Il serait possible drsquoameacuteliorer leacutegegraverement lrsquoefficaciteacute du systegraveme de chauffage de lrsquoeau si un point de consigne de tempeacuterature de lrsquoeau infeacuterieur agrave la valeur de 140 degF utiliseacutee dans le premier cas de figure eacutetait appliqueacute La norme P9 permet drsquoutiliser un point de consigne pouvant descendre jusqursquoagrave 120 degF dans le cas de lrsquoeau potable La tempeacuterature de consigne nrsquoa plus besoin drsquoecirctre la mecircme que celle requise pour une charge de chauffage de locaux maximale il est donc possible de la reacuteduire agrave la plage de 120 degF Pour simplifier la comparaison des deux systegravemes dans les tableaux 5 et 6 aucun point de consigne de systegraveme de chauffage drsquoeau potable reacuteduit nrsquoa pas eacuteteacute inclus dans le tableau 6

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bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge totale Dans ce mode le rendement eacutenergeacutetique est plus faible La tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation doit ecirctre au plus haut pour satisfaire la charge la tempeacuterature de lrsquoeau de retour sera donc elle aussiplus eacuteleveacutee dans ce modeComme le systegraveme fonctionnera rarement dans ce mode cette mauvaise performance ne repreacutesente qursquoune petite fraction de la pondeacuteration FPT

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge partielle Les tempeacuteratures drsquoalimentation du systegraveme de chauffage de lrsquoeau sont abaisseacutees progressivement pour satisfaire des demandes en charge partielle moindres Les tempeacuteratures peuvent ecirctre abaisseacutees bien en deccedilagrave du reacuteglage preacutevu pour le chauffage de lrsquoeau du robinet Cette condition se traduit par des tempeacuteratures drsquoeau de retour plus basses qursquoen conditions de charge totale Ces deux facteurs font que lrsquoefficaciteacute est plus importante en conditions de charge partielle qursquoen conditions de charge totale Le chauffe-eau fonctionnera en mode de condensation pour les deux points de charge de chauffage de locaux (40 et 15 )

bull Vitesse de ventilateur Eacutetant donneacute que la puissance de chauffage requise diminue la vitesse de ventilateur diminue aussiCela se traduit par un niveau sonore reacuteduit un fonctionnement du ventilateur plus long avec des cycles moins freacutequents et une reacuteduction importante de la consommation drsquoeacutenergie Cette condition peut aussi reacuteduire les plaintes lieacutees au confort le fonctionnement plus long agrave des deacutebits drsquoair reacuteduits ameacuteliorant la reacutepartition de lrsquoair chaud pendant les saisons intermeacutediaires

bull Controcircle de la tempeacuterature de lrsquoair inteacuterieur Le fait de moduler la puissance de chauffage en faisant varier la tempeacuterature de lrsquoeau et la vitesse du ventilateur peut se traduire par une tempeacuterature drsquoair inteacuterieur plus homogegravene avec des eacutecarts de tempeacuteratures moins grands au-dessus et au-dessous des points de consigne du thermostat Ce pheacutenomegravene pourrait inciter les proprieacutetaires de reacutesidence agrave augmenter le point de consigne de chauffage pour eacutetablir des conditions de confort acceptables

bull Incidences sur le zonage Le zonage sera plus compliqueacute avec un systegraveme affichant une puissance fixe et une vitesse de ventilateur unique

Ilest possible drsquoameacuteliorer la strateacutegie 1 en augmentant encore la dimension drsquoun serpentin deacutejagrave surdimensionneacute dans le systegraveme de traitement drsquoair Cette option implique toutefois des limites pratiques car des serpentins bien plus grands neacutecessiteront une plus grande quantiteacute de cuivre et un formage plus important et cela accentuera le coucirct total du systegraveme sans compter qursquoil faudra aussi preacutevoir des armoires plus grandes pour le systegraveme de traitement drsquoair De plus les pertes de chaleur par cycle augmenteront et il sera plus difficile drsquoobtenir des performances eacuteleveacutees en charge partielle Le fait drsquoappliquer la strateacutegie 1 agrave un systegraveme de chauffage combineacute agrave haute performance peut srsquoaveacuterer trop oneacutereux pour valoir le coup

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64 Strateacutegie 2 Tempeacuterature drsquoeau variable

Cette meacutethode est identique agrave celle appliqueacutee dans les appareils de chauffage agrave air chaud multieacutetage Le principe consiste agrave faire fonctionner le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair ensemble pour optimiser le rendement eacutenergeacutetique tout en reacuteduisant au minimum le coucirct et la complexiteacute des composants

Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair Cette strateacutegie consiste agrave exploiter avantageusement la capaciteacute inteacutegreacutee du chauffe-eau pour faire varier la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation La tempeacuterature du point de consigne du chauffe-eau varie en fonction de la charge de chauffage des locaux On utilise des reacuteglages de tempeacuterature drsquoeau drsquoalimentation faibles pour satisfaire aux conditions de chauffage des locaux en charge partielle On fait eacutegalement varier les vitesses du ventilateur du systegraveme de traitement drsquoair en srsquoappuyant sur un principe de controcircle de reacuteglage exteacuterieur ou de minuterie pour augmenter les paramegravetres Lorsqursquoune demande de chaleur a eacuteteacute satisfaite le ventilateur continue de fonctionner agrave des vitesses reacuteduites pour eacuteviter les problegravemes lieacutes aux courants froids et au bruit Du coup le serpentin et les conduites retiennent moins de chaleur et on deacuteplore moins de perte de chaleur par la suite compareacute au premier cas de figure Le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair doivent tous deux cerner la demande qursquoils sont censeacutes satisfaire Leurs commandes ne doivent pas pour autant ecirctre physiquement inteacutegreacutees drsquoune faccedilon ou drsquoune autre Cette strateacutegie de controcircle est traiteacutee plus en deacutetail agrave la section 40

Serpentin(s) de chauffage de locaux Pour simplifier la comparaison nous partirons du principe que des serpentins laquo surdimensionneacutes raquo similaires sont utiliseacutes comme dans le premier cas de figure de sorte que les performances du chauffage de pointe des locaux soient identiques dans les deux cas

Conditions de chauffage de locaux en charge partielle Le chauffe-eau relegraveve une demande de chauffage de locaux et se met en route en acheminant une eau drsquoalimentation agrave basse tempeacuterature au systegraveme de traitement drsquoair Si la demande de chauffage nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute le chauffe-eau augmente progressivement la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation Le systegraveme de traitement drsquoair surveille la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation et augmente progressivement la vitesse du ventilateur lorsque la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation est plus eacuteleveacutee

Illustration des performances P9 Le tableau 6 donne une preacutesentation theacuteorique du type de rendement que lrsquoon peut obtenir en appliquant une strateacutegie de controcircle simple mettant en œuvre des

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tempeacuteratures drsquoeau et des vitesses de ventilateur variables Les tempeacuteratures et les deacutebits drsquoair du ventilateur preacutesenteacutes dans le tableau 6 ont eacuteteacute choisis agrave titre indicatif uniquement Ils ne repreacutesentent pas des reacuteglages pleinement optimiseacutes applicables agrave un systegraveme de chauffage combineacute

Tableau 6 Performances drsquoun systegraveme de chauffage combineacute theacuteorique offrant une puissance de chauffage des locaux de 10 kW en utilisant une strateacutegie de controcircle de tempeacuteratures drsquoeau et de vitesses de ventilateur variables (variation de la capaciteacute de chauffage des locaux par modulation du deacutebit drsquoair et de la tempeacuterature de lrsquoeau)

Mode de fonctionne -ment

Pondeacuter-ation

Temp de lrsquoeau drsquoalimen-tation (degF)

Temp de lrsquoeau de retour du reacuteseau principal (degF)

Deacutebit du systegraveme de traitement drsquoair (pi3min)

Mesure de la performance eacutenergeacutetique mode activeacute deacutesactiveacute ()

Contribution FPT

Chauffage des locaux 100

8 140 120 800 85 007

Chauffage des locaux 40

49 110 102 600 92 045

Chauffage des locaux 15

25 90 87 500 94 023

Chauffage de lrsquoeau

18 140 58 --- 92 016

Total 100 092

Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables bull Performances globales Une cote de facteur de performance totale (FPT) de 092

placerait le systegraveme combineacute dans la plage des performances eacuteleveacutees

bull Performances en mode de chauffage de lrsquoeau Comme dans le cas du sceacutenario impliquant un point de consigne de tempeacuterature unique le systegraveme assure une condensation en mode de chauffage de lrsquoeau avec un FPCE de 92 Il serait possible drsquoameacuteliorer leacutegegraverement lrsquoefficaciteacute du systegraveme de chauffage de lrsquoeau si un point de consigne de tempeacuterature de lrsquoeau infeacuterieur agrave la valeur de 140 degF utiliseacutee dans le premier cas de figure eacutetait appliqueacute La norme P9 permet drsquoutiliser un point de

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consigne pouvant descendre jusqursquoagrave 120 degF dans le cas de lrsquoeau potable La tempeacuterature de consigne nrsquoa plus besoin drsquoecirctre la mecircme que celle requise pour une charge de chauffage de locaux maximale il est donc possible de la reacuteduire agrave la plage de 120 degF Pour simplifier la comparaison des deux systegravemes dans les tableaux 5 et 6 aucun point de consigne de systegraveme de chauffage drsquoeau potable reacuteduit nrsquoa pas eacuteteacute inclus dans le tableau 6

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge totale Dans ce mode le rendement eacutenergeacutetique est plus faible La tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation doit ecirctre au plus haut pour satisfaire la charge la tempeacuterature de lrsquoeau de retour sera donc elle aussi plus eacuteleveacutee dans ce mode Comme le systegraveme fonctionnera rarement dans ce mode cette mauvaise performance ne repreacutesente qursquoune petite fraction de la pondeacuteration FPT

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge partielle Les tempeacuteratures drsquoalimentation du systegraveme de chauffage de lrsquoeau sont abaisseacutees progressivement pour satisfaire des demandes en charge partielle moindres Les tempeacuteratures peuvent ecirctre abaisseacutees bien en deccedilagrave du reacuteglage preacutevu pour le chauffage de lrsquoeau du robinet Cette condition se traduit par des tempeacuteratures drsquoeau de retour plus basses qursquoen conditions de charge totale Ces deux facteurs font que lrsquoefficaciteacute est plus importante en conditions de charge partielle qursquoen conditions de charge totale Le chauffe-eau fonctionnera en mode de condensation pour les deux points de charge de chauffage de locaux (40 et 15 )

bull Vitesse de ventilateur Eacutetant donneacute que la puissance de chauffage requise diminue la vitesse de ventilateur diminue aussiCela se traduit par un niveau sonore reacuteduit un fonctionnement du ventilateur plus long avec des cycles moins freacutequents et une reacuteduction importante de la consommation drsquoeacutenergie Cette condition peut aussi reacuteduire les plaintes lieacutees au confort le fonctionnement plus long agrave des deacutebits drsquoair reacuteduits ameacuteliorant la reacutepartition de lrsquoair chaud pendant les saisons intermeacutediaires

bull Controcircle de la tempeacuterature de lrsquoair inteacuterieur Le fait de moduler la puissance de chauffage en faisant varier la tempeacuterature de lrsquoeau et la vitesse du ventilateur peut se traduire par une tempeacuterature drsquoair inteacuterieur plus homogegravene avec des eacutecarts de tempeacuteratures moins grands au-dessus et au-dessous des points de consigne du thermostat

La strateacutegie 2 (tempeacuterature drsquoeau variable) peut donner lieu agrave lrsquoeacutelaboration drsquoun systegraveme de chauffage combineacute efficace preacutesentant de bonnes performances lorsqursquoil est mis agrave lrsquoessai selon la norme CSA P9 et lorsqursquoil est installeacute dans une vraie reacutesidence Les niveaux de performance varieront en fonction des composants seacutelectionneacutes et des speacutecificiteacutes de lrsquoordonnancement des commandes

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7 Commandes

Les commandes geacuteneacuteriques exigeacutees pour mettre en œuvre la strateacutegie privileacutegieacutee impliquant une tempeacuterature variable quia eacuteteacute deacutecrite dans la derniegravere section peuvent srsquoaveacuterer relativement simples Quelques chauffe-eau agrave la demande proposent deacutejagrave des commandes de reacuteglage de tempeacuterature Les commandes de tempeacuterature des chauffe-eau agrave la demande types ne sont toutefois pas systeacutematiquement configureacutees pour offrir une fonction de reacuteglage de tempeacuterature baseacutee sur la charge Quasiment tous les chauffe-eau agrave la demande actuellement disponibles sont eacutequipeacutes pour accueillir des commandes de tempeacuterature inteacutegreacutees ou monteacutees agrave distance permettant agrave lrsquoutilisateur de reacutegler manuellement la tempeacuterature drsquoalimentation agrave partir du chauffe-eau

En principe il devrait ecirctre possible de concevoir un module drsquointerface de commande simple qui viendrait se brancher dans les fiches de connexion de la commande de tempeacuterature existante La nouvelle commande simulerait lrsquoaction du controcircleur de tempeacuterature standard reacutegleacute manuellement de maniegravere agrave offrir une fonction de reacuteinitialisation de tempeacuterature automatique du chauffe-eau Toutes les commandes de seacutecuriteacute resteraient fonctionnelles

Une strateacutegie de controcircle simple peut offrir des performances eacuteleveacutees Les facteurs cleacutes agrave prendre en compte sont les suivants

bull deacuteterminer si une demande tient compte des besoins en chauffage drsquoeau chaude domestique

bull en mode de chauffage des locaux uniquement utiliser une minuterie ou un controcircle de reacuteglage exteacuterieur (ou un capteur de charge infeacuterentielle similaire) pour faire augmenter progressivement la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation

bull preacutevoir un systegraveme de traitement drsquoair faisant varier le deacutebit drsquoair en fonction de la tempeacuterature de lrsquoeau qui arrive dans lrsquoappareil du deacutelai pendant lequel une demande de chauffage perdure ou drsquoun signal direct du capteur de commande de charge

Ilest inteacuteressant de souligner que le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair nrsquoont pas besoin de communiquer directement ni de posseacuteder des commandes communes pour mettre en œuvre certaines des strateacutegies de controcircle deacutecrites

Lorsque les commandes du systegraveme deacutetectent qursquoune demande de chauffage a eacuteteacute satisfaite le systegraveme de traitement drsquoair devrait continuer de fonctionner suffisamment longtemps pour extraire toute la chaleur reacutesiduelle du serpentin et la transfeacuterer vers le courant drsquoair Pour eacuteviter les problegravemes de confort thermique il est souhaitable de reacuteduire la vitesse du ventilateur pendant cette peacuteriode de temporisation de la

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ventilation Le fonctionnement continu du ventilateur avec un reacuteglage de vitesse faible offrira automatiquement cette fonctionnaliteacute sans neacutecessiter de quelconques commandes intelligentes Cette option aurait lrsquoavantage suppleacutementaire drsquoassurer une reacutepartition de la tempeacuterature uniforme agrave lrsquointeacuterieur de la reacutesidence Elle serait eacutegalement utile pour reacutepartir lrsquoair frais si le systegraveme combineacute est installeacute avec un ventilateur-reacutecupeacuterateur de chaleur (VRC) ou un autre type de systegraveme de ventilation

Des commandes soigneusement conccedilues contribueront en bout de ligne agrave assurer ou reacutetablir lrsquoefficaciteacute du systegraveme combineacute Les commandes devraient ecirctre en mesure de deacuteterminer srsquoil y a une demande de chauffage des locaux ou de chauffage de lrsquoeau ou une demande concernant les deux modes Les commandes devront deacuteterminer lrsquoamplitude de chaque charge et reacutepondre de maniegravere approprieacutee en faisant varier certains paramegravetres agrave la fois pour le systegraveme de chauffage des locaux (systegraveme de traitement drsquoair par exemple) et pour le geacuteneacuterateur de chaleur (notamment si la source de chauffage est un chauffe-eau agrave la demande) En cas de demande de chauffage drsquoeau eacuteleveacutee il se peut qursquoune solution de commande prioritaire drsquoeau chaude domestique constitue la meilleure option Les commandes peuvent deacuteduire lrsquoamplitude des charges de chauffage des locaux au moyen de divers meacutecanismes y compris en surveillant les cycles de fonctionnement du thermostat et de signaux drsquoentreacutes directs transmis par une commande de charge infeacuterentielle telle qursquoune commande de reacuteglage exteacuterieur

La figure 3 preacutesente un algorithme simplifieacute de commandes geacuteneacuteriques pour la section chauffe-eau drsquoun systegraveme combineacute utilisant quatre eacutetapes de reacuteglage de tempeacuterature drsquoeau pour le chauffage des locaux et une seule pour le chauffage de lrsquoeau

La logique de commande illustreacutee agrave la figure 3 constitue uniquement un exemple de strateacutegie de controcircle rudimentaire qui pourrait ecirctre utiliseacutee pour assurer des performances eacuteleveacutees dans des modes de chauffage de locaux sans neacutecessiter lrsquoutilisation de composants oneacutereuxLrsquoalgorithme de commande pourrait ecirctre ameacutelioreacute si le controcircleur avait lrsquointelligence neacutecessaire pour lui permettre drsquoassimiler les eacutetapes de chauffage requises en surveillant la dureacutee des demandes de chauffage des locaux sur plusieurs cycles de chauffage reacutecents

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e

Mode drsquoattente Chauffe-eauagrave la demande en attente de signal

Demande de chauffage (lrsquoeaucircule dans le chauffe-eau)

Demandedrsquoeauchaude

domestique

Activationdu chauffagede lrsquoeacutetape 1 THERM90 ordmF Ventilateur Vitesse 1 Deacuteclencherle minuteursur 5 min

Demandesatisfaite avantlrsquoexpiration

du deacutelaiduminuteur

Oui

Oui

No

Reacuteglage du THERM sur le point de consigne de lrsquoeau chaude domestique THERM = 140 degF Couperlecirculateurde chauffagedelocaux (facultatif) Attendre lafin de la demande drsquoeau chaude domestique

Demande de

chauffage satisfait

Non

Oui

Activation du chauffage de lrsquoeacutetape 2 THERM = 105 degF Ventilateur Vitesse 2 Deacuteclencher le minuteur sur3 min

Activation du chauffage de lrsquoeacutetape 3 THERM = 120 degF Ventilateur Vitesse 3 Deacuteclencher le minuteur sur3 min

Activation du chauffage MAX THERM = 140 degF Ventilateur Vitesse 4 Mettrefin agravelademande de chauffage

Figure 3 Logique de lrsquoalgorithme simplifieacute de commande de chauffe-eau pour unsceacutenario de chauffage en quatre eacutetapes

Voici trois options de commande de vitesse de ventilateur de systegraveme de traitement drsquoair associeacutees agrave la meacutethode de chauffage drsquoeau illustreacutee agrave la figure 3

Commandes indirectes baseacutees sur la tempeacuteratureRaccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont bien distinctes les unes des autres mais elles fonctionnement de maniegravere compleacutementaire

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Principe de fonctionnement Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetecte la tempeacuterature de lrsquoeau chaude drsquoadmissionPlus la tempeacuterature de lrsquoeau est eacuteleveacutee plus les commandes du systegraveme de traitement drsquoair augmentent le deacutebit drsquoair

Discussion Les commandes du chauffe-eau augmentent la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque la demande nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetecte la tempeacuterature plus eacuteleveacutee et fait circuler plus drsquoair dans les serpentins pour lrsquoutiliser

Aspect meacutecanique Un puits de tempeacuterature est installeacute dans la conduite drsquoeau drsquoalimentation drsquoarriveacutee agrave lrsquointeacuterieur du systegraveme de traitement drsquoairLe reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur serait ajusteacute en installant un module de commande de systegraveme de traitement drsquoair qui mesure la tempeacuterature de lrsquoeau achemineacutee au systegraveme de traitement drsquoair depuis le chauffe-eau pendant une demande de chauffage de locaux transmise au systegraveme de traitement drsquoair La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signal de commande transmis au panneau de controcircle du systegraveme de traitement drsquoair par le thermostat du systegraveme de CVCA

Commandes indirectes baseacutees sur le minuteur Raccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont bien distinctes les unes des autres mais elles fonctionnement de maniegravere compleacutementaire

Principe de fonctionnement Le deacutebit drsquoair du systegraveme de traitement drsquoair varie en fonction de la dureacutee de la demande de chauffage afin de coiumlncider avec les minutages de commande de tempeacuterature indiqueacutes agrave la figure 3

Discussion Les commandes du chauffe-eau augmentent la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque la demande nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetermine la dureacutee de la demande de chauffage et fait circuler plus drsquoair dans les serpentins afin de se conformer aux eacutetapes de tempeacuterature programmeacutees

Aspect meacutecanique Le reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur serait ajusteacute en installant un module de commande de systegraveme de traitement drsquoair qui reacutegule le deacutebit drsquoair en fonction de la dureacutee de la demande de chauffage La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signalde commande transmis au panneau de controcircle du systegraveme de traitement drsquoair par le thermostat du systegraveme de CVCA

Controcircle direct Raccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont toutes deux controcircleacutees au moyen drsquoun nouveau controcircleur combineacute inteacutegreacute posseacutedant une interface directe avec le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair

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Principe de fonctionnement Le nouveau controcircleur fait varier le deacutebit drsquoair du systegraveme de traitement drsquoair et la tempeacuterature de lrsquoeau de maniegravere agrave optimiser le rendement du chauffage

Discussion Cette strateacutegie de controcircle direct suppose le deacuteveloppement drsquoun nouveau composant de commande Le controcircleur peut utiliser des reacuteglages de fonctionnement plus sophistiqueacutes afin drsquoameacuteliorer le rendement dans tous les modes de fonctionnement

Aspect meacutecanique Le reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur et la tempeacuterature de lrsquoeau achemineacutee au systegraveme de traitement drsquoair seraient directement controcircleacutes par un nouveau controcircleur combineacute inteacutegreacute La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signal de commande transmis au controcircleur par le thermostat du systegraveme de CVCA

Chauffe-eau - Mode de chauffage de lrsquoeau du robinet Les algorithmes de chauffage de lrsquoeau du robinet ne changent pas par rapport agrave ceux du module de commande standard La seule diffeacuterence reacuteside dans le fait que le chauffe-eau utilise un contacteur de deacutebit ou un deacutebitmegravetre pour repeacuterer un tirage drsquoeau chaude (ou une arriveacutee drsquoeau froide) et comprendre qursquoune demande de chauffage drsquoeau a eacuteteacute faite Si une demande de chauffage de locaux intervient simultaneacutement le chauffe-eau pourrait honorer les deux demandes en tenant compte du reacuteglage de tempeacuterature de sortie requise de lrsquoeau du robinet Une autre option consisterait agrave prendre en compte par deacutefaut le reacuteglage du mode de chauffage de lrsquoeau Un mode de controcircle plus sophistiqueacute pourrait potentiellement temporiser le chauffage des locaux lorsque cela srsquoavegravere neacutecessaire pour reacutepondre agrave des demandes de chauffage drsquoeau eacuteleveacutees ou pour activer la distribution de chauffage des locaux en utilisant des reacuteglages de tempeacuterature optimiseacutes Ce cas de figure est illustreacute agrave la figure 4

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8 Composants

Pour bien fonctionner les systegravemes de chauffage combineacutes doivent ecirctre doteacutes de composants haute performance que ce soit dans une configuration dite laquo installeacutee raquo ou dans une configuration drsquoessai selon la norme CSA P9 La preacutesente section a pour objectif drsquoaider les fabricants de chauffe-eau agrave la demande

bull agrave concevoir leur propre systegraveme de traitement drsquoair

bull agrave eacutetablir un partenariat avec un autre fabricant qui fournirait un systegraveme de traitement drsquoair pour leur systegraveme apregraves avoir deacutetermineacute

ndash les composants requis

ndash la mesure dans laquelle un modegravele de systegraveme de traitement drsquoair existant aurait besoin drsquoecirctre affineacute pour reacutepondre agrave leurs besoins

bull agrave eacutetablir les modifications qursquoil faut apporter au systegraveme monobloc dans son ensemble pour ameacuteliorer les performances

81 Systegraveme de traitement drsquoair

Le systegraveme de traitement drsquoair doit inclure les composants neacutecessaires pour fournir de la chaleur et faire circuler de lrsquoair Les eacuteleacutements agrave prendre en compte sont des serpentins de chauffage de locaux un moteur de ventilateur une pompe et un puits de tempeacuterature Ces eacuteleacutements sont deacutecrits plus en deacutetail ci-dessous

82 Serpentins de chauffage de locaux

Les serpentins de chauffage de locaux doivent ecirctre dimensionneacutes de maniegravere approprieacutee pour que le chauffage des locaux puisse avoir lieu avec une tempeacuterature drsquoalimentation suffisamment basse et une baisse de tempeacuterature de lrsquoeau suffisante pour favoriser la condensation dans le geacuteneacuterateur de chaleur lorsque le systegraveme fonctionne en conditions de charge partielle (et ideacutealement en conditions de pleine charge eacutegalement)

Geacuteneacuteralement les serpentins quiextraient la chaleur de lrsquoeau sont conccedilus et choisis en tenant compte drsquoune baisse de tempeacuterature de lrsquoeau drsquoenviron 11 degC (20 degF) le long des serpentins aux conditions de chauffage nominales La seacutelection preacutealable du serpentin peut ecirctre faite en utilisant un logiciel deacutejagrave proposeacute par divers fabricants de serpentins Dans la plupart des cas le modegravele logiciel calcule la puissance de chauffage drsquoun

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serpentin de chauffage agrave eau chaude en se fondant sur la mesure des performances du conditionnement drsquoair pour des serpentins ayant une construction et des geacuteomeacutetries similaires Du coup la puissance de chauffage reacuteelle pour une condition nominale donneacutee peut diffeacuterer leacutegegraverement de celle preacutedite par le logiciel

Ilest recommandeacute de veacuterifier la performance reacuteelle du serpentin choisi (puissance de chauffage baisse de la tempeacuterature de lrsquoeau baisse de la pression statique sur le cocircteacute air et eau) en effectuant des essais internes Lorsque cette eacutetape a eacuteteacute exeacutecuteacutee le modegravele logiciel peut fournir une aide preacutecieuse pour seacutelectionner le serpentin et devrait proposer des indications plutocirct fiables concernant les changements de performance du serpentin aux diffeacuterentes conditions projeteacutees Les informations ainsi collecteacutees devraient ecirctre utiles pour concevoir et affiner des reacuteglages et des strateacutegies de controcircle plus eacutevolueacutes en vue drsquooptimiser le rendement du systegraveme en conditions de chauffage en charge partielle

Voici les eacuteleacutements agrave prendre en compte

Diamegravetre du serpentin drsquoeau et nombre de spires ndash Un grand diamegravetre de canalisation reacuteduira au minimum la baisse de pression de lrsquoeau ainsi que lrsquoeacutenergie utiliseacutee par le systegraveme de circulation drsquoeau Un petit diamegravetre de canalisation permettra drsquoopter pour un serpentin moins oneacutereux eacutetant donneacute qursquoil faudra moins de cuivre dans le serpentin Cependant des petits tubes neacutecessiteront une eacutenergie de pompage supeacuterieure et feront augmenter les pheacutenomegravenes drsquousure et drsquoeacuterosion des tubes si une puissance de pompe suffisante est appliqueacutee pour offrir le deacutebit drsquoeau nominal Concregravetement le fait drsquoutiliser un serpentin avec des tubes trop petits reacuteduira la puissance de chauffage fournie par le serpentin En effet le fabricant utilisera vraisemblablement le mecircme circulateur standard quel que soit le serpentin retenu Les TECA hydronic and combo guideline (Directives sur les systegravemes hydroniques et combineacutes de la TECA)1

(article 814) preacutecisent que le deacutebit de lrsquoeau qui traverse le systegraveme de chauffage ne doit pas deacutepasser quatre (4) pieds par seconde

Nombre drsquoailettes par pouce ndash Plus le nombre drsquoailettes par pouce est eacuteleveacute plus la surface de transmission de chaleur et la puissance de chauffage augmentent cela creacutee cependant une baisse de pression supeacuterieure sur le cocircteacute air du serpentin Un certain degreacute de perte de pression dans le serpentin est utile pour assurer un deacutebit drsquoair homogegravene dans le serpentin notamment dans une configuration de laquo purge raquo qui est couramment utiliseacutee dans les ventilo-convecteurs combineacutes servant au chauffage des locauxLes speacutecifications des serpentins de chauffage peuvent faire eacutetat drsquoun nombre drsquoailettes variant de 6 ailettes par pouce agrave 14 ailettes par pouce Les serpentins de chauffage hydronique standard comportent 12 ou 14 ailettes par pouce Les serpentins doteacutes drsquoun grand nombre drsquoailettes sont plus facilement encrasseacutes par de la poussiegravere

1 Thermal Environmental Comfort Association (TECA) Surrey (C-B) Hydronic amp Combo Guidelines for the Design and Installation of Hot Water Heating Systems and Combination Hot Water amp Space Heating Systems 8th Edition August 2009 (Directives concernant les systegravemes hydroniques et combineacutes conception et installation de systegravemes de chauffage drsquoeau chaude et de systegravemes combineacutes de chauffage drsquoeau chaude et de locaux 8e eacutedition aoucirct 2009) [wwwtecaca]

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ou des deacutebris Selon les reacutesultats du logiciel de modeacutelisation du serpentin la preacutesence de 12 ailettes ou mecircme 14 semble ecirctre un choix raisonnable pour un serpentin de chauffage de locaux haute performance agrave condition que le serpentin soit choisi avec une surface suffisamment importante pour maintenir la vitesse frontale de lrsquoair faible agrave la puissance de chauffage theacuteorique

Figure 5 Exemple de serpentin de chauffage de locaux laquo surdimensionneacute raquo utiliseacute dans une application de systegraveme de traitement drsquoair hydronique

83 Moteur de ventilateur

Le systegraveme de traitement drsquoair devrait utiliser un moteur de ventilateur agrave commutation eacutelectronique (MCE) et ecirctre exploiteacute en utilisant un systegraveme de controcircle agrave vitesse multiple ou agrave vitesse variable Cette option permettrait de moduler le deacutebit drsquoair et la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque le systegraveme fonctionne agrave une puissance infeacuterieure agrave sa puissance de chauffage nominale maximaleLa capaciteacute agrave utiliser un mode de circulation continu agrave faible puissance et faible vitesse serait particuliegraverement utile en cas de fonctionnement aux points de consigne de 15 et 40 pour lesquels il est primordial de collecter et de distribuer toute la chaleur reacutesiduelle des serpentins de chauffage la norme P9 tenant compte uniquement de la chaleur qui est reacuteellement transfeacutereacutee dans le courant drsquoair

La modulation du deacutebit drsquoair et de la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation permettra drsquoobtenir des tempeacuteratures drsquoair distribueacute confortables ainsi que des performances de chauffage eacuteleveacutees

Un MCE doteacute drsquoune programmation de deacutebit drsquoair constant surclassera vraisemblablement un MCE qui utilise une programmation de couple constant car le

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systegraveme compensera au moins partiellement les diffeacuterences entre les pressions statiques nominales et les pressions statiques reacuteellement eacutetablies Cette solution peut srsquoaveacuterer indispensable pour srsquoassurer que les performances de la combustion dans des conditions reacuteelles variables correspondent aux performances obtenues lors drsquoessais dans le laboratoire

Une programmation de deacutebit drsquoair constant sera probablement essentielle pour obtenir des performances acceptables dans le cas drsquoun systegraveme combineacute reacuteparti

84 Circulateurpompe

Ilest important de choisir le bon circulateur pour acheminer le deacutebit approprieacute en fonction de la pression statique eacutetablie qui sera en vigueur Les pertes de pression dans les diffeacuterents chauffe-eau agrave la demande varient Le fait drsquoutiliser un circulateur qui fournit un deacutebit trop important se traduira par une petite baisse de tempeacuterature dans le circuit drsquoeau qui traverse le serpentin et par une tempeacuterature drsquoeau de retour eacuteleveacutee vers le chauffe-eau Un deacutebit trop faible entraicircne des capaciteacutes de chauffage faibles Des circulateurs hydroniques sont offerts avec trois vitesses seacutelectionnables et des deacutebits de pompe nominaux Par contre les moteurs utiliseacutes dans les circulateurs types agrave plusieurs vitesses ne sont pas aussi efficaces que les moteurs agrave CE Des circulateurs agrave vitesse variable eacutequipeacutes de moteurs agrave CE font leur apparition sur le marcheacute mais ils ne sont pas encore couramment utiliseacutes dans les applications combineacutees

Ideacutealement les pompes de circulation des systegravemes combineacutes eacutevolueacutes devraient consister en un concept agrave modulation agrave vitesse variable capable drsquoameacuteliorer le rendement et de compenser les diffeacuterentes configurations de canalisation Ce type de concept est deacutejagrave disponible et pourrait ecirctre mis en œuvre degraves maintenant il pourrait aussi ecirctre mis de cocircteacute jusqursquoagrave ce que la prochaine geacuteneacuteration de systegravemes de chauffage combineacutes eacutevolueacutes soit mise au point Les premiers reacutesultats drsquoessais en laboratoire ont montreacute qursquoil est possible drsquoobtenir de bonnes performances conformes agrave la norme CSA P9 sans utiliser des pompes de circulation agrave vitesse variable et des commandes auxiliaires coucircteuses Agrave lrsquoavenir agrave mesure que le coucirct des circulateurs agrave vitesse variable doteacutes de moteurs agrave CE baissera et que les commandes inteacutegreacutees seront mieux accepteacutees leur utilisation dans des applications de chauffage combineacute sera plus rentable

85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)

Si lrsquoon conccediloit le reacuteseau de plomberie de maniegravere agrave pouvoir y installer des bouchons de controcircle de tempeacuterature drsquoeau et de pression les essais internes et les mesures de mise en service seront simplifieacutes De plus il sera plus facile de purger lrsquoair des circuits

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hydroniques Il est possible drsquoutiliser des sondes de tempeacuteratures monteacutees agrave lrsquoexteacuterieur pour effectuer les mesures de mise en service sur le terrain si des sections de conduites de cuivre ameacutenageacutees dans des endroits strateacutegiques sont prises en compte lors de la conception

86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau

Certains chauffe-eau agrave la demande de type chaudiegravere possegravedent des points de consignes et des algorithmes de controcircle distincts pour le chauffage des locaux et celui de lrsquoeau Drsquoautres ont besoin de savoir si la charge concerne le chauffage des locaux ou celui de lrsquoeau potable Dans ce cas on peut utiliser divers capteurs et surveiller eacutegalement les signaux transmis par un deacutebitmegravetre drsquoeau installeacute dans le reacuteseau drsquoeau potable ou un deacutebitmegravetre installeacute dans le circuit de chauffage des locaux Bon nombre de chauffe-eau agrave la demande utilisent de tels capteurs dans leurs circuits de commande de brucircleur afin de faire coiumlncider les allures de chauffe avec les chargesDans les applications combineacutees lrsquoutilisation de commandes capables de diffeacuterencier les charges deacutepend de la logique de controcircle prioritaire de demande drsquoeau chaude domestique

87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes

Les canalisations drsquoeau ameacutenageacutees entre le geacuteneacuterateur de chaleur et le systegraveme combineacute devraient ecirctre dimensionneacutees de maniegravere agrave eacuteviter des baisses de pression excessives

Toutes les canalisations en cuivre exteacuterieures doivent ecirctre isoleacutees conformeacutement aux pratiques de lrsquoindustrie Il se peut que les avantages lieacutes agrave lrsquoisolation des canalisations drsquointerraccordement ne soient pas tregraves importants si les sections de conduites sont courtes et si elles contiennent des tuyaux en polyeacutethylegravene reacuteticuleacute ou un type de conduite similaire preacutesentant moins de perte de chaleur que les conduites en cuivre

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9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes

La preacutesente section contient des directives et certaines observations agrave lrsquointention des fabricants de systegravemes de chauffage combineacutes dans le but drsquoaider ces derniers agrave mettre agrave lrsquoessai leurs systegravemes agrave lrsquointerne Lrsquoexeacutecution drsquoessais agrave lrsquointerne en utilisant un montage simplifieacute permettra aux fabricants de mieux cerner les performances de leurs concepts et commandes prototypes lorsqursquoils sont mis agrave lrsquoessai dans une installation indeacutependante conformeacutement agrave la norme CSA P9 (P10 pour les fabricants de SMI) Les essais en question ne doivent pas forceacutement ecirctre conccedilus pour geacuteneacuterer des reacutesultats de performance preacutecis agrave 100 mais ils sont consideacutereacutes comme indispensables pour le deacuteveloppement et le cycle drsquooptimisation du produit les avantages drsquoun concept et drsquoun fonctionnement de systegraveme ameacutelioreacutes pouvant rapidement sauter aux yeux lorsque lrsquoon compare les reacutesultats des essais reacutealiseacutes laquo avant raquo et laquo apregraves raquo

En geacuteneacuteral il nrsquoest pas rentable de payer un laboratoire drsquoessais indeacutependant pour proceacuteder agrave la premiegravere eacutevaluation drsquoun systegraveme de chauffage combineacute complet Les coucircts lieacutes au laboratoire et les deacutefis lieacutes aux ingeacutenieurs concepteurs qui prescrivent des reacuteglages lorsqursquoils ne sont pas sur place rendent cette option probleacutematique Des essais simplifieacutes reacutealiseacutes dans les propres locaux du fabricant permettent de srsquoassurer que les reacutesultats sont dans la plage approprieacutee degraves le deacutebut

Un scheacutema de montage drsquoessai suggeacutereacute utilisable pour effectuer des mesures conformeacutement agrave la norme CSA P9 est preacutesenteacute dans cette norme La figure 6 ci-dessous illustre une version simplifieacutee de ce scheacutema

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de la piegravece

combineacutes

Appareilsdeconditionnement

Eacutevents pour produits de combustion Appareils de

conditionnement de la piegravece

Salle drsquoessai

Isolant

Meacutelangeur

Approvisionnement en eau

Eacutevents pour air de combustion Conduite drsquoalimentation en combustible

Uniteacute drsquoessai des

systegravemes

Thermocouples Porte Fenecirctre

Mesure de la tempeacuterature et du deacutebit de lrsquoeau

Conduite drsquoair de retour

Thermocouples

Mesure de la tempeacuterature et de lrsquohumiditeacute de lrsquoair

Air drsquoappoint

Mesure du deacutebit drsquoair

Figure 6 Scheacutema simplifieacute illustrant le montage utiliseacute pour exeacutecuter les essais conformeacutement agrave la norme P9 (composants individuels du systegraveme combineacute non illustreacutes)

Le scheacutema preacutesente un dispositif de mesure de lrsquoenthalpie de lrsquoair dans un tunnel baseacute Vsur la norme ASHRAE 37 Lrsquoappareil de mesure de lrsquoair illustreacute sur la figure de la norme utilise un ajutage et un ventilateur drsquoeacutequilibrage pour pouvoir appliquer une technique de mesure du deacutebit drsquoair neacutecessitant une pression diffeacuterentielle eacuteleveacutee (entre 1 et 4 pouces drsquoeau) dans lrsquoajutage Lorsqursquoil est utiliseacute avec des manomegravetres preacutecis cet appareil offre une preacutecision de mesure eacuteleveacutee de lrsquoordre de 1 agrave 2 du deacutebit drsquoair et il geacutenegravere un deacutebit drsquoair bien meacutelangeacute qui permet de mesurer avec preacutecision la tempeacuterature du deacutebit de lrsquoair drsquoalimentation

La norme P9 preacutecise que lrsquoajutage inteacutegreacute agrave lrsquoappareil de mesure de lrsquoenthalpie de lrsquoair en tunnel constitue une meacutethode acceptable pour mesurer le deacutebit drsquoair tout en approuvant expresseacutement (article 36) lrsquoapplication drsquoautres processus de mesure du deacutebit drsquoair agrave condition que les limites de preacutecision mentionneacutees dans la norme soient satisfaites Ceci donne la possibiliteacute drsquoutiliser une technique de mesure du deacutebit drsquoair plus directe ne neacutecessitant pas lrsquoutilisation drsquoun appareil comportant un ventilateur drsquoeacutequilibrage Dans certains cas lrsquoutilisation drsquoune chambre de mesure de deacutebit avec un ventilateur drsquoeacutequilibrage pour reacutegler la pression statique de la conduite drsquoair drsquoalimentation a impliqueacute des problegravemes de stabiliteacute avec des moteurs agrave CE qui ont eacuteteacute

Ressources naturelles Canada CanmetEacuteNERGIE 37 Guide agrave lrsquoattention des fabricants drsquoappareils de chauffage combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessai conformeacutement agrave la norme CSA P9

programmeacutes pour un deacutebit drsquoair constant il est donc avantageux drsquoeacuteviter les ventilateurs drsquoeacutequilibrage

91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz

De nombreux fabricants concevant des systegravemes combineacutes eacutevolueacutes integravegreront des instruments conccedilus pour mesurer la consommation drsquoeacutenergie eacutelectrique la consommation du combustible les performances de combustion la tempeacuterature et la pression (pression du collecteur de gaz pression statique des conduites etc) Si de tels eacutequipements de mesure ne sont pas offerts ilest recommandeacute de les preacutevoirLes compteurs de facturation des compagnies de gaz et drsquoeacutelectriciteacute devraient offrir une preacutecision et une reacutesolution suffisantes pour les essais de deacuteveloppement du produit

92 Enregistreur de donneacutees

Les fabricants devront eacutegalement avoir accegraves agrave un systegraveme drsquoenregistrement de donneacutees dans le cadre de leur travail Il est conseilleacute de preacutevoir un enregistreur qui offre une preacutecision et un nombre de canaux de mesures suffisants pour les tacircches agrave accomplir On estime qursquoil faudra environ huit (8) canaux pour mesurer la tempeacuterature plus quelques canaux analogiques ou numeacuteriques pour prendre en compte les donneacutees des deacutebitmegravetres des transducteurs de pression etc (analogiques ou numeacuteriques selon lrsquoinstrument de mesure seacutelectionneacute) De nombreux fournisseurs proposent un large eacuteventail drsquoenregistreurs de donneacutees Campbell Scientific Fluke Instruments Omega et Measurement Computing (personal DAQ) figurent parmi les fabricants qui proposent des enregistreurs de donneacutees de petite eacutechelle pouvant ecirctre pris en compte Il est recommandeacute de se pencher sur lrsquoassistant logiciel de lrsquoenregistreur de donneacutees seacutelectionneacute au moment drsquoeacutevaluer lrsquoeacutequipement Si le fabricant ne souhaite pas investir dans un enregistreur de donneacutees la location demeure une option mecircme si les eacuteconomies preacutevues dans le cas drsquoune location agrave court terme semblent ecirctre faibles

93 Deacutebit drsquoair

Pour mesurer le deacutebit drsquoair pendant les essais agrave lrsquointerne il est recommandeacute drsquoutiliser une grille de deacutebit drsquoair avec eacutetablissement de moyenne installeacutee dans la conduite drsquoair drsquoalimentation en conjonction avec un manomegravetre diffeacuterentiel de preacutecision De nombreux fournisseurs proposent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans un large eacuteventail de tailles et ces deacutebitmegravetres sont relativement peu chers car ils sont souvent utiliseacutes dans des systegravemes commerciaux de chauffage et de refroidissement agrave deacutebit drsquoair variable Si lrsquoon fait une recherche dans Google en utilisant le segment laquo deacutebitmegravetres drsquoair raquo on trouve plusieurs fournisseurs et liens permettant

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drsquoobtenir de plus amples informations sur le sujet Nailor Industries Inc et Dwyer Instruments sont deux socieacuteteacutes quioffrent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans une grande varieacuteteacute de tailles de conduites

94 Manomegravetres

On trouve eacutegalement de nombreux manomegravetres diffeacuterentiels sur le marcheacute dont les modegraveles varient des manomegravetres agrave tube inclineacute aux transducteurs numeacuteriques de preacutecision Il est important de bien faire correspondre la plage de mesure du transducteur ou du manomegravetre avec la pression fournie par le deacutebitmegravetre sur la plage de deacutebits drsquoair preacutevue Dans le cas des transducteurs numeacuteriques des instruments capacitifs sont reacuteputeacutes bien fonctionner dans la plage de pression diffeacuterentielle basse qui serait normalement prescrite (environ 05 pouce de diffeacuterence de colonne drsquoeau) Setra Instruments MKS Instruments (Baratron) Dwyer Instruments et drsquoautres socieacuteteacutes proposent des transducteurs de pression diffeacuterentielle capacitifs plage basse adapteacutes

95 Tempeacuteratures

Les tempeacuteratures drsquoair drsquoarriveacutee et de sortie peuvent ecirctre mesureacutees en utilisant des thermocouples des thermistances ou des capteurs de conduite geacuteneacuterant une valeur moyenne Du fait de son bas coucirct de sa faciliteacute drsquoutilisation et de sa preacutesence agrave grande eacutechelle sur le marcheacute le thermocouple semble ecirctre lrsquoinstrument approprieacute pour cette application Il est possible de fabriquer un reacuteseau de thermocouples agrave partir drsquoune bobine de fil de thermocouple et de les raccorder entre eux en parallegravele de maniegravere agrave geacuteneacuterer une seule donneacutee repreacutesentant la valeur moyenne De nombreux fournisseurs offrent des fils agrave thermocouple notamment les socieacuteteacutes Thermo Electric Company Inc Omega Inc Watlow Inc etc Il est eacutegalement possible de fabriquer des sondes de tempeacuterature agrave partir des mecircmes fils de thermocouple pour surveiller drsquoautres paramegravetres tels que les tempeacuteratures drsquoeau Il est important de bien utiliser un fil agrave thermocouple plutocirct qursquoun fil de rallonge de lrsquoeacutechelle de mesure identique mais moins preacutecis

96 Mesures du cocircteacute eau

Pour effectuer des mesures du cocircteacute eau dans les serpentins il est neacutecessaire de posseacuteder un deacutebitmegravetre et des sondes de tempeacuterature Ces mesures pourraient ecirctre reacutealiseacutees en utilisant des capteurs distincts (deacutebitmegravetre drsquoeau et sondes de tempeacuterature distinctes par exemple) Il est important de srsquoassurer que lrsquoinsertion drsquoun deacutebitmegravetre dans la boucle drsquoeau ne modifie pas le deacutebit de la pompe de circulation Cela est particuliegraverement important avec des circulateurs agrave faible puissance geacuteneacuteralement utiliseacutes dans des applications combineacutees pour lesquelles lrsquoinstallation drsquoun deacutebitmegravetre agrave turbine conventionnel agrave baisse de pression eacuteleveacutee peut restreindre le deacutebit drsquoeau Ilexiste des deacutebitmegravetres preacutecis sans perte de pression eacuteleveacutee Certains appareils

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peuvent ecirctre acheteacutes deacutejagrave conditionneacutes avec des sondes de tempeacuterature en guise de laquo compteurs drsquoeacutenergie raquo Ils mesurent simultaneacutement les tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de lrsquoeau de retour ainsi que le deacutebit de lrsquoeau et calculent directement le flux drsquoeacutenergie en srsquoappuyant sur ces mesuresKamstrup Siemens Badger Meters Elster Metering ABB Meters et drsquoautres socieacuteteacutes offrent ce type drsquoappareils Les compteurs drsquoeacutenergie autonomes sont habituellement configureacutes avec certains dispositifs permettant de lire les diffeacuterents paramegravetres ainsi que les flux drsquoeacutenergie calculeacutes La plupart offre une fonction de stockage des donneacutees internes etou des sorties numeacuteriques pouvant ecirctre interfaceacutees avec des enregistreurs de donneacutees externes

97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne

La norme CSA P9 exige que le chauffage des locaux soit deacutefini en utilisant deux mesures (cocircteacute air et cocircteacute eau) avec une entente dans une toleacuterance acceptable pour la mise agrave lrsquoessai du systegraveme de chauffage de locaux agrave pleine capaciteacute constant Dans le cas des mesures agrave lrsquointerne entreprises par un fabricant dans le cadre drsquoun projet de deacuteveloppement de produit cibleacute lrsquoentente entre les mesures du cocircteacute air et du cocircteacute eau nrsquoest pas forceacutement requise On suggegravere aux fabricants de se concentrer sur les mesures qui ciblent la strateacutegie de controcircle ou de composant propre agrave lrsquoeacutetude Par exemple si des strateacutegies diffeacuterentes de temporisation du ventilateur ou laquo apregraves fonctionnement raquo sont eacutevalueacutees il est bien plus important de se concentrer sur les mesures du cocircteacute air que drsquoessayer drsquoatteindre un eacutequilibre entre le cocircteacute air et le cocircteacute eau Selon la quantiteacute drsquoeacutenergie laisseacutee dans le serpentin drsquoeau lorsque le ventilateur de soufflante srsquoarrecircte et drsquoautres pertes drsquoeacutenergie du systegraveme il est possible qursquoil nrsquoy ait pas drsquoeacutequilibre drsquoeacutenergie entre les mesures du cocircteacute air et les mesures du cocircteacute eau mecircme avec un instrument des mesures et des calculs laquo parfaits raquo

La norme CSA P9 exige une mesure du deacutebit drsquoair et des tempeacuteratures au moins toutes les cinq (5) secondes Dans le cas des essais agrave lrsquointerne cette freacutequence pourrait ecirctre assouplie pour certaines eacutetapes drsquoessai Par ailleurs une conformiteacute totale agrave la norme P9 suppose un controcircle preacutecis de la tempeacuterature de la salle drsquoessai ougrave se trouve le systegraveme combineacute en vue des essais ainsiqursquoun controcircle preacutecis de la tempeacuterature de lrsquoeau de la ville Dans le cas des essais de deacuteveloppement agrave lrsquointerne ces exigences peuvent eacutegalement ecirctre assouplies agrave condition que les tempeacuteratures ne varient pas trop pendant les essais Un espace commercial conditionneacute ayant une dimension raisonnable ferait lrsquoaffaire au moins pour les phases drsquoessai et de deacuteveloppement initiales

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Flue(combustionmeasurements)

SupplyAirtoSpaceHeatingPlenum

(optionalzonedampers)

ReturnAir

CityWater

TanklessWaterHeater

HotWaterSupplyfromWaterHeater

DHW

CoolWaterreturntoWaterheater

Temperaturemeasurementpoints

Fuelmeter

Flowmeter

Electricalmeteringnotshown

Circulator

98 Agencement des instruments

La figure 7 preacutesente un scheacutema simplifieacute permettant drsquoillustrer lrsquoagencement geacuteneacuteral des emplacements et des paramegravetres de mesure en vue de la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute de chauffe-eau instantaneacute agrave condensation Le deacutebit drsquoair qui traverse la conduite drsquoalimentation du systegraveme de traitement drsquoair sera surveilleacute en utilisant un deacutebitmegravetre agrave valeur moyenne et un manomegravetre (non illustreacute) tel que cela est deacutecrit agrave lrsquoarticle 73

T

T

T T

T T

Alimentation en eau chaude provenant du chauffe-eau

Conduit (mesures de combustion)

Eau chaude domestique

Systegraveme de mesure du combustible

Air dereprise

Retourde lrsquoeau froide vers lechauffe-eau

Chauffe-eau instantaneacute

Air drsquoalimentation achemineacute versle pleacutenum de chauffage(registres de zone facultatifs)

Eau municipale

Deacutebitmegravetre

T

(compteur eacutelectrique non illustreacute)

Points de mesure de la tempeacuterature Circulateur

Figure 8 Scheacutema de mesure simplifieacute applicable agrave la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute baseacute sur un chauffe-eau instantaneacute

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CanmetEacuteNERGIE CanmetEacuteNERGIE de Ressources naturelles Canada est un chef de file canadien dans le domaine de la recherche et deacuteveloppement en eacutenergie propre Les travaux de nos speacutecialistes portent sur lrsquoapprovisionnement drsquoeacutenergie propre agrave partir de combustibles fossiles et de sources renouvelables la gestion de lrsquoeacutenergie et les systegravemes de distribution ainsi que sur les technologies et processus avanceacutes pour les utilisations finales En veillant agrave ce que le Canada soit agrave la fine pointe des technologies sur lrsquoeacutenergie propre nous ameacuteliorons la qualiteacute de vie des Canadiens en creacuteant un avantage durable en matiegravere de ressources

Bureau central Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) 580 rue Booth 1 promenade Oil Patch 1 promenade Haanel 161 boulevard Lionel-Boulet Ottawa (Ontario) Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) Canada Canada Canada Canada K1A 0E4 T9G 1A8 K1A 1M1 J3X 1S6

  • Guide pour les fabricants drsquoappareils de chauffage combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessai conformeacutement agrave la norme CSA P9
    • Remerciements
    • 1 Reacutesumeacute
    • 2 Systegravemes agrave zones
    • Table des matiegraveres
    • Liste des tableaux et figures
    • 3 Contexte
      • 31 Objet
      • 32 Public cible
      • 33 Marcheacute
      • 34 Pratiques en vigueur dans lrsquoindustrie
      • 35 Expeacuterience en matiegravere drsquoeacutevaluation
      • 36 Deacutefi principal Utiliser des chauffe-eau pour chauffer des locaux de maniegravere eacuteconergeacutetique
      • 37 Approche par eacutetapes
        • 4 Charges de calcul ndash performances selon la norme CSA p9
          • 41 Facteur de performance thermique (FPT)
          • 42 Chauffage de lrsquoeau
          • 43 Chauffage des locaux
          • 44 Importance relative des charges de chauffage des locaux et de lrsquoeau
            • 5 Chauffage de lrsquoeau domestique
            • 6 Conception des systegravemes combineacutes
              • 61 Incidence des pondeacuterations de charge
                • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                • Reacuteduction des tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour
                  • 62 Strateacutegies de conception
                  • 63 Strateacutegie 1 Tempeacuterature drsquoeau constante
                    • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                    • Serpentin(s) de chauffage des locaux
                    • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                    • Illustration des performances selon la norme P9
                    • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                      • 64 Strateacutegie 2 Tempeacuterature drsquoeau variable
                        • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                        • Serpentin(s) de chauffage de locaux
                        • Conditions de chauffage de locaux en charge partielle
                        • Illustration des performances P9
                        • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                            • 7 Commandes
                              • Commandes indirectes baseacutees sur la tempeacuterature
                              • Commandes indirectes baseacutees sur le minuteur
                              • Controcircle direct
                              • Chauffe-eau -Mode de chauffage de lrsquoeau du robinet
                                • 8 Composants
                                  • 81 Systegraveme de traitement drsquoair
                                  • 82 Serpentins de chauffage de locaux
                                  • 83 Moteur de ventilateur
                                  • 84 Circulateurpompe
                                  • 85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)
                                  • 86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau
                                  • 87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes
                                    • 9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes
                                      • 91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz
                                      • 92 Enregistreur de donneacutees
                                      • 93 Deacutebit drsquoair
                                      • 94 Manomegravetres
                                      • 95 Tempeacuteratures
                                      • 96 Mesures du cocircteacute eau
                                      • 97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne
                                      • 98 Agencement des instruments
Page 6: Guide pour les fabricants d’appareils de chauffage ...€¦ · Le présent rapport explique comment la norme d’essai P.9 pondère le rendement dans différents modes de fonctionnement

Table des matiegraveres

Remerciements i 1 Reacutesumeacute ii 2 Systegravemes agravezones iv 3 Contexte 4

31 Objet4 32 Public cible4 33 Marcheacute 4 34 Pratiques en vigueur dans lrsquoindustrie 5 35 Expeacuterience en matiegravere drsquoeacutevaluation6 36 Deacutefi principal Utiliser des chauffe-eau pour chauffer des

locaux de maniegravere eacuteconergeacutetique6 37 Approche par eacutetapes 7

4 Charges de calcul ndash performances selon la norme CSA p9 8 41 Facteur de performance thermique (FPT) 8 42 Chauffage de lrsquoeau9 43 Chauffage des locaux10 44 Importance relative des charges de chauffage des locaux et de lrsquoeau11

5 Chauffage de lrsquoeau domestique14 6 Conception des systegravemes combineacutes17

61 Incidence des pondeacuterations de charge17 62 Strateacutegies de conception17 63 Strateacutegie 1 Tempeacuterature drsquoeau constante18 64 Strateacutegie 2 Tempeacuterature drsquoeau variable22

7 Commandes25 8 Composants 31

81 Systegraveme de traitement drsquoair31 82 Serpentins de chauffage de locaux31 83 Moteur de ventilateur 33 84 Circulateurpompe 34 85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure

de pression laquo Petersquos Plug raquo)34

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1

86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau 35

87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes35

9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes36

91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz 38 92 Enregistreur de donneacutees 38 93 Deacutebit drsquoair 38 94 Manomegravetres 39 95 Tempeacuteratures 39 96 Mesures du cocircteacute eau 39 97 Eacutecarts par rapport agravelanorme P9dans le cas des travaux en interne 40 98 Agencement des instruments 41

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Liste des tableaux et figures

Tableau 1 Consommation drsquoeacutenergie totale pour un systegraveme combineacute de 10 kW iii

Tableau 2 Charges thermiques annuelles (kWhan) de la norme P9 applicables aux systegravemes combineacutes affichant des puissances nominales de chauffage des locaux de 5 10 et 15 kW12

Tableau 3 Pondeacuterations de charge de la norme P9 pour des systegravemes combineacutes affichant des puissances nominales de chauffage des locaux de 5 10 et 15 kW 12

Tableau 4 Comparaison des caracteacuteristiques de rendement eacutenergeacutetique de la norme P7 pour deux chauffe-eau theacuteoriques16

Tableau 5 Performances drsquoun systegraveme combineacute theacuteorique affichant une puissance de chauffage des locaux de 10 kW en utilisant une strateacutegie simple de commande de point de consigne de tempeacuterature drsquoeau unique (capaciteacute de chauffage des locaux compenseacutee par des cycles de marche-arrecirct) 20

Tableau 6 Performances drsquoun systegraveme de chauffage combineacute theacuteorique offrant une puissance de chauffage des locaux de 10 kW en utilisant une strateacutegie de controcircle de tempeacuteratures drsquoeau et de vitesses de ventilateur variables (variation de la capaciteacute de chauffage des locaux par modulation du deacutebit drsquoair et de la tempeacuterature de lrsquoeau)23

Figure 1 Courbe de charge-dureacutee pour le chauffage des locaux (tireacutee de la norme CSA P9-11) 10

Figure 2 Comparaison de la consommation drsquoeacutenergie pour le chauffage et lrsquoeau chaude (kWhan) dans le cas des systegravemes combineacutes de 10 kW et 5 kW 11

Figure 3 Logique de lrsquoalgorithme simplifieacute de commande de chauffe-eau pour un sceacutenario de chauffage en quatre eacutetapes 27

Figure 4 Illustration de lrsquoutilisation drsquoun capteur de deacutebit drsquoeau pour deacuteterminer une charge de chauffage drsquoeau potable30

Figure 5 Exemple de serpentin de chauffage de locaux laquo surdimensionneacute raquo utiliseacute dans une application de systegraveme de traitement drsquoair hydronique33

Figure 6 Scheacutema simplifieacute illustrant le montage utiliseacute pour exeacutecuter les essais conformeacutement agrave la norme P9 (composants individuels du systegraveme combineacute non illustreacutes)37

Figure 7 Scheacutema de mesure simplifieacute applicable agrave la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute baseacute sur un chauffe-eau instantaneacute 41

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3 Contexte

31 Objet

Le but du preacutesent document est de fournir aux fabricants de chauffe-eau agrave condensation agrave modulation fonctionnant agrave la demande une strateacutegie concernant la conception de systegravemes combineacutes capables de chauffer efficacement les locaux et lrsquoeau des reacutesidences et la faccedilon drsquoobtenir les reacutesultats drsquoessais selon la norme CSA P9 pour deacutemontrer cette capaciteacute

Tous les chauffe-eau destineacutes agrave ecirctre utiliseacutes dans des applications combineacutees doivent faire lrsquoobjet drsquoune approbation speacuteciale (et ecirctre certifieacutes) pour pouvoir ecirctre effectivement utiliseacutes dans les applications en question et ils doivent comporter une eacutetiquette indiquant qursquoils sont adapteacutes pour le chauffage combineacute de lrsquoeau et des locaux

32 Public cible

Le preacutesent document a eacuteteacute conccedilu pour aider

bull les gestionnaires agrave cerner rapidement une seule strateacutegie agrave adopter pour eacutelaborer un systegraveme combineacute agrave haute performance agrave eacuteliminer les risques lieacutes au processus de deacuteveloppement et agrave exploiter des ressources plus efficacement

bull les ingeacutenieurs en conception agrave seacutelectionner le chauffe-eau agrave acceacuteleacuterer le deacuteveloppement drsquoune strateacutegie de controcircle applicable au systegraveme combineacute et agrave eacutetablir des speacutecifications agrave lrsquoattention des fournisseurs de composants potentiels

33 Marcheacute

Les systegravemes de chauffage combineacutes ont gagneacute des parts de marcheacute dans le sud de lrsquoOntario dans le secteur des petites reacutesidences eacuteconergeacutetiquesMecircme siaucune statistique fiable nrsquoest disponible certaines sources de lrsquoindustrie estiment qursquoau moins 30 000 systegravemes combineacutes sont installeacutes chaque anneacutee sur le marcheacute des reacutesidences neuves de lrsquoOntario Bon nombre de ces systegravemes sont installeacutes dans des maisons preacutesentant des charges de chauffage de locaux maximales de 15 kW ou moins (mecircme lorsqursquoun facteur de surdimensionnement de 40 a eacuteteacute appliqueacute aux charges de chauffage de locaux)

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Lrsquoanneacutee passeacutee le programme ENERGY STAR pour les maisons neuves (ESMN) occupait une part de marcheacute repreacutesentant environ 20 des constructions en Ontario Les entrepreneurs en construction recherchent des systegravemes combineacutes offrant des taux de performance eacuteleveacutes lorsqursquoils sont mis agrave lrsquoessai et coteacutes conformeacutement agrave la norme CSA P9 En 2014 lrsquoensemble des systegravemes combineacutes utiliseacutes dans le cadre de lrsquoinitiative ESMN devra ecirctre coteacute selon la norme

34 Pratiques en vigueur dans lrsquoindustrie

Les chauffe-eau agrave la demande ont rapidement eacutevolueacute afin de mieux reacutepondre aux besoins nord-ameacutericains en matiegravere de chauffage drsquoeau chaude domestique et ameacuteliorer le rendement eacutenergeacutetique Les systegravemes peuvent deacutesormais fonctionner agrave une plage de deacutebit drsquoeau plus importante et assurer une modulation sur une grande plage En outre de nombreux systegravemes mettent en œuvre la technologie de la condensation

Lrsquoindustrie a commenceacute par eacutelaborer des systegravemes combineacutes en utilisant des chauffe-eau agrave reacuteservoir de stockage traditionnels et un ventilo-convecteur de systegraveme de traitement drsquoair afin drsquoassurer agrave la fois le chauffage de lrsquoeau et celui des locaux Bon nombre de ces appareils eacutetaient construits sur place et speacutecialement conccedilus pour reacutepondre aux charges en vigueur Le rendement eacutenergeacutetique des systegravemes combineacutes nrsquoeacutetait pas eacutevalueacute par rapport agrave une norme et faisait donc lrsquoobjet de moins drsquoattention

Les chauffe-eau agrave condensation offrent la possibiliteacute de mettre au point des systegravemes combineacutes bien plus efficaces en matiegravere de rendement eacutenergeacutetique Les systegravemes combineacutes permettent drsquoameacuteliorer la rentabiliteacute moyennant lrsquoutilisation drsquoun chauffe-eau agrave condensation Le fait de concevoir des systegravemes combineacutes en usine permet drsquooptimiser les fonctions combineacutees et les commandes associeacutees et de proposer des appareils haute performance produisant une condensation dans la plupart des modes de fonctionnement

Certains fabricants de chauffe-eau agrave la demande commencent agrave concevoir des composants mieux adapteacutes ainsi que des systegravemes combineacutes monoblocs Il se peut que ces fabricants soient moins sensibiliseacutes aux systegravemes agrave traitement drsquoair haute performance et aux commandes associeacutees qui pourraient srsquoaveacuterer neacutecessaires pour eacutelaborer un systegraveme monobloc haute performance Le preacutesent document fournit des renseignements de base concernant les speacutecifications et le controcircle des systegravemes de traitement drsquoair des reacutesidences ainsi que des deacutetails sur la conception et le controcircle drsquoun systegraveme combineacute haute performance type

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35 Expeacuterience en matiegravere drsquoeacutevaluation

CanmetEacuteNERGIE de Ressources naturelles Canada a eacutetudieacute les systegravemes combineacutes et leurs composants pendant de nombreuses anneacuteesLe centre a effectueacute des recherches et offert une expertise et un soutien techniques pour appuyer lrsquoeacutelaboration de la norme CSA P10 applicable aux systegravemes meacutecaniques inteacutegreacutes ainsi que celle de la norme subseacutequente CSA P9 visant les systegravemes combineacutes CanmetEacuteNERGIE a eacutegalement

bull eacutevalueacute les performances des systegravemes fabriqueacutes et construits sur place dans des laboratoires gouvernementaux et indeacutependants

bull surveilleacute et analyseacute les performances des systegravemes sur le lieu de lrsquoinstallation et dans les maisons du centre canadien des technologies reacutesidentielles Bon nombre de ces projets ont eacuteteacute reacutealiseacutes en partenariat avec drsquoautres organismes gouvernementaux et entreprises de distribution de gaz

bull conccedilu des composants de systegravemes combineacutes pour des applications speacuteciales telle que celle de la communauteacute agrave eacutenergie solaire Drake Landing

Le preacutesent rapport a eacuteteacute eacutelaboreacute en tenant compte des connaissances acquises dans le cadre de ces diverses initiatives

36 Deacutefi principal Utiliser des chauffe-eau pour chauffer des locaux de maniegravere eacuteconergeacutetique

Les chauffe-eau agrave la demande peuvent offrir de tregraves bonnes performances en mode de chauffage agrave eau chaude domestique avec des tempeacuteratures drsquoeau de reacuteseau de distribution basses et les puissances thermiques eacuteleveacutees requises pour satisfaire les besoins en eau chaude Ces appareils peuvent fonctionner particuliegraverement bien lorsqursquoils fournissent les grandes quantiteacutes drsquoeau chaude utiliseacutees dans les normes drsquoessai de chauffe-eau en vigueur pour eacutevaluer leurs performances en tant que chauffe-eau

En conditions de fonctionnement combineacute les performances offertes en mode de chauffage des locaux (charges partielles incluses) sont les plus importantes Mecircme si les charges thermiques instantaneacutees sont consideacuterablement infeacuterieures lorsque lrsquoon chauffe des locaux plutocirct que lorsque lrsquoon fournit des charges de chauffage drsquoeau maximales la dureacutee des charges de chauffage des locaux est bien plus importante Il pourrait ecirctre inteacuteressant de faire en sorte que le chauffe-eau offre une condensation en mode de chauffage des locaux car la tempeacuterature de lrsquoeau qui revient des serpentins de chauffage des locaux est geacuteneacuteralement plus eacuteleveacutee que la tempeacuterature drsquoarriveacutee drsquoeau municipale que le systegraveme doit chauffer pour fournir de lrsquoeau chaude potable Eacutetant donneacute que seule une petite partie des charges annuelles de chauffage de locaux du systegraveme est reacuteellement fournie lorsque le systegraveme fonctionne aux conditions de

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reacutegime la performance en charge partielle en mode de chauffage de locaux est particuliegraverement importante pour le rendement geacuteneacuteral du systegraveme Il est bien plus important drsquoobtenir drsquoexcellentes performances lors drsquoessais de chauffage de locaux en charge partielle plutocirct qursquoagrave pleine puissance nominale lorsque lrsquoon calcule le rendement geacuteneacuteral du systegraveme

Ilest possible drsquoobtenir des reacutesultats de performance eacuteleveacutee lorsque les composants eacuteconergeacutetiques sont bien adapteacutes et que le systegraveme drsquoexploitation commande intelligemment et simultaneacutement agrave la fois le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair

37 Approche par eacutetapes

Le preacutesent rapport invite les fabricants agrave suivre les eacutetapes ci-dessous avant de proposer un systegraveme combineacute haute performance

Eacutetape 1 Cerner les charges de conception qursquoil faut prendre en compte pour prendre toutes les deacutecisions concernant le systegraveme combineacute

Eacutetape 2 Seacutelectionner un chauffe-eau en mesure de fournir des performances eacuteleveacutees dans les applications mettant en œuvre des systegravemes combineacutes

Eacutetape 3 Seacutelectionner une strateacutegie de controcircle applicable au chauffe-eau et au systegraveme de traitement drsquoair qui reacuteduit au minimum les coucircts que le fabricant doit supporter pour fournir des systegravemes combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessaiselon la norme P9

Eacutetape 4 Seacutelectionner drsquoautres composants de systegravemes combineacutes (tels que des serpentins des moteurs de ventilateur et les commandes associeacutees)

Eacutetape 5 Exeacutecuter des essais agrave lrsquointerne afin drsquoeacutetablir les performances des systegravemes combineacutes de maniegravere agrave pouvoir les mettre agrave niveau selon les besoins avant de les expeacutedier agrave un laboratoire indeacutependant agrave des fins de veacuterification

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4 Charges de calcul ndash performances selon la norme CSA p9

41 Facteur de performance thermique (FPT)

Le FPT correspond agrave la mesure de performance eacutenergeacutetique cleacute de la norme CSA P9 Ce facteur combine les cotes de performance du chauffage des locaux et celles du chauffage de lrsquoeau et fait une moyenne pondeacutereacutee selon la charge des deux types de chauffage pour geacuteneacuterer la mesure de performance globale Lrsquoannexe B de la norme CSA P9 fournit des explications deacutetailleacutees sur la maniegravere dont les facteurs de pondeacuteration ont eacuteteacute eacutelaboreacutes et sur les raisons de leur eacutelaboration

La preacutesente section preacutesente quelques facteurs cleacutes ainsi qursquoun graphique (tableau 3) que les fabricants peuvent utiliser pour deacuteterminer les reacutesultats drsquoessai ayant la plus forte incidence sur le reacutesultat FPT de leurs produits

Comme le chauffage des locaux constitue geacuteneacuteralement la charge dominante au sein des maisons canadiennes la pondeacuteration du rendement global des systegravemes de chauffage combineacutes est domineacutee par le chauffage des locaux Les reacutesultats drsquoessai du chauffage des locaux en charge partielle offrent la pondeacuteration la plus importante pour deacuteterminer les performances de chauffage des locaux des systegravemes combineacutes et par conseacutequent le FPT

Les systegravemes combineacutes qui optimisent les performances de chauffage de locaux en charge partielle preacutesenteront des FPT plus eacuteleveacutes que les systegravemes conccedilus pour offrir des performances agrave pleine charge

Ilest possible de mettre en place des strateacutegies de controcircle intelligentes pendant les essais de rendement reacutealiseacutes conformeacutement agrave la norme CSA P9 Par exemple le systegraveme de controcircle peut commencer agrave fonctionner en mode de chauffage de locaux en acheminant une tempeacuterature plus basse au systegraveme de traitement drsquoair et en programmant une vitesse de ventilation infeacuterieure Il est possible drsquoaugmenter progressivement ces deux paramegravetres si la charge nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai speacutecifieacute De mecircme des strateacutegies de controcircle mettant en œuvre une fonction de deacutetection de charge tel qursquoun controcircle de reacuteglage exteacuterieur peuvent offrir des ameacuteliorations de rendement identiques et peuvent ecirctre simuleacutees pendant les essais Ceci est particuliegraverement important lorsque lrsquoon cherche agrave veacuterifier le rendement des systegravemes de chauffage de locaux en charge partielle

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42 Chauffage de lrsquoeau

Les normes drsquoessai applicables aux systegravemes de chauffage de lrsquoeau (norme P9 incluse) partent du principe que la charge de chauffage de lrsquoeau annuelle est de 4 400 kWh (environ 12 kWh par jour) pour chaque maison Dans la norme P9 la valeur de performance drsquoun systegraveme combineacute utiliseacute en tant que chauffe-eau est deacutesigneacutee laquo facteur de performance du chauffage de lrsquoeau raquo (FPCE) Mecircme si la norme P9 offre une souplesse accrue en ce qui a trait aux parameacutetrages des commandes compareacute aux normes reacutegissant des chauffe-eau autonomes le FPCE est analogue agrave une cote de facteur eacutenergeacutetique (FE) et les cotes numeacuteriques devraient ecirctre identiques

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43 Chauffage des locaux

Tout systegraveme de chauffage de locaux doit ecirctre capable de fournir sa puissance de chauffage de locaux nominale lorsque les commandes lrsquoexigent Par contre les systegravemes de chauffage de locaux ont uniquement besoin de fournir leur puissance de chauffage de pointe pour tout au plus quelques jours pendant lrsquoanneacutee La norme CSA P9 reconnaicirct que des systegravemes fonctionneront en conditions de charge partielle la plupart du temps et eacutenonce des cotes de rendement de chauffage de locaux baseacutees sur des essais directs impliquant des charges totales et partielles Les systegravemes combineacutes sont mis agrave lrsquoessai dans des conditions de charges eacutequivalant agrave 100 40 et 15 de leurs capaciteacutes de chauffage des locaux Les reacutesultats sont combineacutes de maniegravere agrave obtenir une efficaciteacute de chauffage composite (ECC) qui pondegravere plus fortement les conditions de charge partielle La formule associeacutee et la repreacutesentation graphique correspondante extraites de la norme P9 se preacutesentent comme suit

ECC = 01 de rendement net agrave 100 + 06 de rendement net agrave 40 + 03 de rendement net agrave 15

La figure 1 illustre la quantiteacute de charge de chauffage annuelle pouvant ecirctre reacutepartie vers diffeacuterents points drsquoexploitation

Pourcentage de la charge de chauffage annuelle

Figure 1 Courbe de charge-dureacutee pour le chauffage des locaux (tireacutee de la norme CSA P9-11)

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44 Importance relative des charges de chauffage des locaux et de lrsquoeau

Les commandes du systegraveme de chauffage combineacute sont pleinement fonctionnelles pendant tous les essais et ne sont pas reacutegleacutees manuellement une fois les premiers essais en cours Le choix du fabricant concernant la strateacutegie de controcircle les paramegravetres de tempeacuterature et de deacutebit drsquoair et drsquoeau et les composants utiliseacutes aura une incidence sur la capaciteacute de chauffage de pointe des locaux ainsique sur le rendement agrave la puissance maximale Les systegravemes preacutesentant des capaciteacutes de chauffage nominales infeacuterieures seraient normalement installeacutes pour chauffer des reacutesidences ayant des charges de calcul plus petites Comme nous lrsquoavons indiqueacute preacuteceacutedemment la norme P9 prescrit les mecircmes charges de chauffage drsquoeau pour tous les systegravemes mis agrave lrsquoessai peu importe la capaciteacute Par conseacutequent plus la capaciteacute de chauffage des locaux est petite plus lrsquoimportance relative du chauffage de lrsquoeau sur le FPT est grandeCe principe est illustreacute agrave la figure 2 qui preacutesente les charges annuelles relatives de chauffage drsquoeau et des locaux pour des systegravemes mixtes ayant des charges de chauffage des locaux nominales de 5 kW et 10 kW respectivement

25000 Chauffage des locaux Eau chaude domesZque (ECD)

20000

Consom

maZ

ondeacuten

ergie(kWhan) 20000

15000

10000 10000

4400 44005000

0 Puissance de chauffage des locaux Puissance de chauffage des locaux

de10 kW de5kW

Figure 2 Comparaison de la consommation drsquoeacutenergie pour le chauffage et lrsquoeau chaude (kWhan) dans le cas des systegravemes combineacutes de 10 kW et 5 kW

Les charges thermiques eacutenonceacutees dans la norme P9 sont deacutecrites dans le tableau 2 et les pondeacuterations relatives des reacutesultats drsquoessais de performance individuels dans le facteur de performance thermique (FPT) globalde la norme CSA P9 applicable aux

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systegravemes combineacutes offrant trois capaciteacutes de chauffage de locaux diffeacuterentes sont preacutesenteacutees dans le tableau 3

Tableau 2 Charges thermiques annuelles (kWhan) de la norme P9 applicables aux systegravemes combineacutes affichant des puissances nominales de chauffage des locaux de 5 10 et 15 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 5 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 10 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 15 kW

Chauffage des locaux Pleine charge

1 000 kWhan 2 000 kWhan 3 000 kWhan

Chauffage des locaux 40 de la charge

6 000 kWhan 12 000 kWhan 18 000 kWhan

Chauffage des locaux 15 de la charge

3 000 kWhan 6 000 kWhan 9 000 kWhan

Chauffage de lrsquoeau 4 400 kWhan 4 400 kWhan 4 400 kWhan

Total 14 400 kWhan 24 400 kWhan 34 400 kWhan

Tableau 3 Pondeacuterations de charge de la norme P9 pour des systegravemes combineacutes affichant des puissances nominales de chauffage des locaux de 5 10 et 15 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 5 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 10 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 15 kW

Chauffage des locaux Pleine charge

7 8 9

Chauffage des locaux 40 de la charge

42 49 52

Chauffage des locaux 15 de la charge

21 25 26

Chauffage de lrsquoeau 31 18 13

Total 100 100 100

Ilest important de consulter ces donneacutees avec un certain reculet de comprendre les pondeacuterations relatives des reacutesultats drsquoessai sur le FPT annuel On remarque que

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lrsquoincidence des performances du systegraveme pendant lrsquoessaide chauffage des locaux avec 40 de puissance nominale de chauffage de locaux sur la cote annuelle est la plus importante (42 agrave 52 ) suivie par lrsquoincidence des performances avec 15 de puissance nominale de chauffage des locaux (21 agrave 26 ) Les pondeacuterations de ces reacutesultats drsquoessai augmentent encore plus agrave mesure que la puissance nominale de chauffage des locaux deacutepasse la plage illustreacutee dans le tableau 3

Des rapports inteacuteressants eacutemanant de constructeurs de maisons de lrsquoOntario indiquent qursquoon installe plus souvent des systegravemes combineacutes dans des reacutesidences dont les charges de chauffage nominales se situent entre 7 et 10 kW Selon les codes drsquoinstallation des systegravemes de chauffage et les guides de dimensionnement recommandeacute de lrsquoindustrie les systegravemes combineacutes ayant des capaciteacutes de chauffage nominales comprises entre 10 et 15 kW conviendraient parfaitement agrave ce type de reacutesidences Dans le cas des systegravemes combineacutes inclus dans cette plage de capaciteacute les reacutesultats drsquoessai de chauffage des locaux en charge partielle ont une pondeacuteration drsquoenviron 75 dans la cote de performance thermique annuelle

En commenccedilant par un local dont le rendement du composant de chauffage de lrsquoeau du systegraveme combineacute est deacutejagrave eacuteconergeacutetique (voir lrsquoarticle 11) cette pondeacuteration permet de savoir ougrave il faut deacuteployer le plus gros effort au moment de concevoir un systegraveme de chauffage combineacute haute performance

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5 Chauffage de lrsquoeau domestique

La premiegravere eacutetape agrave suivre pour concevoir un systegraveme combineacute haute performance consiste agrave seacutelectionner le chauffe-eau approprieacute Cette section a pour but drsquoaider les fabricants agrave deacutenicher rapidement les modegraveles potentiels

Parmi les caracteacuteristiques que devraient avoir les chauffe-eau agrave la demande figurent

bull la modulation ndash performances de chauffage de lrsquoeau efficaces sur toute la plage depuis les deacutebits drsquoeau nominaux minimaux jusqursquoaux deacutebits maximaux

ndash rapport de reacuteglage eacuteleveacute

ndash capaciteacute agrave fournir suffisamment drsquoeau chaude pour reacutepondre agrave des besoins en chauffage de lrsquoeau typiques

ndash capaciteacute agrave fonctionner avec des deacutebits drsquoeau chaude minimauxDe nombreux chauffe-eau agrave la demande actuellement sur le marcheacute peuvent selon le classement de leur fabricant ecirctre utiliseacutes avec des deacutebits drsquoeau chaude de 2 Lmin (05 gal USmin) ou moins Certains systegravemes neacutecessitent des deacutebits plus importants

bull performance en matiegravere de condensation ndash ilsrsquoagit des performances nominales de condensation sur toute la plage des charges et des allures de chauffe

ndash commandes geacuterant de faccedilon approprieacutee le rapport combustible-deacutebit drsquoair de maniegravere agrave maintenir le rendement de la combustion quelle que soit la charge

ndash paramegravetres de commande optimiseacutes par la charge qui permettent de deacuteterminer lrsquoimportance et les types de charges et de reacuteagir en conseacutequence avec de meilleurs paramegravetres de commande pour que le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair fonctionnent ensemble

ndash cycles courts avant et apregraves la purge permettant de reacuteduire au minimum les temps de reacuteponse et les pertes laquo par cycle raquo et de reacuteduire la consommation drsquoeacutelectriciteacute

ndash faible consommation en mode drsquoalimentation de secours

ndash ventilation directe des produits de combustion afin drsquoeacuteviter lrsquoeacutemanation de combustible et les risques de deacutepressurisation

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Pour acceacuteleacuterer le processus de seacutelection du chauffe-eau de base il sera plus facile de commencer par consulter les donneacutees que le fabricant peut deacutetenir (ou qursquoil peut facilement produire) concernant ses propres produits en mode de chauffage drsquoeau Lrsquoobjectif est de commencer avec un geacuteneacuterateur de chaleur qui preacutesente un rendement eacutenergeacutetique nominal de 90 ou plus sur une grande plage de fonctionnement

Si le chauffe-eau qursquoon envisage drsquoutiliser en tant que moteur thermique ou geacuteneacuterateur de chaleur pour un systegraveme de chauffage combineacute monobloc ne reacutepond pas aux exigences ci-dessus il est recommandeacute de reacuteviser attentivement son choix Dans certains cas il est possible de seacutelectionner diffeacuterents composants diffeacuterentes commandes ou diffeacuterents paramegravetres de commande pour surmonter les lacunes en matiegravere de rendement Les possibiliteacutes drsquoameacuteliorer de faccedilon appreacuteciable les performances de chauffage drsquoeau drsquoun chauffe-eau agrave la demande sans affecter son certificat de seacutecuriteacute sont limiteacutees Du coup le fait de seacutelectionner un chauffe-eau diffeacuterent plus rentable sur le plan eacutenergeacutetique peut constituer un choix plus opportun

La norme canadienne drsquoessai et drsquoeacutevaluation CSA P7 applicable aux chauffe-eau agrave la demande fait eacutetat drsquoune tempeacuterature drsquoeau drsquoarriveacutee courante de 144 degC (58 degF) et drsquoune tempeacuterature de sortie de 577 degC (135 degF) pour les essais et lrsquoeacutevaluation des performances nominales Le tableau 4 compare les caracteacuteristiques de rendement eacutenergeacutetique de deux chauffe-eau agrave la demande theacuteoriques avec les systegravemes fonctionnant agrave plusieurs deacutebits drsquoeau diffeacuterents en utilisant les mecircmes hypothegraveses de tempeacuteratures drsquoeau que la norme P7 Bien que les eacutevaluations de performance maximale du premier modegravele soient supeacuterieures agrave celles du second modegravele (avec des deacutebits drsquoeau de 114 et 76 Lmin) les performances de chauffage ameacutelioreacutees du second modegravele agrave des deacutebits drsquoeau infeacuterieurs en font un meilleur candidat pour jouer le rocircle drsquoun geacuteneacuterateur de chaleur dans un systegraveme combineacute du fait du pourcentage de temps eacuteleveacute pendant lrsquoanneacutee durant lequel un systegraveme combineacute fonctionne agrave de faibles charges pour assurer le chauffage des locaux

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Tableau 4 Comparaison des caracteacuteristiques de rendement eacutenergeacutetique de la norme P7 pour deux chauffe-eau theacuteoriques

Deacutebit (Lmin) Deacutebit (gal USmin) Exemple modegravele 1

Exemple modegravele 2

114 3 95 92

76 2 95 90

38 1 83 92

19 05 79 92

Recommandation Choix mal adapteacute dans le cas drsquoun systegraveme combineacute

Choix mieux adapteacute dans le cas drsquoun systegraveme combineacute

On constate que les valeurs de rendement eacutenergeacutetique pour la plage de deacutebits drsquoeau utiliseacutes agrave des fins de deacutemonstration dans le tableau 4 ne seraient pas interchangeables avec les facteurs eacutenergeacutetiques (FE) coteacutes pour les mecircmes chauffe-eau eacutetant donneacute que les conditions eacutenonceacutees dans le tableau 4 ne correspondent pas aux installations meacutethodes drsquoessais et charges de chauffage drsquoeau speacutecifieacutees dans la norme CSA P7 applicable aux chauffe-eau agrave la demande Les valeurs de rendement eacutenergeacutetique theacuteoriques du tableau 4 sont preacutesenteacutees simplement pour deacutemontrer que les performances de chauffage de lrsquoeau de certains types de chauffe-eau peuvent changer agrave mesure que le deacutebit (p ex la charge de chauffage de lrsquoeau) change Les changements de rendement eacutenergeacutetique du systegraveme de chauffage de lrsquoeau en fonction de la charge ne sont pas complegravetement pris en compte dans les eacutevaluations de performance FE normaliseacutees applicables aux chauffe-eau Afin drsquoeacuteviter toute confusion il est recommandeacute drsquoutiliser lrsquoexpression laquo Facteur eacutenergeacutetique raquo (ou FE) uniquement pour deacutesigner des cotes drsquoessais de chauffe-eau standard eacutelaboreacutees agrave partir drsquoessais et de calculs respectant scrupuleusement la norme drsquoeacutevaluation CSA P7 applicable aux chauffe-eau agrave la demande ou la norme CSA P3 applicable aux chauffe-eau agrave reacuteservoir de stockage reacutesidentiels

Apregraves avoir eacutetudieacute le rendement eacutenergeacutetique des geacuteneacuterateurs de chaleur potentiels sur toutes leurs plages de fonctionnement preacutevues dans le cadre drsquoun systegraveme combineacute il est possible de seacutelectionner de maniegravere aviseacutee un chauffe-eau adapteacute aux applications preacutevues Une fois cette eacutetape reacutealiseacutee le fabricant de systegravemes de chauffage combineacutes doit opter pour une strateacutegie de controcircle avant de seacutelectionner les autres composants du systegraveme

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6 Conception des systegravemes combineacutes

61 Incidence des pondeacuterations de charge

Conditions de chauffage des locaux en charge partielle Pour obtenir une excellente cote drsquoessai selon la norme CSA P9 il faut avant tout se concentrer sur le chauffage des locaux en charge partielle Le rendement en conditions de chauffage de locaux en charge partielle permettra de deacuteterminer 90 de la cote drsquoefficaciteacute de chauffage composite (ECC) Dans le cas drsquoun systegraveme de chauffage combineacute offrant une puissance de chauffage drsquoespace nominale de 10 kW 75 de la valeur FPT seront deacuteduits agrave partir des reacutesultats de lrsquoessai en charge partielle Dans le cas drsquoun systegraveme offrant une puissance de chauffage des locaux de 15 kW les reacutesultats des performances de chauffage des locaux en charge partielle repreacutesenteront presque 80 du facteur de performance thermique global

Reacuteduction des tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour Les chauffe-eau qui preacutesentent drsquoexcellentes cotes avec des tempeacuteratures basses de lrsquoeau drsquoalimentation du reacuteseau principalfonctionneront moins bien sila tempeacuterature drsquoarriveacutee augmente La preacutesence de tempeacuteratures drsquoeau de retour plus chaudes pendant le mode de chauffage des locaux contribuera agrave reacuteduire le rendement eacutenergeacutetique Le fait de reacutepondre aux demandes de chauffage des locaux en utilisant des paramegravetres de commande qui reacuteduisent au minimum les tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour en conditions de charge partielle peut contribuer agrave optimiser le rendement de combustion

62 Strateacutegies de conception

Un des plus gros avantages du chauffe-eau agrave la demande tient au fait que theacuteoriquement il peut geacuteneacuterer diffeacuterentes tempeacuteratures drsquoeau drsquoalimentation pour satisfaire les charges de chauffage de lrsquoeau et des locaux Il peut eacutegalement faire varier du tout au tout la tempeacuterature de lrsquoeau qursquoil fournit pour satisfaire diffeacuterentes charges de chauffage des locaux Cet aspect est essentiel pour continuer de fournir le mecircme chauffage de lrsquoeau agrave un rendement eacuteleveacute et produire un chauffage des locaux agrave charge partielle tregraves efficace

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Nous allons passer en revue deux concepts de systegravemes combineacutes

bull la strateacutegie 1 utilise une tempeacuterature drsquoeau constante pour toutes les charges

bull la strateacutegie 2 consiste agrave faire varier la tempeacuterature de lrsquoeau en fonction de la charge

La premiegravere strateacutegie est celle qui neacutecessite le moins de changement compareacute aux pratiques actuelles elle correspond souvent au premier reacuteflexe Elle est preacutesenteacutee icidans le but principalde mettre en lumiegravere certains deacutefis inheacuterents en matiegravere de performance

La deuxiegraveme strateacutegie repreacutesente une option bien plus rentable pour atteindre des niveaux de performance eacuteleveacutes tant sur le terrain que lors des essais exeacutecuteacutes conformeacutement agrave la norme CSA P9 Lrsquoexpeacuterience montre qursquoelle offre un niveau de performance eacuteleveacute agrave un coucirct moindre pour le fabricant

Le fait drsquoutiliser une pompe agrave vitesse variable dans le systegraveme de traitement de lrsquoair peut eacutegalement ameacuteliorer le rendement eacutenergeacutetique La strateacutegie 2 est axeacutee sur une tempeacuterature drsquoalimentation variable les chauffe-eau agrave la demande pouvant offrir cette fonction plus rapidement Il est peu courant de voir des pompes agrave vitesse variable dans les appareils de traitement de lrsquoair pour lrsquoinstant

Pour ces exemples

bull les deux types de systegravemes combineacutes seront preacutesenteacutes en utilisant le mecircme chauffe-eau agrave la demande agrave condensation et agrave modulation

bull les pondeacuterations de performance FPT applicables agrave un systegraveme combineacute preacutesentant une charge nominale de chauffage de locaux de 10 kW seront utiliseacutees agrave titre indicatif pour illustrer chacune de ces strateacutegies

63 Strateacutegie 1 Tempeacuterature drsquoeau constante

Ce systegraveme de chauffage combineacute respecte la regravegle eacutetablie et preacutevoit uniquement lrsquoutilisation de composants plus efficaces pour ameacuteliorer les performancesIlarrive qursquoil soit souvent consideacutereacute en premier lieu car les commandes peuvent rester telles quelles dans un systegraveme pour lequel un fabricant fournit le chauffe-eau agrave la demande tandis qursquoun autre fabricant fournit le systegraveme de traitement drsquoair

Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair Le chauffe-eau ne sait pas si une demande concerne un chauffage de lrsquoeau ou un chauffage de locaux Il deacutetecte une demande et fournit de lrsquoeau chaude agrave une tempeacuterature constante Pour satisfaire la charge de chauffage de pointe des locaux il est geacuteneacuteralement reacutegleacute agrave 60 degC (140 degF) Le systegraveme de traitement drsquoair ne contribue pas eacutenormeacutement agrave faire grimper la puissance de chauffage de locaux Il utilise geacuteneacuteralement

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un ou deux reacuteglages de vitesse de ventilateur soufflant Eacutetant donneacute que le fonctionnement prolongeacute drsquoun ventilateur apregraves qursquoune demande de chauffage a eacuteteacute satisfaite peut entraicircner des problegravemes de confort dus agrave des courants drsquoair froid le fonctionnement subseacutequent du ventilateur ne sera pas mis en œuvre ou sera mis en œuvre en utilisant uniquement des temps de fonctionnement courts Dans les deux sceacutenarios la chaleur sera retenue dans le serpentin et les conduites pour se dissiper par la suite pendant les peacuteriodes de deacutesactivation

Serpentin(s) de chauffage des locaux Si lrsquoon veut amplifier lrsquoefficaciteacute eacutenergeacutetique du systegraveme en mode de chauffage des locaux ilest impeacuteratif de reacuteduire au minimum les tempeacuteratures de lrsquoeau de retourDes serpentins laquo surdimensionneacutes raquo ont eacuteteacute conccedilus en vue drsquooptimiser la baisse de tempeacuterature dans lrsquoeacutechangeur de chaleur en conditions de chauffage des locaux

Conditions de chauffage des locaux en charge partielle Le systegraveme de traitement drsquoair se met en route et srsquoarrecircte pour srsquoadapter aux conditions de charge partielle ce qui a pour effet de deacuteclencher des demandes associeacutees sur le chauffe-eau

Illustration des performances selon la norme P9 Le tableau 5 donne un aperccedilu theacuteorique du type de performance que lrsquoon pourrait geacuteneacuteralement obtenir en utilisant une strateacutegie impliquant un point de consigne de tempeacuterature unique

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Tableau 5 Performances drsquoun systegraveme combineacute theacuteorique affichant une puissance de chauffage des locaux de 10 kW en utilisant une strateacutegie simple de commande de point de consigne de tempeacuterature drsquoeau unique (capaciteacute de chauffage des locaux compenseacutee par des cycles de marche-arrecirct)

Mode de fonctionne -ment

Pondeacuter-ation

Temp de lrsquoeau drsquoalimentati on (degF)

Temp de lrsquoeau de retour du reacuteseau principal (degF)

Deacutebit du systegraveme de traitement drsquoair (pi3min)

Mesure de la performance eacutenergeacutetique mode activeacute deacutesactiveacute ()

Contribution FPT

Chauffage des locaux 100

8 140 120 800 85 007

Chauffage des locaux 40

49 140 120 800 80 039

Chauffage des locaux 15

25 140 120 800 75 018

Chauffage de lrsquoeau

18 140 58 mdash 92 017

Total 100 081

Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables bull Performances globales Une cote de facteur de performance totale (FPT) de 092

placerait le systegraveme combineacute dans la plage des performances eacuteleveacutees

bull Performances en mode de chauffage de lrsquoeau Comme dans le cas du sceacutenario impliquant un point de consigne de tempeacuterature unique le systegraveme assure une condensation en mode de chauffage de lrsquoeau avec un FPCE de 92 Il serait possible drsquoameacuteliorer leacutegegraverement lrsquoefficaciteacute du systegraveme de chauffage de lrsquoeau si un point de consigne de tempeacuterature de lrsquoeau infeacuterieur agrave la valeur de 140 degF utiliseacutee dans le premier cas de figure eacutetait appliqueacute La norme P9 permet drsquoutiliser un point de consigne pouvant descendre jusqursquoagrave 120 degF dans le cas de lrsquoeau potable La tempeacuterature de consigne nrsquoa plus besoin drsquoecirctre la mecircme que celle requise pour une charge de chauffage de locaux maximale il est donc possible de la reacuteduire agrave la plage de 120 degF Pour simplifier la comparaison des deux systegravemes dans les tableaux 5 et 6 aucun point de consigne de systegraveme de chauffage drsquoeau potable reacuteduit nrsquoa pas eacuteteacute inclus dans le tableau 6

Ressources naturelles Canada CanmetEacuteNERGIE 20 Guide agrave lrsquoattention des fabricants drsquoappareils de chauffage combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessai conformeacutement agrave la norme CSA P9

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge totale Dans ce mode le rendement eacutenergeacutetique est plus faible La tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation doit ecirctre au plus haut pour satisfaire la charge la tempeacuterature de lrsquoeau de retour sera donc elle aussiplus eacuteleveacutee dans ce modeComme le systegraveme fonctionnera rarement dans ce mode cette mauvaise performance ne repreacutesente qursquoune petite fraction de la pondeacuteration FPT

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge partielle Les tempeacuteratures drsquoalimentation du systegraveme de chauffage de lrsquoeau sont abaisseacutees progressivement pour satisfaire des demandes en charge partielle moindres Les tempeacuteratures peuvent ecirctre abaisseacutees bien en deccedilagrave du reacuteglage preacutevu pour le chauffage de lrsquoeau du robinet Cette condition se traduit par des tempeacuteratures drsquoeau de retour plus basses qursquoen conditions de charge totale Ces deux facteurs font que lrsquoefficaciteacute est plus importante en conditions de charge partielle qursquoen conditions de charge totale Le chauffe-eau fonctionnera en mode de condensation pour les deux points de charge de chauffage de locaux (40 et 15 )

bull Vitesse de ventilateur Eacutetant donneacute que la puissance de chauffage requise diminue la vitesse de ventilateur diminue aussiCela se traduit par un niveau sonore reacuteduit un fonctionnement du ventilateur plus long avec des cycles moins freacutequents et une reacuteduction importante de la consommation drsquoeacutenergie Cette condition peut aussi reacuteduire les plaintes lieacutees au confort le fonctionnement plus long agrave des deacutebits drsquoair reacuteduits ameacuteliorant la reacutepartition de lrsquoair chaud pendant les saisons intermeacutediaires

bull Controcircle de la tempeacuterature de lrsquoair inteacuterieur Le fait de moduler la puissance de chauffage en faisant varier la tempeacuterature de lrsquoeau et la vitesse du ventilateur peut se traduire par une tempeacuterature drsquoair inteacuterieur plus homogegravene avec des eacutecarts de tempeacuteratures moins grands au-dessus et au-dessous des points de consigne du thermostat Ce pheacutenomegravene pourrait inciter les proprieacutetaires de reacutesidence agrave augmenter le point de consigne de chauffage pour eacutetablir des conditions de confort acceptables

bull Incidences sur le zonage Le zonage sera plus compliqueacute avec un systegraveme affichant une puissance fixe et une vitesse de ventilateur unique

Ilest possible drsquoameacuteliorer la strateacutegie 1 en augmentant encore la dimension drsquoun serpentin deacutejagrave surdimensionneacute dans le systegraveme de traitement drsquoair Cette option implique toutefois des limites pratiques car des serpentins bien plus grands neacutecessiteront une plus grande quantiteacute de cuivre et un formage plus important et cela accentuera le coucirct total du systegraveme sans compter qursquoil faudra aussi preacutevoir des armoires plus grandes pour le systegraveme de traitement drsquoair De plus les pertes de chaleur par cycle augmenteront et il sera plus difficile drsquoobtenir des performances eacuteleveacutees en charge partielle Le fait drsquoappliquer la strateacutegie 1 agrave un systegraveme de chauffage combineacute agrave haute performance peut srsquoaveacuterer trop oneacutereux pour valoir le coup

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64 Strateacutegie 2 Tempeacuterature drsquoeau variable

Cette meacutethode est identique agrave celle appliqueacutee dans les appareils de chauffage agrave air chaud multieacutetage Le principe consiste agrave faire fonctionner le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair ensemble pour optimiser le rendement eacutenergeacutetique tout en reacuteduisant au minimum le coucirct et la complexiteacute des composants

Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair Cette strateacutegie consiste agrave exploiter avantageusement la capaciteacute inteacutegreacutee du chauffe-eau pour faire varier la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation La tempeacuterature du point de consigne du chauffe-eau varie en fonction de la charge de chauffage des locaux On utilise des reacuteglages de tempeacuterature drsquoeau drsquoalimentation faibles pour satisfaire aux conditions de chauffage des locaux en charge partielle On fait eacutegalement varier les vitesses du ventilateur du systegraveme de traitement drsquoair en srsquoappuyant sur un principe de controcircle de reacuteglage exteacuterieur ou de minuterie pour augmenter les paramegravetres Lorsqursquoune demande de chaleur a eacuteteacute satisfaite le ventilateur continue de fonctionner agrave des vitesses reacuteduites pour eacuteviter les problegravemes lieacutes aux courants froids et au bruit Du coup le serpentin et les conduites retiennent moins de chaleur et on deacuteplore moins de perte de chaleur par la suite compareacute au premier cas de figure Le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair doivent tous deux cerner la demande qursquoils sont censeacutes satisfaire Leurs commandes ne doivent pas pour autant ecirctre physiquement inteacutegreacutees drsquoune faccedilon ou drsquoune autre Cette strateacutegie de controcircle est traiteacutee plus en deacutetail agrave la section 40

Serpentin(s) de chauffage de locaux Pour simplifier la comparaison nous partirons du principe que des serpentins laquo surdimensionneacutes raquo similaires sont utiliseacutes comme dans le premier cas de figure de sorte que les performances du chauffage de pointe des locaux soient identiques dans les deux cas

Conditions de chauffage de locaux en charge partielle Le chauffe-eau relegraveve une demande de chauffage de locaux et se met en route en acheminant une eau drsquoalimentation agrave basse tempeacuterature au systegraveme de traitement drsquoair Si la demande de chauffage nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute le chauffe-eau augmente progressivement la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation Le systegraveme de traitement drsquoair surveille la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation et augmente progressivement la vitesse du ventilateur lorsque la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation est plus eacuteleveacutee

Illustration des performances P9 Le tableau 6 donne une preacutesentation theacuteorique du type de rendement que lrsquoon peut obtenir en appliquant une strateacutegie de controcircle simple mettant en œuvre des

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tempeacuteratures drsquoeau et des vitesses de ventilateur variables Les tempeacuteratures et les deacutebits drsquoair du ventilateur preacutesenteacutes dans le tableau 6 ont eacuteteacute choisis agrave titre indicatif uniquement Ils ne repreacutesentent pas des reacuteglages pleinement optimiseacutes applicables agrave un systegraveme de chauffage combineacute

Tableau 6 Performances drsquoun systegraveme de chauffage combineacute theacuteorique offrant une puissance de chauffage des locaux de 10 kW en utilisant une strateacutegie de controcircle de tempeacuteratures drsquoeau et de vitesses de ventilateur variables (variation de la capaciteacute de chauffage des locaux par modulation du deacutebit drsquoair et de la tempeacuterature de lrsquoeau)

Mode de fonctionne -ment

Pondeacuter-ation

Temp de lrsquoeau drsquoalimen-tation (degF)

Temp de lrsquoeau de retour du reacuteseau principal (degF)

Deacutebit du systegraveme de traitement drsquoair (pi3min)

Mesure de la performance eacutenergeacutetique mode activeacute deacutesactiveacute ()

Contribution FPT

Chauffage des locaux 100

8 140 120 800 85 007

Chauffage des locaux 40

49 110 102 600 92 045

Chauffage des locaux 15

25 90 87 500 94 023

Chauffage de lrsquoeau

18 140 58 --- 92 016

Total 100 092

Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables bull Performances globales Une cote de facteur de performance totale (FPT) de 092

placerait le systegraveme combineacute dans la plage des performances eacuteleveacutees

bull Performances en mode de chauffage de lrsquoeau Comme dans le cas du sceacutenario impliquant un point de consigne de tempeacuterature unique le systegraveme assure une condensation en mode de chauffage de lrsquoeau avec un FPCE de 92 Il serait possible drsquoameacuteliorer leacutegegraverement lrsquoefficaciteacute du systegraveme de chauffage de lrsquoeau si un point de consigne de tempeacuterature de lrsquoeau infeacuterieur agrave la valeur de 140 degF utiliseacutee dans le premier cas de figure eacutetait appliqueacute La norme P9 permet drsquoutiliser un point de

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consigne pouvant descendre jusqursquoagrave 120 degF dans le cas de lrsquoeau potable La tempeacuterature de consigne nrsquoa plus besoin drsquoecirctre la mecircme que celle requise pour une charge de chauffage de locaux maximale il est donc possible de la reacuteduire agrave la plage de 120 degF Pour simplifier la comparaison des deux systegravemes dans les tableaux 5 et 6 aucun point de consigne de systegraveme de chauffage drsquoeau potable reacuteduit nrsquoa pas eacuteteacute inclus dans le tableau 6

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge totale Dans ce mode le rendement eacutenergeacutetique est plus faible La tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation doit ecirctre au plus haut pour satisfaire la charge la tempeacuterature de lrsquoeau de retour sera donc elle aussi plus eacuteleveacutee dans ce mode Comme le systegraveme fonctionnera rarement dans ce mode cette mauvaise performance ne repreacutesente qursquoune petite fraction de la pondeacuteration FPT

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge partielle Les tempeacuteratures drsquoalimentation du systegraveme de chauffage de lrsquoeau sont abaisseacutees progressivement pour satisfaire des demandes en charge partielle moindres Les tempeacuteratures peuvent ecirctre abaisseacutees bien en deccedilagrave du reacuteglage preacutevu pour le chauffage de lrsquoeau du robinet Cette condition se traduit par des tempeacuteratures drsquoeau de retour plus basses qursquoen conditions de charge totale Ces deux facteurs font que lrsquoefficaciteacute est plus importante en conditions de charge partielle qursquoen conditions de charge totale Le chauffe-eau fonctionnera en mode de condensation pour les deux points de charge de chauffage de locaux (40 et 15 )

bull Vitesse de ventilateur Eacutetant donneacute que la puissance de chauffage requise diminue la vitesse de ventilateur diminue aussiCela se traduit par un niveau sonore reacuteduit un fonctionnement du ventilateur plus long avec des cycles moins freacutequents et une reacuteduction importante de la consommation drsquoeacutenergie Cette condition peut aussi reacuteduire les plaintes lieacutees au confort le fonctionnement plus long agrave des deacutebits drsquoair reacuteduits ameacuteliorant la reacutepartition de lrsquoair chaud pendant les saisons intermeacutediaires

bull Controcircle de la tempeacuterature de lrsquoair inteacuterieur Le fait de moduler la puissance de chauffage en faisant varier la tempeacuterature de lrsquoeau et la vitesse du ventilateur peut se traduire par une tempeacuterature drsquoair inteacuterieur plus homogegravene avec des eacutecarts de tempeacuteratures moins grands au-dessus et au-dessous des points de consigne du thermostat

La strateacutegie 2 (tempeacuterature drsquoeau variable) peut donner lieu agrave lrsquoeacutelaboration drsquoun systegraveme de chauffage combineacute efficace preacutesentant de bonnes performances lorsqursquoil est mis agrave lrsquoessai selon la norme CSA P9 et lorsqursquoil est installeacute dans une vraie reacutesidence Les niveaux de performance varieront en fonction des composants seacutelectionneacutes et des speacutecificiteacutes de lrsquoordonnancement des commandes

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7 Commandes

Les commandes geacuteneacuteriques exigeacutees pour mettre en œuvre la strateacutegie privileacutegieacutee impliquant une tempeacuterature variable quia eacuteteacute deacutecrite dans la derniegravere section peuvent srsquoaveacuterer relativement simples Quelques chauffe-eau agrave la demande proposent deacutejagrave des commandes de reacuteglage de tempeacuterature Les commandes de tempeacuterature des chauffe-eau agrave la demande types ne sont toutefois pas systeacutematiquement configureacutees pour offrir une fonction de reacuteglage de tempeacuterature baseacutee sur la charge Quasiment tous les chauffe-eau agrave la demande actuellement disponibles sont eacutequipeacutes pour accueillir des commandes de tempeacuterature inteacutegreacutees ou monteacutees agrave distance permettant agrave lrsquoutilisateur de reacutegler manuellement la tempeacuterature drsquoalimentation agrave partir du chauffe-eau

En principe il devrait ecirctre possible de concevoir un module drsquointerface de commande simple qui viendrait se brancher dans les fiches de connexion de la commande de tempeacuterature existante La nouvelle commande simulerait lrsquoaction du controcircleur de tempeacuterature standard reacutegleacute manuellement de maniegravere agrave offrir une fonction de reacuteinitialisation de tempeacuterature automatique du chauffe-eau Toutes les commandes de seacutecuriteacute resteraient fonctionnelles

Une strateacutegie de controcircle simple peut offrir des performances eacuteleveacutees Les facteurs cleacutes agrave prendre en compte sont les suivants

bull deacuteterminer si une demande tient compte des besoins en chauffage drsquoeau chaude domestique

bull en mode de chauffage des locaux uniquement utiliser une minuterie ou un controcircle de reacuteglage exteacuterieur (ou un capteur de charge infeacuterentielle similaire) pour faire augmenter progressivement la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation

bull preacutevoir un systegraveme de traitement drsquoair faisant varier le deacutebit drsquoair en fonction de la tempeacuterature de lrsquoeau qui arrive dans lrsquoappareil du deacutelai pendant lequel une demande de chauffage perdure ou drsquoun signal direct du capteur de commande de charge

Ilest inteacuteressant de souligner que le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair nrsquoont pas besoin de communiquer directement ni de posseacuteder des commandes communes pour mettre en œuvre certaines des strateacutegies de controcircle deacutecrites

Lorsque les commandes du systegraveme deacutetectent qursquoune demande de chauffage a eacuteteacute satisfaite le systegraveme de traitement drsquoair devrait continuer de fonctionner suffisamment longtemps pour extraire toute la chaleur reacutesiduelle du serpentin et la transfeacuterer vers le courant drsquoair Pour eacuteviter les problegravemes de confort thermique il est souhaitable de reacuteduire la vitesse du ventilateur pendant cette peacuteriode de temporisation de la

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ventilation Le fonctionnement continu du ventilateur avec un reacuteglage de vitesse faible offrira automatiquement cette fonctionnaliteacute sans neacutecessiter de quelconques commandes intelligentes Cette option aurait lrsquoavantage suppleacutementaire drsquoassurer une reacutepartition de la tempeacuterature uniforme agrave lrsquointeacuterieur de la reacutesidence Elle serait eacutegalement utile pour reacutepartir lrsquoair frais si le systegraveme combineacute est installeacute avec un ventilateur-reacutecupeacuterateur de chaleur (VRC) ou un autre type de systegraveme de ventilation

Des commandes soigneusement conccedilues contribueront en bout de ligne agrave assurer ou reacutetablir lrsquoefficaciteacute du systegraveme combineacute Les commandes devraient ecirctre en mesure de deacuteterminer srsquoil y a une demande de chauffage des locaux ou de chauffage de lrsquoeau ou une demande concernant les deux modes Les commandes devront deacuteterminer lrsquoamplitude de chaque charge et reacutepondre de maniegravere approprieacutee en faisant varier certains paramegravetres agrave la fois pour le systegraveme de chauffage des locaux (systegraveme de traitement drsquoair par exemple) et pour le geacuteneacuterateur de chaleur (notamment si la source de chauffage est un chauffe-eau agrave la demande) En cas de demande de chauffage drsquoeau eacuteleveacutee il se peut qursquoune solution de commande prioritaire drsquoeau chaude domestique constitue la meilleure option Les commandes peuvent deacuteduire lrsquoamplitude des charges de chauffage des locaux au moyen de divers meacutecanismes y compris en surveillant les cycles de fonctionnement du thermostat et de signaux drsquoentreacutes directs transmis par une commande de charge infeacuterentielle telle qursquoune commande de reacuteglage exteacuterieur

La figure 3 preacutesente un algorithme simplifieacute de commandes geacuteneacuteriques pour la section chauffe-eau drsquoun systegraveme combineacute utilisant quatre eacutetapes de reacuteglage de tempeacuterature drsquoeau pour le chauffage des locaux et une seule pour le chauffage de lrsquoeau

La logique de commande illustreacutee agrave la figure 3 constitue uniquement un exemple de strateacutegie de controcircle rudimentaire qui pourrait ecirctre utiliseacutee pour assurer des performances eacuteleveacutees dans des modes de chauffage de locaux sans neacutecessiter lrsquoutilisation de composants oneacutereuxLrsquoalgorithme de commande pourrait ecirctre ameacutelioreacute si le controcircleur avait lrsquointelligence neacutecessaire pour lui permettre drsquoassimiler les eacutetapes de chauffage requises en surveillant la dureacutee des demandes de chauffage des locaux sur plusieurs cycles de chauffage reacutecents

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e

Mode drsquoattente Chauffe-eauagrave la demande en attente de signal

Demande de chauffage (lrsquoeaucircule dans le chauffe-eau)

Demandedrsquoeauchaude

domestique

Activationdu chauffagede lrsquoeacutetape 1 THERM90 ordmF Ventilateur Vitesse 1 Deacuteclencherle minuteursur 5 min

Demandesatisfaite avantlrsquoexpiration

du deacutelaiduminuteur

Oui

Oui

No

Reacuteglage du THERM sur le point de consigne de lrsquoeau chaude domestique THERM = 140 degF Couperlecirculateurde chauffagedelocaux (facultatif) Attendre lafin de la demande drsquoeau chaude domestique

Demande de

chauffage satisfait

Non

Oui

Activation du chauffage de lrsquoeacutetape 2 THERM = 105 degF Ventilateur Vitesse 2 Deacuteclencher le minuteur sur3 min

Activation du chauffage de lrsquoeacutetape 3 THERM = 120 degF Ventilateur Vitesse 3 Deacuteclencher le minuteur sur3 min

Activation du chauffage MAX THERM = 140 degF Ventilateur Vitesse 4 Mettrefin agravelademande de chauffage

Figure 3 Logique de lrsquoalgorithme simplifieacute de commande de chauffe-eau pour unsceacutenario de chauffage en quatre eacutetapes

Voici trois options de commande de vitesse de ventilateur de systegraveme de traitement drsquoair associeacutees agrave la meacutethode de chauffage drsquoeau illustreacutee agrave la figure 3

Commandes indirectes baseacutees sur la tempeacuteratureRaccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont bien distinctes les unes des autres mais elles fonctionnement de maniegravere compleacutementaire

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Principe de fonctionnement Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetecte la tempeacuterature de lrsquoeau chaude drsquoadmissionPlus la tempeacuterature de lrsquoeau est eacuteleveacutee plus les commandes du systegraveme de traitement drsquoair augmentent le deacutebit drsquoair

Discussion Les commandes du chauffe-eau augmentent la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque la demande nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetecte la tempeacuterature plus eacuteleveacutee et fait circuler plus drsquoair dans les serpentins pour lrsquoutiliser

Aspect meacutecanique Un puits de tempeacuterature est installeacute dans la conduite drsquoeau drsquoalimentation drsquoarriveacutee agrave lrsquointeacuterieur du systegraveme de traitement drsquoairLe reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur serait ajusteacute en installant un module de commande de systegraveme de traitement drsquoair qui mesure la tempeacuterature de lrsquoeau achemineacutee au systegraveme de traitement drsquoair depuis le chauffe-eau pendant une demande de chauffage de locaux transmise au systegraveme de traitement drsquoair La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signal de commande transmis au panneau de controcircle du systegraveme de traitement drsquoair par le thermostat du systegraveme de CVCA

Commandes indirectes baseacutees sur le minuteur Raccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont bien distinctes les unes des autres mais elles fonctionnement de maniegravere compleacutementaire

Principe de fonctionnement Le deacutebit drsquoair du systegraveme de traitement drsquoair varie en fonction de la dureacutee de la demande de chauffage afin de coiumlncider avec les minutages de commande de tempeacuterature indiqueacutes agrave la figure 3

Discussion Les commandes du chauffe-eau augmentent la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque la demande nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetermine la dureacutee de la demande de chauffage et fait circuler plus drsquoair dans les serpentins afin de se conformer aux eacutetapes de tempeacuterature programmeacutees

Aspect meacutecanique Le reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur serait ajusteacute en installant un module de commande de systegraveme de traitement drsquoair qui reacutegule le deacutebit drsquoair en fonction de la dureacutee de la demande de chauffage La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signalde commande transmis au panneau de controcircle du systegraveme de traitement drsquoair par le thermostat du systegraveme de CVCA

Controcircle direct Raccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont toutes deux controcircleacutees au moyen drsquoun nouveau controcircleur combineacute inteacutegreacute posseacutedant une interface directe avec le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair

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Principe de fonctionnement Le nouveau controcircleur fait varier le deacutebit drsquoair du systegraveme de traitement drsquoair et la tempeacuterature de lrsquoeau de maniegravere agrave optimiser le rendement du chauffage

Discussion Cette strateacutegie de controcircle direct suppose le deacuteveloppement drsquoun nouveau composant de commande Le controcircleur peut utiliser des reacuteglages de fonctionnement plus sophistiqueacutes afin drsquoameacuteliorer le rendement dans tous les modes de fonctionnement

Aspect meacutecanique Le reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur et la tempeacuterature de lrsquoeau achemineacutee au systegraveme de traitement drsquoair seraient directement controcircleacutes par un nouveau controcircleur combineacute inteacutegreacute La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signal de commande transmis au controcircleur par le thermostat du systegraveme de CVCA

Chauffe-eau - Mode de chauffage de lrsquoeau du robinet Les algorithmes de chauffage de lrsquoeau du robinet ne changent pas par rapport agrave ceux du module de commande standard La seule diffeacuterence reacuteside dans le fait que le chauffe-eau utilise un contacteur de deacutebit ou un deacutebitmegravetre pour repeacuterer un tirage drsquoeau chaude (ou une arriveacutee drsquoeau froide) et comprendre qursquoune demande de chauffage drsquoeau a eacuteteacute faite Si une demande de chauffage de locaux intervient simultaneacutement le chauffe-eau pourrait honorer les deux demandes en tenant compte du reacuteglage de tempeacuterature de sortie requise de lrsquoeau du robinet Une autre option consisterait agrave prendre en compte par deacutefaut le reacuteglage du mode de chauffage de lrsquoeau Un mode de controcircle plus sophistiqueacute pourrait potentiellement temporiser le chauffage des locaux lorsque cela srsquoavegravere neacutecessaire pour reacutepondre agrave des demandes de chauffage drsquoeau eacuteleveacutees ou pour activer la distribution de chauffage des locaux en utilisant des reacuteglages de tempeacuterature optimiseacutes Ce cas de figure est illustreacute agrave la figure 4

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8 Composants

Pour bien fonctionner les systegravemes de chauffage combineacutes doivent ecirctre doteacutes de composants haute performance que ce soit dans une configuration dite laquo installeacutee raquo ou dans une configuration drsquoessai selon la norme CSA P9 La preacutesente section a pour objectif drsquoaider les fabricants de chauffe-eau agrave la demande

bull agrave concevoir leur propre systegraveme de traitement drsquoair

bull agrave eacutetablir un partenariat avec un autre fabricant qui fournirait un systegraveme de traitement drsquoair pour leur systegraveme apregraves avoir deacutetermineacute

ndash les composants requis

ndash la mesure dans laquelle un modegravele de systegraveme de traitement drsquoair existant aurait besoin drsquoecirctre affineacute pour reacutepondre agrave leurs besoins

bull agrave eacutetablir les modifications qursquoil faut apporter au systegraveme monobloc dans son ensemble pour ameacuteliorer les performances

81 Systegraveme de traitement drsquoair

Le systegraveme de traitement drsquoair doit inclure les composants neacutecessaires pour fournir de la chaleur et faire circuler de lrsquoair Les eacuteleacutements agrave prendre en compte sont des serpentins de chauffage de locaux un moteur de ventilateur une pompe et un puits de tempeacuterature Ces eacuteleacutements sont deacutecrits plus en deacutetail ci-dessous

82 Serpentins de chauffage de locaux

Les serpentins de chauffage de locaux doivent ecirctre dimensionneacutes de maniegravere approprieacutee pour que le chauffage des locaux puisse avoir lieu avec une tempeacuterature drsquoalimentation suffisamment basse et une baisse de tempeacuterature de lrsquoeau suffisante pour favoriser la condensation dans le geacuteneacuterateur de chaleur lorsque le systegraveme fonctionne en conditions de charge partielle (et ideacutealement en conditions de pleine charge eacutegalement)

Geacuteneacuteralement les serpentins quiextraient la chaleur de lrsquoeau sont conccedilus et choisis en tenant compte drsquoune baisse de tempeacuterature de lrsquoeau drsquoenviron 11 degC (20 degF) le long des serpentins aux conditions de chauffage nominales La seacutelection preacutealable du serpentin peut ecirctre faite en utilisant un logiciel deacutejagrave proposeacute par divers fabricants de serpentins Dans la plupart des cas le modegravele logiciel calcule la puissance de chauffage drsquoun

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serpentin de chauffage agrave eau chaude en se fondant sur la mesure des performances du conditionnement drsquoair pour des serpentins ayant une construction et des geacuteomeacutetries similaires Du coup la puissance de chauffage reacuteelle pour une condition nominale donneacutee peut diffeacuterer leacutegegraverement de celle preacutedite par le logiciel

Ilest recommandeacute de veacuterifier la performance reacuteelle du serpentin choisi (puissance de chauffage baisse de la tempeacuterature de lrsquoeau baisse de la pression statique sur le cocircteacute air et eau) en effectuant des essais internes Lorsque cette eacutetape a eacuteteacute exeacutecuteacutee le modegravele logiciel peut fournir une aide preacutecieuse pour seacutelectionner le serpentin et devrait proposer des indications plutocirct fiables concernant les changements de performance du serpentin aux diffeacuterentes conditions projeteacutees Les informations ainsi collecteacutees devraient ecirctre utiles pour concevoir et affiner des reacuteglages et des strateacutegies de controcircle plus eacutevolueacutes en vue drsquooptimiser le rendement du systegraveme en conditions de chauffage en charge partielle

Voici les eacuteleacutements agrave prendre en compte

Diamegravetre du serpentin drsquoeau et nombre de spires ndash Un grand diamegravetre de canalisation reacuteduira au minimum la baisse de pression de lrsquoeau ainsi que lrsquoeacutenergie utiliseacutee par le systegraveme de circulation drsquoeau Un petit diamegravetre de canalisation permettra drsquoopter pour un serpentin moins oneacutereux eacutetant donneacute qursquoil faudra moins de cuivre dans le serpentin Cependant des petits tubes neacutecessiteront une eacutenergie de pompage supeacuterieure et feront augmenter les pheacutenomegravenes drsquousure et drsquoeacuterosion des tubes si une puissance de pompe suffisante est appliqueacutee pour offrir le deacutebit drsquoeau nominal Concregravetement le fait drsquoutiliser un serpentin avec des tubes trop petits reacuteduira la puissance de chauffage fournie par le serpentin En effet le fabricant utilisera vraisemblablement le mecircme circulateur standard quel que soit le serpentin retenu Les TECA hydronic and combo guideline (Directives sur les systegravemes hydroniques et combineacutes de la TECA)1

(article 814) preacutecisent que le deacutebit de lrsquoeau qui traverse le systegraveme de chauffage ne doit pas deacutepasser quatre (4) pieds par seconde

Nombre drsquoailettes par pouce ndash Plus le nombre drsquoailettes par pouce est eacuteleveacute plus la surface de transmission de chaleur et la puissance de chauffage augmentent cela creacutee cependant une baisse de pression supeacuterieure sur le cocircteacute air du serpentin Un certain degreacute de perte de pression dans le serpentin est utile pour assurer un deacutebit drsquoair homogegravene dans le serpentin notamment dans une configuration de laquo purge raquo qui est couramment utiliseacutee dans les ventilo-convecteurs combineacutes servant au chauffage des locauxLes speacutecifications des serpentins de chauffage peuvent faire eacutetat drsquoun nombre drsquoailettes variant de 6 ailettes par pouce agrave 14 ailettes par pouce Les serpentins de chauffage hydronique standard comportent 12 ou 14 ailettes par pouce Les serpentins doteacutes drsquoun grand nombre drsquoailettes sont plus facilement encrasseacutes par de la poussiegravere

1 Thermal Environmental Comfort Association (TECA) Surrey (C-B) Hydronic amp Combo Guidelines for the Design and Installation of Hot Water Heating Systems and Combination Hot Water amp Space Heating Systems 8th Edition August 2009 (Directives concernant les systegravemes hydroniques et combineacutes conception et installation de systegravemes de chauffage drsquoeau chaude et de systegravemes combineacutes de chauffage drsquoeau chaude et de locaux 8e eacutedition aoucirct 2009) [wwwtecaca]

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ou des deacutebris Selon les reacutesultats du logiciel de modeacutelisation du serpentin la preacutesence de 12 ailettes ou mecircme 14 semble ecirctre un choix raisonnable pour un serpentin de chauffage de locaux haute performance agrave condition que le serpentin soit choisi avec une surface suffisamment importante pour maintenir la vitesse frontale de lrsquoair faible agrave la puissance de chauffage theacuteorique

Figure 5 Exemple de serpentin de chauffage de locaux laquo surdimensionneacute raquo utiliseacute dans une application de systegraveme de traitement drsquoair hydronique

83 Moteur de ventilateur

Le systegraveme de traitement drsquoair devrait utiliser un moteur de ventilateur agrave commutation eacutelectronique (MCE) et ecirctre exploiteacute en utilisant un systegraveme de controcircle agrave vitesse multiple ou agrave vitesse variable Cette option permettrait de moduler le deacutebit drsquoair et la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque le systegraveme fonctionne agrave une puissance infeacuterieure agrave sa puissance de chauffage nominale maximaleLa capaciteacute agrave utiliser un mode de circulation continu agrave faible puissance et faible vitesse serait particuliegraverement utile en cas de fonctionnement aux points de consigne de 15 et 40 pour lesquels il est primordial de collecter et de distribuer toute la chaleur reacutesiduelle des serpentins de chauffage la norme P9 tenant compte uniquement de la chaleur qui est reacuteellement transfeacutereacutee dans le courant drsquoair

La modulation du deacutebit drsquoair et de la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation permettra drsquoobtenir des tempeacuteratures drsquoair distribueacute confortables ainsi que des performances de chauffage eacuteleveacutees

Un MCE doteacute drsquoune programmation de deacutebit drsquoair constant surclassera vraisemblablement un MCE qui utilise une programmation de couple constant car le

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systegraveme compensera au moins partiellement les diffeacuterences entre les pressions statiques nominales et les pressions statiques reacuteellement eacutetablies Cette solution peut srsquoaveacuterer indispensable pour srsquoassurer que les performances de la combustion dans des conditions reacuteelles variables correspondent aux performances obtenues lors drsquoessais dans le laboratoire

Une programmation de deacutebit drsquoair constant sera probablement essentielle pour obtenir des performances acceptables dans le cas drsquoun systegraveme combineacute reacuteparti

84 Circulateurpompe

Ilest important de choisir le bon circulateur pour acheminer le deacutebit approprieacute en fonction de la pression statique eacutetablie qui sera en vigueur Les pertes de pression dans les diffeacuterents chauffe-eau agrave la demande varient Le fait drsquoutiliser un circulateur qui fournit un deacutebit trop important se traduira par une petite baisse de tempeacuterature dans le circuit drsquoeau qui traverse le serpentin et par une tempeacuterature drsquoeau de retour eacuteleveacutee vers le chauffe-eau Un deacutebit trop faible entraicircne des capaciteacutes de chauffage faibles Des circulateurs hydroniques sont offerts avec trois vitesses seacutelectionnables et des deacutebits de pompe nominaux Par contre les moteurs utiliseacutes dans les circulateurs types agrave plusieurs vitesses ne sont pas aussi efficaces que les moteurs agrave CE Des circulateurs agrave vitesse variable eacutequipeacutes de moteurs agrave CE font leur apparition sur le marcheacute mais ils ne sont pas encore couramment utiliseacutes dans les applications combineacutees

Ideacutealement les pompes de circulation des systegravemes combineacutes eacutevolueacutes devraient consister en un concept agrave modulation agrave vitesse variable capable drsquoameacuteliorer le rendement et de compenser les diffeacuterentes configurations de canalisation Ce type de concept est deacutejagrave disponible et pourrait ecirctre mis en œuvre degraves maintenant il pourrait aussi ecirctre mis de cocircteacute jusqursquoagrave ce que la prochaine geacuteneacuteration de systegravemes de chauffage combineacutes eacutevolueacutes soit mise au point Les premiers reacutesultats drsquoessais en laboratoire ont montreacute qursquoil est possible drsquoobtenir de bonnes performances conformes agrave la norme CSA P9 sans utiliser des pompes de circulation agrave vitesse variable et des commandes auxiliaires coucircteuses Agrave lrsquoavenir agrave mesure que le coucirct des circulateurs agrave vitesse variable doteacutes de moteurs agrave CE baissera et que les commandes inteacutegreacutees seront mieux accepteacutees leur utilisation dans des applications de chauffage combineacute sera plus rentable

85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)

Si lrsquoon conccediloit le reacuteseau de plomberie de maniegravere agrave pouvoir y installer des bouchons de controcircle de tempeacuterature drsquoeau et de pression les essais internes et les mesures de mise en service seront simplifieacutes De plus il sera plus facile de purger lrsquoair des circuits

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hydroniques Il est possible drsquoutiliser des sondes de tempeacuteratures monteacutees agrave lrsquoexteacuterieur pour effectuer les mesures de mise en service sur le terrain si des sections de conduites de cuivre ameacutenageacutees dans des endroits strateacutegiques sont prises en compte lors de la conception

86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau

Certains chauffe-eau agrave la demande de type chaudiegravere possegravedent des points de consignes et des algorithmes de controcircle distincts pour le chauffage des locaux et celui de lrsquoeau Drsquoautres ont besoin de savoir si la charge concerne le chauffage des locaux ou celui de lrsquoeau potable Dans ce cas on peut utiliser divers capteurs et surveiller eacutegalement les signaux transmis par un deacutebitmegravetre drsquoeau installeacute dans le reacuteseau drsquoeau potable ou un deacutebitmegravetre installeacute dans le circuit de chauffage des locaux Bon nombre de chauffe-eau agrave la demande utilisent de tels capteurs dans leurs circuits de commande de brucircleur afin de faire coiumlncider les allures de chauffe avec les chargesDans les applications combineacutees lrsquoutilisation de commandes capables de diffeacuterencier les charges deacutepend de la logique de controcircle prioritaire de demande drsquoeau chaude domestique

87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes

Les canalisations drsquoeau ameacutenageacutees entre le geacuteneacuterateur de chaleur et le systegraveme combineacute devraient ecirctre dimensionneacutees de maniegravere agrave eacuteviter des baisses de pression excessives

Toutes les canalisations en cuivre exteacuterieures doivent ecirctre isoleacutees conformeacutement aux pratiques de lrsquoindustrie Il se peut que les avantages lieacutes agrave lrsquoisolation des canalisations drsquointerraccordement ne soient pas tregraves importants si les sections de conduites sont courtes et si elles contiennent des tuyaux en polyeacutethylegravene reacuteticuleacute ou un type de conduite similaire preacutesentant moins de perte de chaleur que les conduites en cuivre

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9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes

La preacutesente section contient des directives et certaines observations agrave lrsquointention des fabricants de systegravemes de chauffage combineacutes dans le but drsquoaider ces derniers agrave mettre agrave lrsquoessai leurs systegravemes agrave lrsquointerne Lrsquoexeacutecution drsquoessais agrave lrsquointerne en utilisant un montage simplifieacute permettra aux fabricants de mieux cerner les performances de leurs concepts et commandes prototypes lorsqursquoils sont mis agrave lrsquoessai dans une installation indeacutependante conformeacutement agrave la norme CSA P9 (P10 pour les fabricants de SMI) Les essais en question ne doivent pas forceacutement ecirctre conccedilus pour geacuteneacuterer des reacutesultats de performance preacutecis agrave 100 mais ils sont consideacutereacutes comme indispensables pour le deacuteveloppement et le cycle drsquooptimisation du produit les avantages drsquoun concept et drsquoun fonctionnement de systegraveme ameacutelioreacutes pouvant rapidement sauter aux yeux lorsque lrsquoon compare les reacutesultats des essais reacutealiseacutes laquo avant raquo et laquo apregraves raquo

En geacuteneacuteral il nrsquoest pas rentable de payer un laboratoire drsquoessais indeacutependant pour proceacuteder agrave la premiegravere eacutevaluation drsquoun systegraveme de chauffage combineacute complet Les coucircts lieacutes au laboratoire et les deacutefis lieacutes aux ingeacutenieurs concepteurs qui prescrivent des reacuteglages lorsqursquoils ne sont pas sur place rendent cette option probleacutematique Des essais simplifieacutes reacutealiseacutes dans les propres locaux du fabricant permettent de srsquoassurer que les reacutesultats sont dans la plage approprieacutee degraves le deacutebut

Un scheacutema de montage drsquoessai suggeacutereacute utilisable pour effectuer des mesures conformeacutement agrave la norme CSA P9 est preacutesenteacute dans cette norme La figure 6 ci-dessous illustre une version simplifieacutee de ce scheacutema

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de la piegravece

combineacutes

Appareilsdeconditionnement

Eacutevents pour produits de combustion Appareils de

conditionnement de la piegravece

Salle drsquoessai

Isolant

Meacutelangeur

Approvisionnement en eau

Eacutevents pour air de combustion Conduite drsquoalimentation en combustible

Uniteacute drsquoessai des

systegravemes

Thermocouples Porte Fenecirctre

Mesure de la tempeacuterature et du deacutebit de lrsquoeau

Conduite drsquoair de retour

Thermocouples

Mesure de la tempeacuterature et de lrsquohumiditeacute de lrsquoair

Air drsquoappoint

Mesure du deacutebit drsquoair

Figure 6 Scheacutema simplifieacute illustrant le montage utiliseacute pour exeacutecuter les essais conformeacutement agrave la norme P9 (composants individuels du systegraveme combineacute non illustreacutes)

Le scheacutema preacutesente un dispositif de mesure de lrsquoenthalpie de lrsquoair dans un tunnel baseacute Vsur la norme ASHRAE 37 Lrsquoappareil de mesure de lrsquoair illustreacute sur la figure de la norme utilise un ajutage et un ventilateur drsquoeacutequilibrage pour pouvoir appliquer une technique de mesure du deacutebit drsquoair neacutecessitant une pression diffeacuterentielle eacuteleveacutee (entre 1 et 4 pouces drsquoeau) dans lrsquoajutage Lorsqursquoil est utiliseacute avec des manomegravetres preacutecis cet appareil offre une preacutecision de mesure eacuteleveacutee de lrsquoordre de 1 agrave 2 du deacutebit drsquoair et il geacutenegravere un deacutebit drsquoair bien meacutelangeacute qui permet de mesurer avec preacutecision la tempeacuterature du deacutebit de lrsquoair drsquoalimentation

La norme P9 preacutecise que lrsquoajutage inteacutegreacute agrave lrsquoappareil de mesure de lrsquoenthalpie de lrsquoair en tunnel constitue une meacutethode acceptable pour mesurer le deacutebit drsquoair tout en approuvant expresseacutement (article 36) lrsquoapplication drsquoautres processus de mesure du deacutebit drsquoair agrave condition que les limites de preacutecision mentionneacutees dans la norme soient satisfaites Ceci donne la possibiliteacute drsquoutiliser une technique de mesure du deacutebit drsquoair plus directe ne neacutecessitant pas lrsquoutilisation drsquoun appareil comportant un ventilateur drsquoeacutequilibrage Dans certains cas lrsquoutilisation drsquoune chambre de mesure de deacutebit avec un ventilateur drsquoeacutequilibrage pour reacutegler la pression statique de la conduite drsquoair drsquoalimentation a impliqueacute des problegravemes de stabiliteacute avec des moteurs agrave CE qui ont eacuteteacute

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programmeacutes pour un deacutebit drsquoair constant il est donc avantageux drsquoeacuteviter les ventilateurs drsquoeacutequilibrage

91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz

De nombreux fabricants concevant des systegravemes combineacutes eacutevolueacutes integravegreront des instruments conccedilus pour mesurer la consommation drsquoeacutenergie eacutelectrique la consommation du combustible les performances de combustion la tempeacuterature et la pression (pression du collecteur de gaz pression statique des conduites etc) Si de tels eacutequipements de mesure ne sont pas offerts ilest recommandeacute de les preacutevoirLes compteurs de facturation des compagnies de gaz et drsquoeacutelectriciteacute devraient offrir une preacutecision et une reacutesolution suffisantes pour les essais de deacuteveloppement du produit

92 Enregistreur de donneacutees

Les fabricants devront eacutegalement avoir accegraves agrave un systegraveme drsquoenregistrement de donneacutees dans le cadre de leur travail Il est conseilleacute de preacutevoir un enregistreur qui offre une preacutecision et un nombre de canaux de mesures suffisants pour les tacircches agrave accomplir On estime qursquoil faudra environ huit (8) canaux pour mesurer la tempeacuterature plus quelques canaux analogiques ou numeacuteriques pour prendre en compte les donneacutees des deacutebitmegravetres des transducteurs de pression etc (analogiques ou numeacuteriques selon lrsquoinstrument de mesure seacutelectionneacute) De nombreux fournisseurs proposent un large eacuteventail drsquoenregistreurs de donneacutees Campbell Scientific Fluke Instruments Omega et Measurement Computing (personal DAQ) figurent parmi les fabricants qui proposent des enregistreurs de donneacutees de petite eacutechelle pouvant ecirctre pris en compte Il est recommandeacute de se pencher sur lrsquoassistant logiciel de lrsquoenregistreur de donneacutees seacutelectionneacute au moment drsquoeacutevaluer lrsquoeacutequipement Si le fabricant ne souhaite pas investir dans un enregistreur de donneacutees la location demeure une option mecircme si les eacuteconomies preacutevues dans le cas drsquoune location agrave court terme semblent ecirctre faibles

93 Deacutebit drsquoair

Pour mesurer le deacutebit drsquoair pendant les essais agrave lrsquointerne il est recommandeacute drsquoutiliser une grille de deacutebit drsquoair avec eacutetablissement de moyenne installeacutee dans la conduite drsquoair drsquoalimentation en conjonction avec un manomegravetre diffeacuterentiel de preacutecision De nombreux fournisseurs proposent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans un large eacuteventail de tailles et ces deacutebitmegravetres sont relativement peu chers car ils sont souvent utiliseacutes dans des systegravemes commerciaux de chauffage et de refroidissement agrave deacutebit drsquoair variable Si lrsquoon fait une recherche dans Google en utilisant le segment laquo deacutebitmegravetres drsquoair raquo on trouve plusieurs fournisseurs et liens permettant

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drsquoobtenir de plus amples informations sur le sujet Nailor Industries Inc et Dwyer Instruments sont deux socieacuteteacutes quioffrent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans une grande varieacuteteacute de tailles de conduites

94 Manomegravetres

On trouve eacutegalement de nombreux manomegravetres diffeacuterentiels sur le marcheacute dont les modegraveles varient des manomegravetres agrave tube inclineacute aux transducteurs numeacuteriques de preacutecision Il est important de bien faire correspondre la plage de mesure du transducteur ou du manomegravetre avec la pression fournie par le deacutebitmegravetre sur la plage de deacutebits drsquoair preacutevue Dans le cas des transducteurs numeacuteriques des instruments capacitifs sont reacuteputeacutes bien fonctionner dans la plage de pression diffeacuterentielle basse qui serait normalement prescrite (environ 05 pouce de diffeacuterence de colonne drsquoeau) Setra Instruments MKS Instruments (Baratron) Dwyer Instruments et drsquoautres socieacuteteacutes proposent des transducteurs de pression diffeacuterentielle capacitifs plage basse adapteacutes

95 Tempeacuteratures

Les tempeacuteratures drsquoair drsquoarriveacutee et de sortie peuvent ecirctre mesureacutees en utilisant des thermocouples des thermistances ou des capteurs de conduite geacuteneacuterant une valeur moyenne Du fait de son bas coucirct de sa faciliteacute drsquoutilisation et de sa preacutesence agrave grande eacutechelle sur le marcheacute le thermocouple semble ecirctre lrsquoinstrument approprieacute pour cette application Il est possible de fabriquer un reacuteseau de thermocouples agrave partir drsquoune bobine de fil de thermocouple et de les raccorder entre eux en parallegravele de maniegravere agrave geacuteneacuterer une seule donneacutee repreacutesentant la valeur moyenne De nombreux fournisseurs offrent des fils agrave thermocouple notamment les socieacuteteacutes Thermo Electric Company Inc Omega Inc Watlow Inc etc Il est eacutegalement possible de fabriquer des sondes de tempeacuterature agrave partir des mecircmes fils de thermocouple pour surveiller drsquoautres paramegravetres tels que les tempeacuteratures drsquoeau Il est important de bien utiliser un fil agrave thermocouple plutocirct qursquoun fil de rallonge de lrsquoeacutechelle de mesure identique mais moins preacutecis

96 Mesures du cocircteacute eau

Pour effectuer des mesures du cocircteacute eau dans les serpentins il est neacutecessaire de posseacuteder un deacutebitmegravetre et des sondes de tempeacuterature Ces mesures pourraient ecirctre reacutealiseacutees en utilisant des capteurs distincts (deacutebitmegravetre drsquoeau et sondes de tempeacuterature distinctes par exemple) Il est important de srsquoassurer que lrsquoinsertion drsquoun deacutebitmegravetre dans la boucle drsquoeau ne modifie pas le deacutebit de la pompe de circulation Cela est particuliegraverement important avec des circulateurs agrave faible puissance geacuteneacuteralement utiliseacutes dans des applications combineacutees pour lesquelles lrsquoinstallation drsquoun deacutebitmegravetre agrave turbine conventionnel agrave baisse de pression eacuteleveacutee peut restreindre le deacutebit drsquoeau Ilexiste des deacutebitmegravetres preacutecis sans perte de pression eacuteleveacutee Certains appareils

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peuvent ecirctre acheteacutes deacutejagrave conditionneacutes avec des sondes de tempeacuterature en guise de laquo compteurs drsquoeacutenergie raquo Ils mesurent simultaneacutement les tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de lrsquoeau de retour ainsi que le deacutebit de lrsquoeau et calculent directement le flux drsquoeacutenergie en srsquoappuyant sur ces mesuresKamstrup Siemens Badger Meters Elster Metering ABB Meters et drsquoautres socieacuteteacutes offrent ce type drsquoappareils Les compteurs drsquoeacutenergie autonomes sont habituellement configureacutes avec certains dispositifs permettant de lire les diffeacuterents paramegravetres ainsi que les flux drsquoeacutenergie calculeacutes La plupart offre une fonction de stockage des donneacutees internes etou des sorties numeacuteriques pouvant ecirctre interfaceacutees avec des enregistreurs de donneacutees externes

97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne

La norme CSA P9 exige que le chauffage des locaux soit deacutefini en utilisant deux mesures (cocircteacute air et cocircteacute eau) avec une entente dans une toleacuterance acceptable pour la mise agrave lrsquoessai du systegraveme de chauffage de locaux agrave pleine capaciteacute constant Dans le cas des mesures agrave lrsquointerne entreprises par un fabricant dans le cadre drsquoun projet de deacuteveloppement de produit cibleacute lrsquoentente entre les mesures du cocircteacute air et du cocircteacute eau nrsquoest pas forceacutement requise On suggegravere aux fabricants de se concentrer sur les mesures qui ciblent la strateacutegie de controcircle ou de composant propre agrave lrsquoeacutetude Par exemple si des strateacutegies diffeacuterentes de temporisation du ventilateur ou laquo apregraves fonctionnement raquo sont eacutevalueacutees il est bien plus important de se concentrer sur les mesures du cocircteacute air que drsquoessayer drsquoatteindre un eacutequilibre entre le cocircteacute air et le cocircteacute eau Selon la quantiteacute drsquoeacutenergie laisseacutee dans le serpentin drsquoeau lorsque le ventilateur de soufflante srsquoarrecircte et drsquoautres pertes drsquoeacutenergie du systegraveme il est possible qursquoil nrsquoy ait pas drsquoeacutequilibre drsquoeacutenergie entre les mesures du cocircteacute air et les mesures du cocircteacute eau mecircme avec un instrument des mesures et des calculs laquo parfaits raquo

La norme CSA P9 exige une mesure du deacutebit drsquoair et des tempeacuteratures au moins toutes les cinq (5) secondes Dans le cas des essais agrave lrsquointerne cette freacutequence pourrait ecirctre assouplie pour certaines eacutetapes drsquoessai Par ailleurs une conformiteacute totale agrave la norme P9 suppose un controcircle preacutecis de la tempeacuterature de la salle drsquoessai ougrave se trouve le systegraveme combineacute en vue des essais ainsiqursquoun controcircle preacutecis de la tempeacuterature de lrsquoeau de la ville Dans le cas des essais de deacuteveloppement agrave lrsquointerne ces exigences peuvent eacutegalement ecirctre assouplies agrave condition que les tempeacuteratures ne varient pas trop pendant les essais Un espace commercial conditionneacute ayant une dimension raisonnable ferait lrsquoaffaire au moins pour les phases drsquoessai et de deacuteveloppement initiales

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Flue(combustionmeasurements)

SupplyAirtoSpaceHeatingPlenum

(optionalzonedampers)

ReturnAir

CityWater

TanklessWaterHeater

HotWaterSupplyfromWaterHeater

DHW

CoolWaterreturntoWaterheater

Temperaturemeasurementpoints

Fuelmeter

Flowmeter

Electricalmeteringnotshown

Circulator

98 Agencement des instruments

La figure 7 preacutesente un scheacutema simplifieacute permettant drsquoillustrer lrsquoagencement geacuteneacuteral des emplacements et des paramegravetres de mesure en vue de la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute de chauffe-eau instantaneacute agrave condensation Le deacutebit drsquoair qui traverse la conduite drsquoalimentation du systegraveme de traitement drsquoair sera surveilleacute en utilisant un deacutebitmegravetre agrave valeur moyenne et un manomegravetre (non illustreacute) tel que cela est deacutecrit agrave lrsquoarticle 73

T

T

T T

T T

Alimentation en eau chaude provenant du chauffe-eau

Conduit (mesures de combustion)

Eau chaude domestique

Systegraveme de mesure du combustible

Air dereprise

Retourde lrsquoeau froide vers lechauffe-eau

Chauffe-eau instantaneacute

Air drsquoalimentation achemineacute versle pleacutenum de chauffage(registres de zone facultatifs)

Eau municipale

Deacutebitmegravetre

T

(compteur eacutelectrique non illustreacute)

Points de mesure de la tempeacuterature Circulateur

Figure 8 Scheacutema de mesure simplifieacute applicable agrave la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute baseacute sur un chauffe-eau instantaneacute

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CanmetEacuteNERGIE CanmetEacuteNERGIE de Ressources naturelles Canada est un chef de file canadien dans le domaine de la recherche et deacuteveloppement en eacutenergie propre Les travaux de nos speacutecialistes portent sur lrsquoapprovisionnement drsquoeacutenergie propre agrave partir de combustibles fossiles et de sources renouvelables la gestion de lrsquoeacutenergie et les systegravemes de distribution ainsi que sur les technologies et processus avanceacutes pour les utilisations finales En veillant agrave ce que le Canada soit agrave la fine pointe des technologies sur lrsquoeacutenergie propre nous ameacuteliorons la qualiteacute de vie des Canadiens en creacuteant un avantage durable en matiegravere de ressources

Bureau central Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) 580 rue Booth 1 promenade Oil Patch 1 promenade Haanel 161 boulevard Lionel-Boulet Ottawa (Ontario) Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) Canada Canada Canada Canada K1A 0E4 T9G 1A8 K1A 1M1 J3X 1S6

  • Guide pour les fabricants drsquoappareils de chauffage combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessai conformeacutement agrave la norme CSA P9
    • Remerciements
    • 1 Reacutesumeacute
    • 2 Systegravemes agrave zones
    • Table des matiegraveres
    • Liste des tableaux et figures
    • 3 Contexte
      • 31 Objet
      • 32 Public cible
      • 33 Marcheacute
      • 34 Pratiques en vigueur dans lrsquoindustrie
      • 35 Expeacuterience en matiegravere drsquoeacutevaluation
      • 36 Deacutefi principal Utiliser des chauffe-eau pour chauffer des locaux de maniegravere eacuteconergeacutetique
      • 37 Approche par eacutetapes
        • 4 Charges de calcul ndash performances selon la norme CSA p9
          • 41 Facteur de performance thermique (FPT)
          • 42 Chauffage de lrsquoeau
          • 43 Chauffage des locaux
          • 44 Importance relative des charges de chauffage des locaux et de lrsquoeau
            • 5 Chauffage de lrsquoeau domestique
            • 6 Conception des systegravemes combineacutes
              • 61 Incidence des pondeacuterations de charge
                • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                • Reacuteduction des tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour
                  • 62 Strateacutegies de conception
                  • 63 Strateacutegie 1 Tempeacuterature drsquoeau constante
                    • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                    • Serpentin(s) de chauffage des locaux
                    • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                    • Illustration des performances selon la norme P9
                    • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                      • 64 Strateacutegie 2 Tempeacuterature drsquoeau variable
                        • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                        • Serpentin(s) de chauffage de locaux
                        • Conditions de chauffage de locaux en charge partielle
                        • Illustration des performances P9
                        • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                            • 7 Commandes
                              • Commandes indirectes baseacutees sur la tempeacuterature
                              • Commandes indirectes baseacutees sur le minuteur
                              • Controcircle direct
                              • Chauffe-eau -Mode de chauffage de lrsquoeau du robinet
                                • 8 Composants
                                  • 81 Systegraveme de traitement drsquoair
                                  • 82 Serpentins de chauffage de locaux
                                  • 83 Moteur de ventilateur
                                  • 84 Circulateurpompe
                                  • 85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)
                                  • 86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau
                                  • 87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes
                                    • 9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes
                                      • 91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz
                                      • 92 Enregistreur de donneacutees
                                      • 93 Deacutebit drsquoair
                                      • 94 Manomegravetres
                                      • 95 Tempeacuteratures
                                      • 96 Mesures du cocircteacute eau
                                      • 97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne
                                      • 98 Agencement des instruments
Page 7: Guide pour les fabricants d’appareils de chauffage ...€¦ · Le présent rapport explique comment la norme d’essai P.9 pondère le rendement dans différents modes de fonctionnement

86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau 35

87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes35

9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes36

91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz 38 92 Enregistreur de donneacutees 38 93 Deacutebit drsquoair 38 94 Manomegravetres 39 95 Tempeacuteratures 39 96 Mesures du cocircteacute eau 39 97 Eacutecarts par rapport agravelanorme P9dans le cas des travaux en interne 40 98 Agencement des instruments 41

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Liste des tableaux et figures

Tableau 1 Consommation drsquoeacutenergie totale pour un systegraveme combineacute de 10 kW iii

Tableau 2 Charges thermiques annuelles (kWhan) de la norme P9 applicables aux systegravemes combineacutes affichant des puissances nominales de chauffage des locaux de 5 10 et 15 kW12

Tableau 3 Pondeacuterations de charge de la norme P9 pour des systegravemes combineacutes affichant des puissances nominales de chauffage des locaux de 5 10 et 15 kW 12

Tableau 4 Comparaison des caracteacuteristiques de rendement eacutenergeacutetique de la norme P7 pour deux chauffe-eau theacuteoriques16

Tableau 5 Performances drsquoun systegraveme combineacute theacuteorique affichant une puissance de chauffage des locaux de 10 kW en utilisant une strateacutegie simple de commande de point de consigne de tempeacuterature drsquoeau unique (capaciteacute de chauffage des locaux compenseacutee par des cycles de marche-arrecirct) 20

Tableau 6 Performances drsquoun systegraveme de chauffage combineacute theacuteorique offrant une puissance de chauffage des locaux de 10 kW en utilisant une strateacutegie de controcircle de tempeacuteratures drsquoeau et de vitesses de ventilateur variables (variation de la capaciteacute de chauffage des locaux par modulation du deacutebit drsquoair et de la tempeacuterature de lrsquoeau)23

Figure 1 Courbe de charge-dureacutee pour le chauffage des locaux (tireacutee de la norme CSA P9-11) 10

Figure 2 Comparaison de la consommation drsquoeacutenergie pour le chauffage et lrsquoeau chaude (kWhan) dans le cas des systegravemes combineacutes de 10 kW et 5 kW 11

Figure 3 Logique de lrsquoalgorithme simplifieacute de commande de chauffe-eau pour un sceacutenario de chauffage en quatre eacutetapes 27

Figure 4 Illustration de lrsquoutilisation drsquoun capteur de deacutebit drsquoeau pour deacuteterminer une charge de chauffage drsquoeau potable30

Figure 5 Exemple de serpentin de chauffage de locaux laquo surdimensionneacute raquo utiliseacute dans une application de systegraveme de traitement drsquoair hydronique33

Figure 6 Scheacutema simplifieacute illustrant le montage utiliseacute pour exeacutecuter les essais conformeacutement agrave la norme P9 (composants individuels du systegraveme combineacute non illustreacutes)37

Figure 7 Scheacutema de mesure simplifieacute applicable agrave la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute baseacute sur un chauffe-eau instantaneacute 41

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3 Contexte

31 Objet

Le but du preacutesent document est de fournir aux fabricants de chauffe-eau agrave condensation agrave modulation fonctionnant agrave la demande une strateacutegie concernant la conception de systegravemes combineacutes capables de chauffer efficacement les locaux et lrsquoeau des reacutesidences et la faccedilon drsquoobtenir les reacutesultats drsquoessais selon la norme CSA P9 pour deacutemontrer cette capaciteacute

Tous les chauffe-eau destineacutes agrave ecirctre utiliseacutes dans des applications combineacutees doivent faire lrsquoobjet drsquoune approbation speacuteciale (et ecirctre certifieacutes) pour pouvoir ecirctre effectivement utiliseacutes dans les applications en question et ils doivent comporter une eacutetiquette indiquant qursquoils sont adapteacutes pour le chauffage combineacute de lrsquoeau et des locaux

32 Public cible

Le preacutesent document a eacuteteacute conccedilu pour aider

bull les gestionnaires agrave cerner rapidement une seule strateacutegie agrave adopter pour eacutelaborer un systegraveme combineacute agrave haute performance agrave eacuteliminer les risques lieacutes au processus de deacuteveloppement et agrave exploiter des ressources plus efficacement

bull les ingeacutenieurs en conception agrave seacutelectionner le chauffe-eau agrave acceacuteleacuterer le deacuteveloppement drsquoune strateacutegie de controcircle applicable au systegraveme combineacute et agrave eacutetablir des speacutecifications agrave lrsquoattention des fournisseurs de composants potentiels

33 Marcheacute

Les systegravemes de chauffage combineacutes ont gagneacute des parts de marcheacute dans le sud de lrsquoOntario dans le secteur des petites reacutesidences eacuteconergeacutetiquesMecircme siaucune statistique fiable nrsquoest disponible certaines sources de lrsquoindustrie estiment qursquoau moins 30 000 systegravemes combineacutes sont installeacutes chaque anneacutee sur le marcheacute des reacutesidences neuves de lrsquoOntario Bon nombre de ces systegravemes sont installeacutes dans des maisons preacutesentant des charges de chauffage de locaux maximales de 15 kW ou moins (mecircme lorsqursquoun facteur de surdimensionnement de 40 a eacuteteacute appliqueacute aux charges de chauffage de locaux)

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Lrsquoanneacutee passeacutee le programme ENERGY STAR pour les maisons neuves (ESMN) occupait une part de marcheacute repreacutesentant environ 20 des constructions en Ontario Les entrepreneurs en construction recherchent des systegravemes combineacutes offrant des taux de performance eacuteleveacutes lorsqursquoils sont mis agrave lrsquoessai et coteacutes conformeacutement agrave la norme CSA P9 En 2014 lrsquoensemble des systegravemes combineacutes utiliseacutes dans le cadre de lrsquoinitiative ESMN devra ecirctre coteacute selon la norme

34 Pratiques en vigueur dans lrsquoindustrie

Les chauffe-eau agrave la demande ont rapidement eacutevolueacute afin de mieux reacutepondre aux besoins nord-ameacutericains en matiegravere de chauffage drsquoeau chaude domestique et ameacuteliorer le rendement eacutenergeacutetique Les systegravemes peuvent deacutesormais fonctionner agrave une plage de deacutebit drsquoeau plus importante et assurer une modulation sur une grande plage En outre de nombreux systegravemes mettent en œuvre la technologie de la condensation

Lrsquoindustrie a commenceacute par eacutelaborer des systegravemes combineacutes en utilisant des chauffe-eau agrave reacuteservoir de stockage traditionnels et un ventilo-convecteur de systegraveme de traitement drsquoair afin drsquoassurer agrave la fois le chauffage de lrsquoeau et celui des locaux Bon nombre de ces appareils eacutetaient construits sur place et speacutecialement conccedilus pour reacutepondre aux charges en vigueur Le rendement eacutenergeacutetique des systegravemes combineacutes nrsquoeacutetait pas eacutevalueacute par rapport agrave une norme et faisait donc lrsquoobjet de moins drsquoattention

Les chauffe-eau agrave condensation offrent la possibiliteacute de mettre au point des systegravemes combineacutes bien plus efficaces en matiegravere de rendement eacutenergeacutetique Les systegravemes combineacutes permettent drsquoameacuteliorer la rentabiliteacute moyennant lrsquoutilisation drsquoun chauffe-eau agrave condensation Le fait de concevoir des systegravemes combineacutes en usine permet drsquooptimiser les fonctions combineacutees et les commandes associeacutees et de proposer des appareils haute performance produisant une condensation dans la plupart des modes de fonctionnement

Certains fabricants de chauffe-eau agrave la demande commencent agrave concevoir des composants mieux adapteacutes ainsi que des systegravemes combineacutes monoblocs Il se peut que ces fabricants soient moins sensibiliseacutes aux systegravemes agrave traitement drsquoair haute performance et aux commandes associeacutees qui pourraient srsquoaveacuterer neacutecessaires pour eacutelaborer un systegraveme monobloc haute performance Le preacutesent document fournit des renseignements de base concernant les speacutecifications et le controcircle des systegravemes de traitement drsquoair des reacutesidences ainsi que des deacutetails sur la conception et le controcircle drsquoun systegraveme combineacute haute performance type

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35 Expeacuterience en matiegravere drsquoeacutevaluation

CanmetEacuteNERGIE de Ressources naturelles Canada a eacutetudieacute les systegravemes combineacutes et leurs composants pendant de nombreuses anneacuteesLe centre a effectueacute des recherches et offert une expertise et un soutien techniques pour appuyer lrsquoeacutelaboration de la norme CSA P10 applicable aux systegravemes meacutecaniques inteacutegreacutes ainsi que celle de la norme subseacutequente CSA P9 visant les systegravemes combineacutes CanmetEacuteNERGIE a eacutegalement

bull eacutevalueacute les performances des systegravemes fabriqueacutes et construits sur place dans des laboratoires gouvernementaux et indeacutependants

bull surveilleacute et analyseacute les performances des systegravemes sur le lieu de lrsquoinstallation et dans les maisons du centre canadien des technologies reacutesidentielles Bon nombre de ces projets ont eacuteteacute reacutealiseacutes en partenariat avec drsquoautres organismes gouvernementaux et entreprises de distribution de gaz

bull conccedilu des composants de systegravemes combineacutes pour des applications speacuteciales telle que celle de la communauteacute agrave eacutenergie solaire Drake Landing

Le preacutesent rapport a eacuteteacute eacutelaboreacute en tenant compte des connaissances acquises dans le cadre de ces diverses initiatives

36 Deacutefi principal Utiliser des chauffe-eau pour chauffer des locaux de maniegravere eacuteconergeacutetique

Les chauffe-eau agrave la demande peuvent offrir de tregraves bonnes performances en mode de chauffage agrave eau chaude domestique avec des tempeacuteratures drsquoeau de reacuteseau de distribution basses et les puissances thermiques eacuteleveacutees requises pour satisfaire les besoins en eau chaude Ces appareils peuvent fonctionner particuliegraverement bien lorsqursquoils fournissent les grandes quantiteacutes drsquoeau chaude utiliseacutees dans les normes drsquoessai de chauffe-eau en vigueur pour eacutevaluer leurs performances en tant que chauffe-eau

En conditions de fonctionnement combineacute les performances offertes en mode de chauffage des locaux (charges partielles incluses) sont les plus importantes Mecircme si les charges thermiques instantaneacutees sont consideacuterablement infeacuterieures lorsque lrsquoon chauffe des locaux plutocirct que lorsque lrsquoon fournit des charges de chauffage drsquoeau maximales la dureacutee des charges de chauffage des locaux est bien plus importante Il pourrait ecirctre inteacuteressant de faire en sorte que le chauffe-eau offre une condensation en mode de chauffage des locaux car la tempeacuterature de lrsquoeau qui revient des serpentins de chauffage des locaux est geacuteneacuteralement plus eacuteleveacutee que la tempeacuterature drsquoarriveacutee drsquoeau municipale que le systegraveme doit chauffer pour fournir de lrsquoeau chaude potable Eacutetant donneacute que seule une petite partie des charges annuelles de chauffage de locaux du systegraveme est reacuteellement fournie lorsque le systegraveme fonctionne aux conditions de

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reacutegime la performance en charge partielle en mode de chauffage de locaux est particuliegraverement importante pour le rendement geacuteneacuteral du systegraveme Il est bien plus important drsquoobtenir drsquoexcellentes performances lors drsquoessais de chauffage de locaux en charge partielle plutocirct qursquoagrave pleine puissance nominale lorsque lrsquoon calcule le rendement geacuteneacuteral du systegraveme

Ilest possible drsquoobtenir des reacutesultats de performance eacuteleveacutee lorsque les composants eacuteconergeacutetiques sont bien adapteacutes et que le systegraveme drsquoexploitation commande intelligemment et simultaneacutement agrave la fois le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair

37 Approche par eacutetapes

Le preacutesent rapport invite les fabricants agrave suivre les eacutetapes ci-dessous avant de proposer un systegraveme combineacute haute performance

Eacutetape 1 Cerner les charges de conception qursquoil faut prendre en compte pour prendre toutes les deacutecisions concernant le systegraveme combineacute

Eacutetape 2 Seacutelectionner un chauffe-eau en mesure de fournir des performances eacuteleveacutees dans les applications mettant en œuvre des systegravemes combineacutes

Eacutetape 3 Seacutelectionner une strateacutegie de controcircle applicable au chauffe-eau et au systegraveme de traitement drsquoair qui reacuteduit au minimum les coucircts que le fabricant doit supporter pour fournir des systegravemes combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessaiselon la norme P9

Eacutetape 4 Seacutelectionner drsquoautres composants de systegravemes combineacutes (tels que des serpentins des moteurs de ventilateur et les commandes associeacutees)

Eacutetape 5 Exeacutecuter des essais agrave lrsquointerne afin drsquoeacutetablir les performances des systegravemes combineacutes de maniegravere agrave pouvoir les mettre agrave niveau selon les besoins avant de les expeacutedier agrave un laboratoire indeacutependant agrave des fins de veacuterification

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4 Charges de calcul ndash performances selon la norme CSA p9

41 Facteur de performance thermique (FPT)

Le FPT correspond agrave la mesure de performance eacutenergeacutetique cleacute de la norme CSA P9 Ce facteur combine les cotes de performance du chauffage des locaux et celles du chauffage de lrsquoeau et fait une moyenne pondeacutereacutee selon la charge des deux types de chauffage pour geacuteneacuterer la mesure de performance globale Lrsquoannexe B de la norme CSA P9 fournit des explications deacutetailleacutees sur la maniegravere dont les facteurs de pondeacuteration ont eacuteteacute eacutelaboreacutes et sur les raisons de leur eacutelaboration

La preacutesente section preacutesente quelques facteurs cleacutes ainsi qursquoun graphique (tableau 3) que les fabricants peuvent utiliser pour deacuteterminer les reacutesultats drsquoessai ayant la plus forte incidence sur le reacutesultat FPT de leurs produits

Comme le chauffage des locaux constitue geacuteneacuteralement la charge dominante au sein des maisons canadiennes la pondeacuteration du rendement global des systegravemes de chauffage combineacutes est domineacutee par le chauffage des locaux Les reacutesultats drsquoessai du chauffage des locaux en charge partielle offrent la pondeacuteration la plus importante pour deacuteterminer les performances de chauffage des locaux des systegravemes combineacutes et par conseacutequent le FPT

Les systegravemes combineacutes qui optimisent les performances de chauffage de locaux en charge partielle preacutesenteront des FPT plus eacuteleveacutes que les systegravemes conccedilus pour offrir des performances agrave pleine charge

Ilest possible de mettre en place des strateacutegies de controcircle intelligentes pendant les essais de rendement reacutealiseacutes conformeacutement agrave la norme CSA P9 Par exemple le systegraveme de controcircle peut commencer agrave fonctionner en mode de chauffage de locaux en acheminant une tempeacuterature plus basse au systegraveme de traitement drsquoair et en programmant une vitesse de ventilation infeacuterieure Il est possible drsquoaugmenter progressivement ces deux paramegravetres si la charge nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai speacutecifieacute De mecircme des strateacutegies de controcircle mettant en œuvre une fonction de deacutetection de charge tel qursquoun controcircle de reacuteglage exteacuterieur peuvent offrir des ameacuteliorations de rendement identiques et peuvent ecirctre simuleacutees pendant les essais Ceci est particuliegraverement important lorsque lrsquoon cherche agrave veacuterifier le rendement des systegravemes de chauffage de locaux en charge partielle

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42 Chauffage de lrsquoeau

Les normes drsquoessai applicables aux systegravemes de chauffage de lrsquoeau (norme P9 incluse) partent du principe que la charge de chauffage de lrsquoeau annuelle est de 4 400 kWh (environ 12 kWh par jour) pour chaque maison Dans la norme P9 la valeur de performance drsquoun systegraveme combineacute utiliseacute en tant que chauffe-eau est deacutesigneacutee laquo facteur de performance du chauffage de lrsquoeau raquo (FPCE) Mecircme si la norme P9 offre une souplesse accrue en ce qui a trait aux parameacutetrages des commandes compareacute aux normes reacutegissant des chauffe-eau autonomes le FPCE est analogue agrave une cote de facteur eacutenergeacutetique (FE) et les cotes numeacuteriques devraient ecirctre identiques

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43 Chauffage des locaux

Tout systegraveme de chauffage de locaux doit ecirctre capable de fournir sa puissance de chauffage de locaux nominale lorsque les commandes lrsquoexigent Par contre les systegravemes de chauffage de locaux ont uniquement besoin de fournir leur puissance de chauffage de pointe pour tout au plus quelques jours pendant lrsquoanneacutee La norme CSA P9 reconnaicirct que des systegravemes fonctionneront en conditions de charge partielle la plupart du temps et eacutenonce des cotes de rendement de chauffage de locaux baseacutees sur des essais directs impliquant des charges totales et partielles Les systegravemes combineacutes sont mis agrave lrsquoessai dans des conditions de charges eacutequivalant agrave 100 40 et 15 de leurs capaciteacutes de chauffage des locaux Les reacutesultats sont combineacutes de maniegravere agrave obtenir une efficaciteacute de chauffage composite (ECC) qui pondegravere plus fortement les conditions de charge partielle La formule associeacutee et la repreacutesentation graphique correspondante extraites de la norme P9 se preacutesentent comme suit

ECC = 01 de rendement net agrave 100 + 06 de rendement net agrave 40 + 03 de rendement net agrave 15

La figure 1 illustre la quantiteacute de charge de chauffage annuelle pouvant ecirctre reacutepartie vers diffeacuterents points drsquoexploitation

Pourcentage de la charge de chauffage annuelle

Figure 1 Courbe de charge-dureacutee pour le chauffage des locaux (tireacutee de la norme CSA P9-11)

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44 Importance relative des charges de chauffage des locaux et de lrsquoeau

Les commandes du systegraveme de chauffage combineacute sont pleinement fonctionnelles pendant tous les essais et ne sont pas reacutegleacutees manuellement une fois les premiers essais en cours Le choix du fabricant concernant la strateacutegie de controcircle les paramegravetres de tempeacuterature et de deacutebit drsquoair et drsquoeau et les composants utiliseacutes aura une incidence sur la capaciteacute de chauffage de pointe des locaux ainsique sur le rendement agrave la puissance maximale Les systegravemes preacutesentant des capaciteacutes de chauffage nominales infeacuterieures seraient normalement installeacutes pour chauffer des reacutesidences ayant des charges de calcul plus petites Comme nous lrsquoavons indiqueacute preacuteceacutedemment la norme P9 prescrit les mecircmes charges de chauffage drsquoeau pour tous les systegravemes mis agrave lrsquoessai peu importe la capaciteacute Par conseacutequent plus la capaciteacute de chauffage des locaux est petite plus lrsquoimportance relative du chauffage de lrsquoeau sur le FPT est grandeCe principe est illustreacute agrave la figure 2 qui preacutesente les charges annuelles relatives de chauffage drsquoeau et des locaux pour des systegravemes mixtes ayant des charges de chauffage des locaux nominales de 5 kW et 10 kW respectivement

25000 Chauffage des locaux Eau chaude domesZque (ECD)

20000

Consom

maZ

ondeacuten

ergie(kWhan) 20000

15000

10000 10000

4400 44005000

0 Puissance de chauffage des locaux Puissance de chauffage des locaux

de10 kW de5kW

Figure 2 Comparaison de la consommation drsquoeacutenergie pour le chauffage et lrsquoeau chaude (kWhan) dans le cas des systegravemes combineacutes de 10 kW et 5 kW

Les charges thermiques eacutenonceacutees dans la norme P9 sont deacutecrites dans le tableau 2 et les pondeacuterations relatives des reacutesultats drsquoessais de performance individuels dans le facteur de performance thermique (FPT) globalde la norme CSA P9 applicable aux

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systegravemes combineacutes offrant trois capaciteacutes de chauffage de locaux diffeacuterentes sont preacutesenteacutees dans le tableau 3

Tableau 2 Charges thermiques annuelles (kWhan) de la norme P9 applicables aux systegravemes combineacutes affichant des puissances nominales de chauffage des locaux de 5 10 et 15 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 5 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 10 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 15 kW

Chauffage des locaux Pleine charge

1 000 kWhan 2 000 kWhan 3 000 kWhan

Chauffage des locaux 40 de la charge

6 000 kWhan 12 000 kWhan 18 000 kWhan

Chauffage des locaux 15 de la charge

3 000 kWhan 6 000 kWhan 9 000 kWhan

Chauffage de lrsquoeau 4 400 kWhan 4 400 kWhan 4 400 kWhan

Total 14 400 kWhan 24 400 kWhan 34 400 kWhan

Tableau 3 Pondeacuterations de charge de la norme P9 pour des systegravemes combineacutes affichant des puissances nominales de chauffage des locaux de 5 10 et 15 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 5 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 10 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 15 kW

Chauffage des locaux Pleine charge

7 8 9

Chauffage des locaux 40 de la charge

42 49 52

Chauffage des locaux 15 de la charge

21 25 26

Chauffage de lrsquoeau 31 18 13

Total 100 100 100

Ilest important de consulter ces donneacutees avec un certain reculet de comprendre les pondeacuterations relatives des reacutesultats drsquoessai sur le FPT annuel On remarque que

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lrsquoincidence des performances du systegraveme pendant lrsquoessaide chauffage des locaux avec 40 de puissance nominale de chauffage de locaux sur la cote annuelle est la plus importante (42 agrave 52 ) suivie par lrsquoincidence des performances avec 15 de puissance nominale de chauffage des locaux (21 agrave 26 ) Les pondeacuterations de ces reacutesultats drsquoessai augmentent encore plus agrave mesure que la puissance nominale de chauffage des locaux deacutepasse la plage illustreacutee dans le tableau 3

Des rapports inteacuteressants eacutemanant de constructeurs de maisons de lrsquoOntario indiquent qursquoon installe plus souvent des systegravemes combineacutes dans des reacutesidences dont les charges de chauffage nominales se situent entre 7 et 10 kW Selon les codes drsquoinstallation des systegravemes de chauffage et les guides de dimensionnement recommandeacute de lrsquoindustrie les systegravemes combineacutes ayant des capaciteacutes de chauffage nominales comprises entre 10 et 15 kW conviendraient parfaitement agrave ce type de reacutesidences Dans le cas des systegravemes combineacutes inclus dans cette plage de capaciteacute les reacutesultats drsquoessai de chauffage des locaux en charge partielle ont une pondeacuteration drsquoenviron 75 dans la cote de performance thermique annuelle

En commenccedilant par un local dont le rendement du composant de chauffage de lrsquoeau du systegraveme combineacute est deacutejagrave eacuteconergeacutetique (voir lrsquoarticle 11) cette pondeacuteration permet de savoir ougrave il faut deacuteployer le plus gros effort au moment de concevoir un systegraveme de chauffage combineacute haute performance

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5 Chauffage de lrsquoeau domestique

La premiegravere eacutetape agrave suivre pour concevoir un systegraveme combineacute haute performance consiste agrave seacutelectionner le chauffe-eau approprieacute Cette section a pour but drsquoaider les fabricants agrave deacutenicher rapidement les modegraveles potentiels

Parmi les caracteacuteristiques que devraient avoir les chauffe-eau agrave la demande figurent

bull la modulation ndash performances de chauffage de lrsquoeau efficaces sur toute la plage depuis les deacutebits drsquoeau nominaux minimaux jusqursquoaux deacutebits maximaux

ndash rapport de reacuteglage eacuteleveacute

ndash capaciteacute agrave fournir suffisamment drsquoeau chaude pour reacutepondre agrave des besoins en chauffage de lrsquoeau typiques

ndash capaciteacute agrave fonctionner avec des deacutebits drsquoeau chaude minimauxDe nombreux chauffe-eau agrave la demande actuellement sur le marcheacute peuvent selon le classement de leur fabricant ecirctre utiliseacutes avec des deacutebits drsquoeau chaude de 2 Lmin (05 gal USmin) ou moins Certains systegravemes neacutecessitent des deacutebits plus importants

bull performance en matiegravere de condensation ndash ilsrsquoagit des performances nominales de condensation sur toute la plage des charges et des allures de chauffe

ndash commandes geacuterant de faccedilon approprieacutee le rapport combustible-deacutebit drsquoair de maniegravere agrave maintenir le rendement de la combustion quelle que soit la charge

ndash paramegravetres de commande optimiseacutes par la charge qui permettent de deacuteterminer lrsquoimportance et les types de charges et de reacuteagir en conseacutequence avec de meilleurs paramegravetres de commande pour que le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair fonctionnent ensemble

ndash cycles courts avant et apregraves la purge permettant de reacuteduire au minimum les temps de reacuteponse et les pertes laquo par cycle raquo et de reacuteduire la consommation drsquoeacutelectriciteacute

ndash faible consommation en mode drsquoalimentation de secours

ndash ventilation directe des produits de combustion afin drsquoeacuteviter lrsquoeacutemanation de combustible et les risques de deacutepressurisation

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Pour acceacuteleacuterer le processus de seacutelection du chauffe-eau de base il sera plus facile de commencer par consulter les donneacutees que le fabricant peut deacutetenir (ou qursquoil peut facilement produire) concernant ses propres produits en mode de chauffage drsquoeau Lrsquoobjectif est de commencer avec un geacuteneacuterateur de chaleur qui preacutesente un rendement eacutenergeacutetique nominal de 90 ou plus sur une grande plage de fonctionnement

Si le chauffe-eau qursquoon envisage drsquoutiliser en tant que moteur thermique ou geacuteneacuterateur de chaleur pour un systegraveme de chauffage combineacute monobloc ne reacutepond pas aux exigences ci-dessus il est recommandeacute de reacuteviser attentivement son choix Dans certains cas il est possible de seacutelectionner diffeacuterents composants diffeacuterentes commandes ou diffeacuterents paramegravetres de commande pour surmonter les lacunes en matiegravere de rendement Les possibiliteacutes drsquoameacuteliorer de faccedilon appreacuteciable les performances de chauffage drsquoeau drsquoun chauffe-eau agrave la demande sans affecter son certificat de seacutecuriteacute sont limiteacutees Du coup le fait de seacutelectionner un chauffe-eau diffeacuterent plus rentable sur le plan eacutenergeacutetique peut constituer un choix plus opportun

La norme canadienne drsquoessai et drsquoeacutevaluation CSA P7 applicable aux chauffe-eau agrave la demande fait eacutetat drsquoune tempeacuterature drsquoeau drsquoarriveacutee courante de 144 degC (58 degF) et drsquoune tempeacuterature de sortie de 577 degC (135 degF) pour les essais et lrsquoeacutevaluation des performances nominales Le tableau 4 compare les caracteacuteristiques de rendement eacutenergeacutetique de deux chauffe-eau agrave la demande theacuteoriques avec les systegravemes fonctionnant agrave plusieurs deacutebits drsquoeau diffeacuterents en utilisant les mecircmes hypothegraveses de tempeacuteratures drsquoeau que la norme P7 Bien que les eacutevaluations de performance maximale du premier modegravele soient supeacuterieures agrave celles du second modegravele (avec des deacutebits drsquoeau de 114 et 76 Lmin) les performances de chauffage ameacutelioreacutees du second modegravele agrave des deacutebits drsquoeau infeacuterieurs en font un meilleur candidat pour jouer le rocircle drsquoun geacuteneacuterateur de chaleur dans un systegraveme combineacute du fait du pourcentage de temps eacuteleveacute pendant lrsquoanneacutee durant lequel un systegraveme combineacute fonctionne agrave de faibles charges pour assurer le chauffage des locaux

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Tableau 4 Comparaison des caracteacuteristiques de rendement eacutenergeacutetique de la norme P7 pour deux chauffe-eau theacuteoriques

Deacutebit (Lmin) Deacutebit (gal USmin) Exemple modegravele 1

Exemple modegravele 2

114 3 95 92

76 2 95 90

38 1 83 92

19 05 79 92

Recommandation Choix mal adapteacute dans le cas drsquoun systegraveme combineacute

Choix mieux adapteacute dans le cas drsquoun systegraveme combineacute

On constate que les valeurs de rendement eacutenergeacutetique pour la plage de deacutebits drsquoeau utiliseacutes agrave des fins de deacutemonstration dans le tableau 4 ne seraient pas interchangeables avec les facteurs eacutenergeacutetiques (FE) coteacutes pour les mecircmes chauffe-eau eacutetant donneacute que les conditions eacutenonceacutees dans le tableau 4 ne correspondent pas aux installations meacutethodes drsquoessais et charges de chauffage drsquoeau speacutecifieacutees dans la norme CSA P7 applicable aux chauffe-eau agrave la demande Les valeurs de rendement eacutenergeacutetique theacuteoriques du tableau 4 sont preacutesenteacutees simplement pour deacutemontrer que les performances de chauffage de lrsquoeau de certains types de chauffe-eau peuvent changer agrave mesure que le deacutebit (p ex la charge de chauffage de lrsquoeau) change Les changements de rendement eacutenergeacutetique du systegraveme de chauffage de lrsquoeau en fonction de la charge ne sont pas complegravetement pris en compte dans les eacutevaluations de performance FE normaliseacutees applicables aux chauffe-eau Afin drsquoeacuteviter toute confusion il est recommandeacute drsquoutiliser lrsquoexpression laquo Facteur eacutenergeacutetique raquo (ou FE) uniquement pour deacutesigner des cotes drsquoessais de chauffe-eau standard eacutelaboreacutees agrave partir drsquoessais et de calculs respectant scrupuleusement la norme drsquoeacutevaluation CSA P7 applicable aux chauffe-eau agrave la demande ou la norme CSA P3 applicable aux chauffe-eau agrave reacuteservoir de stockage reacutesidentiels

Apregraves avoir eacutetudieacute le rendement eacutenergeacutetique des geacuteneacuterateurs de chaleur potentiels sur toutes leurs plages de fonctionnement preacutevues dans le cadre drsquoun systegraveme combineacute il est possible de seacutelectionner de maniegravere aviseacutee un chauffe-eau adapteacute aux applications preacutevues Une fois cette eacutetape reacutealiseacutee le fabricant de systegravemes de chauffage combineacutes doit opter pour une strateacutegie de controcircle avant de seacutelectionner les autres composants du systegraveme

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6 Conception des systegravemes combineacutes

61 Incidence des pondeacuterations de charge

Conditions de chauffage des locaux en charge partielle Pour obtenir une excellente cote drsquoessai selon la norme CSA P9 il faut avant tout se concentrer sur le chauffage des locaux en charge partielle Le rendement en conditions de chauffage de locaux en charge partielle permettra de deacuteterminer 90 de la cote drsquoefficaciteacute de chauffage composite (ECC) Dans le cas drsquoun systegraveme de chauffage combineacute offrant une puissance de chauffage drsquoespace nominale de 10 kW 75 de la valeur FPT seront deacuteduits agrave partir des reacutesultats de lrsquoessai en charge partielle Dans le cas drsquoun systegraveme offrant une puissance de chauffage des locaux de 15 kW les reacutesultats des performances de chauffage des locaux en charge partielle repreacutesenteront presque 80 du facteur de performance thermique global

Reacuteduction des tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour Les chauffe-eau qui preacutesentent drsquoexcellentes cotes avec des tempeacuteratures basses de lrsquoeau drsquoalimentation du reacuteseau principalfonctionneront moins bien sila tempeacuterature drsquoarriveacutee augmente La preacutesence de tempeacuteratures drsquoeau de retour plus chaudes pendant le mode de chauffage des locaux contribuera agrave reacuteduire le rendement eacutenergeacutetique Le fait de reacutepondre aux demandes de chauffage des locaux en utilisant des paramegravetres de commande qui reacuteduisent au minimum les tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour en conditions de charge partielle peut contribuer agrave optimiser le rendement de combustion

62 Strateacutegies de conception

Un des plus gros avantages du chauffe-eau agrave la demande tient au fait que theacuteoriquement il peut geacuteneacuterer diffeacuterentes tempeacuteratures drsquoeau drsquoalimentation pour satisfaire les charges de chauffage de lrsquoeau et des locaux Il peut eacutegalement faire varier du tout au tout la tempeacuterature de lrsquoeau qursquoil fournit pour satisfaire diffeacuterentes charges de chauffage des locaux Cet aspect est essentiel pour continuer de fournir le mecircme chauffage de lrsquoeau agrave un rendement eacuteleveacute et produire un chauffage des locaux agrave charge partielle tregraves efficace

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Nous allons passer en revue deux concepts de systegravemes combineacutes

bull la strateacutegie 1 utilise une tempeacuterature drsquoeau constante pour toutes les charges

bull la strateacutegie 2 consiste agrave faire varier la tempeacuterature de lrsquoeau en fonction de la charge

La premiegravere strateacutegie est celle qui neacutecessite le moins de changement compareacute aux pratiques actuelles elle correspond souvent au premier reacuteflexe Elle est preacutesenteacutee icidans le but principalde mettre en lumiegravere certains deacutefis inheacuterents en matiegravere de performance

La deuxiegraveme strateacutegie repreacutesente une option bien plus rentable pour atteindre des niveaux de performance eacuteleveacutes tant sur le terrain que lors des essais exeacutecuteacutes conformeacutement agrave la norme CSA P9 Lrsquoexpeacuterience montre qursquoelle offre un niveau de performance eacuteleveacute agrave un coucirct moindre pour le fabricant

Le fait drsquoutiliser une pompe agrave vitesse variable dans le systegraveme de traitement de lrsquoair peut eacutegalement ameacuteliorer le rendement eacutenergeacutetique La strateacutegie 2 est axeacutee sur une tempeacuterature drsquoalimentation variable les chauffe-eau agrave la demande pouvant offrir cette fonction plus rapidement Il est peu courant de voir des pompes agrave vitesse variable dans les appareils de traitement de lrsquoair pour lrsquoinstant

Pour ces exemples

bull les deux types de systegravemes combineacutes seront preacutesenteacutes en utilisant le mecircme chauffe-eau agrave la demande agrave condensation et agrave modulation

bull les pondeacuterations de performance FPT applicables agrave un systegraveme combineacute preacutesentant une charge nominale de chauffage de locaux de 10 kW seront utiliseacutees agrave titre indicatif pour illustrer chacune de ces strateacutegies

63 Strateacutegie 1 Tempeacuterature drsquoeau constante

Ce systegraveme de chauffage combineacute respecte la regravegle eacutetablie et preacutevoit uniquement lrsquoutilisation de composants plus efficaces pour ameacuteliorer les performancesIlarrive qursquoil soit souvent consideacutereacute en premier lieu car les commandes peuvent rester telles quelles dans un systegraveme pour lequel un fabricant fournit le chauffe-eau agrave la demande tandis qursquoun autre fabricant fournit le systegraveme de traitement drsquoair

Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair Le chauffe-eau ne sait pas si une demande concerne un chauffage de lrsquoeau ou un chauffage de locaux Il deacutetecte une demande et fournit de lrsquoeau chaude agrave une tempeacuterature constante Pour satisfaire la charge de chauffage de pointe des locaux il est geacuteneacuteralement reacutegleacute agrave 60 degC (140 degF) Le systegraveme de traitement drsquoair ne contribue pas eacutenormeacutement agrave faire grimper la puissance de chauffage de locaux Il utilise geacuteneacuteralement

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un ou deux reacuteglages de vitesse de ventilateur soufflant Eacutetant donneacute que le fonctionnement prolongeacute drsquoun ventilateur apregraves qursquoune demande de chauffage a eacuteteacute satisfaite peut entraicircner des problegravemes de confort dus agrave des courants drsquoair froid le fonctionnement subseacutequent du ventilateur ne sera pas mis en œuvre ou sera mis en œuvre en utilisant uniquement des temps de fonctionnement courts Dans les deux sceacutenarios la chaleur sera retenue dans le serpentin et les conduites pour se dissiper par la suite pendant les peacuteriodes de deacutesactivation

Serpentin(s) de chauffage des locaux Si lrsquoon veut amplifier lrsquoefficaciteacute eacutenergeacutetique du systegraveme en mode de chauffage des locaux ilest impeacuteratif de reacuteduire au minimum les tempeacuteratures de lrsquoeau de retourDes serpentins laquo surdimensionneacutes raquo ont eacuteteacute conccedilus en vue drsquooptimiser la baisse de tempeacuterature dans lrsquoeacutechangeur de chaleur en conditions de chauffage des locaux

Conditions de chauffage des locaux en charge partielle Le systegraveme de traitement drsquoair se met en route et srsquoarrecircte pour srsquoadapter aux conditions de charge partielle ce qui a pour effet de deacuteclencher des demandes associeacutees sur le chauffe-eau

Illustration des performances selon la norme P9 Le tableau 5 donne un aperccedilu theacuteorique du type de performance que lrsquoon pourrait geacuteneacuteralement obtenir en utilisant une strateacutegie impliquant un point de consigne de tempeacuterature unique

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Tableau 5 Performances drsquoun systegraveme combineacute theacuteorique affichant une puissance de chauffage des locaux de 10 kW en utilisant une strateacutegie simple de commande de point de consigne de tempeacuterature drsquoeau unique (capaciteacute de chauffage des locaux compenseacutee par des cycles de marche-arrecirct)

Mode de fonctionne -ment

Pondeacuter-ation

Temp de lrsquoeau drsquoalimentati on (degF)

Temp de lrsquoeau de retour du reacuteseau principal (degF)

Deacutebit du systegraveme de traitement drsquoair (pi3min)

Mesure de la performance eacutenergeacutetique mode activeacute deacutesactiveacute ()

Contribution FPT

Chauffage des locaux 100

8 140 120 800 85 007

Chauffage des locaux 40

49 140 120 800 80 039

Chauffage des locaux 15

25 140 120 800 75 018

Chauffage de lrsquoeau

18 140 58 mdash 92 017

Total 100 081

Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables bull Performances globales Une cote de facteur de performance totale (FPT) de 092

placerait le systegraveme combineacute dans la plage des performances eacuteleveacutees

bull Performances en mode de chauffage de lrsquoeau Comme dans le cas du sceacutenario impliquant un point de consigne de tempeacuterature unique le systegraveme assure une condensation en mode de chauffage de lrsquoeau avec un FPCE de 92 Il serait possible drsquoameacuteliorer leacutegegraverement lrsquoefficaciteacute du systegraveme de chauffage de lrsquoeau si un point de consigne de tempeacuterature de lrsquoeau infeacuterieur agrave la valeur de 140 degF utiliseacutee dans le premier cas de figure eacutetait appliqueacute La norme P9 permet drsquoutiliser un point de consigne pouvant descendre jusqursquoagrave 120 degF dans le cas de lrsquoeau potable La tempeacuterature de consigne nrsquoa plus besoin drsquoecirctre la mecircme que celle requise pour une charge de chauffage de locaux maximale il est donc possible de la reacuteduire agrave la plage de 120 degF Pour simplifier la comparaison des deux systegravemes dans les tableaux 5 et 6 aucun point de consigne de systegraveme de chauffage drsquoeau potable reacuteduit nrsquoa pas eacuteteacute inclus dans le tableau 6

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bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge totale Dans ce mode le rendement eacutenergeacutetique est plus faible La tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation doit ecirctre au plus haut pour satisfaire la charge la tempeacuterature de lrsquoeau de retour sera donc elle aussiplus eacuteleveacutee dans ce modeComme le systegraveme fonctionnera rarement dans ce mode cette mauvaise performance ne repreacutesente qursquoune petite fraction de la pondeacuteration FPT

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge partielle Les tempeacuteratures drsquoalimentation du systegraveme de chauffage de lrsquoeau sont abaisseacutees progressivement pour satisfaire des demandes en charge partielle moindres Les tempeacuteratures peuvent ecirctre abaisseacutees bien en deccedilagrave du reacuteglage preacutevu pour le chauffage de lrsquoeau du robinet Cette condition se traduit par des tempeacuteratures drsquoeau de retour plus basses qursquoen conditions de charge totale Ces deux facteurs font que lrsquoefficaciteacute est plus importante en conditions de charge partielle qursquoen conditions de charge totale Le chauffe-eau fonctionnera en mode de condensation pour les deux points de charge de chauffage de locaux (40 et 15 )

bull Vitesse de ventilateur Eacutetant donneacute que la puissance de chauffage requise diminue la vitesse de ventilateur diminue aussiCela se traduit par un niveau sonore reacuteduit un fonctionnement du ventilateur plus long avec des cycles moins freacutequents et une reacuteduction importante de la consommation drsquoeacutenergie Cette condition peut aussi reacuteduire les plaintes lieacutees au confort le fonctionnement plus long agrave des deacutebits drsquoair reacuteduits ameacuteliorant la reacutepartition de lrsquoair chaud pendant les saisons intermeacutediaires

bull Controcircle de la tempeacuterature de lrsquoair inteacuterieur Le fait de moduler la puissance de chauffage en faisant varier la tempeacuterature de lrsquoeau et la vitesse du ventilateur peut se traduire par une tempeacuterature drsquoair inteacuterieur plus homogegravene avec des eacutecarts de tempeacuteratures moins grands au-dessus et au-dessous des points de consigne du thermostat Ce pheacutenomegravene pourrait inciter les proprieacutetaires de reacutesidence agrave augmenter le point de consigne de chauffage pour eacutetablir des conditions de confort acceptables

bull Incidences sur le zonage Le zonage sera plus compliqueacute avec un systegraveme affichant une puissance fixe et une vitesse de ventilateur unique

Ilest possible drsquoameacuteliorer la strateacutegie 1 en augmentant encore la dimension drsquoun serpentin deacutejagrave surdimensionneacute dans le systegraveme de traitement drsquoair Cette option implique toutefois des limites pratiques car des serpentins bien plus grands neacutecessiteront une plus grande quantiteacute de cuivre et un formage plus important et cela accentuera le coucirct total du systegraveme sans compter qursquoil faudra aussi preacutevoir des armoires plus grandes pour le systegraveme de traitement drsquoair De plus les pertes de chaleur par cycle augmenteront et il sera plus difficile drsquoobtenir des performances eacuteleveacutees en charge partielle Le fait drsquoappliquer la strateacutegie 1 agrave un systegraveme de chauffage combineacute agrave haute performance peut srsquoaveacuterer trop oneacutereux pour valoir le coup

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64 Strateacutegie 2 Tempeacuterature drsquoeau variable

Cette meacutethode est identique agrave celle appliqueacutee dans les appareils de chauffage agrave air chaud multieacutetage Le principe consiste agrave faire fonctionner le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair ensemble pour optimiser le rendement eacutenergeacutetique tout en reacuteduisant au minimum le coucirct et la complexiteacute des composants

Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair Cette strateacutegie consiste agrave exploiter avantageusement la capaciteacute inteacutegreacutee du chauffe-eau pour faire varier la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation La tempeacuterature du point de consigne du chauffe-eau varie en fonction de la charge de chauffage des locaux On utilise des reacuteglages de tempeacuterature drsquoeau drsquoalimentation faibles pour satisfaire aux conditions de chauffage des locaux en charge partielle On fait eacutegalement varier les vitesses du ventilateur du systegraveme de traitement drsquoair en srsquoappuyant sur un principe de controcircle de reacuteglage exteacuterieur ou de minuterie pour augmenter les paramegravetres Lorsqursquoune demande de chaleur a eacuteteacute satisfaite le ventilateur continue de fonctionner agrave des vitesses reacuteduites pour eacuteviter les problegravemes lieacutes aux courants froids et au bruit Du coup le serpentin et les conduites retiennent moins de chaleur et on deacuteplore moins de perte de chaleur par la suite compareacute au premier cas de figure Le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair doivent tous deux cerner la demande qursquoils sont censeacutes satisfaire Leurs commandes ne doivent pas pour autant ecirctre physiquement inteacutegreacutees drsquoune faccedilon ou drsquoune autre Cette strateacutegie de controcircle est traiteacutee plus en deacutetail agrave la section 40

Serpentin(s) de chauffage de locaux Pour simplifier la comparaison nous partirons du principe que des serpentins laquo surdimensionneacutes raquo similaires sont utiliseacutes comme dans le premier cas de figure de sorte que les performances du chauffage de pointe des locaux soient identiques dans les deux cas

Conditions de chauffage de locaux en charge partielle Le chauffe-eau relegraveve une demande de chauffage de locaux et se met en route en acheminant une eau drsquoalimentation agrave basse tempeacuterature au systegraveme de traitement drsquoair Si la demande de chauffage nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute le chauffe-eau augmente progressivement la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation Le systegraveme de traitement drsquoair surveille la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation et augmente progressivement la vitesse du ventilateur lorsque la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation est plus eacuteleveacutee

Illustration des performances P9 Le tableau 6 donne une preacutesentation theacuteorique du type de rendement que lrsquoon peut obtenir en appliquant une strateacutegie de controcircle simple mettant en œuvre des

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tempeacuteratures drsquoeau et des vitesses de ventilateur variables Les tempeacuteratures et les deacutebits drsquoair du ventilateur preacutesenteacutes dans le tableau 6 ont eacuteteacute choisis agrave titre indicatif uniquement Ils ne repreacutesentent pas des reacuteglages pleinement optimiseacutes applicables agrave un systegraveme de chauffage combineacute

Tableau 6 Performances drsquoun systegraveme de chauffage combineacute theacuteorique offrant une puissance de chauffage des locaux de 10 kW en utilisant une strateacutegie de controcircle de tempeacuteratures drsquoeau et de vitesses de ventilateur variables (variation de la capaciteacute de chauffage des locaux par modulation du deacutebit drsquoair et de la tempeacuterature de lrsquoeau)

Mode de fonctionne -ment

Pondeacuter-ation

Temp de lrsquoeau drsquoalimen-tation (degF)

Temp de lrsquoeau de retour du reacuteseau principal (degF)

Deacutebit du systegraveme de traitement drsquoair (pi3min)

Mesure de la performance eacutenergeacutetique mode activeacute deacutesactiveacute ()

Contribution FPT

Chauffage des locaux 100

8 140 120 800 85 007

Chauffage des locaux 40

49 110 102 600 92 045

Chauffage des locaux 15

25 90 87 500 94 023

Chauffage de lrsquoeau

18 140 58 --- 92 016

Total 100 092

Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables bull Performances globales Une cote de facteur de performance totale (FPT) de 092

placerait le systegraveme combineacute dans la plage des performances eacuteleveacutees

bull Performances en mode de chauffage de lrsquoeau Comme dans le cas du sceacutenario impliquant un point de consigne de tempeacuterature unique le systegraveme assure une condensation en mode de chauffage de lrsquoeau avec un FPCE de 92 Il serait possible drsquoameacuteliorer leacutegegraverement lrsquoefficaciteacute du systegraveme de chauffage de lrsquoeau si un point de consigne de tempeacuterature de lrsquoeau infeacuterieur agrave la valeur de 140 degF utiliseacutee dans le premier cas de figure eacutetait appliqueacute La norme P9 permet drsquoutiliser un point de

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consigne pouvant descendre jusqursquoagrave 120 degF dans le cas de lrsquoeau potable La tempeacuterature de consigne nrsquoa plus besoin drsquoecirctre la mecircme que celle requise pour une charge de chauffage de locaux maximale il est donc possible de la reacuteduire agrave la plage de 120 degF Pour simplifier la comparaison des deux systegravemes dans les tableaux 5 et 6 aucun point de consigne de systegraveme de chauffage drsquoeau potable reacuteduit nrsquoa pas eacuteteacute inclus dans le tableau 6

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge totale Dans ce mode le rendement eacutenergeacutetique est plus faible La tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation doit ecirctre au plus haut pour satisfaire la charge la tempeacuterature de lrsquoeau de retour sera donc elle aussi plus eacuteleveacutee dans ce mode Comme le systegraveme fonctionnera rarement dans ce mode cette mauvaise performance ne repreacutesente qursquoune petite fraction de la pondeacuteration FPT

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge partielle Les tempeacuteratures drsquoalimentation du systegraveme de chauffage de lrsquoeau sont abaisseacutees progressivement pour satisfaire des demandes en charge partielle moindres Les tempeacuteratures peuvent ecirctre abaisseacutees bien en deccedilagrave du reacuteglage preacutevu pour le chauffage de lrsquoeau du robinet Cette condition se traduit par des tempeacuteratures drsquoeau de retour plus basses qursquoen conditions de charge totale Ces deux facteurs font que lrsquoefficaciteacute est plus importante en conditions de charge partielle qursquoen conditions de charge totale Le chauffe-eau fonctionnera en mode de condensation pour les deux points de charge de chauffage de locaux (40 et 15 )

bull Vitesse de ventilateur Eacutetant donneacute que la puissance de chauffage requise diminue la vitesse de ventilateur diminue aussiCela se traduit par un niveau sonore reacuteduit un fonctionnement du ventilateur plus long avec des cycles moins freacutequents et une reacuteduction importante de la consommation drsquoeacutenergie Cette condition peut aussi reacuteduire les plaintes lieacutees au confort le fonctionnement plus long agrave des deacutebits drsquoair reacuteduits ameacuteliorant la reacutepartition de lrsquoair chaud pendant les saisons intermeacutediaires

bull Controcircle de la tempeacuterature de lrsquoair inteacuterieur Le fait de moduler la puissance de chauffage en faisant varier la tempeacuterature de lrsquoeau et la vitesse du ventilateur peut se traduire par une tempeacuterature drsquoair inteacuterieur plus homogegravene avec des eacutecarts de tempeacuteratures moins grands au-dessus et au-dessous des points de consigne du thermostat

La strateacutegie 2 (tempeacuterature drsquoeau variable) peut donner lieu agrave lrsquoeacutelaboration drsquoun systegraveme de chauffage combineacute efficace preacutesentant de bonnes performances lorsqursquoil est mis agrave lrsquoessai selon la norme CSA P9 et lorsqursquoil est installeacute dans une vraie reacutesidence Les niveaux de performance varieront en fonction des composants seacutelectionneacutes et des speacutecificiteacutes de lrsquoordonnancement des commandes

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7 Commandes

Les commandes geacuteneacuteriques exigeacutees pour mettre en œuvre la strateacutegie privileacutegieacutee impliquant une tempeacuterature variable quia eacuteteacute deacutecrite dans la derniegravere section peuvent srsquoaveacuterer relativement simples Quelques chauffe-eau agrave la demande proposent deacutejagrave des commandes de reacuteglage de tempeacuterature Les commandes de tempeacuterature des chauffe-eau agrave la demande types ne sont toutefois pas systeacutematiquement configureacutees pour offrir une fonction de reacuteglage de tempeacuterature baseacutee sur la charge Quasiment tous les chauffe-eau agrave la demande actuellement disponibles sont eacutequipeacutes pour accueillir des commandes de tempeacuterature inteacutegreacutees ou monteacutees agrave distance permettant agrave lrsquoutilisateur de reacutegler manuellement la tempeacuterature drsquoalimentation agrave partir du chauffe-eau

En principe il devrait ecirctre possible de concevoir un module drsquointerface de commande simple qui viendrait se brancher dans les fiches de connexion de la commande de tempeacuterature existante La nouvelle commande simulerait lrsquoaction du controcircleur de tempeacuterature standard reacutegleacute manuellement de maniegravere agrave offrir une fonction de reacuteinitialisation de tempeacuterature automatique du chauffe-eau Toutes les commandes de seacutecuriteacute resteraient fonctionnelles

Une strateacutegie de controcircle simple peut offrir des performances eacuteleveacutees Les facteurs cleacutes agrave prendre en compte sont les suivants

bull deacuteterminer si une demande tient compte des besoins en chauffage drsquoeau chaude domestique

bull en mode de chauffage des locaux uniquement utiliser une minuterie ou un controcircle de reacuteglage exteacuterieur (ou un capteur de charge infeacuterentielle similaire) pour faire augmenter progressivement la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation

bull preacutevoir un systegraveme de traitement drsquoair faisant varier le deacutebit drsquoair en fonction de la tempeacuterature de lrsquoeau qui arrive dans lrsquoappareil du deacutelai pendant lequel une demande de chauffage perdure ou drsquoun signal direct du capteur de commande de charge

Ilest inteacuteressant de souligner que le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair nrsquoont pas besoin de communiquer directement ni de posseacuteder des commandes communes pour mettre en œuvre certaines des strateacutegies de controcircle deacutecrites

Lorsque les commandes du systegraveme deacutetectent qursquoune demande de chauffage a eacuteteacute satisfaite le systegraveme de traitement drsquoair devrait continuer de fonctionner suffisamment longtemps pour extraire toute la chaleur reacutesiduelle du serpentin et la transfeacuterer vers le courant drsquoair Pour eacuteviter les problegravemes de confort thermique il est souhaitable de reacuteduire la vitesse du ventilateur pendant cette peacuteriode de temporisation de la

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ventilation Le fonctionnement continu du ventilateur avec un reacuteglage de vitesse faible offrira automatiquement cette fonctionnaliteacute sans neacutecessiter de quelconques commandes intelligentes Cette option aurait lrsquoavantage suppleacutementaire drsquoassurer une reacutepartition de la tempeacuterature uniforme agrave lrsquointeacuterieur de la reacutesidence Elle serait eacutegalement utile pour reacutepartir lrsquoair frais si le systegraveme combineacute est installeacute avec un ventilateur-reacutecupeacuterateur de chaleur (VRC) ou un autre type de systegraveme de ventilation

Des commandes soigneusement conccedilues contribueront en bout de ligne agrave assurer ou reacutetablir lrsquoefficaciteacute du systegraveme combineacute Les commandes devraient ecirctre en mesure de deacuteterminer srsquoil y a une demande de chauffage des locaux ou de chauffage de lrsquoeau ou une demande concernant les deux modes Les commandes devront deacuteterminer lrsquoamplitude de chaque charge et reacutepondre de maniegravere approprieacutee en faisant varier certains paramegravetres agrave la fois pour le systegraveme de chauffage des locaux (systegraveme de traitement drsquoair par exemple) et pour le geacuteneacuterateur de chaleur (notamment si la source de chauffage est un chauffe-eau agrave la demande) En cas de demande de chauffage drsquoeau eacuteleveacutee il se peut qursquoune solution de commande prioritaire drsquoeau chaude domestique constitue la meilleure option Les commandes peuvent deacuteduire lrsquoamplitude des charges de chauffage des locaux au moyen de divers meacutecanismes y compris en surveillant les cycles de fonctionnement du thermostat et de signaux drsquoentreacutes directs transmis par une commande de charge infeacuterentielle telle qursquoune commande de reacuteglage exteacuterieur

La figure 3 preacutesente un algorithme simplifieacute de commandes geacuteneacuteriques pour la section chauffe-eau drsquoun systegraveme combineacute utilisant quatre eacutetapes de reacuteglage de tempeacuterature drsquoeau pour le chauffage des locaux et une seule pour le chauffage de lrsquoeau

La logique de commande illustreacutee agrave la figure 3 constitue uniquement un exemple de strateacutegie de controcircle rudimentaire qui pourrait ecirctre utiliseacutee pour assurer des performances eacuteleveacutees dans des modes de chauffage de locaux sans neacutecessiter lrsquoutilisation de composants oneacutereuxLrsquoalgorithme de commande pourrait ecirctre ameacutelioreacute si le controcircleur avait lrsquointelligence neacutecessaire pour lui permettre drsquoassimiler les eacutetapes de chauffage requises en surveillant la dureacutee des demandes de chauffage des locaux sur plusieurs cycles de chauffage reacutecents

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e

Mode drsquoattente Chauffe-eauagrave la demande en attente de signal

Demande de chauffage (lrsquoeaucircule dans le chauffe-eau)

Demandedrsquoeauchaude

domestique

Activationdu chauffagede lrsquoeacutetape 1 THERM90 ordmF Ventilateur Vitesse 1 Deacuteclencherle minuteursur 5 min

Demandesatisfaite avantlrsquoexpiration

du deacutelaiduminuteur

Oui

Oui

No

Reacuteglage du THERM sur le point de consigne de lrsquoeau chaude domestique THERM = 140 degF Couperlecirculateurde chauffagedelocaux (facultatif) Attendre lafin de la demande drsquoeau chaude domestique

Demande de

chauffage satisfait

Non

Oui

Activation du chauffage de lrsquoeacutetape 2 THERM = 105 degF Ventilateur Vitesse 2 Deacuteclencher le minuteur sur3 min

Activation du chauffage de lrsquoeacutetape 3 THERM = 120 degF Ventilateur Vitesse 3 Deacuteclencher le minuteur sur3 min

Activation du chauffage MAX THERM = 140 degF Ventilateur Vitesse 4 Mettrefin agravelademande de chauffage

Figure 3 Logique de lrsquoalgorithme simplifieacute de commande de chauffe-eau pour unsceacutenario de chauffage en quatre eacutetapes

Voici trois options de commande de vitesse de ventilateur de systegraveme de traitement drsquoair associeacutees agrave la meacutethode de chauffage drsquoeau illustreacutee agrave la figure 3

Commandes indirectes baseacutees sur la tempeacuteratureRaccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont bien distinctes les unes des autres mais elles fonctionnement de maniegravere compleacutementaire

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Principe de fonctionnement Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetecte la tempeacuterature de lrsquoeau chaude drsquoadmissionPlus la tempeacuterature de lrsquoeau est eacuteleveacutee plus les commandes du systegraveme de traitement drsquoair augmentent le deacutebit drsquoair

Discussion Les commandes du chauffe-eau augmentent la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque la demande nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetecte la tempeacuterature plus eacuteleveacutee et fait circuler plus drsquoair dans les serpentins pour lrsquoutiliser

Aspect meacutecanique Un puits de tempeacuterature est installeacute dans la conduite drsquoeau drsquoalimentation drsquoarriveacutee agrave lrsquointeacuterieur du systegraveme de traitement drsquoairLe reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur serait ajusteacute en installant un module de commande de systegraveme de traitement drsquoair qui mesure la tempeacuterature de lrsquoeau achemineacutee au systegraveme de traitement drsquoair depuis le chauffe-eau pendant une demande de chauffage de locaux transmise au systegraveme de traitement drsquoair La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signal de commande transmis au panneau de controcircle du systegraveme de traitement drsquoair par le thermostat du systegraveme de CVCA

Commandes indirectes baseacutees sur le minuteur Raccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont bien distinctes les unes des autres mais elles fonctionnement de maniegravere compleacutementaire

Principe de fonctionnement Le deacutebit drsquoair du systegraveme de traitement drsquoair varie en fonction de la dureacutee de la demande de chauffage afin de coiumlncider avec les minutages de commande de tempeacuterature indiqueacutes agrave la figure 3

Discussion Les commandes du chauffe-eau augmentent la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque la demande nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetermine la dureacutee de la demande de chauffage et fait circuler plus drsquoair dans les serpentins afin de se conformer aux eacutetapes de tempeacuterature programmeacutees

Aspect meacutecanique Le reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur serait ajusteacute en installant un module de commande de systegraveme de traitement drsquoair qui reacutegule le deacutebit drsquoair en fonction de la dureacutee de la demande de chauffage La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signalde commande transmis au panneau de controcircle du systegraveme de traitement drsquoair par le thermostat du systegraveme de CVCA

Controcircle direct Raccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont toutes deux controcircleacutees au moyen drsquoun nouveau controcircleur combineacute inteacutegreacute posseacutedant une interface directe avec le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair

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Principe de fonctionnement Le nouveau controcircleur fait varier le deacutebit drsquoair du systegraveme de traitement drsquoair et la tempeacuterature de lrsquoeau de maniegravere agrave optimiser le rendement du chauffage

Discussion Cette strateacutegie de controcircle direct suppose le deacuteveloppement drsquoun nouveau composant de commande Le controcircleur peut utiliser des reacuteglages de fonctionnement plus sophistiqueacutes afin drsquoameacuteliorer le rendement dans tous les modes de fonctionnement

Aspect meacutecanique Le reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur et la tempeacuterature de lrsquoeau achemineacutee au systegraveme de traitement drsquoair seraient directement controcircleacutes par un nouveau controcircleur combineacute inteacutegreacute La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signal de commande transmis au controcircleur par le thermostat du systegraveme de CVCA

Chauffe-eau - Mode de chauffage de lrsquoeau du robinet Les algorithmes de chauffage de lrsquoeau du robinet ne changent pas par rapport agrave ceux du module de commande standard La seule diffeacuterence reacuteside dans le fait que le chauffe-eau utilise un contacteur de deacutebit ou un deacutebitmegravetre pour repeacuterer un tirage drsquoeau chaude (ou une arriveacutee drsquoeau froide) et comprendre qursquoune demande de chauffage drsquoeau a eacuteteacute faite Si une demande de chauffage de locaux intervient simultaneacutement le chauffe-eau pourrait honorer les deux demandes en tenant compte du reacuteglage de tempeacuterature de sortie requise de lrsquoeau du robinet Une autre option consisterait agrave prendre en compte par deacutefaut le reacuteglage du mode de chauffage de lrsquoeau Un mode de controcircle plus sophistiqueacute pourrait potentiellement temporiser le chauffage des locaux lorsque cela srsquoavegravere neacutecessaire pour reacutepondre agrave des demandes de chauffage drsquoeau eacuteleveacutees ou pour activer la distribution de chauffage des locaux en utilisant des reacuteglages de tempeacuterature optimiseacutes Ce cas de figure est illustreacute agrave la figure 4

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8 Composants

Pour bien fonctionner les systegravemes de chauffage combineacutes doivent ecirctre doteacutes de composants haute performance que ce soit dans une configuration dite laquo installeacutee raquo ou dans une configuration drsquoessai selon la norme CSA P9 La preacutesente section a pour objectif drsquoaider les fabricants de chauffe-eau agrave la demande

bull agrave concevoir leur propre systegraveme de traitement drsquoair

bull agrave eacutetablir un partenariat avec un autre fabricant qui fournirait un systegraveme de traitement drsquoair pour leur systegraveme apregraves avoir deacutetermineacute

ndash les composants requis

ndash la mesure dans laquelle un modegravele de systegraveme de traitement drsquoair existant aurait besoin drsquoecirctre affineacute pour reacutepondre agrave leurs besoins

bull agrave eacutetablir les modifications qursquoil faut apporter au systegraveme monobloc dans son ensemble pour ameacuteliorer les performances

81 Systegraveme de traitement drsquoair

Le systegraveme de traitement drsquoair doit inclure les composants neacutecessaires pour fournir de la chaleur et faire circuler de lrsquoair Les eacuteleacutements agrave prendre en compte sont des serpentins de chauffage de locaux un moteur de ventilateur une pompe et un puits de tempeacuterature Ces eacuteleacutements sont deacutecrits plus en deacutetail ci-dessous

82 Serpentins de chauffage de locaux

Les serpentins de chauffage de locaux doivent ecirctre dimensionneacutes de maniegravere approprieacutee pour que le chauffage des locaux puisse avoir lieu avec une tempeacuterature drsquoalimentation suffisamment basse et une baisse de tempeacuterature de lrsquoeau suffisante pour favoriser la condensation dans le geacuteneacuterateur de chaleur lorsque le systegraveme fonctionne en conditions de charge partielle (et ideacutealement en conditions de pleine charge eacutegalement)

Geacuteneacuteralement les serpentins quiextraient la chaleur de lrsquoeau sont conccedilus et choisis en tenant compte drsquoune baisse de tempeacuterature de lrsquoeau drsquoenviron 11 degC (20 degF) le long des serpentins aux conditions de chauffage nominales La seacutelection preacutealable du serpentin peut ecirctre faite en utilisant un logiciel deacutejagrave proposeacute par divers fabricants de serpentins Dans la plupart des cas le modegravele logiciel calcule la puissance de chauffage drsquoun

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serpentin de chauffage agrave eau chaude en se fondant sur la mesure des performances du conditionnement drsquoair pour des serpentins ayant une construction et des geacuteomeacutetries similaires Du coup la puissance de chauffage reacuteelle pour une condition nominale donneacutee peut diffeacuterer leacutegegraverement de celle preacutedite par le logiciel

Ilest recommandeacute de veacuterifier la performance reacuteelle du serpentin choisi (puissance de chauffage baisse de la tempeacuterature de lrsquoeau baisse de la pression statique sur le cocircteacute air et eau) en effectuant des essais internes Lorsque cette eacutetape a eacuteteacute exeacutecuteacutee le modegravele logiciel peut fournir une aide preacutecieuse pour seacutelectionner le serpentin et devrait proposer des indications plutocirct fiables concernant les changements de performance du serpentin aux diffeacuterentes conditions projeteacutees Les informations ainsi collecteacutees devraient ecirctre utiles pour concevoir et affiner des reacuteglages et des strateacutegies de controcircle plus eacutevolueacutes en vue drsquooptimiser le rendement du systegraveme en conditions de chauffage en charge partielle

Voici les eacuteleacutements agrave prendre en compte

Diamegravetre du serpentin drsquoeau et nombre de spires ndash Un grand diamegravetre de canalisation reacuteduira au minimum la baisse de pression de lrsquoeau ainsi que lrsquoeacutenergie utiliseacutee par le systegraveme de circulation drsquoeau Un petit diamegravetre de canalisation permettra drsquoopter pour un serpentin moins oneacutereux eacutetant donneacute qursquoil faudra moins de cuivre dans le serpentin Cependant des petits tubes neacutecessiteront une eacutenergie de pompage supeacuterieure et feront augmenter les pheacutenomegravenes drsquousure et drsquoeacuterosion des tubes si une puissance de pompe suffisante est appliqueacutee pour offrir le deacutebit drsquoeau nominal Concregravetement le fait drsquoutiliser un serpentin avec des tubes trop petits reacuteduira la puissance de chauffage fournie par le serpentin En effet le fabricant utilisera vraisemblablement le mecircme circulateur standard quel que soit le serpentin retenu Les TECA hydronic and combo guideline (Directives sur les systegravemes hydroniques et combineacutes de la TECA)1

(article 814) preacutecisent que le deacutebit de lrsquoeau qui traverse le systegraveme de chauffage ne doit pas deacutepasser quatre (4) pieds par seconde

Nombre drsquoailettes par pouce ndash Plus le nombre drsquoailettes par pouce est eacuteleveacute plus la surface de transmission de chaleur et la puissance de chauffage augmentent cela creacutee cependant une baisse de pression supeacuterieure sur le cocircteacute air du serpentin Un certain degreacute de perte de pression dans le serpentin est utile pour assurer un deacutebit drsquoair homogegravene dans le serpentin notamment dans une configuration de laquo purge raquo qui est couramment utiliseacutee dans les ventilo-convecteurs combineacutes servant au chauffage des locauxLes speacutecifications des serpentins de chauffage peuvent faire eacutetat drsquoun nombre drsquoailettes variant de 6 ailettes par pouce agrave 14 ailettes par pouce Les serpentins de chauffage hydronique standard comportent 12 ou 14 ailettes par pouce Les serpentins doteacutes drsquoun grand nombre drsquoailettes sont plus facilement encrasseacutes par de la poussiegravere

1 Thermal Environmental Comfort Association (TECA) Surrey (C-B) Hydronic amp Combo Guidelines for the Design and Installation of Hot Water Heating Systems and Combination Hot Water amp Space Heating Systems 8th Edition August 2009 (Directives concernant les systegravemes hydroniques et combineacutes conception et installation de systegravemes de chauffage drsquoeau chaude et de systegravemes combineacutes de chauffage drsquoeau chaude et de locaux 8e eacutedition aoucirct 2009) [wwwtecaca]

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ou des deacutebris Selon les reacutesultats du logiciel de modeacutelisation du serpentin la preacutesence de 12 ailettes ou mecircme 14 semble ecirctre un choix raisonnable pour un serpentin de chauffage de locaux haute performance agrave condition que le serpentin soit choisi avec une surface suffisamment importante pour maintenir la vitesse frontale de lrsquoair faible agrave la puissance de chauffage theacuteorique

Figure 5 Exemple de serpentin de chauffage de locaux laquo surdimensionneacute raquo utiliseacute dans une application de systegraveme de traitement drsquoair hydronique

83 Moteur de ventilateur

Le systegraveme de traitement drsquoair devrait utiliser un moteur de ventilateur agrave commutation eacutelectronique (MCE) et ecirctre exploiteacute en utilisant un systegraveme de controcircle agrave vitesse multiple ou agrave vitesse variable Cette option permettrait de moduler le deacutebit drsquoair et la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque le systegraveme fonctionne agrave une puissance infeacuterieure agrave sa puissance de chauffage nominale maximaleLa capaciteacute agrave utiliser un mode de circulation continu agrave faible puissance et faible vitesse serait particuliegraverement utile en cas de fonctionnement aux points de consigne de 15 et 40 pour lesquels il est primordial de collecter et de distribuer toute la chaleur reacutesiduelle des serpentins de chauffage la norme P9 tenant compte uniquement de la chaleur qui est reacuteellement transfeacutereacutee dans le courant drsquoair

La modulation du deacutebit drsquoair et de la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation permettra drsquoobtenir des tempeacuteratures drsquoair distribueacute confortables ainsi que des performances de chauffage eacuteleveacutees

Un MCE doteacute drsquoune programmation de deacutebit drsquoair constant surclassera vraisemblablement un MCE qui utilise une programmation de couple constant car le

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systegraveme compensera au moins partiellement les diffeacuterences entre les pressions statiques nominales et les pressions statiques reacuteellement eacutetablies Cette solution peut srsquoaveacuterer indispensable pour srsquoassurer que les performances de la combustion dans des conditions reacuteelles variables correspondent aux performances obtenues lors drsquoessais dans le laboratoire

Une programmation de deacutebit drsquoair constant sera probablement essentielle pour obtenir des performances acceptables dans le cas drsquoun systegraveme combineacute reacuteparti

84 Circulateurpompe

Ilest important de choisir le bon circulateur pour acheminer le deacutebit approprieacute en fonction de la pression statique eacutetablie qui sera en vigueur Les pertes de pression dans les diffeacuterents chauffe-eau agrave la demande varient Le fait drsquoutiliser un circulateur qui fournit un deacutebit trop important se traduira par une petite baisse de tempeacuterature dans le circuit drsquoeau qui traverse le serpentin et par une tempeacuterature drsquoeau de retour eacuteleveacutee vers le chauffe-eau Un deacutebit trop faible entraicircne des capaciteacutes de chauffage faibles Des circulateurs hydroniques sont offerts avec trois vitesses seacutelectionnables et des deacutebits de pompe nominaux Par contre les moteurs utiliseacutes dans les circulateurs types agrave plusieurs vitesses ne sont pas aussi efficaces que les moteurs agrave CE Des circulateurs agrave vitesse variable eacutequipeacutes de moteurs agrave CE font leur apparition sur le marcheacute mais ils ne sont pas encore couramment utiliseacutes dans les applications combineacutees

Ideacutealement les pompes de circulation des systegravemes combineacutes eacutevolueacutes devraient consister en un concept agrave modulation agrave vitesse variable capable drsquoameacuteliorer le rendement et de compenser les diffeacuterentes configurations de canalisation Ce type de concept est deacutejagrave disponible et pourrait ecirctre mis en œuvre degraves maintenant il pourrait aussi ecirctre mis de cocircteacute jusqursquoagrave ce que la prochaine geacuteneacuteration de systegravemes de chauffage combineacutes eacutevolueacutes soit mise au point Les premiers reacutesultats drsquoessais en laboratoire ont montreacute qursquoil est possible drsquoobtenir de bonnes performances conformes agrave la norme CSA P9 sans utiliser des pompes de circulation agrave vitesse variable et des commandes auxiliaires coucircteuses Agrave lrsquoavenir agrave mesure que le coucirct des circulateurs agrave vitesse variable doteacutes de moteurs agrave CE baissera et que les commandes inteacutegreacutees seront mieux accepteacutees leur utilisation dans des applications de chauffage combineacute sera plus rentable

85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)

Si lrsquoon conccediloit le reacuteseau de plomberie de maniegravere agrave pouvoir y installer des bouchons de controcircle de tempeacuterature drsquoeau et de pression les essais internes et les mesures de mise en service seront simplifieacutes De plus il sera plus facile de purger lrsquoair des circuits

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hydroniques Il est possible drsquoutiliser des sondes de tempeacuteratures monteacutees agrave lrsquoexteacuterieur pour effectuer les mesures de mise en service sur le terrain si des sections de conduites de cuivre ameacutenageacutees dans des endroits strateacutegiques sont prises en compte lors de la conception

86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau

Certains chauffe-eau agrave la demande de type chaudiegravere possegravedent des points de consignes et des algorithmes de controcircle distincts pour le chauffage des locaux et celui de lrsquoeau Drsquoautres ont besoin de savoir si la charge concerne le chauffage des locaux ou celui de lrsquoeau potable Dans ce cas on peut utiliser divers capteurs et surveiller eacutegalement les signaux transmis par un deacutebitmegravetre drsquoeau installeacute dans le reacuteseau drsquoeau potable ou un deacutebitmegravetre installeacute dans le circuit de chauffage des locaux Bon nombre de chauffe-eau agrave la demande utilisent de tels capteurs dans leurs circuits de commande de brucircleur afin de faire coiumlncider les allures de chauffe avec les chargesDans les applications combineacutees lrsquoutilisation de commandes capables de diffeacuterencier les charges deacutepend de la logique de controcircle prioritaire de demande drsquoeau chaude domestique

87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes

Les canalisations drsquoeau ameacutenageacutees entre le geacuteneacuterateur de chaleur et le systegraveme combineacute devraient ecirctre dimensionneacutees de maniegravere agrave eacuteviter des baisses de pression excessives

Toutes les canalisations en cuivre exteacuterieures doivent ecirctre isoleacutees conformeacutement aux pratiques de lrsquoindustrie Il se peut que les avantages lieacutes agrave lrsquoisolation des canalisations drsquointerraccordement ne soient pas tregraves importants si les sections de conduites sont courtes et si elles contiennent des tuyaux en polyeacutethylegravene reacuteticuleacute ou un type de conduite similaire preacutesentant moins de perte de chaleur que les conduites en cuivre

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9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes

La preacutesente section contient des directives et certaines observations agrave lrsquointention des fabricants de systegravemes de chauffage combineacutes dans le but drsquoaider ces derniers agrave mettre agrave lrsquoessai leurs systegravemes agrave lrsquointerne Lrsquoexeacutecution drsquoessais agrave lrsquointerne en utilisant un montage simplifieacute permettra aux fabricants de mieux cerner les performances de leurs concepts et commandes prototypes lorsqursquoils sont mis agrave lrsquoessai dans une installation indeacutependante conformeacutement agrave la norme CSA P9 (P10 pour les fabricants de SMI) Les essais en question ne doivent pas forceacutement ecirctre conccedilus pour geacuteneacuterer des reacutesultats de performance preacutecis agrave 100 mais ils sont consideacutereacutes comme indispensables pour le deacuteveloppement et le cycle drsquooptimisation du produit les avantages drsquoun concept et drsquoun fonctionnement de systegraveme ameacutelioreacutes pouvant rapidement sauter aux yeux lorsque lrsquoon compare les reacutesultats des essais reacutealiseacutes laquo avant raquo et laquo apregraves raquo

En geacuteneacuteral il nrsquoest pas rentable de payer un laboratoire drsquoessais indeacutependant pour proceacuteder agrave la premiegravere eacutevaluation drsquoun systegraveme de chauffage combineacute complet Les coucircts lieacutes au laboratoire et les deacutefis lieacutes aux ingeacutenieurs concepteurs qui prescrivent des reacuteglages lorsqursquoils ne sont pas sur place rendent cette option probleacutematique Des essais simplifieacutes reacutealiseacutes dans les propres locaux du fabricant permettent de srsquoassurer que les reacutesultats sont dans la plage approprieacutee degraves le deacutebut

Un scheacutema de montage drsquoessai suggeacutereacute utilisable pour effectuer des mesures conformeacutement agrave la norme CSA P9 est preacutesenteacute dans cette norme La figure 6 ci-dessous illustre une version simplifieacutee de ce scheacutema

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de la piegravece

combineacutes

Appareilsdeconditionnement

Eacutevents pour produits de combustion Appareils de

conditionnement de la piegravece

Salle drsquoessai

Isolant

Meacutelangeur

Approvisionnement en eau

Eacutevents pour air de combustion Conduite drsquoalimentation en combustible

Uniteacute drsquoessai des

systegravemes

Thermocouples Porte Fenecirctre

Mesure de la tempeacuterature et du deacutebit de lrsquoeau

Conduite drsquoair de retour

Thermocouples

Mesure de la tempeacuterature et de lrsquohumiditeacute de lrsquoair

Air drsquoappoint

Mesure du deacutebit drsquoair

Figure 6 Scheacutema simplifieacute illustrant le montage utiliseacute pour exeacutecuter les essais conformeacutement agrave la norme P9 (composants individuels du systegraveme combineacute non illustreacutes)

Le scheacutema preacutesente un dispositif de mesure de lrsquoenthalpie de lrsquoair dans un tunnel baseacute Vsur la norme ASHRAE 37 Lrsquoappareil de mesure de lrsquoair illustreacute sur la figure de la norme utilise un ajutage et un ventilateur drsquoeacutequilibrage pour pouvoir appliquer une technique de mesure du deacutebit drsquoair neacutecessitant une pression diffeacuterentielle eacuteleveacutee (entre 1 et 4 pouces drsquoeau) dans lrsquoajutage Lorsqursquoil est utiliseacute avec des manomegravetres preacutecis cet appareil offre une preacutecision de mesure eacuteleveacutee de lrsquoordre de 1 agrave 2 du deacutebit drsquoair et il geacutenegravere un deacutebit drsquoair bien meacutelangeacute qui permet de mesurer avec preacutecision la tempeacuterature du deacutebit de lrsquoair drsquoalimentation

La norme P9 preacutecise que lrsquoajutage inteacutegreacute agrave lrsquoappareil de mesure de lrsquoenthalpie de lrsquoair en tunnel constitue une meacutethode acceptable pour mesurer le deacutebit drsquoair tout en approuvant expresseacutement (article 36) lrsquoapplication drsquoautres processus de mesure du deacutebit drsquoair agrave condition que les limites de preacutecision mentionneacutees dans la norme soient satisfaites Ceci donne la possibiliteacute drsquoutiliser une technique de mesure du deacutebit drsquoair plus directe ne neacutecessitant pas lrsquoutilisation drsquoun appareil comportant un ventilateur drsquoeacutequilibrage Dans certains cas lrsquoutilisation drsquoune chambre de mesure de deacutebit avec un ventilateur drsquoeacutequilibrage pour reacutegler la pression statique de la conduite drsquoair drsquoalimentation a impliqueacute des problegravemes de stabiliteacute avec des moteurs agrave CE qui ont eacuteteacute

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programmeacutes pour un deacutebit drsquoair constant il est donc avantageux drsquoeacuteviter les ventilateurs drsquoeacutequilibrage

91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz

De nombreux fabricants concevant des systegravemes combineacutes eacutevolueacutes integravegreront des instruments conccedilus pour mesurer la consommation drsquoeacutenergie eacutelectrique la consommation du combustible les performances de combustion la tempeacuterature et la pression (pression du collecteur de gaz pression statique des conduites etc) Si de tels eacutequipements de mesure ne sont pas offerts ilest recommandeacute de les preacutevoirLes compteurs de facturation des compagnies de gaz et drsquoeacutelectriciteacute devraient offrir une preacutecision et une reacutesolution suffisantes pour les essais de deacuteveloppement du produit

92 Enregistreur de donneacutees

Les fabricants devront eacutegalement avoir accegraves agrave un systegraveme drsquoenregistrement de donneacutees dans le cadre de leur travail Il est conseilleacute de preacutevoir un enregistreur qui offre une preacutecision et un nombre de canaux de mesures suffisants pour les tacircches agrave accomplir On estime qursquoil faudra environ huit (8) canaux pour mesurer la tempeacuterature plus quelques canaux analogiques ou numeacuteriques pour prendre en compte les donneacutees des deacutebitmegravetres des transducteurs de pression etc (analogiques ou numeacuteriques selon lrsquoinstrument de mesure seacutelectionneacute) De nombreux fournisseurs proposent un large eacuteventail drsquoenregistreurs de donneacutees Campbell Scientific Fluke Instruments Omega et Measurement Computing (personal DAQ) figurent parmi les fabricants qui proposent des enregistreurs de donneacutees de petite eacutechelle pouvant ecirctre pris en compte Il est recommandeacute de se pencher sur lrsquoassistant logiciel de lrsquoenregistreur de donneacutees seacutelectionneacute au moment drsquoeacutevaluer lrsquoeacutequipement Si le fabricant ne souhaite pas investir dans un enregistreur de donneacutees la location demeure une option mecircme si les eacuteconomies preacutevues dans le cas drsquoune location agrave court terme semblent ecirctre faibles

93 Deacutebit drsquoair

Pour mesurer le deacutebit drsquoair pendant les essais agrave lrsquointerne il est recommandeacute drsquoutiliser une grille de deacutebit drsquoair avec eacutetablissement de moyenne installeacutee dans la conduite drsquoair drsquoalimentation en conjonction avec un manomegravetre diffeacuterentiel de preacutecision De nombreux fournisseurs proposent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans un large eacuteventail de tailles et ces deacutebitmegravetres sont relativement peu chers car ils sont souvent utiliseacutes dans des systegravemes commerciaux de chauffage et de refroidissement agrave deacutebit drsquoair variable Si lrsquoon fait une recherche dans Google en utilisant le segment laquo deacutebitmegravetres drsquoair raquo on trouve plusieurs fournisseurs et liens permettant

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drsquoobtenir de plus amples informations sur le sujet Nailor Industries Inc et Dwyer Instruments sont deux socieacuteteacutes quioffrent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans une grande varieacuteteacute de tailles de conduites

94 Manomegravetres

On trouve eacutegalement de nombreux manomegravetres diffeacuterentiels sur le marcheacute dont les modegraveles varient des manomegravetres agrave tube inclineacute aux transducteurs numeacuteriques de preacutecision Il est important de bien faire correspondre la plage de mesure du transducteur ou du manomegravetre avec la pression fournie par le deacutebitmegravetre sur la plage de deacutebits drsquoair preacutevue Dans le cas des transducteurs numeacuteriques des instruments capacitifs sont reacuteputeacutes bien fonctionner dans la plage de pression diffeacuterentielle basse qui serait normalement prescrite (environ 05 pouce de diffeacuterence de colonne drsquoeau) Setra Instruments MKS Instruments (Baratron) Dwyer Instruments et drsquoautres socieacuteteacutes proposent des transducteurs de pression diffeacuterentielle capacitifs plage basse adapteacutes

95 Tempeacuteratures

Les tempeacuteratures drsquoair drsquoarriveacutee et de sortie peuvent ecirctre mesureacutees en utilisant des thermocouples des thermistances ou des capteurs de conduite geacuteneacuterant une valeur moyenne Du fait de son bas coucirct de sa faciliteacute drsquoutilisation et de sa preacutesence agrave grande eacutechelle sur le marcheacute le thermocouple semble ecirctre lrsquoinstrument approprieacute pour cette application Il est possible de fabriquer un reacuteseau de thermocouples agrave partir drsquoune bobine de fil de thermocouple et de les raccorder entre eux en parallegravele de maniegravere agrave geacuteneacuterer une seule donneacutee repreacutesentant la valeur moyenne De nombreux fournisseurs offrent des fils agrave thermocouple notamment les socieacuteteacutes Thermo Electric Company Inc Omega Inc Watlow Inc etc Il est eacutegalement possible de fabriquer des sondes de tempeacuterature agrave partir des mecircmes fils de thermocouple pour surveiller drsquoautres paramegravetres tels que les tempeacuteratures drsquoeau Il est important de bien utiliser un fil agrave thermocouple plutocirct qursquoun fil de rallonge de lrsquoeacutechelle de mesure identique mais moins preacutecis

96 Mesures du cocircteacute eau

Pour effectuer des mesures du cocircteacute eau dans les serpentins il est neacutecessaire de posseacuteder un deacutebitmegravetre et des sondes de tempeacuterature Ces mesures pourraient ecirctre reacutealiseacutees en utilisant des capteurs distincts (deacutebitmegravetre drsquoeau et sondes de tempeacuterature distinctes par exemple) Il est important de srsquoassurer que lrsquoinsertion drsquoun deacutebitmegravetre dans la boucle drsquoeau ne modifie pas le deacutebit de la pompe de circulation Cela est particuliegraverement important avec des circulateurs agrave faible puissance geacuteneacuteralement utiliseacutes dans des applications combineacutees pour lesquelles lrsquoinstallation drsquoun deacutebitmegravetre agrave turbine conventionnel agrave baisse de pression eacuteleveacutee peut restreindre le deacutebit drsquoeau Ilexiste des deacutebitmegravetres preacutecis sans perte de pression eacuteleveacutee Certains appareils

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peuvent ecirctre acheteacutes deacutejagrave conditionneacutes avec des sondes de tempeacuterature en guise de laquo compteurs drsquoeacutenergie raquo Ils mesurent simultaneacutement les tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de lrsquoeau de retour ainsi que le deacutebit de lrsquoeau et calculent directement le flux drsquoeacutenergie en srsquoappuyant sur ces mesuresKamstrup Siemens Badger Meters Elster Metering ABB Meters et drsquoautres socieacuteteacutes offrent ce type drsquoappareils Les compteurs drsquoeacutenergie autonomes sont habituellement configureacutes avec certains dispositifs permettant de lire les diffeacuterents paramegravetres ainsi que les flux drsquoeacutenergie calculeacutes La plupart offre une fonction de stockage des donneacutees internes etou des sorties numeacuteriques pouvant ecirctre interfaceacutees avec des enregistreurs de donneacutees externes

97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne

La norme CSA P9 exige que le chauffage des locaux soit deacutefini en utilisant deux mesures (cocircteacute air et cocircteacute eau) avec une entente dans une toleacuterance acceptable pour la mise agrave lrsquoessai du systegraveme de chauffage de locaux agrave pleine capaciteacute constant Dans le cas des mesures agrave lrsquointerne entreprises par un fabricant dans le cadre drsquoun projet de deacuteveloppement de produit cibleacute lrsquoentente entre les mesures du cocircteacute air et du cocircteacute eau nrsquoest pas forceacutement requise On suggegravere aux fabricants de se concentrer sur les mesures qui ciblent la strateacutegie de controcircle ou de composant propre agrave lrsquoeacutetude Par exemple si des strateacutegies diffeacuterentes de temporisation du ventilateur ou laquo apregraves fonctionnement raquo sont eacutevalueacutees il est bien plus important de se concentrer sur les mesures du cocircteacute air que drsquoessayer drsquoatteindre un eacutequilibre entre le cocircteacute air et le cocircteacute eau Selon la quantiteacute drsquoeacutenergie laisseacutee dans le serpentin drsquoeau lorsque le ventilateur de soufflante srsquoarrecircte et drsquoautres pertes drsquoeacutenergie du systegraveme il est possible qursquoil nrsquoy ait pas drsquoeacutequilibre drsquoeacutenergie entre les mesures du cocircteacute air et les mesures du cocircteacute eau mecircme avec un instrument des mesures et des calculs laquo parfaits raquo

La norme CSA P9 exige une mesure du deacutebit drsquoair et des tempeacuteratures au moins toutes les cinq (5) secondes Dans le cas des essais agrave lrsquointerne cette freacutequence pourrait ecirctre assouplie pour certaines eacutetapes drsquoessai Par ailleurs une conformiteacute totale agrave la norme P9 suppose un controcircle preacutecis de la tempeacuterature de la salle drsquoessai ougrave se trouve le systegraveme combineacute en vue des essais ainsiqursquoun controcircle preacutecis de la tempeacuterature de lrsquoeau de la ville Dans le cas des essais de deacuteveloppement agrave lrsquointerne ces exigences peuvent eacutegalement ecirctre assouplies agrave condition que les tempeacuteratures ne varient pas trop pendant les essais Un espace commercial conditionneacute ayant une dimension raisonnable ferait lrsquoaffaire au moins pour les phases drsquoessai et de deacuteveloppement initiales

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40

Flue(combustionmeasurements)

SupplyAirtoSpaceHeatingPlenum

(optionalzonedampers)

ReturnAir

CityWater

TanklessWaterHeater

HotWaterSupplyfromWaterHeater

DHW

CoolWaterreturntoWaterheater

Temperaturemeasurementpoints

Fuelmeter

Flowmeter

Electricalmeteringnotshown

Circulator

98 Agencement des instruments

La figure 7 preacutesente un scheacutema simplifieacute permettant drsquoillustrer lrsquoagencement geacuteneacuteral des emplacements et des paramegravetres de mesure en vue de la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute de chauffe-eau instantaneacute agrave condensation Le deacutebit drsquoair qui traverse la conduite drsquoalimentation du systegraveme de traitement drsquoair sera surveilleacute en utilisant un deacutebitmegravetre agrave valeur moyenne et un manomegravetre (non illustreacute) tel que cela est deacutecrit agrave lrsquoarticle 73

T

T

T T

T T

Alimentation en eau chaude provenant du chauffe-eau

Conduit (mesures de combustion)

Eau chaude domestique

Systegraveme de mesure du combustible

Air dereprise

Retourde lrsquoeau froide vers lechauffe-eau

Chauffe-eau instantaneacute

Air drsquoalimentation achemineacute versle pleacutenum de chauffage(registres de zone facultatifs)

Eau municipale

Deacutebitmegravetre

T

(compteur eacutelectrique non illustreacute)

Points de mesure de la tempeacuterature Circulateur

Figure 8 Scheacutema de mesure simplifieacute applicable agrave la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute baseacute sur un chauffe-eau instantaneacute

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CanmetEacuteNERGIE CanmetEacuteNERGIE de Ressources naturelles Canada est un chef de file canadien dans le domaine de la recherche et deacuteveloppement en eacutenergie propre Les travaux de nos speacutecialistes portent sur lrsquoapprovisionnement drsquoeacutenergie propre agrave partir de combustibles fossiles et de sources renouvelables la gestion de lrsquoeacutenergie et les systegravemes de distribution ainsi que sur les technologies et processus avanceacutes pour les utilisations finales En veillant agrave ce que le Canada soit agrave la fine pointe des technologies sur lrsquoeacutenergie propre nous ameacuteliorons la qualiteacute de vie des Canadiens en creacuteant un avantage durable en matiegravere de ressources

Bureau central Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) 580 rue Booth 1 promenade Oil Patch 1 promenade Haanel 161 boulevard Lionel-Boulet Ottawa (Ontario) Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) Canada Canada Canada Canada K1A 0E4 T9G 1A8 K1A 1M1 J3X 1S6

  • Guide pour les fabricants drsquoappareils de chauffage combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessai conformeacutement agrave la norme CSA P9
    • Remerciements
    • 1 Reacutesumeacute
    • 2 Systegravemes agrave zones
    • Table des matiegraveres
    • Liste des tableaux et figures
    • 3 Contexte
      • 31 Objet
      • 32 Public cible
      • 33 Marcheacute
      • 34 Pratiques en vigueur dans lrsquoindustrie
      • 35 Expeacuterience en matiegravere drsquoeacutevaluation
      • 36 Deacutefi principal Utiliser des chauffe-eau pour chauffer des locaux de maniegravere eacuteconergeacutetique
      • 37 Approche par eacutetapes
        • 4 Charges de calcul ndash performances selon la norme CSA p9
          • 41 Facteur de performance thermique (FPT)
          • 42 Chauffage de lrsquoeau
          • 43 Chauffage des locaux
          • 44 Importance relative des charges de chauffage des locaux et de lrsquoeau
            • 5 Chauffage de lrsquoeau domestique
            • 6 Conception des systegravemes combineacutes
              • 61 Incidence des pondeacuterations de charge
                • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                • Reacuteduction des tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour
                  • 62 Strateacutegies de conception
                  • 63 Strateacutegie 1 Tempeacuterature drsquoeau constante
                    • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                    • Serpentin(s) de chauffage des locaux
                    • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                    • Illustration des performances selon la norme P9
                    • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                      • 64 Strateacutegie 2 Tempeacuterature drsquoeau variable
                        • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                        • Serpentin(s) de chauffage de locaux
                        • Conditions de chauffage de locaux en charge partielle
                        • Illustration des performances P9
                        • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                            • 7 Commandes
                              • Commandes indirectes baseacutees sur la tempeacuterature
                              • Commandes indirectes baseacutees sur le minuteur
                              • Controcircle direct
                              • Chauffe-eau -Mode de chauffage de lrsquoeau du robinet
                                • 8 Composants
                                  • 81 Systegraveme de traitement drsquoair
                                  • 82 Serpentins de chauffage de locaux
                                  • 83 Moteur de ventilateur
                                  • 84 Circulateurpompe
                                  • 85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)
                                  • 86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau
                                  • 87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes
                                    • 9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes
                                      • 91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz
                                      • 92 Enregistreur de donneacutees
                                      • 93 Deacutebit drsquoair
                                      • 94 Manomegravetres
                                      • 95 Tempeacuteratures
                                      • 96 Mesures du cocircteacute eau
                                      • 97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne
                                      • 98 Agencement des instruments
Page 8: Guide pour les fabricants d’appareils de chauffage ...€¦ · Le présent rapport explique comment la norme d’essai P.9 pondère le rendement dans différents modes de fonctionnement

Liste des tableaux et figures

Tableau 1 Consommation drsquoeacutenergie totale pour un systegraveme combineacute de 10 kW iii

Tableau 2 Charges thermiques annuelles (kWhan) de la norme P9 applicables aux systegravemes combineacutes affichant des puissances nominales de chauffage des locaux de 5 10 et 15 kW12

Tableau 3 Pondeacuterations de charge de la norme P9 pour des systegravemes combineacutes affichant des puissances nominales de chauffage des locaux de 5 10 et 15 kW 12

Tableau 4 Comparaison des caracteacuteristiques de rendement eacutenergeacutetique de la norme P7 pour deux chauffe-eau theacuteoriques16

Tableau 5 Performances drsquoun systegraveme combineacute theacuteorique affichant une puissance de chauffage des locaux de 10 kW en utilisant une strateacutegie simple de commande de point de consigne de tempeacuterature drsquoeau unique (capaciteacute de chauffage des locaux compenseacutee par des cycles de marche-arrecirct) 20

Tableau 6 Performances drsquoun systegraveme de chauffage combineacute theacuteorique offrant une puissance de chauffage des locaux de 10 kW en utilisant une strateacutegie de controcircle de tempeacuteratures drsquoeau et de vitesses de ventilateur variables (variation de la capaciteacute de chauffage des locaux par modulation du deacutebit drsquoair et de la tempeacuterature de lrsquoeau)23

Figure 1 Courbe de charge-dureacutee pour le chauffage des locaux (tireacutee de la norme CSA P9-11) 10

Figure 2 Comparaison de la consommation drsquoeacutenergie pour le chauffage et lrsquoeau chaude (kWhan) dans le cas des systegravemes combineacutes de 10 kW et 5 kW 11

Figure 3 Logique de lrsquoalgorithme simplifieacute de commande de chauffe-eau pour un sceacutenario de chauffage en quatre eacutetapes 27

Figure 4 Illustration de lrsquoutilisation drsquoun capteur de deacutebit drsquoeau pour deacuteterminer une charge de chauffage drsquoeau potable30

Figure 5 Exemple de serpentin de chauffage de locaux laquo surdimensionneacute raquo utiliseacute dans une application de systegraveme de traitement drsquoair hydronique33

Figure 6 Scheacutema simplifieacute illustrant le montage utiliseacute pour exeacutecuter les essais conformeacutement agrave la norme P9 (composants individuels du systegraveme combineacute non illustreacutes)37

Figure 7 Scheacutema de mesure simplifieacute applicable agrave la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute baseacute sur un chauffe-eau instantaneacute 41

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3 Contexte

31 Objet

Le but du preacutesent document est de fournir aux fabricants de chauffe-eau agrave condensation agrave modulation fonctionnant agrave la demande une strateacutegie concernant la conception de systegravemes combineacutes capables de chauffer efficacement les locaux et lrsquoeau des reacutesidences et la faccedilon drsquoobtenir les reacutesultats drsquoessais selon la norme CSA P9 pour deacutemontrer cette capaciteacute

Tous les chauffe-eau destineacutes agrave ecirctre utiliseacutes dans des applications combineacutees doivent faire lrsquoobjet drsquoune approbation speacuteciale (et ecirctre certifieacutes) pour pouvoir ecirctre effectivement utiliseacutes dans les applications en question et ils doivent comporter une eacutetiquette indiquant qursquoils sont adapteacutes pour le chauffage combineacute de lrsquoeau et des locaux

32 Public cible

Le preacutesent document a eacuteteacute conccedilu pour aider

bull les gestionnaires agrave cerner rapidement une seule strateacutegie agrave adopter pour eacutelaborer un systegraveme combineacute agrave haute performance agrave eacuteliminer les risques lieacutes au processus de deacuteveloppement et agrave exploiter des ressources plus efficacement

bull les ingeacutenieurs en conception agrave seacutelectionner le chauffe-eau agrave acceacuteleacuterer le deacuteveloppement drsquoune strateacutegie de controcircle applicable au systegraveme combineacute et agrave eacutetablir des speacutecifications agrave lrsquoattention des fournisseurs de composants potentiels

33 Marcheacute

Les systegravemes de chauffage combineacutes ont gagneacute des parts de marcheacute dans le sud de lrsquoOntario dans le secteur des petites reacutesidences eacuteconergeacutetiquesMecircme siaucune statistique fiable nrsquoest disponible certaines sources de lrsquoindustrie estiment qursquoau moins 30 000 systegravemes combineacutes sont installeacutes chaque anneacutee sur le marcheacute des reacutesidences neuves de lrsquoOntario Bon nombre de ces systegravemes sont installeacutes dans des maisons preacutesentant des charges de chauffage de locaux maximales de 15 kW ou moins (mecircme lorsqursquoun facteur de surdimensionnement de 40 a eacuteteacute appliqueacute aux charges de chauffage de locaux)

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Lrsquoanneacutee passeacutee le programme ENERGY STAR pour les maisons neuves (ESMN) occupait une part de marcheacute repreacutesentant environ 20 des constructions en Ontario Les entrepreneurs en construction recherchent des systegravemes combineacutes offrant des taux de performance eacuteleveacutes lorsqursquoils sont mis agrave lrsquoessai et coteacutes conformeacutement agrave la norme CSA P9 En 2014 lrsquoensemble des systegravemes combineacutes utiliseacutes dans le cadre de lrsquoinitiative ESMN devra ecirctre coteacute selon la norme

34 Pratiques en vigueur dans lrsquoindustrie

Les chauffe-eau agrave la demande ont rapidement eacutevolueacute afin de mieux reacutepondre aux besoins nord-ameacutericains en matiegravere de chauffage drsquoeau chaude domestique et ameacuteliorer le rendement eacutenergeacutetique Les systegravemes peuvent deacutesormais fonctionner agrave une plage de deacutebit drsquoeau plus importante et assurer une modulation sur une grande plage En outre de nombreux systegravemes mettent en œuvre la technologie de la condensation

Lrsquoindustrie a commenceacute par eacutelaborer des systegravemes combineacutes en utilisant des chauffe-eau agrave reacuteservoir de stockage traditionnels et un ventilo-convecteur de systegraveme de traitement drsquoair afin drsquoassurer agrave la fois le chauffage de lrsquoeau et celui des locaux Bon nombre de ces appareils eacutetaient construits sur place et speacutecialement conccedilus pour reacutepondre aux charges en vigueur Le rendement eacutenergeacutetique des systegravemes combineacutes nrsquoeacutetait pas eacutevalueacute par rapport agrave une norme et faisait donc lrsquoobjet de moins drsquoattention

Les chauffe-eau agrave condensation offrent la possibiliteacute de mettre au point des systegravemes combineacutes bien plus efficaces en matiegravere de rendement eacutenergeacutetique Les systegravemes combineacutes permettent drsquoameacuteliorer la rentabiliteacute moyennant lrsquoutilisation drsquoun chauffe-eau agrave condensation Le fait de concevoir des systegravemes combineacutes en usine permet drsquooptimiser les fonctions combineacutees et les commandes associeacutees et de proposer des appareils haute performance produisant une condensation dans la plupart des modes de fonctionnement

Certains fabricants de chauffe-eau agrave la demande commencent agrave concevoir des composants mieux adapteacutes ainsi que des systegravemes combineacutes monoblocs Il se peut que ces fabricants soient moins sensibiliseacutes aux systegravemes agrave traitement drsquoair haute performance et aux commandes associeacutees qui pourraient srsquoaveacuterer neacutecessaires pour eacutelaborer un systegraveme monobloc haute performance Le preacutesent document fournit des renseignements de base concernant les speacutecifications et le controcircle des systegravemes de traitement drsquoair des reacutesidences ainsi que des deacutetails sur la conception et le controcircle drsquoun systegraveme combineacute haute performance type

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35 Expeacuterience en matiegravere drsquoeacutevaluation

CanmetEacuteNERGIE de Ressources naturelles Canada a eacutetudieacute les systegravemes combineacutes et leurs composants pendant de nombreuses anneacuteesLe centre a effectueacute des recherches et offert une expertise et un soutien techniques pour appuyer lrsquoeacutelaboration de la norme CSA P10 applicable aux systegravemes meacutecaniques inteacutegreacutes ainsi que celle de la norme subseacutequente CSA P9 visant les systegravemes combineacutes CanmetEacuteNERGIE a eacutegalement

bull eacutevalueacute les performances des systegravemes fabriqueacutes et construits sur place dans des laboratoires gouvernementaux et indeacutependants

bull surveilleacute et analyseacute les performances des systegravemes sur le lieu de lrsquoinstallation et dans les maisons du centre canadien des technologies reacutesidentielles Bon nombre de ces projets ont eacuteteacute reacutealiseacutes en partenariat avec drsquoautres organismes gouvernementaux et entreprises de distribution de gaz

bull conccedilu des composants de systegravemes combineacutes pour des applications speacuteciales telle que celle de la communauteacute agrave eacutenergie solaire Drake Landing

Le preacutesent rapport a eacuteteacute eacutelaboreacute en tenant compte des connaissances acquises dans le cadre de ces diverses initiatives

36 Deacutefi principal Utiliser des chauffe-eau pour chauffer des locaux de maniegravere eacuteconergeacutetique

Les chauffe-eau agrave la demande peuvent offrir de tregraves bonnes performances en mode de chauffage agrave eau chaude domestique avec des tempeacuteratures drsquoeau de reacuteseau de distribution basses et les puissances thermiques eacuteleveacutees requises pour satisfaire les besoins en eau chaude Ces appareils peuvent fonctionner particuliegraverement bien lorsqursquoils fournissent les grandes quantiteacutes drsquoeau chaude utiliseacutees dans les normes drsquoessai de chauffe-eau en vigueur pour eacutevaluer leurs performances en tant que chauffe-eau

En conditions de fonctionnement combineacute les performances offertes en mode de chauffage des locaux (charges partielles incluses) sont les plus importantes Mecircme si les charges thermiques instantaneacutees sont consideacuterablement infeacuterieures lorsque lrsquoon chauffe des locaux plutocirct que lorsque lrsquoon fournit des charges de chauffage drsquoeau maximales la dureacutee des charges de chauffage des locaux est bien plus importante Il pourrait ecirctre inteacuteressant de faire en sorte que le chauffe-eau offre une condensation en mode de chauffage des locaux car la tempeacuterature de lrsquoeau qui revient des serpentins de chauffage des locaux est geacuteneacuteralement plus eacuteleveacutee que la tempeacuterature drsquoarriveacutee drsquoeau municipale que le systegraveme doit chauffer pour fournir de lrsquoeau chaude potable Eacutetant donneacute que seule une petite partie des charges annuelles de chauffage de locaux du systegraveme est reacuteellement fournie lorsque le systegraveme fonctionne aux conditions de

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reacutegime la performance en charge partielle en mode de chauffage de locaux est particuliegraverement importante pour le rendement geacuteneacuteral du systegraveme Il est bien plus important drsquoobtenir drsquoexcellentes performances lors drsquoessais de chauffage de locaux en charge partielle plutocirct qursquoagrave pleine puissance nominale lorsque lrsquoon calcule le rendement geacuteneacuteral du systegraveme

Ilest possible drsquoobtenir des reacutesultats de performance eacuteleveacutee lorsque les composants eacuteconergeacutetiques sont bien adapteacutes et que le systegraveme drsquoexploitation commande intelligemment et simultaneacutement agrave la fois le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair

37 Approche par eacutetapes

Le preacutesent rapport invite les fabricants agrave suivre les eacutetapes ci-dessous avant de proposer un systegraveme combineacute haute performance

Eacutetape 1 Cerner les charges de conception qursquoil faut prendre en compte pour prendre toutes les deacutecisions concernant le systegraveme combineacute

Eacutetape 2 Seacutelectionner un chauffe-eau en mesure de fournir des performances eacuteleveacutees dans les applications mettant en œuvre des systegravemes combineacutes

Eacutetape 3 Seacutelectionner une strateacutegie de controcircle applicable au chauffe-eau et au systegraveme de traitement drsquoair qui reacuteduit au minimum les coucircts que le fabricant doit supporter pour fournir des systegravemes combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessaiselon la norme P9

Eacutetape 4 Seacutelectionner drsquoautres composants de systegravemes combineacutes (tels que des serpentins des moteurs de ventilateur et les commandes associeacutees)

Eacutetape 5 Exeacutecuter des essais agrave lrsquointerne afin drsquoeacutetablir les performances des systegravemes combineacutes de maniegravere agrave pouvoir les mettre agrave niveau selon les besoins avant de les expeacutedier agrave un laboratoire indeacutependant agrave des fins de veacuterification

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4 Charges de calcul ndash performances selon la norme CSA p9

41 Facteur de performance thermique (FPT)

Le FPT correspond agrave la mesure de performance eacutenergeacutetique cleacute de la norme CSA P9 Ce facteur combine les cotes de performance du chauffage des locaux et celles du chauffage de lrsquoeau et fait une moyenne pondeacutereacutee selon la charge des deux types de chauffage pour geacuteneacuterer la mesure de performance globale Lrsquoannexe B de la norme CSA P9 fournit des explications deacutetailleacutees sur la maniegravere dont les facteurs de pondeacuteration ont eacuteteacute eacutelaboreacutes et sur les raisons de leur eacutelaboration

La preacutesente section preacutesente quelques facteurs cleacutes ainsi qursquoun graphique (tableau 3) que les fabricants peuvent utiliser pour deacuteterminer les reacutesultats drsquoessai ayant la plus forte incidence sur le reacutesultat FPT de leurs produits

Comme le chauffage des locaux constitue geacuteneacuteralement la charge dominante au sein des maisons canadiennes la pondeacuteration du rendement global des systegravemes de chauffage combineacutes est domineacutee par le chauffage des locaux Les reacutesultats drsquoessai du chauffage des locaux en charge partielle offrent la pondeacuteration la plus importante pour deacuteterminer les performances de chauffage des locaux des systegravemes combineacutes et par conseacutequent le FPT

Les systegravemes combineacutes qui optimisent les performances de chauffage de locaux en charge partielle preacutesenteront des FPT plus eacuteleveacutes que les systegravemes conccedilus pour offrir des performances agrave pleine charge

Ilest possible de mettre en place des strateacutegies de controcircle intelligentes pendant les essais de rendement reacutealiseacutes conformeacutement agrave la norme CSA P9 Par exemple le systegraveme de controcircle peut commencer agrave fonctionner en mode de chauffage de locaux en acheminant une tempeacuterature plus basse au systegraveme de traitement drsquoair et en programmant une vitesse de ventilation infeacuterieure Il est possible drsquoaugmenter progressivement ces deux paramegravetres si la charge nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai speacutecifieacute De mecircme des strateacutegies de controcircle mettant en œuvre une fonction de deacutetection de charge tel qursquoun controcircle de reacuteglage exteacuterieur peuvent offrir des ameacuteliorations de rendement identiques et peuvent ecirctre simuleacutees pendant les essais Ceci est particuliegraverement important lorsque lrsquoon cherche agrave veacuterifier le rendement des systegravemes de chauffage de locaux en charge partielle

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42 Chauffage de lrsquoeau

Les normes drsquoessai applicables aux systegravemes de chauffage de lrsquoeau (norme P9 incluse) partent du principe que la charge de chauffage de lrsquoeau annuelle est de 4 400 kWh (environ 12 kWh par jour) pour chaque maison Dans la norme P9 la valeur de performance drsquoun systegraveme combineacute utiliseacute en tant que chauffe-eau est deacutesigneacutee laquo facteur de performance du chauffage de lrsquoeau raquo (FPCE) Mecircme si la norme P9 offre une souplesse accrue en ce qui a trait aux parameacutetrages des commandes compareacute aux normes reacutegissant des chauffe-eau autonomes le FPCE est analogue agrave une cote de facteur eacutenergeacutetique (FE) et les cotes numeacuteriques devraient ecirctre identiques

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43 Chauffage des locaux

Tout systegraveme de chauffage de locaux doit ecirctre capable de fournir sa puissance de chauffage de locaux nominale lorsque les commandes lrsquoexigent Par contre les systegravemes de chauffage de locaux ont uniquement besoin de fournir leur puissance de chauffage de pointe pour tout au plus quelques jours pendant lrsquoanneacutee La norme CSA P9 reconnaicirct que des systegravemes fonctionneront en conditions de charge partielle la plupart du temps et eacutenonce des cotes de rendement de chauffage de locaux baseacutees sur des essais directs impliquant des charges totales et partielles Les systegravemes combineacutes sont mis agrave lrsquoessai dans des conditions de charges eacutequivalant agrave 100 40 et 15 de leurs capaciteacutes de chauffage des locaux Les reacutesultats sont combineacutes de maniegravere agrave obtenir une efficaciteacute de chauffage composite (ECC) qui pondegravere plus fortement les conditions de charge partielle La formule associeacutee et la repreacutesentation graphique correspondante extraites de la norme P9 se preacutesentent comme suit

ECC = 01 de rendement net agrave 100 + 06 de rendement net agrave 40 + 03 de rendement net agrave 15

La figure 1 illustre la quantiteacute de charge de chauffage annuelle pouvant ecirctre reacutepartie vers diffeacuterents points drsquoexploitation

Pourcentage de la charge de chauffage annuelle

Figure 1 Courbe de charge-dureacutee pour le chauffage des locaux (tireacutee de la norme CSA P9-11)

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44 Importance relative des charges de chauffage des locaux et de lrsquoeau

Les commandes du systegraveme de chauffage combineacute sont pleinement fonctionnelles pendant tous les essais et ne sont pas reacutegleacutees manuellement une fois les premiers essais en cours Le choix du fabricant concernant la strateacutegie de controcircle les paramegravetres de tempeacuterature et de deacutebit drsquoair et drsquoeau et les composants utiliseacutes aura une incidence sur la capaciteacute de chauffage de pointe des locaux ainsique sur le rendement agrave la puissance maximale Les systegravemes preacutesentant des capaciteacutes de chauffage nominales infeacuterieures seraient normalement installeacutes pour chauffer des reacutesidences ayant des charges de calcul plus petites Comme nous lrsquoavons indiqueacute preacuteceacutedemment la norme P9 prescrit les mecircmes charges de chauffage drsquoeau pour tous les systegravemes mis agrave lrsquoessai peu importe la capaciteacute Par conseacutequent plus la capaciteacute de chauffage des locaux est petite plus lrsquoimportance relative du chauffage de lrsquoeau sur le FPT est grandeCe principe est illustreacute agrave la figure 2 qui preacutesente les charges annuelles relatives de chauffage drsquoeau et des locaux pour des systegravemes mixtes ayant des charges de chauffage des locaux nominales de 5 kW et 10 kW respectivement

25000 Chauffage des locaux Eau chaude domesZque (ECD)

20000

Consom

maZ

ondeacuten

ergie(kWhan) 20000

15000

10000 10000

4400 44005000

0 Puissance de chauffage des locaux Puissance de chauffage des locaux

de10 kW de5kW

Figure 2 Comparaison de la consommation drsquoeacutenergie pour le chauffage et lrsquoeau chaude (kWhan) dans le cas des systegravemes combineacutes de 10 kW et 5 kW

Les charges thermiques eacutenonceacutees dans la norme P9 sont deacutecrites dans le tableau 2 et les pondeacuterations relatives des reacutesultats drsquoessais de performance individuels dans le facteur de performance thermique (FPT) globalde la norme CSA P9 applicable aux

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systegravemes combineacutes offrant trois capaciteacutes de chauffage de locaux diffeacuterentes sont preacutesenteacutees dans le tableau 3

Tableau 2 Charges thermiques annuelles (kWhan) de la norme P9 applicables aux systegravemes combineacutes affichant des puissances nominales de chauffage des locaux de 5 10 et 15 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 5 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 10 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 15 kW

Chauffage des locaux Pleine charge

1 000 kWhan 2 000 kWhan 3 000 kWhan

Chauffage des locaux 40 de la charge

6 000 kWhan 12 000 kWhan 18 000 kWhan

Chauffage des locaux 15 de la charge

3 000 kWhan 6 000 kWhan 9 000 kWhan

Chauffage de lrsquoeau 4 400 kWhan 4 400 kWhan 4 400 kWhan

Total 14 400 kWhan 24 400 kWhan 34 400 kWhan

Tableau 3 Pondeacuterations de charge de la norme P9 pour des systegravemes combineacutes affichant des puissances nominales de chauffage des locaux de 5 10 et 15 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 5 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 10 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 15 kW

Chauffage des locaux Pleine charge

7 8 9

Chauffage des locaux 40 de la charge

42 49 52

Chauffage des locaux 15 de la charge

21 25 26

Chauffage de lrsquoeau 31 18 13

Total 100 100 100

Ilest important de consulter ces donneacutees avec un certain reculet de comprendre les pondeacuterations relatives des reacutesultats drsquoessai sur le FPT annuel On remarque que

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lrsquoincidence des performances du systegraveme pendant lrsquoessaide chauffage des locaux avec 40 de puissance nominale de chauffage de locaux sur la cote annuelle est la plus importante (42 agrave 52 ) suivie par lrsquoincidence des performances avec 15 de puissance nominale de chauffage des locaux (21 agrave 26 ) Les pondeacuterations de ces reacutesultats drsquoessai augmentent encore plus agrave mesure que la puissance nominale de chauffage des locaux deacutepasse la plage illustreacutee dans le tableau 3

Des rapports inteacuteressants eacutemanant de constructeurs de maisons de lrsquoOntario indiquent qursquoon installe plus souvent des systegravemes combineacutes dans des reacutesidences dont les charges de chauffage nominales se situent entre 7 et 10 kW Selon les codes drsquoinstallation des systegravemes de chauffage et les guides de dimensionnement recommandeacute de lrsquoindustrie les systegravemes combineacutes ayant des capaciteacutes de chauffage nominales comprises entre 10 et 15 kW conviendraient parfaitement agrave ce type de reacutesidences Dans le cas des systegravemes combineacutes inclus dans cette plage de capaciteacute les reacutesultats drsquoessai de chauffage des locaux en charge partielle ont une pondeacuteration drsquoenviron 75 dans la cote de performance thermique annuelle

En commenccedilant par un local dont le rendement du composant de chauffage de lrsquoeau du systegraveme combineacute est deacutejagrave eacuteconergeacutetique (voir lrsquoarticle 11) cette pondeacuteration permet de savoir ougrave il faut deacuteployer le plus gros effort au moment de concevoir un systegraveme de chauffage combineacute haute performance

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5 Chauffage de lrsquoeau domestique

La premiegravere eacutetape agrave suivre pour concevoir un systegraveme combineacute haute performance consiste agrave seacutelectionner le chauffe-eau approprieacute Cette section a pour but drsquoaider les fabricants agrave deacutenicher rapidement les modegraveles potentiels

Parmi les caracteacuteristiques que devraient avoir les chauffe-eau agrave la demande figurent

bull la modulation ndash performances de chauffage de lrsquoeau efficaces sur toute la plage depuis les deacutebits drsquoeau nominaux minimaux jusqursquoaux deacutebits maximaux

ndash rapport de reacuteglage eacuteleveacute

ndash capaciteacute agrave fournir suffisamment drsquoeau chaude pour reacutepondre agrave des besoins en chauffage de lrsquoeau typiques

ndash capaciteacute agrave fonctionner avec des deacutebits drsquoeau chaude minimauxDe nombreux chauffe-eau agrave la demande actuellement sur le marcheacute peuvent selon le classement de leur fabricant ecirctre utiliseacutes avec des deacutebits drsquoeau chaude de 2 Lmin (05 gal USmin) ou moins Certains systegravemes neacutecessitent des deacutebits plus importants

bull performance en matiegravere de condensation ndash ilsrsquoagit des performances nominales de condensation sur toute la plage des charges et des allures de chauffe

ndash commandes geacuterant de faccedilon approprieacutee le rapport combustible-deacutebit drsquoair de maniegravere agrave maintenir le rendement de la combustion quelle que soit la charge

ndash paramegravetres de commande optimiseacutes par la charge qui permettent de deacuteterminer lrsquoimportance et les types de charges et de reacuteagir en conseacutequence avec de meilleurs paramegravetres de commande pour que le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair fonctionnent ensemble

ndash cycles courts avant et apregraves la purge permettant de reacuteduire au minimum les temps de reacuteponse et les pertes laquo par cycle raquo et de reacuteduire la consommation drsquoeacutelectriciteacute

ndash faible consommation en mode drsquoalimentation de secours

ndash ventilation directe des produits de combustion afin drsquoeacuteviter lrsquoeacutemanation de combustible et les risques de deacutepressurisation

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Pour acceacuteleacuterer le processus de seacutelection du chauffe-eau de base il sera plus facile de commencer par consulter les donneacutees que le fabricant peut deacutetenir (ou qursquoil peut facilement produire) concernant ses propres produits en mode de chauffage drsquoeau Lrsquoobjectif est de commencer avec un geacuteneacuterateur de chaleur qui preacutesente un rendement eacutenergeacutetique nominal de 90 ou plus sur une grande plage de fonctionnement

Si le chauffe-eau qursquoon envisage drsquoutiliser en tant que moteur thermique ou geacuteneacuterateur de chaleur pour un systegraveme de chauffage combineacute monobloc ne reacutepond pas aux exigences ci-dessus il est recommandeacute de reacuteviser attentivement son choix Dans certains cas il est possible de seacutelectionner diffeacuterents composants diffeacuterentes commandes ou diffeacuterents paramegravetres de commande pour surmonter les lacunes en matiegravere de rendement Les possibiliteacutes drsquoameacuteliorer de faccedilon appreacuteciable les performances de chauffage drsquoeau drsquoun chauffe-eau agrave la demande sans affecter son certificat de seacutecuriteacute sont limiteacutees Du coup le fait de seacutelectionner un chauffe-eau diffeacuterent plus rentable sur le plan eacutenergeacutetique peut constituer un choix plus opportun

La norme canadienne drsquoessai et drsquoeacutevaluation CSA P7 applicable aux chauffe-eau agrave la demande fait eacutetat drsquoune tempeacuterature drsquoeau drsquoarriveacutee courante de 144 degC (58 degF) et drsquoune tempeacuterature de sortie de 577 degC (135 degF) pour les essais et lrsquoeacutevaluation des performances nominales Le tableau 4 compare les caracteacuteristiques de rendement eacutenergeacutetique de deux chauffe-eau agrave la demande theacuteoriques avec les systegravemes fonctionnant agrave plusieurs deacutebits drsquoeau diffeacuterents en utilisant les mecircmes hypothegraveses de tempeacuteratures drsquoeau que la norme P7 Bien que les eacutevaluations de performance maximale du premier modegravele soient supeacuterieures agrave celles du second modegravele (avec des deacutebits drsquoeau de 114 et 76 Lmin) les performances de chauffage ameacutelioreacutees du second modegravele agrave des deacutebits drsquoeau infeacuterieurs en font un meilleur candidat pour jouer le rocircle drsquoun geacuteneacuterateur de chaleur dans un systegraveme combineacute du fait du pourcentage de temps eacuteleveacute pendant lrsquoanneacutee durant lequel un systegraveme combineacute fonctionne agrave de faibles charges pour assurer le chauffage des locaux

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Tableau 4 Comparaison des caracteacuteristiques de rendement eacutenergeacutetique de la norme P7 pour deux chauffe-eau theacuteoriques

Deacutebit (Lmin) Deacutebit (gal USmin) Exemple modegravele 1

Exemple modegravele 2

114 3 95 92

76 2 95 90

38 1 83 92

19 05 79 92

Recommandation Choix mal adapteacute dans le cas drsquoun systegraveme combineacute

Choix mieux adapteacute dans le cas drsquoun systegraveme combineacute

On constate que les valeurs de rendement eacutenergeacutetique pour la plage de deacutebits drsquoeau utiliseacutes agrave des fins de deacutemonstration dans le tableau 4 ne seraient pas interchangeables avec les facteurs eacutenergeacutetiques (FE) coteacutes pour les mecircmes chauffe-eau eacutetant donneacute que les conditions eacutenonceacutees dans le tableau 4 ne correspondent pas aux installations meacutethodes drsquoessais et charges de chauffage drsquoeau speacutecifieacutees dans la norme CSA P7 applicable aux chauffe-eau agrave la demande Les valeurs de rendement eacutenergeacutetique theacuteoriques du tableau 4 sont preacutesenteacutees simplement pour deacutemontrer que les performances de chauffage de lrsquoeau de certains types de chauffe-eau peuvent changer agrave mesure que le deacutebit (p ex la charge de chauffage de lrsquoeau) change Les changements de rendement eacutenergeacutetique du systegraveme de chauffage de lrsquoeau en fonction de la charge ne sont pas complegravetement pris en compte dans les eacutevaluations de performance FE normaliseacutees applicables aux chauffe-eau Afin drsquoeacuteviter toute confusion il est recommandeacute drsquoutiliser lrsquoexpression laquo Facteur eacutenergeacutetique raquo (ou FE) uniquement pour deacutesigner des cotes drsquoessais de chauffe-eau standard eacutelaboreacutees agrave partir drsquoessais et de calculs respectant scrupuleusement la norme drsquoeacutevaluation CSA P7 applicable aux chauffe-eau agrave la demande ou la norme CSA P3 applicable aux chauffe-eau agrave reacuteservoir de stockage reacutesidentiels

Apregraves avoir eacutetudieacute le rendement eacutenergeacutetique des geacuteneacuterateurs de chaleur potentiels sur toutes leurs plages de fonctionnement preacutevues dans le cadre drsquoun systegraveme combineacute il est possible de seacutelectionner de maniegravere aviseacutee un chauffe-eau adapteacute aux applications preacutevues Une fois cette eacutetape reacutealiseacutee le fabricant de systegravemes de chauffage combineacutes doit opter pour une strateacutegie de controcircle avant de seacutelectionner les autres composants du systegraveme

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6 Conception des systegravemes combineacutes

61 Incidence des pondeacuterations de charge

Conditions de chauffage des locaux en charge partielle Pour obtenir une excellente cote drsquoessai selon la norme CSA P9 il faut avant tout se concentrer sur le chauffage des locaux en charge partielle Le rendement en conditions de chauffage de locaux en charge partielle permettra de deacuteterminer 90 de la cote drsquoefficaciteacute de chauffage composite (ECC) Dans le cas drsquoun systegraveme de chauffage combineacute offrant une puissance de chauffage drsquoespace nominale de 10 kW 75 de la valeur FPT seront deacuteduits agrave partir des reacutesultats de lrsquoessai en charge partielle Dans le cas drsquoun systegraveme offrant une puissance de chauffage des locaux de 15 kW les reacutesultats des performances de chauffage des locaux en charge partielle repreacutesenteront presque 80 du facteur de performance thermique global

Reacuteduction des tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour Les chauffe-eau qui preacutesentent drsquoexcellentes cotes avec des tempeacuteratures basses de lrsquoeau drsquoalimentation du reacuteseau principalfonctionneront moins bien sila tempeacuterature drsquoarriveacutee augmente La preacutesence de tempeacuteratures drsquoeau de retour plus chaudes pendant le mode de chauffage des locaux contribuera agrave reacuteduire le rendement eacutenergeacutetique Le fait de reacutepondre aux demandes de chauffage des locaux en utilisant des paramegravetres de commande qui reacuteduisent au minimum les tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour en conditions de charge partielle peut contribuer agrave optimiser le rendement de combustion

62 Strateacutegies de conception

Un des plus gros avantages du chauffe-eau agrave la demande tient au fait que theacuteoriquement il peut geacuteneacuterer diffeacuterentes tempeacuteratures drsquoeau drsquoalimentation pour satisfaire les charges de chauffage de lrsquoeau et des locaux Il peut eacutegalement faire varier du tout au tout la tempeacuterature de lrsquoeau qursquoil fournit pour satisfaire diffeacuterentes charges de chauffage des locaux Cet aspect est essentiel pour continuer de fournir le mecircme chauffage de lrsquoeau agrave un rendement eacuteleveacute et produire un chauffage des locaux agrave charge partielle tregraves efficace

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Nous allons passer en revue deux concepts de systegravemes combineacutes

bull la strateacutegie 1 utilise une tempeacuterature drsquoeau constante pour toutes les charges

bull la strateacutegie 2 consiste agrave faire varier la tempeacuterature de lrsquoeau en fonction de la charge

La premiegravere strateacutegie est celle qui neacutecessite le moins de changement compareacute aux pratiques actuelles elle correspond souvent au premier reacuteflexe Elle est preacutesenteacutee icidans le but principalde mettre en lumiegravere certains deacutefis inheacuterents en matiegravere de performance

La deuxiegraveme strateacutegie repreacutesente une option bien plus rentable pour atteindre des niveaux de performance eacuteleveacutes tant sur le terrain que lors des essais exeacutecuteacutes conformeacutement agrave la norme CSA P9 Lrsquoexpeacuterience montre qursquoelle offre un niveau de performance eacuteleveacute agrave un coucirct moindre pour le fabricant

Le fait drsquoutiliser une pompe agrave vitesse variable dans le systegraveme de traitement de lrsquoair peut eacutegalement ameacuteliorer le rendement eacutenergeacutetique La strateacutegie 2 est axeacutee sur une tempeacuterature drsquoalimentation variable les chauffe-eau agrave la demande pouvant offrir cette fonction plus rapidement Il est peu courant de voir des pompes agrave vitesse variable dans les appareils de traitement de lrsquoair pour lrsquoinstant

Pour ces exemples

bull les deux types de systegravemes combineacutes seront preacutesenteacutes en utilisant le mecircme chauffe-eau agrave la demande agrave condensation et agrave modulation

bull les pondeacuterations de performance FPT applicables agrave un systegraveme combineacute preacutesentant une charge nominale de chauffage de locaux de 10 kW seront utiliseacutees agrave titre indicatif pour illustrer chacune de ces strateacutegies

63 Strateacutegie 1 Tempeacuterature drsquoeau constante

Ce systegraveme de chauffage combineacute respecte la regravegle eacutetablie et preacutevoit uniquement lrsquoutilisation de composants plus efficaces pour ameacuteliorer les performancesIlarrive qursquoil soit souvent consideacutereacute en premier lieu car les commandes peuvent rester telles quelles dans un systegraveme pour lequel un fabricant fournit le chauffe-eau agrave la demande tandis qursquoun autre fabricant fournit le systegraveme de traitement drsquoair

Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair Le chauffe-eau ne sait pas si une demande concerne un chauffage de lrsquoeau ou un chauffage de locaux Il deacutetecte une demande et fournit de lrsquoeau chaude agrave une tempeacuterature constante Pour satisfaire la charge de chauffage de pointe des locaux il est geacuteneacuteralement reacutegleacute agrave 60 degC (140 degF) Le systegraveme de traitement drsquoair ne contribue pas eacutenormeacutement agrave faire grimper la puissance de chauffage de locaux Il utilise geacuteneacuteralement

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un ou deux reacuteglages de vitesse de ventilateur soufflant Eacutetant donneacute que le fonctionnement prolongeacute drsquoun ventilateur apregraves qursquoune demande de chauffage a eacuteteacute satisfaite peut entraicircner des problegravemes de confort dus agrave des courants drsquoair froid le fonctionnement subseacutequent du ventilateur ne sera pas mis en œuvre ou sera mis en œuvre en utilisant uniquement des temps de fonctionnement courts Dans les deux sceacutenarios la chaleur sera retenue dans le serpentin et les conduites pour se dissiper par la suite pendant les peacuteriodes de deacutesactivation

Serpentin(s) de chauffage des locaux Si lrsquoon veut amplifier lrsquoefficaciteacute eacutenergeacutetique du systegraveme en mode de chauffage des locaux ilest impeacuteratif de reacuteduire au minimum les tempeacuteratures de lrsquoeau de retourDes serpentins laquo surdimensionneacutes raquo ont eacuteteacute conccedilus en vue drsquooptimiser la baisse de tempeacuterature dans lrsquoeacutechangeur de chaleur en conditions de chauffage des locaux

Conditions de chauffage des locaux en charge partielle Le systegraveme de traitement drsquoair se met en route et srsquoarrecircte pour srsquoadapter aux conditions de charge partielle ce qui a pour effet de deacuteclencher des demandes associeacutees sur le chauffe-eau

Illustration des performances selon la norme P9 Le tableau 5 donne un aperccedilu theacuteorique du type de performance que lrsquoon pourrait geacuteneacuteralement obtenir en utilisant une strateacutegie impliquant un point de consigne de tempeacuterature unique

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Tableau 5 Performances drsquoun systegraveme combineacute theacuteorique affichant une puissance de chauffage des locaux de 10 kW en utilisant une strateacutegie simple de commande de point de consigne de tempeacuterature drsquoeau unique (capaciteacute de chauffage des locaux compenseacutee par des cycles de marche-arrecirct)

Mode de fonctionne -ment

Pondeacuter-ation

Temp de lrsquoeau drsquoalimentati on (degF)

Temp de lrsquoeau de retour du reacuteseau principal (degF)

Deacutebit du systegraveme de traitement drsquoair (pi3min)

Mesure de la performance eacutenergeacutetique mode activeacute deacutesactiveacute ()

Contribution FPT

Chauffage des locaux 100

8 140 120 800 85 007

Chauffage des locaux 40

49 140 120 800 80 039

Chauffage des locaux 15

25 140 120 800 75 018

Chauffage de lrsquoeau

18 140 58 mdash 92 017

Total 100 081

Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables bull Performances globales Une cote de facteur de performance totale (FPT) de 092

placerait le systegraveme combineacute dans la plage des performances eacuteleveacutees

bull Performances en mode de chauffage de lrsquoeau Comme dans le cas du sceacutenario impliquant un point de consigne de tempeacuterature unique le systegraveme assure une condensation en mode de chauffage de lrsquoeau avec un FPCE de 92 Il serait possible drsquoameacuteliorer leacutegegraverement lrsquoefficaciteacute du systegraveme de chauffage de lrsquoeau si un point de consigne de tempeacuterature de lrsquoeau infeacuterieur agrave la valeur de 140 degF utiliseacutee dans le premier cas de figure eacutetait appliqueacute La norme P9 permet drsquoutiliser un point de consigne pouvant descendre jusqursquoagrave 120 degF dans le cas de lrsquoeau potable La tempeacuterature de consigne nrsquoa plus besoin drsquoecirctre la mecircme que celle requise pour une charge de chauffage de locaux maximale il est donc possible de la reacuteduire agrave la plage de 120 degF Pour simplifier la comparaison des deux systegravemes dans les tableaux 5 et 6 aucun point de consigne de systegraveme de chauffage drsquoeau potable reacuteduit nrsquoa pas eacuteteacute inclus dans le tableau 6

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bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge totale Dans ce mode le rendement eacutenergeacutetique est plus faible La tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation doit ecirctre au plus haut pour satisfaire la charge la tempeacuterature de lrsquoeau de retour sera donc elle aussiplus eacuteleveacutee dans ce modeComme le systegraveme fonctionnera rarement dans ce mode cette mauvaise performance ne repreacutesente qursquoune petite fraction de la pondeacuteration FPT

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge partielle Les tempeacuteratures drsquoalimentation du systegraveme de chauffage de lrsquoeau sont abaisseacutees progressivement pour satisfaire des demandes en charge partielle moindres Les tempeacuteratures peuvent ecirctre abaisseacutees bien en deccedilagrave du reacuteglage preacutevu pour le chauffage de lrsquoeau du robinet Cette condition se traduit par des tempeacuteratures drsquoeau de retour plus basses qursquoen conditions de charge totale Ces deux facteurs font que lrsquoefficaciteacute est plus importante en conditions de charge partielle qursquoen conditions de charge totale Le chauffe-eau fonctionnera en mode de condensation pour les deux points de charge de chauffage de locaux (40 et 15 )

bull Vitesse de ventilateur Eacutetant donneacute que la puissance de chauffage requise diminue la vitesse de ventilateur diminue aussiCela se traduit par un niveau sonore reacuteduit un fonctionnement du ventilateur plus long avec des cycles moins freacutequents et une reacuteduction importante de la consommation drsquoeacutenergie Cette condition peut aussi reacuteduire les plaintes lieacutees au confort le fonctionnement plus long agrave des deacutebits drsquoair reacuteduits ameacuteliorant la reacutepartition de lrsquoair chaud pendant les saisons intermeacutediaires

bull Controcircle de la tempeacuterature de lrsquoair inteacuterieur Le fait de moduler la puissance de chauffage en faisant varier la tempeacuterature de lrsquoeau et la vitesse du ventilateur peut se traduire par une tempeacuterature drsquoair inteacuterieur plus homogegravene avec des eacutecarts de tempeacuteratures moins grands au-dessus et au-dessous des points de consigne du thermostat Ce pheacutenomegravene pourrait inciter les proprieacutetaires de reacutesidence agrave augmenter le point de consigne de chauffage pour eacutetablir des conditions de confort acceptables

bull Incidences sur le zonage Le zonage sera plus compliqueacute avec un systegraveme affichant une puissance fixe et une vitesse de ventilateur unique

Ilest possible drsquoameacuteliorer la strateacutegie 1 en augmentant encore la dimension drsquoun serpentin deacutejagrave surdimensionneacute dans le systegraveme de traitement drsquoair Cette option implique toutefois des limites pratiques car des serpentins bien plus grands neacutecessiteront une plus grande quantiteacute de cuivre et un formage plus important et cela accentuera le coucirct total du systegraveme sans compter qursquoil faudra aussi preacutevoir des armoires plus grandes pour le systegraveme de traitement drsquoair De plus les pertes de chaleur par cycle augmenteront et il sera plus difficile drsquoobtenir des performances eacuteleveacutees en charge partielle Le fait drsquoappliquer la strateacutegie 1 agrave un systegraveme de chauffage combineacute agrave haute performance peut srsquoaveacuterer trop oneacutereux pour valoir le coup

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64 Strateacutegie 2 Tempeacuterature drsquoeau variable

Cette meacutethode est identique agrave celle appliqueacutee dans les appareils de chauffage agrave air chaud multieacutetage Le principe consiste agrave faire fonctionner le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair ensemble pour optimiser le rendement eacutenergeacutetique tout en reacuteduisant au minimum le coucirct et la complexiteacute des composants

Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair Cette strateacutegie consiste agrave exploiter avantageusement la capaciteacute inteacutegreacutee du chauffe-eau pour faire varier la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation La tempeacuterature du point de consigne du chauffe-eau varie en fonction de la charge de chauffage des locaux On utilise des reacuteglages de tempeacuterature drsquoeau drsquoalimentation faibles pour satisfaire aux conditions de chauffage des locaux en charge partielle On fait eacutegalement varier les vitesses du ventilateur du systegraveme de traitement drsquoair en srsquoappuyant sur un principe de controcircle de reacuteglage exteacuterieur ou de minuterie pour augmenter les paramegravetres Lorsqursquoune demande de chaleur a eacuteteacute satisfaite le ventilateur continue de fonctionner agrave des vitesses reacuteduites pour eacuteviter les problegravemes lieacutes aux courants froids et au bruit Du coup le serpentin et les conduites retiennent moins de chaleur et on deacuteplore moins de perte de chaleur par la suite compareacute au premier cas de figure Le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair doivent tous deux cerner la demande qursquoils sont censeacutes satisfaire Leurs commandes ne doivent pas pour autant ecirctre physiquement inteacutegreacutees drsquoune faccedilon ou drsquoune autre Cette strateacutegie de controcircle est traiteacutee plus en deacutetail agrave la section 40

Serpentin(s) de chauffage de locaux Pour simplifier la comparaison nous partirons du principe que des serpentins laquo surdimensionneacutes raquo similaires sont utiliseacutes comme dans le premier cas de figure de sorte que les performances du chauffage de pointe des locaux soient identiques dans les deux cas

Conditions de chauffage de locaux en charge partielle Le chauffe-eau relegraveve une demande de chauffage de locaux et se met en route en acheminant une eau drsquoalimentation agrave basse tempeacuterature au systegraveme de traitement drsquoair Si la demande de chauffage nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute le chauffe-eau augmente progressivement la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation Le systegraveme de traitement drsquoair surveille la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation et augmente progressivement la vitesse du ventilateur lorsque la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation est plus eacuteleveacutee

Illustration des performances P9 Le tableau 6 donne une preacutesentation theacuteorique du type de rendement que lrsquoon peut obtenir en appliquant une strateacutegie de controcircle simple mettant en œuvre des

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tempeacuteratures drsquoeau et des vitesses de ventilateur variables Les tempeacuteratures et les deacutebits drsquoair du ventilateur preacutesenteacutes dans le tableau 6 ont eacuteteacute choisis agrave titre indicatif uniquement Ils ne repreacutesentent pas des reacuteglages pleinement optimiseacutes applicables agrave un systegraveme de chauffage combineacute

Tableau 6 Performances drsquoun systegraveme de chauffage combineacute theacuteorique offrant une puissance de chauffage des locaux de 10 kW en utilisant une strateacutegie de controcircle de tempeacuteratures drsquoeau et de vitesses de ventilateur variables (variation de la capaciteacute de chauffage des locaux par modulation du deacutebit drsquoair et de la tempeacuterature de lrsquoeau)

Mode de fonctionne -ment

Pondeacuter-ation

Temp de lrsquoeau drsquoalimen-tation (degF)

Temp de lrsquoeau de retour du reacuteseau principal (degF)

Deacutebit du systegraveme de traitement drsquoair (pi3min)

Mesure de la performance eacutenergeacutetique mode activeacute deacutesactiveacute ()

Contribution FPT

Chauffage des locaux 100

8 140 120 800 85 007

Chauffage des locaux 40

49 110 102 600 92 045

Chauffage des locaux 15

25 90 87 500 94 023

Chauffage de lrsquoeau

18 140 58 --- 92 016

Total 100 092

Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables bull Performances globales Une cote de facteur de performance totale (FPT) de 092

placerait le systegraveme combineacute dans la plage des performances eacuteleveacutees

bull Performances en mode de chauffage de lrsquoeau Comme dans le cas du sceacutenario impliquant un point de consigne de tempeacuterature unique le systegraveme assure une condensation en mode de chauffage de lrsquoeau avec un FPCE de 92 Il serait possible drsquoameacuteliorer leacutegegraverement lrsquoefficaciteacute du systegraveme de chauffage de lrsquoeau si un point de consigne de tempeacuterature de lrsquoeau infeacuterieur agrave la valeur de 140 degF utiliseacutee dans le premier cas de figure eacutetait appliqueacute La norme P9 permet drsquoutiliser un point de

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consigne pouvant descendre jusqursquoagrave 120 degF dans le cas de lrsquoeau potable La tempeacuterature de consigne nrsquoa plus besoin drsquoecirctre la mecircme que celle requise pour une charge de chauffage de locaux maximale il est donc possible de la reacuteduire agrave la plage de 120 degF Pour simplifier la comparaison des deux systegravemes dans les tableaux 5 et 6 aucun point de consigne de systegraveme de chauffage drsquoeau potable reacuteduit nrsquoa pas eacuteteacute inclus dans le tableau 6

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge totale Dans ce mode le rendement eacutenergeacutetique est plus faible La tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation doit ecirctre au plus haut pour satisfaire la charge la tempeacuterature de lrsquoeau de retour sera donc elle aussi plus eacuteleveacutee dans ce mode Comme le systegraveme fonctionnera rarement dans ce mode cette mauvaise performance ne repreacutesente qursquoune petite fraction de la pondeacuteration FPT

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge partielle Les tempeacuteratures drsquoalimentation du systegraveme de chauffage de lrsquoeau sont abaisseacutees progressivement pour satisfaire des demandes en charge partielle moindres Les tempeacuteratures peuvent ecirctre abaisseacutees bien en deccedilagrave du reacuteglage preacutevu pour le chauffage de lrsquoeau du robinet Cette condition se traduit par des tempeacuteratures drsquoeau de retour plus basses qursquoen conditions de charge totale Ces deux facteurs font que lrsquoefficaciteacute est plus importante en conditions de charge partielle qursquoen conditions de charge totale Le chauffe-eau fonctionnera en mode de condensation pour les deux points de charge de chauffage de locaux (40 et 15 )

bull Vitesse de ventilateur Eacutetant donneacute que la puissance de chauffage requise diminue la vitesse de ventilateur diminue aussiCela se traduit par un niveau sonore reacuteduit un fonctionnement du ventilateur plus long avec des cycles moins freacutequents et une reacuteduction importante de la consommation drsquoeacutenergie Cette condition peut aussi reacuteduire les plaintes lieacutees au confort le fonctionnement plus long agrave des deacutebits drsquoair reacuteduits ameacuteliorant la reacutepartition de lrsquoair chaud pendant les saisons intermeacutediaires

bull Controcircle de la tempeacuterature de lrsquoair inteacuterieur Le fait de moduler la puissance de chauffage en faisant varier la tempeacuterature de lrsquoeau et la vitesse du ventilateur peut se traduire par une tempeacuterature drsquoair inteacuterieur plus homogegravene avec des eacutecarts de tempeacuteratures moins grands au-dessus et au-dessous des points de consigne du thermostat

La strateacutegie 2 (tempeacuterature drsquoeau variable) peut donner lieu agrave lrsquoeacutelaboration drsquoun systegraveme de chauffage combineacute efficace preacutesentant de bonnes performances lorsqursquoil est mis agrave lrsquoessai selon la norme CSA P9 et lorsqursquoil est installeacute dans une vraie reacutesidence Les niveaux de performance varieront en fonction des composants seacutelectionneacutes et des speacutecificiteacutes de lrsquoordonnancement des commandes

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7 Commandes

Les commandes geacuteneacuteriques exigeacutees pour mettre en œuvre la strateacutegie privileacutegieacutee impliquant une tempeacuterature variable quia eacuteteacute deacutecrite dans la derniegravere section peuvent srsquoaveacuterer relativement simples Quelques chauffe-eau agrave la demande proposent deacutejagrave des commandes de reacuteglage de tempeacuterature Les commandes de tempeacuterature des chauffe-eau agrave la demande types ne sont toutefois pas systeacutematiquement configureacutees pour offrir une fonction de reacuteglage de tempeacuterature baseacutee sur la charge Quasiment tous les chauffe-eau agrave la demande actuellement disponibles sont eacutequipeacutes pour accueillir des commandes de tempeacuterature inteacutegreacutees ou monteacutees agrave distance permettant agrave lrsquoutilisateur de reacutegler manuellement la tempeacuterature drsquoalimentation agrave partir du chauffe-eau

En principe il devrait ecirctre possible de concevoir un module drsquointerface de commande simple qui viendrait se brancher dans les fiches de connexion de la commande de tempeacuterature existante La nouvelle commande simulerait lrsquoaction du controcircleur de tempeacuterature standard reacutegleacute manuellement de maniegravere agrave offrir une fonction de reacuteinitialisation de tempeacuterature automatique du chauffe-eau Toutes les commandes de seacutecuriteacute resteraient fonctionnelles

Une strateacutegie de controcircle simple peut offrir des performances eacuteleveacutees Les facteurs cleacutes agrave prendre en compte sont les suivants

bull deacuteterminer si une demande tient compte des besoins en chauffage drsquoeau chaude domestique

bull en mode de chauffage des locaux uniquement utiliser une minuterie ou un controcircle de reacuteglage exteacuterieur (ou un capteur de charge infeacuterentielle similaire) pour faire augmenter progressivement la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation

bull preacutevoir un systegraveme de traitement drsquoair faisant varier le deacutebit drsquoair en fonction de la tempeacuterature de lrsquoeau qui arrive dans lrsquoappareil du deacutelai pendant lequel une demande de chauffage perdure ou drsquoun signal direct du capteur de commande de charge

Ilest inteacuteressant de souligner que le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair nrsquoont pas besoin de communiquer directement ni de posseacuteder des commandes communes pour mettre en œuvre certaines des strateacutegies de controcircle deacutecrites

Lorsque les commandes du systegraveme deacutetectent qursquoune demande de chauffage a eacuteteacute satisfaite le systegraveme de traitement drsquoair devrait continuer de fonctionner suffisamment longtemps pour extraire toute la chaleur reacutesiduelle du serpentin et la transfeacuterer vers le courant drsquoair Pour eacuteviter les problegravemes de confort thermique il est souhaitable de reacuteduire la vitesse du ventilateur pendant cette peacuteriode de temporisation de la

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ventilation Le fonctionnement continu du ventilateur avec un reacuteglage de vitesse faible offrira automatiquement cette fonctionnaliteacute sans neacutecessiter de quelconques commandes intelligentes Cette option aurait lrsquoavantage suppleacutementaire drsquoassurer une reacutepartition de la tempeacuterature uniforme agrave lrsquointeacuterieur de la reacutesidence Elle serait eacutegalement utile pour reacutepartir lrsquoair frais si le systegraveme combineacute est installeacute avec un ventilateur-reacutecupeacuterateur de chaleur (VRC) ou un autre type de systegraveme de ventilation

Des commandes soigneusement conccedilues contribueront en bout de ligne agrave assurer ou reacutetablir lrsquoefficaciteacute du systegraveme combineacute Les commandes devraient ecirctre en mesure de deacuteterminer srsquoil y a une demande de chauffage des locaux ou de chauffage de lrsquoeau ou une demande concernant les deux modes Les commandes devront deacuteterminer lrsquoamplitude de chaque charge et reacutepondre de maniegravere approprieacutee en faisant varier certains paramegravetres agrave la fois pour le systegraveme de chauffage des locaux (systegraveme de traitement drsquoair par exemple) et pour le geacuteneacuterateur de chaleur (notamment si la source de chauffage est un chauffe-eau agrave la demande) En cas de demande de chauffage drsquoeau eacuteleveacutee il se peut qursquoune solution de commande prioritaire drsquoeau chaude domestique constitue la meilleure option Les commandes peuvent deacuteduire lrsquoamplitude des charges de chauffage des locaux au moyen de divers meacutecanismes y compris en surveillant les cycles de fonctionnement du thermostat et de signaux drsquoentreacutes directs transmis par une commande de charge infeacuterentielle telle qursquoune commande de reacuteglage exteacuterieur

La figure 3 preacutesente un algorithme simplifieacute de commandes geacuteneacuteriques pour la section chauffe-eau drsquoun systegraveme combineacute utilisant quatre eacutetapes de reacuteglage de tempeacuterature drsquoeau pour le chauffage des locaux et une seule pour le chauffage de lrsquoeau

La logique de commande illustreacutee agrave la figure 3 constitue uniquement un exemple de strateacutegie de controcircle rudimentaire qui pourrait ecirctre utiliseacutee pour assurer des performances eacuteleveacutees dans des modes de chauffage de locaux sans neacutecessiter lrsquoutilisation de composants oneacutereuxLrsquoalgorithme de commande pourrait ecirctre ameacutelioreacute si le controcircleur avait lrsquointelligence neacutecessaire pour lui permettre drsquoassimiler les eacutetapes de chauffage requises en surveillant la dureacutee des demandes de chauffage des locaux sur plusieurs cycles de chauffage reacutecents

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e

Mode drsquoattente Chauffe-eauagrave la demande en attente de signal

Demande de chauffage (lrsquoeaucircule dans le chauffe-eau)

Demandedrsquoeauchaude

domestique

Activationdu chauffagede lrsquoeacutetape 1 THERM90 ordmF Ventilateur Vitesse 1 Deacuteclencherle minuteursur 5 min

Demandesatisfaite avantlrsquoexpiration

du deacutelaiduminuteur

Oui

Oui

No

Reacuteglage du THERM sur le point de consigne de lrsquoeau chaude domestique THERM = 140 degF Couperlecirculateurde chauffagedelocaux (facultatif) Attendre lafin de la demande drsquoeau chaude domestique

Demande de

chauffage satisfait

Non

Oui

Activation du chauffage de lrsquoeacutetape 2 THERM = 105 degF Ventilateur Vitesse 2 Deacuteclencher le minuteur sur3 min

Activation du chauffage de lrsquoeacutetape 3 THERM = 120 degF Ventilateur Vitesse 3 Deacuteclencher le minuteur sur3 min

Activation du chauffage MAX THERM = 140 degF Ventilateur Vitesse 4 Mettrefin agravelademande de chauffage

Figure 3 Logique de lrsquoalgorithme simplifieacute de commande de chauffe-eau pour unsceacutenario de chauffage en quatre eacutetapes

Voici trois options de commande de vitesse de ventilateur de systegraveme de traitement drsquoair associeacutees agrave la meacutethode de chauffage drsquoeau illustreacutee agrave la figure 3

Commandes indirectes baseacutees sur la tempeacuteratureRaccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont bien distinctes les unes des autres mais elles fonctionnement de maniegravere compleacutementaire

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Principe de fonctionnement Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetecte la tempeacuterature de lrsquoeau chaude drsquoadmissionPlus la tempeacuterature de lrsquoeau est eacuteleveacutee plus les commandes du systegraveme de traitement drsquoair augmentent le deacutebit drsquoair

Discussion Les commandes du chauffe-eau augmentent la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque la demande nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetecte la tempeacuterature plus eacuteleveacutee et fait circuler plus drsquoair dans les serpentins pour lrsquoutiliser

Aspect meacutecanique Un puits de tempeacuterature est installeacute dans la conduite drsquoeau drsquoalimentation drsquoarriveacutee agrave lrsquointeacuterieur du systegraveme de traitement drsquoairLe reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur serait ajusteacute en installant un module de commande de systegraveme de traitement drsquoair qui mesure la tempeacuterature de lrsquoeau achemineacutee au systegraveme de traitement drsquoair depuis le chauffe-eau pendant une demande de chauffage de locaux transmise au systegraveme de traitement drsquoair La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signal de commande transmis au panneau de controcircle du systegraveme de traitement drsquoair par le thermostat du systegraveme de CVCA

Commandes indirectes baseacutees sur le minuteur Raccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont bien distinctes les unes des autres mais elles fonctionnement de maniegravere compleacutementaire

Principe de fonctionnement Le deacutebit drsquoair du systegraveme de traitement drsquoair varie en fonction de la dureacutee de la demande de chauffage afin de coiumlncider avec les minutages de commande de tempeacuterature indiqueacutes agrave la figure 3

Discussion Les commandes du chauffe-eau augmentent la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque la demande nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetermine la dureacutee de la demande de chauffage et fait circuler plus drsquoair dans les serpentins afin de se conformer aux eacutetapes de tempeacuterature programmeacutees

Aspect meacutecanique Le reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur serait ajusteacute en installant un module de commande de systegraveme de traitement drsquoair qui reacutegule le deacutebit drsquoair en fonction de la dureacutee de la demande de chauffage La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signalde commande transmis au panneau de controcircle du systegraveme de traitement drsquoair par le thermostat du systegraveme de CVCA

Controcircle direct Raccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont toutes deux controcircleacutees au moyen drsquoun nouveau controcircleur combineacute inteacutegreacute posseacutedant une interface directe avec le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair

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Principe de fonctionnement Le nouveau controcircleur fait varier le deacutebit drsquoair du systegraveme de traitement drsquoair et la tempeacuterature de lrsquoeau de maniegravere agrave optimiser le rendement du chauffage

Discussion Cette strateacutegie de controcircle direct suppose le deacuteveloppement drsquoun nouveau composant de commande Le controcircleur peut utiliser des reacuteglages de fonctionnement plus sophistiqueacutes afin drsquoameacuteliorer le rendement dans tous les modes de fonctionnement

Aspect meacutecanique Le reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur et la tempeacuterature de lrsquoeau achemineacutee au systegraveme de traitement drsquoair seraient directement controcircleacutes par un nouveau controcircleur combineacute inteacutegreacute La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signal de commande transmis au controcircleur par le thermostat du systegraveme de CVCA

Chauffe-eau - Mode de chauffage de lrsquoeau du robinet Les algorithmes de chauffage de lrsquoeau du robinet ne changent pas par rapport agrave ceux du module de commande standard La seule diffeacuterence reacuteside dans le fait que le chauffe-eau utilise un contacteur de deacutebit ou un deacutebitmegravetre pour repeacuterer un tirage drsquoeau chaude (ou une arriveacutee drsquoeau froide) et comprendre qursquoune demande de chauffage drsquoeau a eacuteteacute faite Si une demande de chauffage de locaux intervient simultaneacutement le chauffe-eau pourrait honorer les deux demandes en tenant compte du reacuteglage de tempeacuterature de sortie requise de lrsquoeau du robinet Une autre option consisterait agrave prendre en compte par deacutefaut le reacuteglage du mode de chauffage de lrsquoeau Un mode de controcircle plus sophistiqueacute pourrait potentiellement temporiser le chauffage des locaux lorsque cela srsquoavegravere neacutecessaire pour reacutepondre agrave des demandes de chauffage drsquoeau eacuteleveacutees ou pour activer la distribution de chauffage des locaux en utilisant des reacuteglages de tempeacuterature optimiseacutes Ce cas de figure est illustreacute agrave la figure 4

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8 Composants

Pour bien fonctionner les systegravemes de chauffage combineacutes doivent ecirctre doteacutes de composants haute performance que ce soit dans une configuration dite laquo installeacutee raquo ou dans une configuration drsquoessai selon la norme CSA P9 La preacutesente section a pour objectif drsquoaider les fabricants de chauffe-eau agrave la demande

bull agrave concevoir leur propre systegraveme de traitement drsquoair

bull agrave eacutetablir un partenariat avec un autre fabricant qui fournirait un systegraveme de traitement drsquoair pour leur systegraveme apregraves avoir deacutetermineacute

ndash les composants requis

ndash la mesure dans laquelle un modegravele de systegraveme de traitement drsquoair existant aurait besoin drsquoecirctre affineacute pour reacutepondre agrave leurs besoins

bull agrave eacutetablir les modifications qursquoil faut apporter au systegraveme monobloc dans son ensemble pour ameacuteliorer les performances

81 Systegraveme de traitement drsquoair

Le systegraveme de traitement drsquoair doit inclure les composants neacutecessaires pour fournir de la chaleur et faire circuler de lrsquoair Les eacuteleacutements agrave prendre en compte sont des serpentins de chauffage de locaux un moteur de ventilateur une pompe et un puits de tempeacuterature Ces eacuteleacutements sont deacutecrits plus en deacutetail ci-dessous

82 Serpentins de chauffage de locaux

Les serpentins de chauffage de locaux doivent ecirctre dimensionneacutes de maniegravere approprieacutee pour que le chauffage des locaux puisse avoir lieu avec une tempeacuterature drsquoalimentation suffisamment basse et une baisse de tempeacuterature de lrsquoeau suffisante pour favoriser la condensation dans le geacuteneacuterateur de chaleur lorsque le systegraveme fonctionne en conditions de charge partielle (et ideacutealement en conditions de pleine charge eacutegalement)

Geacuteneacuteralement les serpentins quiextraient la chaleur de lrsquoeau sont conccedilus et choisis en tenant compte drsquoune baisse de tempeacuterature de lrsquoeau drsquoenviron 11 degC (20 degF) le long des serpentins aux conditions de chauffage nominales La seacutelection preacutealable du serpentin peut ecirctre faite en utilisant un logiciel deacutejagrave proposeacute par divers fabricants de serpentins Dans la plupart des cas le modegravele logiciel calcule la puissance de chauffage drsquoun

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serpentin de chauffage agrave eau chaude en se fondant sur la mesure des performances du conditionnement drsquoair pour des serpentins ayant une construction et des geacuteomeacutetries similaires Du coup la puissance de chauffage reacuteelle pour une condition nominale donneacutee peut diffeacuterer leacutegegraverement de celle preacutedite par le logiciel

Ilest recommandeacute de veacuterifier la performance reacuteelle du serpentin choisi (puissance de chauffage baisse de la tempeacuterature de lrsquoeau baisse de la pression statique sur le cocircteacute air et eau) en effectuant des essais internes Lorsque cette eacutetape a eacuteteacute exeacutecuteacutee le modegravele logiciel peut fournir une aide preacutecieuse pour seacutelectionner le serpentin et devrait proposer des indications plutocirct fiables concernant les changements de performance du serpentin aux diffeacuterentes conditions projeteacutees Les informations ainsi collecteacutees devraient ecirctre utiles pour concevoir et affiner des reacuteglages et des strateacutegies de controcircle plus eacutevolueacutes en vue drsquooptimiser le rendement du systegraveme en conditions de chauffage en charge partielle

Voici les eacuteleacutements agrave prendre en compte

Diamegravetre du serpentin drsquoeau et nombre de spires ndash Un grand diamegravetre de canalisation reacuteduira au minimum la baisse de pression de lrsquoeau ainsi que lrsquoeacutenergie utiliseacutee par le systegraveme de circulation drsquoeau Un petit diamegravetre de canalisation permettra drsquoopter pour un serpentin moins oneacutereux eacutetant donneacute qursquoil faudra moins de cuivre dans le serpentin Cependant des petits tubes neacutecessiteront une eacutenergie de pompage supeacuterieure et feront augmenter les pheacutenomegravenes drsquousure et drsquoeacuterosion des tubes si une puissance de pompe suffisante est appliqueacutee pour offrir le deacutebit drsquoeau nominal Concregravetement le fait drsquoutiliser un serpentin avec des tubes trop petits reacuteduira la puissance de chauffage fournie par le serpentin En effet le fabricant utilisera vraisemblablement le mecircme circulateur standard quel que soit le serpentin retenu Les TECA hydronic and combo guideline (Directives sur les systegravemes hydroniques et combineacutes de la TECA)1

(article 814) preacutecisent que le deacutebit de lrsquoeau qui traverse le systegraveme de chauffage ne doit pas deacutepasser quatre (4) pieds par seconde

Nombre drsquoailettes par pouce ndash Plus le nombre drsquoailettes par pouce est eacuteleveacute plus la surface de transmission de chaleur et la puissance de chauffage augmentent cela creacutee cependant une baisse de pression supeacuterieure sur le cocircteacute air du serpentin Un certain degreacute de perte de pression dans le serpentin est utile pour assurer un deacutebit drsquoair homogegravene dans le serpentin notamment dans une configuration de laquo purge raquo qui est couramment utiliseacutee dans les ventilo-convecteurs combineacutes servant au chauffage des locauxLes speacutecifications des serpentins de chauffage peuvent faire eacutetat drsquoun nombre drsquoailettes variant de 6 ailettes par pouce agrave 14 ailettes par pouce Les serpentins de chauffage hydronique standard comportent 12 ou 14 ailettes par pouce Les serpentins doteacutes drsquoun grand nombre drsquoailettes sont plus facilement encrasseacutes par de la poussiegravere

1 Thermal Environmental Comfort Association (TECA) Surrey (C-B) Hydronic amp Combo Guidelines for the Design and Installation of Hot Water Heating Systems and Combination Hot Water amp Space Heating Systems 8th Edition August 2009 (Directives concernant les systegravemes hydroniques et combineacutes conception et installation de systegravemes de chauffage drsquoeau chaude et de systegravemes combineacutes de chauffage drsquoeau chaude et de locaux 8e eacutedition aoucirct 2009) [wwwtecaca]

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ou des deacutebris Selon les reacutesultats du logiciel de modeacutelisation du serpentin la preacutesence de 12 ailettes ou mecircme 14 semble ecirctre un choix raisonnable pour un serpentin de chauffage de locaux haute performance agrave condition que le serpentin soit choisi avec une surface suffisamment importante pour maintenir la vitesse frontale de lrsquoair faible agrave la puissance de chauffage theacuteorique

Figure 5 Exemple de serpentin de chauffage de locaux laquo surdimensionneacute raquo utiliseacute dans une application de systegraveme de traitement drsquoair hydronique

83 Moteur de ventilateur

Le systegraveme de traitement drsquoair devrait utiliser un moteur de ventilateur agrave commutation eacutelectronique (MCE) et ecirctre exploiteacute en utilisant un systegraveme de controcircle agrave vitesse multiple ou agrave vitesse variable Cette option permettrait de moduler le deacutebit drsquoair et la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque le systegraveme fonctionne agrave une puissance infeacuterieure agrave sa puissance de chauffage nominale maximaleLa capaciteacute agrave utiliser un mode de circulation continu agrave faible puissance et faible vitesse serait particuliegraverement utile en cas de fonctionnement aux points de consigne de 15 et 40 pour lesquels il est primordial de collecter et de distribuer toute la chaleur reacutesiduelle des serpentins de chauffage la norme P9 tenant compte uniquement de la chaleur qui est reacuteellement transfeacutereacutee dans le courant drsquoair

La modulation du deacutebit drsquoair et de la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation permettra drsquoobtenir des tempeacuteratures drsquoair distribueacute confortables ainsi que des performances de chauffage eacuteleveacutees

Un MCE doteacute drsquoune programmation de deacutebit drsquoair constant surclassera vraisemblablement un MCE qui utilise une programmation de couple constant car le

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systegraveme compensera au moins partiellement les diffeacuterences entre les pressions statiques nominales et les pressions statiques reacuteellement eacutetablies Cette solution peut srsquoaveacuterer indispensable pour srsquoassurer que les performances de la combustion dans des conditions reacuteelles variables correspondent aux performances obtenues lors drsquoessais dans le laboratoire

Une programmation de deacutebit drsquoair constant sera probablement essentielle pour obtenir des performances acceptables dans le cas drsquoun systegraveme combineacute reacuteparti

84 Circulateurpompe

Ilest important de choisir le bon circulateur pour acheminer le deacutebit approprieacute en fonction de la pression statique eacutetablie qui sera en vigueur Les pertes de pression dans les diffeacuterents chauffe-eau agrave la demande varient Le fait drsquoutiliser un circulateur qui fournit un deacutebit trop important se traduira par une petite baisse de tempeacuterature dans le circuit drsquoeau qui traverse le serpentin et par une tempeacuterature drsquoeau de retour eacuteleveacutee vers le chauffe-eau Un deacutebit trop faible entraicircne des capaciteacutes de chauffage faibles Des circulateurs hydroniques sont offerts avec trois vitesses seacutelectionnables et des deacutebits de pompe nominaux Par contre les moteurs utiliseacutes dans les circulateurs types agrave plusieurs vitesses ne sont pas aussi efficaces que les moteurs agrave CE Des circulateurs agrave vitesse variable eacutequipeacutes de moteurs agrave CE font leur apparition sur le marcheacute mais ils ne sont pas encore couramment utiliseacutes dans les applications combineacutees

Ideacutealement les pompes de circulation des systegravemes combineacutes eacutevolueacutes devraient consister en un concept agrave modulation agrave vitesse variable capable drsquoameacuteliorer le rendement et de compenser les diffeacuterentes configurations de canalisation Ce type de concept est deacutejagrave disponible et pourrait ecirctre mis en œuvre degraves maintenant il pourrait aussi ecirctre mis de cocircteacute jusqursquoagrave ce que la prochaine geacuteneacuteration de systegravemes de chauffage combineacutes eacutevolueacutes soit mise au point Les premiers reacutesultats drsquoessais en laboratoire ont montreacute qursquoil est possible drsquoobtenir de bonnes performances conformes agrave la norme CSA P9 sans utiliser des pompes de circulation agrave vitesse variable et des commandes auxiliaires coucircteuses Agrave lrsquoavenir agrave mesure que le coucirct des circulateurs agrave vitesse variable doteacutes de moteurs agrave CE baissera et que les commandes inteacutegreacutees seront mieux accepteacutees leur utilisation dans des applications de chauffage combineacute sera plus rentable

85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)

Si lrsquoon conccediloit le reacuteseau de plomberie de maniegravere agrave pouvoir y installer des bouchons de controcircle de tempeacuterature drsquoeau et de pression les essais internes et les mesures de mise en service seront simplifieacutes De plus il sera plus facile de purger lrsquoair des circuits

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hydroniques Il est possible drsquoutiliser des sondes de tempeacuteratures monteacutees agrave lrsquoexteacuterieur pour effectuer les mesures de mise en service sur le terrain si des sections de conduites de cuivre ameacutenageacutees dans des endroits strateacutegiques sont prises en compte lors de la conception

86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau

Certains chauffe-eau agrave la demande de type chaudiegravere possegravedent des points de consignes et des algorithmes de controcircle distincts pour le chauffage des locaux et celui de lrsquoeau Drsquoautres ont besoin de savoir si la charge concerne le chauffage des locaux ou celui de lrsquoeau potable Dans ce cas on peut utiliser divers capteurs et surveiller eacutegalement les signaux transmis par un deacutebitmegravetre drsquoeau installeacute dans le reacuteseau drsquoeau potable ou un deacutebitmegravetre installeacute dans le circuit de chauffage des locaux Bon nombre de chauffe-eau agrave la demande utilisent de tels capteurs dans leurs circuits de commande de brucircleur afin de faire coiumlncider les allures de chauffe avec les chargesDans les applications combineacutees lrsquoutilisation de commandes capables de diffeacuterencier les charges deacutepend de la logique de controcircle prioritaire de demande drsquoeau chaude domestique

87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes

Les canalisations drsquoeau ameacutenageacutees entre le geacuteneacuterateur de chaleur et le systegraveme combineacute devraient ecirctre dimensionneacutees de maniegravere agrave eacuteviter des baisses de pression excessives

Toutes les canalisations en cuivre exteacuterieures doivent ecirctre isoleacutees conformeacutement aux pratiques de lrsquoindustrie Il se peut que les avantages lieacutes agrave lrsquoisolation des canalisations drsquointerraccordement ne soient pas tregraves importants si les sections de conduites sont courtes et si elles contiennent des tuyaux en polyeacutethylegravene reacuteticuleacute ou un type de conduite similaire preacutesentant moins de perte de chaleur que les conduites en cuivre

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9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes

La preacutesente section contient des directives et certaines observations agrave lrsquointention des fabricants de systegravemes de chauffage combineacutes dans le but drsquoaider ces derniers agrave mettre agrave lrsquoessai leurs systegravemes agrave lrsquointerne Lrsquoexeacutecution drsquoessais agrave lrsquointerne en utilisant un montage simplifieacute permettra aux fabricants de mieux cerner les performances de leurs concepts et commandes prototypes lorsqursquoils sont mis agrave lrsquoessai dans une installation indeacutependante conformeacutement agrave la norme CSA P9 (P10 pour les fabricants de SMI) Les essais en question ne doivent pas forceacutement ecirctre conccedilus pour geacuteneacuterer des reacutesultats de performance preacutecis agrave 100 mais ils sont consideacutereacutes comme indispensables pour le deacuteveloppement et le cycle drsquooptimisation du produit les avantages drsquoun concept et drsquoun fonctionnement de systegraveme ameacutelioreacutes pouvant rapidement sauter aux yeux lorsque lrsquoon compare les reacutesultats des essais reacutealiseacutes laquo avant raquo et laquo apregraves raquo

En geacuteneacuteral il nrsquoest pas rentable de payer un laboratoire drsquoessais indeacutependant pour proceacuteder agrave la premiegravere eacutevaluation drsquoun systegraveme de chauffage combineacute complet Les coucircts lieacutes au laboratoire et les deacutefis lieacutes aux ingeacutenieurs concepteurs qui prescrivent des reacuteglages lorsqursquoils ne sont pas sur place rendent cette option probleacutematique Des essais simplifieacutes reacutealiseacutes dans les propres locaux du fabricant permettent de srsquoassurer que les reacutesultats sont dans la plage approprieacutee degraves le deacutebut

Un scheacutema de montage drsquoessai suggeacutereacute utilisable pour effectuer des mesures conformeacutement agrave la norme CSA P9 est preacutesenteacute dans cette norme La figure 6 ci-dessous illustre une version simplifieacutee de ce scheacutema

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de la piegravece

combineacutes

Appareilsdeconditionnement

Eacutevents pour produits de combustion Appareils de

conditionnement de la piegravece

Salle drsquoessai

Isolant

Meacutelangeur

Approvisionnement en eau

Eacutevents pour air de combustion Conduite drsquoalimentation en combustible

Uniteacute drsquoessai des

systegravemes

Thermocouples Porte Fenecirctre

Mesure de la tempeacuterature et du deacutebit de lrsquoeau

Conduite drsquoair de retour

Thermocouples

Mesure de la tempeacuterature et de lrsquohumiditeacute de lrsquoair

Air drsquoappoint

Mesure du deacutebit drsquoair

Figure 6 Scheacutema simplifieacute illustrant le montage utiliseacute pour exeacutecuter les essais conformeacutement agrave la norme P9 (composants individuels du systegraveme combineacute non illustreacutes)

Le scheacutema preacutesente un dispositif de mesure de lrsquoenthalpie de lrsquoair dans un tunnel baseacute Vsur la norme ASHRAE 37 Lrsquoappareil de mesure de lrsquoair illustreacute sur la figure de la norme utilise un ajutage et un ventilateur drsquoeacutequilibrage pour pouvoir appliquer une technique de mesure du deacutebit drsquoair neacutecessitant une pression diffeacuterentielle eacuteleveacutee (entre 1 et 4 pouces drsquoeau) dans lrsquoajutage Lorsqursquoil est utiliseacute avec des manomegravetres preacutecis cet appareil offre une preacutecision de mesure eacuteleveacutee de lrsquoordre de 1 agrave 2 du deacutebit drsquoair et il geacutenegravere un deacutebit drsquoair bien meacutelangeacute qui permet de mesurer avec preacutecision la tempeacuterature du deacutebit de lrsquoair drsquoalimentation

La norme P9 preacutecise que lrsquoajutage inteacutegreacute agrave lrsquoappareil de mesure de lrsquoenthalpie de lrsquoair en tunnel constitue une meacutethode acceptable pour mesurer le deacutebit drsquoair tout en approuvant expresseacutement (article 36) lrsquoapplication drsquoautres processus de mesure du deacutebit drsquoair agrave condition que les limites de preacutecision mentionneacutees dans la norme soient satisfaites Ceci donne la possibiliteacute drsquoutiliser une technique de mesure du deacutebit drsquoair plus directe ne neacutecessitant pas lrsquoutilisation drsquoun appareil comportant un ventilateur drsquoeacutequilibrage Dans certains cas lrsquoutilisation drsquoune chambre de mesure de deacutebit avec un ventilateur drsquoeacutequilibrage pour reacutegler la pression statique de la conduite drsquoair drsquoalimentation a impliqueacute des problegravemes de stabiliteacute avec des moteurs agrave CE qui ont eacuteteacute

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programmeacutes pour un deacutebit drsquoair constant il est donc avantageux drsquoeacuteviter les ventilateurs drsquoeacutequilibrage

91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz

De nombreux fabricants concevant des systegravemes combineacutes eacutevolueacutes integravegreront des instruments conccedilus pour mesurer la consommation drsquoeacutenergie eacutelectrique la consommation du combustible les performances de combustion la tempeacuterature et la pression (pression du collecteur de gaz pression statique des conduites etc) Si de tels eacutequipements de mesure ne sont pas offerts ilest recommandeacute de les preacutevoirLes compteurs de facturation des compagnies de gaz et drsquoeacutelectriciteacute devraient offrir une preacutecision et une reacutesolution suffisantes pour les essais de deacuteveloppement du produit

92 Enregistreur de donneacutees

Les fabricants devront eacutegalement avoir accegraves agrave un systegraveme drsquoenregistrement de donneacutees dans le cadre de leur travail Il est conseilleacute de preacutevoir un enregistreur qui offre une preacutecision et un nombre de canaux de mesures suffisants pour les tacircches agrave accomplir On estime qursquoil faudra environ huit (8) canaux pour mesurer la tempeacuterature plus quelques canaux analogiques ou numeacuteriques pour prendre en compte les donneacutees des deacutebitmegravetres des transducteurs de pression etc (analogiques ou numeacuteriques selon lrsquoinstrument de mesure seacutelectionneacute) De nombreux fournisseurs proposent un large eacuteventail drsquoenregistreurs de donneacutees Campbell Scientific Fluke Instruments Omega et Measurement Computing (personal DAQ) figurent parmi les fabricants qui proposent des enregistreurs de donneacutees de petite eacutechelle pouvant ecirctre pris en compte Il est recommandeacute de se pencher sur lrsquoassistant logiciel de lrsquoenregistreur de donneacutees seacutelectionneacute au moment drsquoeacutevaluer lrsquoeacutequipement Si le fabricant ne souhaite pas investir dans un enregistreur de donneacutees la location demeure une option mecircme si les eacuteconomies preacutevues dans le cas drsquoune location agrave court terme semblent ecirctre faibles

93 Deacutebit drsquoair

Pour mesurer le deacutebit drsquoair pendant les essais agrave lrsquointerne il est recommandeacute drsquoutiliser une grille de deacutebit drsquoair avec eacutetablissement de moyenne installeacutee dans la conduite drsquoair drsquoalimentation en conjonction avec un manomegravetre diffeacuterentiel de preacutecision De nombreux fournisseurs proposent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans un large eacuteventail de tailles et ces deacutebitmegravetres sont relativement peu chers car ils sont souvent utiliseacutes dans des systegravemes commerciaux de chauffage et de refroidissement agrave deacutebit drsquoair variable Si lrsquoon fait une recherche dans Google en utilisant le segment laquo deacutebitmegravetres drsquoair raquo on trouve plusieurs fournisseurs et liens permettant

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drsquoobtenir de plus amples informations sur le sujet Nailor Industries Inc et Dwyer Instruments sont deux socieacuteteacutes quioffrent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans une grande varieacuteteacute de tailles de conduites

94 Manomegravetres

On trouve eacutegalement de nombreux manomegravetres diffeacuterentiels sur le marcheacute dont les modegraveles varient des manomegravetres agrave tube inclineacute aux transducteurs numeacuteriques de preacutecision Il est important de bien faire correspondre la plage de mesure du transducteur ou du manomegravetre avec la pression fournie par le deacutebitmegravetre sur la plage de deacutebits drsquoair preacutevue Dans le cas des transducteurs numeacuteriques des instruments capacitifs sont reacuteputeacutes bien fonctionner dans la plage de pression diffeacuterentielle basse qui serait normalement prescrite (environ 05 pouce de diffeacuterence de colonne drsquoeau) Setra Instruments MKS Instruments (Baratron) Dwyer Instruments et drsquoautres socieacuteteacutes proposent des transducteurs de pression diffeacuterentielle capacitifs plage basse adapteacutes

95 Tempeacuteratures

Les tempeacuteratures drsquoair drsquoarriveacutee et de sortie peuvent ecirctre mesureacutees en utilisant des thermocouples des thermistances ou des capteurs de conduite geacuteneacuterant une valeur moyenne Du fait de son bas coucirct de sa faciliteacute drsquoutilisation et de sa preacutesence agrave grande eacutechelle sur le marcheacute le thermocouple semble ecirctre lrsquoinstrument approprieacute pour cette application Il est possible de fabriquer un reacuteseau de thermocouples agrave partir drsquoune bobine de fil de thermocouple et de les raccorder entre eux en parallegravele de maniegravere agrave geacuteneacuterer une seule donneacutee repreacutesentant la valeur moyenne De nombreux fournisseurs offrent des fils agrave thermocouple notamment les socieacuteteacutes Thermo Electric Company Inc Omega Inc Watlow Inc etc Il est eacutegalement possible de fabriquer des sondes de tempeacuterature agrave partir des mecircmes fils de thermocouple pour surveiller drsquoautres paramegravetres tels que les tempeacuteratures drsquoeau Il est important de bien utiliser un fil agrave thermocouple plutocirct qursquoun fil de rallonge de lrsquoeacutechelle de mesure identique mais moins preacutecis

96 Mesures du cocircteacute eau

Pour effectuer des mesures du cocircteacute eau dans les serpentins il est neacutecessaire de posseacuteder un deacutebitmegravetre et des sondes de tempeacuterature Ces mesures pourraient ecirctre reacutealiseacutees en utilisant des capteurs distincts (deacutebitmegravetre drsquoeau et sondes de tempeacuterature distinctes par exemple) Il est important de srsquoassurer que lrsquoinsertion drsquoun deacutebitmegravetre dans la boucle drsquoeau ne modifie pas le deacutebit de la pompe de circulation Cela est particuliegraverement important avec des circulateurs agrave faible puissance geacuteneacuteralement utiliseacutes dans des applications combineacutees pour lesquelles lrsquoinstallation drsquoun deacutebitmegravetre agrave turbine conventionnel agrave baisse de pression eacuteleveacutee peut restreindre le deacutebit drsquoeau Ilexiste des deacutebitmegravetres preacutecis sans perte de pression eacuteleveacutee Certains appareils

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peuvent ecirctre acheteacutes deacutejagrave conditionneacutes avec des sondes de tempeacuterature en guise de laquo compteurs drsquoeacutenergie raquo Ils mesurent simultaneacutement les tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de lrsquoeau de retour ainsi que le deacutebit de lrsquoeau et calculent directement le flux drsquoeacutenergie en srsquoappuyant sur ces mesuresKamstrup Siemens Badger Meters Elster Metering ABB Meters et drsquoautres socieacuteteacutes offrent ce type drsquoappareils Les compteurs drsquoeacutenergie autonomes sont habituellement configureacutes avec certains dispositifs permettant de lire les diffeacuterents paramegravetres ainsi que les flux drsquoeacutenergie calculeacutes La plupart offre une fonction de stockage des donneacutees internes etou des sorties numeacuteriques pouvant ecirctre interfaceacutees avec des enregistreurs de donneacutees externes

97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne

La norme CSA P9 exige que le chauffage des locaux soit deacutefini en utilisant deux mesures (cocircteacute air et cocircteacute eau) avec une entente dans une toleacuterance acceptable pour la mise agrave lrsquoessai du systegraveme de chauffage de locaux agrave pleine capaciteacute constant Dans le cas des mesures agrave lrsquointerne entreprises par un fabricant dans le cadre drsquoun projet de deacuteveloppement de produit cibleacute lrsquoentente entre les mesures du cocircteacute air et du cocircteacute eau nrsquoest pas forceacutement requise On suggegravere aux fabricants de se concentrer sur les mesures qui ciblent la strateacutegie de controcircle ou de composant propre agrave lrsquoeacutetude Par exemple si des strateacutegies diffeacuterentes de temporisation du ventilateur ou laquo apregraves fonctionnement raquo sont eacutevalueacutees il est bien plus important de se concentrer sur les mesures du cocircteacute air que drsquoessayer drsquoatteindre un eacutequilibre entre le cocircteacute air et le cocircteacute eau Selon la quantiteacute drsquoeacutenergie laisseacutee dans le serpentin drsquoeau lorsque le ventilateur de soufflante srsquoarrecircte et drsquoautres pertes drsquoeacutenergie du systegraveme il est possible qursquoil nrsquoy ait pas drsquoeacutequilibre drsquoeacutenergie entre les mesures du cocircteacute air et les mesures du cocircteacute eau mecircme avec un instrument des mesures et des calculs laquo parfaits raquo

La norme CSA P9 exige une mesure du deacutebit drsquoair et des tempeacuteratures au moins toutes les cinq (5) secondes Dans le cas des essais agrave lrsquointerne cette freacutequence pourrait ecirctre assouplie pour certaines eacutetapes drsquoessai Par ailleurs une conformiteacute totale agrave la norme P9 suppose un controcircle preacutecis de la tempeacuterature de la salle drsquoessai ougrave se trouve le systegraveme combineacute en vue des essais ainsiqursquoun controcircle preacutecis de la tempeacuterature de lrsquoeau de la ville Dans le cas des essais de deacuteveloppement agrave lrsquointerne ces exigences peuvent eacutegalement ecirctre assouplies agrave condition que les tempeacuteratures ne varient pas trop pendant les essais Un espace commercial conditionneacute ayant une dimension raisonnable ferait lrsquoaffaire au moins pour les phases drsquoessai et de deacuteveloppement initiales

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Flue(combustionmeasurements)

SupplyAirtoSpaceHeatingPlenum

(optionalzonedampers)

ReturnAir

CityWater

TanklessWaterHeater

HotWaterSupplyfromWaterHeater

DHW

CoolWaterreturntoWaterheater

Temperaturemeasurementpoints

Fuelmeter

Flowmeter

Electricalmeteringnotshown

Circulator

98 Agencement des instruments

La figure 7 preacutesente un scheacutema simplifieacute permettant drsquoillustrer lrsquoagencement geacuteneacuteral des emplacements et des paramegravetres de mesure en vue de la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute de chauffe-eau instantaneacute agrave condensation Le deacutebit drsquoair qui traverse la conduite drsquoalimentation du systegraveme de traitement drsquoair sera surveilleacute en utilisant un deacutebitmegravetre agrave valeur moyenne et un manomegravetre (non illustreacute) tel que cela est deacutecrit agrave lrsquoarticle 73

T

T

T T

T T

Alimentation en eau chaude provenant du chauffe-eau

Conduit (mesures de combustion)

Eau chaude domestique

Systegraveme de mesure du combustible

Air dereprise

Retourde lrsquoeau froide vers lechauffe-eau

Chauffe-eau instantaneacute

Air drsquoalimentation achemineacute versle pleacutenum de chauffage(registres de zone facultatifs)

Eau municipale

Deacutebitmegravetre

T

(compteur eacutelectrique non illustreacute)

Points de mesure de la tempeacuterature Circulateur

Figure 8 Scheacutema de mesure simplifieacute applicable agrave la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute baseacute sur un chauffe-eau instantaneacute

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CanmetEacuteNERGIE CanmetEacuteNERGIE de Ressources naturelles Canada est un chef de file canadien dans le domaine de la recherche et deacuteveloppement en eacutenergie propre Les travaux de nos speacutecialistes portent sur lrsquoapprovisionnement drsquoeacutenergie propre agrave partir de combustibles fossiles et de sources renouvelables la gestion de lrsquoeacutenergie et les systegravemes de distribution ainsi que sur les technologies et processus avanceacutes pour les utilisations finales En veillant agrave ce que le Canada soit agrave la fine pointe des technologies sur lrsquoeacutenergie propre nous ameacuteliorons la qualiteacute de vie des Canadiens en creacuteant un avantage durable en matiegravere de ressources

Bureau central Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) 580 rue Booth 1 promenade Oil Patch 1 promenade Haanel 161 boulevard Lionel-Boulet Ottawa (Ontario) Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) Canada Canada Canada Canada K1A 0E4 T9G 1A8 K1A 1M1 J3X 1S6

  • Guide pour les fabricants drsquoappareils de chauffage combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessai conformeacutement agrave la norme CSA P9
    • Remerciements
    • 1 Reacutesumeacute
    • 2 Systegravemes agrave zones
    • Table des matiegraveres
    • Liste des tableaux et figures
    • 3 Contexte
      • 31 Objet
      • 32 Public cible
      • 33 Marcheacute
      • 34 Pratiques en vigueur dans lrsquoindustrie
      • 35 Expeacuterience en matiegravere drsquoeacutevaluation
      • 36 Deacutefi principal Utiliser des chauffe-eau pour chauffer des locaux de maniegravere eacuteconergeacutetique
      • 37 Approche par eacutetapes
        • 4 Charges de calcul ndash performances selon la norme CSA p9
          • 41 Facteur de performance thermique (FPT)
          • 42 Chauffage de lrsquoeau
          • 43 Chauffage des locaux
          • 44 Importance relative des charges de chauffage des locaux et de lrsquoeau
            • 5 Chauffage de lrsquoeau domestique
            • 6 Conception des systegravemes combineacutes
              • 61 Incidence des pondeacuterations de charge
                • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                • Reacuteduction des tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour
                  • 62 Strateacutegies de conception
                  • 63 Strateacutegie 1 Tempeacuterature drsquoeau constante
                    • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                    • Serpentin(s) de chauffage des locaux
                    • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                    • Illustration des performances selon la norme P9
                    • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                      • 64 Strateacutegie 2 Tempeacuterature drsquoeau variable
                        • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                        • Serpentin(s) de chauffage de locaux
                        • Conditions de chauffage de locaux en charge partielle
                        • Illustration des performances P9
                        • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                            • 7 Commandes
                              • Commandes indirectes baseacutees sur la tempeacuterature
                              • Commandes indirectes baseacutees sur le minuteur
                              • Controcircle direct
                              • Chauffe-eau -Mode de chauffage de lrsquoeau du robinet
                                • 8 Composants
                                  • 81 Systegraveme de traitement drsquoair
                                  • 82 Serpentins de chauffage de locaux
                                  • 83 Moteur de ventilateur
                                  • 84 Circulateurpompe
                                  • 85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)
                                  • 86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau
                                  • 87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes
                                    • 9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes
                                      • 91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz
                                      • 92 Enregistreur de donneacutees
                                      • 93 Deacutebit drsquoair
                                      • 94 Manomegravetres
                                      • 95 Tempeacuteratures
                                      • 96 Mesures du cocircteacute eau
                                      • 97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne
                                      • 98 Agencement des instruments
Page 9: Guide pour les fabricants d’appareils de chauffage ...€¦ · Le présent rapport explique comment la norme d’essai P.9 pondère le rendement dans différents modes de fonctionnement

3 Contexte

31 Objet

Le but du preacutesent document est de fournir aux fabricants de chauffe-eau agrave condensation agrave modulation fonctionnant agrave la demande une strateacutegie concernant la conception de systegravemes combineacutes capables de chauffer efficacement les locaux et lrsquoeau des reacutesidences et la faccedilon drsquoobtenir les reacutesultats drsquoessais selon la norme CSA P9 pour deacutemontrer cette capaciteacute

Tous les chauffe-eau destineacutes agrave ecirctre utiliseacutes dans des applications combineacutees doivent faire lrsquoobjet drsquoune approbation speacuteciale (et ecirctre certifieacutes) pour pouvoir ecirctre effectivement utiliseacutes dans les applications en question et ils doivent comporter une eacutetiquette indiquant qursquoils sont adapteacutes pour le chauffage combineacute de lrsquoeau et des locaux

32 Public cible

Le preacutesent document a eacuteteacute conccedilu pour aider

bull les gestionnaires agrave cerner rapidement une seule strateacutegie agrave adopter pour eacutelaborer un systegraveme combineacute agrave haute performance agrave eacuteliminer les risques lieacutes au processus de deacuteveloppement et agrave exploiter des ressources plus efficacement

bull les ingeacutenieurs en conception agrave seacutelectionner le chauffe-eau agrave acceacuteleacuterer le deacuteveloppement drsquoune strateacutegie de controcircle applicable au systegraveme combineacute et agrave eacutetablir des speacutecifications agrave lrsquoattention des fournisseurs de composants potentiels

33 Marcheacute

Les systegravemes de chauffage combineacutes ont gagneacute des parts de marcheacute dans le sud de lrsquoOntario dans le secteur des petites reacutesidences eacuteconergeacutetiquesMecircme siaucune statistique fiable nrsquoest disponible certaines sources de lrsquoindustrie estiment qursquoau moins 30 000 systegravemes combineacutes sont installeacutes chaque anneacutee sur le marcheacute des reacutesidences neuves de lrsquoOntario Bon nombre de ces systegravemes sont installeacutes dans des maisons preacutesentant des charges de chauffage de locaux maximales de 15 kW ou moins (mecircme lorsqursquoun facteur de surdimensionnement de 40 a eacuteteacute appliqueacute aux charges de chauffage de locaux)

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Lrsquoanneacutee passeacutee le programme ENERGY STAR pour les maisons neuves (ESMN) occupait une part de marcheacute repreacutesentant environ 20 des constructions en Ontario Les entrepreneurs en construction recherchent des systegravemes combineacutes offrant des taux de performance eacuteleveacutes lorsqursquoils sont mis agrave lrsquoessai et coteacutes conformeacutement agrave la norme CSA P9 En 2014 lrsquoensemble des systegravemes combineacutes utiliseacutes dans le cadre de lrsquoinitiative ESMN devra ecirctre coteacute selon la norme

34 Pratiques en vigueur dans lrsquoindustrie

Les chauffe-eau agrave la demande ont rapidement eacutevolueacute afin de mieux reacutepondre aux besoins nord-ameacutericains en matiegravere de chauffage drsquoeau chaude domestique et ameacuteliorer le rendement eacutenergeacutetique Les systegravemes peuvent deacutesormais fonctionner agrave une plage de deacutebit drsquoeau plus importante et assurer une modulation sur une grande plage En outre de nombreux systegravemes mettent en œuvre la technologie de la condensation

Lrsquoindustrie a commenceacute par eacutelaborer des systegravemes combineacutes en utilisant des chauffe-eau agrave reacuteservoir de stockage traditionnels et un ventilo-convecteur de systegraveme de traitement drsquoair afin drsquoassurer agrave la fois le chauffage de lrsquoeau et celui des locaux Bon nombre de ces appareils eacutetaient construits sur place et speacutecialement conccedilus pour reacutepondre aux charges en vigueur Le rendement eacutenergeacutetique des systegravemes combineacutes nrsquoeacutetait pas eacutevalueacute par rapport agrave une norme et faisait donc lrsquoobjet de moins drsquoattention

Les chauffe-eau agrave condensation offrent la possibiliteacute de mettre au point des systegravemes combineacutes bien plus efficaces en matiegravere de rendement eacutenergeacutetique Les systegravemes combineacutes permettent drsquoameacuteliorer la rentabiliteacute moyennant lrsquoutilisation drsquoun chauffe-eau agrave condensation Le fait de concevoir des systegravemes combineacutes en usine permet drsquooptimiser les fonctions combineacutees et les commandes associeacutees et de proposer des appareils haute performance produisant une condensation dans la plupart des modes de fonctionnement

Certains fabricants de chauffe-eau agrave la demande commencent agrave concevoir des composants mieux adapteacutes ainsi que des systegravemes combineacutes monoblocs Il se peut que ces fabricants soient moins sensibiliseacutes aux systegravemes agrave traitement drsquoair haute performance et aux commandes associeacutees qui pourraient srsquoaveacuterer neacutecessaires pour eacutelaborer un systegraveme monobloc haute performance Le preacutesent document fournit des renseignements de base concernant les speacutecifications et le controcircle des systegravemes de traitement drsquoair des reacutesidences ainsi que des deacutetails sur la conception et le controcircle drsquoun systegraveme combineacute haute performance type

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35 Expeacuterience en matiegravere drsquoeacutevaluation

CanmetEacuteNERGIE de Ressources naturelles Canada a eacutetudieacute les systegravemes combineacutes et leurs composants pendant de nombreuses anneacuteesLe centre a effectueacute des recherches et offert une expertise et un soutien techniques pour appuyer lrsquoeacutelaboration de la norme CSA P10 applicable aux systegravemes meacutecaniques inteacutegreacutes ainsi que celle de la norme subseacutequente CSA P9 visant les systegravemes combineacutes CanmetEacuteNERGIE a eacutegalement

bull eacutevalueacute les performances des systegravemes fabriqueacutes et construits sur place dans des laboratoires gouvernementaux et indeacutependants

bull surveilleacute et analyseacute les performances des systegravemes sur le lieu de lrsquoinstallation et dans les maisons du centre canadien des technologies reacutesidentielles Bon nombre de ces projets ont eacuteteacute reacutealiseacutes en partenariat avec drsquoautres organismes gouvernementaux et entreprises de distribution de gaz

bull conccedilu des composants de systegravemes combineacutes pour des applications speacuteciales telle que celle de la communauteacute agrave eacutenergie solaire Drake Landing

Le preacutesent rapport a eacuteteacute eacutelaboreacute en tenant compte des connaissances acquises dans le cadre de ces diverses initiatives

36 Deacutefi principal Utiliser des chauffe-eau pour chauffer des locaux de maniegravere eacuteconergeacutetique

Les chauffe-eau agrave la demande peuvent offrir de tregraves bonnes performances en mode de chauffage agrave eau chaude domestique avec des tempeacuteratures drsquoeau de reacuteseau de distribution basses et les puissances thermiques eacuteleveacutees requises pour satisfaire les besoins en eau chaude Ces appareils peuvent fonctionner particuliegraverement bien lorsqursquoils fournissent les grandes quantiteacutes drsquoeau chaude utiliseacutees dans les normes drsquoessai de chauffe-eau en vigueur pour eacutevaluer leurs performances en tant que chauffe-eau

En conditions de fonctionnement combineacute les performances offertes en mode de chauffage des locaux (charges partielles incluses) sont les plus importantes Mecircme si les charges thermiques instantaneacutees sont consideacuterablement infeacuterieures lorsque lrsquoon chauffe des locaux plutocirct que lorsque lrsquoon fournit des charges de chauffage drsquoeau maximales la dureacutee des charges de chauffage des locaux est bien plus importante Il pourrait ecirctre inteacuteressant de faire en sorte que le chauffe-eau offre une condensation en mode de chauffage des locaux car la tempeacuterature de lrsquoeau qui revient des serpentins de chauffage des locaux est geacuteneacuteralement plus eacuteleveacutee que la tempeacuterature drsquoarriveacutee drsquoeau municipale que le systegraveme doit chauffer pour fournir de lrsquoeau chaude potable Eacutetant donneacute que seule une petite partie des charges annuelles de chauffage de locaux du systegraveme est reacuteellement fournie lorsque le systegraveme fonctionne aux conditions de

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reacutegime la performance en charge partielle en mode de chauffage de locaux est particuliegraverement importante pour le rendement geacuteneacuteral du systegraveme Il est bien plus important drsquoobtenir drsquoexcellentes performances lors drsquoessais de chauffage de locaux en charge partielle plutocirct qursquoagrave pleine puissance nominale lorsque lrsquoon calcule le rendement geacuteneacuteral du systegraveme

Ilest possible drsquoobtenir des reacutesultats de performance eacuteleveacutee lorsque les composants eacuteconergeacutetiques sont bien adapteacutes et que le systegraveme drsquoexploitation commande intelligemment et simultaneacutement agrave la fois le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair

37 Approche par eacutetapes

Le preacutesent rapport invite les fabricants agrave suivre les eacutetapes ci-dessous avant de proposer un systegraveme combineacute haute performance

Eacutetape 1 Cerner les charges de conception qursquoil faut prendre en compte pour prendre toutes les deacutecisions concernant le systegraveme combineacute

Eacutetape 2 Seacutelectionner un chauffe-eau en mesure de fournir des performances eacuteleveacutees dans les applications mettant en œuvre des systegravemes combineacutes

Eacutetape 3 Seacutelectionner une strateacutegie de controcircle applicable au chauffe-eau et au systegraveme de traitement drsquoair qui reacuteduit au minimum les coucircts que le fabricant doit supporter pour fournir des systegravemes combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessaiselon la norme P9

Eacutetape 4 Seacutelectionner drsquoautres composants de systegravemes combineacutes (tels que des serpentins des moteurs de ventilateur et les commandes associeacutees)

Eacutetape 5 Exeacutecuter des essais agrave lrsquointerne afin drsquoeacutetablir les performances des systegravemes combineacutes de maniegravere agrave pouvoir les mettre agrave niveau selon les besoins avant de les expeacutedier agrave un laboratoire indeacutependant agrave des fins de veacuterification

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4 Charges de calcul ndash performances selon la norme CSA p9

41 Facteur de performance thermique (FPT)

Le FPT correspond agrave la mesure de performance eacutenergeacutetique cleacute de la norme CSA P9 Ce facteur combine les cotes de performance du chauffage des locaux et celles du chauffage de lrsquoeau et fait une moyenne pondeacutereacutee selon la charge des deux types de chauffage pour geacuteneacuterer la mesure de performance globale Lrsquoannexe B de la norme CSA P9 fournit des explications deacutetailleacutees sur la maniegravere dont les facteurs de pondeacuteration ont eacuteteacute eacutelaboreacutes et sur les raisons de leur eacutelaboration

La preacutesente section preacutesente quelques facteurs cleacutes ainsi qursquoun graphique (tableau 3) que les fabricants peuvent utiliser pour deacuteterminer les reacutesultats drsquoessai ayant la plus forte incidence sur le reacutesultat FPT de leurs produits

Comme le chauffage des locaux constitue geacuteneacuteralement la charge dominante au sein des maisons canadiennes la pondeacuteration du rendement global des systegravemes de chauffage combineacutes est domineacutee par le chauffage des locaux Les reacutesultats drsquoessai du chauffage des locaux en charge partielle offrent la pondeacuteration la plus importante pour deacuteterminer les performances de chauffage des locaux des systegravemes combineacutes et par conseacutequent le FPT

Les systegravemes combineacutes qui optimisent les performances de chauffage de locaux en charge partielle preacutesenteront des FPT plus eacuteleveacutes que les systegravemes conccedilus pour offrir des performances agrave pleine charge

Ilest possible de mettre en place des strateacutegies de controcircle intelligentes pendant les essais de rendement reacutealiseacutes conformeacutement agrave la norme CSA P9 Par exemple le systegraveme de controcircle peut commencer agrave fonctionner en mode de chauffage de locaux en acheminant une tempeacuterature plus basse au systegraveme de traitement drsquoair et en programmant une vitesse de ventilation infeacuterieure Il est possible drsquoaugmenter progressivement ces deux paramegravetres si la charge nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai speacutecifieacute De mecircme des strateacutegies de controcircle mettant en œuvre une fonction de deacutetection de charge tel qursquoun controcircle de reacuteglage exteacuterieur peuvent offrir des ameacuteliorations de rendement identiques et peuvent ecirctre simuleacutees pendant les essais Ceci est particuliegraverement important lorsque lrsquoon cherche agrave veacuterifier le rendement des systegravemes de chauffage de locaux en charge partielle

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42 Chauffage de lrsquoeau

Les normes drsquoessai applicables aux systegravemes de chauffage de lrsquoeau (norme P9 incluse) partent du principe que la charge de chauffage de lrsquoeau annuelle est de 4 400 kWh (environ 12 kWh par jour) pour chaque maison Dans la norme P9 la valeur de performance drsquoun systegraveme combineacute utiliseacute en tant que chauffe-eau est deacutesigneacutee laquo facteur de performance du chauffage de lrsquoeau raquo (FPCE) Mecircme si la norme P9 offre une souplesse accrue en ce qui a trait aux parameacutetrages des commandes compareacute aux normes reacutegissant des chauffe-eau autonomes le FPCE est analogue agrave une cote de facteur eacutenergeacutetique (FE) et les cotes numeacuteriques devraient ecirctre identiques

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43 Chauffage des locaux

Tout systegraveme de chauffage de locaux doit ecirctre capable de fournir sa puissance de chauffage de locaux nominale lorsque les commandes lrsquoexigent Par contre les systegravemes de chauffage de locaux ont uniquement besoin de fournir leur puissance de chauffage de pointe pour tout au plus quelques jours pendant lrsquoanneacutee La norme CSA P9 reconnaicirct que des systegravemes fonctionneront en conditions de charge partielle la plupart du temps et eacutenonce des cotes de rendement de chauffage de locaux baseacutees sur des essais directs impliquant des charges totales et partielles Les systegravemes combineacutes sont mis agrave lrsquoessai dans des conditions de charges eacutequivalant agrave 100 40 et 15 de leurs capaciteacutes de chauffage des locaux Les reacutesultats sont combineacutes de maniegravere agrave obtenir une efficaciteacute de chauffage composite (ECC) qui pondegravere plus fortement les conditions de charge partielle La formule associeacutee et la repreacutesentation graphique correspondante extraites de la norme P9 se preacutesentent comme suit

ECC = 01 de rendement net agrave 100 + 06 de rendement net agrave 40 + 03 de rendement net agrave 15

La figure 1 illustre la quantiteacute de charge de chauffage annuelle pouvant ecirctre reacutepartie vers diffeacuterents points drsquoexploitation

Pourcentage de la charge de chauffage annuelle

Figure 1 Courbe de charge-dureacutee pour le chauffage des locaux (tireacutee de la norme CSA P9-11)

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44 Importance relative des charges de chauffage des locaux et de lrsquoeau

Les commandes du systegraveme de chauffage combineacute sont pleinement fonctionnelles pendant tous les essais et ne sont pas reacutegleacutees manuellement une fois les premiers essais en cours Le choix du fabricant concernant la strateacutegie de controcircle les paramegravetres de tempeacuterature et de deacutebit drsquoair et drsquoeau et les composants utiliseacutes aura une incidence sur la capaciteacute de chauffage de pointe des locaux ainsique sur le rendement agrave la puissance maximale Les systegravemes preacutesentant des capaciteacutes de chauffage nominales infeacuterieures seraient normalement installeacutes pour chauffer des reacutesidences ayant des charges de calcul plus petites Comme nous lrsquoavons indiqueacute preacuteceacutedemment la norme P9 prescrit les mecircmes charges de chauffage drsquoeau pour tous les systegravemes mis agrave lrsquoessai peu importe la capaciteacute Par conseacutequent plus la capaciteacute de chauffage des locaux est petite plus lrsquoimportance relative du chauffage de lrsquoeau sur le FPT est grandeCe principe est illustreacute agrave la figure 2 qui preacutesente les charges annuelles relatives de chauffage drsquoeau et des locaux pour des systegravemes mixtes ayant des charges de chauffage des locaux nominales de 5 kW et 10 kW respectivement

25000 Chauffage des locaux Eau chaude domesZque (ECD)

20000

Consom

maZ

ondeacuten

ergie(kWhan) 20000

15000

10000 10000

4400 44005000

0 Puissance de chauffage des locaux Puissance de chauffage des locaux

de10 kW de5kW

Figure 2 Comparaison de la consommation drsquoeacutenergie pour le chauffage et lrsquoeau chaude (kWhan) dans le cas des systegravemes combineacutes de 10 kW et 5 kW

Les charges thermiques eacutenonceacutees dans la norme P9 sont deacutecrites dans le tableau 2 et les pondeacuterations relatives des reacutesultats drsquoessais de performance individuels dans le facteur de performance thermique (FPT) globalde la norme CSA P9 applicable aux

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systegravemes combineacutes offrant trois capaciteacutes de chauffage de locaux diffeacuterentes sont preacutesenteacutees dans le tableau 3

Tableau 2 Charges thermiques annuelles (kWhan) de la norme P9 applicables aux systegravemes combineacutes affichant des puissances nominales de chauffage des locaux de 5 10 et 15 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 5 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 10 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 15 kW

Chauffage des locaux Pleine charge

1 000 kWhan 2 000 kWhan 3 000 kWhan

Chauffage des locaux 40 de la charge

6 000 kWhan 12 000 kWhan 18 000 kWhan

Chauffage des locaux 15 de la charge

3 000 kWhan 6 000 kWhan 9 000 kWhan

Chauffage de lrsquoeau 4 400 kWhan 4 400 kWhan 4 400 kWhan

Total 14 400 kWhan 24 400 kWhan 34 400 kWhan

Tableau 3 Pondeacuterations de charge de la norme P9 pour des systegravemes combineacutes affichant des puissances nominales de chauffage des locaux de 5 10 et 15 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 5 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 10 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 15 kW

Chauffage des locaux Pleine charge

7 8 9

Chauffage des locaux 40 de la charge

42 49 52

Chauffage des locaux 15 de la charge

21 25 26

Chauffage de lrsquoeau 31 18 13

Total 100 100 100

Ilest important de consulter ces donneacutees avec un certain reculet de comprendre les pondeacuterations relatives des reacutesultats drsquoessai sur le FPT annuel On remarque que

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lrsquoincidence des performances du systegraveme pendant lrsquoessaide chauffage des locaux avec 40 de puissance nominale de chauffage de locaux sur la cote annuelle est la plus importante (42 agrave 52 ) suivie par lrsquoincidence des performances avec 15 de puissance nominale de chauffage des locaux (21 agrave 26 ) Les pondeacuterations de ces reacutesultats drsquoessai augmentent encore plus agrave mesure que la puissance nominale de chauffage des locaux deacutepasse la plage illustreacutee dans le tableau 3

Des rapports inteacuteressants eacutemanant de constructeurs de maisons de lrsquoOntario indiquent qursquoon installe plus souvent des systegravemes combineacutes dans des reacutesidences dont les charges de chauffage nominales se situent entre 7 et 10 kW Selon les codes drsquoinstallation des systegravemes de chauffage et les guides de dimensionnement recommandeacute de lrsquoindustrie les systegravemes combineacutes ayant des capaciteacutes de chauffage nominales comprises entre 10 et 15 kW conviendraient parfaitement agrave ce type de reacutesidences Dans le cas des systegravemes combineacutes inclus dans cette plage de capaciteacute les reacutesultats drsquoessai de chauffage des locaux en charge partielle ont une pondeacuteration drsquoenviron 75 dans la cote de performance thermique annuelle

En commenccedilant par un local dont le rendement du composant de chauffage de lrsquoeau du systegraveme combineacute est deacutejagrave eacuteconergeacutetique (voir lrsquoarticle 11) cette pondeacuteration permet de savoir ougrave il faut deacuteployer le plus gros effort au moment de concevoir un systegraveme de chauffage combineacute haute performance

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5 Chauffage de lrsquoeau domestique

La premiegravere eacutetape agrave suivre pour concevoir un systegraveme combineacute haute performance consiste agrave seacutelectionner le chauffe-eau approprieacute Cette section a pour but drsquoaider les fabricants agrave deacutenicher rapidement les modegraveles potentiels

Parmi les caracteacuteristiques que devraient avoir les chauffe-eau agrave la demande figurent

bull la modulation ndash performances de chauffage de lrsquoeau efficaces sur toute la plage depuis les deacutebits drsquoeau nominaux minimaux jusqursquoaux deacutebits maximaux

ndash rapport de reacuteglage eacuteleveacute

ndash capaciteacute agrave fournir suffisamment drsquoeau chaude pour reacutepondre agrave des besoins en chauffage de lrsquoeau typiques

ndash capaciteacute agrave fonctionner avec des deacutebits drsquoeau chaude minimauxDe nombreux chauffe-eau agrave la demande actuellement sur le marcheacute peuvent selon le classement de leur fabricant ecirctre utiliseacutes avec des deacutebits drsquoeau chaude de 2 Lmin (05 gal USmin) ou moins Certains systegravemes neacutecessitent des deacutebits plus importants

bull performance en matiegravere de condensation ndash ilsrsquoagit des performances nominales de condensation sur toute la plage des charges et des allures de chauffe

ndash commandes geacuterant de faccedilon approprieacutee le rapport combustible-deacutebit drsquoair de maniegravere agrave maintenir le rendement de la combustion quelle que soit la charge

ndash paramegravetres de commande optimiseacutes par la charge qui permettent de deacuteterminer lrsquoimportance et les types de charges et de reacuteagir en conseacutequence avec de meilleurs paramegravetres de commande pour que le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair fonctionnent ensemble

ndash cycles courts avant et apregraves la purge permettant de reacuteduire au minimum les temps de reacuteponse et les pertes laquo par cycle raquo et de reacuteduire la consommation drsquoeacutelectriciteacute

ndash faible consommation en mode drsquoalimentation de secours

ndash ventilation directe des produits de combustion afin drsquoeacuteviter lrsquoeacutemanation de combustible et les risques de deacutepressurisation

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Pour acceacuteleacuterer le processus de seacutelection du chauffe-eau de base il sera plus facile de commencer par consulter les donneacutees que le fabricant peut deacutetenir (ou qursquoil peut facilement produire) concernant ses propres produits en mode de chauffage drsquoeau Lrsquoobjectif est de commencer avec un geacuteneacuterateur de chaleur qui preacutesente un rendement eacutenergeacutetique nominal de 90 ou plus sur une grande plage de fonctionnement

Si le chauffe-eau qursquoon envisage drsquoutiliser en tant que moteur thermique ou geacuteneacuterateur de chaleur pour un systegraveme de chauffage combineacute monobloc ne reacutepond pas aux exigences ci-dessus il est recommandeacute de reacuteviser attentivement son choix Dans certains cas il est possible de seacutelectionner diffeacuterents composants diffeacuterentes commandes ou diffeacuterents paramegravetres de commande pour surmonter les lacunes en matiegravere de rendement Les possibiliteacutes drsquoameacuteliorer de faccedilon appreacuteciable les performances de chauffage drsquoeau drsquoun chauffe-eau agrave la demande sans affecter son certificat de seacutecuriteacute sont limiteacutees Du coup le fait de seacutelectionner un chauffe-eau diffeacuterent plus rentable sur le plan eacutenergeacutetique peut constituer un choix plus opportun

La norme canadienne drsquoessai et drsquoeacutevaluation CSA P7 applicable aux chauffe-eau agrave la demande fait eacutetat drsquoune tempeacuterature drsquoeau drsquoarriveacutee courante de 144 degC (58 degF) et drsquoune tempeacuterature de sortie de 577 degC (135 degF) pour les essais et lrsquoeacutevaluation des performances nominales Le tableau 4 compare les caracteacuteristiques de rendement eacutenergeacutetique de deux chauffe-eau agrave la demande theacuteoriques avec les systegravemes fonctionnant agrave plusieurs deacutebits drsquoeau diffeacuterents en utilisant les mecircmes hypothegraveses de tempeacuteratures drsquoeau que la norme P7 Bien que les eacutevaluations de performance maximale du premier modegravele soient supeacuterieures agrave celles du second modegravele (avec des deacutebits drsquoeau de 114 et 76 Lmin) les performances de chauffage ameacutelioreacutees du second modegravele agrave des deacutebits drsquoeau infeacuterieurs en font un meilleur candidat pour jouer le rocircle drsquoun geacuteneacuterateur de chaleur dans un systegraveme combineacute du fait du pourcentage de temps eacuteleveacute pendant lrsquoanneacutee durant lequel un systegraveme combineacute fonctionne agrave de faibles charges pour assurer le chauffage des locaux

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Tableau 4 Comparaison des caracteacuteristiques de rendement eacutenergeacutetique de la norme P7 pour deux chauffe-eau theacuteoriques

Deacutebit (Lmin) Deacutebit (gal USmin) Exemple modegravele 1

Exemple modegravele 2

114 3 95 92

76 2 95 90

38 1 83 92

19 05 79 92

Recommandation Choix mal adapteacute dans le cas drsquoun systegraveme combineacute

Choix mieux adapteacute dans le cas drsquoun systegraveme combineacute

On constate que les valeurs de rendement eacutenergeacutetique pour la plage de deacutebits drsquoeau utiliseacutes agrave des fins de deacutemonstration dans le tableau 4 ne seraient pas interchangeables avec les facteurs eacutenergeacutetiques (FE) coteacutes pour les mecircmes chauffe-eau eacutetant donneacute que les conditions eacutenonceacutees dans le tableau 4 ne correspondent pas aux installations meacutethodes drsquoessais et charges de chauffage drsquoeau speacutecifieacutees dans la norme CSA P7 applicable aux chauffe-eau agrave la demande Les valeurs de rendement eacutenergeacutetique theacuteoriques du tableau 4 sont preacutesenteacutees simplement pour deacutemontrer que les performances de chauffage de lrsquoeau de certains types de chauffe-eau peuvent changer agrave mesure que le deacutebit (p ex la charge de chauffage de lrsquoeau) change Les changements de rendement eacutenergeacutetique du systegraveme de chauffage de lrsquoeau en fonction de la charge ne sont pas complegravetement pris en compte dans les eacutevaluations de performance FE normaliseacutees applicables aux chauffe-eau Afin drsquoeacuteviter toute confusion il est recommandeacute drsquoutiliser lrsquoexpression laquo Facteur eacutenergeacutetique raquo (ou FE) uniquement pour deacutesigner des cotes drsquoessais de chauffe-eau standard eacutelaboreacutees agrave partir drsquoessais et de calculs respectant scrupuleusement la norme drsquoeacutevaluation CSA P7 applicable aux chauffe-eau agrave la demande ou la norme CSA P3 applicable aux chauffe-eau agrave reacuteservoir de stockage reacutesidentiels

Apregraves avoir eacutetudieacute le rendement eacutenergeacutetique des geacuteneacuterateurs de chaleur potentiels sur toutes leurs plages de fonctionnement preacutevues dans le cadre drsquoun systegraveme combineacute il est possible de seacutelectionner de maniegravere aviseacutee un chauffe-eau adapteacute aux applications preacutevues Une fois cette eacutetape reacutealiseacutee le fabricant de systegravemes de chauffage combineacutes doit opter pour une strateacutegie de controcircle avant de seacutelectionner les autres composants du systegraveme

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6 Conception des systegravemes combineacutes

61 Incidence des pondeacuterations de charge

Conditions de chauffage des locaux en charge partielle Pour obtenir une excellente cote drsquoessai selon la norme CSA P9 il faut avant tout se concentrer sur le chauffage des locaux en charge partielle Le rendement en conditions de chauffage de locaux en charge partielle permettra de deacuteterminer 90 de la cote drsquoefficaciteacute de chauffage composite (ECC) Dans le cas drsquoun systegraveme de chauffage combineacute offrant une puissance de chauffage drsquoespace nominale de 10 kW 75 de la valeur FPT seront deacuteduits agrave partir des reacutesultats de lrsquoessai en charge partielle Dans le cas drsquoun systegraveme offrant une puissance de chauffage des locaux de 15 kW les reacutesultats des performances de chauffage des locaux en charge partielle repreacutesenteront presque 80 du facteur de performance thermique global

Reacuteduction des tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour Les chauffe-eau qui preacutesentent drsquoexcellentes cotes avec des tempeacuteratures basses de lrsquoeau drsquoalimentation du reacuteseau principalfonctionneront moins bien sila tempeacuterature drsquoarriveacutee augmente La preacutesence de tempeacuteratures drsquoeau de retour plus chaudes pendant le mode de chauffage des locaux contribuera agrave reacuteduire le rendement eacutenergeacutetique Le fait de reacutepondre aux demandes de chauffage des locaux en utilisant des paramegravetres de commande qui reacuteduisent au minimum les tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour en conditions de charge partielle peut contribuer agrave optimiser le rendement de combustion

62 Strateacutegies de conception

Un des plus gros avantages du chauffe-eau agrave la demande tient au fait que theacuteoriquement il peut geacuteneacuterer diffeacuterentes tempeacuteratures drsquoeau drsquoalimentation pour satisfaire les charges de chauffage de lrsquoeau et des locaux Il peut eacutegalement faire varier du tout au tout la tempeacuterature de lrsquoeau qursquoil fournit pour satisfaire diffeacuterentes charges de chauffage des locaux Cet aspect est essentiel pour continuer de fournir le mecircme chauffage de lrsquoeau agrave un rendement eacuteleveacute et produire un chauffage des locaux agrave charge partielle tregraves efficace

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Nous allons passer en revue deux concepts de systegravemes combineacutes

bull la strateacutegie 1 utilise une tempeacuterature drsquoeau constante pour toutes les charges

bull la strateacutegie 2 consiste agrave faire varier la tempeacuterature de lrsquoeau en fonction de la charge

La premiegravere strateacutegie est celle qui neacutecessite le moins de changement compareacute aux pratiques actuelles elle correspond souvent au premier reacuteflexe Elle est preacutesenteacutee icidans le but principalde mettre en lumiegravere certains deacutefis inheacuterents en matiegravere de performance

La deuxiegraveme strateacutegie repreacutesente une option bien plus rentable pour atteindre des niveaux de performance eacuteleveacutes tant sur le terrain que lors des essais exeacutecuteacutes conformeacutement agrave la norme CSA P9 Lrsquoexpeacuterience montre qursquoelle offre un niveau de performance eacuteleveacute agrave un coucirct moindre pour le fabricant

Le fait drsquoutiliser une pompe agrave vitesse variable dans le systegraveme de traitement de lrsquoair peut eacutegalement ameacuteliorer le rendement eacutenergeacutetique La strateacutegie 2 est axeacutee sur une tempeacuterature drsquoalimentation variable les chauffe-eau agrave la demande pouvant offrir cette fonction plus rapidement Il est peu courant de voir des pompes agrave vitesse variable dans les appareils de traitement de lrsquoair pour lrsquoinstant

Pour ces exemples

bull les deux types de systegravemes combineacutes seront preacutesenteacutes en utilisant le mecircme chauffe-eau agrave la demande agrave condensation et agrave modulation

bull les pondeacuterations de performance FPT applicables agrave un systegraveme combineacute preacutesentant une charge nominale de chauffage de locaux de 10 kW seront utiliseacutees agrave titre indicatif pour illustrer chacune de ces strateacutegies

63 Strateacutegie 1 Tempeacuterature drsquoeau constante

Ce systegraveme de chauffage combineacute respecte la regravegle eacutetablie et preacutevoit uniquement lrsquoutilisation de composants plus efficaces pour ameacuteliorer les performancesIlarrive qursquoil soit souvent consideacutereacute en premier lieu car les commandes peuvent rester telles quelles dans un systegraveme pour lequel un fabricant fournit le chauffe-eau agrave la demande tandis qursquoun autre fabricant fournit le systegraveme de traitement drsquoair

Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair Le chauffe-eau ne sait pas si une demande concerne un chauffage de lrsquoeau ou un chauffage de locaux Il deacutetecte une demande et fournit de lrsquoeau chaude agrave une tempeacuterature constante Pour satisfaire la charge de chauffage de pointe des locaux il est geacuteneacuteralement reacutegleacute agrave 60 degC (140 degF) Le systegraveme de traitement drsquoair ne contribue pas eacutenormeacutement agrave faire grimper la puissance de chauffage de locaux Il utilise geacuteneacuteralement

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un ou deux reacuteglages de vitesse de ventilateur soufflant Eacutetant donneacute que le fonctionnement prolongeacute drsquoun ventilateur apregraves qursquoune demande de chauffage a eacuteteacute satisfaite peut entraicircner des problegravemes de confort dus agrave des courants drsquoair froid le fonctionnement subseacutequent du ventilateur ne sera pas mis en œuvre ou sera mis en œuvre en utilisant uniquement des temps de fonctionnement courts Dans les deux sceacutenarios la chaleur sera retenue dans le serpentin et les conduites pour se dissiper par la suite pendant les peacuteriodes de deacutesactivation

Serpentin(s) de chauffage des locaux Si lrsquoon veut amplifier lrsquoefficaciteacute eacutenergeacutetique du systegraveme en mode de chauffage des locaux ilest impeacuteratif de reacuteduire au minimum les tempeacuteratures de lrsquoeau de retourDes serpentins laquo surdimensionneacutes raquo ont eacuteteacute conccedilus en vue drsquooptimiser la baisse de tempeacuterature dans lrsquoeacutechangeur de chaleur en conditions de chauffage des locaux

Conditions de chauffage des locaux en charge partielle Le systegraveme de traitement drsquoair se met en route et srsquoarrecircte pour srsquoadapter aux conditions de charge partielle ce qui a pour effet de deacuteclencher des demandes associeacutees sur le chauffe-eau

Illustration des performances selon la norme P9 Le tableau 5 donne un aperccedilu theacuteorique du type de performance que lrsquoon pourrait geacuteneacuteralement obtenir en utilisant une strateacutegie impliquant un point de consigne de tempeacuterature unique

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Tableau 5 Performances drsquoun systegraveme combineacute theacuteorique affichant une puissance de chauffage des locaux de 10 kW en utilisant une strateacutegie simple de commande de point de consigne de tempeacuterature drsquoeau unique (capaciteacute de chauffage des locaux compenseacutee par des cycles de marche-arrecirct)

Mode de fonctionne -ment

Pondeacuter-ation

Temp de lrsquoeau drsquoalimentati on (degF)

Temp de lrsquoeau de retour du reacuteseau principal (degF)

Deacutebit du systegraveme de traitement drsquoair (pi3min)

Mesure de la performance eacutenergeacutetique mode activeacute deacutesactiveacute ()

Contribution FPT

Chauffage des locaux 100

8 140 120 800 85 007

Chauffage des locaux 40

49 140 120 800 80 039

Chauffage des locaux 15

25 140 120 800 75 018

Chauffage de lrsquoeau

18 140 58 mdash 92 017

Total 100 081

Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables bull Performances globales Une cote de facteur de performance totale (FPT) de 092

placerait le systegraveme combineacute dans la plage des performances eacuteleveacutees

bull Performances en mode de chauffage de lrsquoeau Comme dans le cas du sceacutenario impliquant un point de consigne de tempeacuterature unique le systegraveme assure une condensation en mode de chauffage de lrsquoeau avec un FPCE de 92 Il serait possible drsquoameacuteliorer leacutegegraverement lrsquoefficaciteacute du systegraveme de chauffage de lrsquoeau si un point de consigne de tempeacuterature de lrsquoeau infeacuterieur agrave la valeur de 140 degF utiliseacutee dans le premier cas de figure eacutetait appliqueacute La norme P9 permet drsquoutiliser un point de consigne pouvant descendre jusqursquoagrave 120 degF dans le cas de lrsquoeau potable La tempeacuterature de consigne nrsquoa plus besoin drsquoecirctre la mecircme que celle requise pour une charge de chauffage de locaux maximale il est donc possible de la reacuteduire agrave la plage de 120 degF Pour simplifier la comparaison des deux systegravemes dans les tableaux 5 et 6 aucun point de consigne de systegraveme de chauffage drsquoeau potable reacuteduit nrsquoa pas eacuteteacute inclus dans le tableau 6

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bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge totale Dans ce mode le rendement eacutenergeacutetique est plus faible La tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation doit ecirctre au plus haut pour satisfaire la charge la tempeacuterature de lrsquoeau de retour sera donc elle aussiplus eacuteleveacutee dans ce modeComme le systegraveme fonctionnera rarement dans ce mode cette mauvaise performance ne repreacutesente qursquoune petite fraction de la pondeacuteration FPT

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge partielle Les tempeacuteratures drsquoalimentation du systegraveme de chauffage de lrsquoeau sont abaisseacutees progressivement pour satisfaire des demandes en charge partielle moindres Les tempeacuteratures peuvent ecirctre abaisseacutees bien en deccedilagrave du reacuteglage preacutevu pour le chauffage de lrsquoeau du robinet Cette condition se traduit par des tempeacuteratures drsquoeau de retour plus basses qursquoen conditions de charge totale Ces deux facteurs font que lrsquoefficaciteacute est plus importante en conditions de charge partielle qursquoen conditions de charge totale Le chauffe-eau fonctionnera en mode de condensation pour les deux points de charge de chauffage de locaux (40 et 15 )

bull Vitesse de ventilateur Eacutetant donneacute que la puissance de chauffage requise diminue la vitesse de ventilateur diminue aussiCela se traduit par un niveau sonore reacuteduit un fonctionnement du ventilateur plus long avec des cycles moins freacutequents et une reacuteduction importante de la consommation drsquoeacutenergie Cette condition peut aussi reacuteduire les plaintes lieacutees au confort le fonctionnement plus long agrave des deacutebits drsquoair reacuteduits ameacuteliorant la reacutepartition de lrsquoair chaud pendant les saisons intermeacutediaires

bull Controcircle de la tempeacuterature de lrsquoair inteacuterieur Le fait de moduler la puissance de chauffage en faisant varier la tempeacuterature de lrsquoeau et la vitesse du ventilateur peut se traduire par une tempeacuterature drsquoair inteacuterieur plus homogegravene avec des eacutecarts de tempeacuteratures moins grands au-dessus et au-dessous des points de consigne du thermostat Ce pheacutenomegravene pourrait inciter les proprieacutetaires de reacutesidence agrave augmenter le point de consigne de chauffage pour eacutetablir des conditions de confort acceptables

bull Incidences sur le zonage Le zonage sera plus compliqueacute avec un systegraveme affichant une puissance fixe et une vitesse de ventilateur unique

Ilest possible drsquoameacuteliorer la strateacutegie 1 en augmentant encore la dimension drsquoun serpentin deacutejagrave surdimensionneacute dans le systegraveme de traitement drsquoair Cette option implique toutefois des limites pratiques car des serpentins bien plus grands neacutecessiteront une plus grande quantiteacute de cuivre et un formage plus important et cela accentuera le coucirct total du systegraveme sans compter qursquoil faudra aussi preacutevoir des armoires plus grandes pour le systegraveme de traitement drsquoair De plus les pertes de chaleur par cycle augmenteront et il sera plus difficile drsquoobtenir des performances eacuteleveacutees en charge partielle Le fait drsquoappliquer la strateacutegie 1 agrave un systegraveme de chauffage combineacute agrave haute performance peut srsquoaveacuterer trop oneacutereux pour valoir le coup

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64 Strateacutegie 2 Tempeacuterature drsquoeau variable

Cette meacutethode est identique agrave celle appliqueacutee dans les appareils de chauffage agrave air chaud multieacutetage Le principe consiste agrave faire fonctionner le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair ensemble pour optimiser le rendement eacutenergeacutetique tout en reacuteduisant au minimum le coucirct et la complexiteacute des composants

Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair Cette strateacutegie consiste agrave exploiter avantageusement la capaciteacute inteacutegreacutee du chauffe-eau pour faire varier la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation La tempeacuterature du point de consigne du chauffe-eau varie en fonction de la charge de chauffage des locaux On utilise des reacuteglages de tempeacuterature drsquoeau drsquoalimentation faibles pour satisfaire aux conditions de chauffage des locaux en charge partielle On fait eacutegalement varier les vitesses du ventilateur du systegraveme de traitement drsquoair en srsquoappuyant sur un principe de controcircle de reacuteglage exteacuterieur ou de minuterie pour augmenter les paramegravetres Lorsqursquoune demande de chaleur a eacuteteacute satisfaite le ventilateur continue de fonctionner agrave des vitesses reacuteduites pour eacuteviter les problegravemes lieacutes aux courants froids et au bruit Du coup le serpentin et les conduites retiennent moins de chaleur et on deacuteplore moins de perte de chaleur par la suite compareacute au premier cas de figure Le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair doivent tous deux cerner la demande qursquoils sont censeacutes satisfaire Leurs commandes ne doivent pas pour autant ecirctre physiquement inteacutegreacutees drsquoune faccedilon ou drsquoune autre Cette strateacutegie de controcircle est traiteacutee plus en deacutetail agrave la section 40

Serpentin(s) de chauffage de locaux Pour simplifier la comparaison nous partirons du principe que des serpentins laquo surdimensionneacutes raquo similaires sont utiliseacutes comme dans le premier cas de figure de sorte que les performances du chauffage de pointe des locaux soient identiques dans les deux cas

Conditions de chauffage de locaux en charge partielle Le chauffe-eau relegraveve une demande de chauffage de locaux et se met en route en acheminant une eau drsquoalimentation agrave basse tempeacuterature au systegraveme de traitement drsquoair Si la demande de chauffage nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute le chauffe-eau augmente progressivement la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation Le systegraveme de traitement drsquoair surveille la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation et augmente progressivement la vitesse du ventilateur lorsque la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation est plus eacuteleveacutee

Illustration des performances P9 Le tableau 6 donne une preacutesentation theacuteorique du type de rendement que lrsquoon peut obtenir en appliquant une strateacutegie de controcircle simple mettant en œuvre des

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tempeacuteratures drsquoeau et des vitesses de ventilateur variables Les tempeacuteratures et les deacutebits drsquoair du ventilateur preacutesenteacutes dans le tableau 6 ont eacuteteacute choisis agrave titre indicatif uniquement Ils ne repreacutesentent pas des reacuteglages pleinement optimiseacutes applicables agrave un systegraveme de chauffage combineacute

Tableau 6 Performances drsquoun systegraveme de chauffage combineacute theacuteorique offrant une puissance de chauffage des locaux de 10 kW en utilisant une strateacutegie de controcircle de tempeacuteratures drsquoeau et de vitesses de ventilateur variables (variation de la capaciteacute de chauffage des locaux par modulation du deacutebit drsquoair et de la tempeacuterature de lrsquoeau)

Mode de fonctionne -ment

Pondeacuter-ation

Temp de lrsquoeau drsquoalimen-tation (degF)

Temp de lrsquoeau de retour du reacuteseau principal (degF)

Deacutebit du systegraveme de traitement drsquoair (pi3min)

Mesure de la performance eacutenergeacutetique mode activeacute deacutesactiveacute ()

Contribution FPT

Chauffage des locaux 100

8 140 120 800 85 007

Chauffage des locaux 40

49 110 102 600 92 045

Chauffage des locaux 15

25 90 87 500 94 023

Chauffage de lrsquoeau

18 140 58 --- 92 016

Total 100 092

Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables bull Performances globales Une cote de facteur de performance totale (FPT) de 092

placerait le systegraveme combineacute dans la plage des performances eacuteleveacutees

bull Performances en mode de chauffage de lrsquoeau Comme dans le cas du sceacutenario impliquant un point de consigne de tempeacuterature unique le systegraveme assure une condensation en mode de chauffage de lrsquoeau avec un FPCE de 92 Il serait possible drsquoameacuteliorer leacutegegraverement lrsquoefficaciteacute du systegraveme de chauffage de lrsquoeau si un point de consigne de tempeacuterature de lrsquoeau infeacuterieur agrave la valeur de 140 degF utiliseacutee dans le premier cas de figure eacutetait appliqueacute La norme P9 permet drsquoutiliser un point de

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consigne pouvant descendre jusqursquoagrave 120 degF dans le cas de lrsquoeau potable La tempeacuterature de consigne nrsquoa plus besoin drsquoecirctre la mecircme que celle requise pour une charge de chauffage de locaux maximale il est donc possible de la reacuteduire agrave la plage de 120 degF Pour simplifier la comparaison des deux systegravemes dans les tableaux 5 et 6 aucun point de consigne de systegraveme de chauffage drsquoeau potable reacuteduit nrsquoa pas eacuteteacute inclus dans le tableau 6

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge totale Dans ce mode le rendement eacutenergeacutetique est plus faible La tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation doit ecirctre au plus haut pour satisfaire la charge la tempeacuterature de lrsquoeau de retour sera donc elle aussi plus eacuteleveacutee dans ce mode Comme le systegraveme fonctionnera rarement dans ce mode cette mauvaise performance ne repreacutesente qursquoune petite fraction de la pondeacuteration FPT

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge partielle Les tempeacuteratures drsquoalimentation du systegraveme de chauffage de lrsquoeau sont abaisseacutees progressivement pour satisfaire des demandes en charge partielle moindres Les tempeacuteratures peuvent ecirctre abaisseacutees bien en deccedilagrave du reacuteglage preacutevu pour le chauffage de lrsquoeau du robinet Cette condition se traduit par des tempeacuteratures drsquoeau de retour plus basses qursquoen conditions de charge totale Ces deux facteurs font que lrsquoefficaciteacute est plus importante en conditions de charge partielle qursquoen conditions de charge totale Le chauffe-eau fonctionnera en mode de condensation pour les deux points de charge de chauffage de locaux (40 et 15 )

bull Vitesse de ventilateur Eacutetant donneacute que la puissance de chauffage requise diminue la vitesse de ventilateur diminue aussiCela se traduit par un niveau sonore reacuteduit un fonctionnement du ventilateur plus long avec des cycles moins freacutequents et une reacuteduction importante de la consommation drsquoeacutenergie Cette condition peut aussi reacuteduire les plaintes lieacutees au confort le fonctionnement plus long agrave des deacutebits drsquoair reacuteduits ameacuteliorant la reacutepartition de lrsquoair chaud pendant les saisons intermeacutediaires

bull Controcircle de la tempeacuterature de lrsquoair inteacuterieur Le fait de moduler la puissance de chauffage en faisant varier la tempeacuterature de lrsquoeau et la vitesse du ventilateur peut se traduire par une tempeacuterature drsquoair inteacuterieur plus homogegravene avec des eacutecarts de tempeacuteratures moins grands au-dessus et au-dessous des points de consigne du thermostat

La strateacutegie 2 (tempeacuterature drsquoeau variable) peut donner lieu agrave lrsquoeacutelaboration drsquoun systegraveme de chauffage combineacute efficace preacutesentant de bonnes performances lorsqursquoil est mis agrave lrsquoessai selon la norme CSA P9 et lorsqursquoil est installeacute dans une vraie reacutesidence Les niveaux de performance varieront en fonction des composants seacutelectionneacutes et des speacutecificiteacutes de lrsquoordonnancement des commandes

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7 Commandes

Les commandes geacuteneacuteriques exigeacutees pour mettre en œuvre la strateacutegie privileacutegieacutee impliquant une tempeacuterature variable quia eacuteteacute deacutecrite dans la derniegravere section peuvent srsquoaveacuterer relativement simples Quelques chauffe-eau agrave la demande proposent deacutejagrave des commandes de reacuteglage de tempeacuterature Les commandes de tempeacuterature des chauffe-eau agrave la demande types ne sont toutefois pas systeacutematiquement configureacutees pour offrir une fonction de reacuteglage de tempeacuterature baseacutee sur la charge Quasiment tous les chauffe-eau agrave la demande actuellement disponibles sont eacutequipeacutes pour accueillir des commandes de tempeacuterature inteacutegreacutees ou monteacutees agrave distance permettant agrave lrsquoutilisateur de reacutegler manuellement la tempeacuterature drsquoalimentation agrave partir du chauffe-eau

En principe il devrait ecirctre possible de concevoir un module drsquointerface de commande simple qui viendrait se brancher dans les fiches de connexion de la commande de tempeacuterature existante La nouvelle commande simulerait lrsquoaction du controcircleur de tempeacuterature standard reacutegleacute manuellement de maniegravere agrave offrir une fonction de reacuteinitialisation de tempeacuterature automatique du chauffe-eau Toutes les commandes de seacutecuriteacute resteraient fonctionnelles

Une strateacutegie de controcircle simple peut offrir des performances eacuteleveacutees Les facteurs cleacutes agrave prendre en compte sont les suivants

bull deacuteterminer si une demande tient compte des besoins en chauffage drsquoeau chaude domestique

bull en mode de chauffage des locaux uniquement utiliser une minuterie ou un controcircle de reacuteglage exteacuterieur (ou un capteur de charge infeacuterentielle similaire) pour faire augmenter progressivement la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation

bull preacutevoir un systegraveme de traitement drsquoair faisant varier le deacutebit drsquoair en fonction de la tempeacuterature de lrsquoeau qui arrive dans lrsquoappareil du deacutelai pendant lequel une demande de chauffage perdure ou drsquoun signal direct du capteur de commande de charge

Ilest inteacuteressant de souligner que le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair nrsquoont pas besoin de communiquer directement ni de posseacuteder des commandes communes pour mettre en œuvre certaines des strateacutegies de controcircle deacutecrites

Lorsque les commandes du systegraveme deacutetectent qursquoune demande de chauffage a eacuteteacute satisfaite le systegraveme de traitement drsquoair devrait continuer de fonctionner suffisamment longtemps pour extraire toute la chaleur reacutesiduelle du serpentin et la transfeacuterer vers le courant drsquoair Pour eacuteviter les problegravemes de confort thermique il est souhaitable de reacuteduire la vitesse du ventilateur pendant cette peacuteriode de temporisation de la

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ventilation Le fonctionnement continu du ventilateur avec un reacuteglage de vitesse faible offrira automatiquement cette fonctionnaliteacute sans neacutecessiter de quelconques commandes intelligentes Cette option aurait lrsquoavantage suppleacutementaire drsquoassurer une reacutepartition de la tempeacuterature uniforme agrave lrsquointeacuterieur de la reacutesidence Elle serait eacutegalement utile pour reacutepartir lrsquoair frais si le systegraveme combineacute est installeacute avec un ventilateur-reacutecupeacuterateur de chaleur (VRC) ou un autre type de systegraveme de ventilation

Des commandes soigneusement conccedilues contribueront en bout de ligne agrave assurer ou reacutetablir lrsquoefficaciteacute du systegraveme combineacute Les commandes devraient ecirctre en mesure de deacuteterminer srsquoil y a une demande de chauffage des locaux ou de chauffage de lrsquoeau ou une demande concernant les deux modes Les commandes devront deacuteterminer lrsquoamplitude de chaque charge et reacutepondre de maniegravere approprieacutee en faisant varier certains paramegravetres agrave la fois pour le systegraveme de chauffage des locaux (systegraveme de traitement drsquoair par exemple) et pour le geacuteneacuterateur de chaleur (notamment si la source de chauffage est un chauffe-eau agrave la demande) En cas de demande de chauffage drsquoeau eacuteleveacutee il se peut qursquoune solution de commande prioritaire drsquoeau chaude domestique constitue la meilleure option Les commandes peuvent deacuteduire lrsquoamplitude des charges de chauffage des locaux au moyen de divers meacutecanismes y compris en surveillant les cycles de fonctionnement du thermostat et de signaux drsquoentreacutes directs transmis par une commande de charge infeacuterentielle telle qursquoune commande de reacuteglage exteacuterieur

La figure 3 preacutesente un algorithme simplifieacute de commandes geacuteneacuteriques pour la section chauffe-eau drsquoun systegraveme combineacute utilisant quatre eacutetapes de reacuteglage de tempeacuterature drsquoeau pour le chauffage des locaux et une seule pour le chauffage de lrsquoeau

La logique de commande illustreacutee agrave la figure 3 constitue uniquement un exemple de strateacutegie de controcircle rudimentaire qui pourrait ecirctre utiliseacutee pour assurer des performances eacuteleveacutees dans des modes de chauffage de locaux sans neacutecessiter lrsquoutilisation de composants oneacutereuxLrsquoalgorithme de commande pourrait ecirctre ameacutelioreacute si le controcircleur avait lrsquointelligence neacutecessaire pour lui permettre drsquoassimiler les eacutetapes de chauffage requises en surveillant la dureacutee des demandes de chauffage des locaux sur plusieurs cycles de chauffage reacutecents

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e

Mode drsquoattente Chauffe-eauagrave la demande en attente de signal

Demande de chauffage (lrsquoeaucircule dans le chauffe-eau)

Demandedrsquoeauchaude

domestique

Activationdu chauffagede lrsquoeacutetape 1 THERM90 ordmF Ventilateur Vitesse 1 Deacuteclencherle minuteursur 5 min

Demandesatisfaite avantlrsquoexpiration

du deacutelaiduminuteur

Oui

Oui

No

Reacuteglage du THERM sur le point de consigne de lrsquoeau chaude domestique THERM = 140 degF Couperlecirculateurde chauffagedelocaux (facultatif) Attendre lafin de la demande drsquoeau chaude domestique

Demande de

chauffage satisfait

Non

Oui

Activation du chauffage de lrsquoeacutetape 2 THERM = 105 degF Ventilateur Vitesse 2 Deacuteclencher le minuteur sur3 min

Activation du chauffage de lrsquoeacutetape 3 THERM = 120 degF Ventilateur Vitesse 3 Deacuteclencher le minuteur sur3 min

Activation du chauffage MAX THERM = 140 degF Ventilateur Vitesse 4 Mettrefin agravelademande de chauffage

Figure 3 Logique de lrsquoalgorithme simplifieacute de commande de chauffe-eau pour unsceacutenario de chauffage en quatre eacutetapes

Voici trois options de commande de vitesse de ventilateur de systegraveme de traitement drsquoair associeacutees agrave la meacutethode de chauffage drsquoeau illustreacutee agrave la figure 3

Commandes indirectes baseacutees sur la tempeacuteratureRaccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont bien distinctes les unes des autres mais elles fonctionnement de maniegravere compleacutementaire

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Principe de fonctionnement Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetecte la tempeacuterature de lrsquoeau chaude drsquoadmissionPlus la tempeacuterature de lrsquoeau est eacuteleveacutee plus les commandes du systegraveme de traitement drsquoair augmentent le deacutebit drsquoair

Discussion Les commandes du chauffe-eau augmentent la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque la demande nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetecte la tempeacuterature plus eacuteleveacutee et fait circuler plus drsquoair dans les serpentins pour lrsquoutiliser

Aspect meacutecanique Un puits de tempeacuterature est installeacute dans la conduite drsquoeau drsquoalimentation drsquoarriveacutee agrave lrsquointeacuterieur du systegraveme de traitement drsquoairLe reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur serait ajusteacute en installant un module de commande de systegraveme de traitement drsquoair qui mesure la tempeacuterature de lrsquoeau achemineacutee au systegraveme de traitement drsquoair depuis le chauffe-eau pendant une demande de chauffage de locaux transmise au systegraveme de traitement drsquoair La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signal de commande transmis au panneau de controcircle du systegraveme de traitement drsquoair par le thermostat du systegraveme de CVCA

Commandes indirectes baseacutees sur le minuteur Raccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont bien distinctes les unes des autres mais elles fonctionnement de maniegravere compleacutementaire

Principe de fonctionnement Le deacutebit drsquoair du systegraveme de traitement drsquoair varie en fonction de la dureacutee de la demande de chauffage afin de coiumlncider avec les minutages de commande de tempeacuterature indiqueacutes agrave la figure 3

Discussion Les commandes du chauffe-eau augmentent la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque la demande nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetermine la dureacutee de la demande de chauffage et fait circuler plus drsquoair dans les serpentins afin de se conformer aux eacutetapes de tempeacuterature programmeacutees

Aspect meacutecanique Le reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur serait ajusteacute en installant un module de commande de systegraveme de traitement drsquoair qui reacutegule le deacutebit drsquoair en fonction de la dureacutee de la demande de chauffage La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signalde commande transmis au panneau de controcircle du systegraveme de traitement drsquoair par le thermostat du systegraveme de CVCA

Controcircle direct Raccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont toutes deux controcircleacutees au moyen drsquoun nouveau controcircleur combineacute inteacutegreacute posseacutedant une interface directe avec le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair

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Principe de fonctionnement Le nouveau controcircleur fait varier le deacutebit drsquoair du systegraveme de traitement drsquoair et la tempeacuterature de lrsquoeau de maniegravere agrave optimiser le rendement du chauffage

Discussion Cette strateacutegie de controcircle direct suppose le deacuteveloppement drsquoun nouveau composant de commande Le controcircleur peut utiliser des reacuteglages de fonctionnement plus sophistiqueacutes afin drsquoameacuteliorer le rendement dans tous les modes de fonctionnement

Aspect meacutecanique Le reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur et la tempeacuterature de lrsquoeau achemineacutee au systegraveme de traitement drsquoair seraient directement controcircleacutes par un nouveau controcircleur combineacute inteacutegreacute La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signal de commande transmis au controcircleur par le thermostat du systegraveme de CVCA

Chauffe-eau - Mode de chauffage de lrsquoeau du robinet Les algorithmes de chauffage de lrsquoeau du robinet ne changent pas par rapport agrave ceux du module de commande standard La seule diffeacuterence reacuteside dans le fait que le chauffe-eau utilise un contacteur de deacutebit ou un deacutebitmegravetre pour repeacuterer un tirage drsquoeau chaude (ou une arriveacutee drsquoeau froide) et comprendre qursquoune demande de chauffage drsquoeau a eacuteteacute faite Si une demande de chauffage de locaux intervient simultaneacutement le chauffe-eau pourrait honorer les deux demandes en tenant compte du reacuteglage de tempeacuterature de sortie requise de lrsquoeau du robinet Une autre option consisterait agrave prendre en compte par deacutefaut le reacuteglage du mode de chauffage de lrsquoeau Un mode de controcircle plus sophistiqueacute pourrait potentiellement temporiser le chauffage des locaux lorsque cela srsquoavegravere neacutecessaire pour reacutepondre agrave des demandes de chauffage drsquoeau eacuteleveacutees ou pour activer la distribution de chauffage des locaux en utilisant des reacuteglages de tempeacuterature optimiseacutes Ce cas de figure est illustreacute agrave la figure 4

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8 Composants

Pour bien fonctionner les systegravemes de chauffage combineacutes doivent ecirctre doteacutes de composants haute performance que ce soit dans une configuration dite laquo installeacutee raquo ou dans une configuration drsquoessai selon la norme CSA P9 La preacutesente section a pour objectif drsquoaider les fabricants de chauffe-eau agrave la demande

bull agrave concevoir leur propre systegraveme de traitement drsquoair

bull agrave eacutetablir un partenariat avec un autre fabricant qui fournirait un systegraveme de traitement drsquoair pour leur systegraveme apregraves avoir deacutetermineacute

ndash les composants requis

ndash la mesure dans laquelle un modegravele de systegraveme de traitement drsquoair existant aurait besoin drsquoecirctre affineacute pour reacutepondre agrave leurs besoins

bull agrave eacutetablir les modifications qursquoil faut apporter au systegraveme monobloc dans son ensemble pour ameacuteliorer les performances

81 Systegraveme de traitement drsquoair

Le systegraveme de traitement drsquoair doit inclure les composants neacutecessaires pour fournir de la chaleur et faire circuler de lrsquoair Les eacuteleacutements agrave prendre en compte sont des serpentins de chauffage de locaux un moteur de ventilateur une pompe et un puits de tempeacuterature Ces eacuteleacutements sont deacutecrits plus en deacutetail ci-dessous

82 Serpentins de chauffage de locaux

Les serpentins de chauffage de locaux doivent ecirctre dimensionneacutes de maniegravere approprieacutee pour que le chauffage des locaux puisse avoir lieu avec une tempeacuterature drsquoalimentation suffisamment basse et une baisse de tempeacuterature de lrsquoeau suffisante pour favoriser la condensation dans le geacuteneacuterateur de chaleur lorsque le systegraveme fonctionne en conditions de charge partielle (et ideacutealement en conditions de pleine charge eacutegalement)

Geacuteneacuteralement les serpentins quiextraient la chaleur de lrsquoeau sont conccedilus et choisis en tenant compte drsquoune baisse de tempeacuterature de lrsquoeau drsquoenviron 11 degC (20 degF) le long des serpentins aux conditions de chauffage nominales La seacutelection preacutealable du serpentin peut ecirctre faite en utilisant un logiciel deacutejagrave proposeacute par divers fabricants de serpentins Dans la plupart des cas le modegravele logiciel calcule la puissance de chauffage drsquoun

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serpentin de chauffage agrave eau chaude en se fondant sur la mesure des performances du conditionnement drsquoair pour des serpentins ayant une construction et des geacuteomeacutetries similaires Du coup la puissance de chauffage reacuteelle pour une condition nominale donneacutee peut diffeacuterer leacutegegraverement de celle preacutedite par le logiciel

Ilest recommandeacute de veacuterifier la performance reacuteelle du serpentin choisi (puissance de chauffage baisse de la tempeacuterature de lrsquoeau baisse de la pression statique sur le cocircteacute air et eau) en effectuant des essais internes Lorsque cette eacutetape a eacuteteacute exeacutecuteacutee le modegravele logiciel peut fournir une aide preacutecieuse pour seacutelectionner le serpentin et devrait proposer des indications plutocirct fiables concernant les changements de performance du serpentin aux diffeacuterentes conditions projeteacutees Les informations ainsi collecteacutees devraient ecirctre utiles pour concevoir et affiner des reacuteglages et des strateacutegies de controcircle plus eacutevolueacutes en vue drsquooptimiser le rendement du systegraveme en conditions de chauffage en charge partielle

Voici les eacuteleacutements agrave prendre en compte

Diamegravetre du serpentin drsquoeau et nombre de spires ndash Un grand diamegravetre de canalisation reacuteduira au minimum la baisse de pression de lrsquoeau ainsi que lrsquoeacutenergie utiliseacutee par le systegraveme de circulation drsquoeau Un petit diamegravetre de canalisation permettra drsquoopter pour un serpentin moins oneacutereux eacutetant donneacute qursquoil faudra moins de cuivre dans le serpentin Cependant des petits tubes neacutecessiteront une eacutenergie de pompage supeacuterieure et feront augmenter les pheacutenomegravenes drsquousure et drsquoeacuterosion des tubes si une puissance de pompe suffisante est appliqueacutee pour offrir le deacutebit drsquoeau nominal Concregravetement le fait drsquoutiliser un serpentin avec des tubes trop petits reacuteduira la puissance de chauffage fournie par le serpentin En effet le fabricant utilisera vraisemblablement le mecircme circulateur standard quel que soit le serpentin retenu Les TECA hydronic and combo guideline (Directives sur les systegravemes hydroniques et combineacutes de la TECA)1

(article 814) preacutecisent que le deacutebit de lrsquoeau qui traverse le systegraveme de chauffage ne doit pas deacutepasser quatre (4) pieds par seconde

Nombre drsquoailettes par pouce ndash Plus le nombre drsquoailettes par pouce est eacuteleveacute plus la surface de transmission de chaleur et la puissance de chauffage augmentent cela creacutee cependant une baisse de pression supeacuterieure sur le cocircteacute air du serpentin Un certain degreacute de perte de pression dans le serpentin est utile pour assurer un deacutebit drsquoair homogegravene dans le serpentin notamment dans une configuration de laquo purge raquo qui est couramment utiliseacutee dans les ventilo-convecteurs combineacutes servant au chauffage des locauxLes speacutecifications des serpentins de chauffage peuvent faire eacutetat drsquoun nombre drsquoailettes variant de 6 ailettes par pouce agrave 14 ailettes par pouce Les serpentins de chauffage hydronique standard comportent 12 ou 14 ailettes par pouce Les serpentins doteacutes drsquoun grand nombre drsquoailettes sont plus facilement encrasseacutes par de la poussiegravere

1 Thermal Environmental Comfort Association (TECA) Surrey (C-B) Hydronic amp Combo Guidelines for the Design and Installation of Hot Water Heating Systems and Combination Hot Water amp Space Heating Systems 8th Edition August 2009 (Directives concernant les systegravemes hydroniques et combineacutes conception et installation de systegravemes de chauffage drsquoeau chaude et de systegravemes combineacutes de chauffage drsquoeau chaude et de locaux 8e eacutedition aoucirct 2009) [wwwtecaca]

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ou des deacutebris Selon les reacutesultats du logiciel de modeacutelisation du serpentin la preacutesence de 12 ailettes ou mecircme 14 semble ecirctre un choix raisonnable pour un serpentin de chauffage de locaux haute performance agrave condition que le serpentin soit choisi avec une surface suffisamment importante pour maintenir la vitesse frontale de lrsquoair faible agrave la puissance de chauffage theacuteorique

Figure 5 Exemple de serpentin de chauffage de locaux laquo surdimensionneacute raquo utiliseacute dans une application de systegraveme de traitement drsquoair hydronique

83 Moteur de ventilateur

Le systegraveme de traitement drsquoair devrait utiliser un moteur de ventilateur agrave commutation eacutelectronique (MCE) et ecirctre exploiteacute en utilisant un systegraveme de controcircle agrave vitesse multiple ou agrave vitesse variable Cette option permettrait de moduler le deacutebit drsquoair et la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque le systegraveme fonctionne agrave une puissance infeacuterieure agrave sa puissance de chauffage nominale maximaleLa capaciteacute agrave utiliser un mode de circulation continu agrave faible puissance et faible vitesse serait particuliegraverement utile en cas de fonctionnement aux points de consigne de 15 et 40 pour lesquels il est primordial de collecter et de distribuer toute la chaleur reacutesiduelle des serpentins de chauffage la norme P9 tenant compte uniquement de la chaleur qui est reacuteellement transfeacutereacutee dans le courant drsquoair

La modulation du deacutebit drsquoair et de la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation permettra drsquoobtenir des tempeacuteratures drsquoair distribueacute confortables ainsi que des performances de chauffage eacuteleveacutees

Un MCE doteacute drsquoune programmation de deacutebit drsquoair constant surclassera vraisemblablement un MCE qui utilise une programmation de couple constant car le

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systegraveme compensera au moins partiellement les diffeacuterences entre les pressions statiques nominales et les pressions statiques reacuteellement eacutetablies Cette solution peut srsquoaveacuterer indispensable pour srsquoassurer que les performances de la combustion dans des conditions reacuteelles variables correspondent aux performances obtenues lors drsquoessais dans le laboratoire

Une programmation de deacutebit drsquoair constant sera probablement essentielle pour obtenir des performances acceptables dans le cas drsquoun systegraveme combineacute reacuteparti

84 Circulateurpompe

Ilest important de choisir le bon circulateur pour acheminer le deacutebit approprieacute en fonction de la pression statique eacutetablie qui sera en vigueur Les pertes de pression dans les diffeacuterents chauffe-eau agrave la demande varient Le fait drsquoutiliser un circulateur qui fournit un deacutebit trop important se traduira par une petite baisse de tempeacuterature dans le circuit drsquoeau qui traverse le serpentin et par une tempeacuterature drsquoeau de retour eacuteleveacutee vers le chauffe-eau Un deacutebit trop faible entraicircne des capaciteacutes de chauffage faibles Des circulateurs hydroniques sont offerts avec trois vitesses seacutelectionnables et des deacutebits de pompe nominaux Par contre les moteurs utiliseacutes dans les circulateurs types agrave plusieurs vitesses ne sont pas aussi efficaces que les moteurs agrave CE Des circulateurs agrave vitesse variable eacutequipeacutes de moteurs agrave CE font leur apparition sur le marcheacute mais ils ne sont pas encore couramment utiliseacutes dans les applications combineacutees

Ideacutealement les pompes de circulation des systegravemes combineacutes eacutevolueacutes devraient consister en un concept agrave modulation agrave vitesse variable capable drsquoameacuteliorer le rendement et de compenser les diffeacuterentes configurations de canalisation Ce type de concept est deacutejagrave disponible et pourrait ecirctre mis en œuvre degraves maintenant il pourrait aussi ecirctre mis de cocircteacute jusqursquoagrave ce que la prochaine geacuteneacuteration de systegravemes de chauffage combineacutes eacutevolueacutes soit mise au point Les premiers reacutesultats drsquoessais en laboratoire ont montreacute qursquoil est possible drsquoobtenir de bonnes performances conformes agrave la norme CSA P9 sans utiliser des pompes de circulation agrave vitesse variable et des commandes auxiliaires coucircteuses Agrave lrsquoavenir agrave mesure que le coucirct des circulateurs agrave vitesse variable doteacutes de moteurs agrave CE baissera et que les commandes inteacutegreacutees seront mieux accepteacutees leur utilisation dans des applications de chauffage combineacute sera plus rentable

85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)

Si lrsquoon conccediloit le reacuteseau de plomberie de maniegravere agrave pouvoir y installer des bouchons de controcircle de tempeacuterature drsquoeau et de pression les essais internes et les mesures de mise en service seront simplifieacutes De plus il sera plus facile de purger lrsquoair des circuits

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hydroniques Il est possible drsquoutiliser des sondes de tempeacuteratures monteacutees agrave lrsquoexteacuterieur pour effectuer les mesures de mise en service sur le terrain si des sections de conduites de cuivre ameacutenageacutees dans des endroits strateacutegiques sont prises en compte lors de la conception

86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau

Certains chauffe-eau agrave la demande de type chaudiegravere possegravedent des points de consignes et des algorithmes de controcircle distincts pour le chauffage des locaux et celui de lrsquoeau Drsquoautres ont besoin de savoir si la charge concerne le chauffage des locaux ou celui de lrsquoeau potable Dans ce cas on peut utiliser divers capteurs et surveiller eacutegalement les signaux transmis par un deacutebitmegravetre drsquoeau installeacute dans le reacuteseau drsquoeau potable ou un deacutebitmegravetre installeacute dans le circuit de chauffage des locaux Bon nombre de chauffe-eau agrave la demande utilisent de tels capteurs dans leurs circuits de commande de brucircleur afin de faire coiumlncider les allures de chauffe avec les chargesDans les applications combineacutees lrsquoutilisation de commandes capables de diffeacuterencier les charges deacutepend de la logique de controcircle prioritaire de demande drsquoeau chaude domestique

87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes

Les canalisations drsquoeau ameacutenageacutees entre le geacuteneacuterateur de chaleur et le systegraveme combineacute devraient ecirctre dimensionneacutees de maniegravere agrave eacuteviter des baisses de pression excessives

Toutes les canalisations en cuivre exteacuterieures doivent ecirctre isoleacutees conformeacutement aux pratiques de lrsquoindustrie Il se peut que les avantages lieacutes agrave lrsquoisolation des canalisations drsquointerraccordement ne soient pas tregraves importants si les sections de conduites sont courtes et si elles contiennent des tuyaux en polyeacutethylegravene reacuteticuleacute ou un type de conduite similaire preacutesentant moins de perte de chaleur que les conduites en cuivre

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9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes

La preacutesente section contient des directives et certaines observations agrave lrsquointention des fabricants de systegravemes de chauffage combineacutes dans le but drsquoaider ces derniers agrave mettre agrave lrsquoessai leurs systegravemes agrave lrsquointerne Lrsquoexeacutecution drsquoessais agrave lrsquointerne en utilisant un montage simplifieacute permettra aux fabricants de mieux cerner les performances de leurs concepts et commandes prototypes lorsqursquoils sont mis agrave lrsquoessai dans une installation indeacutependante conformeacutement agrave la norme CSA P9 (P10 pour les fabricants de SMI) Les essais en question ne doivent pas forceacutement ecirctre conccedilus pour geacuteneacuterer des reacutesultats de performance preacutecis agrave 100 mais ils sont consideacutereacutes comme indispensables pour le deacuteveloppement et le cycle drsquooptimisation du produit les avantages drsquoun concept et drsquoun fonctionnement de systegraveme ameacutelioreacutes pouvant rapidement sauter aux yeux lorsque lrsquoon compare les reacutesultats des essais reacutealiseacutes laquo avant raquo et laquo apregraves raquo

En geacuteneacuteral il nrsquoest pas rentable de payer un laboratoire drsquoessais indeacutependant pour proceacuteder agrave la premiegravere eacutevaluation drsquoun systegraveme de chauffage combineacute complet Les coucircts lieacutes au laboratoire et les deacutefis lieacutes aux ingeacutenieurs concepteurs qui prescrivent des reacuteglages lorsqursquoils ne sont pas sur place rendent cette option probleacutematique Des essais simplifieacutes reacutealiseacutes dans les propres locaux du fabricant permettent de srsquoassurer que les reacutesultats sont dans la plage approprieacutee degraves le deacutebut

Un scheacutema de montage drsquoessai suggeacutereacute utilisable pour effectuer des mesures conformeacutement agrave la norme CSA P9 est preacutesenteacute dans cette norme La figure 6 ci-dessous illustre une version simplifieacutee de ce scheacutema

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de la piegravece

combineacutes

Appareilsdeconditionnement

Eacutevents pour produits de combustion Appareils de

conditionnement de la piegravece

Salle drsquoessai

Isolant

Meacutelangeur

Approvisionnement en eau

Eacutevents pour air de combustion Conduite drsquoalimentation en combustible

Uniteacute drsquoessai des

systegravemes

Thermocouples Porte Fenecirctre

Mesure de la tempeacuterature et du deacutebit de lrsquoeau

Conduite drsquoair de retour

Thermocouples

Mesure de la tempeacuterature et de lrsquohumiditeacute de lrsquoair

Air drsquoappoint

Mesure du deacutebit drsquoair

Figure 6 Scheacutema simplifieacute illustrant le montage utiliseacute pour exeacutecuter les essais conformeacutement agrave la norme P9 (composants individuels du systegraveme combineacute non illustreacutes)

Le scheacutema preacutesente un dispositif de mesure de lrsquoenthalpie de lrsquoair dans un tunnel baseacute Vsur la norme ASHRAE 37 Lrsquoappareil de mesure de lrsquoair illustreacute sur la figure de la norme utilise un ajutage et un ventilateur drsquoeacutequilibrage pour pouvoir appliquer une technique de mesure du deacutebit drsquoair neacutecessitant une pression diffeacuterentielle eacuteleveacutee (entre 1 et 4 pouces drsquoeau) dans lrsquoajutage Lorsqursquoil est utiliseacute avec des manomegravetres preacutecis cet appareil offre une preacutecision de mesure eacuteleveacutee de lrsquoordre de 1 agrave 2 du deacutebit drsquoair et il geacutenegravere un deacutebit drsquoair bien meacutelangeacute qui permet de mesurer avec preacutecision la tempeacuterature du deacutebit de lrsquoair drsquoalimentation

La norme P9 preacutecise que lrsquoajutage inteacutegreacute agrave lrsquoappareil de mesure de lrsquoenthalpie de lrsquoair en tunnel constitue une meacutethode acceptable pour mesurer le deacutebit drsquoair tout en approuvant expresseacutement (article 36) lrsquoapplication drsquoautres processus de mesure du deacutebit drsquoair agrave condition que les limites de preacutecision mentionneacutees dans la norme soient satisfaites Ceci donne la possibiliteacute drsquoutiliser une technique de mesure du deacutebit drsquoair plus directe ne neacutecessitant pas lrsquoutilisation drsquoun appareil comportant un ventilateur drsquoeacutequilibrage Dans certains cas lrsquoutilisation drsquoune chambre de mesure de deacutebit avec un ventilateur drsquoeacutequilibrage pour reacutegler la pression statique de la conduite drsquoair drsquoalimentation a impliqueacute des problegravemes de stabiliteacute avec des moteurs agrave CE qui ont eacuteteacute

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programmeacutes pour un deacutebit drsquoair constant il est donc avantageux drsquoeacuteviter les ventilateurs drsquoeacutequilibrage

91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz

De nombreux fabricants concevant des systegravemes combineacutes eacutevolueacutes integravegreront des instruments conccedilus pour mesurer la consommation drsquoeacutenergie eacutelectrique la consommation du combustible les performances de combustion la tempeacuterature et la pression (pression du collecteur de gaz pression statique des conduites etc) Si de tels eacutequipements de mesure ne sont pas offerts ilest recommandeacute de les preacutevoirLes compteurs de facturation des compagnies de gaz et drsquoeacutelectriciteacute devraient offrir une preacutecision et une reacutesolution suffisantes pour les essais de deacuteveloppement du produit

92 Enregistreur de donneacutees

Les fabricants devront eacutegalement avoir accegraves agrave un systegraveme drsquoenregistrement de donneacutees dans le cadre de leur travail Il est conseilleacute de preacutevoir un enregistreur qui offre une preacutecision et un nombre de canaux de mesures suffisants pour les tacircches agrave accomplir On estime qursquoil faudra environ huit (8) canaux pour mesurer la tempeacuterature plus quelques canaux analogiques ou numeacuteriques pour prendre en compte les donneacutees des deacutebitmegravetres des transducteurs de pression etc (analogiques ou numeacuteriques selon lrsquoinstrument de mesure seacutelectionneacute) De nombreux fournisseurs proposent un large eacuteventail drsquoenregistreurs de donneacutees Campbell Scientific Fluke Instruments Omega et Measurement Computing (personal DAQ) figurent parmi les fabricants qui proposent des enregistreurs de donneacutees de petite eacutechelle pouvant ecirctre pris en compte Il est recommandeacute de se pencher sur lrsquoassistant logiciel de lrsquoenregistreur de donneacutees seacutelectionneacute au moment drsquoeacutevaluer lrsquoeacutequipement Si le fabricant ne souhaite pas investir dans un enregistreur de donneacutees la location demeure une option mecircme si les eacuteconomies preacutevues dans le cas drsquoune location agrave court terme semblent ecirctre faibles

93 Deacutebit drsquoair

Pour mesurer le deacutebit drsquoair pendant les essais agrave lrsquointerne il est recommandeacute drsquoutiliser une grille de deacutebit drsquoair avec eacutetablissement de moyenne installeacutee dans la conduite drsquoair drsquoalimentation en conjonction avec un manomegravetre diffeacuterentiel de preacutecision De nombreux fournisseurs proposent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans un large eacuteventail de tailles et ces deacutebitmegravetres sont relativement peu chers car ils sont souvent utiliseacutes dans des systegravemes commerciaux de chauffage et de refroidissement agrave deacutebit drsquoair variable Si lrsquoon fait une recherche dans Google en utilisant le segment laquo deacutebitmegravetres drsquoair raquo on trouve plusieurs fournisseurs et liens permettant

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drsquoobtenir de plus amples informations sur le sujet Nailor Industries Inc et Dwyer Instruments sont deux socieacuteteacutes quioffrent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans une grande varieacuteteacute de tailles de conduites

94 Manomegravetres

On trouve eacutegalement de nombreux manomegravetres diffeacuterentiels sur le marcheacute dont les modegraveles varient des manomegravetres agrave tube inclineacute aux transducteurs numeacuteriques de preacutecision Il est important de bien faire correspondre la plage de mesure du transducteur ou du manomegravetre avec la pression fournie par le deacutebitmegravetre sur la plage de deacutebits drsquoair preacutevue Dans le cas des transducteurs numeacuteriques des instruments capacitifs sont reacuteputeacutes bien fonctionner dans la plage de pression diffeacuterentielle basse qui serait normalement prescrite (environ 05 pouce de diffeacuterence de colonne drsquoeau) Setra Instruments MKS Instruments (Baratron) Dwyer Instruments et drsquoautres socieacuteteacutes proposent des transducteurs de pression diffeacuterentielle capacitifs plage basse adapteacutes

95 Tempeacuteratures

Les tempeacuteratures drsquoair drsquoarriveacutee et de sortie peuvent ecirctre mesureacutees en utilisant des thermocouples des thermistances ou des capteurs de conduite geacuteneacuterant une valeur moyenne Du fait de son bas coucirct de sa faciliteacute drsquoutilisation et de sa preacutesence agrave grande eacutechelle sur le marcheacute le thermocouple semble ecirctre lrsquoinstrument approprieacute pour cette application Il est possible de fabriquer un reacuteseau de thermocouples agrave partir drsquoune bobine de fil de thermocouple et de les raccorder entre eux en parallegravele de maniegravere agrave geacuteneacuterer une seule donneacutee repreacutesentant la valeur moyenne De nombreux fournisseurs offrent des fils agrave thermocouple notamment les socieacuteteacutes Thermo Electric Company Inc Omega Inc Watlow Inc etc Il est eacutegalement possible de fabriquer des sondes de tempeacuterature agrave partir des mecircmes fils de thermocouple pour surveiller drsquoautres paramegravetres tels que les tempeacuteratures drsquoeau Il est important de bien utiliser un fil agrave thermocouple plutocirct qursquoun fil de rallonge de lrsquoeacutechelle de mesure identique mais moins preacutecis

96 Mesures du cocircteacute eau

Pour effectuer des mesures du cocircteacute eau dans les serpentins il est neacutecessaire de posseacuteder un deacutebitmegravetre et des sondes de tempeacuterature Ces mesures pourraient ecirctre reacutealiseacutees en utilisant des capteurs distincts (deacutebitmegravetre drsquoeau et sondes de tempeacuterature distinctes par exemple) Il est important de srsquoassurer que lrsquoinsertion drsquoun deacutebitmegravetre dans la boucle drsquoeau ne modifie pas le deacutebit de la pompe de circulation Cela est particuliegraverement important avec des circulateurs agrave faible puissance geacuteneacuteralement utiliseacutes dans des applications combineacutees pour lesquelles lrsquoinstallation drsquoun deacutebitmegravetre agrave turbine conventionnel agrave baisse de pression eacuteleveacutee peut restreindre le deacutebit drsquoeau Ilexiste des deacutebitmegravetres preacutecis sans perte de pression eacuteleveacutee Certains appareils

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peuvent ecirctre acheteacutes deacutejagrave conditionneacutes avec des sondes de tempeacuterature en guise de laquo compteurs drsquoeacutenergie raquo Ils mesurent simultaneacutement les tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de lrsquoeau de retour ainsi que le deacutebit de lrsquoeau et calculent directement le flux drsquoeacutenergie en srsquoappuyant sur ces mesuresKamstrup Siemens Badger Meters Elster Metering ABB Meters et drsquoautres socieacuteteacutes offrent ce type drsquoappareils Les compteurs drsquoeacutenergie autonomes sont habituellement configureacutes avec certains dispositifs permettant de lire les diffeacuterents paramegravetres ainsi que les flux drsquoeacutenergie calculeacutes La plupart offre une fonction de stockage des donneacutees internes etou des sorties numeacuteriques pouvant ecirctre interfaceacutees avec des enregistreurs de donneacutees externes

97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne

La norme CSA P9 exige que le chauffage des locaux soit deacutefini en utilisant deux mesures (cocircteacute air et cocircteacute eau) avec une entente dans une toleacuterance acceptable pour la mise agrave lrsquoessai du systegraveme de chauffage de locaux agrave pleine capaciteacute constant Dans le cas des mesures agrave lrsquointerne entreprises par un fabricant dans le cadre drsquoun projet de deacuteveloppement de produit cibleacute lrsquoentente entre les mesures du cocircteacute air et du cocircteacute eau nrsquoest pas forceacutement requise On suggegravere aux fabricants de se concentrer sur les mesures qui ciblent la strateacutegie de controcircle ou de composant propre agrave lrsquoeacutetude Par exemple si des strateacutegies diffeacuterentes de temporisation du ventilateur ou laquo apregraves fonctionnement raquo sont eacutevalueacutees il est bien plus important de se concentrer sur les mesures du cocircteacute air que drsquoessayer drsquoatteindre un eacutequilibre entre le cocircteacute air et le cocircteacute eau Selon la quantiteacute drsquoeacutenergie laisseacutee dans le serpentin drsquoeau lorsque le ventilateur de soufflante srsquoarrecircte et drsquoautres pertes drsquoeacutenergie du systegraveme il est possible qursquoil nrsquoy ait pas drsquoeacutequilibre drsquoeacutenergie entre les mesures du cocircteacute air et les mesures du cocircteacute eau mecircme avec un instrument des mesures et des calculs laquo parfaits raquo

La norme CSA P9 exige une mesure du deacutebit drsquoair et des tempeacuteratures au moins toutes les cinq (5) secondes Dans le cas des essais agrave lrsquointerne cette freacutequence pourrait ecirctre assouplie pour certaines eacutetapes drsquoessai Par ailleurs une conformiteacute totale agrave la norme P9 suppose un controcircle preacutecis de la tempeacuterature de la salle drsquoessai ougrave se trouve le systegraveme combineacute en vue des essais ainsiqursquoun controcircle preacutecis de la tempeacuterature de lrsquoeau de la ville Dans le cas des essais de deacuteveloppement agrave lrsquointerne ces exigences peuvent eacutegalement ecirctre assouplies agrave condition que les tempeacuteratures ne varient pas trop pendant les essais Un espace commercial conditionneacute ayant une dimension raisonnable ferait lrsquoaffaire au moins pour les phases drsquoessai et de deacuteveloppement initiales

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Flue(combustionmeasurements)

SupplyAirtoSpaceHeatingPlenum

(optionalzonedampers)

ReturnAir

CityWater

TanklessWaterHeater

HotWaterSupplyfromWaterHeater

DHW

CoolWaterreturntoWaterheater

Temperaturemeasurementpoints

Fuelmeter

Flowmeter

Electricalmeteringnotshown

Circulator

98 Agencement des instruments

La figure 7 preacutesente un scheacutema simplifieacute permettant drsquoillustrer lrsquoagencement geacuteneacuteral des emplacements et des paramegravetres de mesure en vue de la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute de chauffe-eau instantaneacute agrave condensation Le deacutebit drsquoair qui traverse la conduite drsquoalimentation du systegraveme de traitement drsquoair sera surveilleacute en utilisant un deacutebitmegravetre agrave valeur moyenne et un manomegravetre (non illustreacute) tel que cela est deacutecrit agrave lrsquoarticle 73

T

T

T T

T T

Alimentation en eau chaude provenant du chauffe-eau

Conduit (mesures de combustion)

Eau chaude domestique

Systegraveme de mesure du combustible

Air dereprise

Retourde lrsquoeau froide vers lechauffe-eau

Chauffe-eau instantaneacute

Air drsquoalimentation achemineacute versle pleacutenum de chauffage(registres de zone facultatifs)

Eau municipale

Deacutebitmegravetre

T

(compteur eacutelectrique non illustreacute)

Points de mesure de la tempeacuterature Circulateur

Figure 8 Scheacutema de mesure simplifieacute applicable agrave la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute baseacute sur un chauffe-eau instantaneacute

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CanmetEacuteNERGIE CanmetEacuteNERGIE de Ressources naturelles Canada est un chef de file canadien dans le domaine de la recherche et deacuteveloppement en eacutenergie propre Les travaux de nos speacutecialistes portent sur lrsquoapprovisionnement drsquoeacutenergie propre agrave partir de combustibles fossiles et de sources renouvelables la gestion de lrsquoeacutenergie et les systegravemes de distribution ainsi que sur les technologies et processus avanceacutes pour les utilisations finales En veillant agrave ce que le Canada soit agrave la fine pointe des technologies sur lrsquoeacutenergie propre nous ameacuteliorons la qualiteacute de vie des Canadiens en creacuteant un avantage durable en matiegravere de ressources

Bureau central Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) 580 rue Booth 1 promenade Oil Patch 1 promenade Haanel 161 boulevard Lionel-Boulet Ottawa (Ontario) Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) Canada Canada Canada Canada K1A 0E4 T9G 1A8 K1A 1M1 J3X 1S6

  • Guide pour les fabricants drsquoappareils de chauffage combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessai conformeacutement agrave la norme CSA P9
    • Remerciements
    • 1 Reacutesumeacute
    • 2 Systegravemes agrave zones
    • Table des matiegraveres
    • Liste des tableaux et figures
    • 3 Contexte
      • 31 Objet
      • 32 Public cible
      • 33 Marcheacute
      • 34 Pratiques en vigueur dans lrsquoindustrie
      • 35 Expeacuterience en matiegravere drsquoeacutevaluation
      • 36 Deacutefi principal Utiliser des chauffe-eau pour chauffer des locaux de maniegravere eacuteconergeacutetique
      • 37 Approche par eacutetapes
        • 4 Charges de calcul ndash performances selon la norme CSA p9
          • 41 Facteur de performance thermique (FPT)
          • 42 Chauffage de lrsquoeau
          • 43 Chauffage des locaux
          • 44 Importance relative des charges de chauffage des locaux et de lrsquoeau
            • 5 Chauffage de lrsquoeau domestique
            • 6 Conception des systegravemes combineacutes
              • 61 Incidence des pondeacuterations de charge
                • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                • Reacuteduction des tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour
                  • 62 Strateacutegies de conception
                  • 63 Strateacutegie 1 Tempeacuterature drsquoeau constante
                    • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                    • Serpentin(s) de chauffage des locaux
                    • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                    • Illustration des performances selon la norme P9
                    • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                      • 64 Strateacutegie 2 Tempeacuterature drsquoeau variable
                        • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                        • Serpentin(s) de chauffage de locaux
                        • Conditions de chauffage de locaux en charge partielle
                        • Illustration des performances P9
                        • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                            • 7 Commandes
                              • Commandes indirectes baseacutees sur la tempeacuterature
                              • Commandes indirectes baseacutees sur le minuteur
                              • Controcircle direct
                              • Chauffe-eau -Mode de chauffage de lrsquoeau du robinet
                                • 8 Composants
                                  • 81 Systegraveme de traitement drsquoair
                                  • 82 Serpentins de chauffage de locaux
                                  • 83 Moteur de ventilateur
                                  • 84 Circulateurpompe
                                  • 85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)
                                  • 86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau
                                  • 87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes
                                    • 9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes
                                      • 91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz
                                      • 92 Enregistreur de donneacutees
                                      • 93 Deacutebit drsquoair
                                      • 94 Manomegravetres
                                      • 95 Tempeacuteratures
                                      • 96 Mesures du cocircteacute eau
                                      • 97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne
                                      • 98 Agencement des instruments
Page 10: Guide pour les fabricants d’appareils de chauffage ...€¦ · Le présent rapport explique comment la norme d’essai P.9 pondère le rendement dans différents modes de fonctionnement

Lrsquoanneacutee passeacutee le programme ENERGY STAR pour les maisons neuves (ESMN) occupait une part de marcheacute repreacutesentant environ 20 des constructions en Ontario Les entrepreneurs en construction recherchent des systegravemes combineacutes offrant des taux de performance eacuteleveacutes lorsqursquoils sont mis agrave lrsquoessai et coteacutes conformeacutement agrave la norme CSA P9 En 2014 lrsquoensemble des systegravemes combineacutes utiliseacutes dans le cadre de lrsquoinitiative ESMN devra ecirctre coteacute selon la norme

34 Pratiques en vigueur dans lrsquoindustrie

Les chauffe-eau agrave la demande ont rapidement eacutevolueacute afin de mieux reacutepondre aux besoins nord-ameacutericains en matiegravere de chauffage drsquoeau chaude domestique et ameacuteliorer le rendement eacutenergeacutetique Les systegravemes peuvent deacutesormais fonctionner agrave une plage de deacutebit drsquoeau plus importante et assurer une modulation sur une grande plage En outre de nombreux systegravemes mettent en œuvre la technologie de la condensation

Lrsquoindustrie a commenceacute par eacutelaborer des systegravemes combineacutes en utilisant des chauffe-eau agrave reacuteservoir de stockage traditionnels et un ventilo-convecteur de systegraveme de traitement drsquoair afin drsquoassurer agrave la fois le chauffage de lrsquoeau et celui des locaux Bon nombre de ces appareils eacutetaient construits sur place et speacutecialement conccedilus pour reacutepondre aux charges en vigueur Le rendement eacutenergeacutetique des systegravemes combineacutes nrsquoeacutetait pas eacutevalueacute par rapport agrave une norme et faisait donc lrsquoobjet de moins drsquoattention

Les chauffe-eau agrave condensation offrent la possibiliteacute de mettre au point des systegravemes combineacutes bien plus efficaces en matiegravere de rendement eacutenergeacutetique Les systegravemes combineacutes permettent drsquoameacuteliorer la rentabiliteacute moyennant lrsquoutilisation drsquoun chauffe-eau agrave condensation Le fait de concevoir des systegravemes combineacutes en usine permet drsquooptimiser les fonctions combineacutees et les commandes associeacutees et de proposer des appareils haute performance produisant une condensation dans la plupart des modes de fonctionnement

Certains fabricants de chauffe-eau agrave la demande commencent agrave concevoir des composants mieux adapteacutes ainsi que des systegravemes combineacutes monoblocs Il se peut que ces fabricants soient moins sensibiliseacutes aux systegravemes agrave traitement drsquoair haute performance et aux commandes associeacutees qui pourraient srsquoaveacuterer neacutecessaires pour eacutelaborer un systegraveme monobloc haute performance Le preacutesent document fournit des renseignements de base concernant les speacutecifications et le controcircle des systegravemes de traitement drsquoair des reacutesidences ainsi que des deacutetails sur la conception et le controcircle drsquoun systegraveme combineacute haute performance type

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35 Expeacuterience en matiegravere drsquoeacutevaluation

CanmetEacuteNERGIE de Ressources naturelles Canada a eacutetudieacute les systegravemes combineacutes et leurs composants pendant de nombreuses anneacuteesLe centre a effectueacute des recherches et offert une expertise et un soutien techniques pour appuyer lrsquoeacutelaboration de la norme CSA P10 applicable aux systegravemes meacutecaniques inteacutegreacutes ainsi que celle de la norme subseacutequente CSA P9 visant les systegravemes combineacutes CanmetEacuteNERGIE a eacutegalement

bull eacutevalueacute les performances des systegravemes fabriqueacutes et construits sur place dans des laboratoires gouvernementaux et indeacutependants

bull surveilleacute et analyseacute les performances des systegravemes sur le lieu de lrsquoinstallation et dans les maisons du centre canadien des technologies reacutesidentielles Bon nombre de ces projets ont eacuteteacute reacutealiseacutes en partenariat avec drsquoautres organismes gouvernementaux et entreprises de distribution de gaz

bull conccedilu des composants de systegravemes combineacutes pour des applications speacuteciales telle que celle de la communauteacute agrave eacutenergie solaire Drake Landing

Le preacutesent rapport a eacuteteacute eacutelaboreacute en tenant compte des connaissances acquises dans le cadre de ces diverses initiatives

36 Deacutefi principal Utiliser des chauffe-eau pour chauffer des locaux de maniegravere eacuteconergeacutetique

Les chauffe-eau agrave la demande peuvent offrir de tregraves bonnes performances en mode de chauffage agrave eau chaude domestique avec des tempeacuteratures drsquoeau de reacuteseau de distribution basses et les puissances thermiques eacuteleveacutees requises pour satisfaire les besoins en eau chaude Ces appareils peuvent fonctionner particuliegraverement bien lorsqursquoils fournissent les grandes quantiteacutes drsquoeau chaude utiliseacutees dans les normes drsquoessai de chauffe-eau en vigueur pour eacutevaluer leurs performances en tant que chauffe-eau

En conditions de fonctionnement combineacute les performances offertes en mode de chauffage des locaux (charges partielles incluses) sont les plus importantes Mecircme si les charges thermiques instantaneacutees sont consideacuterablement infeacuterieures lorsque lrsquoon chauffe des locaux plutocirct que lorsque lrsquoon fournit des charges de chauffage drsquoeau maximales la dureacutee des charges de chauffage des locaux est bien plus importante Il pourrait ecirctre inteacuteressant de faire en sorte que le chauffe-eau offre une condensation en mode de chauffage des locaux car la tempeacuterature de lrsquoeau qui revient des serpentins de chauffage des locaux est geacuteneacuteralement plus eacuteleveacutee que la tempeacuterature drsquoarriveacutee drsquoeau municipale que le systegraveme doit chauffer pour fournir de lrsquoeau chaude potable Eacutetant donneacute que seule une petite partie des charges annuelles de chauffage de locaux du systegraveme est reacuteellement fournie lorsque le systegraveme fonctionne aux conditions de

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reacutegime la performance en charge partielle en mode de chauffage de locaux est particuliegraverement importante pour le rendement geacuteneacuteral du systegraveme Il est bien plus important drsquoobtenir drsquoexcellentes performances lors drsquoessais de chauffage de locaux en charge partielle plutocirct qursquoagrave pleine puissance nominale lorsque lrsquoon calcule le rendement geacuteneacuteral du systegraveme

Ilest possible drsquoobtenir des reacutesultats de performance eacuteleveacutee lorsque les composants eacuteconergeacutetiques sont bien adapteacutes et que le systegraveme drsquoexploitation commande intelligemment et simultaneacutement agrave la fois le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair

37 Approche par eacutetapes

Le preacutesent rapport invite les fabricants agrave suivre les eacutetapes ci-dessous avant de proposer un systegraveme combineacute haute performance

Eacutetape 1 Cerner les charges de conception qursquoil faut prendre en compte pour prendre toutes les deacutecisions concernant le systegraveme combineacute

Eacutetape 2 Seacutelectionner un chauffe-eau en mesure de fournir des performances eacuteleveacutees dans les applications mettant en œuvre des systegravemes combineacutes

Eacutetape 3 Seacutelectionner une strateacutegie de controcircle applicable au chauffe-eau et au systegraveme de traitement drsquoair qui reacuteduit au minimum les coucircts que le fabricant doit supporter pour fournir des systegravemes combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessaiselon la norme P9

Eacutetape 4 Seacutelectionner drsquoautres composants de systegravemes combineacutes (tels que des serpentins des moteurs de ventilateur et les commandes associeacutees)

Eacutetape 5 Exeacutecuter des essais agrave lrsquointerne afin drsquoeacutetablir les performances des systegravemes combineacutes de maniegravere agrave pouvoir les mettre agrave niveau selon les besoins avant de les expeacutedier agrave un laboratoire indeacutependant agrave des fins de veacuterification

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4 Charges de calcul ndash performances selon la norme CSA p9

41 Facteur de performance thermique (FPT)

Le FPT correspond agrave la mesure de performance eacutenergeacutetique cleacute de la norme CSA P9 Ce facteur combine les cotes de performance du chauffage des locaux et celles du chauffage de lrsquoeau et fait une moyenne pondeacutereacutee selon la charge des deux types de chauffage pour geacuteneacuterer la mesure de performance globale Lrsquoannexe B de la norme CSA P9 fournit des explications deacutetailleacutees sur la maniegravere dont les facteurs de pondeacuteration ont eacuteteacute eacutelaboreacutes et sur les raisons de leur eacutelaboration

La preacutesente section preacutesente quelques facteurs cleacutes ainsi qursquoun graphique (tableau 3) que les fabricants peuvent utiliser pour deacuteterminer les reacutesultats drsquoessai ayant la plus forte incidence sur le reacutesultat FPT de leurs produits

Comme le chauffage des locaux constitue geacuteneacuteralement la charge dominante au sein des maisons canadiennes la pondeacuteration du rendement global des systegravemes de chauffage combineacutes est domineacutee par le chauffage des locaux Les reacutesultats drsquoessai du chauffage des locaux en charge partielle offrent la pondeacuteration la plus importante pour deacuteterminer les performances de chauffage des locaux des systegravemes combineacutes et par conseacutequent le FPT

Les systegravemes combineacutes qui optimisent les performances de chauffage de locaux en charge partielle preacutesenteront des FPT plus eacuteleveacutes que les systegravemes conccedilus pour offrir des performances agrave pleine charge

Ilest possible de mettre en place des strateacutegies de controcircle intelligentes pendant les essais de rendement reacutealiseacutes conformeacutement agrave la norme CSA P9 Par exemple le systegraveme de controcircle peut commencer agrave fonctionner en mode de chauffage de locaux en acheminant une tempeacuterature plus basse au systegraveme de traitement drsquoair et en programmant une vitesse de ventilation infeacuterieure Il est possible drsquoaugmenter progressivement ces deux paramegravetres si la charge nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai speacutecifieacute De mecircme des strateacutegies de controcircle mettant en œuvre une fonction de deacutetection de charge tel qursquoun controcircle de reacuteglage exteacuterieur peuvent offrir des ameacuteliorations de rendement identiques et peuvent ecirctre simuleacutees pendant les essais Ceci est particuliegraverement important lorsque lrsquoon cherche agrave veacuterifier le rendement des systegravemes de chauffage de locaux en charge partielle

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42 Chauffage de lrsquoeau

Les normes drsquoessai applicables aux systegravemes de chauffage de lrsquoeau (norme P9 incluse) partent du principe que la charge de chauffage de lrsquoeau annuelle est de 4 400 kWh (environ 12 kWh par jour) pour chaque maison Dans la norme P9 la valeur de performance drsquoun systegraveme combineacute utiliseacute en tant que chauffe-eau est deacutesigneacutee laquo facteur de performance du chauffage de lrsquoeau raquo (FPCE) Mecircme si la norme P9 offre une souplesse accrue en ce qui a trait aux parameacutetrages des commandes compareacute aux normes reacutegissant des chauffe-eau autonomes le FPCE est analogue agrave une cote de facteur eacutenergeacutetique (FE) et les cotes numeacuteriques devraient ecirctre identiques

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43 Chauffage des locaux

Tout systegraveme de chauffage de locaux doit ecirctre capable de fournir sa puissance de chauffage de locaux nominale lorsque les commandes lrsquoexigent Par contre les systegravemes de chauffage de locaux ont uniquement besoin de fournir leur puissance de chauffage de pointe pour tout au plus quelques jours pendant lrsquoanneacutee La norme CSA P9 reconnaicirct que des systegravemes fonctionneront en conditions de charge partielle la plupart du temps et eacutenonce des cotes de rendement de chauffage de locaux baseacutees sur des essais directs impliquant des charges totales et partielles Les systegravemes combineacutes sont mis agrave lrsquoessai dans des conditions de charges eacutequivalant agrave 100 40 et 15 de leurs capaciteacutes de chauffage des locaux Les reacutesultats sont combineacutes de maniegravere agrave obtenir une efficaciteacute de chauffage composite (ECC) qui pondegravere plus fortement les conditions de charge partielle La formule associeacutee et la repreacutesentation graphique correspondante extraites de la norme P9 se preacutesentent comme suit

ECC = 01 de rendement net agrave 100 + 06 de rendement net agrave 40 + 03 de rendement net agrave 15

La figure 1 illustre la quantiteacute de charge de chauffage annuelle pouvant ecirctre reacutepartie vers diffeacuterents points drsquoexploitation

Pourcentage de la charge de chauffage annuelle

Figure 1 Courbe de charge-dureacutee pour le chauffage des locaux (tireacutee de la norme CSA P9-11)

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44 Importance relative des charges de chauffage des locaux et de lrsquoeau

Les commandes du systegraveme de chauffage combineacute sont pleinement fonctionnelles pendant tous les essais et ne sont pas reacutegleacutees manuellement une fois les premiers essais en cours Le choix du fabricant concernant la strateacutegie de controcircle les paramegravetres de tempeacuterature et de deacutebit drsquoair et drsquoeau et les composants utiliseacutes aura une incidence sur la capaciteacute de chauffage de pointe des locaux ainsique sur le rendement agrave la puissance maximale Les systegravemes preacutesentant des capaciteacutes de chauffage nominales infeacuterieures seraient normalement installeacutes pour chauffer des reacutesidences ayant des charges de calcul plus petites Comme nous lrsquoavons indiqueacute preacuteceacutedemment la norme P9 prescrit les mecircmes charges de chauffage drsquoeau pour tous les systegravemes mis agrave lrsquoessai peu importe la capaciteacute Par conseacutequent plus la capaciteacute de chauffage des locaux est petite plus lrsquoimportance relative du chauffage de lrsquoeau sur le FPT est grandeCe principe est illustreacute agrave la figure 2 qui preacutesente les charges annuelles relatives de chauffage drsquoeau et des locaux pour des systegravemes mixtes ayant des charges de chauffage des locaux nominales de 5 kW et 10 kW respectivement

25000 Chauffage des locaux Eau chaude domesZque (ECD)

20000

Consom

maZ

ondeacuten

ergie(kWhan) 20000

15000

10000 10000

4400 44005000

0 Puissance de chauffage des locaux Puissance de chauffage des locaux

de10 kW de5kW

Figure 2 Comparaison de la consommation drsquoeacutenergie pour le chauffage et lrsquoeau chaude (kWhan) dans le cas des systegravemes combineacutes de 10 kW et 5 kW

Les charges thermiques eacutenonceacutees dans la norme P9 sont deacutecrites dans le tableau 2 et les pondeacuterations relatives des reacutesultats drsquoessais de performance individuels dans le facteur de performance thermique (FPT) globalde la norme CSA P9 applicable aux

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systegravemes combineacutes offrant trois capaciteacutes de chauffage de locaux diffeacuterentes sont preacutesenteacutees dans le tableau 3

Tableau 2 Charges thermiques annuelles (kWhan) de la norme P9 applicables aux systegravemes combineacutes affichant des puissances nominales de chauffage des locaux de 5 10 et 15 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 5 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 10 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 15 kW

Chauffage des locaux Pleine charge

1 000 kWhan 2 000 kWhan 3 000 kWhan

Chauffage des locaux 40 de la charge

6 000 kWhan 12 000 kWhan 18 000 kWhan

Chauffage des locaux 15 de la charge

3 000 kWhan 6 000 kWhan 9 000 kWhan

Chauffage de lrsquoeau 4 400 kWhan 4 400 kWhan 4 400 kWhan

Total 14 400 kWhan 24 400 kWhan 34 400 kWhan

Tableau 3 Pondeacuterations de charge de la norme P9 pour des systegravemes combineacutes affichant des puissances nominales de chauffage des locaux de 5 10 et 15 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 5 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 10 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 15 kW

Chauffage des locaux Pleine charge

7 8 9

Chauffage des locaux 40 de la charge

42 49 52

Chauffage des locaux 15 de la charge

21 25 26

Chauffage de lrsquoeau 31 18 13

Total 100 100 100

Ilest important de consulter ces donneacutees avec un certain reculet de comprendre les pondeacuterations relatives des reacutesultats drsquoessai sur le FPT annuel On remarque que

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lrsquoincidence des performances du systegraveme pendant lrsquoessaide chauffage des locaux avec 40 de puissance nominale de chauffage de locaux sur la cote annuelle est la plus importante (42 agrave 52 ) suivie par lrsquoincidence des performances avec 15 de puissance nominale de chauffage des locaux (21 agrave 26 ) Les pondeacuterations de ces reacutesultats drsquoessai augmentent encore plus agrave mesure que la puissance nominale de chauffage des locaux deacutepasse la plage illustreacutee dans le tableau 3

Des rapports inteacuteressants eacutemanant de constructeurs de maisons de lrsquoOntario indiquent qursquoon installe plus souvent des systegravemes combineacutes dans des reacutesidences dont les charges de chauffage nominales se situent entre 7 et 10 kW Selon les codes drsquoinstallation des systegravemes de chauffage et les guides de dimensionnement recommandeacute de lrsquoindustrie les systegravemes combineacutes ayant des capaciteacutes de chauffage nominales comprises entre 10 et 15 kW conviendraient parfaitement agrave ce type de reacutesidences Dans le cas des systegravemes combineacutes inclus dans cette plage de capaciteacute les reacutesultats drsquoessai de chauffage des locaux en charge partielle ont une pondeacuteration drsquoenviron 75 dans la cote de performance thermique annuelle

En commenccedilant par un local dont le rendement du composant de chauffage de lrsquoeau du systegraveme combineacute est deacutejagrave eacuteconergeacutetique (voir lrsquoarticle 11) cette pondeacuteration permet de savoir ougrave il faut deacuteployer le plus gros effort au moment de concevoir un systegraveme de chauffage combineacute haute performance

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5 Chauffage de lrsquoeau domestique

La premiegravere eacutetape agrave suivre pour concevoir un systegraveme combineacute haute performance consiste agrave seacutelectionner le chauffe-eau approprieacute Cette section a pour but drsquoaider les fabricants agrave deacutenicher rapidement les modegraveles potentiels

Parmi les caracteacuteristiques que devraient avoir les chauffe-eau agrave la demande figurent

bull la modulation ndash performances de chauffage de lrsquoeau efficaces sur toute la plage depuis les deacutebits drsquoeau nominaux minimaux jusqursquoaux deacutebits maximaux

ndash rapport de reacuteglage eacuteleveacute

ndash capaciteacute agrave fournir suffisamment drsquoeau chaude pour reacutepondre agrave des besoins en chauffage de lrsquoeau typiques

ndash capaciteacute agrave fonctionner avec des deacutebits drsquoeau chaude minimauxDe nombreux chauffe-eau agrave la demande actuellement sur le marcheacute peuvent selon le classement de leur fabricant ecirctre utiliseacutes avec des deacutebits drsquoeau chaude de 2 Lmin (05 gal USmin) ou moins Certains systegravemes neacutecessitent des deacutebits plus importants

bull performance en matiegravere de condensation ndash ilsrsquoagit des performances nominales de condensation sur toute la plage des charges et des allures de chauffe

ndash commandes geacuterant de faccedilon approprieacutee le rapport combustible-deacutebit drsquoair de maniegravere agrave maintenir le rendement de la combustion quelle que soit la charge

ndash paramegravetres de commande optimiseacutes par la charge qui permettent de deacuteterminer lrsquoimportance et les types de charges et de reacuteagir en conseacutequence avec de meilleurs paramegravetres de commande pour que le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair fonctionnent ensemble

ndash cycles courts avant et apregraves la purge permettant de reacuteduire au minimum les temps de reacuteponse et les pertes laquo par cycle raquo et de reacuteduire la consommation drsquoeacutelectriciteacute

ndash faible consommation en mode drsquoalimentation de secours

ndash ventilation directe des produits de combustion afin drsquoeacuteviter lrsquoeacutemanation de combustible et les risques de deacutepressurisation

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Pour acceacuteleacuterer le processus de seacutelection du chauffe-eau de base il sera plus facile de commencer par consulter les donneacutees que le fabricant peut deacutetenir (ou qursquoil peut facilement produire) concernant ses propres produits en mode de chauffage drsquoeau Lrsquoobjectif est de commencer avec un geacuteneacuterateur de chaleur qui preacutesente un rendement eacutenergeacutetique nominal de 90 ou plus sur une grande plage de fonctionnement

Si le chauffe-eau qursquoon envisage drsquoutiliser en tant que moteur thermique ou geacuteneacuterateur de chaleur pour un systegraveme de chauffage combineacute monobloc ne reacutepond pas aux exigences ci-dessus il est recommandeacute de reacuteviser attentivement son choix Dans certains cas il est possible de seacutelectionner diffeacuterents composants diffeacuterentes commandes ou diffeacuterents paramegravetres de commande pour surmonter les lacunes en matiegravere de rendement Les possibiliteacutes drsquoameacuteliorer de faccedilon appreacuteciable les performances de chauffage drsquoeau drsquoun chauffe-eau agrave la demande sans affecter son certificat de seacutecuriteacute sont limiteacutees Du coup le fait de seacutelectionner un chauffe-eau diffeacuterent plus rentable sur le plan eacutenergeacutetique peut constituer un choix plus opportun

La norme canadienne drsquoessai et drsquoeacutevaluation CSA P7 applicable aux chauffe-eau agrave la demande fait eacutetat drsquoune tempeacuterature drsquoeau drsquoarriveacutee courante de 144 degC (58 degF) et drsquoune tempeacuterature de sortie de 577 degC (135 degF) pour les essais et lrsquoeacutevaluation des performances nominales Le tableau 4 compare les caracteacuteristiques de rendement eacutenergeacutetique de deux chauffe-eau agrave la demande theacuteoriques avec les systegravemes fonctionnant agrave plusieurs deacutebits drsquoeau diffeacuterents en utilisant les mecircmes hypothegraveses de tempeacuteratures drsquoeau que la norme P7 Bien que les eacutevaluations de performance maximale du premier modegravele soient supeacuterieures agrave celles du second modegravele (avec des deacutebits drsquoeau de 114 et 76 Lmin) les performances de chauffage ameacutelioreacutees du second modegravele agrave des deacutebits drsquoeau infeacuterieurs en font un meilleur candidat pour jouer le rocircle drsquoun geacuteneacuterateur de chaleur dans un systegraveme combineacute du fait du pourcentage de temps eacuteleveacute pendant lrsquoanneacutee durant lequel un systegraveme combineacute fonctionne agrave de faibles charges pour assurer le chauffage des locaux

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Tableau 4 Comparaison des caracteacuteristiques de rendement eacutenergeacutetique de la norme P7 pour deux chauffe-eau theacuteoriques

Deacutebit (Lmin) Deacutebit (gal USmin) Exemple modegravele 1

Exemple modegravele 2

114 3 95 92

76 2 95 90

38 1 83 92

19 05 79 92

Recommandation Choix mal adapteacute dans le cas drsquoun systegraveme combineacute

Choix mieux adapteacute dans le cas drsquoun systegraveme combineacute

On constate que les valeurs de rendement eacutenergeacutetique pour la plage de deacutebits drsquoeau utiliseacutes agrave des fins de deacutemonstration dans le tableau 4 ne seraient pas interchangeables avec les facteurs eacutenergeacutetiques (FE) coteacutes pour les mecircmes chauffe-eau eacutetant donneacute que les conditions eacutenonceacutees dans le tableau 4 ne correspondent pas aux installations meacutethodes drsquoessais et charges de chauffage drsquoeau speacutecifieacutees dans la norme CSA P7 applicable aux chauffe-eau agrave la demande Les valeurs de rendement eacutenergeacutetique theacuteoriques du tableau 4 sont preacutesenteacutees simplement pour deacutemontrer que les performances de chauffage de lrsquoeau de certains types de chauffe-eau peuvent changer agrave mesure que le deacutebit (p ex la charge de chauffage de lrsquoeau) change Les changements de rendement eacutenergeacutetique du systegraveme de chauffage de lrsquoeau en fonction de la charge ne sont pas complegravetement pris en compte dans les eacutevaluations de performance FE normaliseacutees applicables aux chauffe-eau Afin drsquoeacuteviter toute confusion il est recommandeacute drsquoutiliser lrsquoexpression laquo Facteur eacutenergeacutetique raquo (ou FE) uniquement pour deacutesigner des cotes drsquoessais de chauffe-eau standard eacutelaboreacutees agrave partir drsquoessais et de calculs respectant scrupuleusement la norme drsquoeacutevaluation CSA P7 applicable aux chauffe-eau agrave la demande ou la norme CSA P3 applicable aux chauffe-eau agrave reacuteservoir de stockage reacutesidentiels

Apregraves avoir eacutetudieacute le rendement eacutenergeacutetique des geacuteneacuterateurs de chaleur potentiels sur toutes leurs plages de fonctionnement preacutevues dans le cadre drsquoun systegraveme combineacute il est possible de seacutelectionner de maniegravere aviseacutee un chauffe-eau adapteacute aux applications preacutevues Une fois cette eacutetape reacutealiseacutee le fabricant de systegravemes de chauffage combineacutes doit opter pour une strateacutegie de controcircle avant de seacutelectionner les autres composants du systegraveme

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6 Conception des systegravemes combineacutes

61 Incidence des pondeacuterations de charge

Conditions de chauffage des locaux en charge partielle Pour obtenir une excellente cote drsquoessai selon la norme CSA P9 il faut avant tout se concentrer sur le chauffage des locaux en charge partielle Le rendement en conditions de chauffage de locaux en charge partielle permettra de deacuteterminer 90 de la cote drsquoefficaciteacute de chauffage composite (ECC) Dans le cas drsquoun systegraveme de chauffage combineacute offrant une puissance de chauffage drsquoespace nominale de 10 kW 75 de la valeur FPT seront deacuteduits agrave partir des reacutesultats de lrsquoessai en charge partielle Dans le cas drsquoun systegraveme offrant une puissance de chauffage des locaux de 15 kW les reacutesultats des performances de chauffage des locaux en charge partielle repreacutesenteront presque 80 du facteur de performance thermique global

Reacuteduction des tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour Les chauffe-eau qui preacutesentent drsquoexcellentes cotes avec des tempeacuteratures basses de lrsquoeau drsquoalimentation du reacuteseau principalfonctionneront moins bien sila tempeacuterature drsquoarriveacutee augmente La preacutesence de tempeacuteratures drsquoeau de retour plus chaudes pendant le mode de chauffage des locaux contribuera agrave reacuteduire le rendement eacutenergeacutetique Le fait de reacutepondre aux demandes de chauffage des locaux en utilisant des paramegravetres de commande qui reacuteduisent au minimum les tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour en conditions de charge partielle peut contribuer agrave optimiser le rendement de combustion

62 Strateacutegies de conception

Un des plus gros avantages du chauffe-eau agrave la demande tient au fait que theacuteoriquement il peut geacuteneacuterer diffeacuterentes tempeacuteratures drsquoeau drsquoalimentation pour satisfaire les charges de chauffage de lrsquoeau et des locaux Il peut eacutegalement faire varier du tout au tout la tempeacuterature de lrsquoeau qursquoil fournit pour satisfaire diffeacuterentes charges de chauffage des locaux Cet aspect est essentiel pour continuer de fournir le mecircme chauffage de lrsquoeau agrave un rendement eacuteleveacute et produire un chauffage des locaux agrave charge partielle tregraves efficace

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Nous allons passer en revue deux concepts de systegravemes combineacutes

bull la strateacutegie 1 utilise une tempeacuterature drsquoeau constante pour toutes les charges

bull la strateacutegie 2 consiste agrave faire varier la tempeacuterature de lrsquoeau en fonction de la charge

La premiegravere strateacutegie est celle qui neacutecessite le moins de changement compareacute aux pratiques actuelles elle correspond souvent au premier reacuteflexe Elle est preacutesenteacutee icidans le but principalde mettre en lumiegravere certains deacutefis inheacuterents en matiegravere de performance

La deuxiegraveme strateacutegie repreacutesente une option bien plus rentable pour atteindre des niveaux de performance eacuteleveacutes tant sur le terrain que lors des essais exeacutecuteacutes conformeacutement agrave la norme CSA P9 Lrsquoexpeacuterience montre qursquoelle offre un niveau de performance eacuteleveacute agrave un coucirct moindre pour le fabricant

Le fait drsquoutiliser une pompe agrave vitesse variable dans le systegraveme de traitement de lrsquoair peut eacutegalement ameacuteliorer le rendement eacutenergeacutetique La strateacutegie 2 est axeacutee sur une tempeacuterature drsquoalimentation variable les chauffe-eau agrave la demande pouvant offrir cette fonction plus rapidement Il est peu courant de voir des pompes agrave vitesse variable dans les appareils de traitement de lrsquoair pour lrsquoinstant

Pour ces exemples

bull les deux types de systegravemes combineacutes seront preacutesenteacutes en utilisant le mecircme chauffe-eau agrave la demande agrave condensation et agrave modulation

bull les pondeacuterations de performance FPT applicables agrave un systegraveme combineacute preacutesentant une charge nominale de chauffage de locaux de 10 kW seront utiliseacutees agrave titre indicatif pour illustrer chacune de ces strateacutegies

63 Strateacutegie 1 Tempeacuterature drsquoeau constante

Ce systegraveme de chauffage combineacute respecte la regravegle eacutetablie et preacutevoit uniquement lrsquoutilisation de composants plus efficaces pour ameacuteliorer les performancesIlarrive qursquoil soit souvent consideacutereacute en premier lieu car les commandes peuvent rester telles quelles dans un systegraveme pour lequel un fabricant fournit le chauffe-eau agrave la demande tandis qursquoun autre fabricant fournit le systegraveme de traitement drsquoair

Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair Le chauffe-eau ne sait pas si une demande concerne un chauffage de lrsquoeau ou un chauffage de locaux Il deacutetecte une demande et fournit de lrsquoeau chaude agrave une tempeacuterature constante Pour satisfaire la charge de chauffage de pointe des locaux il est geacuteneacuteralement reacutegleacute agrave 60 degC (140 degF) Le systegraveme de traitement drsquoair ne contribue pas eacutenormeacutement agrave faire grimper la puissance de chauffage de locaux Il utilise geacuteneacuteralement

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un ou deux reacuteglages de vitesse de ventilateur soufflant Eacutetant donneacute que le fonctionnement prolongeacute drsquoun ventilateur apregraves qursquoune demande de chauffage a eacuteteacute satisfaite peut entraicircner des problegravemes de confort dus agrave des courants drsquoair froid le fonctionnement subseacutequent du ventilateur ne sera pas mis en œuvre ou sera mis en œuvre en utilisant uniquement des temps de fonctionnement courts Dans les deux sceacutenarios la chaleur sera retenue dans le serpentin et les conduites pour se dissiper par la suite pendant les peacuteriodes de deacutesactivation

Serpentin(s) de chauffage des locaux Si lrsquoon veut amplifier lrsquoefficaciteacute eacutenergeacutetique du systegraveme en mode de chauffage des locaux ilest impeacuteratif de reacuteduire au minimum les tempeacuteratures de lrsquoeau de retourDes serpentins laquo surdimensionneacutes raquo ont eacuteteacute conccedilus en vue drsquooptimiser la baisse de tempeacuterature dans lrsquoeacutechangeur de chaleur en conditions de chauffage des locaux

Conditions de chauffage des locaux en charge partielle Le systegraveme de traitement drsquoair se met en route et srsquoarrecircte pour srsquoadapter aux conditions de charge partielle ce qui a pour effet de deacuteclencher des demandes associeacutees sur le chauffe-eau

Illustration des performances selon la norme P9 Le tableau 5 donne un aperccedilu theacuteorique du type de performance que lrsquoon pourrait geacuteneacuteralement obtenir en utilisant une strateacutegie impliquant un point de consigne de tempeacuterature unique

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Tableau 5 Performances drsquoun systegraveme combineacute theacuteorique affichant une puissance de chauffage des locaux de 10 kW en utilisant une strateacutegie simple de commande de point de consigne de tempeacuterature drsquoeau unique (capaciteacute de chauffage des locaux compenseacutee par des cycles de marche-arrecirct)

Mode de fonctionne -ment

Pondeacuter-ation

Temp de lrsquoeau drsquoalimentati on (degF)

Temp de lrsquoeau de retour du reacuteseau principal (degF)

Deacutebit du systegraveme de traitement drsquoair (pi3min)

Mesure de la performance eacutenergeacutetique mode activeacute deacutesactiveacute ()

Contribution FPT

Chauffage des locaux 100

8 140 120 800 85 007

Chauffage des locaux 40

49 140 120 800 80 039

Chauffage des locaux 15

25 140 120 800 75 018

Chauffage de lrsquoeau

18 140 58 mdash 92 017

Total 100 081

Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables bull Performances globales Une cote de facteur de performance totale (FPT) de 092

placerait le systegraveme combineacute dans la plage des performances eacuteleveacutees

bull Performances en mode de chauffage de lrsquoeau Comme dans le cas du sceacutenario impliquant un point de consigne de tempeacuterature unique le systegraveme assure une condensation en mode de chauffage de lrsquoeau avec un FPCE de 92 Il serait possible drsquoameacuteliorer leacutegegraverement lrsquoefficaciteacute du systegraveme de chauffage de lrsquoeau si un point de consigne de tempeacuterature de lrsquoeau infeacuterieur agrave la valeur de 140 degF utiliseacutee dans le premier cas de figure eacutetait appliqueacute La norme P9 permet drsquoutiliser un point de consigne pouvant descendre jusqursquoagrave 120 degF dans le cas de lrsquoeau potable La tempeacuterature de consigne nrsquoa plus besoin drsquoecirctre la mecircme que celle requise pour une charge de chauffage de locaux maximale il est donc possible de la reacuteduire agrave la plage de 120 degF Pour simplifier la comparaison des deux systegravemes dans les tableaux 5 et 6 aucun point de consigne de systegraveme de chauffage drsquoeau potable reacuteduit nrsquoa pas eacuteteacute inclus dans le tableau 6

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bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge totale Dans ce mode le rendement eacutenergeacutetique est plus faible La tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation doit ecirctre au plus haut pour satisfaire la charge la tempeacuterature de lrsquoeau de retour sera donc elle aussiplus eacuteleveacutee dans ce modeComme le systegraveme fonctionnera rarement dans ce mode cette mauvaise performance ne repreacutesente qursquoune petite fraction de la pondeacuteration FPT

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge partielle Les tempeacuteratures drsquoalimentation du systegraveme de chauffage de lrsquoeau sont abaisseacutees progressivement pour satisfaire des demandes en charge partielle moindres Les tempeacuteratures peuvent ecirctre abaisseacutees bien en deccedilagrave du reacuteglage preacutevu pour le chauffage de lrsquoeau du robinet Cette condition se traduit par des tempeacuteratures drsquoeau de retour plus basses qursquoen conditions de charge totale Ces deux facteurs font que lrsquoefficaciteacute est plus importante en conditions de charge partielle qursquoen conditions de charge totale Le chauffe-eau fonctionnera en mode de condensation pour les deux points de charge de chauffage de locaux (40 et 15 )

bull Vitesse de ventilateur Eacutetant donneacute que la puissance de chauffage requise diminue la vitesse de ventilateur diminue aussiCela se traduit par un niveau sonore reacuteduit un fonctionnement du ventilateur plus long avec des cycles moins freacutequents et une reacuteduction importante de la consommation drsquoeacutenergie Cette condition peut aussi reacuteduire les plaintes lieacutees au confort le fonctionnement plus long agrave des deacutebits drsquoair reacuteduits ameacuteliorant la reacutepartition de lrsquoair chaud pendant les saisons intermeacutediaires

bull Controcircle de la tempeacuterature de lrsquoair inteacuterieur Le fait de moduler la puissance de chauffage en faisant varier la tempeacuterature de lrsquoeau et la vitesse du ventilateur peut se traduire par une tempeacuterature drsquoair inteacuterieur plus homogegravene avec des eacutecarts de tempeacuteratures moins grands au-dessus et au-dessous des points de consigne du thermostat Ce pheacutenomegravene pourrait inciter les proprieacutetaires de reacutesidence agrave augmenter le point de consigne de chauffage pour eacutetablir des conditions de confort acceptables

bull Incidences sur le zonage Le zonage sera plus compliqueacute avec un systegraveme affichant une puissance fixe et une vitesse de ventilateur unique

Ilest possible drsquoameacuteliorer la strateacutegie 1 en augmentant encore la dimension drsquoun serpentin deacutejagrave surdimensionneacute dans le systegraveme de traitement drsquoair Cette option implique toutefois des limites pratiques car des serpentins bien plus grands neacutecessiteront une plus grande quantiteacute de cuivre et un formage plus important et cela accentuera le coucirct total du systegraveme sans compter qursquoil faudra aussi preacutevoir des armoires plus grandes pour le systegraveme de traitement drsquoair De plus les pertes de chaleur par cycle augmenteront et il sera plus difficile drsquoobtenir des performances eacuteleveacutees en charge partielle Le fait drsquoappliquer la strateacutegie 1 agrave un systegraveme de chauffage combineacute agrave haute performance peut srsquoaveacuterer trop oneacutereux pour valoir le coup

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64 Strateacutegie 2 Tempeacuterature drsquoeau variable

Cette meacutethode est identique agrave celle appliqueacutee dans les appareils de chauffage agrave air chaud multieacutetage Le principe consiste agrave faire fonctionner le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair ensemble pour optimiser le rendement eacutenergeacutetique tout en reacuteduisant au minimum le coucirct et la complexiteacute des composants

Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair Cette strateacutegie consiste agrave exploiter avantageusement la capaciteacute inteacutegreacutee du chauffe-eau pour faire varier la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation La tempeacuterature du point de consigne du chauffe-eau varie en fonction de la charge de chauffage des locaux On utilise des reacuteglages de tempeacuterature drsquoeau drsquoalimentation faibles pour satisfaire aux conditions de chauffage des locaux en charge partielle On fait eacutegalement varier les vitesses du ventilateur du systegraveme de traitement drsquoair en srsquoappuyant sur un principe de controcircle de reacuteglage exteacuterieur ou de minuterie pour augmenter les paramegravetres Lorsqursquoune demande de chaleur a eacuteteacute satisfaite le ventilateur continue de fonctionner agrave des vitesses reacuteduites pour eacuteviter les problegravemes lieacutes aux courants froids et au bruit Du coup le serpentin et les conduites retiennent moins de chaleur et on deacuteplore moins de perte de chaleur par la suite compareacute au premier cas de figure Le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair doivent tous deux cerner la demande qursquoils sont censeacutes satisfaire Leurs commandes ne doivent pas pour autant ecirctre physiquement inteacutegreacutees drsquoune faccedilon ou drsquoune autre Cette strateacutegie de controcircle est traiteacutee plus en deacutetail agrave la section 40

Serpentin(s) de chauffage de locaux Pour simplifier la comparaison nous partirons du principe que des serpentins laquo surdimensionneacutes raquo similaires sont utiliseacutes comme dans le premier cas de figure de sorte que les performances du chauffage de pointe des locaux soient identiques dans les deux cas

Conditions de chauffage de locaux en charge partielle Le chauffe-eau relegraveve une demande de chauffage de locaux et se met en route en acheminant une eau drsquoalimentation agrave basse tempeacuterature au systegraveme de traitement drsquoair Si la demande de chauffage nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute le chauffe-eau augmente progressivement la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation Le systegraveme de traitement drsquoair surveille la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation et augmente progressivement la vitesse du ventilateur lorsque la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation est plus eacuteleveacutee

Illustration des performances P9 Le tableau 6 donne une preacutesentation theacuteorique du type de rendement que lrsquoon peut obtenir en appliquant une strateacutegie de controcircle simple mettant en œuvre des

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tempeacuteratures drsquoeau et des vitesses de ventilateur variables Les tempeacuteratures et les deacutebits drsquoair du ventilateur preacutesenteacutes dans le tableau 6 ont eacuteteacute choisis agrave titre indicatif uniquement Ils ne repreacutesentent pas des reacuteglages pleinement optimiseacutes applicables agrave un systegraveme de chauffage combineacute

Tableau 6 Performances drsquoun systegraveme de chauffage combineacute theacuteorique offrant une puissance de chauffage des locaux de 10 kW en utilisant une strateacutegie de controcircle de tempeacuteratures drsquoeau et de vitesses de ventilateur variables (variation de la capaciteacute de chauffage des locaux par modulation du deacutebit drsquoair et de la tempeacuterature de lrsquoeau)

Mode de fonctionne -ment

Pondeacuter-ation

Temp de lrsquoeau drsquoalimen-tation (degF)

Temp de lrsquoeau de retour du reacuteseau principal (degF)

Deacutebit du systegraveme de traitement drsquoair (pi3min)

Mesure de la performance eacutenergeacutetique mode activeacute deacutesactiveacute ()

Contribution FPT

Chauffage des locaux 100

8 140 120 800 85 007

Chauffage des locaux 40

49 110 102 600 92 045

Chauffage des locaux 15

25 90 87 500 94 023

Chauffage de lrsquoeau

18 140 58 --- 92 016

Total 100 092

Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables bull Performances globales Une cote de facteur de performance totale (FPT) de 092

placerait le systegraveme combineacute dans la plage des performances eacuteleveacutees

bull Performances en mode de chauffage de lrsquoeau Comme dans le cas du sceacutenario impliquant un point de consigne de tempeacuterature unique le systegraveme assure une condensation en mode de chauffage de lrsquoeau avec un FPCE de 92 Il serait possible drsquoameacuteliorer leacutegegraverement lrsquoefficaciteacute du systegraveme de chauffage de lrsquoeau si un point de consigne de tempeacuterature de lrsquoeau infeacuterieur agrave la valeur de 140 degF utiliseacutee dans le premier cas de figure eacutetait appliqueacute La norme P9 permet drsquoutiliser un point de

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consigne pouvant descendre jusqursquoagrave 120 degF dans le cas de lrsquoeau potable La tempeacuterature de consigne nrsquoa plus besoin drsquoecirctre la mecircme que celle requise pour une charge de chauffage de locaux maximale il est donc possible de la reacuteduire agrave la plage de 120 degF Pour simplifier la comparaison des deux systegravemes dans les tableaux 5 et 6 aucun point de consigne de systegraveme de chauffage drsquoeau potable reacuteduit nrsquoa pas eacuteteacute inclus dans le tableau 6

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge totale Dans ce mode le rendement eacutenergeacutetique est plus faible La tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation doit ecirctre au plus haut pour satisfaire la charge la tempeacuterature de lrsquoeau de retour sera donc elle aussi plus eacuteleveacutee dans ce mode Comme le systegraveme fonctionnera rarement dans ce mode cette mauvaise performance ne repreacutesente qursquoune petite fraction de la pondeacuteration FPT

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge partielle Les tempeacuteratures drsquoalimentation du systegraveme de chauffage de lrsquoeau sont abaisseacutees progressivement pour satisfaire des demandes en charge partielle moindres Les tempeacuteratures peuvent ecirctre abaisseacutees bien en deccedilagrave du reacuteglage preacutevu pour le chauffage de lrsquoeau du robinet Cette condition se traduit par des tempeacuteratures drsquoeau de retour plus basses qursquoen conditions de charge totale Ces deux facteurs font que lrsquoefficaciteacute est plus importante en conditions de charge partielle qursquoen conditions de charge totale Le chauffe-eau fonctionnera en mode de condensation pour les deux points de charge de chauffage de locaux (40 et 15 )

bull Vitesse de ventilateur Eacutetant donneacute que la puissance de chauffage requise diminue la vitesse de ventilateur diminue aussiCela se traduit par un niveau sonore reacuteduit un fonctionnement du ventilateur plus long avec des cycles moins freacutequents et une reacuteduction importante de la consommation drsquoeacutenergie Cette condition peut aussi reacuteduire les plaintes lieacutees au confort le fonctionnement plus long agrave des deacutebits drsquoair reacuteduits ameacuteliorant la reacutepartition de lrsquoair chaud pendant les saisons intermeacutediaires

bull Controcircle de la tempeacuterature de lrsquoair inteacuterieur Le fait de moduler la puissance de chauffage en faisant varier la tempeacuterature de lrsquoeau et la vitesse du ventilateur peut se traduire par une tempeacuterature drsquoair inteacuterieur plus homogegravene avec des eacutecarts de tempeacuteratures moins grands au-dessus et au-dessous des points de consigne du thermostat

La strateacutegie 2 (tempeacuterature drsquoeau variable) peut donner lieu agrave lrsquoeacutelaboration drsquoun systegraveme de chauffage combineacute efficace preacutesentant de bonnes performances lorsqursquoil est mis agrave lrsquoessai selon la norme CSA P9 et lorsqursquoil est installeacute dans une vraie reacutesidence Les niveaux de performance varieront en fonction des composants seacutelectionneacutes et des speacutecificiteacutes de lrsquoordonnancement des commandes

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7 Commandes

Les commandes geacuteneacuteriques exigeacutees pour mettre en œuvre la strateacutegie privileacutegieacutee impliquant une tempeacuterature variable quia eacuteteacute deacutecrite dans la derniegravere section peuvent srsquoaveacuterer relativement simples Quelques chauffe-eau agrave la demande proposent deacutejagrave des commandes de reacuteglage de tempeacuterature Les commandes de tempeacuterature des chauffe-eau agrave la demande types ne sont toutefois pas systeacutematiquement configureacutees pour offrir une fonction de reacuteglage de tempeacuterature baseacutee sur la charge Quasiment tous les chauffe-eau agrave la demande actuellement disponibles sont eacutequipeacutes pour accueillir des commandes de tempeacuterature inteacutegreacutees ou monteacutees agrave distance permettant agrave lrsquoutilisateur de reacutegler manuellement la tempeacuterature drsquoalimentation agrave partir du chauffe-eau

En principe il devrait ecirctre possible de concevoir un module drsquointerface de commande simple qui viendrait se brancher dans les fiches de connexion de la commande de tempeacuterature existante La nouvelle commande simulerait lrsquoaction du controcircleur de tempeacuterature standard reacutegleacute manuellement de maniegravere agrave offrir une fonction de reacuteinitialisation de tempeacuterature automatique du chauffe-eau Toutes les commandes de seacutecuriteacute resteraient fonctionnelles

Une strateacutegie de controcircle simple peut offrir des performances eacuteleveacutees Les facteurs cleacutes agrave prendre en compte sont les suivants

bull deacuteterminer si une demande tient compte des besoins en chauffage drsquoeau chaude domestique

bull en mode de chauffage des locaux uniquement utiliser une minuterie ou un controcircle de reacuteglage exteacuterieur (ou un capteur de charge infeacuterentielle similaire) pour faire augmenter progressivement la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation

bull preacutevoir un systegraveme de traitement drsquoair faisant varier le deacutebit drsquoair en fonction de la tempeacuterature de lrsquoeau qui arrive dans lrsquoappareil du deacutelai pendant lequel une demande de chauffage perdure ou drsquoun signal direct du capteur de commande de charge

Ilest inteacuteressant de souligner que le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair nrsquoont pas besoin de communiquer directement ni de posseacuteder des commandes communes pour mettre en œuvre certaines des strateacutegies de controcircle deacutecrites

Lorsque les commandes du systegraveme deacutetectent qursquoune demande de chauffage a eacuteteacute satisfaite le systegraveme de traitement drsquoair devrait continuer de fonctionner suffisamment longtemps pour extraire toute la chaleur reacutesiduelle du serpentin et la transfeacuterer vers le courant drsquoair Pour eacuteviter les problegravemes de confort thermique il est souhaitable de reacuteduire la vitesse du ventilateur pendant cette peacuteriode de temporisation de la

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ventilation Le fonctionnement continu du ventilateur avec un reacuteglage de vitesse faible offrira automatiquement cette fonctionnaliteacute sans neacutecessiter de quelconques commandes intelligentes Cette option aurait lrsquoavantage suppleacutementaire drsquoassurer une reacutepartition de la tempeacuterature uniforme agrave lrsquointeacuterieur de la reacutesidence Elle serait eacutegalement utile pour reacutepartir lrsquoair frais si le systegraveme combineacute est installeacute avec un ventilateur-reacutecupeacuterateur de chaleur (VRC) ou un autre type de systegraveme de ventilation

Des commandes soigneusement conccedilues contribueront en bout de ligne agrave assurer ou reacutetablir lrsquoefficaciteacute du systegraveme combineacute Les commandes devraient ecirctre en mesure de deacuteterminer srsquoil y a une demande de chauffage des locaux ou de chauffage de lrsquoeau ou une demande concernant les deux modes Les commandes devront deacuteterminer lrsquoamplitude de chaque charge et reacutepondre de maniegravere approprieacutee en faisant varier certains paramegravetres agrave la fois pour le systegraveme de chauffage des locaux (systegraveme de traitement drsquoair par exemple) et pour le geacuteneacuterateur de chaleur (notamment si la source de chauffage est un chauffe-eau agrave la demande) En cas de demande de chauffage drsquoeau eacuteleveacutee il se peut qursquoune solution de commande prioritaire drsquoeau chaude domestique constitue la meilleure option Les commandes peuvent deacuteduire lrsquoamplitude des charges de chauffage des locaux au moyen de divers meacutecanismes y compris en surveillant les cycles de fonctionnement du thermostat et de signaux drsquoentreacutes directs transmis par une commande de charge infeacuterentielle telle qursquoune commande de reacuteglage exteacuterieur

La figure 3 preacutesente un algorithme simplifieacute de commandes geacuteneacuteriques pour la section chauffe-eau drsquoun systegraveme combineacute utilisant quatre eacutetapes de reacuteglage de tempeacuterature drsquoeau pour le chauffage des locaux et une seule pour le chauffage de lrsquoeau

La logique de commande illustreacutee agrave la figure 3 constitue uniquement un exemple de strateacutegie de controcircle rudimentaire qui pourrait ecirctre utiliseacutee pour assurer des performances eacuteleveacutees dans des modes de chauffage de locaux sans neacutecessiter lrsquoutilisation de composants oneacutereuxLrsquoalgorithme de commande pourrait ecirctre ameacutelioreacute si le controcircleur avait lrsquointelligence neacutecessaire pour lui permettre drsquoassimiler les eacutetapes de chauffage requises en surveillant la dureacutee des demandes de chauffage des locaux sur plusieurs cycles de chauffage reacutecents

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e

Mode drsquoattente Chauffe-eauagrave la demande en attente de signal

Demande de chauffage (lrsquoeaucircule dans le chauffe-eau)

Demandedrsquoeauchaude

domestique

Activationdu chauffagede lrsquoeacutetape 1 THERM90 ordmF Ventilateur Vitesse 1 Deacuteclencherle minuteursur 5 min

Demandesatisfaite avantlrsquoexpiration

du deacutelaiduminuteur

Oui

Oui

No

Reacuteglage du THERM sur le point de consigne de lrsquoeau chaude domestique THERM = 140 degF Couperlecirculateurde chauffagedelocaux (facultatif) Attendre lafin de la demande drsquoeau chaude domestique

Demande de

chauffage satisfait

Non

Oui

Activation du chauffage de lrsquoeacutetape 2 THERM = 105 degF Ventilateur Vitesse 2 Deacuteclencher le minuteur sur3 min

Activation du chauffage de lrsquoeacutetape 3 THERM = 120 degF Ventilateur Vitesse 3 Deacuteclencher le minuteur sur3 min

Activation du chauffage MAX THERM = 140 degF Ventilateur Vitesse 4 Mettrefin agravelademande de chauffage

Figure 3 Logique de lrsquoalgorithme simplifieacute de commande de chauffe-eau pour unsceacutenario de chauffage en quatre eacutetapes

Voici trois options de commande de vitesse de ventilateur de systegraveme de traitement drsquoair associeacutees agrave la meacutethode de chauffage drsquoeau illustreacutee agrave la figure 3

Commandes indirectes baseacutees sur la tempeacuteratureRaccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont bien distinctes les unes des autres mais elles fonctionnement de maniegravere compleacutementaire

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Principe de fonctionnement Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetecte la tempeacuterature de lrsquoeau chaude drsquoadmissionPlus la tempeacuterature de lrsquoeau est eacuteleveacutee plus les commandes du systegraveme de traitement drsquoair augmentent le deacutebit drsquoair

Discussion Les commandes du chauffe-eau augmentent la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque la demande nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetecte la tempeacuterature plus eacuteleveacutee et fait circuler plus drsquoair dans les serpentins pour lrsquoutiliser

Aspect meacutecanique Un puits de tempeacuterature est installeacute dans la conduite drsquoeau drsquoalimentation drsquoarriveacutee agrave lrsquointeacuterieur du systegraveme de traitement drsquoairLe reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur serait ajusteacute en installant un module de commande de systegraveme de traitement drsquoair qui mesure la tempeacuterature de lrsquoeau achemineacutee au systegraveme de traitement drsquoair depuis le chauffe-eau pendant une demande de chauffage de locaux transmise au systegraveme de traitement drsquoair La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signal de commande transmis au panneau de controcircle du systegraveme de traitement drsquoair par le thermostat du systegraveme de CVCA

Commandes indirectes baseacutees sur le minuteur Raccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont bien distinctes les unes des autres mais elles fonctionnement de maniegravere compleacutementaire

Principe de fonctionnement Le deacutebit drsquoair du systegraveme de traitement drsquoair varie en fonction de la dureacutee de la demande de chauffage afin de coiumlncider avec les minutages de commande de tempeacuterature indiqueacutes agrave la figure 3

Discussion Les commandes du chauffe-eau augmentent la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque la demande nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetermine la dureacutee de la demande de chauffage et fait circuler plus drsquoair dans les serpentins afin de se conformer aux eacutetapes de tempeacuterature programmeacutees

Aspect meacutecanique Le reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur serait ajusteacute en installant un module de commande de systegraveme de traitement drsquoair qui reacutegule le deacutebit drsquoair en fonction de la dureacutee de la demande de chauffage La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signalde commande transmis au panneau de controcircle du systegraveme de traitement drsquoair par le thermostat du systegraveme de CVCA

Controcircle direct Raccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont toutes deux controcircleacutees au moyen drsquoun nouveau controcircleur combineacute inteacutegreacute posseacutedant une interface directe avec le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair

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Principe de fonctionnement Le nouveau controcircleur fait varier le deacutebit drsquoair du systegraveme de traitement drsquoair et la tempeacuterature de lrsquoeau de maniegravere agrave optimiser le rendement du chauffage

Discussion Cette strateacutegie de controcircle direct suppose le deacuteveloppement drsquoun nouveau composant de commande Le controcircleur peut utiliser des reacuteglages de fonctionnement plus sophistiqueacutes afin drsquoameacuteliorer le rendement dans tous les modes de fonctionnement

Aspect meacutecanique Le reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur et la tempeacuterature de lrsquoeau achemineacutee au systegraveme de traitement drsquoair seraient directement controcircleacutes par un nouveau controcircleur combineacute inteacutegreacute La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signal de commande transmis au controcircleur par le thermostat du systegraveme de CVCA

Chauffe-eau - Mode de chauffage de lrsquoeau du robinet Les algorithmes de chauffage de lrsquoeau du robinet ne changent pas par rapport agrave ceux du module de commande standard La seule diffeacuterence reacuteside dans le fait que le chauffe-eau utilise un contacteur de deacutebit ou un deacutebitmegravetre pour repeacuterer un tirage drsquoeau chaude (ou une arriveacutee drsquoeau froide) et comprendre qursquoune demande de chauffage drsquoeau a eacuteteacute faite Si une demande de chauffage de locaux intervient simultaneacutement le chauffe-eau pourrait honorer les deux demandes en tenant compte du reacuteglage de tempeacuterature de sortie requise de lrsquoeau du robinet Une autre option consisterait agrave prendre en compte par deacutefaut le reacuteglage du mode de chauffage de lrsquoeau Un mode de controcircle plus sophistiqueacute pourrait potentiellement temporiser le chauffage des locaux lorsque cela srsquoavegravere neacutecessaire pour reacutepondre agrave des demandes de chauffage drsquoeau eacuteleveacutees ou pour activer la distribution de chauffage des locaux en utilisant des reacuteglages de tempeacuterature optimiseacutes Ce cas de figure est illustreacute agrave la figure 4

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8 Composants

Pour bien fonctionner les systegravemes de chauffage combineacutes doivent ecirctre doteacutes de composants haute performance que ce soit dans une configuration dite laquo installeacutee raquo ou dans une configuration drsquoessai selon la norme CSA P9 La preacutesente section a pour objectif drsquoaider les fabricants de chauffe-eau agrave la demande

bull agrave concevoir leur propre systegraveme de traitement drsquoair

bull agrave eacutetablir un partenariat avec un autre fabricant qui fournirait un systegraveme de traitement drsquoair pour leur systegraveme apregraves avoir deacutetermineacute

ndash les composants requis

ndash la mesure dans laquelle un modegravele de systegraveme de traitement drsquoair existant aurait besoin drsquoecirctre affineacute pour reacutepondre agrave leurs besoins

bull agrave eacutetablir les modifications qursquoil faut apporter au systegraveme monobloc dans son ensemble pour ameacuteliorer les performances

81 Systegraveme de traitement drsquoair

Le systegraveme de traitement drsquoair doit inclure les composants neacutecessaires pour fournir de la chaleur et faire circuler de lrsquoair Les eacuteleacutements agrave prendre en compte sont des serpentins de chauffage de locaux un moteur de ventilateur une pompe et un puits de tempeacuterature Ces eacuteleacutements sont deacutecrits plus en deacutetail ci-dessous

82 Serpentins de chauffage de locaux

Les serpentins de chauffage de locaux doivent ecirctre dimensionneacutes de maniegravere approprieacutee pour que le chauffage des locaux puisse avoir lieu avec une tempeacuterature drsquoalimentation suffisamment basse et une baisse de tempeacuterature de lrsquoeau suffisante pour favoriser la condensation dans le geacuteneacuterateur de chaleur lorsque le systegraveme fonctionne en conditions de charge partielle (et ideacutealement en conditions de pleine charge eacutegalement)

Geacuteneacuteralement les serpentins quiextraient la chaleur de lrsquoeau sont conccedilus et choisis en tenant compte drsquoune baisse de tempeacuterature de lrsquoeau drsquoenviron 11 degC (20 degF) le long des serpentins aux conditions de chauffage nominales La seacutelection preacutealable du serpentin peut ecirctre faite en utilisant un logiciel deacutejagrave proposeacute par divers fabricants de serpentins Dans la plupart des cas le modegravele logiciel calcule la puissance de chauffage drsquoun

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serpentin de chauffage agrave eau chaude en se fondant sur la mesure des performances du conditionnement drsquoair pour des serpentins ayant une construction et des geacuteomeacutetries similaires Du coup la puissance de chauffage reacuteelle pour une condition nominale donneacutee peut diffeacuterer leacutegegraverement de celle preacutedite par le logiciel

Ilest recommandeacute de veacuterifier la performance reacuteelle du serpentin choisi (puissance de chauffage baisse de la tempeacuterature de lrsquoeau baisse de la pression statique sur le cocircteacute air et eau) en effectuant des essais internes Lorsque cette eacutetape a eacuteteacute exeacutecuteacutee le modegravele logiciel peut fournir une aide preacutecieuse pour seacutelectionner le serpentin et devrait proposer des indications plutocirct fiables concernant les changements de performance du serpentin aux diffeacuterentes conditions projeteacutees Les informations ainsi collecteacutees devraient ecirctre utiles pour concevoir et affiner des reacuteglages et des strateacutegies de controcircle plus eacutevolueacutes en vue drsquooptimiser le rendement du systegraveme en conditions de chauffage en charge partielle

Voici les eacuteleacutements agrave prendre en compte

Diamegravetre du serpentin drsquoeau et nombre de spires ndash Un grand diamegravetre de canalisation reacuteduira au minimum la baisse de pression de lrsquoeau ainsi que lrsquoeacutenergie utiliseacutee par le systegraveme de circulation drsquoeau Un petit diamegravetre de canalisation permettra drsquoopter pour un serpentin moins oneacutereux eacutetant donneacute qursquoil faudra moins de cuivre dans le serpentin Cependant des petits tubes neacutecessiteront une eacutenergie de pompage supeacuterieure et feront augmenter les pheacutenomegravenes drsquousure et drsquoeacuterosion des tubes si une puissance de pompe suffisante est appliqueacutee pour offrir le deacutebit drsquoeau nominal Concregravetement le fait drsquoutiliser un serpentin avec des tubes trop petits reacuteduira la puissance de chauffage fournie par le serpentin En effet le fabricant utilisera vraisemblablement le mecircme circulateur standard quel que soit le serpentin retenu Les TECA hydronic and combo guideline (Directives sur les systegravemes hydroniques et combineacutes de la TECA)1

(article 814) preacutecisent que le deacutebit de lrsquoeau qui traverse le systegraveme de chauffage ne doit pas deacutepasser quatre (4) pieds par seconde

Nombre drsquoailettes par pouce ndash Plus le nombre drsquoailettes par pouce est eacuteleveacute plus la surface de transmission de chaleur et la puissance de chauffage augmentent cela creacutee cependant une baisse de pression supeacuterieure sur le cocircteacute air du serpentin Un certain degreacute de perte de pression dans le serpentin est utile pour assurer un deacutebit drsquoair homogegravene dans le serpentin notamment dans une configuration de laquo purge raquo qui est couramment utiliseacutee dans les ventilo-convecteurs combineacutes servant au chauffage des locauxLes speacutecifications des serpentins de chauffage peuvent faire eacutetat drsquoun nombre drsquoailettes variant de 6 ailettes par pouce agrave 14 ailettes par pouce Les serpentins de chauffage hydronique standard comportent 12 ou 14 ailettes par pouce Les serpentins doteacutes drsquoun grand nombre drsquoailettes sont plus facilement encrasseacutes par de la poussiegravere

1 Thermal Environmental Comfort Association (TECA) Surrey (C-B) Hydronic amp Combo Guidelines for the Design and Installation of Hot Water Heating Systems and Combination Hot Water amp Space Heating Systems 8th Edition August 2009 (Directives concernant les systegravemes hydroniques et combineacutes conception et installation de systegravemes de chauffage drsquoeau chaude et de systegravemes combineacutes de chauffage drsquoeau chaude et de locaux 8e eacutedition aoucirct 2009) [wwwtecaca]

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ou des deacutebris Selon les reacutesultats du logiciel de modeacutelisation du serpentin la preacutesence de 12 ailettes ou mecircme 14 semble ecirctre un choix raisonnable pour un serpentin de chauffage de locaux haute performance agrave condition que le serpentin soit choisi avec une surface suffisamment importante pour maintenir la vitesse frontale de lrsquoair faible agrave la puissance de chauffage theacuteorique

Figure 5 Exemple de serpentin de chauffage de locaux laquo surdimensionneacute raquo utiliseacute dans une application de systegraveme de traitement drsquoair hydronique

83 Moteur de ventilateur

Le systegraveme de traitement drsquoair devrait utiliser un moteur de ventilateur agrave commutation eacutelectronique (MCE) et ecirctre exploiteacute en utilisant un systegraveme de controcircle agrave vitesse multiple ou agrave vitesse variable Cette option permettrait de moduler le deacutebit drsquoair et la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque le systegraveme fonctionne agrave une puissance infeacuterieure agrave sa puissance de chauffage nominale maximaleLa capaciteacute agrave utiliser un mode de circulation continu agrave faible puissance et faible vitesse serait particuliegraverement utile en cas de fonctionnement aux points de consigne de 15 et 40 pour lesquels il est primordial de collecter et de distribuer toute la chaleur reacutesiduelle des serpentins de chauffage la norme P9 tenant compte uniquement de la chaleur qui est reacuteellement transfeacutereacutee dans le courant drsquoair

La modulation du deacutebit drsquoair et de la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation permettra drsquoobtenir des tempeacuteratures drsquoair distribueacute confortables ainsi que des performances de chauffage eacuteleveacutees

Un MCE doteacute drsquoune programmation de deacutebit drsquoair constant surclassera vraisemblablement un MCE qui utilise une programmation de couple constant car le

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systegraveme compensera au moins partiellement les diffeacuterences entre les pressions statiques nominales et les pressions statiques reacuteellement eacutetablies Cette solution peut srsquoaveacuterer indispensable pour srsquoassurer que les performances de la combustion dans des conditions reacuteelles variables correspondent aux performances obtenues lors drsquoessais dans le laboratoire

Une programmation de deacutebit drsquoair constant sera probablement essentielle pour obtenir des performances acceptables dans le cas drsquoun systegraveme combineacute reacuteparti

84 Circulateurpompe

Ilest important de choisir le bon circulateur pour acheminer le deacutebit approprieacute en fonction de la pression statique eacutetablie qui sera en vigueur Les pertes de pression dans les diffeacuterents chauffe-eau agrave la demande varient Le fait drsquoutiliser un circulateur qui fournit un deacutebit trop important se traduira par une petite baisse de tempeacuterature dans le circuit drsquoeau qui traverse le serpentin et par une tempeacuterature drsquoeau de retour eacuteleveacutee vers le chauffe-eau Un deacutebit trop faible entraicircne des capaciteacutes de chauffage faibles Des circulateurs hydroniques sont offerts avec trois vitesses seacutelectionnables et des deacutebits de pompe nominaux Par contre les moteurs utiliseacutes dans les circulateurs types agrave plusieurs vitesses ne sont pas aussi efficaces que les moteurs agrave CE Des circulateurs agrave vitesse variable eacutequipeacutes de moteurs agrave CE font leur apparition sur le marcheacute mais ils ne sont pas encore couramment utiliseacutes dans les applications combineacutees

Ideacutealement les pompes de circulation des systegravemes combineacutes eacutevolueacutes devraient consister en un concept agrave modulation agrave vitesse variable capable drsquoameacuteliorer le rendement et de compenser les diffeacuterentes configurations de canalisation Ce type de concept est deacutejagrave disponible et pourrait ecirctre mis en œuvre degraves maintenant il pourrait aussi ecirctre mis de cocircteacute jusqursquoagrave ce que la prochaine geacuteneacuteration de systegravemes de chauffage combineacutes eacutevolueacutes soit mise au point Les premiers reacutesultats drsquoessais en laboratoire ont montreacute qursquoil est possible drsquoobtenir de bonnes performances conformes agrave la norme CSA P9 sans utiliser des pompes de circulation agrave vitesse variable et des commandes auxiliaires coucircteuses Agrave lrsquoavenir agrave mesure que le coucirct des circulateurs agrave vitesse variable doteacutes de moteurs agrave CE baissera et que les commandes inteacutegreacutees seront mieux accepteacutees leur utilisation dans des applications de chauffage combineacute sera plus rentable

85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)

Si lrsquoon conccediloit le reacuteseau de plomberie de maniegravere agrave pouvoir y installer des bouchons de controcircle de tempeacuterature drsquoeau et de pression les essais internes et les mesures de mise en service seront simplifieacutes De plus il sera plus facile de purger lrsquoair des circuits

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hydroniques Il est possible drsquoutiliser des sondes de tempeacuteratures monteacutees agrave lrsquoexteacuterieur pour effectuer les mesures de mise en service sur le terrain si des sections de conduites de cuivre ameacutenageacutees dans des endroits strateacutegiques sont prises en compte lors de la conception

86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau

Certains chauffe-eau agrave la demande de type chaudiegravere possegravedent des points de consignes et des algorithmes de controcircle distincts pour le chauffage des locaux et celui de lrsquoeau Drsquoautres ont besoin de savoir si la charge concerne le chauffage des locaux ou celui de lrsquoeau potable Dans ce cas on peut utiliser divers capteurs et surveiller eacutegalement les signaux transmis par un deacutebitmegravetre drsquoeau installeacute dans le reacuteseau drsquoeau potable ou un deacutebitmegravetre installeacute dans le circuit de chauffage des locaux Bon nombre de chauffe-eau agrave la demande utilisent de tels capteurs dans leurs circuits de commande de brucircleur afin de faire coiumlncider les allures de chauffe avec les chargesDans les applications combineacutees lrsquoutilisation de commandes capables de diffeacuterencier les charges deacutepend de la logique de controcircle prioritaire de demande drsquoeau chaude domestique

87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes

Les canalisations drsquoeau ameacutenageacutees entre le geacuteneacuterateur de chaleur et le systegraveme combineacute devraient ecirctre dimensionneacutees de maniegravere agrave eacuteviter des baisses de pression excessives

Toutes les canalisations en cuivre exteacuterieures doivent ecirctre isoleacutees conformeacutement aux pratiques de lrsquoindustrie Il se peut que les avantages lieacutes agrave lrsquoisolation des canalisations drsquointerraccordement ne soient pas tregraves importants si les sections de conduites sont courtes et si elles contiennent des tuyaux en polyeacutethylegravene reacuteticuleacute ou un type de conduite similaire preacutesentant moins de perte de chaleur que les conduites en cuivre

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9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes

La preacutesente section contient des directives et certaines observations agrave lrsquointention des fabricants de systegravemes de chauffage combineacutes dans le but drsquoaider ces derniers agrave mettre agrave lrsquoessai leurs systegravemes agrave lrsquointerne Lrsquoexeacutecution drsquoessais agrave lrsquointerne en utilisant un montage simplifieacute permettra aux fabricants de mieux cerner les performances de leurs concepts et commandes prototypes lorsqursquoils sont mis agrave lrsquoessai dans une installation indeacutependante conformeacutement agrave la norme CSA P9 (P10 pour les fabricants de SMI) Les essais en question ne doivent pas forceacutement ecirctre conccedilus pour geacuteneacuterer des reacutesultats de performance preacutecis agrave 100 mais ils sont consideacutereacutes comme indispensables pour le deacuteveloppement et le cycle drsquooptimisation du produit les avantages drsquoun concept et drsquoun fonctionnement de systegraveme ameacutelioreacutes pouvant rapidement sauter aux yeux lorsque lrsquoon compare les reacutesultats des essais reacutealiseacutes laquo avant raquo et laquo apregraves raquo

En geacuteneacuteral il nrsquoest pas rentable de payer un laboratoire drsquoessais indeacutependant pour proceacuteder agrave la premiegravere eacutevaluation drsquoun systegraveme de chauffage combineacute complet Les coucircts lieacutes au laboratoire et les deacutefis lieacutes aux ingeacutenieurs concepteurs qui prescrivent des reacuteglages lorsqursquoils ne sont pas sur place rendent cette option probleacutematique Des essais simplifieacutes reacutealiseacutes dans les propres locaux du fabricant permettent de srsquoassurer que les reacutesultats sont dans la plage approprieacutee degraves le deacutebut

Un scheacutema de montage drsquoessai suggeacutereacute utilisable pour effectuer des mesures conformeacutement agrave la norme CSA P9 est preacutesenteacute dans cette norme La figure 6 ci-dessous illustre une version simplifieacutee de ce scheacutema

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de la piegravece

combineacutes

Appareilsdeconditionnement

Eacutevents pour produits de combustion Appareils de

conditionnement de la piegravece

Salle drsquoessai

Isolant

Meacutelangeur

Approvisionnement en eau

Eacutevents pour air de combustion Conduite drsquoalimentation en combustible

Uniteacute drsquoessai des

systegravemes

Thermocouples Porte Fenecirctre

Mesure de la tempeacuterature et du deacutebit de lrsquoeau

Conduite drsquoair de retour

Thermocouples

Mesure de la tempeacuterature et de lrsquohumiditeacute de lrsquoair

Air drsquoappoint

Mesure du deacutebit drsquoair

Figure 6 Scheacutema simplifieacute illustrant le montage utiliseacute pour exeacutecuter les essais conformeacutement agrave la norme P9 (composants individuels du systegraveme combineacute non illustreacutes)

Le scheacutema preacutesente un dispositif de mesure de lrsquoenthalpie de lrsquoair dans un tunnel baseacute Vsur la norme ASHRAE 37 Lrsquoappareil de mesure de lrsquoair illustreacute sur la figure de la norme utilise un ajutage et un ventilateur drsquoeacutequilibrage pour pouvoir appliquer une technique de mesure du deacutebit drsquoair neacutecessitant une pression diffeacuterentielle eacuteleveacutee (entre 1 et 4 pouces drsquoeau) dans lrsquoajutage Lorsqursquoil est utiliseacute avec des manomegravetres preacutecis cet appareil offre une preacutecision de mesure eacuteleveacutee de lrsquoordre de 1 agrave 2 du deacutebit drsquoair et il geacutenegravere un deacutebit drsquoair bien meacutelangeacute qui permet de mesurer avec preacutecision la tempeacuterature du deacutebit de lrsquoair drsquoalimentation

La norme P9 preacutecise que lrsquoajutage inteacutegreacute agrave lrsquoappareil de mesure de lrsquoenthalpie de lrsquoair en tunnel constitue une meacutethode acceptable pour mesurer le deacutebit drsquoair tout en approuvant expresseacutement (article 36) lrsquoapplication drsquoautres processus de mesure du deacutebit drsquoair agrave condition que les limites de preacutecision mentionneacutees dans la norme soient satisfaites Ceci donne la possibiliteacute drsquoutiliser une technique de mesure du deacutebit drsquoair plus directe ne neacutecessitant pas lrsquoutilisation drsquoun appareil comportant un ventilateur drsquoeacutequilibrage Dans certains cas lrsquoutilisation drsquoune chambre de mesure de deacutebit avec un ventilateur drsquoeacutequilibrage pour reacutegler la pression statique de la conduite drsquoair drsquoalimentation a impliqueacute des problegravemes de stabiliteacute avec des moteurs agrave CE qui ont eacuteteacute

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programmeacutes pour un deacutebit drsquoair constant il est donc avantageux drsquoeacuteviter les ventilateurs drsquoeacutequilibrage

91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz

De nombreux fabricants concevant des systegravemes combineacutes eacutevolueacutes integravegreront des instruments conccedilus pour mesurer la consommation drsquoeacutenergie eacutelectrique la consommation du combustible les performances de combustion la tempeacuterature et la pression (pression du collecteur de gaz pression statique des conduites etc) Si de tels eacutequipements de mesure ne sont pas offerts ilest recommandeacute de les preacutevoirLes compteurs de facturation des compagnies de gaz et drsquoeacutelectriciteacute devraient offrir une preacutecision et une reacutesolution suffisantes pour les essais de deacuteveloppement du produit

92 Enregistreur de donneacutees

Les fabricants devront eacutegalement avoir accegraves agrave un systegraveme drsquoenregistrement de donneacutees dans le cadre de leur travail Il est conseilleacute de preacutevoir un enregistreur qui offre une preacutecision et un nombre de canaux de mesures suffisants pour les tacircches agrave accomplir On estime qursquoil faudra environ huit (8) canaux pour mesurer la tempeacuterature plus quelques canaux analogiques ou numeacuteriques pour prendre en compte les donneacutees des deacutebitmegravetres des transducteurs de pression etc (analogiques ou numeacuteriques selon lrsquoinstrument de mesure seacutelectionneacute) De nombreux fournisseurs proposent un large eacuteventail drsquoenregistreurs de donneacutees Campbell Scientific Fluke Instruments Omega et Measurement Computing (personal DAQ) figurent parmi les fabricants qui proposent des enregistreurs de donneacutees de petite eacutechelle pouvant ecirctre pris en compte Il est recommandeacute de se pencher sur lrsquoassistant logiciel de lrsquoenregistreur de donneacutees seacutelectionneacute au moment drsquoeacutevaluer lrsquoeacutequipement Si le fabricant ne souhaite pas investir dans un enregistreur de donneacutees la location demeure une option mecircme si les eacuteconomies preacutevues dans le cas drsquoune location agrave court terme semblent ecirctre faibles

93 Deacutebit drsquoair

Pour mesurer le deacutebit drsquoair pendant les essais agrave lrsquointerne il est recommandeacute drsquoutiliser une grille de deacutebit drsquoair avec eacutetablissement de moyenne installeacutee dans la conduite drsquoair drsquoalimentation en conjonction avec un manomegravetre diffeacuterentiel de preacutecision De nombreux fournisseurs proposent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans un large eacuteventail de tailles et ces deacutebitmegravetres sont relativement peu chers car ils sont souvent utiliseacutes dans des systegravemes commerciaux de chauffage et de refroidissement agrave deacutebit drsquoair variable Si lrsquoon fait une recherche dans Google en utilisant le segment laquo deacutebitmegravetres drsquoair raquo on trouve plusieurs fournisseurs et liens permettant

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drsquoobtenir de plus amples informations sur le sujet Nailor Industries Inc et Dwyer Instruments sont deux socieacuteteacutes quioffrent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans une grande varieacuteteacute de tailles de conduites

94 Manomegravetres

On trouve eacutegalement de nombreux manomegravetres diffeacuterentiels sur le marcheacute dont les modegraveles varient des manomegravetres agrave tube inclineacute aux transducteurs numeacuteriques de preacutecision Il est important de bien faire correspondre la plage de mesure du transducteur ou du manomegravetre avec la pression fournie par le deacutebitmegravetre sur la plage de deacutebits drsquoair preacutevue Dans le cas des transducteurs numeacuteriques des instruments capacitifs sont reacuteputeacutes bien fonctionner dans la plage de pression diffeacuterentielle basse qui serait normalement prescrite (environ 05 pouce de diffeacuterence de colonne drsquoeau) Setra Instruments MKS Instruments (Baratron) Dwyer Instruments et drsquoautres socieacuteteacutes proposent des transducteurs de pression diffeacuterentielle capacitifs plage basse adapteacutes

95 Tempeacuteratures

Les tempeacuteratures drsquoair drsquoarriveacutee et de sortie peuvent ecirctre mesureacutees en utilisant des thermocouples des thermistances ou des capteurs de conduite geacuteneacuterant une valeur moyenne Du fait de son bas coucirct de sa faciliteacute drsquoutilisation et de sa preacutesence agrave grande eacutechelle sur le marcheacute le thermocouple semble ecirctre lrsquoinstrument approprieacute pour cette application Il est possible de fabriquer un reacuteseau de thermocouples agrave partir drsquoune bobine de fil de thermocouple et de les raccorder entre eux en parallegravele de maniegravere agrave geacuteneacuterer une seule donneacutee repreacutesentant la valeur moyenne De nombreux fournisseurs offrent des fils agrave thermocouple notamment les socieacuteteacutes Thermo Electric Company Inc Omega Inc Watlow Inc etc Il est eacutegalement possible de fabriquer des sondes de tempeacuterature agrave partir des mecircmes fils de thermocouple pour surveiller drsquoautres paramegravetres tels que les tempeacuteratures drsquoeau Il est important de bien utiliser un fil agrave thermocouple plutocirct qursquoun fil de rallonge de lrsquoeacutechelle de mesure identique mais moins preacutecis

96 Mesures du cocircteacute eau

Pour effectuer des mesures du cocircteacute eau dans les serpentins il est neacutecessaire de posseacuteder un deacutebitmegravetre et des sondes de tempeacuterature Ces mesures pourraient ecirctre reacutealiseacutees en utilisant des capteurs distincts (deacutebitmegravetre drsquoeau et sondes de tempeacuterature distinctes par exemple) Il est important de srsquoassurer que lrsquoinsertion drsquoun deacutebitmegravetre dans la boucle drsquoeau ne modifie pas le deacutebit de la pompe de circulation Cela est particuliegraverement important avec des circulateurs agrave faible puissance geacuteneacuteralement utiliseacutes dans des applications combineacutees pour lesquelles lrsquoinstallation drsquoun deacutebitmegravetre agrave turbine conventionnel agrave baisse de pression eacuteleveacutee peut restreindre le deacutebit drsquoeau Ilexiste des deacutebitmegravetres preacutecis sans perte de pression eacuteleveacutee Certains appareils

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peuvent ecirctre acheteacutes deacutejagrave conditionneacutes avec des sondes de tempeacuterature en guise de laquo compteurs drsquoeacutenergie raquo Ils mesurent simultaneacutement les tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de lrsquoeau de retour ainsi que le deacutebit de lrsquoeau et calculent directement le flux drsquoeacutenergie en srsquoappuyant sur ces mesuresKamstrup Siemens Badger Meters Elster Metering ABB Meters et drsquoautres socieacuteteacutes offrent ce type drsquoappareils Les compteurs drsquoeacutenergie autonomes sont habituellement configureacutes avec certains dispositifs permettant de lire les diffeacuterents paramegravetres ainsi que les flux drsquoeacutenergie calculeacutes La plupart offre une fonction de stockage des donneacutees internes etou des sorties numeacuteriques pouvant ecirctre interfaceacutees avec des enregistreurs de donneacutees externes

97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne

La norme CSA P9 exige que le chauffage des locaux soit deacutefini en utilisant deux mesures (cocircteacute air et cocircteacute eau) avec une entente dans une toleacuterance acceptable pour la mise agrave lrsquoessai du systegraveme de chauffage de locaux agrave pleine capaciteacute constant Dans le cas des mesures agrave lrsquointerne entreprises par un fabricant dans le cadre drsquoun projet de deacuteveloppement de produit cibleacute lrsquoentente entre les mesures du cocircteacute air et du cocircteacute eau nrsquoest pas forceacutement requise On suggegravere aux fabricants de se concentrer sur les mesures qui ciblent la strateacutegie de controcircle ou de composant propre agrave lrsquoeacutetude Par exemple si des strateacutegies diffeacuterentes de temporisation du ventilateur ou laquo apregraves fonctionnement raquo sont eacutevalueacutees il est bien plus important de se concentrer sur les mesures du cocircteacute air que drsquoessayer drsquoatteindre un eacutequilibre entre le cocircteacute air et le cocircteacute eau Selon la quantiteacute drsquoeacutenergie laisseacutee dans le serpentin drsquoeau lorsque le ventilateur de soufflante srsquoarrecircte et drsquoautres pertes drsquoeacutenergie du systegraveme il est possible qursquoil nrsquoy ait pas drsquoeacutequilibre drsquoeacutenergie entre les mesures du cocircteacute air et les mesures du cocircteacute eau mecircme avec un instrument des mesures et des calculs laquo parfaits raquo

La norme CSA P9 exige une mesure du deacutebit drsquoair et des tempeacuteratures au moins toutes les cinq (5) secondes Dans le cas des essais agrave lrsquointerne cette freacutequence pourrait ecirctre assouplie pour certaines eacutetapes drsquoessai Par ailleurs une conformiteacute totale agrave la norme P9 suppose un controcircle preacutecis de la tempeacuterature de la salle drsquoessai ougrave se trouve le systegraveme combineacute en vue des essais ainsiqursquoun controcircle preacutecis de la tempeacuterature de lrsquoeau de la ville Dans le cas des essais de deacuteveloppement agrave lrsquointerne ces exigences peuvent eacutegalement ecirctre assouplies agrave condition que les tempeacuteratures ne varient pas trop pendant les essais Un espace commercial conditionneacute ayant une dimension raisonnable ferait lrsquoaffaire au moins pour les phases drsquoessai et de deacuteveloppement initiales

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Flue(combustionmeasurements)

SupplyAirtoSpaceHeatingPlenum

(optionalzonedampers)

ReturnAir

CityWater

TanklessWaterHeater

HotWaterSupplyfromWaterHeater

DHW

CoolWaterreturntoWaterheater

Temperaturemeasurementpoints

Fuelmeter

Flowmeter

Electricalmeteringnotshown

Circulator

98 Agencement des instruments

La figure 7 preacutesente un scheacutema simplifieacute permettant drsquoillustrer lrsquoagencement geacuteneacuteral des emplacements et des paramegravetres de mesure en vue de la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute de chauffe-eau instantaneacute agrave condensation Le deacutebit drsquoair qui traverse la conduite drsquoalimentation du systegraveme de traitement drsquoair sera surveilleacute en utilisant un deacutebitmegravetre agrave valeur moyenne et un manomegravetre (non illustreacute) tel que cela est deacutecrit agrave lrsquoarticle 73

T

T

T T

T T

Alimentation en eau chaude provenant du chauffe-eau

Conduit (mesures de combustion)

Eau chaude domestique

Systegraveme de mesure du combustible

Air dereprise

Retourde lrsquoeau froide vers lechauffe-eau

Chauffe-eau instantaneacute

Air drsquoalimentation achemineacute versle pleacutenum de chauffage(registres de zone facultatifs)

Eau municipale

Deacutebitmegravetre

T

(compteur eacutelectrique non illustreacute)

Points de mesure de la tempeacuterature Circulateur

Figure 8 Scheacutema de mesure simplifieacute applicable agrave la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute baseacute sur un chauffe-eau instantaneacute

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CanmetEacuteNERGIE CanmetEacuteNERGIE de Ressources naturelles Canada est un chef de file canadien dans le domaine de la recherche et deacuteveloppement en eacutenergie propre Les travaux de nos speacutecialistes portent sur lrsquoapprovisionnement drsquoeacutenergie propre agrave partir de combustibles fossiles et de sources renouvelables la gestion de lrsquoeacutenergie et les systegravemes de distribution ainsi que sur les technologies et processus avanceacutes pour les utilisations finales En veillant agrave ce que le Canada soit agrave la fine pointe des technologies sur lrsquoeacutenergie propre nous ameacuteliorons la qualiteacute de vie des Canadiens en creacuteant un avantage durable en matiegravere de ressources

Bureau central Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) 580 rue Booth 1 promenade Oil Patch 1 promenade Haanel 161 boulevard Lionel-Boulet Ottawa (Ontario) Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) Canada Canada Canada Canada K1A 0E4 T9G 1A8 K1A 1M1 J3X 1S6

  • Guide pour les fabricants drsquoappareils de chauffage combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessai conformeacutement agrave la norme CSA P9
    • Remerciements
    • 1 Reacutesumeacute
    • 2 Systegravemes agrave zones
    • Table des matiegraveres
    • Liste des tableaux et figures
    • 3 Contexte
      • 31 Objet
      • 32 Public cible
      • 33 Marcheacute
      • 34 Pratiques en vigueur dans lrsquoindustrie
      • 35 Expeacuterience en matiegravere drsquoeacutevaluation
      • 36 Deacutefi principal Utiliser des chauffe-eau pour chauffer des locaux de maniegravere eacuteconergeacutetique
      • 37 Approche par eacutetapes
        • 4 Charges de calcul ndash performances selon la norme CSA p9
          • 41 Facteur de performance thermique (FPT)
          • 42 Chauffage de lrsquoeau
          • 43 Chauffage des locaux
          • 44 Importance relative des charges de chauffage des locaux et de lrsquoeau
            • 5 Chauffage de lrsquoeau domestique
            • 6 Conception des systegravemes combineacutes
              • 61 Incidence des pondeacuterations de charge
                • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                • Reacuteduction des tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour
                  • 62 Strateacutegies de conception
                  • 63 Strateacutegie 1 Tempeacuterature drsquoeau constante
                    • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                    • Serpentin(s) de chauffage des locaux
                    • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                    • Illustration des performances selon la norme P9
                    • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                      • 64 Strateacutegie 2 Tempeacuterature drsquoeau variable
                        • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                        • Serpentin(s) de chauffage de locaux
                        • Conditions de chauffage de locaux en charge partielle
                        • Illustration des performances P9
                        • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                            • 7 Commandes
                              • Commandes indirectes baseacutees sur la tempeacuterature
                              • Commandes indirectes baseacutees sur le minuteur
                              • Controcircle direct
                              • Chauffe-eau -Mode de chauffage de lrsquoeau du robinet
                                • 8 Composants
                                  • 81 Systegraveme de traitement drsquoair
                                  • 82 Serpentins de chauffage de locaux
                                  • 83 Moteur de ventilateur
                                  • 84 Circulateurpompe
                                  • 85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)
                                  • 86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau
                                  • 87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes
                                    • 9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes
                                      • 91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz
                                      • 92 Enregistreur de donneacutees
                                      • 93 Deacutebit drsquoair
                                      • 94 Manomegravetres
                                      • 95 Tempeacuteratures
                                      • 96 Mesures du cocircteacute eau
                                      • 97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne
                                      • 98 Agencement des instruments
Page 11: Guide pour les fabricants d’appareils de chauffage ...€¦ · Le présent rapport explique comment la norme d’essai P.9 pondère le rendement dans différents modes de fonctionnement

35 Expeacuterience en matiegravere drsquoeacutevaluation

CanmetEacuteNERGIE de Ressources naturelles Canada a eacutetudieacute les systegravemes combineacutes et leurs composants pendant de nombreuses anneacuteesLe centre a effectueacute des recherches et offert une expertise et un soutien techniques pour appuyer lrsquoeacutelaboration de la norme CSA P10 applicable aux systegravemes meacutecaniques inteacutegreacutes ainsi que celle de la norme subseacutequente CSA P9 visant les systegravemes combineacutes CanmetEacuteNERGIE a eacutegalement

bull eacutevalueacute les performances des systegravemes fabriqueacutes et construits sur place dans des laboratoires gouvernementaux et indeacutependants

bull surveilleacute et analyseacute les performances des systegravemes sur le lieu de lrsquoinstallation et dans les maisons du centre canadien des technologies reacutesidentielles Bon nombre de ces projets ont eacuteteacute reacutealiseacutes en partenariat avec drsquoautres organismes gouvernementaux et entreprises de distribution de gaz

bull conccedilu des composants de systegravemes combineacutes pour des applications speacuteciales telle que celle de la communauteacute agrave eacutenergie solaire Drake Landing

Le preacutesent rapport a eacuteteacute eacutelaboreacute en tenant compte des connaissances acquises dans le cadre de ces diverses initiatives

36 Deacutefi principal Utiliser des chauffe-eau pour chauffer des locaux de maniegravere eacuteconergeacutetique

Les chauffe-eau agrave la demande peuvent offrir de tregraves bonnes performances en mode de chauffage agrave eau chaude domestique avec des tempeacuteratures drsquoeau de reacuteseau de distribution basses et les puissances thermiques eacuteleveacutees requises pour satisfaire les besoins en eau chaude Ces appareils peuvent fonctionner particuliegraverement bien lorsqursquoils fournissent les grandes quantiteacutes drsquoeau chaude utiliseacutees dans les normes drsquoessai de chauffe-eau en vigueur pour eacutevaluer leurs performances en tant que chauffe-eau

En conditions de fonctionnement combineacute les performances offertes en mode de chauffage des locaux (charges partielles incluses) sont les plus importantes Mecircme si les charges thermiques instantaneacutees sont consideacuterablement infeacuterieures lorsque lrsquoon chauffe des locaux plutocirct que lorsque lrsquoon fournit des charges de chauffage drsquoeau maximales la dureacutee des charges de chauffage des locaux est bien plus importante Il pourrait ecirctre inteacuteressant de faire en sorte que le chauffe-eau offre une condensation en mode de chauffage des locaux car la tempeacuterature de lrsquoeau qui revient des serpentins de chauffage des locaux est geacuteneacuteralement plus eacuteleveacutee que la tempeacuterature drsquoarriveacutee drsquoeau municipale que le systegraveme doit chauffer pour fournir de lrsquoeau chaude potable Eacutetant donneacute que seule une petite partie des charges annuelles de chauffage de locaux du systegraveme est reacuteellement fournie lorsque le systegraveme fonctionne aux conditions de

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reacutegime la performance en charge partielle en mode de chauffage de locaux est particuliegraverement importante pour le rendement geacuteneacuteral du systegraveme Il est bien plus important drsquoobtenir drsquoexcellentes performances lors drsquoessais de chauffage de locaux en charge partielle plutocirct qursquoagrave pleine puissance nominale lorsque lrsquoon calcule le rendement geacuteneacuteral du systegraveme

Ilest possible drsquoobtenir des reacutesultats de performance eacuteleveacutee lorsque les composants eacuteconergeacutetiques sont bien adapteacutes et que le systegraveme drsquoexploitation commande intelligemment et simultaneacutement agrave la fois le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair

37 Approche par eacutetapes

Le preacutesent rapport invite les fabricants agrave suivre les eacutetapes ci-dessous avant de proposer un systegraveme combineacute haute performance

Eacutetape 1 Cerner les charges de conception qursquoil faut prendre en compte pour prendre toutes les deacutecisions concernant le systegraveme combineacute

Eacutetape 2 Seacutelectionner un chauffe-eau en mesure de fournir des performances eacuteleveacutees dans les applications mettant en œuvre des systegravemes combineacutes

Eacutetape 3 Seacutelectionner une strateacutegie de controcircle applicable au chauffe-eau et au systegraveme de traitement drsquoair qui reacuteduit au minimum les coucircts que le fabricant doit supporter pour fournir des systegravemes combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessaiselon la norme P9

Eacutetape 4 Seacutelectionner drsquoautres composants de systegravemes combineacutes (tels que des serpentins des moteurs de ventilateur et les commandes associeacutees)

Eacutetape 5 Exeacutecuter des essais agrave lrsquointerne afin drsquoeacutetablir les performances des systegravemes combineacutes de maniegravere agrave pouvoir les mettre agrave niveau selon les besoins avant de les expeacutedier agrave un laboratoire indeacutependant agrave des fins de veacuterification

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4 Charges de calcul ndash performances selon la norme CSA p9

41 Facteur de performance thermique (FPT)

Le FPT correspond agrave la mesure de performance eacutenergeacutetique cleacute de la norme CSA P9 Ce facteur combine les cotes de performance du chauffage des locaux et celles du chauffage de lrsquoeau et fait une moyenne pondeacutereacutee selon la charge des deux types de chauffage pour geacuteneacuterer la mesure de performance globale Lrsquoannexe B de la norme CSA P9 fournit des explications deacutetailleacutees sur la maniegravere dont les facteurs de pondeacuteration ont eacuteteacute eacutelaboreacutes et sur les raisons de leur eacutelaboration

La preacutesente section preacutesente quelques facteurs cleacutes ainsi qursquoun graphique (tableau 3) que les fabricants peuvent utiliser pour deacuteterminer les reacutesultats drsquoessai ayant la plus forte incidence sur le reacutesultat FPT de leurs produits

Comme le chauffage des locaux constitue geacuteneacuteralement la charge dominante au sein des maisons canadiennes la pondeacuteration du rendement global des systegravemes de chauffage combineacutes est domineacutee par le chauffage des locaux Les reacutesultats drsquoessai du chauffage des locaux en charge partielle offrent la pondeacuteration la plus importante pour deacuteterminer les performances de chauffage des locaux des systegravemes combineacutes et par conseacutequent le FPT

Les systegravemes combineacutes qui optimisent les performances de chauffage de locaux en charge partielle preacutesenteront des FPT plus eacuteleveacutes que les systegravemes conccedilus pour offrir des performances agrave pleine charge

Ilest possible de mettre en place des strateacutegies de controcircle intelligentes pendant les essais de rendement reacutealiseacutes conformeacutement agrave la norme CSA P9 Par exemple le systegraveme de controcircle peut commencer agrave fonctionner en mode de chauffage de locaux en acheminant une tempeacuterature plus basse au systegraveme de traitement drsquoair et en programmant une vitesse de ventilation infeacuterieure Il est possible drsquoaugmenter progressivement ces deux paramegravetres si la charge nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai speacutecifieacute De mecircme des strateacutegies de controcircle mettant en œuvre une fonction de deacutetection de charge tel qursquoun controcircle de reacuteglage exteacuterieur peuvent offrir des ameacuteliorations de rendement identiques et peuvent ecirctre simuleacutees pendant les essais Ceci est particuliegraverement important lorsque lrsquoon cherche agrave veacuterifier le rendement des systegravemes de chauffage de locaux en charge partielle

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42 Chauffage de lrsquoeau

Les normes drsquoessai applicables aux systegravemes de chauffage de lrsquoeau (norme P9 incluse) partent du principe que la charge de chauffage de lrsquoeau annuelle est de 4 400 kWh (environ 12 kWh par jour) pour chaque maison Dans la norme P9 la valeur de performance drsquoun systegraveme combineacute utiliseacute en tant que chauffe-eau est deacutesigneacutee laquo facteur de performance du chauffage de lrsquoeau raquo (FPCE) Mecircme si la norme P9 offre une souplesse accrue en ce qui a trait aux parameacutetrages des commandes compareacute aux normes reacutegissant des chauffe-eau autonomes le FPCE est analogue agrave une cote de facteur eacutenergeacutetique (FE) et les cotes numeacuteriques devraient ecirctre identiques

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43 Chauffage des locaux

Tout systegraveme de chauffage de locaux doit ecirctre capable de fournir sa puissance de chauffage de locaux nominale lorsque les commandes lrsquoexigent Par contre les systegravemes de chauffage de locaux ont uniquement besoin de fournir leur puissance de chauffage de pointe pour tout au plus quelques jours pendant lrsquoanneacutee La norme CSA P9 reconnaicirct que des systegravemes fonctionneront en conditions de charge partielle la plupart du temps et eacutenonce des cotes de rendement de chauffage de locaux baseacutees sur des essais directs impliquant des charges totales et partielles Les systegravemes combineacutes sont mis agrave lrsquoessai dans des conditions de charges eacutequivalant agrave 100 40 et 15 de leurs capaciteacutes de chauffage des locaux Les reacutesultats sont combineacutes de maniegravere agrave obtenir une efficaciteacute de chauffage composite (ECC) qui pondegravere plus fortement les conditions de charge partielle La formule associeacutee et la repreacutesentation graphique correspondante extraites de la norme P9 se preacutesentent comme suit

ECC = 01 de rendement net agrave 100 + 06 de rendement net agrave 40 + 03 de rendement net agrave 15

La figure 1 illustre la quantiteacute de charge de chauffage annuelle pouvant ecirctre reacutepartie vers diffeacuterents points drsquoexploitation

Pourcentage de la charge de chauffage annuelle

Figure 1 Courbe de charge-dureacutee pour le chauffage des locaux (tireacutee de la norme CSA P9-11)

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44 Importance relative des charges de chauffage des locaux et de lrsquoeau

Les commandes du systegraveme de chauffage combineacute sont pleinement fonctionnelles pendant tous les essais et ne sont pas reacutegleacutees manuellement une fois les premiers essais en cours Le choix du fabricant concernant la strateacutegie de controcircle les paramegravetres de tempeacuterature et de deacutebit drsquoair et drsquoeau et les composants utiliseacutes aura une incidence sur la capaciteacute de chauffage de pointe des locaux ainsique sur le rendement agrave la puissance maximale Les systegravemes preacutesentant des capaciteacutes de chauffage nominales infeacuterieures seraient normalement installeacutes pour chauffer des reacutesidences ayant des charges de calcul plus petites Comme nous lrsquoavons indiqueacute preacuteceacutedemment la norme P9 prescrit les mecircmes charges de chauffage drsquoeau pour tous les systegravemes mis agrave lrsquoessai peu importe la capaciteacute Par conseacutequent plus la capaciteacute de chauffage des locaux est petite plus lrsquoimportance relative du chauffage de lrsquoeau sur le FPT est grandeCe principe est illustreacute agrave la figure 2 qui preacutesente les charges annuelles relatives de chauffage drsquoeau et des locaux pour des systegravemes mixtes ayant des charges de chauffage des locaux nominales de 5 kW et 10 kW respectivement

25000 Chauffage des locaux Eau chaude domesZque (ECD)

20000

Consom

maZ

ondeacuten

ergie(kWhan) 20000

15000

10000 10000

4400 44005000

0 Puissance de chauffage des locaux Puissance de chauffage des locaux

de10 kW de5kW

Figure 2 Comparaison de la consommation drsquoeacutenergie pour le chauffage et lrsquoeau chaude (kWhan) dans le cas des systegravemes combineacutes de 10 kW et 5 kW

Les charges thermiques eacutenonceacutees dans la norme P9 sont deacutecrites dans le tableau 2 et les pondeacuterations relatives des reacutesultats drsquoessais de performance individuels dans le facteur de performance thermique (FPT) globalde la norme CSA P9 applicable aux

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systegravemes combineacutes offrant trois capaciteacutes de chauffage de locaux diffeacuterentes sont preacutesenteacutees dans le tableau 3

Tableau 2 Charges thermiques annuelles (kWhan) de la norme P9 applicables aux systegravemes combineacutes affichant des puissances nominales de chauffage des locaux de 5 10 et 15 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 5 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 10 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 15 kW

Chauffage des locaux Pleine charge

1 000 kWhan 2 000 kWhan 3 000 kWhan

Chauffage des locaux 40 de la charge

6 000 kWhan 12 000 kWhan 18 000 kWhan

Chauffage des locaux 15 de la charge

3 000 kWhan 6 000 kWhan 9 000 kWhan

Chauffage de lrsquoeau 4 400 kWhan 4 400 kWhan 4 400 kWhan

Total 14 400 kWhan 24 400 kWhan 34 400 kWhan

Tableau 3 Pondeacuterations de charge de la norme P9 pour des systegravemes combineacutes affichant des puissances nominales de chauffage des locaux de 5 10 et 15 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 5 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 10 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 15 kW

Chauffage des locaux Pleine charge

7 8 9

Chauffage des locaux 40 de la charge

42 49 52

Chauffage des locaux 15 de la charge

21 25 26

Chauffage de lrsquoeau 31 18 13

Total 100 100 100

Ilest important de consulter ces donneacutees avec un certain reculet de comprendre les pondeacuterations relatives des reacutesultats drsquoessai sur le FPT annuel On remarque que

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lrsquoincidence des performances du systegraveme pendant lrsquoessaide chauffage des locaux avec 40 de puissance nominale de chauffage de locaux sur la cote annuelle est la plus importante (42 agrave 52 ) suivie par lrsquoincidence des performances avec 15 de puissance nominale de chauffage des locaux (21 agrave 26 ) Les pondeacuterations de ces reacutesultats drsquoessai augmentent encore plus agrave mesure que la puissance nominale de chauffage des locaux deacutepasse la plage illustreacutee dans le tableau 3

Des rapports inteacuteressants eacutemanant de constructeurs de maisons de lrsquoOntario indiquent qursquoon installe plus souvent des systegravemes combineacutes dans des reacutesidences dont les charges de chauffage nominales se situent entre 7 et 10 kW Selon les codes drsquoinstallation des systegravemes de chauffage et les guides de dimensionnement recommandeacute de lrsquoindustrie les systegravemes combineacutes ayant des capaciteacutes de chauffage nominales comprises entre 10 et 15 kW conviendraient parfaitement agrave ce type de reacutesidences Dans le cas des systegravemes combineacutes inclus dans cette plage de capaciteacute les reacutesultats drsquoessai de chauffage des locaux en charge partielle ont une pondeacuteration drsquoenviron 75 dans la cote de performance thermique annuelle

En commenccedilant par un local dont le rendement du composant de chauffage de lrsquoeau du systegraveme combineacute est deacutejagrave eacuteconergeacutetique (voir lrsquoarticle 11) cette pondeacuteration permet de savoir ougrave il faut deacuteployer le plus gros effort au moment de concevoir un systegraveme de chauffage combineacute haute performance

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5 Chauffage de lrsquoeau domestique

La premiegravere eacutetape agrave suivre pour concevoir un systegraveme combineacute haute performance consiste agrave seacutelectionner le chauffe-eau approprieacute Cette section a pour but drsquoaider les fabricants agrave deacutenicher rapidement les modegraveles potentiels

Parmi les caracteacuteristiques que devraient avoir les chauffe-eau agrave la demande figurent

bull la modulation ndash performances de chauffage de lrsquoeau efficaces sur toute la plage depuis les deacutebits drsquoeau nominaux minimaux jusqursquoaux deacutebits maximaux

ndash rapport de reacuteglage eacuteleveacute

ndash capaciteacute agrave fournir suffisamment drsquoeau chaude pour reacutepondre agrave des besoins en chauffage de lrsquoeau typiques

ndash capaciteacute agrave fonctionner avec des deacutebits drsquoeau chaude minimauxDe nombreux chauffe-eau agrave la demande actuellement sur le marcheacute peuvent selon le classement de leur fabricant ecirctre utiliseacutes avec des deacutebits drsquoeau chaude de 2 Lmin (05 gal USmin) ou moins Certains systegravemes neacutecessitent des deacutebits plus importants

bull performance en matiegravere de condensation ndash ilsrsquoagit des performances nominales de condensation sur toute la plage des charges et des allures de chauffe

ndash commandes geacuterant de faccedilon approprieacutee le rapport combustible-deacutebit drsquoair de maniegravere agrave maintenir le rendement de la combustion quelle que soit la charge

ndash paramegravetres de commande optimiseacutes par la charge qui permettent de deacuteterminer lrsquoimportance et les types de charges et de reacuteagir en conseacutequence avec de meilleurs paramegravetres de commande pour que le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair fonctionnent ensemble

ndash cycles courts avant et apregraves la purge permettant de reacuteduire au minimum les temps de reacuteponse et les pertes laquo par cycle raquo et de reacuteduire la consommation drsquoeacutelectriciteacute

ndash faible consommation en mode drsquoalimentation de secours

ndash ventilation directe des produits de combustion afin drsquoeacuteviter lrsquoeacutemanation de combustible et les risques de deacutepressurisation

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Pour acceacuteleacuterer le processus de seacutelection du chauffe-eau de base il sera plus facile de commencer par consulter les donneacutees que le fabricant peut deacutetenir (ou qursquoil peut facilement produire) concernant ses propres produits en mode de chauffage drsquoeau Lrsquoobjectif est de commencer avec un geacuteneacuterateur de chaleur qui preacutesente un rendement eacutenergeacutetique nominal de 90 ou plus sur une grande plage de fonctionnement

Si le chauffe-eau qursquoon envisage drsquoutiliser en tant que moteur thermique ou geacuteneacuterateur de chaleur pour un systegraveme de chauffage combineacute monobloc ne reacutepond pas aux exigences ci-dessus il est recommandeacute de reacuteviser attentivement son choix Dans certains cas il est possible de seacutelectionner diffeacuterents composants diffeacuterentes commandes ou diffeacuterents paramegravetres de commande pour surmonter les lacunes en matiegravere de rendement Les possibiliteacutes drsquoameacuteliorer de faccedilon appreacuteciable les performances de chauffage drsquoeau drsquoun chauffe-eau agrave la demande sans affecter son certificat de seacutecuriteacute sont limiteacutees Du coup le fait de seacutelectionner un chauffe-eau diffeacuterent plus rentable sur le plan eacutenergeacutetique peut constituer un choix plus opportun

La norme canadienne drsquoessai et drsquoeacutevaluation CSA P7 applicable aux chauffe-eau agrave la demande fait eacutetat drsquoune tempeacuterature drsquoeau drsquoarriveacutee courante de 144 degC (58 degF) et drsquoune tempeacuterature de sortie de 577 degC (135 degF) pour les essais et lrsquoeacutevaluation des performances nominales Le tableau 4 compare les caracteacuteristiques de rendement eacutenergeacutetique de deux chauffe-eau agrave la demande theacuteoriques avec les systegravemes fonctionnant agrave plusieurs deacutebits drsquoeau diffeacuterents en utilisant les mecircmes hypothegraveses de tempeacuteratures drsquoeau que la norme P7 Bien que les eacutevaluations de performance maximale du premier modegravele soient supeacuterieures agrave celles du second modegravele (avec des deacutebits drsquoeau de 114 et 76 Lmin) les performances de chauffage ameacutelioreacutees du second modegravele agrave des deacutebits drsquoeau infeacuterieurs en font un meilleur candidat pour jouer le rocircle drsquoun geacuteneacuterateur de chaleur dans un systegraveme combineacute du fait du pourcentage de temps eacuteleveacute pendant lrsquoanneacutee durant lequel un systegraveme combineacute fonctionne agrave de faibles charges pour assurer le chauffage des locaux

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Tableau 4 Comparaison des caracteacuteristiques de rendement eacutenergeacutetique de la norme P7 pour deux chauffe-eau theacuteoriques

Deacutebit (Lmin) Deacutebit (gal USmin) Exemple modegravele 1

Exemple modegravele 2

114 3 95 92

76 2 95 90

38 1 83 92

19 05 79 92

Recommandation Choix mal adapteacute dans le cas drsquoun systegraveme combineacute

Choix mieux adapteacute dans le cas drsquoun systegraveme combineacute

On constate que les valeurs de rendement eacutenergeacutetique pour la plage de deacutebits drsquoeau utiliseacutes agrave des fins de deacutemonstration dans le tableau 4 ne seraient pas interchangeables avec les facteurs eacutenergeacutetiques (FE) coteacutes pour les mecircmes chauffe-eau eacutetant donneacute que les conditions eacutenonceacutees dans le tableau 4 ne correspondent pas aux installations meacutethodes drsquoessais et charges de chauffage drsquoeau speacutecifieacutees dans la norme CSA P7 applicable aux chauffe-eau agrave la demande Les valeurs de rendement eacutenergeacutetique theacuteoriques du tableau 4 sont preacutesenteacutees simplement pour deacutemontrer que les performances de chauffage de lrsquoeau de certains types de chauffe-eau peuvent changer agrave mesure que le deacutebit (p ex la charge de chauffage de lrsquoeau) change Les changements de rendement eacutenergeacutetique du systegraveme de chauffage de lrsquoeau en fonction de la charge ne sont pas complegravetement pris en compte dans les eacutevaluations de performance FE normaliseacutees applicables aux chauffe-eau Afin drsquoeacuteviter toute confusion il est recommandeacute drsquoutiliser lrsquoexpression laquo Facteur eacutenergeacutetique raquo (ou FE) uniquement pour deacutesigner des cotes drsquoessais de chauffe-eau standard eacutelaboreacutees agrave partir drsquoessais et de calculs respectant scrupuleusement la norme drsquoeacutevaluation CSA P7 applicable aux chauffe-eau agrave la demande ou la norme CSA P3 applicable aux chauffe-eau agrave reacuteservoir de stockage reacutesidentiels

Apregraves avoir eacutetudieacute le rendement eacutenergeacutetique des geacuteneacuterateurs de chaleur potentiels sur toutes leurs plages de fonctionnement preacutevues dans le cadre drsquoun systegraveme combineacute il est possible de seacutelectionner de maniegravere aviseacutee un chauffe-eau adapteacute aux applications preacutevues Une fois cette eacutetape reacutealiseacutee le fabricant de systegravemes de chauffage combineacutes doit opter pour une strateacutegie de controcircle avant de seacutelectionner les autres composants du systegraveme

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6 Conception des systegravemes combineacutes

61 Incidence des pondeacuterations de charge

Conditions de chauffage des locaux en charge partielle Pour obtenir une excellente cote drsquoessai selon la norme CSA P9 il faut avant tout se concentrer sur le chauffage des locaux en charge partielle Le rendement en conditions de chauffage de locaux en charge partielle permettra de deacuteterminer 90 de la cote drsquoefficaciteacute de chauffage composite (ECC) Dans le cas drsquoun systegraveme de chauffage combineacute offrant une puissance de chauffage drsquoespace nominale de 10 kW 75 de la valeur FPT seront deacuteduits agrave partir des reacutesultats de lrsquoessai en charge partielle Dans le cas drsquoun systegraveme offrant une puissance de chauffage des locaux de 15 kW les reacutesultats des performances de chauffage des locaux en charge partielle repreacutesenteront presque 80 du facteur de performance thermique global

Reacuteduction des tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour Les chauffe-eau qui preacutesentent drsquoexcellentes cotes avec des tempeacuteratures basses de lrsquoeau drsquoalimentation du reacuteseau principalfonctionneront moins bien sila tempeacuterature drsquoarriveacutee augmente La preacutesence de tempeacuteratures drsquoeau de retour plus chaudes pendant le mode de chauffage des locaux contribuera agrave reacuteduire le rendement eacutenergeacutetique Le fait de reacutepondre aux demandes de chauffage des locaux en utilisant des paramegravetres de commande qui reacuteduisent au minimum les tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour en conditions de charge partielle peut contribuer agrave optimiser le rendement de combustion

62 Strateacutegies de conception

Un des plus gros avantages du chauffe-eau agrave la demande tient au fait que theacuteoriquement il peut geacuteneacuterer diffeacuterentes tempeacuteratures drsquoeau drsquoalimentation pour satisfaire les charges de chauffage de lrsquoeau et des locaux Il peut eacutegalement faire varier du tout au tout la tempeacuterature de lrsquoeau qursquoil fournit pour satisfaire diffeacuterentes charges de chauffage des locaux Cet aspect est essentiel pour continuer de fournir le mecircme chauffage de lrsquoeau agrave un rendement eacuteleveacute et produire un chauffage des locaux agrave charge partielle tregraves efficace

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Nous allons passer en revue deux concepts de systegravemes combineacutes

bull la strateacutegie 1 utilise une tempeacuterature drsquoeau constante pour toutes les charges

bull la strateacutegie 2 consiste agrave faire varier la tempeacuterature de lrsquoeau en fonction de la charge

La premiegravere strateacutegie est celle qui neacutecessite le moins de changement compareacute aux pratiques actuelles elle correspond souvent au premier reacuteflexe Elle est preacutesenteacutee icidans le but principalde mettre en lumiegravere certains deacutefis inheacuterents en matiegravere de performance

La deuxiegraveme strateacutegie repreacutesente une option bien plus rentable pour atteindre des niveaux de performance eacuteleveacutes tant sur le terrain que lors des essais exeacutecuteacutes conformeacutement agrave la norme CSA P9 Lrsquoexpeacuterience montre qursquoelle offre un niveau de performance eacuteleveacute agrave un coucirct moindre pour le fabricant

Le fait drsquoutiliser une pompe agrave vitesse variable dans le systegraveme de traitement de lrsquoair peut eacutegalement ameacuteliorer le rendement eacutenergeacutetique La strateacutegie 2 est axeacutee sur une tempeacuterature drsquoalimentation variable les chauffe-eau agrave la demande pouvant offrir cette fonction plus rapidement Il est peu courant de voir des pompes agrave vitesse variable dans les appareils de traitement de lrsquoair pour lrsquoinstant

Pour ces exemples

bull les deux types de systegravemes combineacutes seront preacutesenteacutes en utilisant le mecircme chauffe-eau agrave la demande agrave condensation et agrave modulation

bull les pondeacuterations de performance FPT applicables agrave un systegraveme combineacute preacutesentant une charge nominale de chauffage de locaux de 10 kW seront utiliseacutees agrave titre indicatif pour illustrer chacune de ces strateacutegies

63 Strateacutegie 1 Tempeacuterature drsquoeau constante

Ce systegraveme de chauffage combineacute respecte la regravegle eacutetablie et preacutevoit uniquement lrsquoutilisation de composants plus efficaces pour ameacuteliorer les performancesIlarrive qursquoil soit souvent consideacutereacute en premier lieu car les commandes peuvent rester telles quelles dans un systegraveme pour lequel un fabricant fournit le chauffe-eau agrave la demande tandis qursquoun autre fabricant fournit le systegraveme de traitement drsquoair

Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair Le chauffe-eau ne sait pas si une demande concerne un chauffage de lrsquoeau ou un chauffage de locaux Il deacutetecte une demande et fournit de lrsquoeau chaude agrave une tempeacuterature constante Pour satisfaire la charge de chauffage de pointe des locaux il est geacuteneacuteralement reacutegleacute agrave 60 degC (140 degF) Le systegraveme de traitement drsquoair ne contribue pas eacutenormeacutement agrave faire grimper la puissance de chauffage de locaux Il utilise geacuteneacuteralement

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un ou deux reacuteglages de vitesse de ventilateur soufflant Eacutetant donneacute que le fonctionnement prolongeacute drsquoun ventilateur apregraves qursquoune demande de chauffage a eacuteteacute satisfaite peut entraicircner des problegravemes de confort dus agrave des courants drsquoair froid le fonctionnement subseacutequent du ventilateur ne sera pas mis en œuvre ou sera mis en œuvre en utilisant uniquement des temps de fonctionnement courts Dans les deux sceacutenarios la chaleur sera retenue dans le serpentin et les conduites pour se dissiper par la suite pendant les peacuteriodes de deacutesactivation

Serpentin(s) de chauffage des locaux Si lrsquoon veut amplifier lrsquoefficaciteacute eacutenergeacutetique du systegraveme en mode de chauffage des locaux ilest impeacuteratif de reacuteduire au minimum les tempeacuteratures de lrsquoeau de retourDes serpentins laquo surdimensionneacutes raquo ont eacuteteacute conccedilus en vue drsquooptimiser la baisse de tempeacuterature dans lrsquoeacutechangeur de chaleur en conditions de chauffage des locaux

Conditions de chauffage des locaux en charge partielle Le systegraveme de traitement drsquoair se met en route et srsquoarrecircte pour srsquoadapter aux conditions de charge partielle ce qui a pour effet de deacuteclencher des demandes associeacutees sur le chauffe-eau

Illustration des performances selon la norme P9 Le tableau 5 donne un aperccedilu theacuteorique du type de performance que lrsquoon pourrait geacuteneacuteralement obtenir en utilisant une strateacutegie impliquant un point de consigne de tempeacuterature unique

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Tableau 5 Performances drsquoun systegraveme combineacute theacuteorique affichant une puissance de chauffage des locaux de 10 kW en utilisant une strateacutegie simple de commande de point de consigne de tempeacuterature drsquoeau unique (capaciteacute de chauffage des locaux compenseacutee par des cycles de marche-arrecirct)

Mode de fonctionne -ment

Pondeacuter-ation

Temp de lrsquoeau drsquoalimentati on (degF)

Temp de lrsquoeau de retour du reacuteseau principal (degF)

Deacutebit du systegraveme de traitement drsquoair (pi3min)

Mesure de la performance eacutenergeacutetique mode activeacute deacutesactiveacute ()

Contribution FPT

Chauffage des locaux 100

8 140 120 800 85 007

Chauffage des locaux 40

49 140 120 800 80 039

Chauffage des locaux 15

25 140 120 800 75 018

Chauffage de lrsquoeau

18 140 58 mdash 92 017

Total 100 081

Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables bull Performances globales Une cote de facteur de performance totale (FPT) de 092

placerait le systegraveme combineacute dans la plage des performances eacuteleveacutees

bull Performances en mode de chauffage de lrsquoeau Comme dans le cas du sceacutenario impliquant un point de consigne de tempeacuterature unique le systegraveme assure une condensation en mode de chauffage de lrsquoeau avec un FPCE de 92 Il serait possible drsquoameacuteliorer leacutegegraverement lrsquoefficaciteacute du systegraveme de chauffage de lrsquoeau si un point de consigne de tempeacuterature de lrsquoeau infeacuterieur agrave la valeur de 140 degF utiliseacutee dans le premier cas de figure eacutetait appliqueacute La norme P9 permet drsquoutiliser un point de consigne pouvant descendre jusqursquoagrave 120 degF dans le cas de lrsquoeau potable La tempeacuterature de consigne nrsquoa plus besoin drsquoecirctre la mecircme que celle requise pour une charge de chauffage de locaux maximale il est donc possible de la reacuteduire agrave la plage de 120 degF Pour simplifier la comparaison des deux systegravemes dans les tableaux 5 et 6 aucun point de consigne de systegraveme de chauffage drsquoeau potable reacuteduit nrsquoa pas eacuteteacute inclus dans le tableau 6

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bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge totale Dans ce mode le rendement eacutenergeacutetique est plus faible La tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation doit ecirctre au plus haut pour satisfaire la charge la tempeacuterature de lrsquoeau de retour sera donc elle aussiplus eacuteleveacutee dans ce modeComme le systegraveme fonctionnera rarement dans ce mode cette mauvaise performance ne repreacutesente qursquoune petite fraction de la pondeacuteration FPT

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge partielle Les tempeacuteratures drsquoalimentation du systegraveme de chauffage de lrsquoeau sont abaisseacutees progressivement pour satisfaire des demandes en charge partielle moindres Les tempeacuteratures peuvent ecirctre abaisseacutees bien en deccedilagrave du reacuteglage preacutevu pour le chauffage de lrsquoeau du robinet Cette condition se traduit par des tempeacuteratures drsquoeau de retour plus basses qursquoen conditions de charge totale Ces deux facteurs font que lrsquoefficaciteacute est plus importante en conditions de charge partielle qursquoen conditions de charge totale Le chauffe-eau fonctionnera en mode de condensation pour les deux points de charge de chauffage de locaux (40 et 15 )

bull Vitesse de ventilateur Eacutetant donneacute que la puissance de chauffage requise diminue la vitesse de ventilateur diminue aussiCela se traduit par un niveau sonore reacuteduit un fonctionnement du ventilateur plus long avec des cycles moins freacutequents et une reacuteduction importante de la consommation drsquoeacutenergie Cette condition peut aussi reacuteduire les plaintes lieacutees au confort le fonctionnement plus long agrave des deacutebits drsquoair reacuteduits ameacuteliorant la reacutepartition de lrsquoair chaud pendant les saisons intermeacutediaires

bull Controcircle de la tempeacuterature de lrsquoair inteacuterieur Le fait de moduler la puissance de chauffage en faisant varier la tempeacuterature de lrsquoeau et la vitesse du ventilateur peut se traduire par une tempeacuterature drsquoair inteacuterieur plus homogegravene avec des eacutecarts de tempeacuteratures moins grands au-dessus et au-dessous des points de consigne du thermostat Ce pheacutenomegravene pourrait inciter les proprieacutetaires de reacutesidence agrave augmenter le point de consigne de chauffage pour eacutetablir des conditions de confort acceptables

bull Incidences sur le zonage Le zonage sera plus compliqueacute avec un systegraveme affichant une puissance fixe et une vitesse de ventilateur unique

Ilest possible drsquoameacuteliorer la strateacutegie 1 en augmentant encore la dimension drsquoun serpentin deacutejagrave surdimensionneacute dans le systegraveme de traitement drsquoair Cette option implique toutefois des limites pratiques car des serpentins bien plus grands neacutecessiteront une plus grande quantiteacute de cuivre et un formage plus important et cela accentuera le coucirct total du systegraveme sans compter qursquoil faudra aussi preacutevoir des armoires plus grandes pour le systegraveme de traitement drsquoair De plus les pertes de chaleur par cycle augmenteront et il sera plus difficile drsquoobtenir des performances eacuteleveacutees en charge partielle Le fait drsquoappliquer la strateacutegie 1 agrave un systegraveme de chauffage combineacute agrave haute performance peut srsquoaveacuterer trop oneacutereux pour valoir le coup

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64 Strateacutegie 2 Tempeacuterature drsquoeau variable

Cette meacutethode est identique agrave celle appliqueacutee dans les appareils de chauffage agrave air chaud multieacutetage Le principe consiste agrave faire fonctionner le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair ensemble pour optimiser le rendement eacutenergeacutetique tout en reacuteduisant au minimum le coucirct et la complexiteacute des composants

Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair Cette strateacutegie consiste agrave exploiter avantageusement la capaciteacute inteacutegreacutee du chauffe-eau pour faire varier la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation La tempeacuterature du point de consigne du chauffe-eau varie en fonction de la charge de chauffage des locaux On utilise des reacuteglages de tempeacuterature drsquoeau drsquoalimentation faibles pour satisfaire aux conditions de chauffage des locaux en charge partielle On fait eacutegalement varier les vitesses du ventilateur du systegraveme de traitement drsquoair en srsquoappuyant sur un principe de controcircle de reacuteglage exteacuterieur ou de minuterie pour augmenter les paramegravetres Lorsqursquoune demande de chaleur a eacuteteacute satisfaite le ventilateur continue de fonctionner agrave des vitesses reacuteduites pour eacuteviter les problegravemes lieacutes aux courants froids et au bruit Du coup le serpentin et les conduites retiennent moins de chaleur et on deacuteplore moins de perte de chaleur par la suite compareacute au premier cas de figure Le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair doivent tous deux cerner la demande qursquoils sont censeacutes satisfaire Leurs commandes ne doivent pas pour autant ecirctre physiquement inteacutegreacutees drsquoune faccedilon ou drsquoune autre Cette strateacutegie de controcircle est traiteacutee plus en deacutetail agrave la section 40

Serpentin(s) de chauffage de locaux Pour simplifier la comparaison nous partirons du principe que des serpentins laquo surdimensionneacutes raquo similaires sont utiliseacutes comme dans le premier cas de figure de sorte que les performances du chauffage de pointe des locaux soient identiques dans les deux cas

Conditions de chauffage de locaux en charge partielle Le chauffe-eau relegraveve une demande de chauffage de locaux et se met en route en acheminant une eau drsquoalimentation agrave basse tempeacuterature au systegraveme de traitement drsquoair Si la demande de chauffage nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute le chauffe-eau augmente progressivement la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation Le systegraveme de traitement drsquoair surveille la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation et augmente progressivement la vitesse du ventilateur lorsque la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation est plus eacuteleveacutee

Illustration des performances P9 Le tableau 6 donne une preacutesentation theacuteorique du type de rendement que lrsquoon peut obtenir en appliquant une strateacutegie de controcircle simple mettant en œuvre des

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tempeacuteratures drsquoeau et des vitesses de ventilateur variables Les tempeacuteratures et les deacutebits drsquoair du ventilateur preacutesenteacutes dans le tableau 6 ont eacuteteacute choisis agrave titre indicatif uniquement Ils ne repreacutesentent pas des reacuteglages pleinement optimiseacutes applicables agrave un systegraveme de chauffage combineacute

Tableau 6 Performances drsquoun systegraveme de chauffage combineacute theacuteorique offrant une puissance de chauffage des locaux de 10 kW en utilisant une strateacutegie de controcircle de tempeacuteratures drsquoeau et de vitesses de ventilateur variables (variation de la capaciteacute de chauffage des locaux par modulation du deacutebit drsquoair et de la tempeacuterature de lrsquoeau)

Mode de fonctionne -ment

Pondeacuter-ation

Temp de lrsquoeau drsquoalimen-tation (degF)

Temp de lrsquoeau de retour du reacuteseau principal (degF)

Deacutebit du systegraveme de traitement drsquoair (pi3min)

Mesure de la performance eacutenergeacutetique mode activeacute deacutesactiveacute ()

Contribution FPT

Chauffage des locaux 100

8 140 120 800 85 007

Chauffage des locaux 40

49 110 102 600 92 045

Chauffage des locaux 15

25 90 87 500 94 023

Chauffage de lrsquoeau

18 140 58 --- 92 016

Total 100 092

Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables bull Performances globales Une cote de facteur de performance totale (FPT) de 092

placerait le systegraveme combineacute dans la plage des performances eacuteleveacutees

bull Performances en mode de chauffage de lrsquoeau Comme dans le cas du sceacutenario impliquant un point de consigne de tempeacuterature unique le systegraveme assure une condensation en mode de chauffage de lrsquoeau avec un FPCE de 92 Il serait possible drsquoameacuteliorer leacutegegraverement lrsquoefficaciteacute du systegraveme de chauffage de lrsquoeau si un point de consigne de tempeacuterature de lrsquoeau infeacuterieur agrave la valeur de 140 degF utiliseacutee dans le premier cas de figure eacutetait appliqueacute La norme P9 permet drsquoutiliser un point de

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consigne pouvant descendre jusqursquoagrave 120 degF dans le cas de lrsquoeau potable La tempeacuterature de consigne nrsquoa plus besoin drsquoecirctre la mecircme que celle requise pour une charge de chauffage de locaux maximale il est donc possible de la reacuteduire agrave la plage de 120 degF Pour simplifier la comparaison des deux systegravemes dans les tableaux 5 et 6 aucun point de consigne de systegraveme de chauffage drsquoeau potable reacuteduit nrsquoa pas eacuteteacute inclus dans le tableau 6

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge totale Dans ce mode le rendement eacutenergeacutetique est plus faible La tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation doit ecirctre au plus haut pour satisfaire la charge la tempeacuterature de lrsquoeau de retour sera donc elle aussi plus eacuteleveacutee dans ce mode Comme le systegraveme fonctionnera rarement dans ce mode cette mauvaise performance ne repreacutesente qursquoune petite fraction de la pondeacuteration FPT

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge partielle Les tempeacuteratures drsquoalimentation du systegraveme de chauffage de lrsquoeau sont abaisseacutees progressivement pour satisfaire des demandes en charge partielle moindres Les tempeacuteratures peuvent ecirctre abaisseacutees bien en deccedilagrave du reacuteglage preacutevu pour le chauffage de lrsquoeau du robinet Cette condition se traduit par des tempeacuteratures drsquoeau de retour plus basses qursquoen conditions de charge totale Ces deux facteurs font que lrsquoefficaciteacute est plus importante en conditions de charge partielle qursquoen conditions de charge totale Le chauffe-eau fonctionnera en mode de condensation pour les deux points de charge de chauffage de locaux (40 et 15 )

bull Vitesse de ventilateur Eacutetant donneacute que la puissance de chauffage requise diminue la vitesse de ventilateur diminue aussiCela se traduit par un niveau sonore reacuteduit un fonctionnement du ventilateur plus long avec des cycles moins freacutequents et une reacuteduction importante de la consommation drsquoeacutenergie Cette condition peut aussi reacuteduire les plaintes lieacutees au confort le fonctionnement plus long agrave des deacutebits drsquoair reacuteduits ameacuteliorant la reacutepartition de lrsquoair chaud pendant les saisons intermeacutediaires

bull Controcircle de la tempeacuterature de lrsquoair inteacuterieur Le fait de moduler la puissance de chauffage en faisant varier la tempeacuterature de lrsquoeau et la vitesse du ventilateur peut se traduire par une tempeacuterature drsquoair inteacuterieur plus homogegravene avec des eacutecarts de tempeacuteratures moins grands au-dessus et au-dessous des points de consigne du thermostat

La strateacutegie 2 (tempeacuterature drsquoeau variable) peut donner lieu agrave lrsquoeacutelaboration drsquoun systegraveme de chauffage combineacute efficace preacutesentant de bonnes performances lorsqursquoil est mis agrave lrsquoessai selon la norme CSA P9 et lorsqursquoil est installeacute dans une vraie reacutesidence Les niveaux de performance varieront en fonction des composants seacutelectionneacutes et des speacutecificiteacutes de lrsquoordonnancement des commandes

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7 Commandes

Les commandes geacuteneacuteriques exigeacutees pour mettre en œuvre la strateacutegie privileacutegieacutee impliquant une tempeacuterature variable quia eacuteteacute deacutecrite dans la derniegravere section peuvent srsquoaveacuterer relativement simples Quelques chauffe-eau agrave la demande proposent deacutejagrave des commandes de reacuteglage de tempeacuterature Les commandes de tempeacuterature des chauffe-eau agrave la demande types ne sont toutefois pas systeacutematiquement configureacutees pour offrir une fonction de reacuteglage de tempeacuterature baseacutee sur la charge Quasiment tous les chauffe-eau agrave la demande actuellement disponibles sont eacutequipeacutes pour accueillir des commandes de tempeacuterature inteacutegreacutees ou monteacutees agrave distance permettant agrave lrsquoutilisateur de reacutegler manuellement la tempeacuterature drsquoalimentation agrave partir du chauffe-eau

En principe il devrait ecirctre possible de concevoir un module drsquointerface de commande simple qui viendrait se brancher dans les fiches de connexion de la commande de tempeacuterature existante La nouvelle commande simulerait lrsquoaction du controcircleur de tempeacuterature standard reacutegleacute manuellement de maniegravere agrave offrir une fonction de reacuteinitialisation de tempeacuterature automatique du chauffe-eau Toutes les commandes de seacutecuriteacute resteraient fonctionnelles

Une strateacutegie de controcircle simple peut offrir des performances eacuteleveacutees Les facteurs cleacutes agrave prendre en compte sont les suivants

bull deacuteterminer si une demande tient compte des besoins en chauffage drsquoeau chaude domestique

bull en mode de chauffage des locaux uniquement utiliser une minuterie ou un controcircle de reacuteglage exteacuterieur (ou un capteur de charge infeacuterentielle similaire) pour faire augmenter progressivement la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation

bull preacutevoir un systegraveme de traitement drsquoair faisant varier le deacutebit drsquoair en fonction de la tempeacuterature de lrsquoeau qui arrive dans lrsquoappareil du deacutelai pendant lequel une demande de chauffage perdure ou drsquoun signal direct du capteur de commande de charge

Ilest inteacuteressant de souligner que le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair nrsquoont pas besoin de communiquer directement ni de posseacuteder des commandes communes pour mettre en œuvre certaines des strateacutegies de controcircle deacutecrites

Lorsque les commandes du systegraveme deacutetectent qursquoune demande de chauffage a eacuteteacute satisfaite le systegraveme de traitement drsquoair devrait continuer de fonctionner suffisamment longtemps pour extraire toute la chaleur reacutesiduelle du serpentin et la transfeacuterer vers le courant drsquoair Pour eacuteviter les problegravemes de confort thermique il est souhaitable de reacuteduire la vitesse du ventilateur pendant cette peacuteriode de temporisation de la

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ventilation Le fonctionnement continu du ventilateur avec un reacuteglage de vitesse faible offrira automatiquement cette fonctionnaliteacute sans neacutecessiter de quelconques commandes intelligentes Cette option aurait lrsquoavantage suppleacutementaire drsquoassurer une reacutepartition de la tempeacuterature uniforme agrave lrsquointeacuterieur de la reacutesidence Elle serait eacutegalement utile pour reacutepartir lrsquoair frais si le systegraveme combineacute est installeacute avec un ventilateur-reacutecupeacuterateur de chaleur (VRC) ou un autre type de systegraveme de ventilation

Des commandes soigneusement conccedilues contribueront en bout de ligne agrave assurer ou reacutetablir lrsquoefficaciteacute du systegraveme combineacute Les commandes devraient ecirctre en mesure de deacuteterminer srsquoil y a une demande de chauffage des locaux ou de chauffage de lrsquoeau ou une demande concernant les deux modes Les commandes devront deacuteterminer lrsquoamplitude de chaque charge et reacutepondre de maniegravere approprieacutee en faisant varier certains paramegravetres agrave la fois pour le systegraveme de chauffage des locaux (systegraveme de traitement drsquoair par exemple) et pour le geacuteneacuterateur de chaleur (notamment si la source de chauffage est un chauffe-eau agrave la demande) En cas de demande de chauffage drsquoeau eacuteleveacutee il se peut qursquoune solution de commande prioritaire drsquoeau chaude domestique constitue la meilleure option Les commandes peuvent deacuteduire lrsquoamplitude des charges de chauffage des locaux au moyen de divers meacutecanismes y compris en surveillant les cycles de fonctionnement du thermostat et de signaux drsquoentreacutes directs transmis par une commande de charge infeacuterentielle telle qursquoune commande de reacuteglage exteacuterieur

La figure 3 preacutesente un algorithme simplifieacute de commandes geacuteneacuteriques pour la section chauffe-eau drsquoun systegraveme combineacute utilisant quatre eacutetapes de reacuteglage de tempeacuterature drsquoeau pour le chauffage des locaux et une seule pour le chauffage de lrsquoeau

La logique de commande illustreacutee agrave la figure 3 constitue uniquement un exemple de strateacutegie de controcircle rudimentaire qui pourrait ecirctre utiliseacutee pour assurer des performances eacuteleveacutees dans des modes de chauffage de locaux sans neacutecessiter lrsquoutilisation de composants oneacutereuxLrsquoalgorithme de commande pourrait ecirctre ameacutelioreacute si le controcircleur avait lrsquointelligence neacutecessaire pour lui permettre drsquoassimiler les eacutetapes de chauffage requises en surveillant la dureacutee des demandes de chauffage des locaux sur plusieurs cycles de chauffage reacutecents

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e

Mode drsquoattente Chauffe-eauagrave la demande en attente de signal

Demande de chauffage (lrsquoeaucircule dans le chauffe-eau)

Demandedrsquoeauchaude

domestique

Activationdu chauffagede lrsquoeacutetape 1 THERM90 ordmF Ventilateur Vitesse 1 Deacuteclencherle minuteursur 5 min

Demandesatisfaite avantlrsquoexpiration

du deacutelaiduminuteur

Oui

Oui

No

Reacuteglage du THERM sur le point de consigne de lrsquoeau chaude domestique THERM = 140 degF Couperlecirculateurde chauffagedelocaux (facultatif) Attendre lafin de la demande drsquoeau chaude domestique

Demande de

chauffage satisfait

Non

Oui

Activation du chauffage de lrsquoeacutetape 2 THERM = 105 degF Ventilateur Vitesse 2 Deacuteclencher le minuteur sur3 min

Activation du chauffage de lrsquoeacutetape 3 THERM = 120 degF Ventilateur Vitesse 3 Deacuteclencher le minuteur sur3 min

Activation du chauffage MAX THERM = 140 degF Ventilateur Vitesse 4 Mettrefin agravelademande de chauffage

Figure 3 Logique de lrsquoalgorithme simplifieacute de commande de chauffe-eau pour unsceacutenario de chauffage en quatre eacutetapes

Voici trois options de commande de vitesse de ventilateur de systegraveme de traitement drsquoair associeacutees agrave la meacutethode de chauffage drsquoeau illustreacutee agrave la figure 3

Commandes indirectes baseacutees sur la tempeacuteratureRaccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont bien distinctes les unes des autres mais elles fonctionnement de maniegravere compleacutementaire

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Principe de fonctionnement Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetecte la tempeacuterature de lrsquoeau chaude drsquoadmissionPlus la tempeacuterature de lrsquoeau est eacuteleveacutee plus les commandes du systegraveme de traitement drsquoair augmentent le deacutebit drsquoair

Discussion Les commandes du chauffe-eau augmentent la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque la demande nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetecte la tempeacuterature plus eacuteleveacutee et fait circuler plus drsquoair dans les serpentins pour lrsquoutiliser

Aspect meacutecanique Un puits de tempeacuterature est installeacute dans la conduite drsquoeau drsquoalimentation drsquoarriveacutee agrave lrsquointeacuterieur du systegraveme de traitement drsquoairLe reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur serait ajusteacute en installant un module de commande de systegraveme de traitement drsquoair qui mesure la tempeacuterature de lrsquoeau achemineacutee au systegraveme de traitement drsquoair depuis le chauffe-eau pendant une demande de chauffage de locaux transmise au systegraveme de traitement drsquoair La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signal de commande transmis au panneau de controcircle du systegraveme de traitement drsquoair par le thermostat du systegraveme de CVCA

Commandes indirectes baseacutees sur le minuteur Raccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont bien distinctes les unes des autres mais elles fonctionnement de maniegravere compleacutementaire

Principe de fonctionnement Le deacutebit drsquoair du systegraveme de traitement drsquoair varie en fonction de la dureacutee de la demande de chauffage afin de coiumlncider avec les minutages de commande de tempeacuterature indiqueacutes agrave la figure 3

Discussion Les commandes du chauffe-eau augmentent la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque la demande nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetermine la dureacutee de la demande de chauffage et fait circuler plus drsquoair dans les serpentins afin de se conformer aux eacutetapes de tempeacuterature programmeacutees

Aspect meacutecanique Le reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur serait ajusteacute en installant un module de commande de systegraveme de traitement drsquoair qui reacutegule le deacutebit drsquoair en fonction de la dureacutee de la demande de chauffage La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signalde commande transmis au panneau de controcircle du systegraveme de traitement drsquoair par le thermostat du systegraveme de CVCA

Controcircle direct Raccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont toutes deux controcircleacutees au moyen drsquoun nouveau controcircleur combineacute inteacutegreacute posseacutedant une interface directe avec le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair

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Principe de fonctionnement Le nouveau controcircleur fait varier le deacutebit drsquoair du systegraveme de traitement drsquoair et la tempeacuterature de lrsquoeau de maniegravere agrave optimiser le rendement du chauffage

Discussion Cette strateacutegie de controcircle direct suppose le deacuteveloppement drsquoun nouveau composant de commande Le controcircleur peut utiliser des reacuteglages de fonctionnement plus sophistiqueacutes afin drsquoameacuteliorer le rendement dans tous les modes de fonctionnement

Aspect meacutecanique Le reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur et la tempeacuterature de lrsquoeau achemineacutee au systegraveme de traitement drsquoair seraient directement controcircleacutes par un nouveau controcircleur combineacute inteacutegreacute La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signal de commande transmis au controcircleur par le thermostat du systegraveme de CVCA

Chauffe-eau - Mode de chauffage de lrsquoeau du robinet Les algorithmes de chauffage de lrsquoeau du robinet ne changent pas par rapport agrave ceux du module de commande standard La seule diffeacuterence reacuteside dans le fait que le chauffe-eau utilise un contacteur de deacutebit ou un deacutebitmegravetre pour repeacuterer un tirage drsquoeau chaude (ou une arriveacutee drsquoeau froide) et comprendre qursquoune demande de chauffage drsquoeau a eacuteteacute faite Si une demande de chauffage de locaux intervient simultaneacutement le chauffe-eau pourrait honorer les deux demandes en tenant compte du reacuteglage de tempeacuterature de sortie requise de lrsquoeau du robinet Une autre option consisterait agrave prendre en compte par deacutefaut le reacuteglage du mode de chauffage de lrsquoeau Un mode de controcircle plus sophistiqueacute pourrait potentiellement temporiser le chauffage des locaux lorsque cela srsquoavegravere neacutecessaire pour reacutepondre agrave des demandes de chauffage drsquoeau eacuteleveacutees ou pour activer la distribution de chauffage des locaux en utilisant des reacuteglages de tempeacuterature optimiseacutes Ce cas de figure est illustreacute agrave la figure 4

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8 Composants

Pour bien fonctionner les systegravemes de chauffage combineacutes doivent ecirctre doteacutes de composants haute performance que ce soit dans une configuration dite laquo installeacutee raquo ou dans une configuration drsquoessai selon la norme CSA P9 La preacutesente section a pour objectif drsquoaider les fabricants de chauffe-eau agrave la demande

bull agrave concevoir leur propre systegraveme de traitement drsquoair

bull agrave eacutetablir un partenariat avec un autre fabricant qui fournirait un systegraveme de traitement drsquoair pour leur systegraveme apregraves avoir deacutetermineacute

ndash les composants requis

ndash la mesure dans laquelle un modegravele de systegraveme de traitement drsquoair existant aurait besoin drsquoecirctre affineacute pour reacutepondre agrave leurs besoins

bull agrave eacutetablir les modifications qursquoil faut apporter au systegraveme monobloc dans son ensemble pour ameacuteliorer les performances

81 Systegraveme de traitement drsquoair

Le systegraveme de traitement drsquoair doit inclure les composants neacutecessaires pour fournir de la chaleur et faire circuler de lrsquoair Les eacuteleacutements agrave prendre en compte sont des serpentins de chauffage de locaux un moteur de ventilateur une pompe et un puits de tempeacuterature Ces eacuteleacutements sont deacutecrits plus en deacutetail ci-dessous

82 Serpentins de chauffage de locaux

Les serpentins de chauffage de locaux doivent ecirctre dimensionneacutes de maniegravere approprieacutee pour que le chauffage des locaux puisse avoir lieu avec une tempeacuterature drsquoalimentation suffisamment basse et une baisse de tempeacuterature de lrsquoeau suffisante pour favoriser la condensation dans le geacuteneacuterateur de chaleur lorsque le systegraveme fonctionne en conditions de charge partielle (et ideacutealement en conditions de pleine charge eacutegalement)

Geacuteneacuteralement les serpentins quiextraient la chaleur de lrsquoeau sont conccedilus et choisis en tenant compte drsquoune baisse de tempeacuterature de lrsquoeau drsquoenviron 11 degC (20 degF) le long des serpentins aux conditions de chauffage nominales La seacutelection preacutealable du serpentin peut ecirctre faite en utilisant un logiciel deacutejagrave proposeacute par divers fabricants de serpentins Dans la plupart des cas le modegravele logiciel calcule la puissance de chauffage drsquoun

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serpentin de chauffage agrave eau chaude en se fondant sur la mesure des performances du conditionnement drsquoair pour des serpentins ayant une construction et des geacuteomeacutetries similaires Du coup la puissance de chauffage reacuteelle pour une condition nominale donneacutee peut diffeacuterer leacutegegraverement de celle preacutedite par le logiciel

Ilest recommandeacute de veacuterifier la performance reacuteelle du serpentin choisi (puissance de chauffage baisse de la tempeacuterature de lrsquoeau baisse de la pression statique sur le cocircteacute air et eau) en effectuant des essais internes Lorsque cette eacutetape a eacuteteacute exeacutecuteacutee le modegravele logiciel peut fournir une aide preacutecieuse pour seacutelectionner le serpentin et devrait proposer des indications plutocirct fiables concernant les changements de performance du serpentin aux diffeacuterentes conditions projeteacutees Les informations ainsi collecteacutees devraient ecirctre utiles pour concevoir et affiner des reacuteglages et des strateacutegies de controcircle plus eacutevolueacutes en vue drsquooptimiser le rendement du systegraveme en conditions de chauffage en charge partielle

Voici les eacuteleacutements agrave prendre en compte

Diamegravetre du serpentin drsquoeau et nombre de spires ndash Un grand diamegravetre de canalisation reacuteduira au minimum la baisse de pression de lrsquoeau ainsi que lrsquoeacutenergie utiliseacutee par le systegraveme de circulation drsquoeau Un petit diamegravetre de canalisation permettra drsquoopter pour un serpentin moins oneacutereux eacutetant donneacute qursquoil faudra moins de cuivre dans le serpentin Cependant des petits tubes neacutecessiteront une eacutenergie de pompage supeacuterieure et feront augmenter les pheacutenomegravenes drsquousure et drsquoeacuterosion des tubes si une puissance de pompe suffisante est appliqueacutee pour offrir le deacutebit drsquoeau nominal Concregravetement le fait drsquoutiliser un serpentin avec des tubes trop petits reacuteduira la puissance de chauffage fournie par le serpentin En effet le fabricant utilisera vraisemblablement le mecircme circulateur standard quel que soit le serpentin retenu Les TECA hydronic and combo guideline (Directives sur les systegravemes hydroniques et combineacutes de la TECA)1

(article 814) preacutecisent que le deacutebit de lrsquoeau qui traverse le systegraveme de chauffage ne doit pas deacutepasser quatre (4) pieds par seconde

Nombre drsquoailettes par pouce ndash Plus le nombre drsquoailettes par pouce est eacuteleveacute plus la surface de transmission de chaleur et la puissance de chauffage augmentent cela creacutee cependant une baisse de pression supeacuterieure sur le cocircteacute air du serpentin Un certain degreacute de perte de pression dans le serpentin est utile pour assurer un deacutebit drsquoair homogegravene dans le serpentin notamment dans une configuration de laquo purge raquo qui est couramment utiliseacutee dans les ventilo-convecteurs combineacutes servant au chauffage des locauxLes speacutecifications des serpentins de chauffage peuvent faire eacutetat drsquoun nombre drsquoailettes variant de 6 ailettes par pouce agrave 14 ailettes par pouce Les serpentins de chauffage hydronique standard comportent 12 ou 14 ailettes par pouce Les serpentins doteacutes drsquoun grand nombre drsquoailettes sont plus facilement encrasseacutes par de la poussiegravere

1 Thermal Environmental Comfort Association (TECA) Surrey (C-B) Hydronic amp Combo Guidelines for the Design and Installation of Hot Water Heating Systems and Combination Hot Water amp Space Heating Systems 8th Edition August 2009 (Directives concernant les systegravemes hydroniques et combineacutes conception et installation de systegravemes de chauffage drsquoeau chaude et de systegravemes combineacutes de chauffage drsquoeau chaude et de locaux 8e eacutedition aoucirct 2009) [wwwtecaca]

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ou des deacutebris Selon les reacutesultats du logiciel de modeacutelisation du serpentin la preacutesence de 12 ailettes ou mecircme 14 semble ecirctre un choix raisonnable pour un serpentin de chauffage de locaux haute performance agrave condition que le serpentin soit choisi avec une surface suffisamment importante pour maintenir la vitesse frontale de lrsquoair faible agrave la puissance de chauffage theacuteorique

Figure 5 Exemple de serpentin de chauffage de locaux laquo surdimensionneacute raquo utiliseacute dans une application de systegraveme de traitement drsquoair hydronique

83 Moteur de ventilateur

Le systegraveme de traitement drsquoair devrait utiliser un moteur de ventilateur agrave commutation eacutelectronique (MCE) et ecirctre exploiteacute en utilisant un systegraveme de controcircle agrave vitesse multiple ou agrave vitesse variable Cette option permettrait de moduler le deacutebit drsquoair et la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque le systegraveme fonctionne agrave une puissance infeacuterieure agrave sa puissance de chauffage nominale maximaleLa capaciteacute agrave utiliser un mode de circulation continu agrave faible puissance et faible vitesse serait particuliegraverement utile en cas de fonctionnement aux points de consigne de 15 et 40 pour lesquels il est primordial de collecter et de distribuer toute la chaleur reacutesiduelle des serpentins de chauffage la norme P9 tenant compte uniquement de la chaleur qui est reacuteellement transfeacutereacutee dans le courant drsquoair

La modulation du deacutebit drsquoair et de la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation permettra drsquoobtenir des tempeacuteratures drsquoair distribueacute confortables ainsi que des performances de chauffage eacuteleveacutees

Un MCE doteacute drsquoune programmation de deacutebit drsquoair constant surclassera vraisemblablement un MCE qui utilise une programmation de couple constant car le

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systegraveme compensera au moins partiellement les diffeacuterences entre les pressions statiques nominales et les pressions statiques reacuteellement eacutetablies Cette solution peut srsquoaveacuterer indispensable pour srsquoassurer que les performances de la combustion dans des conditions reacuteelles variables correspondent aux performances obtenues lors drsquoessais dans le laboratoire

Une programmation de deacutebit drsquoair constant sera probablement essentielle pour obtenir des performances acceptables dans le cas drsquoun systegraveme combineacute reacuteparti

84 Circulateurpompe

Ilest important de choisir le bon circulateur pour acheminer le deacutebit approprieacute en fonction de la pression statique eacutetablie qui sera en vigueur Les pertes de pression dans les diffeacuterents chauffe-eau agrave la demande varient Le fait drsquoutiliser un circulateur qui fournit un deacutebit trop important se traduira par une petite baisse de tempeacuterature dans le circuit drsquoeau qui traverse le serpentin et par une tempeacuterature drsquoeau de retour eacuteleveacutee vers le chauffe-eau Un deacutebit trop faible entraicircne des capaciteacutes de chauffage faibles Des circulateurs hydroniques sont offerts avec trois vitesses seacutelectionnables et des deacutebits de pompe nominaux Par contre les moteurs utiliseacutes dans les circulateurs types agrave plusieurs vitesses ne sont pas aussi efficaces que les moteurs agrave CE Des circulateurs agrave vitesse variable eacutequipeacutes de moteurs agrave CE font leur apparition sur le marcheacute mais ils ne sont pas encore couramment utiliseacutes dans les applications combineacutees

Ideacutealement les pompes de circulation des systegravemes combineacutes eacutevolueacutes devraient consister en un concept agrave modulation agrave vitesse variable capable drsquoameacuteliorer le rendement et de compenser les diffeacuterentes configurations de canalisation Ce type de concept est deacutejagrave disponible et pourrait ecirctre mis en œuvre degraves maintenant il pourrait aussi ecirctre mis de cocircteacute jusqursquoagrave ce que la prochaine geacuteneacuteration de systegravemes de chauffage combineacutes eacutevolueacutes soit mise au point Les premiers reacutesultats drsquoessais en laboratoire ont montreacute qursquoil est possible drsquoobtenir de bonnes performances conformes agrave la norme CSA P9 sans utiliser des pompes de circulation agrave vitesse variable et des commandes auxiliaires coucircteuses Agrave lrsquoavenir agrave mesure que le coucirct des circulateurs agrave vitesse variable doteacutes de moteurs agrave CE baissera et que les commandes inteacutegreacutees seront mieux accepteacutees leur utilisation dans des applications de chauffage combineacute sera plus rentable

85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)

Si lrsquoon conccediloit le reacuteseau de plomberie de maniegravere agrave pouvoir y installer des bouchons de controcircle de tempeacuterature drsquoeau et de pression les essais internes et les mesures de mise en service seront simplifieacutes De plus il sera plus facile de purger lrsquoair des circuits

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hydroniques Il est possible drsquoutiliser des sondes de tempeacuteratures monteacutees agrave lrsquoexteacuterieur pour effectuer les mesures de mise en service sur le terrain si des sections de conduites de cuivre ameacutenageacutees dans des endroits strateacutegiques sont prises en compte lors de la conception

86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau

Certains chauffe-eau agrave la demande de type chaudiegravere possegravedent des points de consignes et des algorithmes de controcircle distincts pour le chauffage des locaux et celui de lrsquoeau Drsquoautres ont besoin de savoir si la charge concerne le chauffage des locaux ou celui de lrsquoeau potable Dans ce cas on peut utiliser divers capteurs et surveiller eacutegalement les signaux transmis par un deacutebitmegravetre drsquoeau installeacute dans le reacuteseau drsquoeau potable ou un deacutebitmegravetre installeacute dans le circuit de chauffage des locaux Bon nombre de chauffe-eau agrave la demande utilisent de tels capteurs dans leurs circuits de commande de brucircleur afin de faire coiumlncider les allures de chauffe avec les chargesDans les applications combineacutees lrsquoutilisation de commandes capables de diffeacuterencier les charges deacutepend de la logique de controcircle prioritaire de demande drsquoeau chaude domestique

87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes

Les canalisations drsquoeau ameacutenageacutees entre le geacuteneacuterateur de chaleur et le systegraveme combineacute devraient ecirctre dimensionneacutees de maniegravere agrave eacuteviter des baisses de pression excessives

Toutes les canalisations en cuivre exteacuterieures doivent ecirctre isoleacutees conformeacutement aux pratiques de lrsquoindustrie Il se peut que les avantages lieacutes agrave lrsquoisolation des canalisations drsquointerraccordement ne soient pas tregraves importants si les sections de conduites sont courtes et si elles contiennent des tuyaux en polyeacutethylegravene reacuteticuleacute ou un type de conduite similaire preacutesentant moins de perte de chaleur que les conduites en cuivre

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9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes

La preacutesente section contient des directives et certaines observations agrave lrsquointention des fabricants de systegravemes de chauffage combineacutes dans le but drsquoaider ces derniers agrave mettre agrave lrsquoessai leurs systegravemes agrave lrsquointerne Lrsquoexeacutecution drsquoessais agrave lrsquointerne en utilisant un montage simplifieacute permettra aux fabricants de mieux cerner les performances de leurs concepts et commandes prototypes lorsqursquoils sont mis agrave lrsquoessai dans une installation indeacutependante conformeacutement agrave la norme CSA P9 (P10 pour les fabricants de SMI) Les essais en question ne doivent pas forceacutement ecirctre conccedilus pour geacuteneacuterer des reacutesultats de performance preacutecis agrave 100 mais ils sont consideacutereacutes comme indispensables pour le deacuteveloppement et le cycle drsquooptimisation du produit les avantages drsquoun concept et drsquoun fonctionnement de systegraveme ameacutelioreacutes pouvant rapidement sauter aux yeux lorsque lrsquoon compare les reacutesultats des essais reacutealiseacutes laquo avant raquo et laquo apregraves raquo

En geacuteneacuteral il nrsquoest pas rentable de payer un laboratoire drsquoessais indeacutependant pour proceacuteder agrave la premiegravere eacutevaluation drsquoun systegraveme de chauffage combineacute complet Les coucircts lieacutes au laboratoire et les deacutefis lieacutes aux ingeacutenieurs concepteurs qui prescrivent des reacuteglages lorsqursquoils ne sont pas sur place rendent cette option probleacutematique Des essais simplifieacutes reacutealiseacutes dans les propres locaux du fabricant permettent de srsquoassurer que les reacutesultats sont dans la plage approprieacutee degraves le deacutebut

Un scheacutema de montage drsquoessai suggeacutereacute utilisable pour effectuer des mesures conformeacutement agrave la norme CSA P9 est preacutesenteacute dans cette norme La figure 6 ci-dessous illustre une version simplifieacutee de ce scheacutema

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de la piegravece

combineacutes

Appareilsdeconditionnement

Eacutevents pour produits de combustion Appareils de

conditionnement de la piegravece

Salle drsquoessai

Isolant

Meacutelangeur

Approvisionnement en eau

Eacutevents pour air de combustion Conduite drsquoalimentation en combustible

Uniteacute drsquoessai des

systegravemes

Thermocouples Porte Fenecirctre

Mesure de la tempeacuterature et du deacutebit de lrsquoeau

Conduite drsquoair de retour

Thermocouples

Mesure de la tempeacuterature et de lrsquohumiditeacute de lrsquoair

Air drsquoappoint

Mesure du deacutebit drsquoair

Figure 6 Scheacutema simplifieacute illustrant le montage utiliseacute pour exeacutecuter les essais conformeacutement agrave la norme P9 (composants individuels du systegraveme combineacute non illustreacutes)

Le scheacutema preacutesente un dispositif de mesure de lrsquoenthalpie de lrsquoair dans un tunnel baseacute Vsur la norme ASHRAE 37 Lrsquoappareil de mesure de lrsquoair illustreacute sur la figure de la norme utilise un ajutage et un ventilateur drsquoeacutequilibrage pour pouvoir appliquer une technique de mesure du deacutebit drsquoair neacutecessitant une pression diffeacuterentielle eacuteleveacutee (entre 1 et 4 pouces drsquoeau) dans lrsquoajutage Lorsqursquoil est utiliseacute avec des manomegravetres preacutecis cet appareil offre une preacutecision de mesure eacuteleveacutee de lrsquoordre de 1 agrave 2 du deacutebit drsquoair et il geacutenegravere un deacutebit drsquoair bien meacutelangeacute qui permet de mesurer avec preacutecision la tempeacuterature du deacutebit de lrsquoair drsquoalimentation

La norme P9 preacutecise que lrsquoajutage inteacutegreacute agrave lrsquoappareil de mesure de lrsquoenthalpie de lrsquoair en tunnel constitue une meacutethode acceptable pour mesurer le deacutebit drsquoair tout en approuvant expresseacutement (article 36) lrsquoapplication drsquoautres processus de mesure du deacutebit drsquoair agrave condition que les limites de preacutecision mentionneacutees dans la norme soient satisfaites Ceci donne la possibiliteacute drsquoutiliser une technique de mesure du deacutebit drsquoair plus directe ne neacutecessitant pas lrsquoutilisation drsquoun appareil comportant un ventilateur drsquoeacutequilibrage Dans certains cas lrsquoutilisation drsquoune chambre de mesure de deacutebit avec un ventilateur drsquoeacutequilibrage pour reacutegler la pression statique de la conduite drsquoair drsquoalimentation a impliqueacute des problegravemes de stabiliteacute avec des moteurs agrave CE qui ont eacuteteacute

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programmeacutes pour un deacutebit drsquoair constant il est donc avantageux drsquoeacuteviter les ventilateurs drsquoeacutequilibrage

91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz

De nombreux fabricants concevant des systegravemes combineacutes eacutevolueacutes integravegreront des instruments conccedilus pour mesurer la consommation drsquoeacutenergie eacutelectrique la consommation du combustible les performances de combustion la tempeacuterature et la pression (pression du collecteur de gaz pression statique des conduites etc) Si de tels eacutequipements de mesure ne sont pas offerts ilest recommandeacute de les preacutevoirLes compteurs de facturation des compagnies de gaz et drsquoeacutelectriciteacute devraient offrir une preacutecision et une reacutesolution suffisantes pour les essais de deacuteveloppement du produit

92 Enregistreur de donneacutees

Les fabricants devront eacutegalement avoir accegraves agrave un systegraveme drsquoenregistrement de donneacutees dans le cadre de leur travail Il est conseilleacute de preacutevoir un enregistreur qui offre une preacutecision et un nombre de canaux de mesures suffisants pour les tacircches agrave accomplir On estime qursquoil faudra environ huit (8) canaux pour mesurer la tempeacuterature plus quelques canaux analogiques ou numeacuteriques pour prendre en compte les donneacutees des deacutebitmegravetres des transducteurs de pression etc (analogiques ou numeacuteriques selon lrsquoinstrument de mesure seacutelectionneacute) De nombreux fournisseurs proposent un large eacuteventail drsquoenregistreurs de donneacutees Campbell Scientific Fluke Instruments Omega et Measurement Computing (personal DAQ) figurent parmi les fabricants qui proposent des enregistreurs de donneacutees de petite eacutechelle pouvant ecirctre pris en compte Il est recommandeacute de se pencher sur lrsquoassistant logiciel de lrsquoenregistreur de donneacutees seacutelectionneacute au moment drsquoeacutevaluer lrsquoeacutequipement Si le fabricant ne souhaite pas investir dans un enregistreur de donneacutees la location demeure une option mecircme si les eacuteconomies preacutevues dans le cas drsquoune location agrave court terme semblent ecirctre faibles

93 Deacutebit drsquoair

Pour mesurer le deacutebit drsquoair pendant les essais agrave lrsquointerne il est recommandeacute drsquoutiliser une grille de deacutebit drsquoair avec eacutetablissement de moyenne installeacutee dans la conduite drsquoair drsquoalimentation en conjonction avec un manomegravetre diffeacuterentiel de preacutecision De nombreux fournisseurs proposent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans un large eacuteventail de tailles et ces deacutebitmegravetres sont relativement peu chers car ils sont souvent utiliseacutes dans des systegravemes commerciaux de chauffage et de refroidissement agrave deacutebit drsquoair variable Si lrsquoon fait une recherche dans Google en utilisant le segment laquo deacutebitmegravetres drsquoair raquo on trouve plusieurs fournisseurs et liens permettant

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drsquoobtenir de plus amples informations sur le sujet Nailor Industries Inc et Dwyer Instruments sont deux socieacuteteacutes quioffrent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans une grande varieacuteteacute de tailles de conduites

94 Manomegravetres

On trouve eacutegalement de nombreux manomegravetres diffeacuterentiels sur le marcheacute dont les modegraveles varient des manomegravetres agrave tube inclineacute aux transducteurs numeacuteriques de preacutecision Il est important de bien faire correspondre la plage de mesure du transducteur ou du manomegravetre avec la pression fournie par le deacutebitmegravetre sur la plage de deacutebits drsquoair preacutevue Dans le cas des transducteurs numeacuteriques des instruments capacitifs sont reacuteputeacutes bien fonctionner dans la plage de pression diffeacuterentielle basse qui serait normalement prescrite (environ 05 pouce de diffeacuterence de colonne drsquoeau) Setra Instruments MKS Instruments (Baratron) Dwyer Instruments et drsquoautres socieacuteteacutes proposent des transducteurs de pression diffeacuterentielle capacitifs plage basse adapteacutes

95 Tempeacuteratures

Les tempeacuteratures drsquoair drsquoarriveacutee et de sortie peuvent ecirctre mesureacutees en utilisant des thermocouples des thermistances ou des capteurs de conduite geacuteneacuterant une valeur moyenne Du fait de son bas coucirct de sa faciliteacute drsquoutilisation et de sa preacutesence agrave grande eacutechelle sur le marcheacute le thermocouple semble ecirctre lrsquoinstrument approprieacute pour cette application Il est possible de fabriquer un reacuteseau de thermocouples agrave partir drsquoune bobine de fil de thermocouple et de les raccorder entre eux en parallegravele de maniegravere agrave geacuteneacuterer une seule donneacutee repreacutesentant la valeur moyenne De nombreux fournisseurs offrent des fils agrave thermocouple notamment les socieacuteteacutes Thermo Electric Company Inc Omega Inc Watlow Inc etc Il est eacutegalement possible de fabriquer des sondes de tempeacuterature agrave partir des mecircmes fils de thermocouple pour surveiller drsquoautres paramegravetres tels que les tempeacuteratures drsquoeau Il est important de bien utiliser un fil agrave thermocouple plutocirct qursquoun fil de rallonge de lrsquoeacutechelle de mesure identique mais moins preacutecis

96 Mesures du cocircteacute eau

Pour effectuer des mesures du cocircteacute eau dans les serpentins il est neacutecessaire de posseacuteder un deacutebitmegravetre et des sondes de tempeacuterature Ces mesures pourraient ecirctre reacutealiseacutees en utilisant des capteurs distincts (deacutebitmegravetre drsquoeau et sondes de tempeacuterature distinctes par exemple) Il est important de srsquoassurer que lrsquoinsertion drsquoun deacutebitmegravetre dans la boucle drsquoeau ne modifie pas le deacutebit de la pompe de circulation Cela est particuliegraverement important avec des circulateurs agrave faible puissance geacuteneacuteralement utiliseacutes dans des applications combineacutees pour lesquelles lrsquoinstallation drsquoun deacutebitmegravetre agrave turbine conventionnel agrave baisse de pression eacuteleveacutee peut restreindre le deacutebit drsquoeau Ilexiste des deacutebitmegravetres preacutecis sans perte de pression eacuteleveacutee Certains appareils

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peuvent ecirctre acheteacutes deacutejagrave conditionneacutes avec des sondes de tempeacuterature en guise de laquo compteurs drsquoeacutenergie raquo Ils mesurent simultaneacutement les tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de lrsquoeau de retour ainsi que le deacutebit de lrsquoeau et calculent directement le flux drsquoeacutenergie en srsquoappuyant sur ces mesuresKamstrup Siemens Badger Meters Elster Metering ABB Meters et drsquoautres socieacuteteacutes offrent ce type drsquoappareils Les compteurs drsquoeacutenergie autonomes sont habituellement configureacutes avec certains dispositifs permettant de lire les diffeacuterents paramegravetres ainsi que les flux drsquoeacutenergie calculeacutes La plupart offre une fonction de stockage des donneacutees internes etou des sorties numeacuteriques pouvant ecirctre interfaceacutees avec des enregistreurs de donneacutees externes

97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne

La norme CSA P9 exige que le chauffage des locaux soit deacutefini en utilisant deux mesures (cocircteacute air et cocircteacute eau) avec une entente dans une toleacuterance acceptable pour la mise agrave lrsquoessai du systegraveme de chauffage de locaux agrave pleine capaciteacute constant Dans le cas des mesures agrave lrsquointerne entreprises par un fabricant dans le cadre drsquoun projet de deacuteveloppement de produit cibleacute lrsquoentente entre les mesures du cocircteacute air et du cocircteacute eau nrsquoest pas forceacutement requise On suggegravere aux fabricants de se concentrer sur les mesures qui ciblent la strateacutegie de controcircle ou de composant propre agrave lrsquoeacutetude Par exemple si des strateacutegies diffeacuterentes de temporisation du ventilateur ou laquo apregraves fonctionnement raquo sont eacutevalueacutees il est bien plus important de se concentrer sur les mesures du cocircteacute air que drsquoessayer drsquoatteindre un eacutequilibre entre le cocircteacute air et le cocircteacute eau Selon la quantiteacute drsquoeacutenergie laisseacutee dans le serpentin drsquoeau lorsque le ventilateur de soufflante srsquoarrecircte et drsquoautres pertes drsquoeacutenergie du systegraveme il est possible qursquoil nrsquoy ait pas drsquoeacutequilibre drsquoeacutenergie entre les mesures du cocircteacute air et les mesures du cocircteacute eau mecircme avec un instrument des mesures et des calculs laquo parfaits raquo

La norme CSA P9 exige une mesure du deacutebit drsquoair et des tempeacuteratures au moins toutes les cinq (5) secondes Dans le cas des essais agrave lrsquointerne cette freacutequence pourrait ecirctre assouplie pour certaines eacutetapes drsquoessai Par ailleurs une conformiteacute totale agrave la norme P9 suppose un controcircle preacutecis de la tempeacuterature de la salle drsquoessai ougrave se trouve le systegraveme combineacute en vue des essais ainsiqursquoun controcircle preacutecis de la tempeacuterature de lrsquoeau de la ville Dans le cas des essais de deacuteveloppement agrave lrsquointerne ces exigences peuvent eacutegalement ecirctre assouplies agrave condition que les tempeacuteratures ne varient pas trop pendant les essais Un espace commercial conditionneacute ayant une dimension raisonnable ferait lrsquoaffaire au moins pour les phases drsquoessai et de deacuteveloppement initiales

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Flue(combustionmeasurements)

SupplyAirtoSpaceHeatingPlenum

(optionalzonedampers)

ReturnAir

CityWater

TanklessWaterHeater

HotWaterSupplyfromWaterHeater

DHW

CoolWaterreturntoWaterheater

Temperaturemeasurementpoints

Fuelmeter

Flowmeter

Electricalmeteringnotshown

Circulator

98 Agencement des instruments

La figure 7 preacutesente un scheacutema simplifieacute permettant drsquoillustrer lrsquoagencement geacuteneacuteral des emplacements et des paramegravetres de mesure en vue de la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute de chauffe-eau instantaneacute agrave condensation Le deacutebit drsquoair qui traverse la conduite drsquoalimentation du systegraveme de traitement drsquoair sera surveilleacute en utilisant un deacutebitmegravetre agrave valeur moyenne et un manomegravetre (non illustreacute) tel que cela est deacutecrit agrave lrsquoarticle 73

T

T

T T

T T

Alimentation en eau chaude provenant du chauffe-eau

Conduit (mesures de combustion)

Eau chaude domestique

Systegraveme de mesure du combustible

Air dereprise

Retourde lrsquoeau froide vers lechauffe-eau

Chauffe-eau instantaneacute

Air drsquoalimentation achemineacute versle pleacutenum de chauffage(registres de zone facultatifs)

Eau municipale

Deacutebitmegravetre

T

(compteur eacutelectrique non illustreacute)

Points de mesure de la tempeacuterature Circulateur

Figure 8 Scheacutema de mesure simplifieacute applicable agrave la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute baseacute sur un chauffe-eau instantaneacute

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CanmetEacuteNERGIE CanmetEacuteNERGIE de Ressources naturelles Canada est un chef de file canadien dans le domaine de la recherche et deacuteveloppement en eacutenergie propre Les travaux de nos speacutecialistes portent sur lrsquoapprovisionnement drsquoeacutenergie propre agrave partir de combustibles fossiles et de sources renouvelables la gestion de lrsquoeacutenergie et les systegravemes de distribution ainsi que sur les technologies et processus avanceacutes pour les utilisations finales En veillant agrave ce que le Canada soit agrave la fine pointe des technologies sur lrsquoeacutenergie propre nous ameacuteliorons la qualiteacute de vie des Canadiens en creacuteant un avantage durable en matiegravere de ressources

Bureau central Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) 580 rue Booth 1 promenade Oil Patch 1 promenade Haanel 161 boulevard Lionel-Boulet Ottawa (Ontario) Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) Canada Canada Canada Canada K1A 0E4 T9G 1A8 K1A 1M1 J3X 1S6

  • Guide pour les fabricants drsquoappareils de chauffage combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessai conformeacutement agrave la norme CSA P9
    • Remerciements
    • 1 Reacutesumeacute
    • 2 Systegravemes agrave zones
    • Table des matiegraveres
    • Liste des tableaux et figures
    • 3 Contexte
      • 31 Objet
      • 32 Public cible
      • 33 Marcheacute
      • 34 Pratiques en vigueur dans lrsquoindustrie
      • 35 Expeacuterience en matiegravere drsquoeacutevaluation
      • 36 Deacutefi principal Utiliser des chauffe-eau pour chauffer des locaux de maniegravere eacuteconergeacutetique
      • 37 Approche par eacutetapes
        • 4 Charges de calcul ndash performances selon la norme CSA p9
          • 41 Facteur de performance thermique (FPT)
          • 42 Chauffage de lrsquoeau
          • 43 Chauffage des locaux
          • 44 Importance relative des charges de chauffage des locaux et de lrsquoeau
            • 5 Chauffage de lrsquoeau domestique
            • 6 Conception des systegravemes combineacutes
              • 61 Incidence des pondeacuterations de charge
                • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                • Reacuteduction des tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour
                  • 62 Strateacutegies de conception
                  • 63 Strateacutegie 1 Tempeacuterature drsquoeau constante
                    • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                    • Serpentin(s) de chauffage des locaux
                    • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                    • Illustration des performances selon la norme P9
                    • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                      • 64 Strateacutegie 2 Tempeacuterature drsquoeau variable
                        • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                        • Serpentin(s) de chauffage de locaux
                        • Conditions de chauffage de locaux en charge partielle
                        • Illustration des performances P9
                        • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                            • 7 Commandes
                              • Commandes indirectes baseacutees sur la tempeacuterature
                              • Commandes indirectes baseacutees sur le minuteur
                              • Controcircle direct
                              • Chauffe-eau -Mode de chauffage de lrsquoeau du robinet
                                • 8 Composants
                                  • 81 Systegraveme de traitement drsquoair
                                  • 82 Serpentins de chauffage de locaux
                                  • 83 Moteur de ventilateur
                                  • 84 Circulateurpompe
                                  • 85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)
                                  • 86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau
                                  • 87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes
                                    • 9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes
                                      • 91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz
                                      • 92 Enregistreur de donneacutees
                                      • 93 Deacutebit drsquoair
                                      • 94 Manomegravetres
                                      • 95 Tempeacuteratures
                                      • 96 Mesures du cocircteacute eau
                                      • 97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne
                                      • 98 Agencement des instruments
Page 12: Guide pour les fabricants d’appareils de chauffage ...€¦ · Le présent rapport explique comment la norme d’essai P.9 pondère le rendement dans différents modes de fonctionnement

reacutegime la performance en charge partielle en mode de chauffage de locaux est particuliegraverement importante pour le rendement geacuteneacuteral du systegraveme Il est bien plus important drsquoobtenir drsquoexcellentes performances lors drsquoessais de chauffage de locaux en charge partielle plutocirct qursquoagrave pleine puissance nominale lorsque lrsquoon calcule le rendement geacuteneacuteral du systegraveme

Ilest possible drsquoobtenir des reacutesultats de performance eacuteleveacutee lorsque les composants eacuteconergeacutetiques sont bien adapteacutes et que le systegraveme drsquoexploitation commande intelligemment et simultaneacutement agrave la fois le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair

37 Approche par eacutetapes

Le preacutesent rapport invite les fabricants agrave suivre les eacutetapes ci-dessous avant de proposer un systegraveme combineacute haute performance

Eacutetape 1 Cerner les charges de conception qursquoil faut prendre en compte pour prendre toutes les deacutecisions concernant le systegraveme combineacute

Eacutetape 2 Seacutelectionner un chauffe-eau en mesure de fournir des performances eacuteleveacutees dans les applications mettant en œuvre des systegravemes combineacutes

Eacutetape 3 Seacutelectionner une strateacutegie de controcircle applicable au chauffe-eau et au systegraveme de traitement drsquoair qui reacuteduit au minimum les coucircts que le fabricant doit supporter pour fournir des systegravemes combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessaiselon la norme P9

Eacutetape 4 Seacutelectionner drsquoautres composants de systegravemes combineacutes (tels que des serpentins des moteurs de ventilateur et les commandes associeacutees)

Eacutetape 5 Exeacutecuter des essais agrave lrsquointerne afin drsquoeacutetablir les performances des systegravemes combineacutes de maniegravere agrave pouvoir les mettre agrave niveau selon les besoins avant de les expeacutedier agrave un laboratoire indeacutependant agrave des fins de veacuterification

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4 Charges de calcul ndash performances selon la norme CSA p9

41 Facteur de performance thermique (FPT)

Le FPT correspond agrave la mesure de performance eacutenergeacutetique cleacute de la norme CSA P9 Ce facteur combine les cotes de performance du chauffage des locaux et celles du chauffage de lrsquoeau et fait une moyenne pondeacutereacutee selon la charge des deux types de chauffage pour geacuteneacuterer la mesure de performance globale Lrsquoannexe B de la norme CSA P9 fournit des explications deacutetailleacutees sur la maniegravere dont les facteurs de pondeacuteration ont eacuteteacute eacutelaboreacutes et sur les raisons de leur eacutelaboration

La preacutesente section preacutesente quelques facteurs cleacutes ainsi qursquoun graphique (tableau 3) que les fabricants peuvent utiliser pour deacuteterminer les reacutesultats drsquoessai ayant la plus forte incidence sur le reacutesultat FPT de leurs produits

Comme le chauffage des locaux constitue geacuteneacuteralement la charge dominante au sein des maisons canadiennes la pondeacuteration du rendement global des systegravemes de chauffage combineacutes est domineacutee par le chauffage des locaux Les reacutesultats drsquoessai du chauffage des locaux en charge partielle offrent la pondeacuteration la plus importante pour deacuteterminer les performances de chauffage des locaux des systegravemes combineacutes et par conseacutequent le FPT

Les systegravemes combineacutes qui optimisent les performances de chauffage de locaux en charge partielle preacutesenteront des FPT plus eacuteleveacutes que les systegravemes conccedilus pour offrir des performances agrave pleine charge

Ilest possible de mettre en place des strateacutegies de controcircle intelligentes pendant les essais de rendement reacutealiseacutes conformeacutement agrave la norme CSA P9 Par exemple le systegraveme de controcircle peut commencer agrave fonctionner en mode de chauffage de locaux en acheminant une tempeacuterature plus basse au systegraveme de traitement drsquoair et en programmant une vitesse de ventilation infeacuterieure Il est possible drsquoaugmenter progressivement ces deux paramegravetres si la charge nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai speacutecifieacute De mecircme des strateacutegies de controcircle mettant en œuvre une fonction de deacutetection de charge tel qursquoun controcircle de reacuteglage exteacuterieur peuvent offrir des ameacuteliorations de rendement identiques et peuvent ecirctre simuleacutees pendant les essais Ceci est particuliegraverement important lorsque lrsquoon cherche agrave veacuterifier le rendement des systegravemes de chauffage de locaux en charge partielle

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42 Chauffage de lrsquoeau

Les normes drsquoessai applicables aux systegravemes de chauffage de lrsquoeau (norme P9 incluse) partent du principe que la charge de chauffage de lrsquoeau annuelle est de 4 400 kWh (environ 12 kWh par jour) pour chaque maison Dans la norme P9 la valeur de performance drsquoun systegraveme combineacute utiliseacute en tant que chauffe-eau est deacutesigneacutee laquo facteur de performance du chauffage de lrsquoeau raquo (FPCE) Mecircme si la norme P9 offre une souplesse accrue en ce qui a trait aux parameacutetrages des commandes compareacute aux normes reacutegissant des chauffe-eau autonomes le FPCE est analogue agrave une cote de facteur eacutenergeacutetique (FE) et les cotes numeacuteriques devraient ecirctre identiques

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43 Chauffage des locaux

Tout systegraveme de chauffage de locaux doit ecirctre capable de fournir sa puissance de chauffage de locaux nominale lorsque les commandes lrsquoexigent Par contre les systegravemes de chauffage de locaux ont uniquement besoin de fournir leur puissance de chauffage de pointe pour tout au plus quelques jours pendant lrsquoanneacutee La norme CSA P9 reconnaicirct que des systegravemes fonctionneront en conditions de charge partielle la plupart du temps et eacutenonce des cotes de rendement de chauffage de locaux baseacutees sur des essais directs impliquant des charges totales et partielles Les systegravemes combineacutes sont mis agrave lrsquoessai dans des conditions de charges eacutequivalant agrave 100 40 et 15 de leurs capaciteacutes de chauffage des locaux Les reacutesultats sont combineacutes de maniegravere agrave obtenir une efficaciteacute de chauffage composite (ECC) qui pondegravere plus fortement les conditions de charge partielle La formule associeacutee et la repreacutesentation graphique correspondante extraites de la norme P9 se preacutesentent comme suit

ECC = 01 de rendement net agrave 100 + 06 de rendement net agrave 40 + 03 de rendement net agrave 15

La figure 1 illustre la quantiteacute de charge de chauffage annuelle pouvant ecirctre reacutepartie vers diffeacuterents points drsquoexploitation

Pourcentage de la charge de chauffage annuelle

Figure 1 Courbe de charge-dureacutee pour le chauffage des locaux (tireacutee de la norme CSA P9-11)

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44 Importance relative des charges de chauffage des locaux et de lrsquoeau

Les commandes du systegraveme de chauffage combineacute sont pleinement fonctionnelles pendant tous les essais et ne sont pas reacutegleacutees manuellement une fois les premiers essais en cours Le choix du fabricant concernant la strateacutegie de controcircle les paramegravetres de tempeacuterature et de deacutebit drsquoair et drsquoeau et les composants utiliseacutes aura une incidence sur la capaciteacute de chauffage de pointe des locaux ainsique sur le rendement agrave la puissance maximale Les systegravemes preacutesentant des capaciteacutes de chauffage nominales infeacuterieures seraient normalement installeacutes pour chauffer des reacutesidences ayant des charges de calcul plus petites Comme nous lrsquoavons indiqueacute preacuteceacutedemment la norme P9 prescrit les mecircmes charges de chauffage drsquoeau pour tous les systegravemes mis agrave lrsquoessai peu importe la capaciteacute Par conseacutequent plus la capaciteacute de chauffage des locaux est petite plus lrsquoimportance relative du chauffage de lrsquoeau sur le FPT est grandeCe principe est illustreacute agrave la figure 2 qui preacutesente les charges annuelles relatives de chauffage drsquoeau et des locaux pour des systegravemes mixtes ayant des charges de chauffage des locaux nominales de 5 kW et 10 kW respectivement

25000 Chauffage des locaux Eau chaude domesZque (ECD)

20000

Consom

maZ

ondeacuten

ergie(kWhan) 20000

15000

10000 10000

4400 44005000

0 Puissance de chauffage des locaux Puissance de chauffage des locaux

de10 kW de5kW

Figure 2 Comparaison de la consommation drsquoeacutenergie pour le chauffage et lrsquoeau chaude (kWhan) dans le cas des systegravemes combineacutes de 10 kW et 5 kW

Les charges thermiques eacutenonceacutees dans la norme P9 sont deacutecrites dans le tableau 2 et les pondeacuterations relatives des reacutesultats drsquoessais de performance individuels dans le facteur de performance thermique (FPT) globalde la norme CSA P9 applicable aux

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systegravemes combineacutes offrant trois capaciteacutes de chauffage de locaux diffeacuterentes sont preacutesenteacutees dans le tableau 3

Tableau 2 Charges thermiques annuelles (kWhan) de la norme P9 applicables aux systegravemes combineacutes affichant des puissances nominales de chauffage des locaux de 5 10 et 15 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 5 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 10 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 15 kW

Chauffage des locaux Pleine charge

1 000 kWhan 2 000 kWhan 3 000 kWhan

Chauffage des locaux 40 de la charge

6 000 kWhan 12 000 kWhan 18 000 kWhan

Chauffage des locaux 15 de la charge

3 000 kWhan 6 000 kWhan 9 000 kWhan

Chauffage de lrsquoeau 4 400 kWhan 4 400 kWhan 4 400 kWhan

Total 14 400 kWhan 24 400 kWhan 34 400 kWhan

Tableau 3 Pondeacuterations de charge de la norme P9 pour des systegravemes combineacutes affichant des puissances nominales de chauffage des locaux de 5 10 et 15 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 5 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 10 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 15 kW

Chauffage des locaux Pleine charge

7 8 9

Chauffage des locaux 40 de la charge

42 49 52

Chauffage des locaux 15 de la charge

21 25 26

Chauffage de lrsquoeau 31 18 13

Total 100 100 100

Ilest important de consulter ces donneacutees avec un certain reculet de comprendre les pondeacuterations relatives des reacutesultats drsquoessai sur le FPT annuel On remarque que

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lrsquoincidence des performances du systegraveme pendant lrsquoessaide chauffage des locaux avec 40 de puissance nominale de chauffage de locaux sur la cote annuelle est la plus importante (42 agrave 52 ) suivie par lrsquoincidence des performances avec 15 de puissance nominale de chauffage des locaux (21 agrave 26 ) Les pondeacuterations de ces reacutesultats drsquoessai augmentent encore plus agrave mesure que la puissance nominale de chauffage des locaux deacutepasse la plage illustreacutee dans le tableau 3

Des rapports inteacuteressants eacutemanant de constructeurs de maisons de lrsquoOntario indiquent qursquoon installe plus souvent des systegravemes combineacutes dans des reacutesidences dont les charges de chauffage nominales se situent entre 7 et 10 kW Selon les codes drsquoinstallation des systegravemes de chauffage et les guides de dimensionnement recommandeacute de lrsquoindustrie les systegravemes combineacutes ayant des capaciteacutes de chauffage nominales comprises entre 10 et 15 kW conviendraient parfaitement agrave ce type de reacutesidences Dans le cas des systegravemes combineacutes inclus dans cette plage de capaciteacute les reacutesultats drsquoessai de chauffage des locaux en charge partielle ont une pondeacuteration drsquoenviron 75 dans la cote de performance thermique annuelle

En commenccedilant par un local dont le rendement du composant de chauffage de lrsquoeau du systegraveme combineacute est deacutejagrave eacuteconergeacutetique (voir lrsquoarticle 11) cette pondeacuteration permet de savoir ougrave il faut deacuteployer le plus gros effort au moment de concevoir un systegraveme de chauffage combineacute haute performance

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5 Chauffage de lrsquoeau domestique

La premiegravere eacutetape agrave suivre pour concevoir un systegraveme combineacute haute performance consiste agrave seacutelectionner le chauffe-eau approprieacute Cette section a pour but drsquoaider les fabricants agrave deacutenicher rapidement les modegraveles potentiels

Parmi les caracteacuteristiques que devraient avoir les chauffe-eau agrave la demande figurent

bull la modulation ndash performances de chauffage de lrsquoeau efficaces sur toute la plage depuis les deacutebits drsquoeau nominaux minimaux jusqursquoaux deacutebits maximaux

ndash rapport de reacuteglage eacuteleveacute

ndash capaciteacute agrave fournir suffisamment drsquoeau chaude pour reacutepondre agrave des besoins en chauffage de lrsquoeau typiques

ndash capaciteacute agrave fonctionner avec des deacutebits drsquoeau chaude minimauxDe nombreux chauffe-eau agrave la demande actuellement sur le marcheacute peuvent selon le classement de leur fabricant ecirctre utiliseacutes avec des deacutebits drsquoeau chaude de 2 Lmin (05 gal USmin) ou moins Certains systegravemes neacutecessitent des deacutebits plus importants

bull performance en matiegravere de condensation ndash ilsrsquoagit des performances nominales de condensation sur toute la plage des charges et des allures de chauffe

ndash commandes geacuterant de faccedilon approprieacutee le rapport combustible-deacutebit drsquoair de maniegravere agrave maintenir le rendement de la combustion quelle que soit la charge

ndash paramegravetres de commande optimiseacutes par la charge qui permettent de deacuteterminer lrsquoimportance et les types de charges et de reacuteagir en conseacutequence avec de meilleurs paramegravetres de commande pour que le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair fonctionnent ensemble

ndash cycles courts avant et apregraves la purge permettant de reacuteduire au minimum les temps de reacuteponse et les pertes laquo par cycle raquo et de reacuteduire la consommation drsquoeacutelectriciteacute

ndash faible consommation en mode drsquoalimentation de secours

ndash ventilation directe des produits de combustion afin drsquoeacuteviter lrsquoeacutemanation de combustible et les risques de deacutepressurisation

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Pour acceacuteleacuterer le processus de seacutelection du chauffe-eau de base il sera plus facile de commencer par consulter les donneacutees que le fabricant peut deacutetenir (ou qursquoil peut facilement produire) concernant ses propres produits en mode de chauffage drsquoeau Lrsquoobjectif est de commencer avec un geacuteneacuterateur de chaleur qui preacutesente un rendement eacutenergeacutetique nominal de 90 ou plus sur une grande plage de fonctionnement

Si le chauffe-eau qursquoon envisage drsquoutiliser en tant que moteur thermique ou geacuteneacuterateur de chaleur pour un systegraveme de chauffage combineacute monobloc ne reacutepond pas aux exigences ci-dessus il est recommandeacute de reacuteviser attentivement son choix Dans certains cas il est possible de seacutelectionner diffeacuterents composants diffeacuterentes commandes ou diffeacuterents paramegravetres de commande pour surmonter les lacunes en matiegravere de rendement Les possibiliteacutes drsquoameacuteliorer de faccedilon appreacuteciable les performances de chauffage drsquoeau drsquoun chauffe-eau agrave la demande sans affecter son certificat de seacutecuriteacute sont limiteacutees Du coup le fait de seacutelectionner un chauffe-eau diffeacuterent plus rentable sur le plan eacutenergeacutetique peut constituer un choix plus opportun

La norme canadienne drsquoessai et drsquoeacutevaluation CSA P7 applicable aux chauffe-eau agrave la demande fait eacutetat drsquoune tempeacuterature drsquoeau drsquoarriveacutee courante de 144 degC (58 degF) et drsquoune tempeacuterature de sortie de 577 degC (135 degF) pour les essais et lrsquoeacutevaluation des performances nominales Le tableau 4 compare les caracteacuteristiques de rendement eacutenergeacutetique de deux chauffe-eau agrave la demande theacuteoriques avec les systegravemes fonctionnant agrave plusieurs deacutebits drsquoeau diffeacuterents en utilisant les mecircmes hypothegraveses de tempeacuteratures drsquoeau que la norme P7 Bien que les eacutevaluations de performance maximale du premier modegravele soient supeacuterieures agrave celles du second modegravele (avec des deacutebits drsquoeau de 114 et 76 Lmin) les performances de chauffage ameacutelioreacutees du second modegravele agrave des deacutebits drsquoeau infeacuterieurs en font un meilleur candidat pour jouer le rocircle drsquoun geacuteneacuterateur de chaleur dans un systegraveme combineacute du fait du pourcentage de temps eacuteleveacute pendant lrsquoanneacutee durant lequel un systegraveme combineacute fonctionne agrave de faibles charges pour assurer le chauffage des locaux

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Tableau 4 Comparaison des caracteacuteristiques de rendement eacutenergeacutetique de la norme P7 pour deux chauffe-eau theacuteoriques

Deacutebit (Lmin) Deacutebit (gal USmin) Exemple modegravele 1

Exemple modegravele 2

114 3 95 92

76 2 95 90

38 1 83 92

19 05 79 92

Recommandation Choix mal adapteacute dans le cas drsquoun systegraveme combineacute

Choix mieux adapteacute dans le cas drsquoun systegraveme combineacute

On constate que les valeurs de rendement eacutenergeacutetique pour la plage de deacutebits drsquoeau utiliseacutes agrave des fins de deacutemonstration dans le tableau 4 ne seraient pas interchangeables avec les facteurs eacutenergeacutetiques (FE) coteacutes pour les mecircmes chauffe-eau eacutetant donneacute que les conditions eacutenonceacutees dans le tableau 4 ne correspondent pas aux installations meacutethodes drsquoessais et charges de chauffage drsquoeau speacutecifieacutees dans la norme CSA P7 applicable aux chauffe-eau agrave la demande Les valeurs de rendement eacutenergeacutetique theacuteoriques du tableau 4 sont preacutesenteacutees simplement pour deacutemontrer que les performances de chauffage de lrsquoeau de certains types de chauffe-eau peuvent changer agrave mesure que le deacutebit (p ex la charge de chauffage de lrsquoeau) change Les changements de rendement eacutenergeacutetique du systegraveme de chauffage de lrsquoeau en fonction de la charge ne sont pas complegravetement pris en compte dans les eacutevaluations de performance FE normaliseacutees applicables aux chauffe-eau Afin drsquoeacuteviter toute confusion il est recommandeacute drsquoutiliser lrsquoexpression laquo Facteur eacutenergeacutetique raquo (ou FE) uniquement pour deacutesigner des cotes drsquoessais de chauffe-eau standard eacutelaboreacutees agrave partir drsquoessais et de calculs respectant scrupuleusement la norme drsquoeacutevaluation CSA P7 applicable aux chauffe-eau agrave la demande ou la norme CSA P3 applicable aux chauffe-eau agrave reacuteservoir de stockage reacutesidentiels

Apregraves avoir eacutetudieacute le rendement eacutenergeacutetique des geacuteneacuterateurs de chaleur potentiels sur toutes leurs plages de fonctionnement preacutevues dans le cadre drsquoun systegraveme combineacute il est possible de seacutelectionner de maniegravere aviseacutee un chauffe-eau adapteacute aux applications preacutevues Une fois cette eacutetape reacutealiseacutee le fabricant de systegravemes de chauffage combineacutes doit opter pour une strateacutegie de controcircle avant de seacutelectionner les autres composants du systegraveme

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6 Conception des systegravemes combineacutes

61 Incidence des pondeacuterations de charge

Conditions de chauffage des locaux en charge partielle Pour obtenir une excellente cote drsquoessai selon la norme CSA P9 il faut avant tout se concentrer sur le chauffage des locaux en charge partielle Le rendement en conditions de chauffage de locaux en charge partielle permettra de deacuteterminer 90 de la cote drsquoefficaciteacute de chauffage composite (ECC) Dans le cas drsquoun systegraveme de chauffage combineacute offrant une puissance de chauffage drsquoespace nominale de 10 kW 75 de la valeur FPT seront deacuteduits agrave partir des reacutesultats de lrsquoessai en charge partielle Dans le cas drsquoun systegraveme offrant une puissance de chauffage des locaux de 15 kW les reacutesultats des performances de chauffage des locaux en charge partielle repreacutesenteront presque 80 du facteur de performance thermique global

Reacuteduction des tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour Les chauffe-eau qui preacutesentent drsquoexcellentes cotes avec des tempeacuteratures basses de lrsquoeau drsquoalimentation du reacuteseau principalfonctionneront moins bien sila tempeacuterature drsquoarriveacutee augmente La preacutesence de tempeacuteratures drsquoeau de retour plus chaudes pendant le mode de chauffage des locaux contribuera agrave reacuteduire le rendement eacutenergeacutetique Le fait de reacutepondre aux demandes de chauffage des locaux en utilisant des paramegravetres de commande qui reacuteduisent au minimum les tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour en conditions de charge partielle peut contribuer agrave optimiser le rendement de combustion

62 Strateacutegies de conception

Un des plus gros avantages du chauffe-eau agrave la demande tient au fait que theacuteoriquement il peut geacuteneacuterer diffeacuterentes tempeacuteratures drsquoeau drsquoalimentation pour satisfaire les charges de chauffage de lrsquoeau et des locaux Il peut eacutegalement faire varier du tout au tout la tempeacuterature de lrsquoeau qursquoil fournit pour satisfaire diffeacuterentes charges de chauffage des locaux Cet aspect est essentiel pour continuer de fournir le mecircme chauffage de lrsquoeau agrave un rendement eacuteleveacute et produire un chauffage des locaux agrave charge partielle tregraves efficace

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Nous allons passer en revue deux concepts de systegravemes combineacutes

bull la strateacutegie 1 utilise une tempeacuterature drsquoeau constante pour toutes les charges

bull la strateacutegie 2 consiste agrave faire varier la tempeacuterature de lrsquoeau en fonction de la charge

La premiegravere strateacutegie est celle qui neacutecessite le moins de changement compareacute aux pratiques actuelles elle correspond souvent au premier reacuteflexe Elle est preacutesenteacutee icidans le but principalde mettre en lumiegravere certains deacutefis inheacuterents en matiegravere de performance

La deuxiegraveme strateacutegie repreacutesente une option bien plus rentable pour atteindre des niveaux de performance eacuteleveacutes tant sur le terrain que lors des essais exeacutecuteacutes conformeacutement agrave la norme CSA P9 Lrsquoexpeacuterience montre qursquoelle offre un niveau de performance eacuteleveacute agrave un coucirct moindre pour le fabricant

Le fait drsquoutiliser une pompe agrave vitesse variable dans le systegraveme de traitement de lrsquoair peut eacutegalement ameacuteliorer le rendement eacutenergeacutetique La strateacutegie 2 est axeacutee sur une tempeacuterature drsquoalimentation variable les chauffe-eau agrave la demande pouvant offrir cette fonction plus rapidement Il est peu courant de voir des pompes agrave vitesse variable dans les appareils de traitement de lrsquoair pour lrsquoinstant

Pour ces exemples

bull les deux types de systegravemes combineacutes seront preacutesenteacutes en utilisant le mecircme chauffe-eau agrave la demande agrave condensation et agrave modulation

bull les pondeacuterations de performance FPT applicables agrave un systegraveme combineacute preacutesentant une charge nominale de chauffage de locaux de 10 kW seront utiliseacutees agrave titre indicatif pour illustrer chacune de ces strateacutegies

63 Strateacutegie 1 Tempeacuterature drsquoeau constante

Ce systegraveme de chauffage combineacute respecte la regravegle eacutetablie et preacutevoit uniquement lrsquoutilisation de composants plus efficaces pour ameacuteliorer les performancesIlarrive qursquoil soit souvent consideacutereacute en premier lieu car les commandes peuvent rester telles quelles dans un systegraveme pour lequel un fabricant fournit le chauffe-eau agrave la demande tandis qursquoun autre fabricant fournit le systegraveme de traitement drsquoair

Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair Le chauffe-eau ne sait pas si une demande concerne un chauffage de lrsquoeau ou un chauffage de locaux Il deacutetecte une demande et fournit de lrsquoeau chaude agrave une tempeacuterature constante Pour satisfaire la charge de chauffage de pointe des locaux il est geacuteneacuteralement reacutegleacute agrave 60 degC (140 degF) Le systegraveme de traitement drsquoair ne contribue pas eacutenormeacutement agrave faire grimper la puissance de chauffage de locaux Il utilise geacuteneacuteralement

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un ou deux reacuteglages de vitesse de ventilateur soufflant Eacutetant donneacute que le fonctionnement prolongeacute drsquoun ventilateur apregraves qursquoune demande de chauffage a eacuteteacute satisfaite peut entraicircner des problegravemes de confort dus agrave des courants drsquoair froid le fonctionnement subseacutequent du ventilateur ne sera pas mis en œuvre ou sera mis en œuvre en utilisant uniquement des temps de fonctionnement courts Dans les deux sceacutenarios la chaleur sera retenue dans le serpentin et les conduites pour se dissiper par la suite pendant les peacuteriodes de deacutesactivation

Serpentin(s) de chauffage des locaux Si lrsquoon veut amplifier lrsquoefficaciteacute eacutenergeacutetique du systegraveme en mode de chauffage des locaux ilest impeacuteratif de reacuteduire au minimum les tempeacuteratures de lrsquoeau de retourDes serpentins laquo surdimensionneacutes raquo ont eacuteteacute conccedilus en vue drsquooptimiser la baisse de tempeacuterature dans lrsquoeacutechangeur de chaleur en conditions de chauffage des locaux

Conditions de chauffage des locaux en charge partielle Le systegraveme de traitement drsquoair se met en route et srsquoarrecircte pour srsquoadapter aux conditions de charge partielle ce qui a pour effet de deacuteclencher des demandes associeacutees sur le chauffe-eau

Illustration des performances selon la norme P9 Le tableau 5 donne un aperccedilu theacuteorique du type de performance que lrsquoon pourrait geacuteneacuteralement obtenir en utilisant une strateacutegie impliquant un point de consigne de tempeacuterature unique

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Tableau 5 Performances drsquoun systegraveme combineacute theacuteorique affichant une puissance de chauffage des locaux de 10 kW en utilisant une strateacutegie simple de commande de point de consigne de tempeacuterature drsquoeau unique (capaciteacute de chauffage des locaux compenseacutee par des cycles de marche-arrecirct)

Mode de fonctionne -ment

Pondeacuter-ation

Temp de lrsquoeau drsquoalimentati on (degF)

Temp de lrsquoeau de retour du reacuteseau principal (degF)

Deacutebit du systegraveme de traitement drsquoair (pi3min)

Mesure de la performance eacutenergeacutetique mode activeacute deacutesactiveacute ()

Contribution FPT

Chauffage des locaux 100

8 140 120 800 85 007

Chauffage des locaux 40

49 140 120 800 80 039

Chauffage des locaux 15

25 140 120 800 75 018

Chauffage de lrsquoeau

18 140 58 mdash 92 017

Total 100 081

Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables bull Performances globales Une cote de facteur de performance totale (FPT) de 092

placerait le systegraveme combineacute dans la plage des performances eacuteleveacutees

bull Performances en mode de chauffage de lrsquoeau Comme dans le cas du sceacutenario impliquant un point de consigne de tempeacuterature unique le systegraveme assure une condensation en mode de chauffage de lrsquoeau avec un FPCE de 92 Il serait possible drsquoameacuteliorer leacutegegraverement lrsquoefficaciteacute du systegraveme de chauffage de lrsquoeau si un point de consigne de tempeacuterature de lrsquoeau infeacuterieur agrave la valeur de 140 degF utiliseacutee dans le premier cas de figure eacutetait appliqueacute La norme P9 permet drsquoutiliser un point de consigne pouvant descendre jusqursquoagrave 120 degF dans le cas de lrsquoeau potable La tempeacuterature de consigne nrsquoa plus besoin drsquoecirctre la mecircme que celle requise pour une charge de chauffage de locaux maximale il est donc possible de la reacuteduire agrave la plage de 120 degF Pour simplifier la comparaison des deux systegravemes dans les tableaux 5 et 6 aucun point de consigne de systegraveme de chauffage drsquoeau potable reacuteduit nrsquoa pas eacuteteacute inclus dans le tableau 6

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bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge totale Dans ce mode le rendement eacutenergeacutetique est plus faible La tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation doit ecirctre au plus haut pour satisfaire la charge la tempeacuterature de lrsquoeau de retour sera donc elle aussiplus eacuteleveacutee dans ce modeComme le systegraveme fonctionnera rarement dans ce mode cette mauvaise performance ne repreacutesente qursquoune petite fraction de la pondeacuteration FPT

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge partielle Les tempeacuteratures drsquoalimentation du systegraveme de chauffage de lrsquoeau sont abaisseacutees progressivement pour satisfaire des demandes en charge partielle moindres Les tempeacuteratures peuvent ecirctre abaisseacutees bien en deccedilagrave du reacuteglage preacutevu pour le chauffage de lrsquoeau du robinet Cette condition se traduit par des tempeacuteratures drsquoeau de retour plus basses qursquoen conditions de charge totale Ces deux facteurs font que lrsquoefficaciteacute est plus importante en conditions de charge partielle qursquoen conditions de charge totale Le chauffe-eau fonctionnera en mode de condensation pour les deux points de charge de chauffage de locaux (40 et 15 )

bull Vitesse de ventilateur Eacutetant donneacute que la puissance de chauffage requise diminue la vitesse de ventilateur diminue aussiCela se traduit par un niveau sonore reacuteduit un fonctionnement du ventilateur plus long avec des cycles moins freacutequents et une reacuteduction importante de la consommation drsquoeacutenergie Cette condition peut aussi reacuteduire les plaintes lieacutees au confort le fonctionnement plus long agrave des deacutebits drsquoair reacuteduits ameacuteliorant la reacutepartition de lrsquoair chaud pendant les saisons intermeacutediaires

bull Controcircle de la tempeacuterature de lrsquoair inteacuterieur Le fait de moduler la puissance de chauffage en faisant varier la tempeacuterature de lrsquoeau et la vitesse du ventilateur peut se traduire par une tempeacuterature drsquoair inteacuterieur plus homogegravene avec des eacutecarts de tempeacuteratures moins grands au-dessus et au-dessous des points de consigne du thermostat Ce pheacutenomegravene pourrait inciter les proprieacutetaires de reacutesidence agrave augmenter le point de consigne de chauffage pour eacutetablir des conditions de confort acceptables

bull Incidences sur le zonage Le zonage sera plus compliqueacute avec un systegraveme affichant une puissance fixe et une vitesse de ventilateur unique

Ilest possible drsquoameacuteliorer la strateacutegie 1 en augmentant encore la dimension drsquoun serpentin deacutejagrave surdimensionneacute dans le systegraveme de traitement drsquoair Cette option implique toutefois des limites pratiques car des serpentins bien plus grands neacutecessiteront une plus grande quantiteacute de cuivre et un formage plus important et cela accentuera le coucirct total du systegraveme sans compter qursquoil faudra aussi preacutevoir des armoires plus grandes pour le systegraveme de traitement drsquoair De plus les pertes de chaleur par cycle augmenteront et il sera plus difficile drsquoobtenir des performances eacuteleveacutees en charge partielle Le fait drsquoappliquer la strateacutegie 1 agrave un systegraveme de chauffage combineacute agrave haute performance peut srsquoaveacuterer trop oneacutereux pour valoir le coup

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64 Strateacutegie 2 Tempeacuterature drsquoeau variable

Cette meacutethode est identique agrave celle appliqueacutee dans les appareils de chauffage agrave air chaud multieacutetage Le principe consiste agrave faire fonctionner le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair ensemble pour optimiser le rendement eacutenergeacutetique tout en reacuteduisant au minimum le coucirct et la complexiteacute des composants

Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair Cette strateacutegie consiste agrave exploiter avantageusement la capaciteacute inteacutegreacutee du chauffe-eau pour faire varier la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation La tempeacuterature du point de consigne du chauffe-eau varie en fonction de la charge de chauffage des locaux On utilise des reacuteglages de tempeacuterature drsquoeau drsquoalimentation faibles pour satisfaire aux conditions de chauffage des locaux en charge partielle On fait eacutegalement varier les vitesses du ventilateur du systegraveme de traitement drsquoair en srsquoappuyant sur un principe de controcircle de reacuteglage exteacuterieur ou de minuterie pour augmenter les paramegravetres Lorsqursquoune demande de chaleur a eacuteteacute satisfaite le ventilateur continue de fonctionner agrave des vitesses reacuteduites pour eacuteviter les problegravemes lieacutes aux courants froids et au bruit Du coup le serpentin et les conduites retiennent moins de chaleur et on deacuteplore moins de perte de chaleur par la suite compareacute au premier cas de figure Le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair doivent tous deux cerner la demande qursquoils sont censeacutes satisfaire Leurs commandes ne doivent pas pour autant ecirctre physiquement inteacutegreacutees drsquoune faccedilon ou drsquoune autre Cette strateacutegie de controcircle est traiteacutee plus en deacutetail agrave la section 40

Serpentin(s) de chauffage de locaux Pour simplifier la comparaison nous partirons du principe que des serpentins laquo surdimensionneacutes raquo similaires sont utiliseacutes comme dans le premier cas de figure de sorte que les performances du chauffage de pointe des locaux soient identiques dans les deux cas

Conditions de chauffage de locaux en charge partielle Le chauffe-eau relegraveve une demande de chauffage de locaux et se met en route en acheminant une eau drsquoalimentation agrave basse tempeacuterature au systegraveme de traitement drsquoair Si la demande de chauffage nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute le chauffe-eau augmente progressivement la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation Le systegraveme de traitement drsquoair surveille la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation et augmente progressivement la vitesse du ventilateur lorsque la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation est plus eacuteleveacutee

Illustration des performances P9 Le tableau 6 donne une preacutesentation theacuteorique du type de rendement que lrsquoon peut obtenir en appliquant une strateacutegie de controcircle simple mettant en œuvre des

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tempeacuteratures drsquoeau et des vitesses de ventilateur variables Les tempeacuteratures et les deacutebits drsquoair du ventilateur preacutesenteacutes dans le tableau 6 ont eacuteteacute choisis agrave titre indicatif uniquement Ils ne repreacutesentent pas des reacuteglages pleinement optimiseacutes applicables agrave un systegraveme de chauffage combineacute

Tableau 6 Performances drsquoun systegraveme de chauffage combineacute theacuteorique offrant une puissance de chauffage des locaux de 10 kW en utilisant une strateacutegie de controcircle de tempeacuteratures drsquoeau et de vitesses de ventilateur variables (variation de la capaciteacute de chauffage des locaux par modulation du deacutebit drsquoair et de la tempeacuterature de lrsquoeau)

Mode de fonctionne -ment

Pondeacuter-ation

Temp de lrsquoeau drsquoalimen-tation (degF)

Temp de lrsquoeau de retour du reacuteseau principal (degF)

Deacutebit du systegraveme de traitement drsquoair (pi3min)

Mesure de la performance eacutenergeacutetique mode activeacute deacutesactiveacute ()

Contribution FPT

Chauffage des locaux 100

8 140 120 800 85 007

Chauffage des locaux 40

49 110 102 600 92 045

Chauffage des locaux 15

25 90 87 500 94 023

Chauffage de lrsquoeau

18 140 58 --- 92 016

Total 100 092

Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables bull Performances globales Une cote de facteur de performance totale (FPT) de 092

placerait le systegraveme combineacute dans la plage des performances eacuteleveacutees

bull Performances en mode de chauffage de lrsquoeau Comme dans le cas du sceacutenario impliquant un point de consigne de tempeacuterature unique le systegraveme assure une condensation en mode de chauffage de lrsquoeau avec un FPCE de 92 Il serait possible drsquoameacuteliorer leacutegegraverement lrsquoefficaciteacute du systegraveme de chauffage de lrsquoeau si un point de consigne de tempeacuterature de lrsquoeau infeacuterieur agrave la valeur de 140 degF utiliseacutee dans le premier cas de figure eacutetait appliqueacute La norme P9 permet drsquoutiliser un point de

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consigne pouvant descendre jusqursquoagrave 120 degF dans le cas de lrsquoeau potable La tempeacuterature de consigne nrsquoa plus besoin drsquoecirctre la mecircme que celle requise pour une charge de chauffage de locaux maximale il est donc possible de la reacuteduire agrave la plage de 120 degF Pour simplifier la comparaison des deux systegravemes dans les tableaux 5 et 6 aucun point de consigne de systegraveme de chauffage drsquoeau potable reacuteduit nrsquoa pas eacuteteacute inclus dans le tableau 6

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge totale Dans ce mode le rendement eacutenergeacutetique est plus faible La tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation doit ecirctre au plus haut pour satisfaire la charge la tempeacuterature de lrsquoeau de retour sera donc elle aussi plus eacuteleveacutee dans ce mode Comme le systegraveme fonctionnera rarement dans ce mode cette mauvaise performance ne repreacutesente qursquoune petite fraction de la pondeacuteration FPT

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge partielle Les tempeacuteratures drsquoalimentation du systegraveme de chauffage de lrsquoeau sont abaisseacutees progressivement pour satisfaire des demandes en charge partielle moindres Les tempeacuteratures peuvent ecirctre abaisseacutees bien en deccedilagrave du reacuteglage preacutevu pour le chauffage de lrsquoeau du robinet Cette condition se traduit par des tempeacuteratures drsquoeau de retour plus basses qursquoen conditions de charge totale Ces deux facteurs font que lrsquoefficaciteacute est plus importante en conditions de charge partielle qursquoen conditions de charge totale Le chauffe-eau fonctionnera en mode de condensation pour les deux points de charge de chauffage de locaux (40 et 15 )

bull Vitesse de ventilateur Eacutetant donneacute que la puissance de chauffage requise diminue la vitesse de ventilateur diminue aussiCela se traduit par un niveau sonore reacuteduit un fonctionnement du ventilateur plus long avec des cycles moins freacutequents et une reacuteduction importante de la consommation drsquoeacutenergie Cette condition peut aussi reacuteduire les plaintes lieacutees au confort le fonctionnement plus long agrave des deacutebits drsquoair reacuteduits ameacuteliorant la reacutepartition de lrsquoair chaud pendant les saisons intermeacutediaires

bull Controcircle de la tempeacuterature de lrsquoair inteacuterieur Le fait de moduler la puissance de chauffage en faisant varier la tempeacuterature de lrsquoeau et la vitesse du ventilateur peut se traduire par une tempeacuterature drsquoair inteacuterieur plus homogegravene avec des eacutecarts de tempeacuteratures moins grands au-dessus et au-dessous des points de consigne du thermostat

La strateacutegie 2 (tempeacuterature drsquoeau variable) peut donner lieu agrave lrsquoeacutelaboration drsquoun systegraveme de chauffage combineacute efficace preacutesentant de bonnes performances lorsqursquoil est mis agrave lrsquoessai selon la norme CSA P9 et lorsqursquoil est installeacute dans une vraie reacutesidence Les niveaux de performance varieront en fonction des composants seacutelectionneacutes et des speacutecificiteacutes de lrsquoordonnancement des commandes

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7 Commandes

Les commandes geacuteneacuteriques exigeacutees pour mettre en œuvre la strateacutegie privileacutegieacutee impliquant une tempeacuterature variable quia eacuteteacute deacutecrite dans la derniegravere section peuvent srsquoaveacuterer relativement simples Quelques chauffe-eau agrave la demande proposent deacutejagrave des commandes de reacuteglage de tempeacuterature Les commandes de tempeacuterature des chauffe-eau agrave la demande types ne sont toutefois pas systeacutematiquement configureacutees pour offrir une fonction de reacuteglage de tempeacuterature baseacutee sur la charge Quasiment tous les chauffe-eau agrave la demande actuellement disponibles sont eacutequipeacutes pour accueillir des commandes de tempeacuterature inteacutegreacutees ou monteacutees agrave distance permettant agrave lrsquoutilisateur de reacutegler manuellement la tempeacuterature drsquoalimentation agrave partir du chauffe-eau

En principe il devrait ecirctre possible de concevoir un module drsquointerface de commande simple qui viendrait se brancher dans les fiches de connexion de la commande de tempeacuterature existante La nouvelle commande simulerait lrsquoaction du controcircleur de tempeacuterature standard reacutegleacute manuellement de maniegravere agrave offrir une fonction de reacuteinitialisation de tempeacuterature automatique du chauffe-eau Toutes les commandes de seacutecuriteacute resteraient fonctionnelles

Une strateacutegie de controcircle simple peut offrir des performances eacuteleveacutees Les facteurs cleacutes agrave prendre en compte sont les suivants

bull deacuteterminer si une demande tient compte des besoins en chauffage drsquoeau chaude domestique

bull en mode de chauffage des locaux uniquement utiliser une minuterie ou un controcircle de reacuteglage exteacuterieur (ou un capteur de charge infeacuterentielle similaire) pour faire augmenter progressivement la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation

bull preacutevoir un systegraveme de traitement drsquoair faisant varier le deacutebit drsquoair en fonction de la tempeacuterature de lrsquoeau qui arrive dans lrsquoappareil du deacutelai pendant lequel une demande de chauffage perdure ou drsquoun signal direct du capteur de commande de charge

Ilest inteacuteressant de souligner que le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair nrsquoont pas besoin de communiquer directement ni de posseacuteder des commandes communes pour mettre en œuvre certaines des strateacutegies de controcircle deacutecrites

Lorsque les commandes du systegraveme deacutetectent qursquoune demande de chauffage a eacuteteacute satisfaite le systegraveme de traitement drsquoair devrait continuer de fonctionner suffisamment longtemps pour extraire toute la chaleur reacutesiduelle du serpentin et la transfeacuterer vers le courant drsquoair Pour eacuteviter les problegravemes de confort thermique il est souhaitable de reacuteduire la vitesse du ventilateur pendant cette peacuteriode de temporisation de la

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ventilation Le fonctionnement continu du ventilateur avec un reacuteglage de vitesse faible offrira automatiquement cette fonctionnaliteacute sans neacutecessiter de quelconques commandes intelligentes Cette option aurait lrsquoavantage suppleacutementaire drsquoassurer une reacutepartition de la tempeacuterature uniforme agrave lrsquointeacuterieur de la reacutesidence Elle serait eacutegalement utile pour reacutepartir lrsquoair frais si le systegraveme combineacute est installeacute avec un ventilateur-reacutecupeacuterateur de chaleur (VRC) ou un autre type de systegraveme de ventilation

Des commandes soigneusement conccedilues contribueront en bout de ligne agrave assurer ou reacutetablir lrsquoefficaciteacute du systegraveme combineacute Les commandes devraient ecirctre en mesure de deacuteterminer srsquoil y a une demande de chauffage des locaux ou de chauffage de lrsquoeau ou une demande concernant les deux modes Les commandes devront deacuteterminer lrsquoamplitude de chaque charge et reacutepondre de maniegravere approprieacutee en faisant varier certains paramegravetres agrave la fois pour le systegraveme de chauffage des locaux (systegraveme de traitement drsquoair par exemple) et pour le geacuteneacuterateur de chaleur (notamment si la source de chauffage est un chauffe-eau agrave la demande) En cas de demande de chauffage drsquoeau eacuteleveacutee il se peut qursquoune solution de commande prioritaire drsquoeau chaude domestique constitue la meilleure option Les commandes peuvent deacuteduire lrsquoamplitude des charges de chauffage des locaux au moyen de divers meacutecanismes y compris en surveillant les cycles de fonctionnement du thermostat et de signaux drsquoentreacutes directs transmis par une commande de charge infeacuterentielle telle qursquoune commande de reacuteglage exteacuterieur

La figure 3 preacutesente un algorithme simplifieacute de commandes geacuteneacuteriques pour la section chauffe-eau drsquoun systegraveme combineacute utilisant quatre eacutetapes de reacuteglage de tempeacuterature drsquoeau pour le chauffage des locaux et une seule pour le chauffage de lrsquoeau

La logique de commande illustreacutee agrave la figure 3 constitue uniquement un exemple de strateacutegie de controcircle rudimentaire qui pourrait ecirctre utiliseacutee pour assurer des performances eacuteleveacutees dans des modes de chauffage de locaux sans neacutecessiter lrsquoutilisation de composants oneacutereuxLrsquoalgorithme de commande pourrait ecirctre ameacutelioreacute si le controcircleur avait lrsquointelligence neacutecessaire pour lui permettre drsquoassimiler les eacutetapes de chauffage requises en surveillant la dureacutee des demandes de chauffage des locaux sur plusieurs cycles de chauffage reacutecents

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e

Mode drsquoattente Chauffe-eauagrave la demande en attente de signal

Demande de chauffage (lrsquoeaucircule dans le chauffe-eau)

Demandedrsquoeauchaude

domestique

Activationdu chauffagede lrsquoeacutetape 1 THERM90 ordmF Ventilateur Vitesse 1 Deacuteclencherle minuteursur 5 min

Demandesatisfaite avantlrsquoexpiration

du deacutelaiduminuteur

Oui

Oui

No

Reacuteglage du THERM sur le point de consigne de lrsquoeau chaude domestique THERM = 140 degF Couperlecirculateurde chauffagedelocaux (facultatif) Attendre lafin de la demande drsquoeau chaude domestique

Demande de

chauffage satisfait

Non

Oui

Activation du chauffage de lrsquoeacutetape 2 THERM = 105 degF Ventilateur Vitesse 2 Deacuteclencher le minuteur sur3 min

Activation du chauffage de lrsquoeacutetape 3 THERM = 120 degF Ventilateur Vitesse 3 Deacuteclencher le minuteur sur3 min

Activation du chauffage MAX THERM = 140 degF Ventilateur Vitesse 4 Mettrefin agravelademande de chauffage

Figure 3 Logique de lrsquoalgorithme simplifieacute de commande de chauffe-eau pour unsceacutenario de chauffage en quatre eacutetapes

Voici trois options de commande de vitesse de ventilateur de systegraveme de traitement drsquoair associeacutees agrave la meacutethode de chauffage drsquoeau illustreacutee agrave la figure 3

Commandes indirectes baseacutees sur la tempeacuteratureRaccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont bien distinctes les unes des autres mais elles fonctionnement de maniegravere compleacutementaire

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Principe de fonctionnement Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetecte la tempeacuterature de lrsquoeau chaude drsquoadmissionPlus la tempeacuterature de lrsquoeau est eacuteleveacutee plus les commandes du systegraveme de traitement drsquoair augmentent le deacutebit drsquoair

Discussion Les commandes du chauffe-eau augmentent la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque la demande nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetecte la tempeacuterature plus eacuteleveacutee et fait circuler plus drsquoair dans les serpentins pour lrsquoutiliser

Aspect meacutecanique Un puits de tempeacuterature est installeacute dans la conduite drsquoeau drsquoalimentation drsquoarriveacutee agrave lrsquointeacuterieur du systegraveme de traitement drsquoairLe reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur serait ajusteacute en installant un module de commande de systegraveme de traitement drsquoair qui mesure la tempeacuterature de lrsquoeau achemineacutee au systegraveme de traitement drsquoair depuis le chauffe-eau pendant une demande de chauffage de locaux transmise au systegraveme de traitement drsquoair La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signal de commande transmis au panneau de controcircle du systegraveme de traitement drsquoair par le thermostat du systegraveme de CVCA

Commandes indirectes baseacutees sur le minuteur Raccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont bien distinctes les unes des autres mais elles fonctionnement de maniegravere compleacutementaire

Principe de fonctionnement Le deacutebit drsquoair du systegraveme de traitement drsquoair varie en fonction de la dureacutee de la demande de chauffage afin de coiumlncider avec les minutages de commande de tempeacuterature indiqueacutes agrave la figure 3

Discussion Les commandes du chauffe-eau augmentent la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque la demande nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetermine la dureacutee de la demande de chauffage et fait circuler plus drsquoair dans les serpentins afin de se conformer aux eacutetapes de tempeacuterature programmeacutees

Aspect meacutecanique Le reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur serait ajusteacute en installant un module de commande de systegraveme de traitement drsquoair qui reacutegule le deacutebit drsquoair en fonction de la dureacutee de la demande de chauffage La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signalde commande transmis au panneau de controcircle du systegraveme de traitement drsquoair par le thermostat du systegraveme de CVCA

Controcircle direct Raccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont toutes deux controcircleacutees au moyen drsquoun nouveau controcircleur combineacute inteacutegreacute posseacutedant une interface directe avec le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair

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Principe de fonctionnement Le nouveau controcircleur fait varier le deacutebit drsquoair du systegraveme de traitement drsquoair et la tempeacuterature de lrsquoeau de maniegravere agrave optimiser le rendement du chauffage

Discussion Cette strateacutegie de controcircle direct suppose le deacuteveloppement drsquoun nouveau composant de commande Le controcircleur peut utiliser des reacuteglages de fonctionnement plus sophistiqueacutes afin drsquoameacuteliorer le rendement dans tous les modes de fonctionnement

Aspect meacutecanique Le reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur et la tempeacuterature de lrsquoeau achemineacutee au systegraveme de traitement drsquoair seraient directement controcircleacutes par un nouveau controcircleur combineacute inteacutegreacute La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signal de commande transmis au controcircleur par le thermostat du systegraveme de CVCA

Chauffe-eau - Mode de chauffage de lrsquoeau du robinet Les algorithmes de chauffage de lrsquoeau du robinet ne changent pas par rapport agrave ceux du module de commande standard La seule diffeacuterence reacuteside dans le fait que le chauffe-eau utilise un contacteur de deacutebit ou un deacutebitmegravetre pour repeacuterer un tirage drsquoeau chaude (ou une arriveacutee drsquoeau froide) et comprendre qursquoune demande de chauffage drsquoeau a eacuteteacute faite Si une demande de chauffage de locaux intervient simultaneacutement le chauffe-eau pourrait honorer les deux demandes en tenant compte du reacuteglage de tempeacuterature de sortie requise de lrsquoeau du robinet Une autre option consisterait agrave prendre en compte par deacutefaut le reacuteglage du mode de chauffage de lrsquoeau Un mode de controcircle plus sophistiqueacute pourrait potentiellement temporiser le chauffage des locaux lorsque cela srsquoavegravere neacutecessaire pour reacutepondre agrave des demandes de chauffage drsquoeau eacuteleveacutees ou pour activer la distribution de chauffage des locaux en utilisant des reacuteglages de tempeacuterature optimiseacutes Ce cas de figure est illustreacute agrave la figure 4

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8 Composants

Pour bien fonctionner les systegravemes de chauffage combineacutes doivent ecirctre doteacutes de composants haute performance que ce soit dans une configuration dite laquo installeacutee raquo ou dans une configuration drsquoessai selon la norme CSA P9 La preacutesente section a pour objectif drsquoaider les fabricants de chauffe-eau agrave la demande

bull agrave concevoir leur propre systegraveme de traitement drsquoair

bull agrave eacutetablir un partenariat avec un autre fabricant qui fournirait un systegraveme de traitement drsquoair pour leur systegraveme apregraves avoir deacutetermineacute

ndash les composants requis

ndash la mesure dans laquelle un modegravele de systegraveme de traitement drsquoair existant aurait besoin drsquoecirctre affineacute pour reacutepondre agrave leurs besoins

bull agrave eacutetablir les modifications qursquoil faut apporter au systegraveme monobloc dans son ensemble pour ameacuteliorer les performances

81 Systegraveme de traitement drsquoair

Le systegraveme de traitement drsquoair doit inclure les composants neacutecessaires pour fournir de la chaleur et faire circuler de lrsquoair Les eacuteleacutements agrave prendre en compte sont des serpentins de chauffage de locaux un moteur de ventilateur une pompe et un puits de tempeacuterature Ces eacuteleacutements sont deacutecrits plus en deacutetail ci-dessous

82 Serpentins de chauffage de locaux

Les serpentins de chauffage de locaux doivent ecirctre dimensionneacutes de maniegravere approprieacutee pour que le chauffage des locaux puisse avoir lieu avec une tempeacuterature drsquoalimentation suffisamment basse et une baisse de tempeacuterature de lrsquoeau suffisante pour favoriser la condensation dans le geacuteneacuterateur de chaleur lorsque le systegraveme fonctionne en conditions de charge partielle (et ideacutealement en conditions de pleine charge eacutegalement)

Geacuteneacuteralement les serpentins quiextraient la chaleur de lrsquoeau sont conccedilus et choisis en tenant compte drsquoune baisse de tempeacuterature de lrsquoeau drsquoenviron 11 degC (20 degF) le long des serpentins aux conditions de chauffage nominales La seacutelection preacutealable du serpentin peut ecirctre faite en utilisant un logiciel deacutejagrave proposeacute par divers fabricants de serpentins Dans la plupart des cas le modegravele logiciel calcule la puissance de chauffage drsquoun

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serpentin de chauffage agrave eau chaude en se fondant sur la mesure des performances du conditionnement drsquoair pour des serpentins ayant une construction et des geacuteomeacutetries similaires Du coup la puissance de chauffage reacuteelle pour une condition nominale donneacutee peut diffeacuterer leacutegegraverement de celle preacutedite par le logiciel

Ilest recommandeacute de veacuterifier la performance reacuteelle du serpentin choisi (puissance de chauffage baisse de la tempeacuterature de lrsquoeau baisse de la pression statique sur le cocircteacute air et eau) en effectuant des essais internes Lorsque cette eacutetape a eacuteteacute exeacutecuteacutee le modegravele logiciel peut fournir une aide preacutecieuse pour seacutelectionner le serpentin et devrait proposer des indications plutocirct fiables concernant les changements de performance du serpentin aux diffeacuterentes conditions projeteacutees Les informations ainsi collecteacutees devraient ecirctre utiles pour concevoir et affiner des reacuteglages et des strateacutegies de controcircle plus eacutevolueacutes en vue drsquooptimiser le rendement du systegraveme en conditions de chauffage en charge partielle

Voici les eacuteleacutements agrave prendre en compte

Diamegravetre du serpentin drsquoeau et nombre de spires ndash Un grand diamegravetre de canalisation reacuteduira au minimum la baisse de pression de lrsquoeau ainsi que lrsquoeacutenergie utiliseacutee par le systegraveme de circulation drsquoeau Un petit diamegravetre de canalisation permettra drsquoopter pour un serpentin moins oneacutereux eacutetant donneacute qursquoil faudra moins de cuivre dans le serpentin Cependant des petits tubes neacutecessiteront une eacutenergie de pompage supeacuterieure et feront augmenter les pheacutenomegravenes drsquousure et drsquoeacuterosion des tubes si une puissance de pompe suffisante est appliqueacutee pour offrir le deacutebit drsquoeau nominal Concregravetement le fait drsquoutiliser un serpentin avec des tubes trop petits reacuteduira la puissance de chauffage fournie par le serpentin En effet le fabricant utilisera vraisemblablement le mecircme circulateur standard quel que soit le serpentin retenu Les TECA hydronic and combo guideline (Directives sur les systegravemes hydroniques et combineacutes de la TECA)1

(article 814) preacutecisent que le deacutebit de lrsquoeau qui traverse le systegraveme de chauffage ne doit pas deacutepasser quatre (4) pieds par seconde

Nombre drsquoailettes par pouce ndash Plus le nombre drsquoailettes par pouce est eacuteleveacute plus la surface de transmission de chaleur et la puissance de chauffage augmentent cela creacutee cependant une baisse de pression supeacuterieure sur le cocircteacute air du serpentin Un certain degreacute de perte de pression dans le serpentin est utile pour assurer un deacutebit drsquoair homogegravene dans le serpentin notamment dans une configuration de laquo purge raquo qui est couramment utiliseacutee dans les ventilo-convecteurs combineacutes servant au chauffage des locauxLes speacutecifications des serpentins de chauffage peuvent faire eacutetat drsquoun nombre drsquoailettes variant de 6 ailettes par pouce agrave 14 ailettes par pouce Les serpentins de chauffage hydronique standard comportent 12 ou 14 ailettes par pouce Les serpentins doteacutes drsquoun grand nombre drsquoailettes sont plus facilement encrasseacutes par de la poussiegravere

1 Thermal Environmental Comfort Association (TECA) Surrey (C-B) Hydronic amp Combo Guidelines for the Design and Installation of Hot Water Heating Systems and Combination Hot Water amp Space Heating Systems 8th Edition August 2009 (Directives concernant les systegravemes hydroniques et combineacutes conception et installation de systegravemes de chauffage drsquoeau chaude et de systegravemes combineacutes de chauffage drsquoeau chaude et de locaux 8e eacutedition aoucirct 2009) [wwwtecaca]

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ou des deacutebris Selon les reacutesultats du logiciel de modeacutelisation du serpentin la preacutesence de 12 ailettes ou mecircme 14 semble ecirctre un choix raisonnable pour un serpentin de chauffage de locaux haute performance agrave condition que le serpentin soit choisi avec une surface suffisamment importante pour maintenir la vitesse frontale de lrsquoair faible agrave la puissance de chauffage theacuteorique

Figure 5 Exemple de serpentin de chauffage de locaux laquo surdimensionneacute raquo utiliseacute dans une application de systegraveme de traitement drsquoair hydronique

83 Moteur de ventilateur

Le systegraveme de traitement drsquoair devrait utiliser un moteur de ventilateur agrave commutation eacutelectronique (MCE) et ecirctre exploiteacute en utilisant un systegraveme de controcircle agrave vitesse multiple ou agrave vitesse variable Cette option permettrait de moduler le deacutebit drsquoair et la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque le systegraveme fonctionne agrave une puissance infeacuterieure agrave sa puissance de chauffage nominale maximaleLa capaciteacute agrave utiliser un mode de circulation continu agrave faible puissance et faible vitesse serait particuliegraverement utile en cas de fonctionnement aux points de consigne de 15 et 40 pour lesquels il est primordial de collecter et de distribuer toute la chaleur reacutesiduelle des serpentins de chauffage la norme P9 tenant compte uniquement de la chaleur qui est reacuteellement transfeacutereacutee dans le courant drsquoair

La modulation du deacutebit drsquoair et de la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation permettra drsquoobtenir des tempeacuteratures drsquoair distribueacute confortables ainsi que des performances de chauffage eacuteleveacutees

Un MCE doteacute drsquoune programmation de deacutebit drsquoair constant surclassera vraisemblablement un MCE qui utilise une programmation de couple constant car le

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systegraveme compensera au moins partiellement les diffeacuterences entre les pressions statiques nominales et les pressions statiques reacuteellement eacutetablies Cette solution peut srsquoaveacuterer indispensable pour srsquoassurer que les performances de la combustion dans des conditions reacuteelles variables correspondent aux performances obtenues lors drsquoessais dans le laboratoire

Une programmation de deacutebit drsquoair constant sera probablement essentielle pour obtenir des performances acceptables dans le cas drsquoun systegraveme combineacute reacuteparti

84 Circulateurpompe

Ilest important de choisir le bon circulateur pour acheminer le deacutebit approprieacute en fonction de la pression statique eacutetablie qui sera en vigueur Les pertes de pression dans les diffeacuterents chauffe-eau agrave la demande varient Le fait drsquoutiliser un circulateur qui fournit un deacutebit trop important se traduira par une petite baisse de tempeacuterature dans le circuit drsquoeau qui traverse le serpentin et par une tempeacuterature drsquoeau de retour eacuteleveacutee vers le chauffe-eau Un deacutebit trop faible entraicircne des capaciteacutes de chauffage faibles Des circulateurs hydroniques sont offerts avec trois vitesses seacutelectionnables et des deacutebits de pompe nominaux Par contre les moteurs utiliseacutes dans les circulateurs types agrave plusieurs vitesses ne sont pas aussi efficaces que les moteurs agrave CE Des circulateurs agrave vitesse variable eacutequipeacutes de moteurs agrave CE font leur apparition sur le marcheacute mais ils ne sont pas encore couramment utiliseacutes dans les applications combineacutees

Ideacutealement les pompes de circulation des systegravemes combineacutes eacutevolueacutes devraient consister en un concept agrave modulation agrave vitesse variable capable drsquoameacuteliorer le rendement et de compenser les diffeacuterentes configurations de canalisation Ce type de concept est deacutejagrave disponible et pourrait ecirctre mis en œuvre degraves maintenant il pourrait aussi ecirctre mis de cocircteacute jusqursquoagrave ce que la prochaine geacuteneacuteration de systegravemes de chauffage combineacutes eacutevolueacutes soit mise au point Les premiers reacutesultats drsquoessais en laboratoire ont montreacute qursquoil est possible drsquoobtenir de bonnes performances conformes agrave la norme CSA P9 sans utiliser des pompes de circulation agrave vitesse variable et des commandes auxiliaires coucircteuses Agrave lrsquoavenir agrave mesure que le coucirct des circulateurs agrave vitesse variable doteacutes de moteurs agrave CE baissera et que les commandes inteacutegreacutees seront mieux accepteacutees leur utilisation dans des applications de chauffage combineacute sera plus rentable

85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)

Si lrsquoon conccediloit le reacuteseau de plomberie de maniegravere agrave pouvoir y installer des bouchons de controcircle de tempeacuterature drsquoeau et de pression les essais internes et les mesures de mise en service seront simplifieacutes De plus il sera plus facile de purger lrsquoair des circuits

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hydroniques Il est possible drsquoutiliser des sondes de tempeacuteratures monteacutees agrave lrsquoexteacuterieur pour effectuer les mesures de mise en service sur le terrain si des sections de conduites de cuivre ameacutenageacutees dans des endroits strateacutegiques sont prises en compte lors de la conception

86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau

Certains chauffe-eau agrave la demande de type chaudiegravere possegravedent des points de consignes et des algorithmes de controcircle distincts pour le chauffage des locaux et celui de lrsquoeau Drsquoautres ont besoin de savoir si la charge concerne le chauffage des locaux ou celui de lrsquoeau potable Dans ce cas on peut utiliser divers capteurs et surveiller eacutegalement les signaux transmis par un deacutebitmegravetre drsquoeau installeacute dans le reacuteseau drsquoeau potable ou un deacutebitmegravetre installeacute dans le circuit de chauffage des locaux Bon nombre de chauffe-eau agrave la demande utilisent de tels capteurs dans leurs circuits de commande de brucircleur afin de faire coiumlncider les allures de chauffe avec les chargesDans les applications combineacutees lrsquoutilisation de commandes capables de diffeacuterencier les charges deacutepend de la logique de controcircle prioritaire de demande drsquoeau chaude domestique

87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes

Les canalisations drsquoeau ameacutenageacutees entre le geacuteneacuterateur de chaleur et le systegraveme combineacute devraient ecirctre dimensionneacutees de maniegravere agrave eacuteviter des baisses de pression excessives

Toutes les canalisations en cuivre exteacuterieures doivent ecirctre isoleacutees conformeacutement aux pratiques de lrsquoindustrie Il se peut que les avantages lieacutes agrave lrsquoisolation des canalisations drsquointerraccordement ne soient pas tregraves importants si les sections de conduites sont courtes et si elles contiennent des tuyaux en polyeacutethylegravene reacuteticuleacute ou un type de conduite similaire preacutesentant moins de perte de chaleur que les conduites en cuivre

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9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes

La preacutesente section contient des directives et certaines observations agrave lrsquointention des fabricants de systegravemes de chauffage combineacutes dans le but drsquoaider ces derniers agrave mettre agrave lrsquoessai leurs systegravemes agrave lrsquointerne Lrsquoexeacutecution drsquoessais agrave lrsquointerne en utilisant un montage simplifieacute permettra aux fabricants de mieux cerner les performances de leurs concepts et commandes prototypes lorsqursquoils sont mis agrave lrsquoessai dans une installation indeacutependante conformeacutement agrave la norme CSA P9 (P10 pour les fabricants de SMI) Les essais en question ne doivent pas forceacutement ecirctre conccedilus pour geacuteneacuterer des reacutesultats de performance preacutecis agrave 100 mais ils sont consideacutereacutes comme indispensables pour le deacuteveloppement et le cycle drsquooptimisation du produit les avantages drsquoun concept et drsquoun fonctionnement de systegraveme ameacutelioreacutes pouvant rapidement sauter aux yeux lorsque lrsquoon compare les reacutesultats des essais reacutealiseacutes laquo avant raquo et laquo apregraves raquo

En geacuteneacuteral il nrsquoest pas rentable de payer un laboratoire drsquoessais indeacutependant pour proceacuteder agrave la premiegravere eacutevaluation drsquoun systegraveme de chauffage combineacute complet Les coucircts lieacutes au laboratoire et les deacutefis lieacutes aux ingeacutenieurs concepteurs qui prescrivent des reacuteglages lorsqursquoils ne sont pas sur place rendent cette option probleacutematique Des essais simplifieacutes reacutealiseacutes dans les propres locaux du fabricant permettent de srsquoassurer que les reacutesultats sont dans la plage approprieacutee degraves le deacutebut

Un scheacutema de montage drsquoessai suggeacutereacute utilisable pour effectuer des mesures conformeacutement agrave la norme CSA P9 est preacutesenteacute dans cette norme La figure 6 ci-dessous illustre une version simplifieacutee de ce scheacutema

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de la piegravece

combineacutes

Appareilsdeconditionnement

Eacutevents pour produits de combustion Appareils de

conditionnement de la piegravece

Salle drsquoessai

Isolant

Meacutelangeur

Approvisionnement en eau

Eacutevents pour air de combustion Conduite drsquoalimentation en combustible

Uniteacute drsquoessai des

systegravemes

Thermocouples Porte Fenecirctre

Mesure de la tempeacuterature et du deacutebit de lrsquoeau

Conduite drsquoair de retour

Thermocouples

Mesure de la tempeacuterature et de lrsquohumiditeacute de lrsquoair

Air drsquoappoint

Mesure du deacutebit drsquoair

Figure 6 Scheacutema simplifieacute illustrant le montage utiliseacute pour exeacutecuter les essais conformeacutement agrave la norme P9 (composants individuels du systegraveme combineacute non illustreacutes)

Le scheacutema preacutesente un dispositif de mesure de lrsquoenthalpie de lrsquoair dans un tunnel baseacute Vsur la norme ASHRAE 37 Lrsquoappareil de mesure de lrsquoair illustreacute sur la figure de la norme utilise un ajutage et un ventilateur drsquoeacutequilibrage pour pouvoir appliquer une technique de mesure du deacutebit drsquoair neacutecessitant une pression diffeacuterentielle eacuteleveacutee (entre 1 et 4 pouces drsquoeau) dans lrsquoajutage Lorsqursquoil est utiliseacute avec des manomegravetres preacutecis cet appareil offre une preacutecision de mesure eacuteleveacutee de lrsquoordre de 1 agrave 2 du deacutebit drsquoair et il geacutenegravere un deacutebit drsquoair bien meacutelangeacute qui permet de mesurer avec preacutecision la tempeacuterature du deacutebit de lrsquoair drsquoalimentation

La norme P9 preacutecise que lrsquoajutage inteacutegreacute agrave lrsquoappareil de mesure de lrsquoenthalpie de lrsquoair en tunnel constitue une meacutethode acceptable pour mesurer le deacutebit drsquoair tout en approuvant expresseacutement (article 36) lrsquoapplication drsquoautres processus de mesure du deacutebit drsquoair agrave condition que les limites de preacutecision mentionneacutees dans la norme soient satisfaites Ceci donne la possibiliteacute drsquoutiliser une technique de mesure du deacutebit drsquoair plus directe ne neacutecessitant pas lrsquoutilisation drsquoun appareil comportant un ventilateur drsquoeacutequilibrage Dans certains cas lrsquoutilisation drsquoune chambre de mesure de deacutebit avec un ventilateur drsquoeacutequilibrage pour reacutegler la pression statique de la conduite drsquoair drsquoalimentation a impliqueacute des problegravemes de stabiliteacute avec des moteurs agrave CE qui ont eacuteteacute

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programmeacutes pour un deacutebit drsquoair constant il est donc avantageux drsquoeacuteviter les ventilateurs drsquoeacutequilibrage

91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz

De nombreux fabricants concevant des systegravemes combineacutes eacutevolueacutes integravegreront des instruments conccedilus pour mesurer la consommation drsquoeacutenergie eacutelectrique la consommation du combustible les performances de combustion la tempeacuterature et la pression (pression du collecteur de gaz pression statique des conduites etc) Si de tels eacutequipements de mesure ne sont pas offerts ilest recommandeacute de les preacutevoirLes compteurs de facturation des compagnies de gaz et drsquoeacutelectriciteacute devraient offrir une preacutecision et une reacutesolution suffisantes pour les essais de deacuteveloppement du produit

92 Enregistreur de donneacutees

Les fabricants devront eacutegalement avoir accegraves agrave un systegraveme drsquoenregistrement de donneacutees dans le cadre de leur travail Il est conseilleacute de preacutevoir un enregistreur qui offre une preacutecision et un nombre de canaux de mesures suffisants pour les tacircches agrave accomplir On estime qursquoil faudra environ huit (8) canaux pour mesurer la tempeacuterature plus quelques canaux analogiques ou numeacuteriques pour prendre en compte les donneacutees des deacutebitmegravetres des transducteurs de pression etc (analogiques ou numeacuteriques selon lrsquoinstrument de mesure seacutelectionneacute) De nombreux fournisseurs proposent un large eacuteventail drsquoenregistreurs de donneacutees Campbell Scientific Fluke Instruments Omega et Measurement Computing (personal DAQ) figurent parmi les fabricants qui proposent des enregistreurs de donneacutees de petite eacutechelle pouvant ecirctre pris en compte Il est recommandeacute de se pencher sur lrsquoassistant logiciel de lrsquoenregistreur de donneacutees seacutelectionneacute au moment drsquoeacutevaluer lrsquoeacutequipement Si le fabricant ne souhaite pas investir dans un enregistreur de donneacutees la location demeure une option mecircme si les eacuteconomies preacutevues dans le cas drsquoune location agrave court terme semblent ecirctre faibles

93 Deacutebit drsquoair

Pour mesurer le deacutebit drsquoair pendant les essais agrave lrsquointerne il est recommandeacute drsquoutiliser une grille de deacutebit drsquoair avec eacutetablissement de moyenne installeacutee dans la conduite drsquoair drsquoalimentation en conjonction avec un manomegravetre diffeacuterentiel de preacutecision De nombreux fournisseurs proposent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans un large eacuteventail de tailles et ces deacutebitmegravetres sont relativement peu chers car ils sont souvent utiliseacutes dans des systegravemes commerciaux de chauffage et de refroidissement agrave deacutebit drsquoair variable Si lrsquoon fait une recherche dans Google en utilisant le segment laquo deacutebitmegravetres drsquoair raquo on trouve plusieurs fournisseurs et liens permettant

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drsquoobtenir de plus amples informations sur le sujet Nailor Industries Inc et Dwyer Instruments sont deux socieacuteteacutes quioffrent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans une grande varieacuteteacute de tailles de conduites

94 Manomegravetres

On trouve eacutegalement de nombreux manomegravetres diffeacuterentiels sur le marcheacute dont les modegraveles varient des manomegravetres agrave tube inclineacute aux transducteurs numeacuteriques de preacutecision Il est important de bien faire correspondre la plage de mesure du transducteur ou du manomegravetre avec la pression fournie par le deacutebitmegravetre sur la plage de deacutebits drsquoair preacutevue Dans le cas des transducteurs numeacuteriques des instruments capacitifs sont reacuteputeacutes bien fonctionner dans la plage de pression diffeacuterentielle basse qui serait normalement prescrite (environ 05 pouce de diffeacuterence de colonne drsquoeau) Setra Instruments MKS Instruments (Baratron) Dwyer Instruments et drsquoautres socieacuteteacutes proposent des transducteurs de pression diffeacuterentielle capacitifs plage basse adapteacutes

95 Tempeacuteratures

Les tempeacuteratures drsquoair drsquoarriveacutee et de sortie peuvent ecirctre mesureacutees en utilisant des thermocouples des thermistances ou des capteurs de conduite geacuteneacuterant une valeur moyenne Du fait de son bas coucirct de sa faciliteacute drsquoutilisation et de sa preacutesence agrave grande eacutechelle sur le marcheacute le thermocouple semble ecirctre lrsquoinstrument approprieacute pour cette application Il est possible de fabriquer un reacuteseau de thermocouples agrave partir drsquoune bobine de fil de thermocouple et de les raccorder entre eux en parallegravele de maniegravere agrave geacuteneacuterer une seule donneacutee repreacutesentant la valeur moyenne De nombreux fournisseurs offrent des fils agrave thermocouple notamment les socieacuteteacutes Thermo Electric Company Inc Omega Inc Watlow Inc etc Il est eacutegalement possible de fabriquer des sondes de tempeacuterature agrave partir des mecircmes fils de thermocouple pour surveiller drsquoautres paramegravetres tels que les tempeacuteratures drsquoeau Il est important de bien utiliser un fil agrave thermocouple plutocirct qursquoun fil de rallonge de lrsquoeacutechelle de mesure identique mais moins preacutecis

96 Mesures du cocircteacute eau

Pour effectuer des mesures du cocircteacute eau dans les serpentins il est neacutecessaire de posseacuteder un deacutebitmegravetre et des sondes de tempeacuterature Ces mesures pourraient ecirctre reacutealiseacutees en utilisant des capteurs distincts (deacutebitmegravetre drsquoeau et sondes de tempeacuterature distinctes par exemple) Il est important de srsquoassurer que lrsquoinsertion drsquoun deacutebitmegravetre dans la boucle drsquoeau ne modifie pas le deacutebit de la pompe de circulation Cela est particuliegraverement important avec des circulateurs agrave faible puissance geacuteneacuteralement utiliseacutes dans des applications combineacutees pour lesquelles lrsquoinstallation drsquoun deacutebitmegravetre agrave turbine conventionnel agrave baisse de pression eacuteleveacutee peut restreindre le deacutebit drsquoeau Ilexiste des deacutebitmegravetres preacutecis sans perte de pression eacuteleveacutee Certains appareils

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peuvent ecirctre acheteacutes deacutejagrave conditionneacutes avec des sondes de tempeacuterature en guise de laquo compteurs drsquoeacutenergie raquo Ils mesurent simultaneacutement les tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de lrsquoeau de retour ainsi que le deacutebit de lrsquoeau et calculent directement le flux drsquoeacutenergie en srsquoappuyant sur ces mesuresKamstrup Siemens Badger Meters Elster Metering ABB Meters et drsquoautres socieacuteteacutes offrent ce type drsquoappareils Les compteurs drsquoeacutenergie autonomes sont habituellement configureacutes avec certains dispositifs permettant de lire les diffeacuterents paramegravetres ainsi que les flux drsquoeacutenergie calculeacutes La plupart offre une fonction de stockage des donneacutees internes etou des sorties numeacuteriques pouvant ecirctre interfaceacutees avec des enregistreurs de donneacutees externes

97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne

La norme CSA P9 exige que le chauffage des locaux soit deacutefini en utilisant deux mesures (cocircteacute air et cocircteacute eau) avec une entente dans une toleacuterance acceptable pour la mise agrave lrsquoessai du systegraveme de chauffage de locaux agrave pleine capaciteacute constant Dans le cas des mesures agrave lrsquointerne entreprises par un fabricant dans le cadre drsquoun projet de deacuteveloppement de produit cibleacute lrsquoentente entre les mesures du cocircteacute air et du cocircteacute eau nrsquoest pas forceacutement requise On suggegravere aux fabricants de se concentrer sur les mesures qui ciblent la strateacutegie de controcircle ou de composant propre agrave lrsquoeacutetude Par exemple si des strateacutegies diffeacuterentes de temporisation du ventilateur ou laquo apregraves fonctionnement raquo sont eacutevalueacutees il est bien plus important de se concentrer sur les mesures du cocircteacute air que drsquoessayer drsquoatteindre un eacutequilibre entre le cocircteacute air et le cocircteacute eau Selon la quantiteacute drsquoeacutenergie laisseacutee dans le serpentin drsquoeau lorsque le ventilateur de soufflante srsquoarrecircte et drsquoautres pertes drsquoeacutenergie du systegraveme il est possible qursquoil nrsquoy ait pas drsquoeacutequilibre drsquoeacutenergie entre les mesures du cocircteacute air et les mesures du cocircteacute eau mecircme avec un instrument des mesures et des calculs laquo parfaits raquo

La norme CSA P9 exige une mesure du deacutebit drsquoair et des tempeacuteratures au moins toutes les cinq (5) secondes Dans le cas des essais agrave lrsquointerne cette freacutequence pourrait ecirctre assouplie pour certaines eacutetapes drsquoessai Par ailleurs une conformiteacute totale agrave la norme P9 suppose un controcircle preacutecis de la tempeacuterature de la salle drsquoessai ougrave se trouve le systegraveme combineacute en vue des essais ainsiqursquoun controcircle preacutecis de la tempeacuterature de lrsquoeau de la ville Dans le cas des essais de deacuteveloppement agrave lrsquointerne ces exigences peuvent eacutegalement ecirctre assouplies agrave condition que les tempeacuteratures ne varient pas trop pendant les essais Un espace commercial conditionneacute ayant une dimension raisonnable ferait lrsquoaffaire au moins pour les phases drsquoessai et de deacuteveloppement initiales

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Flue(combustionmeasurements)

SupplyAirtoSpaceHeatingPlenum

(optionalzonedampers)

ReturnAir

CityWater

TanklessWaterHeater

HotWaterSupplyfromWaterHeater

DHW

CoolWaterreturntoWaterheater

Temperaturemeasurementpoints

Fuelmeter

Flowmeter

Electricalmeteringnotshown

Circulator

98 Agencement des instruments

La figure 7 preacutesente un scheacutema simplifieacute permettant drsquoillustrer lrsquoagencement geacuteneacuteral des emplacements et des paramegravetres de mesure en vue de la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute de chauffe-eau instantaneacute agrave condensation Le deacutebit drsquoair qui traverse la conduite drsquoalimentation du systegraveme de traitement drsquoair sera surveilleacute en utilisant un deacutebitmegravetre agrave valeur moyenne et un manomegravetre (non illustreacute) tel que cela est deacutecrit agrave lrsquoarticle 73

T

T

T T

T T

Alimentation en eau chaude provenant du chauffe-eau

Conduit (mesures de combustion)

Eau chaude domestique

Systegraveme de mesure du combustible

Air dereprise

Retourde lrsquoeau froide vers lechauffe-eau

Chauffe-eau instantaneacute

Air drsquoalimentation achemineacute versle pleacutenum de chauffage(registres de zone facultatifs)

Eau municipale

Deacutebitmegravetre

T

(compteur eacutelectrique non illustreacute)

Points de mesure de la tempeacuterature Circulateur

Figure 8 Scheacutema de mesure simplifieacute applicable agrave la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute baseacute sur un chauffe-eau instantaneacute

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CanmetEacuteNERGIE CanmetEacuteNERGIE de Ressources naturelles Canada est un chef de file canadien dans le domaine de la recherche et deacuteveloppement en eacutenergie propre Les travaux de nos speacutecialistes portent sur lrsquoapprovisionnement drsquoeacutenergie propre agrave partir de combustibles fossiles et de sources renouvelables la gestion de lrsquoeacutenergie et les systegravemes de distribution ainsi que sur les technologies et processus avanceacutes pour les utilisations finales En veillant agrave ce que le Canada soit agrave la fine pointe des technologies sur lrsquoeacutenergie propre nous ameacuteliorons la qualiteacute de vie des Canadiens en creacuteant un avantage durable en matiegravere de ressources

Bureau central Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) 580 rue Booth 1 promenade Oil Patch 1 promenade Haanel 161 boulevard Lionel-Boulet Ottawa (Ontario) Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) Canada Canada Canada Canada K1A 0E4 T9G 1A8 K1A 1M1 J3X 1S6

  • Guide pour les fabricants drsquoappareils de chauffage combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessai conformeacutement agrave la norme CSA P9
    • Remerciements
    • 1 Reacutesumeacute
    • 2 Systegravemes agrave zones
    • Table des matiegraveres
    • Liste des tableaux et figures
    • 3 Contexte
      • 31 Objet
      • 32 Public cible
      • 33 Marcheacute
      • 34 Pratiques en vigueur dans lrsquoindustrie
      • 35 Expeacuterience en matiegravere drsquoeacutevaluation
      • 36 Deacutefi principal Utiliser des chauffe-eau pour chauffer des locaux de maniegravere eacuteconergeacutetique
      • 37 Approche par eacutetapes
        • 4 Charges de calcul ndash performances selon la norme CSA p9
          • 41 Facteur de performance thermique (FPT)
          • 42 Chauffage de lrsquoeau
          • 43 Chauffage des locaux
          • 44 Importance relative des charges de chauffage des locaux et de lrsquoeau
            • 5 Chauffage de lrsquoeau domestique
            • 6 Conception des systegravemes combineacutes
              • 61 Incidence des pondeacuterations de charge
                • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                • Reacuteduction des tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour
                  • 62 Strateacutegies de conception
                  • 63 Strateacutegie 1 Tempeacuterature drsquoeau constante
                    • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                    • Serpentin(s) de chauffage des locaux
                    • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                    • Illustration des performances selon la norme P9
                    • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                      • 64 Strateacutegie 2 Tempeacuterature drsquoeau variable
                        • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                        • Serpentin(s) de chauffage de locaux
                        • Conditions de chauffage de locaux en charge partielle
                        • Illustration des performances P9
                        • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                            • 7 Commandes
                              • Commandes indirectes baseacutees sur la tempeacuterature
                              • Commandes indirectes baseacutees sur le minuteur
                              • Controcircle direct
                              • Chauffe-eau -Mode de chauffage de lrsquoeau du robinet
                                • 8 Composants
                                  • 81 Systegraveme de traitement drsquoair
                                  • 82 Serpentins de chauffage de locaux
                                  • 83 Moteur de ventilateur
                                  • 84 Circulateurpompe
                                  • 85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)
                                  • 86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau
                                  • 87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes
                                    • 9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes
                                      • 91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz
                                      • 92 Enregistreur de donneacutees
                                      • 93 Deacutebit drsquoair
                                      • 94 Manomegravetres
                                      • 95 Tempeacuteratures
                                      • 96 Mesures du cocircteacute eau
                                      • 97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne
                                      • 98 Agencement des instruments
Page 13: Guide pour les fabricants d’appareils de chauffage ...€¦ · Le présent rapport explique comment la norme d’essai P.9 pondère le rendement dans différents modes de fonctionnement

4 Charges de calcul ndash performances selon la norme CSA p9

41 Facteur de performance thermique (FPT)

Le FPT correspond agrave la mesure de performance eacutenergeacutetique cleacute de la norme CSA P9 Ce facteur combine les cotes de performance du chauffage des locaux et celles du chauffage de lrsquoeau et fait une moyenne pondeacutereacutee selon la charge des deux types de chauffage pour geacuteneacuterer la mesure de performance globale Lrsquoannexe B de la norme CSA P9 fournit des explications deacutetailleacutees sur la maniegravere dont les facteurs de pondeacuteration ont eacuteteacute eacutelaboreacutes et sur les raisons de leur eacutelaboration

La preacutesente section preacutesente quelques facteurs cleacutes ainsi qursquoun graphique (tableau 3) que les fabricants peuvent utiliser pour deacuteterminer les reacutesultats drsquoessai ayant la plus forte incidence sur le reacutesultat FPT de leurs produits

Comme le chauffage des locaux constitue geacuteneacuteralement la charge dominante au sein des maisons canadiennes la pondeacuteration du rendement global des systegravemes de chauffage combineacutes est domineacutee par le chauffage des locaux Les reacutesultats drsquoessai du chauffage des locaux en charge partielle offrent la pondeacuteration la plus importante pour deacuteterminer les performances de chauffage des locaux des systegravemes combineacutes et par conseacutequent le FPT

Les systegravemes combineacutes qui optimisent les performances de chauffage de locaux en charge partielle preacutesenteront des FPT plus eacuteleveacutes que les systegravemes conccedilus pour offrir des performances agrave pleine charge

Ilest possible de mettre en place des strateacutegies de controcircle intelligentes pendant les essais de rendement reacutealiseacutes conformeacutement agrave la norme CSA P9 Par exemple le systegraveme de controcircle peut commencer agrave fonctionner en mode de chauffage de locaux en acheminant une tempeacuterature plus basse au systegraveme de traitement drsquoair et en programmant une vitesse de ventilation infeacuterieure Il est possible drsquoaugmenter progressivement ces deux paramegravetres si la charge nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai speacutecifieacute De mecircme des strateacutegies de controcircle mettant en œuvre une fonction de deacutetection de charge tel qursquoun controcircle de reacuteglage exteacuterieur peuvent offrir des ameacuteliorations de rendement identiques et peuvent ecirctre simuleacutees pendant les essais Ceci est particuliegraverement important lorsque lrsquoon cherche agrave veacuterifier le rendement des systegravemes de chauffage de locaux en charge partielle

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42 Chauffage de lrsquoeau

Les normes drsquoessai applicables aux systegravemes de chauffage de lrsquoeau (norme P9 incluse) partent du principe que la charge de chauffage de lrsquoeau annuelle est de 4 400 kWh (environ 12 kWh par jour) pour chaque maison Dans la norme P9 la valeur de performance drsquoun systegraveme combineacute utiliseacute en tant que chauffe-eau est deacutesigneacutee laquo facteur de performance du chauffage de lrsquoeau raquo (FPCE) Mecircme si la norme P9 offre une souplesse accrue en ce qui a trait aux parameacutetrages des commandes compareacute aux normes reacutegissant des chauffe-eau autonomes le FPCE est analogue agrave une cote de facteur eacutenergeacutetique (FE) et les cotes numeacuteriques devraient ecirctre identiques

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43 Chauffage des locaux

Tout systegraveme de chauffage de locaux doit ecirctre capable de fournir sa puissance de chauffage de locaux nominale lorsque les commandes lrsquoexigent Par contre les systegravemes de chauffage de locaux ont uniquement besoin de fournir leur puissance de chauffage de pointe pour tout au plus quelques jours pendant lrsquoanneacutee La norme CSA P9 reconnaicirct que des systegravemes fonctionneront en conditions de charge partielle la plupart du temps et eacutenonce des cotes de rendement de chauffage de locaux baseacutees sur des essais directs impliquant des charges totales et partielles Les systegravemes combineacutes sont mis agrave lrsquoessai dans des conditions de charges eacutequivalant agrave 100 40 et 15 de leurs capaciteacutes de chauffage des locaux Les reacutesultats sont combineacutes de maniegravere agrave obtenir une efficaciteacute de chauffage composite (ECC) qui pondegravere plus fortement les conditions de charge partielle La formule associeacutee et la repreacutesentation graphique correspondante extraites de la norme P9 se preacutesentent comme suit

ECC = 01 de rendement net agrave 100 + 06 de rendement net agrave 40 + 03 de rendement net agrave 15

La figure 1 illustre la quantiteacute de charge de chauffage annuelle pouvant ecirctre reacutepartie vers diffeacuterents points drsquoexploitation

Pourcentage de la charge de chauffage annuelle

Figure 1 Courbe de charge-dureacutee pour le chauffage des locaux (tireacutee de la norme CSA P9-11)

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44 Importance relative des charges de chauffage des locaux et de lrsquoeau

Les commandes du systegraveme de chauffage combineacute sont pleinement fonctionnelles pendant tous les essais et ne sont pas reacutegleacutees manuellement une fois les premiers essais en cours Le choix du fabricant concernant la strateacutegie de controcircle les paramegravetres de tempeacuterature et de deacutebit drsquoair et drsquoeau et les composants utiliseacutes aura une incidence sur la capaciteacute de chauffage de pointe des locaux ainsique sur le rendement agrave la puissance maximale Les systegravemes preacutesentant des capaciteacutes de chauffage nominales infeacuterieures seraient normalement installeacutes pour chauffer des reacutesidences ayant des charges de calcul plus petites Comme nous lrsquoavons indiqueacute preacuteceacutedemment la norme P9 prescrit les mecircmes charges de chauffage drsquoeau pour tous les systegravemes mis agrave lrsquoessai peu importe la capaciteacute Par conseacutequent plus la capaciteacute de chauffage des locaux est petite plus lrsquoimportance relative du chauffage de lrsquoeau sur le FPT est grandeCe principe est illustreacute agrave la figure 2 qui preacutesente les charges annuelles relatives de chauffage drsquoeau et des locaux pour des systegravemes mixtes ayant des charges de chauffage des locaux nominales de 5 kW et 10 kW respectivement

25000 Chauffage des locaux Eau chaude domesZque (ECD)

20000

Consom

maZ

ondeacuten

ergie(kWhan) 20000

15000

10000 10000

4400 44005000

0 Puissance de chauffage des locaux Puissance de chauffage des locaux

de10 kW de5kW

Figure 2 Comparaison de la consommation drsquoeacutenergie pour le chauffage et lrsquoeau chaude (kWhan) dans le cas des systegravemes combineacutes de 10 kW et 5 kW

Les charges thermiques eacutenonceacutees dans la norme P9 sont deacutecrites dans le tableau 2 et les pondeacuterations relatives des reacutesultats drsquoessais de performance individuels dans le facteur de performance thermique (FPT) globalde la norme CSA P9 applicable aux

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systegravemes combineacutes offrant trois capaciteacutes de chauffage de locaux diffeacuterentes sont preacutesenteacutees dans le tableau 3

Tableau 2 Charges thermiques annuelles (kWhan) de la norme P9 applicables aux systegravemes combineacutes affichant des puissances nominales de chauffage des locaux de 5 10 et 15 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 5 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 10 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 15 kW

Chauffage des locaux Pleine charge

1 000 kWhan 2 000 kWhan 3 000 kWhan

Chauffage des locaux 40 de la charge

6 000 kWhan 12 000 kWhan 18 000 kWhan

Chauffage des locaux 15 de la charge

3 000 kWhan 6 000 kWhan 9 000 kWhan

Chauffage de lrsquoeau 4 400 kWhan 4 400 kWhan 4 400 kWhan

Total 14 400 kWhan 24 400 kWhan 34 400 kWhan

Tableau 3 Pondeacuterations de charge de la norme P9 pour des systegravemes combineacutes affichant des puissances nominales de chauffage des locaux de 5 10 et 15 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 5 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 10 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 15 kW

Chauffage des locaux Pleine charge

7 8 9

Chauffage des locaux 40 de la charge

42 49 52

Chauffage des locaux 15 de la charge

21 25 26

Chauffage de lrsquoeau 31 18 13

Total 100 100 100

Ilest important de consulter ces donneacutees avec un certain reculet de comprendre les pondeacuterations relatives des reacutesultats drsquoessai sur le FPT annuel On remarque que

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lrsquoincidence des performances du systegraveme pendant lrsquoessaide chauffage des locaux avec 40 de puissance nominale de chauffage de locaux sur la cote annuelle est la plus importante (42 agrave 52 ) suivie par lrsquoincidence des performances avec 15 de puissance nominale de chauffage des locaux (21 agrave 26 ) Les pondeacuterations de ces reacutesultats drsquoessai augmentent encore plus agrave mesure que la puissance nominale de chauffage des locaux deacutepasse la plage illustreacutee dans le tableau 3

Des rapports inteacuteressants eacutemanant de constructeurs de maisons de lrsquoOntario indiquent qursquoon installe plus souvent des systegravemes combineacutes dans des reacutesidences dont les charges de chauffage nominales se situent entre 7 et 10 kW Selon les codes drsquoinstallation des systegravemes de chauffage et les guides de dimensionnement recommandeacute de lrsquoindustrie les systegravemes combineacutes ayant des capaciteacutes de chauffage nominales comprises entre 10 et 15 kW conviendraient parfaitement agrave ce type de reacutesidences Dans le cas des systegravemes combineacutes inclus dans cette plage de capaciteacute les reacutesultats drsquoessai de chauffage des locaux en charge partielle ont une pondeacuteration drsquoenviron 75 dans la cote de performance thermique annuelle

En commenccedilant par un local dont le rendement du composant de chauffage de lrsquoeau du systegraveme combineacute est deacutejagrave eacuteconergeacutetique (voir lrsquoarticle 11) cette pondeacuteration permet de savoir ougrave il faut deacuteployer le plus gros effort au moment de concevoir un systegraveme de chauffage combineacute haute performance

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5 Chauffage de lrsquoeau domestique

La premiegravere eacutetape agrave suivre pour concevoir un systegraveme combineacute haute performance consiste agrave seacutelectionner le chauffe-eau approprieacute Cette section a pour but drsquoaider les fabricants agrave deacutenicher rapidement les modegraveles potentiels

Parmi les caracteacuteristiques que devraient avoir les chauffe-eau agrave la demande figurent

bull la modulation ndash performances de chauffage de lrsquoeau efficaces sur toute la plage depuis les deacutebits drsquoeau nominaux minimaux jusqursquoaux deacutebits maximaux

ndash rapport de reacuteglage eacuteleveacute

ndash capaciteacute agrave fournir suffisamment drsquoeau chaude pour reacutepondre agrave des besoins en chauffage de lrsquoeau typiques

ndash capaciteacute agrave fonctionner avec des deacutebits drsquoeau chaude minimauxDe nombreux chauffe-eau agrave la demande actuellement sur le marcheacute peuvent selon le classement de leur fabricant ecirctre utiliseacutes avec des deacutebits drsquoeau chaude de 2 Lmin (05 gal USmin) ou moins Certains systegravemes neacutecessitent des deacutebits plus importants

bull performance en matiegravere de condensation ndash ilsrsquoagit des performances nominales de condensation sur toute la plage des charges et des allures de chauffe

ndash commandes geacuterant de faccedilon approprieacutee le rapport combustible-deacutebit drsquoair de maniegravere agrave maintenir le rendement de la combustion quelle que soit la charge

ndash paramegravetres de commande optimiseacutes par la charge qui permettent de deacuteterminer lrsquoimportance et les types de charges et de reacuteagir en conseacutequence avec de meilleurs paramegravetres de commande pour que le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair fonctionnent ensemble

ndash cycles courts avant et apregraves la purge permettant de reacuteduire au minimum les temps de reacuteponse et les pertes laquo par cycle raquo et de reacuteduire la consommation drsquoeacutelectriciteacute

ndash faible consommation en mode drsquoalimentation de secours

ndash ventilation directe des produits de combustion afin drsquoeacuteviter lrsquoeacutemanation de combustible et les risques de deacutepressurisation

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Pour acceacuteleacuterer le processus de seacutelection du chauffe-eau de base il sera plus facile de commencer par consulter les donneacutees que le fabricant peut deacutetenir (ou qursquoil peut facilement produire) concernant ses propres produits en mode de chauffage drsquoeau Lrsquoobjectif est de commencer avec un geacuteneacuterateur de chaleur qui preacutesente un rendement eacutenergeacutetique nominal de 90 ou plus sur une grande plage de fonctionnement

Si le chauffe-eau qursquoon envisage drsquoutiliser en tant que moteur thermique ou geacuteneacuterateur de chaleur pour un systegraveme de chauffage combineacute monobloc ne reacutepond pas aux exigences ci-dessus il est recommandeacute de reacuteviser attentivement son choix Dans certains cas il est possible de seacutelectionner diffeacuterents composants diffeacuterentes commandes ou diffeacuterents paramegravetres de commande pour surmonter les lacunes en matiegravere de rendement Les possibiliteacutes drsquoameacuteliorer de faccedilon appreacuteciable les performances de chauffage drsquoeau drsquoun chauffe-eau agrave la demande sans affecter son certificat de seacutecuriteacute sont limiteacutees Du coup le fait de seacutelectionner un chauffe-eau diffeacuterent plus rentable sur le plan eacutenergeacutetique peut constituer un choix plus opportun

La norme canadienne drsquoessai et drsquoeacutevaluation CSA P7 applicable aux chauffe-eau agrave la demande fait eacutetat drsquoune tempeacuterature drsquoeau drsquoarriveacutee courante de 144 degC (58 degF) et drsquoune tempeacuterature de sortie de 577 degC (135 degF) pour les essais et lrsquoeacutevaluation des performances nominales Le tableau 4 compare les caracteacuteristiques de rendement eacutenergeacutetique de deux chauffe-eau agrave la demande theacuteoriques avec les systegravemes fonctionnant agrave plusieurs deacutebits drsquoeau diffeacuterents en utilisant les mecircmes hypothegraveses de tempeacuteratures drsquoeau que la norme P7 Bien que les eacutevaluations de performance maximale du premier modegravele soient supeacuterieures agrave celles du second modegravele (avec des deacutebits drsquoeau de 114 et 76 Lmin) les performances de chauffage ameacutelioreacutees du second modegravele agrave des deacutebits drsquoeau infeacuterieurs en font un meilleur candidat pour jouer le rocircle drsquoun geacuteneacuterateur de chaleur dans un systegraveme combineacute du fait du pourcentage de temps eacuteleveacute pendant lrsquoanneacutee durant lequel un systegraveme combineacute fonctionne agrave de faibles charges pour assurer le chauffage des locaux

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Tableau 4 Comparaison des caracteacuteristiques de rendement eacutenergeacutetique de la norme P7 pour deux chauffe-eau theacuteoriques

Deacutebit (Lmin) Deacutebit (gal USmin) Exemple modegravele 1

Exemple modegravele 2

114 3 95 92

76 2 95 90

38 1 83 92

19 05 79 92

Recommandation Choix mal adapteacute dans le cas drsquoun systegraveme combineacute

Choix mieux adapteacute dans le cas drsquoun systegraveme combineacute

On constate que les valeurs de rendement eacutenergeacutetique pour la plage de deacutebits drsquoeau utiliseacutes agrave des fins de deacutemonstration dans le tableau 4 ne seraient pas interchangeables avec les facteurs eacutenergeacutetiques (FE) coteacutes pour les mecircmes chauffe-eau eacutetant donneacute que les conditions eacutenonceacutees dans le tableau 4 ne correspondent pas aux installations meacutethodes drsquoessais et charges de chauffage drsquoeau speacutecifieacutees dans la norme CSA P7 applicable aux chauffe-eau agrave la demande Les valeurs de rendement eacutenergeacutetique theacuteoriques du tableau 4 sont preacutesenteacutees simplement pour deacutemontrer que les performances de chauffage de lrsquoeau de certains types de chauffe-eau peuvent changer agrave mesure que le deacutebit (p ex la charge de chauffage de lrsquoeau) change Les changements de rendement eacutenergeacutetique du systegraveme de chauffage de lrsquoeau en fonction de la charge ne sont pas complegravetement pris en compte dans les eacutevaluations de performance FE normaliseacutees applicables aux chauffe-eau Afin drsquoeacuteviter toute confusion il est recommandeacute drsquoutiliser lrsquoexpression laquo Facteur eacutenergeacutetique raquo (ou FE) uniquement pour deacutesigner des cotes drsquoessais de chauffe-eau standard eacutelaboreacutees agrave partir drsquoessais et de calculs respectant scrupuleusement la norme drsquoeacutevaluation CSA P7 applicable aux chauffe-eau agrave la demande ou la norme CSA P3 applicable aux chauffe-eau agrave reacuteservoir de stockage reacutesidentiels

Apregraves avoir eacutetudieacute le rendement eacutenergeacutetique des geacuteneacuterateurs de chaleur potentiels sur toutes leurs plages de fonctionnement preacutevues dans le cadre drsquoun systegraveme combineacute il est possible de seacutelectionner de maniegravere aviseacutee un chauffe-eau adapteacute aux applications preacutevues Une fois cette eacutetape reacutealiseacutee le fabricant de systegravemes de chauffage combineacutes doit opter pour une strateacutegie de controcircle avant de seacutelectionner les autres composants du systegraveme

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6 Conception des systegravemes combineacutes

61 Incidence des pondeacuterations de charge

Conditions de chauffage des locaux en charge partielle Pour obtenir une excellente cote drsquoessai selon la norme CSA P9 il faut avant tout se concentrer sur le chauffage des locaux en charge partielle Le rendement en conditions de chauffage de locaux en charge partielle permettra de deacuteterminer 90 de la cote drsquoefficaciteacute de chauffage composite (ECC) Dans le cas drsquoun systegraveme de chauffage combineacute offrant une puissance de chauffage drsquoespace nominale de 10 kW 75 de la valeur FPT seront deacuteduits agrave partir des reacutesultats de lrsquoessai en charge partielle Dans le cas drsquoun systegraveme offrant une puissance de chauffage des locaux de 15 kW les reacutesultats des performances de chauffage des locaux en charge partielle repreacutesenteront presque 80 du facteur de performance thermique global

Reacuteduction des tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour Les chauffe-eau qui preacutesentent drsquoexcellentes cotes avec des tempeacuteratures basses de lrsquoeau drsquoalimentation du reacuteseau principalfonctionneront moins bien sila tempeacuterature drsquoarriveacutee augmente La preacutesence de tempeacuteratures drsquoeau de retour plus chaudes pendant le mode de chauffage des locaux contribuera agrave reacuteduire le rendement eacutenergeacutetique Le fait de reacutepondre aux demandes de chauffage des locaux en utilisant des paramegravetres de commande qui reacuteduisent au minimum les tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour en conditions de charge partielle peut contribuer agrave optimiser le rendement de combustion

62 Strateacutegies de conception

Un des plus gros avantages du chauffe-eau agrave la demande tient au fait que theacuteoriquement il peut geacuteneacuterer diffeacuterentes tempeacuteratures drsquoeau drsquoalimentation pour satisfaire les charges de chauffage de lrsquoeau et des locaux Il peut eacutegalement faire varier du tout au tout la tempeacuterature de lrsquoeau qursquoil fournit pour satisfaire diffeacuterentes charges de chauffage des locaux Cet aspect est essentiel pour continuer de fournir le mecircme chauffage de lrsquoeau agrave un rendement eacuteleveacute et produire un chauffage des locaux agrave charge partielle tregraves efficace

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Nous allons passer en revue deux concepts de systegravemes combineacutes

bull la strateacutegie 1 utilise une tempeacuterature drsquoeau constante pour toutes les charges

bull la strateacutegie 2 consiste agrave faire varier la tempeacuterature de lrsquoeau en fonction de la charge

La premiegravere strateacutegie est celle qui neacutecessite le moins de changement compareacute aux pratiques actuelles elle correspond souvent au premier reacuteflexe Elle est preacutesenteacutee icidans le but principalde mettre en lumiegravere certains deacutefis inheacuterents en matiegravere de performance

La deuxiegraveme strateacutegie repreacutesente une option bien plus rentable pour atteindre des niveaux de performance eacuteleveacutes tant sur le terrain que lors des essais exeacutecuteacutes conformeacutement agrave la norme CSA P9 Lrsquoexpeacuterience montre qursquoelle offre un niveau de performance eacuteleveacute agrave un coucirct moindre pour le fabricant

Le fait drsquoutiliser une pompe agrave vitesse variable dans le systegraveme de traitement de lrsquoair peut eacutegalement ameacuteliorer le rendement eacutenergeacutetique La strateacutegie 2 est axeacutee sur une tempeacuterature drsquoalimentation variable les chauffe-eau agrave la demande pouvant offrir cette fonction plus rapidement Il est peu courant de voir des pompes agrave vitesse variable dans les appareils de traitement de lrsquoair pour lrsquoinstant

Pour ces exemples

bull les deux types de systegravemes combineacutes seront preacutesenteacutes en utilisant le mecircme chauffe-eau agrave la demande agrave condensation et agrave modulation

bull les pondeacuterations de performance FPT applicables agrave un systegraveme combineacute preacutesentant une charge nominale de chauffage de locaux de 10 kW seront utiliseacutees agrave titre indicatif pour illustrer chacune de ces strateacutegies

63 Strateacutegie 1 Tempeacuterature drsquoeau constante

Ce systegraveme de chauffage combineacute respecte la regravegle eacutetablie et preacutevoit uniquement lrsquoutilisation de composants plus efficaces pour ameacuteliorer les performancesIlarrive qursquoil soit souvent consideacutereacute en premier lieu car les commandes peuvent rester telles quelles dans un systegraveme pour lequel un fabricant fournit le chauffe-eau agrave la demande tandis qursquoun autre fabricant fournit le systegraveme de traitement drsquoair

Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair Le chauffe-eau ne sait pas si une demande concerne un chauffage de lrsquoeau ou un chauffage de locaux Il deacutetecte une demande et fournit de lrsquoeau chaude agrave une tempeacuterature constante Pour satisfaire la charge de chauffage de pointe des locaux il est geacuteneacuteralement reacutegleacute agrave 60 degC (140 degF) Le systegraveme de traitement drsquoair ne contribue pas eacutenormeacutement agrave faire grimper la puissance de chauffage de locaux Il utilise geacuteneacuteralement

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un ou deux reacuteglages de vitesse de ventilateur soufflant Eacutetant donneacute que le fonctionnement prolongeacute drsquoun ventilateur apregraves qursquoune demande de chauffage a eacuteteacute satisfaite peut entraicircner des problegravemes de confort dus agrave des courants drsquoair froid le fonctionnement subseacutequent du ventilateur ne sera pas mis en œuvre ou sera mis en œuvre en utilisant uniquement des temps de fonctionnement courts Dans les deux sceacutenarios la chaleur sera retenue dans le serpentin et les conduites pour se dissiper par la suite pendant les peacuteriodes de deacutesactivation

Serpentin(s) de chauffage des locaux Si lrsquoon veut amplifier lrsquoefficaciteacute eacutenergeacutetique du systegraveme en mode de chauffage des locaux ilest impeacuteratif de reacuteduire au minimum les tempeacuteratures de lrsquoeau de retourDes serpentins laquo surdimensionneacutes raquo ont eacuteteacute conccedilus en vue drsquooptimiser la baisse de tempeacuterature dans lrsquoeacutechangeur de chaleur en conditions de chauffage des locaux

Conditions de chauffage des locaux en charge partielle Le systegraveme de traitement drsquoair se met en route et srsquoarrecircte pour srsquoadapter aux conditions de charge partielle ce qui a pour effet de deacuteclencher des demandes associeacutees sur le chauffe-eau

Illustration des performances selon la norme P9 Le tableau 5 donne un aperccedilu theacuteorique du type de performance que lrsquoon pourrait geacuteneacuteralement obtenir en utilisant une strateacutegie impliquant un point de consigne de tempeacuterature unique

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Tableau 5 Performances drsquoun systegraveme combineacute theacuteorique affichant une puissance de chauffage des locaux de 10 kW en utilisant une strateacutegie simple de commande de point de consigne de tempeacuterature drsquoeau unique (capaciteacute de chauffage des locaux compenseacutee par des cycles de marche-arrecirct)

Mode de fonctionne -ment

Pondeacuter-ation

Temp de lrsquoeau drsquoalimentati on (degF)

Temp de lrsquoeau de retour du reacuteseau principal (degF)

Deacutebit du systegraveme de traitement drsquoair (pi3min)

Mesure de la performance eacutenergeacutetique mode activeacute deacutesactiveacute ()

Contribution FPT

Chauffage des locaux 100

8 140 120 800 85 007

Chauffage des locaux 40

49 140 120 800 80 039

Chauffage des locaux 15

25 140 120 800 75 018

Chauffage de lrsquoeau

18 140 58 mdash 92 017

Total 100 081

Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables bull Performances globales Une cote de facteur de performance totale (FPT) de 092

placerait le systegraveme combineacute dans la plage des performances eacuteleveacutees

bull Performances en mode de chauffage de lrsquoeau Comme dans le cas du sceacutenario impliquant un point de consigne de tempeacuterature unique le systegraveme assure une condensation en mode de chauffage de lrsquoeau avec un FPCE de 92 Il serait possible drsquoameacuteliorer leacutegegraverement lrsquoefficaciteacute du systegraveme de chauffage de lrsquoeau si un point de consigne de tempeacuterature de lrsquoeau infeacuterieur agrave la valeur de 140 degF utiliseacutee dans le premier cas de figure eacutetait appliqueacute La norme P9 permet drsquoutiliser un point de consigne pouvant descendre jusqursquoagrave 120 degF dans le cas de lrsquoeau potable La tempeacuterature de consigne nrsquoa plus besoin drsquoecirctre la mecircme que celle requise pour une charge de chauffage de locaux maximale il est donc possible de la reacuteduire agrave la plage de 120 degF Pour simplifier la comparaison des deux systegravemes dans les tableaux 5 et 6 aucun point de consigne de systegraveme de chauffage drsquoeau potable reacuteduit nrsquoa pas eacuteteacute inclus dans le tableau 6

Ressources naturelles Canada CanmetEacuteNERGIE 20 Guide agrave lrsquoattention des fabricants drsquoappareils de chauffage combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessai conformeacutement agrave la norme CSA P9

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge totale Dans ce mode le rendement eacutenergeacutetique est plus faible La tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation doit ecirctre au plus haut pour satisfaire la charge la tempeacuterature de lrsquoeau de retour sera donc elle aussiplus eacuteleveacutee dans ce modeComme le systegraveme fonctionnera rarement dans ce mode cette mauvaise performance ne repreacutesente qursquoune petite fraction de la pondeacuteration FPT

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge partielle Les tempeacuteratures drsquoalimentation du systegraveme de chauffage de lrsquoeau sont abaisseacutees progressivement pour satisfaire des demandes en charge partielle moindres Les tempeacuteratures peuvent ecirctre abaisseacutees bien en deccedilagrave du reacuteglage preacutevu pour le chauffage de lrsquoeau du robinet Cette condition se traduit par des tempeacuteratures drsquoeau de retour plus basses qursquoen conditions de charge totale Ces deux facteurs font que lrsquoefficaciteacute est plus importante en conditions de charge partielle qursquoen conditions de charge totale Le chauffe-eau fonctionnera en mode de condensation pour les deux points de charge de chauffage de locaux (40 et 15 )

bull Vitesse de ventilateur Eacutetant donneacute que la puissance de chauffage requise diminue la vitesse de ventilateur diminue aussiCela se traduit par un niveau sonore reacuteduit un fonctionnement du ventilateur plus long avec des cycles moins freacutequents et une reacuteduction importante de la consommation drsquoeacutenergie Cette condition peut aussi reacuteduire les plaintes lieacutees au confort le fonctionnement plus long agrave des deacutebits drsquoair reacuteduits ameacuteliorant la reacutepartition de lrsquoair chaud pendant les saisons intermeacutediaires

bull Controcircle de la tempeacuterature de lrsquoair inteacuterieur Le fait de moduler la puissance de chauffage en faisant varier la tempeacuterature de lrsquoeau et la vitesse du ventilateur peut se traduire par une tempeacuterature drsquoair inteacuterieur plus homogegravene avec des eacutecarts de tempeacuteratures moins grands au-dessus et au-dessous des points de consigne du thermostat Ce pheacutenomegravene pourrait inciter les proprieacutetaires de reacutesidence agrave augmenter le point de consigne de chauffage pour eacutetablir des conditions de confort acceptables

bull Incidences sur le zonage Le zonage sera plus compliqueacute avec un systegraveme affichant une puissance fixe et une vitesse de ventilateur unique

Ilest possible drsquoameacuteliorer la strateacutegie 1 en augmentant encore la dimension drsquoun serpentin deacutejagrave surdimensionneacute dans le systegraveme de traitement drsquoair Cette option implique toutefois des limites pratiques car des serpentins bien plus grands neacutecessiteront une plus grande quantiteacute de cuivre et un formage plus important et cela accentuera le coucirct total du systegraveme sans compter qursquoil faudra aussi preacutevoir des armoires plus grandes pour le systegraveme de traitement drsquoair De plus les pertes de chaleur par cycle augmenteront et il sera plus difficile drsquoobtenir des performances eacuteleveacutees en charge partielle Le fait drsquoappliquer la strateacutegie 1 agrave un systegraveme de chauffage combineacute agrave haute performance peut srsquoaveacuterer trop oneacutereux pour valoir le coup

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64 Strateacutegie 2 Tempeacuterature drsquoeau variable

Cette meacutethode est identique agrave celle appliqueacutee dans les appareils de chauffage agrave air chaud multieacutetage Le principe consiste agrave faire fonctionner le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair ensemble pour optimiser le rendement eacutenergeacutetique tout en reacuteduisant au minimum le coucirct et la complexiteacute des composants

Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair Cette strateacutegie consiste agrave exploiter avantageusement la capaciteacute inteacutegreacutee du chauffe-eau pour faire varier la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation La tempeacuterature du point de consigne du chauffe-eau varie en fonction de la charge de chauffage des locaux On utilise des reacuteglages de tempeacuterature drsquoeau drsquoalimentation faibles pour satisfaire aux conditions de chauffage des locaux en charge partielle On fait eacutegalement varier les vitesses du ventilateur du systegraveme de traitement drsquoair en srsquoappuyant sur un principe de controcircle de reacuteglage exteacuterieur ou de minuterie pour augmenter les paramegravetres Lorsqursquoune demande de chaleur a eacuteteacute satisfaite le ventilateur continue de fonctionner agrave des vitesses reacuteduites pour eacuteviter les problegravemes lieacutes aux courants froids et au bruit Du coup le serpentin et les conduites retiennent moins de chaleur et on deacuteplore moins de perte de chaleur par la suite compareacute au premier cas de figure Le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair doivent tous deux cerner la demande qursquoils sont censeacutes satisfaire Leurs commandes ne doivent pas pour autant ecirctre physiquement inteacutegreacutees drsquoune faccedilon ou drsquoune autre Cette strateacutegie de controcircle est traiteacutee plus en deacutetail agrave la section 40

Serpentin(s) de chauffage de locaux Pour simplifier la comparaison nous partirons du principe que des serpentins laquo surdimensionneacutes raquo similaires sont utiliseacutes comme dans le premier cas de figure de sorte que les performances du chauffage de pointe des locaux soient identiques dans les deux cas

Conditions de chauffage de locaux en charge partielle Le chauffe-eau relegraveve une demande de chauffage de locaux et se met en route en acheminant une eau drsquoalimentation agrave basse tempeacuterature au systegraveme de traitement drsquoair Si la demande de chauffage nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute le chauffe-eau augmente progressivement la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation Le systegraveme de traitement drsquoair surveille la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation et augmente progressivement la vitesse du ventilateur lorsque la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation est plus eacuteleveacutee

Illustration des performances P9 Le tableau 6 donne une preacutesentation theacuteorique du type de rendement que lrsquoon peut obtenir en appliquant une strateacutegie de controcircle simple mettant en œuvre des

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tempeacuteratures drsquoeau et des vitesses de ventilateur variables Les tempeacuteratures et les deacutebits drsquoair du ventilateur preacutesenteacutes dans le tableau 6 ont eacuteteacute choisis agrave titre indicatif uniquement Ils ne repreacutesentent pas des reacuteglages pleinement optimiseacutes applicables agrave un systegraveme de chauffage combineacute

Tableau 6 Performances drsquoun systegraveme de chauffage combineacute theacuteorique offrant une puissance de chauffage des locaux de 10 kW en utilisant une strateacutegie de controcircle de tempeacuteratures drsquoeau et de vitesses de ventilateur variables (variation de la capaciteacute de chauffage des locaux par modulation du deacutebit drsquoair et de la tempeacuterature de lrsquoeau)

Mode de fonctionne -ment

Pondeacuter-ation

Temp de lrsquoeau drsquoalimen-tation (degF)

Temp de lrsquoeau de retour du reacuteseau principal (degF)

Deacutebit du systegraveme de traitement drsquoair (pi3min)

Mesure de la performance eacutenergeacutetique mode activeacute deacutesactiveacute ()

Contribution FPT

Chauffage des locaux 100

8 140 120 800 85 007

Chauffage des locaux 40

49 110 102 600 92 045

Chauffage des locaux 15

25 90 87 500 94 023

Chauffage de lrsquoeau

18 140 58 --- 92 016

Total 100 092

Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables bull Performances globales Une cote de facteur de performance totale (FPT) de 092

placerait le systegraveme combineacute dans la plage des performances eacuteleveacutees

bull Performances en mode de chauffage de lrsquoeau Comme dans le cas du sceacutenario impliquant un point de consigne de tempeacuterature unique le systegraveme assure une condensation en mode de chauffage de lrsquoeau avec un FPCE de 92 Il serait possible drsquoameacuteliorer leacutegegraverement lrsquoefficaciteacute du systegraveme de chauffage de lrsquoeau si un point de consigne de tempeacuterature de lrsquoeau infeacuterieur agrave la valeur de 140 degF utiliseacutee dans le premier cas de figure eacutetait appliqueacute La norme P9 permet drsquoutiliser un point de

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consigne pouvant descendre jusqursquoagrave 120 degF dans le cas de lrsquoeau potable La tempeacuterature de consigne nrsquoa plus besoin drsquoecirctre la mecircme que celle requise pour une charge de chauffage de locaux maximale il est donc possible de la reacuteduire agrave la plage de 120 degF Pour simplifier la comparaison des deux systegravemes dans les tableaux 5 et 6 aucun point de consigne de systegraveme de chauffage drsquoeau potable reacuteduit nrsquoa pas eacuteteacute inclus dans le tableau 6

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge totale Dans ce mode le rendement eacutenergeacutetique est plus faible La tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation doit ecirctre au plus haut pour satisfaire la charge la tempeacuterature de lrsquoeau de retour sera donc elle aussi plus eacuteleveacutee dans ce mode Comme le systegraveme fonctionnera rarement dans ce mode cette mauvaise performance ne repreacutesente qursquoune petite fraction de la pondeacuteration FPT

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge partielle Les tempeacuteratures drsquoalimentation du systegraveme de chauffage de lrsquoeau sont abaisseacutees progressivement pour satisfaire des demandes en charge partielle moindres Les tempeacuteratures peuvent ecirctre abaisseacutees bien en deccedilagrave du reacuteglage preacutevu pour le chauffage de lrsquoeau du robinet Cette condition se traduit par des tempeacuteratures drsquoeau de retour plus basses qursquoen conditions de charge totale Ces deux facteurs font que lrsquoefficaciteacute est plus importante en conditions de charge partielle qursquoen conditions de charge totale Le chauffe-eau fonctionnera en mode de condensation pour les deux points de charge de chauffage de locaux (40 et 15 )

bull Vitesse de ventilateur Eacutetant donneacute que la puissance de chauffage requise diminue la vitesse de ventilateur diminue aussiCela se traduit par un niveau sonore reacuteduit un fonctionnement du ventilateur plus long avec des cycles moins freacutequents et une reacuteduction importante de la consommation drsquoeacutenergie Cette condition peut aussi reacuteduire les plaintes lieacutees au confort le fonctionnement plus long agrave des deacutebits drsquoair reacuteduits ameacuteliorant la reacutepartition de lrsquoair chaud pendant les saisons intermeacutediaires

bull Controcircle de la tempeacuterature de lrsquoair inteacuterieur Le fait de moduler la puissance de chauffage en faisant varier la tempeacuterature de lrsquoeau et la vitesse du ventilateur peut se traduire par une tempeacuterature drsquoair inteacuterieur plus homogegravene avec des eacutecarts de tempeacuteratures moins grands au-dessus et au-dessous des points de consigne du thermostat

La strateacutegie 2 (tempeacuterature drsquoeau variable) peut donner lieu agrave lrsquoeacutelaboration drsquoun systegraveme de chauffage combineacute efficace preacutesentant de bonnes performances lorsqursquoil est mis agrave lrsquoessai selon la norme CSA P9 et lorsqursquoil est installeacute dans une vraie reacutesidence Les niveaux de performance varieront en fonction des composants seacutelectionneacutes et des speacutecificiteacutes de lrsquoordonnancement des commandes

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7 Commandes

Les commandes geacuteneacuteriques exigeacutees pour mettre en œuvre la strateacutegie privileacutegieacutee impliquant une tempeacuterature variable quia eacuteteacute deacutecrite dans la derniegravere section peuvent srsquoaveacuterer relativement simples Quelques chauffe-eau agrave la demande proposent deacutejagrave des commandes de reacuteglage de tempeacuterature Les commandes de tempeacuterature des chauffe-eau agrave la demande types ne sont toutefois pas systeacutematiquement configureacutees pour offrir une fonction de reacuteglage de tempeacuterature baseacutee sur la charge Quasiment tous les chauffe-eau agrave la demande actuellement disponibles sont eacutequipeacutes pour accueillir des commandes de tempeacuterature inteacutegreacutees ou monteacutees agrave distance permettant agrave lrsquoutilisateur de reacutegler manuellement la tempeacuterature drsquoalimentation agrave partir du chauffe-eau

En principe il devrait ecirctre possible de concevoir un module drsquointerface de commande simple qui viendrait se brancher dans les fiches de connexion de la commande de tempeacuterature existante La nouvelle commande simulerait lrsquoaction du controcircleur de tempeacuterature standard reacutegleacute manuellement de maniegravere agrave offrir une fonction de reacuteinitialisation de tempeacuterature automatique du chauffe-eau Toutes les commandes de seacutecuriteacute resteraient fonctionnelles

Une strateacutegie de controcircle simple peut offrir des performances eacuteleveacutees Les facteurs cleacutes agrave prendre en compte sont les suivants

bull deacuteterminer si une demande tient compte des besoins en chauffage drsquoeau chaude domestique

bull en mode de chauffage des locaux uniquement utiliser une minuterie ou un controcircle de reacuteglage exteacuterieur (ou un capteur de charge infeacuterentielle similaire) pour faire augmenter progressivement la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation

bull preacutevoir un systegraveme de traitement drsquoair faisant varier le deacutebit drsquoair en fonction de la tempeacuterature de lrsquoeau qui arrive dans lrsquoappareil du deacutelai pendant lequel une demande de chauffage perdure ou drsquoun signal direct du capteur de commande de charge

Ilest inteacuteressant de souligner que le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair nrsquoont pas besoin de communiquer directement ni de posseacuteder des commandes communes pour mettre en œuvre certaines des strateacutegies de controcircle deacutecrites

Lorsque les commandes du systegraveme deacutetectent qursquoune demande de chauffage a eacuteteacute satisfaite le systegraveme de traitement drsquoair devrait continuer de fonctionner suffisamment longtemps pour extraire toute la chaleur reacutesiduelle du serpentin et la transfeacuterer vers le courant drsquoair Pour eacuteviter les problegravemes de confort thermique il est souhaitable de reacuteduire la vitesse du ventilateur pendant cette peacuteriode de temporisation de la

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ventilation Le fonctionnement continu du ventilateur avec un reacuteglage de vitesse faible offrira automatiquement cette fonctionnaliteacute sans neacutecessiter de quelconques commandes intelligentes Cette option aurait lrsquoavantage suppleacutementaire drsquoassurer une reacutepartition de la tempeacuterature uniforme agrave lrsquointeacuterieur de la reacutesidence Elle serait eacutegalement utile pour reacutepartir lrsquoair frais si le systegraveme combineacute est installeacute avec un ventilateur-reacutecupeacuterateur de chaleur (VRC) ou un autre type de systegraveme de ventilation

Des commandes soigneusement conccedilues contribueront en bout de ligne agrave assurer ou reacutetablir lrsquoefficaciteacute du systegraveme combineacute Les commandes devraient ecirctre en mesure de deacuteterminer srsquoil y a une demande de chauffage des locaux ou de chauffage de lrsquoeau ou une demande concernant les deux modes Les commandes devront deacuteterminer lrsquoamplitude de chaque charge et reacutepondre de maniegravere approprieacutee en faisant varier certains paramegravetres agrave la fois pour le systegraveme de chauffage des locaux (systegraveme de traitement drsquoair par exemple) et pour le geacuteneacuterateur de chaleur (notamment si la source de chauffage est un chauffe-eau agrave la demande) En cas de demande de chauffage drsquoeau eacuteleveacutee il se peut qursquoune solution de commande prioritaire drsquoeau chaude domestique constitue la meilleure option Les commandes peuvent deacuteduire lrsquoamplitude des charges de chauffage des locaux au moyen de divers meacutecanismes y compris en surveillant les cycles de fonctionnement du thermostat et de signaux drsquoentreacutes directs transmis par une commande de charge infeacuterentielle telle qursquoune commande de reacuteglage exteacuterieur

La figure 3 preacutesente un algorithme simplifieacute de commandes geacuteneacuteriques pour la section chauffe-eau drsquoun systegraveme combineacute utilisant quatre eacutetapes de reacuteglage de tempeacuterature drsquoeau pour le chauffage des locaux et une seule pour le chauffage de lrsquoeau

La logique de commande illustreacutee agrave la figure 3 constitue uniquement un exemple de strateacutegie de controcircle rudimentaire qui pourrait ecirctre utiliseacutee pour assurer des performances eacuteleveacutees dans des modes de chauffage de locaux sans neacutecessiter lrsquoutilisation de composants oneacutereuxLrsquoalgorithme de commande pourrait ecirctre ameacutelioreacute si le controcircleur avait lrsquointelligence neacutecessaire pour lui permettre drsquoassimiler les eacutetapes de chauffage requises en surveillant la dureacutee des demandes de chauffage des locaux sur plusieurs cycles de chauffage reacutecents

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e

Mode drsquoattente Chauffe-eauagrave la demande en attente de signal

Demande de chauffage (lrsquoeaucircule dans le chauffe-eau)

Demandedrsquoeauchaude

domestique

Activationdu chauffagede lrsquoeacutetape 1 THERM90 ordmF Ventilateur Vitesse 1 Deacuteclencherle minuteursur 5 min

Demandesatisfaite avantlrsquoexpiration

du deacutelaiduminuteur

Oui

Oui

No

Reacuteglage du THERM sur le point de consigne de lrsquoeau chaude domestique THERM = 140 degF Couperlecirculateurde chauffagedelocaux (facultatif) Attendre lafin de la demande drsquoeau chaude domestique

Demande de

chauffage satisfait

Non

Oui

Activation du chauffage de lrsquoeacutetape 2 THERM = 105 degF Ventilateur Vitesse 2 Deacuteclencher le minuteur sur3 min

Activation du chauffage de lrsquoeacutetape 3 THERM = 120 degF Ventilateur Vitesse 3 Deacuteclencher le minuteur sur3 min

Activation du chauffage MAX THERM = 140 degF Ventilateur Vitesse 4 Mettrefin agravelademande de chauffage

Figure 3 Logique de lrsquoalgorithme simplifieacute de commande de chauffe-eau pour unsceacutenario de chauffage en quatre eacutetapes

Voici trois options de commande de vitesse de ventilateur de systegraveme de traitement drsquoair associeacutees agrave la meacutethode de chauffage drsquoeau illustreacutee agrave la figure 3

Commandes indirectes baseacutees sur la tempeacuteratureRaccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont bien distinctes les unes des autres mais elles fonctionnement de maniegravere compleacutementaire

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Principe de fonctionnement Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetecte la tempeacuterature de lrsquoeau chaude drsquoadmissionPlus la tempeacuterature de lrsquoeau est eacuteleveacutee plus les commandes du systegraveme de traitement drsquoair augmentent le deacutebit drsquoair

Discussion Les commandes du chauffe-eau augmentent la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque la demande nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetecte la tempeacuterature plus eacuteleveacutee et fait circuler plus drsquoair dans les serpentins pour lrsquoutiliser

Aspect meacutecanique Un puits de tempeacuterature est installeacute dans la conduite drsquoeau drsquoalimentation drsquoarriveacutee agrave lrsquointeacuterieur du systegraveme de traitement drsquoairLe reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur serait ajusteacute en installant un module de commande de systegraveme de traitement drsquoair qui mesure la tempeacuterature de lrsquoeau achemineacutee au systegraveme de traitement drsquoair depuis le chauffe-eau pendant une demande de chauffage de locaux transmise au systegraveme de traitement drsquoair La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signal de commande transmis au panneau de controcircle du systegraveme de traitement drsquoair par le thermostat du systegraveme de CVCA

Commandes indirectes baseacutees sur le minuteur Raccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont bien distinctes les unes des autres mais elles fonctionnement de maniegravere compleacutementaire

Principe de fonctionnement Le deacutebit drsquoair du systegraveme de traitement drsquoair varie en fonction de la dureacutee de la demande de chauffage afin de coiumlncider avec les minutages de commande de tempeacuterature indiqueacutes agrave la figure 3

Discussion Les commandes du chauffe-eau augmentent la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque la demande nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetermine la dureacutee de la demande de chauffage et fait circuler plus drsquoair dans les serpentins afin de se conformer aux eacutetapes de tempeacuterature programmeacutees

Aspect meacutecanique Le reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur serait ajusteacute en installant un module de commande de systegraveme de traitement drsquoair qui reacutegule le deacutebit drsquoair en fonction de la dureacutee de la demande de chauffage La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signalde commande transmis au panneau de controcircle du systegraveme de traitement drsquoair par le thermostat du systegraveme de CVCA

Controcircle direct Raccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont toutes deux controcircleacutees au moyen drsquoun nouveau controcircleur combineacute inteacutegreacute posseacutedant une interface directe avec le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair

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Principe de fonctionnement Le nouveau controcircleur fait varier le deacutebit drsquoair du systegraveme de traitement drsquoair et la tempeacuterature de lrsquoeau de maniegravere agrave optimiser le rendement du chauffage

Discussion Cette strateacutegie de controcircle direct suppose le deacuteveloppement drsquoun nouveau composant de commande Le controcircleur peut utiliser des reacuteglages de fonctionnement plus sophistiqueacutes afin drsquoameacuteliorer le rendement dans tous les modes de fonctionnement

Aspect meacutecanique Le reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur et la tempeacuterature de lrsquoeau achemineacutee au systegraveme de traitement drsquoair seraient directement controcircleacutes par un nouveau controcircleur combineacute inteacutegreacute La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signal de commande transmis au controcircleur par le thermostat du systegraveme de CVCA

Chauffe-eau - Mode de chauffage de lrsquoeau du robinet Les algorithmes de chauffage de lrsquoeau du robinet ne changent pas par rapport agrave ceux du module de commande standard La seule diffeacuterence reacuteside dans le fait que le chauffe-eau utilise un contacteur de deacutebit ou un deacutebitmegravetre pour repeacuterer un tirage drsquoeau chaude (ou une arriveacutee drsquoeau froide) et comprendre qursquoune demande de chauffage drsquoeau a eacuteteacute faite Si une demande de chauffage de locaux intervient simultaneacutement le chauffe-eau pourrait honorer les deux demandes en tenant compte du reacuteglage de tempeacuterature de sortie requise de lrsquoeau du robinet Une autre option consisterait agrave prendre en compte par deacutefaut le reacuteglage du mode de chauffage de lrsquoeau Un mode de controcircle plus sophistiqueacute pourrait potentiellement temporiser le chauffage des locaux lorsque cela srsquoavegravere neacutecessaire pour reacutepondre agrave des demandes de chauffage drsquoeau eacuteleveacutees ou pour activer la distribution de chauffage des locaux en utilisant des reacuteglages de tempeacuterature optimiseacutes Ce cas de figure est illustreacute agrave la figure 4

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8 Composants

Pour bien fonctionner les systegravemes de chauffage combineacutes doivent ecirctre doteacutes de composants haute performance que ce soit dans une configuration dite laquo installeacutee raquo ou dans une configuration drsquoessai selon la norme CSA P9 La preacutesente section a pour objectif drsquoaider les fabricants de chauffe-eau agrave la demande

bull agrave concevoir leur propre systegraveme de traitement drsquoair

bull agrave eacutetablir un partenariat avec un autre fabricant qui fournirait un systegraveme de traitement drsquoair pour leur systegraveme apregraves avoir deacutetermineacute

ndash les composants requis

ndash la mesure dans laquelle un modegravele de systegraveme de traitement drsquoair existant aurait besoin drsquoecirctre affineacute pour reacutepondre agrave leurs besoins

bull agrave eacutetablir les modifications qursquoil faut apporter au systegraveme monobloc dans son ensemble pour ameacuteliorer les performances

81 Systegraveme de traitement drsquoair

Le systegraveme de traitement drsquoair doit inclure les composants neacutecessaires pour fournir de la chaleur et faire circuler de lrsquoair Les eacuteleacutements agrave prendre en compte sont des serpentins de chauffage de locaux un moteur de ventilateur une pompe et un puits de tempeacuterature Ces eacuteleacutements sont deacutecrits plus en deacutetail ci-dessous

82 Serpentins de chauffage de locaux

Les serpentins de chauffage de locaux doivent ecirctre dimensionneacutes de maniegravere approprieacutee pour que le chauffage des locaux puisse avoir lieu avec une tempeacuterature drsquoalimentation suffisamment basse et une baisse de tempeacuterature de lrsquoeau suffisante pour favoriser la condensation dans le geacuteneacuterateur de chaleur lorsque le systegraveme fonctionne en conditions de charge partielle (et ideacutealement en conditions de pleine charge eacutegalement)

Geacuteneacuteralement les serpentins quiextraient la chaleur de lrsquoeau sont conccedilus et choisis en tenant compte drsquoune baisse de tempeacuterature de lrsquoeau drsquoenviron 11 degC (20 degF) le long des serpentins aux conditions de chauffage nominales La seacutelection preacutealable du serpentin peut ecirctre faite en utilisant un logiciel deacutejagrave proposeacute par divers fabricants de serpentins Dans la plupart des cas le modegravele logiciel calcule la puissance de chauffage drsquoun

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serpentin de chauffage agrave eau chaude en se fondant sur la mesure des performances du conditionnement drsquoair pour des serpentins ayant une construction et des geacuteomeacutetries similaires Du coup la puissance de chauffage reacuteelle pour une condition nominale donneacutee peut diffeacuterer leacutegegraverement de celle preacutedite par le logiciel

Ilest recommandeacute de veacuterifier la performance reacuteelle du serpentin choisi (puissance de chauffage baisse de la tempeacuterature de lrsquoeau baisse de la pression statique sur le cocircteacute air et eau) en effectuant des essais internes Lorsque cette eacutetape a eacuteteacute exeacutecuteacutee le modegravele logiciel peut fournir une aide preacutecieuse pour seacutelectionner le serpentin et devrait proposer des indications plutocirct fiables concernant les changements de performance du serpentin aux diffeacuterentes conditions projeteacutees Les informations ainsi collecteacutees devraient ecirctre utiles pour concevoir et affiner des reacuteglages et des strateacutegies de controcircle plus eacutevolueacutes en vue drsquooptimiser le rendement du systegraveme en conditions de chauffage en charge partielle

Voici les eacuteleacutements agrave prendre en compte

Diamegravetre du serpentin drsquoeau et nombre de spires ndash Un grand diamegravetre de canalisation reacuteduira au minimum la baisse de pression de lrsquoeau ainsi que lrsquoeacutenergie utiliseacutee par le systegraveme de circulation drsquoeau Un petit diamegravetre de canalisation permettra drsquoopter pour un serpentin moins oneacutereux eacutetant donneacute qursquoil faudra moins de cuivre dans le serpentin Cependant des petits tubes neacutecessiteront une eacutenergie de pompage supeacuterieure et feront augmenter les pheacutenomegravenes drsquousure et drsquoeacuterosion des tubes si une puissance de pompe suffisante est appliqueacutee pour offrir le deacutebit drsquoeau nominal Concregravetement le fait drsquoutiliser un serpentin avec des tubes trop petits reacuteduira la puissance de chauffage fournie par le serpentin En effet le fabricant utilisera vraisemblablement le mecircme circulateur standard quel que soit le serpentin retenu Les TECA hydronic and combo guideline (Directives sur les systegravemes hydroniques et combineacutes de la TECA)1

(article 814) preacutecisent que le deacutebit de lrsquoeau qui traverse le systegraveme de chauffage ne doit pas deacutepasser quatre (4) pieds par seconde

Nombre drsquoailettes par pouce ndash Plus le nombre drsquoailettes par pouce est eacuteleveacute plus la surface de transmission de chaleur et la puissance de chauffage augmentent cela creacutee cependant une baisse de pression supeacuterieure sur le cocircteacute air du serpentin Un certain degreacute de perte de pression dans le serpentin est utile pour assurer un deacutebit drsquoair homogegravene dans le serpentin notamment dans une configuration de laquo purge raquo qui est couramment utiliseacutee dans les ventilo-convecteurs combineacutes servant au chauffage des locauxLes speacutecifications des serpentins de chauffage peuvent faire eacutetat drsquoun nombre drsquoailettes variant de 6 ailettes par pouce agrave 14 ailettes par pouce Les serpentins de chauffage hydronique standard comportent 12 ou 14 ailettes par pouce Les serpentins doteacutes drsquoun grand nombre drsquoailettes sont plus facilement encrasseacutes par de la poussiegravere

1 Thermal Environmental Comfort Association (TECA) Surrey (C-B) Hydronic amp Combo Guidelines for the Design and Installation of Hot Water Heating Systems and Combination Hot Water amp Space Heating Systems 8th Edition August 2009 (Directives concernant les systegravemes hydroniques et combineacutes conception et installation de systegravemes de chauffage drsquoeau chaude et de systegravemes combineacutes de chauffage drsquoeau chaude et de locaux 8e eacutedition aoucirct 2009) [wwwtecaca]

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ou des deacutebris Selon les reacutesultats du logiciel de modeacutelisation du serpentin la preacutesence de 12 ailettes ou mecircme 14 semble ecirctre un choix raisonnable pour un serpentin de chauffage de locaux haute performance agrave condition que le serpentin soit choisi avec une surface suffisamment importante pour maintenir la vitesse frontale de lrsquoair faible agrave la puissance de chauffage theacuteorique

Figure 5 Exemple de serpentin de chauffage de locaux laquo surdimensionneacute raquo utiliseacute dans une application de systegraveme de traitement drsquoair hydronique

83 Moteur de ventilateur

Le systegraveme de traitement drsquoair devrait utiliser un moteur de ventilateur agrave commutation eacutelectronique (MCE) et ecirctre exploiteacute en utilisant un systegraveme de controcircle agrave vitesse multiple ou agrave vitesse variable Cette option permettrait de moduler le deacutebit drsquoair et la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque le systegraveme fonctionne agrave une puissance infeacuterieure agrave sa puissance de chauffage nominale maximaleLa capaciteacute agrave utiliser un mode de circulation continu agrave faible puissance et faible vitesse serait particuliegraverement utile en cas de fonctionnement aux points de consigne de 15 et 40 pour lesquels il est primordial de collecter et de distribuer toute la chaleur reacutesiduelle des serpentins de chauffage la norme P9 tenant compte uniquement de la chaleur qui est reacuteellement transfeacutereacutee dans le courant drsquoair

La modulation du deacutebit drsquoair et de la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation permettra drsquoobtenir des tempeacuteratures drsquoair distribueacute confortables ainsi que des performances de chauffage eacuteleveacutees

Un MCE doteacute drsquoune programmation de deacutebit drsquoair constant surclassera vraisemblablement un MCE qui utilise une programmation de couple constant car le

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systegraveme compensera au moins partiellement les diffeacuterences entre les pressions statiques nominales et les pressions statiques reacuteellement eacutetablies Cette solution peut srsquoaveacuterer indispensable pour srsquoassurer que les performances de la combustion dans des conditions reacuteelles variables correspondent aux performances obtenues lors drsquoessais dans le laboratoire

Une programmation de deacutebit drsquoair constant sera probablement essentielle pour obtenir des performances acceptables dans le cas drsquoun systegraveme combineacute reacuteparti

84 Circulateurpompe

Ilest important de choisir le bon circulateur pour acheminer le deacutebit approprieacute en fonction de la pression statique eacutetablie qui sera en vigueur Les pertes de pression dans les diffeacuterents chauffe-eau agrave la demande varient Le fait drsquoutiliser un circulateur qui fournit un deacutebit trop important se traduira par une petite baisse de tempeacuterature dans le circuit drsquoeau qui traverse le serpentin et par une tempeacuterature drsquoeau de retour eacuteleveacutee vers le chauffe-eau Un deacutebit trop faible entraicircne des capaciteacutes de chauffage faibles Des circulateurs hydroniques sont offerts avec trois vitesses seacutelectionnables et des deacutebits de pompe nominaux Par contre les moteurs utiliseacutes dans les circulateurs types agrave plusieurs vitesses ne sont pas aussi efficaces que les moteurs agrave CE Des circulateurs agrave vitesse variable eacutequipeacutes de moteurs agrave CE font leur apparition sur le marcheacute mais ils ne sont pas encore couramment utiliseacutes dans les applications combineacutees

Ideacutealement les pompes de circulation des systegravemes combineacutes eacutevolueacutes devraient consister en un concept agrave modulation agrave vitesse variable capable drsquoameacuteliorer le rendement et de compenser les diffeacuterentes configurations de canalisation Ce type de concept est deacutejagrave disponible et pourrait ecirctre mis en œuvre degraves maintenant il pourrait aussi ecirctre mis de cocircteacute jusqursquoagrave ce que la prochaine geacuteneacuteration de systegravemes de chauffage combineacutes eacutevolueacutes soit mise au point Les premiers reacutesultats drsquoessais en laboratoire ont montreacute qursquoil est possible drsquoobtenir de bonnes performances conformes agrave la norme CSA P9 sans utiliser des pompes de circulation agrave vitesse variable et des commandes auxiliaires coucircteuses Agrave lrsquoavenir agrave mesure que le coucirct des circulateurs agrave vitesse variable doteacutes de moteurs agrave CE baissera et que les commandes inteacutegreacutees seront mieux accepteacutees leur utilisation dans des applications de chauffage combineacute sera plus rentable

85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)

Si lrsquoon conccediloit le reacuteseau de plomberie de maniegravere agrave pouvoir y installer des bouchons de controcircle de tempeacuterature drsquoeau et de pression les essais internes et les mesures de mise en service seront simplifieacutes De plus il sera plus facile de purger lrsquoair des circuits

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hydroniques Il est possible drsquoutiliser des sondes de tempeacuteratures monteacutees agrave lrsquoexteacuterieur pour effectuer les mesures de mise en service sur le terrain si des sections de conduites de cuivre ameacutenageacutees dans des endroits strateacutegiques sont prises en compte lors de la conception

86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau

Certains chauffe-eau agrave la demande de type chaudiegravere possegravedent des points de consignes et des algorithmes de controcircle distincts pour le chauffage des locaux et celui de lrsquoeau Drsquoautres ont besoin de savoir si la charge concerne le chauffage des locaux ou celui de lrsquoeau potable Dans ce cas on peut utiliser divers capteurs et surveiller eacutegalement les signaux transmis par un deacutebitmegravetre drsquoeau installeacute dans le reacuteseau drsquoeau potable ou un deacutebitmegravetre installeacute dans le circuit de chauffage des locaux Bon nombre de chauffe-eau agrave la demande utilisent de tels capteurs dans leurs circuits de commande de brucircleur afin de faire coiumlncider les allures de chauffe avec les chargesDans les applications combineacutees lrsquoutilisation de commandes capables de diffeacuterencier les charges deacutepend de la logique de controcircle prioritaire de demande drsquoeau chaude domestique

87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes

Les canalisations drsquoeau ameacutenageacutees entre le geacuteneacuterateur de chaleur et le systegraveme combineacute devraient ecirctre dimensionneacutees de maniegravere agrave eacuteviter des baisses de pression excessives

Toutes les canalisations en cuivre exteacuterieures doivent ecirctre isoleacutees conformeacutement aux pratiques de lrsquoindustrie Il se peut que les avantages lieacutes agrave lrsquoisolation des canalisations drsquointerraccordement ne soient pas tregraves importants si les sections de conduites sont courtes et si elles contiennent des tuyaux en polyeacutethylegravene reacuteticuleacute ou un type de conduite similaire preacutesentant moins de perte de chaleur que les conduites en cuivre

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9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes

La preacutesente section contient des directives et certaines observations agrave lrsquointention des fabricants de systegravemes de chauffage combineacutes dans le but drsquoaider ces derniers agrave mettre agrave lrsquoessai leurs systegravemes agrave lrsquointerne Lrsquoexeacutecution drsquoessais agrave lrsquointerne en utilisant un montage simplifieacute permettra aux fabricants de mieux cerner les performances de leurs concepts et commandes prototypes lorsqursquoils sont mis agrave lrsquoessai dans une installation indeacutependante conformeacutement agrave la norme CSA P9 (P10 pour les fabricants de SMI) Les essais en question ne doivent pas forceacutement ecirctre conccedilus pour geacuteneacuterer des reacutesultats de performance preacutecis agrave 100 mais ils sont consideacutereacutes comme indispensables pour le deacuteveloppement et le cycle drsquooptimisation du produit les avantages drsquoun concept et drsquoun fonctionnement de systegraveme ameacutelioreacutes pouvant rapidement sauter aux yeux lorsque lrsquoon compare les reacutesultats des essais reacutealiseacutes laquo avant raquo et laquo apregraves raquo

En geacuteneacuteral il nrsquoest pas rentable de payer un laboratoire drsquoessais indeacutependant pour proceacuteder agrave la premiegravere eacutevaluation drsquoun systegraveme de chauffage combineacute complet Les coucircts lieacutes au laboratoire et les deacutefis lieacutes aux ingeacutenieurs concepteurs qui prescrivent des reacuteglages lorsqursquoils ne sont pas sur place rendent cette option probleacutematique Des essais simplifieacutes reacutealiseacutes dans les propres locaux du fabricant permettent de srsquoassurer que les reacutesultats sont dans la plage approprieacutee degraves le deacutebut

Un scheacutema de montage drsquoessai suggeacutereacute utilisable pour effectuer des mesures conformeacutement agrave la norme CSA P9 est preacutesenteacute dans cette norme La figure 6 ci-dessous illustre une version simplifieacutee de ce scheacutema

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de la piegravece

combineacutes

Appareilsdeconditionnement

Eacutevents pour produits de combustion Appareils de

conditionnement de la piegravece

Salle drsquoessai

Isolant

Meacutelangeur

Approvisionnement en eau

Eacutevents pour air de combustion Conduite drsquoalimentation en combustible

Uniteacute drsquoessai des

systegravemes

Thermocouples Porte Fenecirctre

Mesure de la tempeacuterature et du deacutebit de lrsquoeau

Conduite drsquoair de retour

Thermocouples

Mesure de la tempeacuterature et de lrsquohumiditeacute de lrsquoair

Air drsquoappoint

Mesure du deacutebit drsquoair

Figure 6 Scheacutema simplifieacute illustrant le montage utiliseacute pour exeacutecuter les essais conformeacutement agrave la norme P9 (composants individuels du systegraveme combineacute non illustreacutes)

Le scheacutema preacutesente un dispositif de mesure de lrsquoenthalpie de lrsquoair dans un tunnel baseacute Vsur la norme ASHRAE 37 Lrsquoappareil de mesure de lrsquoair illustreacute sur la figure de la norme utilise un ajutage et un ventilateur drsquoeacutequilibrage pour pouvoir appliquer une technique de mesure du deacutebit drsquoair neacutecessitant une pression diffeacuterentielle eacuteleveacutee (entre 1 et 4 pouces drsquoeau) dans lrsquoajutage Lorsqursquoil est utiliseacute avec des manomegravetres preacutecis cet appareil offre une preacutecision de mesure eacuteleveacutee de lrsquoordre de 1 agrave 2 du deacutebit drsquoair et il geacutenegravere un deacutebit drsquoair bien meacutelangeacute qui permet de mesurer avec preacutecision la tempeacuterature du deacutebit de lrsquoair drsquoalimentation

La norme P9 preacutecise que lrsquoajutage inteacutegreacute agrave lrsquoappareil de mesure de lrsquoenthalpie de lrsquoair en tunnel constitue une meacutethode acceptable pour mesurer le deacutebit drsquoair tout en approuvant expresseacutement (article 36) lrsquoapplication drsquoautres processus de mesure du deacutebit drsquoair agrave condition que les limites de preacutecision mentionneacutees dans la norme soient satisfaites Ceci donne la possibiliteacute drsquoutiliser une technique de mesure du deacutebit drsquoair plus directe ne neacutecessitant pas lrsquoutilisation drsquoun appareil comportant un ventilateur drsquoeacutequilibrage Dans certains cas lrsquoutilisation drsquoune chambre de mesure de deacutebit avec un ventilateur drsquoeacutequilibrage pour reacutegler la pression statique de la conduite drsquoair drsquoalimentation a impliqueacute des problegravemes de stabiliteacute avec des moteurs agrave CE qui ont eacuteteacute

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programmeacutes pour un deacutebit drsquoair constant il est donc avantageux drsquoeacuteviter les ventilateurs drsquoeacutequilibrage

91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz

De nombreux fabricants concevant des systegravemes combineacutes eacutevolueacutes integravegreront des instruments conccedilus pour mesurer la consommation drsquoeacutenergie eacutelectrique la consommation du combustible les performances de combustion la tempeacuterature et la pression (pression du collecteur de gaz pression statique des conduites etc) Si de tels eacutequipements de mesure ne sont pas offerts ilest recommandeacute de les preacutevoirLes compteurs de facturation des compagnies de gaz et drsquoeacutelectriciteacute devraient offrir une preacutecision et une reacutesolution suffisantes pour les essais de deacuteveloppement du produit

92 Enregistreur de donneacutees

Les fabricants devront eacutegalement avoir accegraves agrave un systegraveme drsquoenregistrement de donneacutees dans le cadre de leur travail Il est conseilleacute de preacutevoir un enregistreur qui offre une preacutecision et un nombre de canaux de mesures suffisants pour les tacircches agrave accomplir On estime qursquoil faudra environ huit (8) canaux pour mesurer la tempeacuterature plus quelques canaux analogiques ou numeacuteriques pour prendre en compte les donneacutees des deacutebitmegravetres des transducteurs de pression etc (analogiques ou numeacuteriques selon lrsquoinstrument de mesure seacutelectionneacute) De nombreux fournisseurs proposent un large eacuteventail drsquoenregistreurs de donneacutees Campbell Scientific Fluke Instruments Omega et Measurement Computing (personal DAQ) figurent parmi les fabricants qui proposent des enregistreurs de donneacutees de petite eacutechelle pouvant ecirctre pris en compte Il est recommandeacute de se pencher sur lrsquoassistant logiciel de lrsquoenregistreur de donneacutees seacutelectionneacute au moment drsquoeacutevaluer lrsquoeacutequipement Si le fabricant ne souhaite pas investir dans un enregistreur de donneacutees la location demeure une option mecircme si les eacuteconomies preacutevues dans le cas drsquoune location agrave court terme semblent ecirctre faibles

93 Deacutebit drsquoair

Pour mesurer le deacutebit drsquoair pendant les essais agrave lrsquointerne il est recommandeacute drsquoutiliser une grille de deacutebit drsquoair avec eacutetablissement de moyenne installeacutee dans la conduite drsquoair drsquoalimentation en conjonction avec un manomegravetre diffeacuterentiel de preacutecision De nombreux fournisseurs proposent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans un large eacuteventail de tailles et ces deacutebitmegravetres sont relativement peu chers car ils sont souvent utiliseacutes dans des systegravemes commerciaux de chauffage et de refroidissement agrave deacutebit drsquoair variable Si lrsquoon fait une recherche dans Google en utilisant le segment laquo deacutebitmegravetres drsquoair raquo on trouve plusieurs fournisseurs et liens permettant

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drsquoobtenir de plus amples informations sur le sujet Nailor Industries Inc et Dwyer Instruments sont deux socieacuteteacutes quioffrent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans une grande varieacuteteacute de tailles de conduites

94 Manomegravetres

On trouve eacutegalement de nombreux manomegravetres diffeacuterentiels sur le marcheacute dont les modegraveles varient des manomegravetres agrave tube inclineacute aux transducteurs numeacuteriques de preacutecision Il est important de bien faire correspondre la plage de mesure du transducteur ou du manomegravetre avec la pression fournie par le deacutebitmegravetre sur la plage de deacutebits drsquoair preacutevue Dans le cas des transducteurs numeacuteriques des instruments capacitifs sont reacuteputeacutes bien fonctionner dans la plage de pression diffeacuterentielle basse qui serait normalement prescrite (environ 05 pouce de diffeacuterence de colonne drsquoeau) Setra Instruments MKS Instruments (Baratron) Dwyer Instruments et drsquoautres socieacuteteacutes proposent des transducteurs de pression diffeacuterentielle capacitifs plage basse adapteacutes

95 Tempeacuteratures

Les tempeacuteratures drsquoair drsquoarriveacutee et de sortie peuvent ecirctre mesureacutees en utilisant des thermocouples des thermistances ou des capteurs de conduite geacuteneacuterant une valeur moyenne Du fait de son bas coucirct de sa faciliteacute drsquoutilisation et de sa preacutesence agrave grande eacutechelle sur le marcheacute le thermocouple semble ecirctre lrsquoinstrument approprieacute pour cette application Il est possible de fabriquer un reacuteseau de thermocouples agrave partir drsquoune bobine de fil de thermocouple et de les raccorder entre eux en parallegravele de maniegravere agrave geacuteneacuterer une seule donneacutee repreacutesentant la valeur moyenne De nombreux fournisseurs offrent des fils agrave thermocouple notamment les socieacuteteacutes Thermo Electric Company Inc Omega Inc Watlow Inc etc Il est eacutegalement possible de fabriquer des sondes de tempeacuterature agrave partir des mecircmes fils de thermocouple pour surveiller drsquoautres paramegravetres tels que les tempeacuteratures drsquoeau Il est important de bien utiliser un fil agrave thermocouple plutocirct qursquoun fil de rallonge de lrsquoeacutechelle de mesure identique mais moins preacutecis

96 Mesures du cocircteacute eau

Pour effectuer des mesures du cocircteacute eau dans les serpentins il est neacutecessaire de posseacuteder un deacutebitmegravetre et des sondes de tempeacuterature Ces mesures pourraient ecirctre reacutealiseacutees en utilisant des capteurs distincts (deacutebitmegravetre drsquoeau et sondes de tempeacuterature distinctes par exemple) Il est important de srsquoassurer que lrsquoinsertion drsquoun deacutebitmegravetre dans la boucle drsquoeau ne modifie pas le deacutebit de la pompe de circulation Cela est particuliegraverement important avec des circulateurs agrave faible puissance geacuteneacuteralement utiliseacutes dans des applications combineacutees pour lesquelles lrsquoinstallation drsquoun deacutebitmegravetre agrave turbine conventionnel agrave baisse de pression eacuteleveacutee peut restreindre le deacutebit drsquoeau Ilexiste des deacutebitmegravetres preacutecis sans perte de pression eacuteleveacutee Certains appareils

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peuvent ecirctre acheteacutes deacutejagrave conditionneacutes avec des sondes de tempeacuterature en guise de laquo compteurs drsquoeacutenergie raquo Ils mesurent simultaneacutement les tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de lrsquoeau de retour ainsi que le deacutebit de lrsquoeau et calculent directement le flux drsquoeacutenergie en srsquoappuyant sur ces mesuresKamstrup Siemens Badger Meters Elster Metering ABB Meters et drsquoautres socieacuteteacutes offrent ce type drsquoappareils Les compteurs drsquoeacutenergie autonomes sont habituellement configureacutes avec certains dispositifs permettant de lire les diffeacuterents paramegravetres ainsi que les flux drsquoeacutenergie calculeacutes La plupart offre une fonction de stockage des donneacutees internes etou des sorties numeacuteriques pouvant ecirctre interfaceacutees avec des enregistreurs de donneacutees externes

97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne

La norme CSA P9 exige que le chauffage des locaux soit deacutefini en utilisant deux mesures (cocircteacute air et cocircteacute eau) avec une entente dans une toleacuterance acceptable pour la mise agrave lrsquoessai du systegraveme de chauffage de locaux agrave pleine capaciteacute constant Dans le cas des mesures agrave lrsquointerne entreprises par un fabricant dans le cadre drsquoun projet de deacuteveloppement de produit cibleacute lrsquoentente entre les mesures du cocircteacute air et du cocircteacute eau nrsquoest pas forceacutement requise On suggegravere aux fabricants de se concentrer sur les mesures qui ciblent la strateacutegie de controcircle ou de composant propre agrave lrsquoeacutetude Par exemple si des strateacutegies diffeacuterentes de temporisation du ventilateur ou laquo apregraves fonctionnement raquo sont eacutevalueacutees il est bien plus important de se concentrer sur les mesures du cocircteacute air que drsquoessayer drsquoatteindre un eacutequilibre entre le cocircteacute air et le cocircteacute eau Selon la quantiteacute drsquoeacutenergie laisseacutee dans le serpentin drsquoeau lorsque le ventilateur de soufflante srsquoarrecircte et drsquoautres pertes drsquoeacutenergie du systegraveme il est possible qursquoil nrsquoy ait pas drsquoeacutequilibre drsquoeacutenergie entre les mesures du cocircteacute air et les mesures du cocircteacute eau mecircme avec un instrument des mesures et des calculs laquo parfaits raquo

La norme CSA P9 exige une mesure du deacutebit drsquoair et des tempeacuteratures au moins toutes les cinq (5) secondes Dans le cas des essais agrave lrsquointerne cette freacutequence pourrait ecirctre assouplie pour certaines eacutetapes drsquoessai Par ailleurs une conformiteacute totale agrave la norme P9 suppose un controcircle preacutecis de la tempeacuterature de la salle drsquoessai ougrave se trouve le systegraveme combineacute en vue des essais ainsiqursquoun controcircle preacutecis de la tempeacuterature de lrsquoeau de la ville Dans le cas des essais de deacuteveloppement agrave lrsquointerne ces exigences peuvent eacutegalement ecirctre assouplies agrave condition que les tempeacuteratures ne varient pas trop pendant les essais Un espace commercial conditionneacute ayant une dimension raisonnable ferait lrsquoaffaire au moins pour les phases drsquoessai et de deacuteveloppement initiales

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Flue(combustionmeasurements)

SupplyAirtoSpaceHeatingPlenum

(optionalzonedampers)

ReturnAir

CityWater

TanklessWaterHeater

HotWaterSupplyfromWaterHeater

DHW

CoolWaterreturntoWaterheater

Temperaturemeasurementpoints

Fuelmeter

Flowmeter

Electricalmeteringnotshown

Circulator

98 Agencement des instruments

La figure 7 preacutesente un scheacutema simplifieacute permettant drsquoillustrer lrsquoagencement geacuteneacuteral des emplacements et des paramegravetres de mesure en vue de la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute de chauffe-eau instantaneacute agrave condensation Le deacutebit drsquoair qui traverse la conduite drsquoalimentation du systegraveme de traitement drsquoair sera surveilleacute en utilisant un deacutebitmegravetre agrave valeur moyenne et un manomegravetre (non illustreacute) tel que cela est deacutecrit agrave lrsquoarticle 73

T

T

T T

T T

Alimentation en eau chaude provenant du chauffe-eau

Conduit (mesures de combustion)

Eau chaude domestique

Systegraveme de mesure du combustible

Air dereprise

Retourde lrsquoeau froide vers lechauffe-eau

Chauffe-eau instantaneacute

Air drsquoalimentation achemineacute versle pleacutenum de chauffage(registres de zone facultatifs)

Eau municipale

Deacutebitmegravetre

T

(compteur eacutelectrique non illustreacute)

Points de mesure de la tempeacuterature Circulateur

Figure 8 Scheacutema de mesure simplifieacute applicable agrave la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute baseacute sur un chauffe-eau instantaneacute

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CanmetEacuteNERGIE CanmetEacuteNERGIE de Ressources naturelles Canada est un chef de file canadien dans le domaine de la recherche et deacuteveloppement en eacutenergie propre Les travaux de nos speacutecialistes portent sur lrsquoapprovisionnement drsquoeacutenergie propre agrave partir de combustibles fossiles et de sources renouvelables la gestion de lrsquoeacutenergie et les systegravemes de distribution ainsi que sur les technologies et processus avanceacutes pour les utilisations finales En veillant agrave ce que le Canada soit agrave la fine pointe des technologies sur lrsquoeacutenergie propre nous ameacuteliorons la qualiteacute de vie des Canadiens en creacuteant un avantage durable en matiegravere de ressources

Bureau central Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) 580 rue Booth 1 promenade Oil Patch 1 promenade Haanel 161 boulevard Lionel-Boulet Ottawa (Ontario) Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) Canada Canada Canada Canada K1A 0E4 T9G 1A8 K1A 1M1 J3X 1S6

  • Guide pour les fabricants drsquoappareils de chauffage combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessai conformeacutement agrave la norme CSA P9
    • Remerciements
    • 1 Reacutesumeacute
    • 2 Systegravemes agrave zones
    • Table des matiegraveres
    • Liste des tableaux et figures
    • 3 Contexte
      • 31 Objet
      • 32 Public cible
      • 33 Marcheacute
      • 34 Pratiques en vigueur dans lrsquoindustrie
      • 35 Expeacuterience en matiegravere drsquoeacutevaluation
      • 36 Deacutefi principal Utiliser des chauffe-eau pour chauffer des locaux de maniegravere eacuteconergeacutetique
      • 37 Approche par eacutetapes
        • 4 Charges de calcul ndash performances selon la norme CSA p9
          • 41 Facteur de performance thermique (FPT)
          • 42 Chauffage de lrsquoeau
          • 43 Chauffage des locaux
          • 44 Importance relative des charges de chauffage des locaux et de lrsquoeau
            • 5 Chauffage de lrsquoeau domestique
            • 6 Conception des systegravemes combineacutes
              • 61 Incidence des pondeacuterations de charge
                • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                • Reacuteduction des tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour
                  • 62 Strateacutegies de conception
                  • 63 Strateacutegie 1 Tempeacuterature drsquoeau constante
                    • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                    • Serpentin(s) de chauffage des locaux
                    • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                    • Illustration des performances selon la norme P9
                    • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                      • 64 Strateacutegie 2 Tempeacuterature drsquoeau variable
                        • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                        • Serpentin(s) de chauffage de locaux
                        • Conditions de chauffage de locaux en charge partielle
                        • Illustration des performances P9
                        • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                            • 7 Commandes
                              • Commandes indirectes baseacutees sur la tempeacuterature
                              • Commandes indirectes baseacutees sur le minuteur
                              • Controcircle direct
                              • Chauffe-eau -Mode de chauffage de lrsquoeau du robinet
                                • 8 Composants
                                  • 81 Systegraveme de traitement drsquoair
                                  • 82 Serpentins de chauffage de locaux
                                  • 83 Moteur de ventilateur
                                  • 84 Circulateurpompe
                                  • 85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)
                                  • 86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau
                                  • 87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes
                                    • 9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes
                                      • 91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz
                                      • 92 Enregistreur de donneacutees
                                      • 93 Deacutebit drsquoair
                                      • 94 Manomegravetres
                                      • 95 Tempeacuteratures
                                      • 96 Mesures du cocircteacute eau
                                      • 97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne
                                      • 98 Agencement des instruments
Page 14: Guide pour les fabricants d’appareils de chauffage ...€¦ · Le présent rapport explique comment la norme d’essai P.9 pondère le rendement dans différents modes de fonctionnement

42 Chauffage de lrsquoeau

Les normes drsquoessai applicables aux systegravemes de chauffage de lrsquoeau (norme P9 incluse) partent du principe que la charge de chauffage de lrsquoeau annuelle est de 4 400 kWh (environ 12 kWh par jour) pour chaque maison Dans la norme P9 la valeur de performance drsquoun systegraveme combineacute utiliseacute en tant que chauffe-eau est deacutesigneacutee laquo facteur de performance du chauffage de lrsquoeau raquo (FPCE) Mecircme si la norme P9 offre une souplesse accrue en ce qui a trait aux parameacutetrages des commandes compareacute aux normes reacutegissant des chauffe-eau autonomes le FPCE est analogue agrave une cote de facteur eacutenergeacutetique (FE) et les cotes numeacuteriques devraient ecirctre identiques

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43 Chauffage des locaux

Tout systegraveme de chauffage de locaux doit ecirctre capable de fournir sa puissance de chauffage de locaux nominale lorsque les commandes lrsquoexigent Par contre les systegravemes de chauffage de locaux ont uniquement besoin de fournir leur puissance de chauffage de pointe pour tout au plus quelques jours pendant lrsquoanneacutee La norme CSA P9 reconnaicirct que des systegravemes fonctionneront en conditions de charge partielle la plupart du temps et eacutenonce des cotes de rendement de chauffage de locaux baseacutees sur des essais directs impliquant des charges totales et partielles Les systegravemes combineacutes sont mis agrave lrsquoessai dans des conditions de charges eacutequivalant agrave 100 40 et 15 de leurs capaciteacutes de chauffage des locaux Les reacutesultats sont combineacutes de maniegravere agrave obtenir une efficaciteacute de chauffage composite (ECC) qui pondegravere plus fortement les conditions de charge partielle La formule associeacutee et la repreacutesentation graphique correspondante extraites de la norme P9 se preacutesentent comme suit

ECC = 01 de rendement net agrave 100 + 06 de rendement net agrave 40 + 03 de rendement net agrave 15

La figure 1 illustre la quantiteacute de charge de chauffage annuelle pouvant ecirctre reacutepartie vers diffeacuterents points drsquoexploitation

Pourcentage de la charge de chauffage annuelle

Figure 1 Courbe de charge-dureacutee pour le chauffage des locaux (tireacutee de la norme CSA P9-11)

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44 Importance relative des charges de chauffage des locaux et de lrsquoeau

Les commandes du systegraveme de chauffage combineacute sont pleinement fonctionnelles pendant tous les essais et ne sont pas reacutegleacutees manuellement une fois les premiers essais en cours Le choix du fabricant concernant la strateacutegie de controcircle les paramegravetres de tempeacuterature et de deacutebit drsquoair et drsquoeau et les composants utiliseacutes aura une incidence sur la capaciteacute de chauffage de pointe des locaux ainsique sur le rendement agrave la puissance maximale Les systegravemes preacutesentant des capaciteacutes de chauffage nominales infeacuterieures seraient normalement installeacutes pour chauffer des reacutesidences ayant des charges de calcul plus petites Comme nous lrsquoavons indiqueacute preacuteceacutedemment la norme P9 prescrit les mecircmes charges de chauffage drsquoeau pour tous les systegravemes mis agrave lrsquoessai peu importe la capaciteacute Par conseacutequent plus la capaciteacute de chauffage des locaux est petite plus lrsquoimportance relative du chauffage de lrsquoeau sur le FPT est grandeCe principe est illustreacute agrave la figure 2 qui preacutesente les charges annuelles relatives de chauffage drsquoeau et des locaux pour des systegravemes mixtes ayant des charges de chauffage des locaux nominales de 5 kW et 10 kW respectivement

25000 Chauffage des locaux Eau chaude domesZque (ECD)

20000

Consom

maZ

ondeacuten

ergie(kWhan) 20000

15000

10000 10000

4400 44005000

0 Puissance de chauffage des locaux Puissance de chauffage des locaux

de10 kW de5kW

Figure 2 Comparaison de la consommation drsquoeacutenergie pour le chauffage et lrsquoeau chaude (kWhan) dans le cas des systegravemes combineacutes de 10 kW et 5 kW

Les charges thermiques eacutenonceacutees dans la norme P9 sont deacutecrites dans le tableau 2 et les pondeacuterations relatives des reacutesultats drsquoessais de performance individuels dans le facteur de performance thermique (FPT) globalde la norme CSA P9 applicable aux

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systegravemes combineacutes offrant trois capaciteacutes de chauffage de locaux diffeacuterentes sont preacutesenteacutees dans le tableau 3

Tableau 2 Charges thermiques annuelles (kWhan) de la norme P9 applicables aux systegravemes combineacutes affichant des puissances nominales de chauffage des locaux de 5 10 et 15 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 5 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 10 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 15 kW

Chauffage des locaux Pleine charge

1 000 kWhan 2 000 kWhan 3 000 kWhan

Chauffage des locaux 40 de la charge

6 000 kWhan 12 000 kWhan 18 000 kWhan

Chauffage des locaux 15 de la charge

3 000 kWhan 6 000 kWhan 9 000 kWhan

Chauffage de lrsquoeau 4 400 kWhan 4 400 kWhan 4 400 kWhan

Total 14 400 kWhan 24 400 kWhan 34 400 kWhan

Tableau 3 Pondeacuterations de charge de la norme P9 pour des systegravemes combineacutes affichant des puissances nominales de chauffage des locaux de 5 10 et 15 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 5 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 10 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 15 kW

Chauffage des locaux Pleine charge

7 8 9

Chauffage des locaux 40 de la charge

42 49 52

Chauffage des locaux 15 de la charge

21 25 26

Chauffage de lrsquoeau 31 18 13

Total 100 100 100

Ilest important de consulter ces donneacutees avec un certain reculet de comprendre les pondeacuterations relatives des reacutesultats drsquoessai sur le FPT annuel On remarque que

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lrsquoincidence des performances du systegraveme pendant lrsquoessaide chauffage des locaux avec 40 de puissance nominale de chauffage de locaux sur la cote annuelle est la plus importante (42 agrave 52 ) suivie par lrsquoincidence des performances avec 15 de puissance nominale de chauffage des locaux (21 agrave 26 ) Les pondeacuterations de ces reacutesultats drsquoessai augmentent encore plus agrave mesure que la puissance nominale de chauffage des locaux deacutepasse la plage illustreacutee dans le tableau 3

Des rapports inteacuteressants eacutemanant de constructeurs de maisons de lrsquoOntario indiquent qursquoon installe plus souvent des systegravemes combineacutes dans des reacutesidences dont les charges de chauffage nominales se situent entre 7 et 10 kW Selon les codes drsquoinstallation des systegravemes de chauffage et les guides de dimensionnement recommandeacute de lrsquoindustrie les systegravemes combineacutes ayant des capaciteacutes de chauffage nominales comprises entre 10 et 15 kW conviendraient parfaitement agrave ce type de reacutesidences Dans le cas des systegravemes combineacutes inclus dans cette plage de capaciteacute les reacutesultats drsquoessai de chauffage des locaux en charge partielle ont une pondeacuteration drsquoenviron 75 dans la cote de performance thermique annuelle

En commenccedilant par un local dont le rendement du composant de chauffage de lrsquoeau du systegraveme combineacute est deacutejagrave eacuteconergeacutetique (voir lrsquoarticle 11) cette pondeacuteration permet de savoir ougrave il faut deacuteployer le plus gros effort au moment de concevoir un systegraveme de chauffage combineacute haute performance

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5 Chauffage de lrsquoeau domestique

La premiegravere eacutetape agrave suivre pour concevoir un systegraveme combineacute haute performance consiste agrave seacutelectionner le chauffe-eau approprieacute Cette section a pour but drsquoaider les fabricants agrave deacutenicher rapidement les modegraveles potentiels

Parmi les caracteacuteristiques que devraient avoir les chauffe-eau agrave la demande figurent

bull la modulation ndash performances de chauffage de lrsquoeau efficaces sur toute la plage depuis les deacutebits drsquoeau nominaux minimaux jusqursquoaux deacutebits maximaux

ndash rapport de reacuteglage eacuteleveacute

ndash capaciteacute agrave fournir suffisamment drsquoeau chaude pour reacutepondre agrave des besoins en chauffage de lrsquoeau typiques

ndash capaciteacute agrave fonctionner avec des deacutebits drsquoeau chaude minimauxDe nombreux chauffe-eau agrave la demande actuellement sur le marcheacute peuvent selon le classement de leur fabricant ecirctre utiliseacutes avec des deacutebits drsquoeau chaude de 2 Lmin (05 gal USmin) ou moins Certains systegravemes neacutecessitent des deacutebits plus importants

bull performance en matiegravere de condensation ndash ilsrsquoagit des performances nominales de condensation sur toute la plage des charges et des allures de chauffe

ndash commandes geacuterant de faccedilon approprieacutee le rapport combustible-deacutebit drsquoair de maniegravere agrave maintenir le rendement de la combustion quelle que soit la charge

ndash paramegravetres de commande optimiseacutes par la charge qui permettent de deacuteterminer lrsquoimportance et les types de charges et de reacuteagir en conseacutequence avec de meilleurs paramegravetres de commande pour que le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair fonctionnent ensemble

ndash cycles courts avant et apregraves la purge permettant de reacuteduire au minimum les temps de reacuteponse et les pertes laquo par cycle raquo et de reacuteduire la consommation drsquoeacutelectriciteacute

ndash faible consommation en mode drsquoalimentation de secours

ndash ventilation directe des produits de combustion afin drsquoeacuteviter lrsquoeacutemanation de combustible et les risques de deacutepressurisation

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Pour acceacuteleacuterer le processus de seacutelection du chauffe-eau de base il sera plus facile de commencer par consulter les donneacutees que le fabricant peut deacutetenir (ou qursquoil peut facilement produire) concernant ses propres produits en mode de chauffage drsquoeau Lrsquoobjectif est de commencer avec un geacuteneacuterateur de chaleur qui preacutesente un rendement eacutenergeacutetique nominal de 90 ou plus sur une grande plage de fonctionnement

Si le chauffe-eau qursquoon envisage drsquoutiliser en tant que moteur thermique ou geacuteneacuterateur de chaleur pour un systegraveme de chauffage combineacute monobloc ne reacutepond pas aux exigences ci-dessus il est recommandeacute de reacuteviser attentivement son choix Dans certains cas il est possible de seacutelectionner diffeacuterents composants diffeacuterentes commandes ou diffeacuterents paramegravetres de commande pour surmonter les lacunes en matiegravere de rendement Les possibiliteacutes drsquoameacuteliorer de faccedilon appreacuteciable les performances de chauffage drsquoeau drsquoun chauffe-eau agrave la demande sans affecter son certificat de seacutecuriteacute sont limiteacutees Du coup le fait de seacutelectionner un chauffe-eau diffeacuterent plus rentable sur le plan eacutenergeacutetique peut constituer un choix plus opportun

La norme canadienne drsquoessai et drsquoeacutevaluation CSA P7 applicable aux chauffe-eau agrave la demande fait eacutetat drsquoune tempeacuterature drsquoeau drsquoarriveacutee courante de 144 degC (58 degF) et drsquoune tempeacuterature de sortie de 577 degC (135 degF) pour les essais et lrsquoeacutevaluation des performances nominales Le tableau 4 compare les caracteacuteristiques de rendement eacutenergeacutetique de deux chauffe-eau agrave la demande theacuteoriques avec les systegravemes fonctionnant agrave plusieurs deacutebits drsquoeau diffeacuterents en utilisant les mecircmes hypothegraveses de tempeacuteratures drsquoeau que la norme P7 Bien que les eacutevaluations de performance maximale du premier modegravele soient supeacuterieures agrave celles du second modegravele (avec des deacutebits drsquoeau de 114 et 76 Lmin) les performances de chauffage ameacutelioreacutees du second modegravele agrave des deacutebits drsquoeau infeacuterieurs en font un meilleur candidat pour jouer le rocircle drsquoun geacuteneacuterateur de chaleur dans un systegraveme combineacute du fait du pourcentage de temps eacuteleveacute pendant lrsquoanneacutee durant lequel un systegraveme combineacute fonctionne agrave de faibles charges pour assurer le chauffage des locaux

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Tableau 4 Comparaison des caracteacuteristiques de rendement eacutenergeacutetique de la norme P7 pour deux chauffe-eau theacuteoriques

Deacutebit (Lmin) Deacutebit (gal USmin) Exemple modegravele 1

Exemple modegravele 2

114 3 95 92

76 2 95 90

38 1 83 92

19 05 79 92

Recommandation Choix mal adapteacute dans le cas drsquoun systegraveme combineacute

Choix mieux adapteacute dans le cas drsquoun systegraveme combineacute

On constate que les valeurs de rendement eacutenergeacutetique pour la plage de deacutebits drsquoeau utiliseacutes agrave des fins de deacutemonstration dans le tableau 4 ne seraient pas interchangeables avec les facteurs eacutenergeacutetiques (FE) coteacutes pour les mecircmes chauffe-eau eacutetant donneacute que les conditions eacutenonceacutees dans le tableau 4 ne correspondent pas aux installations meacutethodes drsquoessais et charges de chauffage drsquoeau speacutecifieacutees dans la norme CSA P7 applicable aux chauffe-eau agrave la demande Les valeurs de rendement eacutenergeacutetique theacuteoriques du tableau 4 sont preacutesenteacutees simplement pour deacutemontrer que les performances de chauffage de lrsquoeau de certains types de chauffe-eau peuvent changer agrave mesure que le deacutebit (p ex la charge de chauffage de lrsquoeau) change Les changements de rendement eacutenergeacutetique du systegraveme de chauffage de lrsquoeau en fonction de la charge ne sont pas complegravetement pris en compte dans les eacutevaluations de performance FE normaliseacutees applicables aux chauffe-eau Afin drsquoeacuteviter toute confusion il est recommandeacute drsquoutiliser lrsquoexpression laquo Facteur eacutenergeacutetique raquo (ou FE) uniquement pour deacutesigner des cotes drsquoessais de chauffe-eau standard eacutelaboreacutees agrave partir drsquoessais et de calculs respectant scrupuleusement la norme drsquoeacutevaluation CSA P7 applicable aux chauffe-eau agrave la demande ou la norme CSA P3 applicable aux chauffe-eau agrave reacuteservoir de stockage reacutesidentiels

Apregraves avoir eacutetudieacute le rendement eacutenergeacutetique des geacuteneacuterateurs de chaleur potentiels sur toutes leurs plages de fonctionnement preacutevues dans le cadre drsquoun systegraveme combineacute il est possible de seacutelectionner de maniegravere aviseacutee un chauffe-eau adapteacute aux applications preacutevues Une fois cette eacutetape reacutealiseacutee le fabricant de systegravemes de chauffage combineacutes doit opter pour une strateacutegie de controcircle avant de seacutelectionner les autres composants du systegraveme

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6 Conception des systegravemes combineacutes

61 Incidence des pondeacuterations de charge

Conditions de chauffage des locaux en charge partielle Pour obtenir une excellente cote drsquoessai selon la norme CSA P9 il faut avant tout se concentrer sur le chauffage des locaux en charge partielle Le rendement en conditions de chauffage de locaux en charge partielle permettra de deacuteterminer 90 de la cote drsquoefficaciteacute de chauffage composite (ECC) Dans le cas drsquoun systegraveme de chauffage combineacute offrant une puissance de chauffage drsquoespace nominale de 10 kW 75 de la valeur FPT seront deacuteduits agrave partir des reacutesultats de lrsquoessai en charge partielle Dans le cas drsquoun systegraveme offrant une puissance de chauffage des locaux de 15 kW les reacutesultats des performances de chauffage des locaux en charge partielle repreacutesenteront presque 80 du facteur de performance thermique global

Reacuteduction des tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour Les chauffe-eau qui preacutesentent drsquoexcellentes cotes avec des tempeacuteratures basses de lrsquoeau drsquoalimentation du reacuteseau principalfonctionneront moins bien sila tempeacuterature drsquoarriveacutee augmente La preacutesence de tempeacuteratures drsquoeau de retour plus chaudes pendant le mode de chauffage des locaux contribuera agrave reacuteduire le rendement eacutenergeacutetique Le fait de reacutepondre aux demandes de chauffage des locaux en utilisant des paramegravetres de commande qui reacuteduisent au minimum les tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour en conditions de charge partielle peut contribuer agrave optimiser le rendement de combustion

62 Strateacutegies de conception

Un des plus gros avantages du chauffe-eau agrave la demande tient au fait que theacuteoriquement il peut geacuteneacuterer diffeacuterentes tempeacuteratures drsquoeau drsquoalimentation pour satisfaire les charges de chauffage de lrsquoeau et des locaux Il peut eacutegalement faire varier du tout au tout la tempeacuterature de lrsquoeau qursquoil fournit pour satisfaire diffeacuterentes charges de chauffage des locaux Cet aspect est essentiel pour continuer de fournir le mecircme chauffage de lrsquoeau agrave un rendement eacuteleveacute et produire un chauffage des locaux agrave charge partielle tregraves efficace

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Nous allons passer en revue deux concepts de systegravemes combineacutes

bull la strateacutegie 1 utilise une tempeacuterature drsquoeau constante pour toutes les charges

bull la strateacutegie 2 consiste agrave faire varier la tempeacuterature de lrsquoeau en fonction de la charge

La premiegravere strateacutegie est celle qui neacutecessite le moins de changement compareacute aux pratiques actuelles elle correspond souvent au premier reacuteflexe Elle est preacutesenteacutee icidans le but principalde mettre en lumiegravere certains deacutefis inheacuterents en matiegravere de performance

La deuxiegraveme strateacutegie repreacutesente une option bien plus rentable pour atteindre des niveaux de performance eacuteleveacutes tant sur le terrain que lors des essais exeacutecuteacutes conformeacutement agrave la norme CSA P9 Lrsquoexpeacuterience montre qursquoelle offre un niveau de performance eacuteleveacute agrave un coucirct moindre pour le fabricant

Le fait drsquoutiliser une pompe agrave vitesse variable dans le systegraveme de traitement de lrsquoair peut eacutegalement ameacuteliorer le rendement eacutenergeacutetique La strateacutegie 2 est axeacutee sur une tempeacuterature drsquoalimentation variable les chauffe-eau agrave la demande pouvant offrir cette fonction plus rapidement Il est peu courant de voir des pompes agrave vitesse variable dans les appareils de traitement de lrsquoair pour lrsquoinstant

Pour ces exemples

bull les deux types de systegravemes combineacutes seront preacutesenteacutes en utilisant le mecircme chauffe-eau agrave la demande agrave condensation et agrave modulation

bull les pondeacuterations de performance FPT applicables agrave un systegraveme combineacute preacutesentant une charge nominale de chauffage de locaux de 10 kW seront utiliseacutees agrave titre indicatif pour illustrer chacune de ces strateacutegies

63 Strateacutegie 1 Tempeacuterature drsquoeau constante

Ce systegraveme de chauffage combineacute respecte la regravegle eacutetablie et preacutevoit uniquement lrsquoutilisation de composants plus efficaces pour ameacuteliorer les performancesIlarrive qursquoil soit souvent consideacutereacute en premier lieu car les commandes peuvent rester telles quelles dans un systegraveme pour lequel un fabricant fournit le chauffe-eau agrave la demande tandis qursquoun autre fabricant fournit le systegraveme de traitement drsquoair

Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair Le chauffe-eau ne sait pas si une demande concerne un chauffage de lrsquoeau ou un chauffage de locaux Il deacutetecte une demande et fournit de lrsquoeau chaude agrave une tempeacuterature constante Pour satisfaire la charge de chauffage de pointe des locaux il est geacuteneacuteralement reacutegleacute agrave 60 degC (140 degF) Le systegraveme de traitement drsquoair ne contribue pas eacutenormeacutement agrave faire grimper la puissance de chauffage de locaux Il utilise geacuteneacuteralement

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un ou deux reacuteglages de vitesse de ventilateur soufflant Eacutetant donneacute que le fonctionnement prolongeacute drsquoun ventilateur apregraves qursquoune demande de chauffage a eacuteteacute satisfaite peut entraicircner des problegravemes de confort dus agrave des courants drsquoair froid le fonctionnement subseacutequent du ventilateur ne sera pas mis en œuvre ou sera mis en œuvre en utilisant uniquement des temps de fonctionnement courts Dans les deux sceacutenarios la chaleur sera retenue dans le serpentin et les conduites pour se dissiper par la suite pendant les peacuteriodes de deacutesactivation

Serpentin(s) de chauffage des locaux Si lrsquoon veut amplifier lrsquoefficaciteacute eacutenergeacutetique du systegraveme en mode de chauffage des locaux ilest impeacuteratif de reacuteduire au minimum les tempeacuteratures de lrsquoeau de retourDes serpentins laquo surdimensionneacutes raquo ont eacuteteacute conccedilus en vue drsquooptimiser la baisse de tempeacuterature dans lrsquoeacutechangeur de chaleur en conditions de chauffage des locaux

Conditions de chauffage des locaux en charge partielle Le systegraveme de traitement drsquoair se met en route et srsquoarrecircte pour srsquoadapter aux conditions de charge partielle ce qui a pour effet de deacuteclencher des demandes associeacutees sur le chauffe-eau

Illustration des performances selon la norme P9 Le tableau 5 donne un aperccedilu theacuteorique du type de performance que lrsquoon pourrait geacuteneacuteralement obtenir en utilisant une strateacutegie impliquant un point de consigne de tempeacuterature unique

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Tableau 5 Performances drsquoun systegraveme combineacute theacuteorique affichant une puissance de chauffage des locaux de 10 kW en utilisant une strateacutegie simple de commande de point de consigne de tempeacuterature drsquoeau unique (capaciteacute de chauffage des locaux compenseacutee par des cycles de marche-arrecirct)

Mode de fonctionne -ment

Pondeacuter-ation

Temp de lrsquoeau drsquoalimentati on (degF)

Temp de lrsquoeau de retour du reacuteseau principal (degF)

Deacutebit du systegraveme de traitement drsquoair (pi3min)

Mesure de la performance eacutenergeacutetique mode activeacute deacutesactiveacute ()

Contribution FPT

Chauffage des locaux 100

8 140 120 800 85 007

Chauffage des locaux 40

49 140 120 800 80 039

Chauffage des locaux 15

25 140 120 800 75 018

Chauffage de lrsquoeau

18 140 58 mdash 92 017

Total 100 081

Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables bull Performances globales Une cote de facteur de performance totale (FPT) de 092

placerait le systegraveme combineacute dans la plage des performances eacuteleveacutees

bull Performances en mode de chauffage de lrsquoeau Comme dans le cas du sceacutenario impliquant un point de consigne de tempeacuterature unique le systegraveme assure une condensation en mode de chauffage de lrsquoeau avec un FPCE de 92 Il serait possible drsquoameacuteliorer leacutegegraverement lrsquoefficaciteacute du systegraveme de chauffage de lrsquoeau si un point de consigne de tempeacuterature de lrsquoeau infeacuterieur agrave la valeur de 140 degF utiliseacutee dans le premier cas de figure eacutetait appliqueacute La norme P9 permet drsquoutiliser un point de consigne pouvant descendre jusqursquoagrave 120 degF dans le cas de lrsquoeau potable La tempeacuterature de consigne nrsquoa plus besoin drsquoecirctre la mecircme que celle requise pour une charge de chauffage de locaux maximale il est donc possible de la reacuteduire agrave la plage de 120 degF Pour simplifier la comparaison des deux systegravemes dans les tableaux 5 et 6 aucun point de consigne de systegraveme de chauffage drsquoeau potable reacuteduit nrsquoa pas eacuteteacute inclus dans le tableau 6

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bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge totale Dans ce mode le rendement eacutenergeacutetique est plus faible La tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation doit ecirctre au plus haut pour satisfaire la charge la tempeacuterature de lrsquoeau de retour sera donc elle aussiplus eacuteleveacutee dans ce modeComme le systegraveme fonctionnera rarement dans ce mode cette mauvaise performance ne repreacutesente qursquoune petite fraction de la pondeacuteration FPT

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge partielle Les tempeacuteratures drsquoalimentation du systegraveme de chauffage de lrsquoeau sont abaisseacutees progressivement pour satisfaire des demandes en charge partielle moindres Les tempeacuteratures peuvent ecirctre abaisseacutees bien en deccedilagrave du reacuteglage preacutevu pour le chauffage de lrsquoeau du robinet Cette condition se traduit par des tempeacuteratures drsquoeau de retour plus basses qursquoen conditions de charge totale Ces deux facteurs font que lrsquoefficaciteacute est plus importante en conditions de charge partielle qursquoen conditions de charge totale Le chauffe-eau fonctionnera en mode de condensation pour les deux points de charge de chauffage de locaux (40 et 15 )

bull Vitesse de ventilateur Eacutetant donneacute que la puissance de chauffage requise diminue la vitesse de ventilateur diminue aussiCela se traduit par un niveau sonore reacuteduit un fonctionnement du ventilateur plus long avec des cycles moins freacutequents et une reacuteduction importante de la consommation drsquoeacutenergie Cette condition peut aussi reacuteduire les plaintes lieacutees au confort le fonctionnement plus long agrave des deacutebits drsquoair reacuteduits ameacuteliorant la reacutepartition de lrsquoair chaud pendant les saisons intermeacutediaires

bull Controcircle de la tempeacuterature de lrsquoair inteacuterieur Le fait de moduler la puissance de chauffage en faisant varier la tempeacuterature de lrsquoeau et la vitesse du ventilateur peut se traduire par une tempeacuterature drsquoair inteacuterieur plus homogegravene avec des eacutecarts de tempeacuteratures moins grands au-dessus et au-dessous des points de consigne du thermostat Ce pheacutenomegravene pourrait inciter les proprieacutetaires de reacutesidence agrave augmenter le point de consigne de chauffage pour eacutetablir des conditions de confort acceptables

bull Incidences sur le zonage Le zonage sera plus compliqueacute avec un systegraveme affichant une puissance fixe et une vitesse de ventilateur unique

Ilest possible drsquoameacuteliorer la strateacutegie 1 en augmentant encore la dimension drsquoun serpentin deacutejagrave surdimensionneacute dans le systegraveme de traitement drsquoair Cette option implique toutefois des limites pratiques car des serpentins bien plus grands neacutecessiteront une plus grande quantiteacute de cuivre et un formage plus important et cela accentuera le coucirct total du systegraveme sans compter qursquoil faudra aussi preacutevoir des armoires plus grandes pour le systegraveme de traitement drsquoair De plus les pertes de chaleur par cycle augmenteront et il sera plus difficile drsquoobtenir des performances eacuteleveacutees en charge partielle Le fait drsquoappliquer la strateacutegie 1 agrave un systegraveme de chauffage combineacute agrave haute performance peut srsquoaveacuterer trop oneacutereux pour valoir le coup

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64 Strateacutegie 2 Tempeacuterature drsquoeau variable

Cette meacutethode est identique agrave celle appliqueacutee dans les appareils de chauffage agrave air chaud multieacutetage Le principe consiste agrave faire fonctionner le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair ensemble pour optimiser le rendement eacutenergeacutetique tout en reacuteduisant au minimum le coucirct et la complexiteacute des composants

Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair Cette strateacutegie consiste agrave exploiter avantageusement la capaciteacute inteacutegreacutee du chauffe-eau pour faire varier la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation La tempeacuterature du point de consigne du chauffe-eau varie en fonction de la charge de chauffage des locaux On utilise des reacuteglages de tempeacuterature drsquoeau drsquoalimentation faibles pour satisfaire aux conditions de chauffage des locaux en charge partielle On fait eacutegalement varier les vitesses du ventilateur du systegraveme de traitement drsquoair en srsquoappuyant sur un principe de controcircle de reacuteglage exteacuterieur ou de minuterie pour augmenter les paramegravetres Lorsqursquoune demande de chaleur a eacuteteacute satisfaite le ventilateur continue de fonctionner agrave des vitesses reacuteduites pour eacuteviter les problegravemes lieacutes aux courants froids et au bruit Du coup le serpentin et les conduites retiennent moins de chaleur et on deacuteplore moins de perte de chaleur par la suite compareacute au premier cas de figure Le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair doivent tous deux cerner la demande qursquoils sont censeacutes satisfaire Leurs commandes ne doivent pas pour autant ecirctre physiquement inteacutegreacutees drsquoune faccedilon ou drsquoune autre Cette strateacutegie de controcircle est traiteacutee plus en deacutetail agrave la section 40

Serpentin(s) de chauffage de locaux Pour simplifier la comparaison nous partirons du principe que des serpentins laquo surdimensionneacutes raquo similaires sont utiliseacutes comme dans le premier cas de figure de sorte que les performances du chauffage de pointe des locaux soient identiques dans les deux cas

Conditions de chauffage de locaux en charge partielle Le chauffe-eau relegraveve une demande de chauffage de locaux et se met en route en acheminant une eau drsquoalimentation agrave basse tempeacuterature au systegraveme de traitement drsquoair Si la demande de chauffage nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute le chauffe-eau augmente progressivement la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation Le systegraveme de traitement drsquoair surveille la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation et augmente progressivement la vitesse du ventilateur lorsque la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation est plus eacuteleveacutee

Illustration des performances P9 Le tableau 6 donne une preacutesentation theacuteorique du type de rendement que lrsquoon peut obtenir en appliquant une strateacutegie de controcircle simple mettant en œuvre des

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tempeacuteratures drsquoeau et des vitesses de ventilateur variables Les tempeacuteratures et les deacutebits drsquoair du ventilateur preacutesenteacutes dans le tableau 6 ont eacuteteacute choisis agrave titre indicatif uniquement Ils ne repreacutesentent pas des reacuteglages pleinement optimiseacutes applicables agrave un systegraveme de chauffage combineacute

Tableau 6 Performances drsquoun systegraveme de chauffage combineacute theacuteorique offrant une puissance de chauffage des locaux de 10 kW en utilisant une strateacutegie de controcircle de tempeacuteratures drsquoeau et de vitesses de ventilateur variables (variation de la capaciteacute de chauffage des locaux par modulation du deacutebit drsquoair et de la tempeacuterature de lrsquoeau)

Mode de fonctionne -ment

Pondeacuter-ation

Temp de lrsquoeau drsquoalimen-tation (degF)

Temp de lrsquoeau de retour du reacuteseau principal (degF)

Deacutebit du systegraveme de traitement drsquoair (pi3min)

Mesure de la performance eacutenergeacutetique mode activeacute deacutesactiveacute ()

Contribution FPT

Chauffage des locaux 100

8 140 120 800 85 007

Chauffage des locaux 40

49 110 102 600 92 045

Chauffage des locaux 15

25 90 87 500 94 023

Chauffage de lrsquoeau

18 140 58 --- 92 016

Total 100 092

Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables bull Performances globales Une cote de facteur de performance totale (FPT) de 092

placerait le systegraveme combineacute dans la plage des performances eacuteleveacutees

bull Performances en mode de chauffage de lrsquoeau Comme dans le cas du sceacutenario impliquant un point de consigne de tempeacuterature unique le systegraveme assure une condensation en mode de chauffage de lrsquoeau avec un FPCE de 92 Il serait possible drsquoameacuteliorer leacutegegraverement lrsquoefficaciteacute du systegraveme de chauffage de lrsquoeau si un point de consigne de tempeacuterature de lrsquoeau infeacuterieur agrave la valeur de 140 degF utiliseacutee dans le premier cas de figure eacutetait appliqueacute La norme P9 permet drsquoutiliser un point de

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consigne pouvant descendre jusqursquoagrave 120 degF dans le cas de lrsquoeau potable La tempeacuterature de consigne nrsquoa plus besoin drsquoecirctre la mecircme que celle requise pour une charge de chauffage de locaux maximale il est donc possible de la reacuteduire agrave la plage de 120 degF Pour simplifier la comparaison des deux systegravemes dans les tableaux 5 et 6 aucun point de consigne de systegraveme de chauffage drsquoeau potable reacuteduit nrsquoa pas eacuteteacute inclus dans le tableau 6

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge totale Dans ce mode le rendement eacutenergeacutetique est plus faible La tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation doit ecirctre au plus haut pour satisfaire la charge la tempeacuterature de lrsquoeau de retour sera donc elle aussi plus eacuteleveacutee dans ce mode Comme le systegraveme fonctionnera rarement dans ce mode cette mauvaise performance ne repreacutesente qursquoune petite fraction de la pondeacuteration FPT

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge partielle Les tempeacuteratures drsquoalimentation du systegraveme de chauffage de lrsquoeau sont abaisseacutees progressivement pour satisfaire des demandes en charge partielle moindres Les tempeacuteratures peuvent ecirctre abaisseacutees bien en deccedilagrave du reacuteglage preacutevu pour le chauffage de lrsquoeau du robinet Cette condition se traduit par des tempeacuteratures drsquoeau de retour plus basses qursquoen conditions de charge totale Ces deux facteurs font que lrsquoefficaciteacute est plus importante en conditions de charge partielle qursquoen conditions de charge totale Le chauffe-eau fonctionnera en mode de condensation pour les deux points de charge de chauffage de locaux (40 et 15 )

bull Vitesse de ventilateur Eacutetant donneacute que la puissance de chauffage requise diminue la vitesse de ventilateur diminue aussiCela se traduit par un niveau sonore reacuteduit un fonctionnement du ventilateur plus long avec des cycles moins freacutequents et une reacuteduction importante de la consommation drsquoeacutenergie Cette condition peut aussi reacuteduire les plaintes lieacutees au confort le fonctionnement plus long agrave des deacutebits drsquoair reacuteduits ameacuteliorant la reacutepartition de lrsquoair chaud pendant les saisons intermeacutediaires

bull Controcircle de la tempeacuterature de lrsquoair inteacuterieur Le fait de moduler la puissance de chauffage en faisant varier la tempeacuterature de lrsquoeau et la vitesse du ventilateur peut se traduire par une tempeacuterature drsquoair inteacuterieur plus homogegravene avec des eacutecarts de tempeacuteratures moins grands au-dessus et au-dessous des points de consigne du thermostat

La strateacutegie 2 (tempeacuterature drsquoeau variable) peut donner lieu agrave lrsquoeacutelaboration drsquoun systegraveme de chauffage combineacute efficace preacutesentant de bonnes performances lorsqursquoil est mis agrave lrsquoessai selon la norme CSA P9 et lorsqursquoil est installeacute dans une vraie reacutesidence Les niveaux de performance varieront en fonction des composants seacutelectionneacutes et des speacutecificiteacutes de lrsquoordonnancement des commandes

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7 Commandes

Les commandes geacuteneacuteriques exigeacutees pour mettre en œuvre la strateacutegie privileacutegieacutee impliquant une tempeacuterature variable quia eacuteteacute deacutecrite dans la derniegravere section peuvent srsquoaveacuterer relativement simples Quelques chauffe-eau agrave la demande proposent deacutejagrave des commandes de reacuteglage de tempeacuterature Les commandes de tempeacuterature des chauffe-eau agrave la demande types ne sont toutefois pas systeacutematiquement configureacutees pour offrir une fonction de reacuteglage de tempeacuterature baseacutee sur la charge Quasiment tous les chauffe-eau agrave la demande actuellement disponibles sont eacutequipeacutes pour accueillir des commandes de tempeacuterature inteacutegreacutees ou monteacutees agrave distance permettant agrave lrsquoutilisateur de reacutegler manuellement la tempeacuterature drsquoalimentation agrave partir du chauffe-eau

En principe il devrait ecirctre possible de concevoir un module drsquointerface de commande simple qui viendrait se brancher dans les fiches de connexion de la commande de tempeacuterature existante La nouvelle commande simulerait lrsquoaction du controcircleur de tempeacuterature standard reacutegleacute manuellement de maniegravere agrave offrir une fonction de reacuteinitialisation de tempeacuterature automatique du chauffe-eau Toutes les commandes de seacutecuriteacute resteraient fonctionnelles

Une strateacutegie de controcircle simple peut offrir des performances eacuteleveacutees Les facteurs cleacutes agrave prendre en compte sont les suivants

bull deacuteterminer si une demande tient compte des besoins en chauffage drsquoeau chaude domestique

bull en mode de chauffage des locaux uniquement utiliser une minuterie ou un controcircle de reacuteglage exteacuterieur (ou un capteur de charge infeacuterentielle similaire) pour faire augmenter progressivement la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation

bull preacutevoir un systegraveme de traitement drsquoair faisant varier le deacutebit drsquoair en fonction de la tempeacuterature de lrsquoeau qui arrive dans lrsquoappareil du deacutelai pendant lequel une demande de chauffage perdure ou drsquoun signal direct du capteur de commande de charge

Ilest inteacuteressant de souligner que le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair nrsquoont pas besoin de communiquer directement ni de posseacuteder des commandes communes pour mettre en œuvre certaines des strateacutegies de controcircle deacutecrites

Lorsque les commandes du systegraveme deacutetectent qursquoune demande de chauffage a eacuteteacute satisfaite le systegraveme de traitement drsquoair devrait continuer de fonctionner suffisamment longtemps pour extraire toute la chaleur reacutesiduelle du serpentin et la transfeacuterer vers le courant drsquoair Pour eacuteviter les problegravemes de confort thermique il est souhaitable de reacuteduire la vitesse du ventilateur pendant cette peacuteriode de temporisation de la

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ventilation Le fonctionnement continu du ventilateur avec un reacuteglage de vitesse faible offrira automatiquement cette fonctionnaliteacute sans neacutecessiter de quelconques commandes intelligentes Cette option aurait lrsquoavantage suppleacutementaire drsquoassurer une reacutepartition de la tempeacuterature uniforme agrave lrsquointeacuterieur de la reacutesidence Elle serait eacutegalement utile pour reacutepartir lrsquoair frais si le systegraveme combineacute est installeacute avec un ventilateur-reacutecupeacuterateur de chaleur (VRC) ou un autre type de systegraveme de ventilation

Des commandes soigneusement conccedilues contribueront en bout de ligne agrave assurer ou reacutetablir lrsquoefficaciteacute du systegraveme combineacute Les commandes devraient ecirctre en mesure de deacuteterminer srsquoil y a une demande de chauffage des locaux ou de chauffage de lrsquoeau ou une demande concernant les deux modes Les commandes devront deacuteterminer lrsquoamplitude de chaque charge et reacutepondre de maniegravere approprieacutee en faisant varier certains paramegravetres agrave la fois pour le systegraveme de chauffage des locaux (systegraveme de traitement drsquoair par exemple) et pour le geacuteneacuterateur de chaleur (notamment si la source de chauffage est un chauffe-eau agrave la demande) En cas de demande de chauffage drsquoeau eacuteleveacutee il se peut qursquoune solution de commande prioritaire drsquoeau chaude domestique constitue la meilleure option Les commandes peuvent deacuteduire lrsquoamplitude des charges de chauffage des locaux au moyen de divers meacutecanismes y compris en surveillant les cycles de fonctionnement du thermostat et de signaux drsquoentreacutes directs transmis par une commande de charge infeacuterentielle telle qursquoune commande de reacuteglage exteacuterieur

La figure 3 preacutesente un algorithme simplifieacute de commandes geacuteneacuteriques pour la section chauffe-eau drsquoun systegraveme combineacute utilisant quatre eacutetapes de reacuteglage de tempeacuterature drsquoeau pour le chauffage des locaux et une seule pour le chauffage de lrsquoeau

La logique de commande illustreacutee agrave la figure 3 constitue uniquement un exemple de strateacutegie de controcircle rudimentaire qui pourrait ecirctre utiliseacutee pour assurer des performances eacuteleveacutees dans des modes de chauffage de locaux sans neacutecessiter lrsquoutilisation de composants oneacutereuxLrsquoalgorithme de commande pourrait ecirctre ameacutelioreacute si le controcircleur avait lrsquointelligence neacutecessaire pour lui permettre drsquoassimiler les eacutetapes de chauffage requises en surveillant la dureacutee des demandes de chauffage des locaux sur plusieurs cycles de chauffage reacutecents

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e

Mode drsquoattente Chauffe-eauagrave la demande en attente de signal

Demande de chauffage (lrsquoeaucircule dans le chauffe-eau)

Demandedrsquoeauchaude

domestique

Activationdu chauffagede lrsquoeacutetape 1 THERM90 ordmF Ventilateur Vitesse 1 Deacuteclencherle minuteursur 5 min

Demandesatisfaite avantlrsquoexpiration

du deacutelaiduminuteur

Oui

Oui

No

Reacuteglage du THERM sur le point de consigne de lrsquoeau chaude domestique THERM = 140 degF Couperlecirculateurde chauffagedelocaux (facultatif) Attendre lafin de la demande drsquoeau chaude domestique

Demande de

chauffage satisfait

Non

Oui

Activation du chauffage de lrsquoeacutetape 2 THERM = 105 degF Ventilateur Vitesse 2 Deacuteclencher le minuteur sur3 min

Activation du chauffage de lrsquoeacutetape 3 THERM = 120 degF Ventilateur Vitesse 3 Deacuteclencher le minuteur sur3 min

Activation du chauffage MAX THERM = 140 degF Ventilateur Vitesse 4 Mettrefin agravelademande de chauffage

Figure 3 Logique de lrsquoalgorithme simplifieacute de commande de chauffe-eau pour unsceacutenario de chauffage en quatre eacutetapes

Voici trois options de commande de vitesse de ventilateur de systegraveme de traitement drsquoair associeacutees agrave la meacutethode de chauffage drsquoeau illustreacutee agrave la figure 3

Commandes indirectes baseacutees sur la tempeacuteratureRaccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont bien distinctes les unes des autres mais elles fonctionnement de maniegravere compleacutementaire

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Principe de fonctionnement Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetecte la tempeacuterature de lrsquoeau chaude drsquoadmissionPlus la tempeacuterature de lrsquoeau est eacuteleveacutee plus les commandes du systegraveme de traitement drsquoair augmentent le deacutebit drsquoair

Discussion Les commandes du chauffe-eau augmentent la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque la demande nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetecte la tempeacuterature plus eacuteleveacutee et fait circuler plus drsquoair dans les serpentins pour lrsquoutiliser

Aspect meacutecanique Un puits de tempeacuterature est installeacute dans la conduite drsquoeau drsquoalimentation drsquoarriveacutee agrave lrsquointeacuterieur du systegraveme de traitement drsquoairLe reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur serait ajusteacute en installant un module de commande de systegraveme de traitement drsquoair qui mesure la tempeacuterature de lrsquoeau achemineacutee au systegraveme de traitement drsquoair depuis le chauffe-eau pendant une demande de chauffage de locaux transmise au systegraveme de traitement drsquoair La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signal de commande transmis au panneau de controcircle du systegraveme de traitement drsquoair par le thermostat du systegraveme de CVCA

Commandes indirectes baseacutees sur le minuteur Raccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont bien distinctes les unes des autres mais elles fonctionnement de maniegravere compleacutementaire

Principe de fonctionnement Le deacutebit drsquoair du systegraveme de traitement drsquoair varie en fonction de la dureacutee de la demande de chauffage afin de coiumlncider avec les minutages de commande de tempeacuterature indiqueacutes agrave la figure 3

Discussion Les commandes du chauffe-eau augmentent la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque la demande nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetermine la dureacutee de la demande de chauffage et fait circuler plus drsquoair dans les serpentins afin de se conformer aux eacutetapes de tempeacuterature programmeacutees

Aspect meacutecanique Le reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur serait ajusteacute en installant un module de commande de systegraveme de traitement drsquoair qui reacutegule le deacutebit drsquoair en fonction de la dureacutee de la demande de chauffage La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signalde commande transmis au panneau de controcircle du systegraveme de traitement drsquoair par le thermostat du systegraveme de CVCA

Controcircle direct Raccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont toutes deux controcircleacutees au moyen drsquoun nouveau controcircleur combineacute inteacutegreacute posseacutedant une interface directe avec le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair

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Principe de fonctionnement Le nouveau controcircleur fait varier le deacutebit drsquoair du systegraveme de traitement drsquoair et la tempeacuterature de lrsquoeau de maniegravere agrave optimiser le rendement du chauffage

Discussion Cette strateacutegie de controcircle direct suppose le deacuteveloppement drsquoun nouveau composant de commande Le controcircleur peut utiliser des reacuteglages de fonctionnement plus sophistiqueacutes afin drsquoameacuteliorer le rendement dans tous les modes de fonctionnement

Aspect meacutecanique Le reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur et la tempeacuterature de lrsquoeau achemineacutee au systegraveme de traitement drsquoair seraient directement controcircleacutes par un nouveau controcircleur combineacute inteacutegreacute La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signal de commande transmis au controcircleur par le thermostat du systegraveme de CVCA

Chauffe-eau - Mode de chauffage de lrsquoeau du robinet Les algorithmes de chauffage de lrsquoeau du robinet ne changent pas par rapport agrave ceux du module de commande standard La seule diffeacuterence reacuteside dans le fait que le chauffe-eau utilise un contacteur de deacutebit ou un deacutebitmegravetre pour repeacuterer un tirage drsquoeau chaude (ou une arriveacutee drsquoeau froide) et comprendre qursquoune demande de chauffage drsquoeau a eacuteteacute faite Si une demande de chauffage de locaux intervient simultaneacutement le chauffe-eau pourrait honorer les deux demandes en tenant compte du reacuteglage de tempeacuterature de sortie requise de lrsquoeau du robinet Une autre option consisterait agrave prendre en compte par deacutefaut le reacuteglage du mode de chauffage de lrsquoeau Un mode de controcircle plus sophistiqueacute pourrait potentiellement temporiser le chauffage des locaux lorsque cela srsquoavegravere neacutecessaire pour reacutepondre agrave des demandes de chauffage drsquoeau eacuteleveacutees ou pour activer la distribution de chauffage des locaux en utilisant des reacuteglages de tempeacuterature optimiseacutes Ce cas de figure est illustreacute agrave la figure 4

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8 Composants

Pour bien fonctionner les systegravemes de chauffage combineacutes doivent ecirctre doteacutes de composants haute performance que ce soit dans une configuration dite laquo installeacutee raquo ou dans une configuration drsquoessai selon la norme CSA P9 La preacutesente section a pour objectif drsquoaider les fabricants de chauffe-eau agrave la demande

bull agrave concevoir leur propre systegraveme de traitement drsquoair

bull agrave eacutetablir un partenariat avec un autre fabricant qui fournirait un systegraveme de traitement drsquoair pour leur systegraveme apregraves avoir deacutetermineacute

ndash les composants requis

ndash la mesure dans laquelle un modegravele de systegraveme de traitement drsquoair existant aurait besoin drsquoecirctre affineacute pour reacutepondre agrave leurs besoins

bull agrave eacutetablir les modifications qursquoil faut apporter au systegraveme monobloc dans son ensemble pour ameacuteliorer les performances

81 Systegraveme de traitement drsquoair

Le systegraveme de traitement drsquoair doit inclure les composants neacutecessaires pour fournir de la chaleur et faire circuler de lrsquoair Les eacuteleacutements agrave prendre en compte sont des serpentins de chauffage de locaux un moteur de ventilateur une pompe et un puits de tempeacuterature Ces eacuteleacutements sont deacutecrits plus en deacutetail ci-dessous

82 Serpentins de chauffage de locaux

Les serpentins de chauffage de locaux doivent ecirctre dimensionneacutes de maniegravere approprieacutee pour que le chauffage des locaux puisse avoir lieu avec une tempeacuterature drsquoalimentation suffisamment basse et une baisse de tempeacuterature de lrsquoeau suffisante pour favoriser la condensation dans le geacuteneacuterateur de chaleur lorsque le systegraveme fonctionne en conditions de charge partielle (et ideacutealement en conditions de pleine charge eacutegalement)

Geacuteneacuteralement les serpentins quiextraient la chaleur de lrsquoeau sont conccedilus et choisis en tenant compte drsquoune baisse de tempeacuterature de lrsquoeau drsquoenviron 11 degC (20 degF) le long des serpentins aux conditions de chauffage nominales La seacutelection preacutealable du serpentin peut ecirctre faite en utilisant un logiciel deacutejagrave proposeacute par divers fabricants de serpentins Dans la plupart des cas le modegravele logiciel calcule la puissance de chauffage drsquoun

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serpentin de chauffage agrave eau chaude en se fondant sur la mesure des performances du conditionnement drsquoair pour des serpentins ayant une construction et des geacuteomeacutetries similaires Du coup la puissance de chauffage reacuteelle pour une condition nominale donneacutee peut diffeacuterer leacutegegraverement de celle preacutedite par le logiciel

Ilest recommandeacute de veacuterifier la performance reacuteelle du serpentin choisi (puissance de chauffage baisse de la tempeacuterature de lrsquoeau baisse de la pression statique sur le cocircteacute air et eau) en effectuant des essais internes Lorsque cette eacutetape a eacuteteacute exeacutecuteacutee le modegravele logiciel peut fournir une aide preacutecieuse pour seacutelectionner le serpentin et devrait proposer des indications plutocirct fiables concernant les changements de performance du serpentin aux diffeacuterentes conditions projeteacutees Les informations ainsi collecteacutees devraient ecirctre utiles pour concevoir et affiner des reacuteglages et des strateacutegies de controcircle plus eacutevolueacutes en vue drsquooptimiser le rendement du systegraveme en conditions de chauffage en charge partielle

Voici les eacuteleacutements agrave prendre en compte

Diamegravetre du serpentin drsquoeau et nombre de spires ndash Un grand diamegravetre de canalisation reacuteduira au minimum la baisse de pression de lrsquoeau ainsi que lrsquoeacutenergie utiliseacutee par le systegraveme de circulation drsquoeau Un petit diamegravetre de canalisation permettra drsquoopter pour un serpentin moins oneacutereux eacutetant donneacute qursquoil faudra moins de cuivre dans le serpentin Cependant des petits tubes neacutecessiteront une eacutenergie de pompage supeacuterieure et feront augmenter les pheacutenomegravenes drsquousure et drsquoeacuterosion des tubes si une puissance de pompe suffisante est appliqueacutee pour offrir le deacutebit drsquoeau nominal Concregravetement le fait drsquoutiliser un serpentin avec des tubes trop petits reacuteduira la puissance de chauffage fournie par le serpentin En effet le fabricant utilisera vraisemblablement le mecircme circulateur standard quel que soit le serpentin retenu Les TECA hydronic and combo guideline (Directives sur les systegravemes hydroniques et combineacutes de la TECA)1

(article 814) preacutecisent que le deacutebit de lrsquoeau qui traverse le systegraveme de chauffage ne doit pas deacutepasser quatre (4) pieds par seconde

Nombre drsquoailettes par pouce ndash Plus le nombre drsquoailettes par pouce est eacuteleveacute plus la surface de transmission de chaleur et la puissance de chauffage augmentent cela creacutee cependant une baisse de pression supeacuterieure sur le cocircteacute air du serpentin Un certain degreacute de perte de pression dans le serpentin est utile pour assurer un deacutebit drsquoair homogegravene dans le serpentin notamment dans une configuration de laquo purge raquo qui est couramment utiliseacutee dans les ventilo-convecteurs combineacutes servant au chauffage des locauxLes speacutecifications des serpentins de chauffage peuvent faire eacutetat drsquoun nombre drsquoailettes variant de 6 ailettes par pouce agrave 14 ailettes par pouce Les serpentins de chauffage hydronique standard comportent 12 ou 14 ailettes par pouce Les serpentins doteacutes drsquoun grand nombre drsquoailettes sont plus facilement encrasseacutes par de la poussiegravere

1 Thermal Environmental Comfort Association (TECA) Surrey (C-B) Hydronic amp Combo Guidelines for the Design and Installation of Hot Water Heating Systems and Combination Hot Water amp Space Heating Systems 8th Edition August 2009 (Directives concernant les systegravemes hydroniques et combineacutes conception et installation de systegravemes de chauffage drsquoeau chaude et de systegravemes combineacutes de chauffage drsquoeau chaude et de locaux 8e eacutedition aoucirct 2009) [wwwtecaca]

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ou des deacutebris Selon les reacutesultats du logiciel de modeacutelisation du serpentin la preacutesence de 12 ailettes ou mecircme 14 semble ecirctre un choix raisonnable pour un serpentin de chauffage de locaux haute performance agrave condition que le serpentin soit choisi avec une surface suffisamment importante pour maintenir la vitesse frontale de lrsquoair faible agrave la puissance de chauffage theacuteorique

Figure 5 Exemple de serpentin de chauffage de locaux laquo surdimensionneacute raquo utiliseacute dans une application de systegraveme de traitement drsquoair hydronique

83 Moteur de ventilateur

Le systegraveme de traitement drsquoair devrait utiliser un moteur de ventilateur agrave commutation eacutelectronique (MCE) et ecirctre exploiteacute en utilisant un systegraveme de controcircle agrave vitesse multiple ou agrave vitesse variable Cette option permettrait de moduler le deacutebit drsquoair et la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque le systegraveme fonctionne agrave une puissance infeacuterieure agrave sa puissance de chauffage nominale maximaleLa capaciteacute agrave utiliser un mode de circulation continu agrave faible puissance et faible vitesse serait particuliegraverement utile en cas de fonctionnement aux points de consigne de 15 et 40 pour lesquels il est primordial de collecter et de distribuer toute la chaleur reacutesiduelle des serpentins de chauffage la norme P9 tenant compte uniquement de la chaleur qui est reacuteellement transfeacutereacutee dans le courant drsquoair

La modulation du deacutebit drsquoair et de la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation permettra drsquoobtenir des tempeacuteratures drsquoair distribueacute confortables ainsi que des performances de chauffage eacuteleveacutees

Un MCE doteacute drsquoune programmation de deacutebit drsquoair constant surclassera vraisemblablement un MCE qui utilise une programmation de couple constant car le

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systegraveme compensera au moins partiellement les diffeacuterences entre les pressions statiques nominales et les pressions statiques reacuteellement eacutetablies Cette solution peut srsquoaveacuterer indispensable pour srsquoassurer que les performances de la combustion dans des conditions reacuteelles variables correspondent aux performances obtenues lors drsquoessais dans le laboratoire

Une programmation de deacutebit drsquoair constant sera probablement essentielle pour obtenir des performances acceptables dans le cas drsquoun systegraveme combineacute reacuteparti

84 Circulateurpompe

Ilest important de choisir le bon circulateur pour acheminer le deacutebit approprieacute en fonction de la pression statique eacutetablie qui sera en vigueur Les pertes de pression dans les diffeacuterents chauffe-eau agrave la demande varient Le fait drsquoutiliser un circulateur qui fournit un deacutebit trop important se traduira par une petite baisse de tempeacuterature dans le circuit drsquoeau qui traverse le serpentin et par une tempeacuterature drsquoeau de retour eacuteleveacutee vers le chauffe-eau Un deacutebit trop faible entraicircne des capaciteacutes de chauffage faibles Des circulateurs hydroniques sont offerts avec trois vitesses seacutelectionnables et des deacutebits de pompe nominaux Par contre les moteurs utiliseacutes dans les circulateurs types agrave plusieurs vitesses ne sont pas aussi efficaces que les moteurs agrave CE Des circulateurs agrave vitesse variable eacutequipeacutes de moteurs agrave CE font leur apparition sur le marcheacute mais ils ne sont pas encore couramment utiliseacutes dans les applications combineacutees

Ideacutealement les pompes de circulation des systegravemes combineacutes eacutevolueacutes devraient consister en un concept agrave modulation agrave vitesse variable capable drsquoameacuteliorer le rendement et de compenser les diffeacuterentes configurations de canalisation Ce type de concept est deacutejagrave disponible et pourrait ecirctre mis en œuvre degraves maintenant il pourrait aussi ecirctre mis de cocircteacute jusqursquoagrave ce que la prochaine geacuteneacuteration de systegravemes de chauffage combineacutes eacutevolueacutes soit mise au point Les premiers reacutesultats drsquoessais en laboratoire ont montreacute qursquoil est possible drsquoobtenir de bonnes performances conformes agrave la norme CSA P9 sans utiliser des pompes de circulation agrave vitesse variable et des commandes auxiliaires coucircteuses Agrave lrsquoavenir agrave mesure que le coucirct des circulateurs agrave vitesse variable doteacutes de moteurs agrave CE baissera et que les commandes inteacutegreacutees seront mieux accepteacutees leur utilisation dans des applications de chauffage combineacute sera plus rentable

85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)

Si lrsquoon conccediloit le reacuteseau de plomberie de maniegravere agrave pouvoir y installer des bouchons de controcircle de tempeacuterature drsquoeau et de pression les essais internes et les mesures de mise en service seront simplifieacutes De plus il sera plus facile de purger lrsquoair des circuits

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hydroniques Il est possible drsquoutiliser des sondes de tempeacuteratures monteacutees agrave lrsquoexteacuterieur pour effectuer les mesures de mise en service sur le terrain si des sections de conduites de cuivre ameacutenageacutees dans des endroits strateacutegiques sont prises en compte lors de la conception

86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau

Certains chauffe-eau agrave la demande de type chaudiegravere possegravedent des points de consignes et des algorithmes de controcircle distincts pour le chauffage des locaux et celui de lrsquoeau Drsquoautres ont besoin de savoir si la charge concerne le chauffage des locaux ou celui de lrsquoeau potable Dans ce cas on peut utiliser divers capteurs et surveiller eacutegalement les signaux transmis par un deacutebitmegravetre drsquoeau installeacute dans le reacuteseau drsquoeau potable ou un deacutebitmegravetre installeacute dans le circuit de chauffage des locaux Bon nombre de chauffe-eau agrave la demande utilisent de tels capteurs dans leurs circuits de commande de brucircleur afin de faire coiumlncider les allures de chauffe avec les chargesDans les applications combineacutees lrsquoutilisation de commandes capables de diffeacuterencier les charges deacutepend de la logique de controcircle prioritaire de demande drsquoeau chaude domestique

87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes

Les canalisations drsquoeau ameacutenageacutees entre le geacuteneacuterateur de chaleur et le systegraveme combineacute devraient ecirctre dimensionneacutees de maniegravere agrave eacuteviter des baisses de pression excessives

Toutes les canalisations en cuivre exteacuterieures doivent ecirctre isoleacutees conformeacutement aux pratiques de lrsquoindustrie Il se peut que les avantages lieacutes agrave lrsquoisolation des canalisations drsquointerraccordement ne soient pas tregraves importants si les sections de conduites sont courtes et si elles contiennent des tuyaux en polyeacutethylegravene reacuteticuleacute ou un type de conduite similaire preacutesentant moins de perte de chaleur que les conduites en cuivre

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9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes

La preacutesente section contient des directives et certaines observations agrave lrsquointention des fabricants de systegravemes de chauffage combineacutes dans le but drsquoaider ces derniers agrave mettre agrave lrsquoessai leurs systegravemes agrave lrsquointerne Lrsquoexeacutecution drsquoessais agrave lrsquointerne en utilisant un montage simplifieacute permettra aux fabricants de mieux cerner les performances de leurs concepts et commandes prototypes lorsqursquoils sont mis agrave lrsquoessai dans une installation indeacutependante conformeacutement agrave la norme CSA P9 (P10 pour les fabricants de SMI) Les essais en question ne doivent pas forceacutement ecirctre conccedilus pour geacuteneacuterer des reacutesultats de performance preacutecis agrave 100 mais ils sont consideacutereacutes comme indispensables pour le deacuteveloppement et le cycle drsquooptimisation du produit les avantages drsquoun concept et drsquoun fonctionnement de systegraveme ameacutelioreacutes pouvant rapidement sauter aux yeux lorsque lrsquoon compare les reacutesultats des essais reacutealiseacutes laquo avant raquo et laquo apregraves raquo

En geacuteneacuteral il nrsquoest pas rentable de payer un laboratoire drsquoessais indeacutependant pour proceacuteder agrave la premiegravere eacutevaluation drsquoun systegraveme de chauffage combineacute complet Les coucircts lieacutes au laboratoire et les deacutefis lieacutes aux ingeacutenieurs concepteurs qui prescrivent des reacuteglages lorsqursquoils ne sont pas sur place rendent cette option probleacutematique Des essais simplifieacutes reacutealiseacutes dans les propres locaux du fabricant permettent de srsquoassurer que les reacutesultats sont dans la plage approprieacutee degraves le deacutebut

Un scheacutema de montage drsquoessai suggeacutereacute utilisable pour effectuer des mesures conformeacutement agrave la norme CSA P9 est preacutesenteacute dans cette norme La figure 6 ci-dessous illustre une version simplifieacutee de ce scheacutema

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de la piegravece

combineacutes

Appareilsdeconditionnement

Eacutevents pour produits de combustion Appareils de

conditionnement de la piegravece

Salle drsquoessai

Isolant

Meacutelangeur

Approvisionnement en eau

Eacutevents pour air de combustion Conduite drsquoalimentation en combustible

Uniteacute drsquoessai des

systegravemes

Thermocouples Porte Fenecirctre

Mesure de la tempeacuterature et du deacutebit de lrsquoeau

Conduite drsquoair de retour

Thermocouples

Mesure de la tempeacuterature et de lrsquohumiditeacute de lrsquoair

Air drsquoappoint

Mesure du deacutebit drsquoair

Figure 6 Scheacutema simplifieacute illustrant le montage utiliseacute pour exeacutecuter les essais conformeacutement agrave la norme P9 (composants individuels du systegraveme combineacute non illustreacutes)

Le scheacutema preacutesente un dispositif de mesure de lrsquoenthalpie de lrsquoair dans un tunnel baseacute Vsur la norme ASHRAE 37 Lrsquoappareil de mesure de lrsquoair illustreacute sur la figure de la norme utilise un ajutage et un ventilateur drsquoeacutequilibrage pour pouvoir appliquer une technique de mesure du deacutebit drsquoair neacutecessitant une pression diffeacuterentielle eacuteleveacutee (entre 1 et 4 pouces drsquoeau) dans lrsquoajutage Lorsqursquoil est utiliseacute avec des manomegravetres preacutecis cet appareil offre une preacutecision de mesure eacuteleveacutee de lrsquoordre de 1 agrave 2 du deacutebit drsquoair et il geacutenegravere un deacutebit drsquoair bien meacutelangeacute qui permet de mesurer avec preacutecision la tempeacuterature du deacutebit de lrsquoair drsquoalimentation

La norme P9 preacutecise que lrsquoajutage inteacutegreacute agrave lrsquoappareil de mesure de lrsquoenthalpie de lrsquoair en tunnel constitue une meacutethode acceptable pour mesurer le deacutebit drsquoair tout en approuvant expresseacutement (article 36) lrsquoapplication drsquoautres processus de mesure du deacutebit drsquoair agrave condition que les limites de preacutecision mentionneacutees dans la norme soient satisfaites Ceci donne la possibiliteacute drsquoutiliser une technique de mesure du deacutebit drsquoair plus directe ne neacutecessitant pas lrsquoutilisation drsquoun appareil comportant un ventilateur drsquoeacutequilibrage Dans certains cas lrsquoutilisation drsquoune chambre de mesure de deacutebit avec un ventilateur drsquoeacutequilibrage pour reacutegler la pression statique de la conduite drsquoair drsquoalimentation a impliqueacute des problegravemes de stabiliteacute avec des moteurs agrave CE qui ont eacuteteacute

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programmeacutes pour un deacutebit drsquoair constant il est donc avantageux drsquoeacuteviter les ventilateurs drsquoeacutequilibrage

91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz

De nombreux fabricants concevant des systegravemes combineacutes eacutevolueacutes integravegreront des instruments conccedilus pour mesurer la consommation drsquoeacutenergie eacutelectrique la consommation du combustible les performances de combustion la tempeacuterature et la pression (pression du collecteur de gaz pression statique des conduites etc) Si de tels eacutequipements de mesure ne sont pas offerts ilest recommandeacute de les preacutevoirLes compteurs de facturation des compagnies de gaz et drsquoeacutelectriciteacute devraient offrir une preacutecision et une reacutesolution suffisantes pour les essais de deacuteveloppement du produit

92 Enregistreur de donneacutees

Les fabricants devront eacutegalement avoir accegraves agrave un systegraveme drsquoenregistrement de donneacutees dans le cadre de leur travail Il est conseilleacute de preacutevoir un enregistreur qui offre une preacutecision et un nombre de canaux de mesures suffisants pour les tacircches agrave accomplir On estime qursquoil faudra environ huit (8) canaux pour mesurer la tempeacuterature plus quelques canaux analogiques ou numeacuteriques pour prendre en compte les donneacutees des deacutebitmegravetres des transducteurs de pression etc (analogiques ou numeacuteriques selon lrsquoinstrument de mesure seacutelectionneacute) De nombreux fournisseurs proposent un large eacuteventail drsquoenregistreurs de donneacutees Campbell Scientific Fluke Instruments Omega et Measurement Computing (personal DAQ) figurent parmi les fabricants qui proposent des enregistreurs de donneacutees de petite eacutechelle pouvant ecirctre pris en compte Il est recommandeacute de se pencher sur lrsquoassistant logiciel de lrsquoenregistreur de donneacutees seacutelectionneacute au moment drsquoeacutevaluer lrsquoeacutequipement Si le fabricant ne souhaite pas investir dans un enregistreur de donneacutees la location demeure une option mecircme si les eacuteconomies preacutevues dans le cas drsquoune location agrave court terme semblent ecirctre faibles

93 Deacutebit drsquoair

Pour mesurer le deacutebit drsquoair pendant les essais agrave lrsquointerne il est recommandeacute drsquoutiliser une grille de deacutebit drsquoair avec eacutetablissement de moyenne installeacutee dans la conduite drsquoair drsquoalimentation en conjonction avec un manomegravetre diffeacuterentiel de preacutecision De nombreux fournisseurs proposent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans un large eacuteventail de tailles et ces deacutebitmegravetres sont relativement peu chers car ils sont souvent utiliseacutes dans des systegravemes commerciaux de chauffage et de refroidissement agrave deacutebit drsquoair variable Si lrsquoon fait une recherche dans Google en utilisant le segment laquo deacutebitmegravetres drsquoair raquo on trouve plusieurs fournisseurs et liens permettant

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drsquoobtenir de plus amples informations sur le sujet Nailor Industries Inc et Dwyer Instruments sont deux socieacuteteacutes quioffrent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans une grande varieacuteteacute de tailles de conduites

94 Manomegravetres

On trouve eacutegalement de nombreux manomegravetres diffeacuterentiels sur le marcheacute dont les modegraveles varient des manomegravetres agrave tube inclineacute aux transducteurs numeacuteriques de preacutecision Il est important de bien faire correspondre la plage de mesure du transducteur ou du manomegravetre avec la pression fournie par le deacutebitmegravetre sur la plage de deacutebits drsquoair preacutevue Dans le cas des transducteurs numeacuteriques des instruments capacitifs sont reacuteputeacutes bien fonctionner dans la plage de pression diffeacuterentielle basse qui serait normalement prescrite (environ 05 pouce de diffeacuterence de colonne drsquoeau) Setra Instruments MKS Instruments (Baratron) Dwyer Instruments et drsquoautres socieacuteteacutes proposent des transducteurs de pression diffeacuterentielle capacitifs plage basse adapteacutes

95 Tempeacuteratures

Les tempeacuteratures drsquoair drsquoarriveacutee et de sortie peuvent ecirctre mesureacutees en utilisant des thermocouples des thermistances ou des capteurs de conduite geacuteneacuterant une valeur moyenne Du fait de son bas coucirct de sa faciliteacute drsquoutilisation et de sa preacutesence agrave grande eacutechelle sur le marcheacute le thermocouple semble ecirctre lrsquoinstrument approprieacute pour cette application Il est possible de fabriquer un reacuteseau de thermocouples agrave partir drsquoune bobine de fil de thermocouple et de les raccorder entre eux en parallegravele de maniegravere agrave geacuteneacuterer une seule donneacutee repreacutesentant la valeur moyenne De nombreux fournisseurs offrent des fils agrave thermocouple notamment les socieacuteteacutes Thermo Electric Company Inc Omega Inc Watlow Inc etc Il est eacutegalement possible de fabriquer des sondes de tempeacuterature agrave partir des mecircmes fils de thermocouple pour surveiller drsquoautres paramegravetres tels que les tempeacuteratures drsquoeau Il est important de bien utiliser un fil agrave thermocouple plutocirct qursquoun fil de rallonge de lrsquoeacutechelle de mesure identique mais moins preacutecis

96 Mesures du cocircteacute eau

Pour effectuer des mesures du cocircteacute eau dans les serpentins il est neacutecessaire de posseacuteder un deacutebitmegravetre et des sondes de tempeacuterature Ces mesures pourraient ecirctre reacutealiseacutees en utilisant des capteurs distincts (deacutebitmegravetre drsquoeau et sondes de tempeacuterature distinctes par exemple) Il est important de srsquoassurer que lrsquoinsertion drsquoun deacutebitmegravetre dans la boucle drsquoeau ne modifie pas le deacutebit de la pompe de circulation Cela est particuliegraverement important avec des circulateurs agrave faible puissance geacuteneacuteralement utiliseacutes dans des applications combineacutees pour lesquelles lrsquoinstallation drsquoun deacutebitmegravetre agrave turbine conventionnel agrave baisse de pression eacuteleveacutee peut restreindre le deacutebit drsquoeau Ilexiste des deacutebitmegravetres preacutecis sans perte de pression eacuteleveacutee Certains appareils

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peuvent ecirctre acheteacutes deacutejagrave conditionneacutes avec des sondes de tempeacuterature en guise de laquo compteurs drsquoeacutenergie raquo Ils mesurent simultaneacutement les tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de lrsquoeau de retour ainsi que le deacutebit de lrsquoeau et calculent directement le flux drsquoeacutenergie en srsquoappuyant sur ces mesuresKamstrup Siemens Badger Meters Elster Metering ABB Meters et drsquoautres socieacuteteacutes offrent ce type drsquoappareils Les compteurs drsquoeacutenergie autonomes sont habituellement configureacutes avec certains dispositifs permettant de lire les diffeacuterents paramegravetres ainsi que les flux drsquoeacutenergie calculeacutes La plupart offre une fonction de stockage des donneacutees internes etou des sorties numeacuteriques pouvant ecirctre interfaceacutees avec des enregistreurs de donneacutees externes

97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne

La norme CSA P9 exige que le chauffage des locaux soit deacutefini en utilisant deux mesures (cocircteacute air et cocircteacute eau) avec une entente dans une toleacuterance acceptable pour la mise agrave lrsquoessai du systegraveme de chauffage de locaux agrave pleine capaciteacute constant Dans le cas des mesures agrave lrsquointerne entreprises par un fabricant dans le cadre drsquoun projet de deacuteveloppement de produit cibleacute lrsquoentente entre les mesures du cocircteacute air et du cocircteacute eau nrsquoest pas forceacutement requise On suggegravere aux fabricants de se concentrer sur les mesures qui ciblent la strateacutegie de controcircle ou de composant propre agrave lrsquoeacutetude Par exemple si des strateacutegies diffeacuterentes de temporisation du ventilateur ou laquo apregraves fonctionnement raquo sont eacutevalueacutees il est bien plus important de se concentrer sur les mesures du cocircteacute air que drsquoessayer drsquoatteindre un eacutequilibre entre le cocircteacute air et le cocircteacute eau Selon la quantiteacute drsquoeacutenergie laisseacutee dans le serpentin drsquoeau lorsque le ventilateur de soufflante srsquoarrecircte et drsquoautres pertes drsquoeacutenergie du systegraveme il est possible qursquoil nrsquoy ait pas drsquoeacutequilibre drsquoeacutenergie entre les mesures du cocircteacute air et les mesures du cocircteacute eau mecircme avec un instrument des mesures et des calculs laquo parfaits raquo

La norme CSA P9 exige une mesure du deacutebit drsquoair et des tempeacuteratures au moins toutes les cinq (5) secondes Dans le cas des essais agrave lrsquointerne cette freacutequence pourrait ecirctre assouplie pour certaines eacutetapes drsquoessai Par ailleurs une conformiteacute totale agrave la norme P9 suppose un controcircle preacutecis de la tempeacuterature de la salle drsquoessai ougrave se trouve le systegraveme combineacute en vue des essais ainsiqursquoun controcircle preacutecis de la tempeacuterature de lrsquoeau de la ville Dans le cas des essais de deacuteveloppement agrave lrsquointerne ces exigences peuvent eacutegalement ecirctre assouplies agrave condition que les tempeacuteratures ne varient pas trop pendant les essais Un espace commercial conditionneacute ayant une dimension raisonnable ferait lrsquoaffaire au moins pour les phases drsquoessai et de deacuteveloppement initiales

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Flue(combustionmeasurements)

SupplyAirtoSpaceHeatingPlenum

(optionalzonedampers)

ReturnAir

CityWater

TanklessWaterHeater

HotWaterSupplyfromWaterHeater

DHW

CoolWaterreturntoWaterheater

Temperaturemeasurementpoints

Fuelmeter

Flowmeter

Electricalmeteringnotshown

Circulator

98 Agencement des instruments

La figure 7 preacutesente un scheacutema simplifieacute permettant drsquoillustrer lrsquoagencement geacuteneacuteral des emplacements et des paramegravetres de mesure en vue de la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute de chauffe-eau instantaneacute agrave condensation Le deacutebit drsquoair qui traverse la conduite drsquoalimentation du systegraveme de traitement drsquoair sera surveilleacute en utilisant un deacutebitmegravetre agrave valeur moyenne et un manomegravetre (non illustreacute) tel que cela est deacutecrit agrave lrsquoarticle 73

T

T

T T

T T

Alimentation en eau chaude provenant du chauffe-eau

Conduit (mesures de combustion)

Eau chaude domestique

Systegraveme de mesure du combustible

Air dereprise

Retourde lrsquoeau froide vers lechauffe-eau

Chauffe-eau instantaneacute

Air drsquoalimentation achemineacute versle pleacutenum de chauffage(registres de zone facultatifs)

Eau municipale

Deacutebitmegravetre

T

(compteur eacutelectrique non illustreacute)

Points de mesure de la tempeacuterature Circulateur

Figure 8 Scheacutema de mesure simplifieacute applicable agrave la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute baseacute sur un chauffe-eau instantaneacute

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CanmetEacuteNERGIE CanmetEacuteNERGIE de Ressources naturelles Canada est un chef de file canadien dans le domaine de la recherche et deacuteveloppement en eacutenergie propre Les travaux de nos speacutecialistes portent sur lrsquoapprovisionnement drsquoeacutenergie propre agrave partir de combustibles fossiles et de sources renouvelables la gestion de lrsquoeacutenergie et les systegravemes de distribution ainsi que sur les technologies et processus avanceacutes pour les utilisations finales En veillant agrave ce que le Canada soit agrave la fine pointe des technologies sur lrsquoeacutenergie propre nous ameacuteliorons la qualiteacute de vie des Canadiens en creacuteant un avantage durable en matiegravere de ressources

Bureau central Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) 580 rue Booth 1 promenade Oil Patch 1 promenade Haanel 161 boulevard Lionel-Boulet Ottawa (Ontario) Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) Canada Canada Canada Canada K1A 0E4 T9G 1A8 K1A 1M1 J3X 1S6

  • Guide pour les fabricants drsquoappareils de chauffage combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessai conformeacutement agrave la norme CSA P9
    • Remerciements
    • 1 Reacutesumeacute
    • 2 Systegravemes agrave zones
    • Table des matiegraveres
    • Liste des tableaux et figures
    • 3 Contexte
      • 31 Objet
      • 32 Public cible
      • 33 Marcheacute
      • 34 Pratiques en vigueur dans lrsquoindustrie
      • 35 Expeacuterience en matiegravere drsquoeacutevaluation
      • 36 Deacutefi principal Utiliser des chauffe-eau pour chauffer des locaux de maniegravere eacuteconergeacutetique
      • 37 Approche par eacutetapes
        • 4 Charges de calcul ndash performances selon la norme CSA p9
          • 41 Facteur de performance thermique (FPT)
          • 42 Chauffage de lrsquoeau
          • 43 Chauffage des locaux
          • 44 Importance relative des charges de chauffage des locaux et de lrsquoeau
            • 5 Chauffage de lrsquoeau domestique
            • 6 Conception des systegravemes combineacutes
              • 61 Incidence des pondeacuterations de charge
                • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                • Reacuteduction des tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour
                  • 62 Strateacutegies de conception
                  • 63 Strateacutegie 1 Tempeacuterature drsquoeau constante
                    • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                    • Serpentin(s) de chauffage des locaux
                    • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                    • Illustration des performances selon la norme P9
                    • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                      • 64 Strateacutegie 2 Tempeacuterature drsquoeau variable
                        • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                        • Serpentin(s) de chauffage de locaux
                        • Conditions de chauffage de locaux en charge partielle
                        • Illustration des performances P9
                        • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                            • 7 Commandes
                              • Commandes indirectes baseacutees sur la tempeacuterature
                              • Commandes indirectes baseacutees sur le minuteur
                              • Controcircle direct
                              • Chauffe-eau -Mode de chauffage de lrsquoeau du robinet
                                • 8 Composants
                                  • 81 Systegraveme de traitement drsquoair
                                  • 82 Serpentins de chauffage de locaux
                                  • 83 Moteur de ventilateur
                                  • 84 Circulateurpompe
                                  • 85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)
                                  • 86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau
                                  • 87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes
                                    • 9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes
                                      • 91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz
                                      • 92 Enregistreur de donneacutees
                                      • 93 Deacutebit drsquoair
                                      • 94 Manomegravetres
                                      • 95 Tempeacuteratures
                                      • 96 Mesures du cocircteacute eau
                                      • 97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne
                                      • 98 Agencement des instruments
Page 15: Guide pour les fabricants d’appareils de chauffage ...€¦ · Le présent rapport explique comment la norme d’essai P.9 pondère le rendement dans différents modes de fonctionnement

43 Chauffage des locaux

Tout systegraveme de chauffage de locaux doit ecirctre capable de fournir sa puissance de chauffage de locaux nominale lorsque les commandes lrsquoexigent Par contre les systegravemes de chauffage de locaux ont uniquement besoin de fournir leur puissance de chauffage de pointe pour tout au plus quelques jours pendant lrsquoanneacutee La norme CSA P9 reconnaicirct que des systegravemes fonctionneront en conditions de charge partielle la plupart du temps et eacutenonce des cotes de rendement de chauffage de locaux baseacutees sur des essais directs impliquant des charges totales et partielles Les systegravemes combineacutes sont mis agrave lrsquoessai dans des conditions de charges eacutequivalant agrave 100 40 et 15 de leurs capaciteacutes de chauffage des locaux Les reacutesultats sont combineacutes de maniegravere agrave obtenir une efficaciteacute de chauffage composite (ECC) qui pondegravere plus fortement les conditions de charge partielle La formule associeacutee et la repreacutesentation graphique correspondante extraites de la norme P9 se preacutesentent comme suit

ECC = 01 de rendement net agrave 100 + 06 de rendement net agrave 40 + 03 de rendement net agrave 15

La figure 1 illustre la quantiteacute de charge de chauffage annuelle pouvant ecirctre reacutepartie vers diffeacuterents points drsquoexploitation

Pourcentage de la charge de chauffage annuelle

Figure 1 Courbe de charge-dureacutee pour le chauffage des locaux (tireacutee de la norme CSA P9-11)

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44 Importance relative des charges de chauffage des locaux et de lrsquoeau

Les commandes du systegraveme de chauffage combineacute sont pleinement fonctionnelles pendant tous les essais et ne sont pas reacutegleacutees manuellement une fois les premiers essais en cours Le choix du fabricant concernant la strateacutegie de controcircle les paramegravetres de tempeacuterature et de deacutebit drsquoair et drsquoeau et les composants utiliseacutes aura une incidence sur la capaciteacute de chauffage de pointe des locaux ainsique sur le rendement agrave la puissance maximale Les systegravemes preacutesentant des capaciteacutes de chauffage nominales infeacuterieures seraient normalement installeacutes pour chauffer des reacutesidences ayant des charges de calcul plus petites Comme nous lrsquoavons indiqueacute preacuteceacutedemment la norme P9 prescrit les mecircmes charges de chauffage drsquoeau pour tous les systegravemes mis agrave lrsquoessai peu importe la capaciteacute Par conseacutequent plus la capaciteacute de chauffage des locaux est petite plus lrsquoimportance relative du chauffage de lrsquoeau sur le FPT est grandeCe principe est illustreacute agrave la figure 2 qui preacutesente les charges annuelles relatives de chauffage drsquoeau et des locaux pour des systegravemes mixtes ayant des charges de chauffage des locaux nominales de 5 kW et 10 kW respectivement

25000 Chauffage des locaux Eau chaude domesZque (ECD)

20000

Consom

maZ

ondeacuten

ergie(kWhan) 20000

15000

10000 10000

4400 44005000

0 Puissance de chauffage des locaux Puissance de chauffage des locaux

de10 kW de5kW

Figure 2 Comparaison de la consommation drsquoeacutenergie pour le chauffage et lrsquoeau chaude (kWhan) dans le cas des systegravemes combineacutes de 10 kW et 5 kW

Les charges thermiques eacutenonceacutees dans la norme P9 sont deacutecrites dans le tableau 2 et les pondeacuterations relatives des reacutesultats drsquoessais de performance individuels dans le facteur de performance thermique (FPT) globalde la norme CSA P9 applicable aux

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systegravemes combineacutes offrant trois capaciteacutes de chauffage de locaux diffeacuterentes sont preacutesenteacutees dans le tableau 3

Tableau 2 Charges thermiques annuelles (kWhan) de la norme P9 applicables aux systegravemes combineacutes affichant des puissances nominales de chauffage des locaux de 5 10 et 15 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 5 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 10 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 15 kW

Chauffage des locaux Pleine charge

1 000 kWhan 2 000 kWhan 3 000 kWhan

Chauffage des locaux 40 de la charge

6 000 kWhan 12 000 kWhan 18 000 kWhan

Chauffage des locaux 15 de la charge

3 000 kWhan 6 000 kWhan 9 000 kWhan

Chauffage de lrsquoeau 4 400 kWhan 4 400 kWhan 4 400 kWhan

Total 14 400 kWhan 24 400 kWhan 34 400 kWhan

Tableau 3 Pondeacuterations de charge de la norme P9 pour des systegravemes combineacutes affichant des puissances nominales de chauffage des locaux de 5 10 et 15 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 5 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 10 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 15 kW

Chauffage des locaux Pleine charge

7 8 9

Chauffage des locaux 40 de la charge

42 49 52

Chauffage des locaux 15 de la charge

21 25 26

Chauffage de lrsquoeau 31 18 13

Total 100 100 100

Ilest important de consulter ces donneacutees avec un certain reculet de comprendre les pondeacuterations relatives des reacutesultats drsquoessai sur le FPT annuel On remarque que

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lrsquoincidence des performances du systegraveme pendant lrsquoessaide chauffage des locaux avec 40 de puissance nominale de chauffage de locaux sur la cote annuelle est la plus importante (42 agrave 52 ) suivie par lrsquoincidence des performances avec 15 de puissance nominale de chauffage des locaux (21 agrave 26 ) Les pondeacuterations de ces reacutesultats drsquoessai augmentent encore plus agrave mesure que la puissance nominale de chauffage des locaux deacutepasse la plage illustreacutee dans le tableau 3

Des rapports inteacuteressants eacutemanant de constructeurs de maisons de lrsquoOntario indiquent qursquoon installe plus souvent des systegravemes combineacutes dans des reacutesidences dont les charges de chauffage nominales se situent entre 7 et 10 kW Selon les codes drsquoinstallation des systegravemes de chauffage et les guides de dimensionnement recommandeacute de lrsquoindustrie les systegravemes combineacutes ayant des capaciteacutes de chauffage nominales comprises entre 10 et 15 kW conviendraient parfaitement agrave ce type de reacutesidences Dans le cas des systegravemes combineacutes inclus dans cette plage de capaciteacute les reacutesultats drsquoessai de chauffage des locaux en charge partielle ont une pondeacuteration drsquoenviron 75 dans la cote de performance thermique annuelle

En commenccedilant par un local dont le rendement du composant de chauffage de lrsquoeau du systegraveme combineacute est deacutejagrave eacuteconergeacutetique (voir lrsquoarticle 11) cette pondeacuteration permet de savoir ougrave il faut deacuteployer le plus gros effort au moment de concevoir un systegraveme de chauffage combineacute haute performance

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5 Chauffage de lrsquoeau domestique

La premiegravere eacutetape agrave suivre pour concevoir un systegraveme combineacute haute performance consiste agrave seacutelectionner le chauffe-eau approprieacute Cette section a pour but drsquoaider les fabricants agrave deacutenicher rapidement les modegraveles potentiels

Parmi les caracteacuteristiques que devraient avoir les chauffe-eau agrave la demande figurent

bull la modulation ndash performances de chauffage de lrsquoeau efficaces sur toute la plage depuis les deacutebits drsquoeau nominaux minimaux jusqursquoaux deacutebits maximaux

ndash rapport de reacuteglage eacuteleveacute

ndash capaciteacute agrave fournir suffisamment drsquoeau chaude pour reacutepondre agrave des besoins en chauffage de lrsquoeau typiques

ndash capaciteacute agrave fonctionner avec des deacutebits drsquoeau chaude minimauxDe nombreux chauffe-eau agrave la demande actuellement sur le marcheacute peuvent selon le classement de leur fabricant ecirctre utiliseacutes avec des deacutebits drsquoeau chaude de 2 Lmin (05 gal USmin) ou moins Certains systegravemes neacutecessitent des deacutebits plus importants

bull performance en matiegravere de condensation ndash ilsrsquoagit des performances nominales de condensation sur toute la plage des charges et des allures de chauffe

ndash commandes geacuterant de faccedilon approprieacutee le rapport combustible-deacutebit drsquoair de maniegravere agrave maintenir le rendement de la combustion quelle que soit la charge

ndash paramegravetres de commande optimiseacutes par la charge qui permettent de deacuteterminer lrsquoimportance et les types de charges et de reacuteagir en conseacutequence avec de meilleurs paramegravetres de commande pour que le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair fonctionnent ensemble

ndash cycles courts avant et apregraves la purge permettant de reacuteduire au minimum les temps de reacuteponse et les pertes laquo par cycle raquo et de reacuteduire la consommation drsquoeacutelectriciteacute

ndash faible consommation en mode drsquoalimentation de secours

ndash ventilation directe des produits de combustion afin drsquoeacuteviter lrsquoeacutemanation de combustible et les risques de deacutepressurisation

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Pour acceacuteleacuterer le processus de seacutelection du chauffe-eau de base il sera plus facile de commencer par consulter les donneacutees que le fabricant peut deacutetenir (ou qursquoil peut facilement produire) concernant ses propres produits en mode de chauffage drsquoeau Lrsquoobjectif est de commencer avec un geacuteneacuterateur de chaleur qui preacutesente un rendement eacutenergeacutetique nominal de 90 ou plus sur une grande plage de fonctionnement

Si le chauffe-eau qursquoon envisage drsquoutiliser en tant que moteur thermique ou geacuteneacuterateur de chaleur pour un systegraveme de chauffage combineacute monobloc ne reacutepond pas aux exigences ci-dessus il est recommandeacute de reacuteviser attentivement son choix Dans certains cas il est possible de seacutelectionner diffeacuterents composants diffeacuterentes commandes ou diffeacuterents paramegravetres de commande pour surmonter les lacunes en matiegravere de rendement Les possibiliteacutes drsquoameacuteliorer de faccedilon appreacuteciable les performances de chauffage drsquoeau drsquoun chauffe-eau agrave la demande sans affecter son certificat de seacutecuriteacute sont limiteacutees Du coup le fait de seacutelectionner un chauffe-eau diffeacuterent plus rentable sur le plan eacutenergeacutetique peut constituer un choix plus opportun

La norme canadienne drsquoessai et drsquoeacutevaluation CSA P7 applicable aux chauffe-eau agrave la demande fait eacutetat drsquoune tempeacuterature drsquoeau drsquoarriveacutee courante de 144 degC (58 degF) et drsquoune tempeacuterature de sortie de 577 degC (135 degF) pour les essais et lrsquoeacutevaluation des performances nominales Le tableau 4 compare les caracteacuteristiques de rendement eacutenergeacutetique de deux chauffe-eau agrave la demande theacuteoriques avec les systegravemes fonctionnant agrave plusieurs deacutebits drsquoeau diffeacuterents en utilisant les mecircmes hypothegraveses de tempeacuteratures drsquoeau que la norme P7 Bien que les eacutevaluations de performance maximale du premier modegravele soient supeacuterieures agrave celles du second modegravele (avec des deacutebits drsquoeau de 114 et 76 Lmin) les performances de chauffage ameacutelioreacutees du second modegravele agrave des deacutebits drsquoeau infeacuterieurs en font un meilleur candidat pour jouer le rocircle drsquoun geacuteneacuterateur de chaleur dans un systegraveme combineacute du fait du pourcentage de temps eacuteleveacute pendant lrsquoanneacutee durant lequel un systegraveme combineacute fonctionne agrave de faibles charges pour assurer le chauffage des locaux

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Tableau 4 Comparaison des caracteacuteristiques de rendement eacutenergeacutetique de la norme P7 pour deux chauffe-eau theacuteoriques

Deacutebit (Lmin) Deacutebit (gal USmin) Exemple modegravele 1

Exemple modegravele 2

114 3 95 92

76 2 95 90

38 1 83 92

19 05 79 92

Recommandation Choix mal adapteacute dans le cas drsquoun systegraveme combineacute

Choix mieux adapteacute dans le cas drsquoun systegraveme combineacute

On constate que les valeurs de rendement eacutenergeacutetique pour la plage de deacutebits drsquoeau utiliseacutes agrave des fins de deacutemonstration dans le tableau 4 ne seraient pas interchangeables avec les facteurs eacutenergeacutetiques (FE) coteacutes pour les mecircmes chauffe-eau eacutetant donneacute que les conditions eacutenonceacutees dans le tableau 4 ne correspondent pas aux installations meacutethodes drsquoessais et charges de chauffage drsquoeau speacutecifieacutees dans la norme CSA P7 applicable aux chauffe-eau agrave la demande Les valeurs de rendement eacutenergeacutetique theacuteoriques du tableau 4 sont preacutesenteacutees simplement pour deacutemontrer que les performances de chauffage de lrsquoeau de certains types de chauffe-eau peuvent changer agrave mesure que le deacutebit (p ex la charge de chauffage de lrsquoeau) change Les changements de rendement eacutenergeacutetique du systegraveme de chauffage de lrsquoeau en fonction de la charge ne sont pas complegravetement pris en compte dans les eacutevaluations de performance FE normaliseacutees applicables aux chauffe-eau Afin drsquoeacuteviter toute confusion il est recommandeacute drsquoutiliser lrsquoexpression laquo Facteur eacutenergeacutetique raquo (ou FE) uniquement pour deacutesigner des cotes drsquoessais de chauffe-eau standard eacutelaboreacutees agrave partir drsquoessais et de calculs respectant scrupuleusement la norme drsquoeacutevaluation CSA P7 applicable aux chauffe-eau agrave la demande ou la norme CSA P3 applicable aux chauffe-eau agrave reacuteservoir de stockage reacutesidentiels

Apregraves avoir eacutetudieacute le rendement eacutenergeacutetique des geacuteneacuterateurs de chaleur potentiels sur toutes leurs plages de fonctionnement preacutevues dans le cadre drsquoun systegraveme combineacute il est possible de seacutelectionner de maniegravere aviseacutee un chauffe-eau adapteacute aux applications preacutevues Une fois cette eacutetape reacutealiseacutee le fabricant de systegravemes de chauffage combineacutes doit opter pour une strateacutegie de controcircle avant de seacutelectionner les autres composants du systegraveme

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6 Conception des systegravemes combineacutes

61 Incidence des pondeacuterations de charge

Conditions de chauffage des locaux en charge partielle Pour obtenir une excellente cote drsquoessai selon la norme CSA P9 il faut avant tout se concentrer sur le chauffage des locaux en charge partielle Le rendement en conditions de chauffage de locaux en charge partielle permettra de deacuteterminer 90 de la cote drsquoefficaciteacute de chauffage composite (ECC) Dans le cas drsquoun systegraveme de chauffage combineacute offrant une puissance de chauffage drsquoespace nominale de 10 kW 75 de la valeur FPT seront deacuteduits agrave partir des reacutesultats de lrsquoessai en charge partielle Dans le cas drsquoun systegraveme offrant une puissance de chauffage des locaux de 15 kW les reacutesultats des performances de chauffage des locaux en charge partielle repreacutesenteront presque 80 du facteur de performance thermique global

Reacuteduction des tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour Les chauffe-eau qui preacutesentent drsquoexcellentes cotes avec des tempeacuteratures basses de lrsquoeau drsquoalimentation du reacuteseau principalfonctionneront moins bien sila tempeacuterature drsquoarriveacutee augmente La preacutesence de tempeacuteratures drsquoeau de retour plus chaudes pendant le mode de chauffage des locaux contribuera agrave reacuteduire le rendement eacutenergeacutetique Le fait de reacutepondre aux demandes de chauffage des locaux en utilisant des paramegravetres de commande qui reacuteduisent au minimum les tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour en conditions de charge partielle peut contribuer agrave optimiser le rendement de combustion

62 Strateacutegies de conception

Un des plus gros avantages du chauffe-eau agrave la demande tient au fait que theacuteoriquement il peut geacuteneacuterer diffeacuterentes tempeacuteratures drsquoeau drsquoalimentation pour satisfaire les charges de chauffage de lrsquoeau et des locaux Il peut eacutegalement faire varier du tout au tout la tempeacuterature de lrsquoeau qursquoil fournit pour satisfaire diffeacuterentes charges de chauffage des locaux Cet aspect est essentiel pour continuer de fournir le mecircme chauffage de lrsquoeau agrave un rendement eacuteleveacute et produire un chauffage des locaux agrave charge partielle tregraves efficace

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Nous allons passer en revue deux concepts de systegravemes combineacutes

bull la strateacutegie 1 utilise une tempeacuterature drsquoeau constante pour toutes les charges

bull la strateacutegie 2 consiste agrave faire varier la tempeacuterature de lrsquoeau en fonction de la charge

La premiegravere strateacutegie est celle qui neacutecessite le moins de changement compareacute aux pratiques actuelles elle correspond souvent au premier reacuteflexe Elle est preacutesenteacutee icidans le but principalde mettre en lumiegravere certains deacutefis inheacuterents en matiegravere de performance

La deuxiegraveme strateacutegie repreacutesente une option bien plus rentable pour atteindre des niveaux de performance eacuteleveacutes tant sur le terrain que lors des essais exeacutecuteacutes conformeacutement agrave la norme CSA P9 Lrsquoexpeacuterience montre qursquoelle offre un niveau de performance eacuteleveacute agrave un coucirct moindre pour le fabricant

Le fait drsquoutiliser une pompe agrave vitesse variable dans le systegraveme de traitement de lrsquoair peut eacutegalement ameacuteliorer le rendement eacutenergeacutetique La strateacutegie 2 est axeacutee sur une tempeacuterature drsquoalimentation variable les chauffe-eau agrave la demande pouvant offrir cette fonction plus rapidement Il est peu courant de voir des pompes agrave vitesse variable dans les appareils de traitement de lrsquoair pour lrsquoinstant

Pour ces exemples

bull les deux types de systegravemes combineacutes seront preacutesenteacutes en utilisant le mecircme chauffe-eau agrave la demande agrave condensation et agrave modulation

bull les pondeacuterations de performance FPT applicables agrave un systegraveme combineacute preacutesentant une charge nominale de chauffage de locaux de 10 kW seront utiliseacutees agrave titre indicatif pour illustrer chacune de ces strateacutegies

63 Strateacutegie 1 Tempeacuterature drsquoeau constante

Ce systegraveme de chauffage combineacute respecte la regravegle eacutetablie et preacutevoit uniquement lrsquoutilisation de composants plus efficaces pour ameacuteliorer les performancesIlarrive qursquoil soit souvent consideacutereacute en premier lieu car les commandes peuvent rester telles quelles dans un systegraveme pour lequel un fabricant fournit le chauffe-eau agrave la demande tandis qursquoun autre fabricant fournit le systegraveme de traitement drsquoair

Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair Le chauffe-eau ne sait pas si une demande concerne un chauffage de lrsquoeau ou un chauffage de locaux Il deacutetecte une demande et fournit de lrsquoeau chaude agrave une tempeacuterature constante Pour satisfaire la charge de chauffage de pointe des locaux il est geacuteneacuteralement reacutegleacute agrave 60 degC (140 degF) Le systegraveme de traitement drsquoair ne contribue pas eacutenormeacutement agrave faire grimper la puissance de chauffage de locaux Il utilise geacuteneacuteralement

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un ou deux reacuteglages de vitesse de ventilateur soufflant Eacutetant donneacute que le fonctionnement prolongeacute drsquoun ventilateur apregraves qursquoune demande de chauffage a eacuteteacute satisfaite peut entraicircner des problegravemes de confort dus agrave des courants drsquoair froid le fonctionnement subseacutequent du ventilateur ne sera pas mis en œuvre ou sera mis en œuvre en utilisant uniquement des temps de fonctionnement courts Dans les deux sceacutenarios la chaleur sera retenue dans le serpentin et les conduites pour se dissiper par la suite pendant les peacuteriodes de deacutesactivation

Serpentin(s) de chauffage des locaux Si lrsquoon veut amplifier lrsquoefficaciteacute eacutenergeacutetique du systegraveme en mode de chauffage des locaux ilest impeacuteratif de reacuteduire au minimum les tempeacuteratures de lrsquoeau de retourDes serpentins laquo surdimensionneacutes raquo ont eacuteteacute conccedilus en vue drsquooptimiser la baisse de tempeacuterature dans lrsquoeacutechangeur de chaleur en conditions de chauffage des locaux

Conditions de chauffage des locaux en charge partielle Le systegraveme de traitement drsquoair se met en route et srsquoarrecircte pour srsquoadapter aux conditions de charge partielle ce qui a pour effet de deacuteclencher des demandes associeacutees sur le chauffe-eau

Illustration des performances selon la norme P9 Le tableau 5 donne un aperccedilu theacuteorique du type de performance que lrsquoon pourrait geacuteneacuteralement obtenir en utilisant une strateacutegie impliquant un point de consigne de tempeacuterature unique

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Tableau 5 Performances drsquoun systegraveme combineacute theacuteorique affichant une puissance de chauffage des locaux de 10 kW en utilisant une strateacutegie simple de commande de point de consigne de tempeacuterature drsquoeau unique (capaciteacute de chauffage des locaux compenseacutee par des cycles de marche-arrecirct)

Mode de fonctionne -ment

Pondeacuter-ation

Temp de lrsquoeau drsquoalimentati on (degF)

Temp de lrsquoeau de retour du reacuteseau principal (degF)

Deacutebit du systegraveme de traitement drsquoair (pi3min)

Mesure de la performance eacutenergeacutetique mode activeacute deacutesactiveacute ()

Contribution FPT

Chauffage des locaux 100

8 140 120 800 85 007

Chauffage des locaux 40

49 140 120 800 80 039

Chauffage des locaux 15

25 140 120 800 75 018

Chauffage de lrsquoeau

18 140 58 mdash 92 017

Total 100 081

Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables bull Performances globales Une cote de facteur de performance totale (FPT) de 092

placerait le systegraveme combineacute dans la plage des performances eacuteleveacutees

bull Performances en mode de chauffage de lrsquoeau Comme dans le cas du sceacutenario impliquant un point de consigne de tempeacuterature unique le systegraveme assure une condensation en mode de chauffage de lrsquoeau avec un FPCE de 92 Il serait possible drsquoameacuteliorer leacutegegraverement lrsquoefficaciteacute du systegraveme de chauffage de lrsquoeau si un point de consigne de tempeacuterature de lrsquoeau infeacuterieur agrave la valeur de 140 degF utiliseacutee dans le premier cas de figure eacutetait appliqueacute La norme P9 permet drsquoutiliser un point de consigne pouvant descendre jusqursquoagrave 120 degF dans le cas de lrsquoeau potable La tempeacuterature de consigne nrsquoa plus besoin drsquoecirctre la mecircme que celle requise pour une charge de chauffage de locaux maximale il est donc possible de la reacuteduire agrave la plage de 120 degF Pour simplifier la comparaison des deux systegravemes dans les tableaux 5 et 6 aucun point de consigne de systegraveme de chauffage drsquoeau potable reacuteduit nrsquoa pas eacuteteacute inclus dans le tableau 6

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bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge totale Dans ce mode le rendement eacutenergeacutetique est plus faible La tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation doit ecirctre au plus haut pour satisfaire la charge la tempeacuterature de lrsquoeau de retour sera donc elle aussiplus eacuteleveacutee dans ce modeComme le systegraveme fonctionnera rarement dans ce mode cette mauvaise performance ne repreacutesente qursquoune petite fraction de la pondeacuteration FPT

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge partielle Les tempeacuteratures drsquoalimentation du systegraveme de chauffage de lrsquoeau sont abaisseacutees progressivement pour satisfaire des demandes en charge partielle moindres Les tempeacuteratures peuvent ecirctre abaisseacutees bien en deccedilagrave du reacuteglage preacutevu pour le chauffage de lrsquoeau du robinet Cette condition se traduit par des tempeacuteratures drsquoeau de retour plus basses qursquoen conditions de charge totale Ces deux facteurs font que lrsquoefficaciteacute est plus importante en conditions de charge partielle qursquoen conditions de charge totale Le chauffe-eau fonctionnera en mode de condensation pour les deux points de charge de chauffage de locaux (40 et 15 )

bull Vitesse de ventilateur Eacutetant donneacute que la puissance de chauffage requise diminue la vitesse de ventilateur diminue aussiCela se traduit par un niveau sonore reacuteduit un fonctionnement du ventilateur plus long avec des cycles moins freacutequents et une reacuteduction importante de la consommation drsquoeacutenergie Cette condition peut aussi reacuteduire les plaintes lieacutees au confort le fonctionnement plus long agrave des deacutebits drsquoair reacuteduits ameacuteliorant la reacutepartition de lrsquoair chaud pendant les saisons intermeacutediaires

bull Controcircle de la tempeacuterature de lrsquoair inteacuterieur Le fait de moduler la puissance de chauffage en faisant varier la tempeacuterature de lrsquoeau et la vitesse du ventilateur peut se traduire par une tempeacuterature drsquoair inteacuterieur plus homogegravene avec des eacutecarts de tempeacuteratures moins grands au-dessus et au-dessous des points de consigne du thermostat Ce pheacutenomegravene pourrait inciter les proprieacutetaires de reacutesidence agrave augmenter le point de consigne de chauffage pour eacutetablir des conditions de confort acceptables

bull Incidences sur le zonage Le zonage sera plus compliqueacute avec un systegraveme affichant une puissance fixe et une vitesse de ventilateur unique

Ilest possible drsquoameacuteliorer la strateacutegie 1 en augmentant encore la dimension drsquoun serpentin deacutejagrave surdimensionneacute dans le systegraveme de traitement drsquoair Cette option implique toutefois des limites pratiques car des serpentins bien plus grands neacutecessiteront une plus grande quantiteacute de cuivre et un formage plus important et cela accentuera le coucirct total du systegraveme sans compter qursquoil faudra aussi preacutevoir des armoires plus grandes pour le systegraveme de traitement drsquoair De plus les pertes de chaleur par cycle augmenteront et il sera plus difficile drsquoobtenir des performances eacuteleveacutees en charge partielle Le fait drsquoappliquer la strateacutegie 1 agrave un systegraveme de chauffage combineacute agrave haute performance peut srsquoaveacuterer trop oneacutereux pour valoir le coup

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64 Strateacutegie 2 Tempeacuterature drsquoeau variable

Cette meacutethode est identique agrave celle appliqueacutee dans les appareils de chauffage agrave air chaud multieacutetage Le principe consiste agrave faire fonctionner le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair ensemble pour optimiser le rendement eacutenergeacutetique tout en reacuteduisant au minimum le coucirct et la complexiteacute des composants

Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair Cette strateacutegie consiste agrave exploiter avantageusement la capaciteacute inteacutegreacutee du chauffe-eau pour faire varier la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation La tempeacuterature du point de consigne du chauffe-eau varie en fonction de la charge de chauffage des locaux On utilise des reacuteglages de tempeacuterature drsquoeau drsquoalimentation faibles pour satisfaire aux conditions de chauffage des locaux en charge partielle On fait eacutegalement varier les vitesses du ventilateur du systegraveme de traitement drsquoair en srsquoappuyant sur un principe de controcircle de reacuteglage exteacuterieur ou de minuterie pour augmenter les paramegravetres Lorsqursquoune demande de chaleur a eacuteteacute satisfaite le ventilateur continue de fonctionner agrave des vitesses reacuteduites pour eacuteviter les problegravemes lieacutes aux courants froids et au bruit Du coup le serpentin et les conduites retiennent moins de chaleur et on deacuteplore moins de perte de chaleur par la suite compareacute au premier cas de figure Le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair doivent tous deux cerner la demande qursquoils sont censeacutes satisfaire Leurs commandes ne doivent pas pour autant ecirctre physiquement inteacutegreacutees drsquoune faccedilon ou drsquoune autre Cette strateacutegie de controcircle est traiteacutee plus en deacutetail agrave la section 40

Serpentin(s) de chauffage de locaux Pour simplifier la comparaison nous partirons du principe que des serpentins laquo surdimensionneacutes raquo similaires sont utiliseacutes comme dans le premier cas de figure de sorte que les performances du chauffage de pointe des locaux soient identiques dans les deux cas

Conditions de chauffage de locaux en charge partielle Le chauffe-eau relegraveve une demande de chauffage de locaux et se met en route en acheminant une eau drsquoalimentation agrave basse tempeacuterature au systegraveme de traitement drsquoair Si la demande de chauffage nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute le chauffe-eau augmente progressivement la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation Le systegraveme de traitement drsquoair surveille la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation et augmente progressivement la vitesse du ventilateur lorsque la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation est plus eacuteleveacutee

Illustration des performances P9 Le tableau 6 donne une preacutesentation theacuteorique du type de rendement que lrsquoon peut obtenir en appliquant une strateacutegie de controcircle simple mettant en œuvre des

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tempeacuteratures drsquoeau et des vitesses de ventilateur variables Les tempeacuteratures et les deacutebits drsquoair du ventilateur preacutesenteacutes dans le tableau 6 ont eacuteteacute choisis agrave titre indicatif uniquement Ils ne repreacutesentent pas des reacuteglages pleinement optimiseacutes applicables agrave un systegraveme de chauffage combineacute

Tableau 6 Performances drsquoun systegraveme de chauffage combineacute theacuteorique offrant une puissance de chauffage des locaux de 10 kW en utilisant une strateacutegie de controcircle de tempeacuteratures drsquoeau et de vitesses de ventilateur variables (variation de la capaciteacute de chauffage des locaux par modulation du deacutebit drsquoair et de la tempeacuterature de lrsquoeau)

Mode de fonctionne -ment

Pondeacuter-ation

Temp de lrsquoeau drsquoalimen-tation (degF)

Temp de lrsquoeau de retour du reacuteseau principal (degF)

Deacutebit du systegraveme de traitement drsquoair (pi3min)

Mesure de la performance eacutenergeacutetique mode activeacute deacutesactiveacute ()

Contribution FPT

Chauffage des locaux 100

8 140 120 800 85 007

Chauffage des locaux 40

49 110 102 600 92 045

Chauffage des locaux 15

25 90 87 500 94 023

Chauffage de lrsquoeau

18 140 58 --- 92 016

Total 100 092

Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables bull Performances globales Une cote de facteur de performance totale (FPT) de 092

placerait le systegraveme combineacute dans la plage des performances eacuteleveacutees

bull Performances en mode de chauffage de lrsquoeau Comme dans le cas du sceacutenario impliquant un point de consigne de tempeacuterature unique le systegraveme assure une condensation en mode de chauffage de lrsquoeau avec un FPCE de 92 Il serait possible drsquoameacuteliorer leacutegegraverement lrsquoefficaciteacute du systegraveme de chauffage de lrsquoeau si un point de consigne de tempeacuterature de lrsquoeau infeacuterieur agrave la valeur de 140 degF utiliseacutee dans le premier cas de figure eacutetait appliqueacute La norme P9 permet drsquoutiliser un point de

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consigne pouvant descendre jusqursquoagrave 120 degF dans le cas de lrsquoeau potable La tempeacuterature de consigne nrsquoa plus besoin drsquoecirctre la mecircme que celle requise pour une charge de chauffage de locaux maximale il est donc possible de la reacuteduire agrave la plage de 120 degF Pour simplifier la comparaison des deux systegravemes dans les tableaux 5 et 6 aucun point de consigne de systegraveme de chauffage drsquoeau potable reacuteduit nrsquoa pas eacuteteacute inclus dans le tableau 6

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge totale Dans ce mode le rendement eacutenergeacutetique est plus faible La tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation doit ecirctre au plus haut pour satisfaire la charge la tempeacuterature de lrsquoeau de retour sera donc elle aussi plus eacuteleveacutee dans ce mode Comme le systegraveme fonctionnera rarement dans ce mode cette mauvaise performance ne repreacutesente qursquoune petite fraction de la pondeacuteration FPT

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge partielle Les tempeacuteratures drsquoalimentation du systegraveme de chauffage de lrsquoeau sont abaisseacutees progressivement pour satisfaire des demandes en charge partielle moindres Les tempeacuteratures peuvent ecirctre abaisseacutees bien en deccedilagrave du reacuteglage preacutevu pour le chauffage de lrsquoeau du robinet Cette condition se traduit par des tempeacuteratures drsquoeau de retour plus basses qursquoen conditions de charge totale Ces deux facteurs font que lrsquoefficaciteacute est plus importante en conditions de charge partielle qursquoen conditions de charge totale Le chauffe-eau fonctionnera en mode de condensation pour les deux points de charge de chauffage de locaux (40 et 15 )

bull Vitesse de ventilateur Eacutetant donneacute que la puissance de chauffage requise diminue la vitesse de ventilateur diminue aussiCela se traduit par un niveau sonore reacuteduit un fonctionnement du ventilateur plus long avec des cycles moins freacutequents et une reacuteduction importante de la consommation drsquoeacutenergie Cette condition peut aussi reacuteduire les plaintes lieacutees au confort le fonctionnement plus long agrave des deacutebits drsquoair reacuteduits ameacuteliorant la reacutepartition de lrsquoair chaud pendant les saisons intermeacutediaires

bull Controcircle de la tempeacuterature de lrsquoair inteacuterieur Le fait de moduler la puissance de chauffage en faisant varier la tempeacuterature de lrsquoeau et la vitesse du ventilateur peut se traduire par une tempeacuterature drsquoair inteacuterieur plus homogegravene avec des eacutecarts de tempeacuteratures moins grands au-dessus et au-dessous des points de consigne du thermostat

La strateacutegie 2 (tempeacuterature drsquoeau variable) peut donner lieu agrave lrsquoeacutelaboration drsquoun systegraveme de chauffage combineacute efficace preacutesentant de bonnes performances lorsqursquoil est mis agrave lrsquoessai selon la norme CSA P9 et lorsqursquoil est installeacute dans une vraie reacutesidence Les niveaux de performance varieront en fonction des composants seacutelectionneacutes et des speacutecificiteacutes de lrsquoordonnancement des commandes

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7 Commandes

Les commandes geacuteneacuteriques exigeacutees pour mettre en œuvre la strateacutegie privileacutegieacutee impliquant une tempeacuterature variable quia eacuteteacute deacutecrite dans la derniegravere section peuvent srsquoaveacuterer relativement simples Quelques chauffe-eau agrave la demande proposent deacutejagrave des commandes de reacuteglage de tempeacuterature Les commandes de tempeacuterature des chauffe-eau agrave la demande types ne sont toutefois pas systeacutematiquement configureacutees pour offrir une fonction de reacuteglage de tempeacuterature baseacutee sur la charge Quasiment tous les chauffe-eau agrave la demande actuellement disponibles sont eacutequipeacutes pour accueillir des commandes de tempeacuterature inteacutegreacutees ou monteacutees agrave distance permettant agrave lrsquoutilisateur de reacutegler manuellement la tempeacuterature drsquoalimentation agrave partir du chauffe-eau

En principe il devrait ecirctre possible de concevoir un module drsquointerface de commande simple qui viendrait se brancher dans les fiches de connexion de la commande de tempeacuterature existante La nouvelle commande simulerait lrsquoaction du controcircleur de tempeacuterature standard reacutegleacute manuellement de maniegravere agrave offrir une fonction de reacuteinitialisation de tempeacuterature automatique du chauffe-eau Toutes les commandes de seacutecuriteacute resteraient fonctionnelles

Une strateacutegie de controcircle simple peut offrir des performances eacuteleveacutees Les facteurs cleacutes agrave prendre en compte sont les suivants

bull deacuteterminer si une demande tient compte des besoins en chauffage drsquoeau chaude domestique

bull en mode de chauffage des locaux uniquement utiliser une minuterie ou un controcircle de reacuteglage exteacuterieur (ou un capteur de charge infeacuterentielle similaire) pour faire augmenter progressivement la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation

bull preacutevoir un systegraveme de traitement drsquoair faisant varier le deacutebit drsquoair en fonction de la tempeacuterature de lrsquoeau qui arrive dans lrsquoappareil du deacutelai pendant lequel une demande de chauffage perdure ou drsquoun signal direct du capteur de commande de charge

Ilest inteacuteressant de souligner que le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair nrsquoont pas besoin de communiquer directement ni de posseacuteder des commandes communes pour mettre en œuvre certaines des strateacutegies de controcircle deacutecrites

Lorsque les commandes du systegraveme deacutetectent qursquoune demande de chauffage a eacuteteacute satisfaite le systegraveme de traitement drsquoair devrait continuer de fonctionner suffisamment longtemps pour extraire toute la chaleur reacutesiduelle du serpentin et la transfeacuterer vers le courant drsquoair Pour eacuteviter les problegravemes de confort thermique il est souhaitable de reacuteduire la vitesse du ventilateur pendant cette peacuteriode de temporisation de la

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ventilation Le fonctionnement continu du ventilateur avec un reacuteglage de vitesse faible offrira automatiquement cette fonctionnaliteacute sans neacutecessiter de quelconques commandes intelligentes Cette option aurait lrsquoavantage suppleacutementaire drsquoassurer une reacutepartition de la tempeacuterature uniforme agrave lrsquointeacuterieur de la reacutesidence Elle serait eacutegalement utile pour reacutepartir lrsquoair frais si le systegraveme combineacute est installeacute avec un ventilateur-reacutecupeacuterateur de chaleur (VRC) ou un autre type de systegraveme de ventilation

Des commandes soigneusement conccedilues contribueront en bout de ligne agrave assurer ou reacutetablir lrsquoefficaciteacute du systegraveme combineacute Les commandes devraient ecirctre en mesure de deacuteterminer srsquoil y a une demande de chauffage des locaux ou de chauffage de lrsquoeau ou une demande concernant les deux modes Les commandes devront deacuteterminer lrsquoamplitude de chaque charge et reacutepondre de maniegravere approprieacutee en faisant varier certains paramegravetres agrave la fois pour le systegraveme de chauffage des locaux (systegraveme de traitement drsquoair par exemple) et pour le geacuteneacuterateur de chaleur (notamment si la source de chauffage est un chauffe-eau agrave la demande) En cas de demande de chauffage drsquoeau eacuteleveacutee il se peut qursquoune solution de commande prioritaire drsquoeau chaude domestique constitue la meilleure option Les commandes peuvent deacuteduire lrsquoamplitude des charges de chauffage des locaux au moyen de divers meacutecanismes y compris en surveillant les cycles de fonctionnement du thermostat et de signaux drsquoentreacutes directs transmis par une commande de charge infeacuterentielle telle qursquoune commande de reacuteglage exteacuterieur

La figure 3 preacutesente un algorithme simplifieacute de commandes geacuteneacuteriques pour la section chauffe-eau drsquoun systegraveme combineacute utilisant quatre eacutetapes de reacuteglage de tempeacuterature drsquoeau pour le chauffage des locaux et une seule pour le chauffage de lrsquoeau

La logique de commande illustreacutee agrave la figure 3 constitue uniquement un exemple de strateacutegie de controcircle rudimentaire qui pourrait ecirctre utiliseacutee pour assurer des performances eacuteleveacutees dans des modes de chauffage de locaux sans neacutecessiter lrsquoutilisation de composants oneacutereuxLrsquoalgorithme de commande pourrait ecirctre ameacutelioreacute si le controcircleur avait lrsquointelligence neacutecessaire pour lui permettre drsquoassimiler les eacutetapes de chauffage requises en surveillant la dureacutee des demandes de chauffage des locaux sur plusieurs cycles de chauffage reacutecents

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e

Mode drsquoattente Chauffe-eauagrave la demande en attente de signal

Demande de chauffage (lrsquoeaucircule dans le chauffe-eau)

Demandedrsquoeauchaude

domestique

Activationdu chauffagede lrsquoeacutetape 1 THERM90 ordmF Ventilateur Vitesse 1 Deacuteclencherle minuteursur 5 min

Demandesatisfaite avantlrsquoexpiration

du deacutelaiduminuteur

Oui

Oui

No

Reacuteglage du THERM sur le point de consigne de lrsquoeau chaude domestique THERM = 140 degF Couperlecirculateurde chauffagedelocaux (facultatif) Attendre lafin de la demande drsquoeau chaude domestique

Demande de

chauffage satisfait

Non

Oui

Activation du chauffage de lrsquoeacutetape 2 THERM = 105 degF Ventilateur Vitesse 2 Deacuteclencher le minuteur sur3 min

Activation du chauffage de lrsquoeacutetape 3 THERM = 120 degF Ventilateur Vitesse 3 Deacuteclencher le minuteur sur3 min

Activation du chauffage MAX THERM = 140 degF Ventilateur Vitesse 4 Mettrefin agravelademande de chauffage

Figure 3 Logique de lrsquoalgorithme simplifieacute de commande de chauffe-eau pour unsceacutenario de chauffage en quatre eacutetapes

Voici trois options de commande de vitesse de ventilateur de systegraveme de traitement drsquoair associeacutees agrave la meacutethode de chauffage drsquoeau illustreacutee agrave la figure 3

Commandes indirectes baseacutees sur la tempeacuteratureRaccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont bien distinctes les unes des autres mais elles fonctionnement de maniegravere compleacutementaire

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Principe de fonctionnement Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetecte la tempeacuterature de lrsquoeau chaude drsquoadmissionPlus la tempeacuterature de lrsquoeau est eacuteleveacutee plus les commandes du systegraveme de traitement drsquoair augmentent le deacutebit drsquoair

Discussion Les commandes du chauffe-eau augmentent la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque la demande nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetecte la tempeacuterature plus eacuteleveacutee et fait circuler plus drsquoair dans les serpentins pour lrsquoutiliser

Aspect meacutecanique Un puits de tempeacuterature est installeacute dans la conduite drsquoeau drsquoalimentation drsquoarriveacutee agrave lrsquointeacuterieur du systegraveme de traitement drsquoairLe reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur serait ajusteacute en installant un module de commande de systegraveme de traitement drsquoair qui mesure la tempeacuterature de lrsquoeau achemineacutee au systegraveme de traitement drsquoair depuis le chauffe-eau pendant une demande de chauffage de locaux transmise au systegraveme de traitement drsquoair La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signal de commande transmis au panneau de controcircle du systegraveme de traitement drsquoair par le thermostat du systegraveme de CVCA

Commandes indirectes baseacutees sur le minuteur Raccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont bien distinctes les unes des autres mais elles fonctionnement de maniegravere compleacutementaire

Principe de fonctionnement Le deacutebit drsquoair du systegraveme de traitement drsquoair varie en fonction de la dureacutee de la demande de chauffage afin de coiumlncider avec les minutages de commande de tempeacuterature indiqueacutes agrave la figure 3

Discussion Les commandes du chauffe-eau augmentent la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque la demande nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetermine la dureacutee de la demande de chauffage et fait circuler plus drsquoair dans les serpentins afin de se conformer aux eacutetapes de tempeacuterature programmeacutees

Aspect meacutecanique Le reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur serait ajusteacute en installant un module de commande de systegraveme de traitement drsquoair qui reacutegule le deacutebit drsquoair en fonction de la dureacutee de la demande de chauffage La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signalde commande transmis au panneau de controcircle du systegraveme de traitement drsquoair par le thermostat du systegraveme de CVCA

Controcircle direct Raccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont toutes deux controcircleacutees au moyen drsquoun nouveau controcircleur combineacute inteacutegreacute posseacutedant une interface directe avec le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair

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Principe de fonctionnement Le nouveau controcircleur fait varier le deacutebit drsquoair du systegraveme de traitement drsquoair et la tempeacuterature de lrsquoeau de maniegravere agrave optimiser le rendement du chauffage

Discussion Cette strateacutegie de controcircle direct suppose le deacuteveloppement drsquoun nouveau composant de commande Le controcircleur peut utiliser des reacuteglages de fonctionnement plus sophistiqueacutes afin drsquoameacuteliorer le rendement dans tous les modes de fonctionnement

Aspect meacutecanique Le reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur et la tempeacuterature de lrsquoeau achemineacutee au systegraveme de traitement drsquoair seraient directement controcircleacutes par un nouveau controcircleur combineacute inteacutegreacute La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signal de commande transmis au controcircleur par le thermostat du systegraveme de CVCA

Chauffe-eau - Mode de chauffage de lrsquoeau du robinet Les algorithmes de chauffage de lrsquoeau du robinet ne changent pas par rapport agrave ceux du module de commande standard La seule diffeacuterence reacuteside dans le fait que le chauffe-eau utilise un contacteur de deacutebit ou un deacutebitmegravetre pour repeacuterer un tirage drsquoeau chaude (ou une arriveacutee drsquoeau froide) et comprendre qursquoune demande de chauffage drsquoeau a eacuteteacute faite Si une demande de chauffage de locaux intervient simultaneacutement le chauffe-eau pourrait honorer les deux demandes en tenant compte du reacuteglage de tempeacuterature de sortie requise de lrsquoeau du robinet Une autre option consisterait agrave prendre en compte par deacutefaut le reacuteglage du mode de chauffage de lrsquoeau Un mode de controcircle plus sophistiqueacute pourrait potentiellement temporiser le chauffage des locaux lorsque cela srsquoavegravere neacutecessaire pour reacutepondre agrave des demandes de chauffage drsquoeau eacuteleveacutees ou pour activer la distribution de chauffage des locaux en utilisant des reacuteglages de tempeacuterature optimiseacutes Ce cas de figure est illustreacute agrave la figure 4

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8 Composants

Pour bien fonctionner les systegravemes de chauffage combineacutes doivent ecirctre doteacutes de composants haute performance que ce soit dans une configuration dite laquo installeacutee raquo ou dans une configuration drsquoessai selon la norme CSA P9 La preacutesente section a pour objectif drsquoaider les fabricants de chauffe-eau agrave la demande

bull agrave concevoir leur propre systegraveme de traitement drsquoair

bull agrave eacutetablir un partenariat avec un autre fabricant qui fournirait un systegraveme de traitement drsquoair pour leur systegraveme apregraves avoir deacutetermineacute

ndash les composants requis

ndash la mesure dans laquelle un modegravele de systegraveme de traitement drsquoair existant aurait besoin drsquoecirctre affineacute pour reacutepondre agrave leurs besoins

bull agrave eacutetablir les modifications qursquoil faut apporter au systegraveme monobloc dans son ensemble pour ameacuteliorer les performances

81 Systegraveme de traitement drsquoair

Le systegraveme de traitement drsquoair doit inclure les composants neacutecessaires pour fournir de la chaleur et faire circuler de lrsquoair Les eacuteleacutements agrave prendre en compte sont des serpentins de chauffage de locaux un moteur de ventilateur une pompe et un puits de tempeacuterature Ces eacuteleacutements sont deacutecrits plus en deacutetail ci-dessous

82 Serpentins de chauffage de locaux

Les serpentins de chauffage de locaux doivent ecirctre dimensionneacutes de maniegravere approprieacutee pour que le chauffage des locaux puisse avoir lieu avec une tempeacuterature drsquoalimentation suffisamment basse et une baisse de tempeacuterature de lrsquoeau suffisante pour favoriser la condensation dans le geacuteneacuterateur de chaleur lorsque le systegraveme fonctionne en conditions de charge partielle (et ideacutealement en conditions de pleine charge eacutegalement)

Geacuteneacuteralement les serpentins quiextraient la chaleur de lrsquoeau sont conccedilus et choisis en tenant compte drsquoune baisse de tempeacuterature de lrsquoeau drsquoenviron 11 degC (20 degF) le long des serpentins aux conditions de chauffage nominales La seacutelection preacutealable du serpentin peut ecirctre faite en utilisant un logiciel deacutejagrave proposeacute par divers fabricants de serpentins Dans la plupart des cas le modegravele logiciel calcule la puissance de chauffage drsquoun

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serpentin de chauffage agrave eau chaude en se fondant sur la mesure des performances du conditionnement drsquoair pour des serpentins ayant une construction et des geacuteomeacutetries similaires Du coup la puissance de chauffage reacuteelle pour une condition nominale donneacutee peut diffeacuterer leacutegegraverement de celle preacutedite par le logiciel

Ilest recommandeacute de veacuterifier la performance reacuteelle du serpentin choisi (puissance de chauffage baisse de la tempeacuterature de lrsquoeau baisse de la pression statique sur le cocircteacute air et eau) en effectuant des essais internes Lorsque cette eacutetape a eacuteteacute exeacutecuteacutee le modegravele logiciel peut fournir une aide preacutecieuse pour seacutelectionner le serpentin et devrait proposer des indications plutocirct fiables concernant les changements de performance du serpentin aux diffeacuterentes conditions projeteacutees Les informations ainsi collecteacutees devraient ecirctre utiles pour concevoir et affiner des reacuteglages et des strateacutegies de controcircle plus eacutevolueacutes en vue drsquooptimiser le rendement du systegraveme en conditions de chauffage en charge partielle

Voici les eacuteleacutements agrave prendre en compte

Diamegravetre du serpentin drsquoeau et nombre de spires ndash Un grand diamegravetre de canalisation reacuteduira au minimum la baisse de pression de lrsquoeau ainsi que lrsquoeacutenergie utiliseacutee par le systegraveme de circulation drsquoeau Un petit diamegravetre de canalisation permettra drsquoopter pour un serpentin moins oneacutereux eacutetant donneacute qursquoil faudra moins de cuivre dans le serpentin Cependant des petits tubes neacutecessiteront une eacutenergie de pompage supeacuterieure et feront augmenter les pheacutenomegravenes drsquousure et drsquoeacuterosion des tubes si une puissance de pompe suffisante est appliqueacutee pour offrir le deacutebit drsquoeau nominal Concregravetement le fait drsquoutiliser un serpentin avec des tubes trop petits reacuteduira la puissance de chauffage fournie par le serpentin En effet le fabricant utilisera vraisemblablement le mecircme circulateur standard quel que soit le serpentin retenu Les TECA hydronic and combo guideline (Directives sur les systegravemes hydroniques et combineacutes de la TECA)1

(article 814) preacutecisent que le deacutebit de lrsquoeau qui traverse le systegraveme de chauffage ne doit pas deacutepasser quatre (4) pieds par seconde

Nombre drsquoailettes par pouce ndash Plus le nombre drsquoailettes par pouce est eacuteleveacute plus la surface de transmission de chaleur et la puissance de chauffage augmentent cela creacutee cependant une baisse de pression supeacuterieure sur le cocircteacute air du serpentin Un certain degreacute de perte de pression dans le serpentin est utile pour assurer un deacutebit drsquoair homogegravene dans le serpentin notamment dans une configuration de laquo purge raquo qui est couramment utiliseacutee dans les ventilo-convecteurs combineacutes servant au chauffage des locauxLes speacutecifications des serpentins de chauffage peuvent faire eacutetat drsquoun nombre drsquoailettes variant de 6 ailettes par pouce agrave 14 ailettes par pouce Les serpentins de chauffage hydronique standard comportent 12 ou 14 ailettes par pouce Les serpentins doteacutes drsquoun grand nombre drsquoailettes sont plus facilement encrasseacutes par de la poussiegravere

1 Thermal Environmental Comfort Association (TECA) Surrey (C-B) Hydronic amp Combo Guidelines for the Design and Installation of Hot Water Heating Systems and Combination Hot Water amp Space Heating Systems 8th Edition August 2009 (Directives concernant les systegravemes hydroniques et combineacutes conception et installation de systegravemes de chauffage drsquoeau chaude et de systegravemes combineacutes de chauffage drsquoeau chaude et de locaux 8e eacutedition aoucirct 2009) [wwwtecaca]

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ou des deacutebris Selon les reacutesultats du logiciel de modeacutelisation du serpentin la preacutesence de 12 ailettes ou mecircme 14 semble ecirctre un choix raisonnable pour un serpentin de chauffage de locaux haute performance agrave condition que le serpentin soit choisi avec une surface suffisamment importante pour maintenir la vitesse frontale de lrsquoair faible agrave la puissance de chauffage theacuteorique

Figure 5 Exemple de serpentin de chauffage de locaux laquo surdimensionneacute raquo utiliseacute dans une application de systegraveme de traitement drsquoair hydronique

83 Moteur de ventilateur

Le systegraveme de traitement drsquoair devrait utiliser un moteur de ventilateur agrave commutation eacutelectronique (MCE) et ecirctre exploiteacute en utilisant un systegraveme de controcircle agrave vitesse multiple ou agrave vitesse variable Cette option permettrait de moduler le deacutebit drsquoair et la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque le systegraveme fonctionne agrave une puissance infeacuterieure agrave sa puissance de chauffage nominale maximaleLa capaciteacute agrave utiliser un mode de circulation continu agrave faible puissance et faible vitesse serait particuliegraverement utile en cas de fonctionnement aux points de consigne de 15 et 40 pour lesquels il est primordial de collecter et de distribuer toute la chaleur reacutesiduelle des serpentins de chauffage la norme P9 tenant compte uniquement de la chaleur qui est reacuteellement transfeacutereacutee dans le courant drsquoair

La modulation du deacutebit drsquoair et de la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation permettra drsquoobtenir des tempeacuteratures drsquoair distribueacute confortables ainsi que des performances de chauffage eacuteleveacutees

Un MCE doteacute drsquoune programmation de deacutebit drsquoair constant surclassera vraisemblablement un MCE qui utilise une programmation de couple constant car le

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systegraveme compensera au moins partiellement les diffeacuterences entre les pressions statiques nominales et les pressions statiques reacuteellement eacutetablies Cette solution peut srsquoaveacuterer indispensable pour srsquoassurer que les performances de la combustion dans des conditions reacuteelles variables correspondent aux performances obtenues lors drsquoessais dans le laboratoire

Une programmation de deacutebit drsquoair constant sera probablement essentielle pour obtenir des performances acceptables dans le cas drsquoun systegraveme combineacute reacuteparti

84 Circulateurpompe

Ilest important de choisir le bon circulateur pour acheminer le deacutebit approprieacute en fonction de la pression statique eacutetablie qui sera en vigueur Les pertes de pression dans les diffeacuterents chauffe-eau agrave la demande varient Le fait drsquoutiliser un circulateur qui fournit un deacutebit trop important se traduira par une petite baisse de tempeacuterature dans le circuit drsquoeau qui traverse le serpentin et par une tempeacuterature drsquoeau de retour eacuteleveacutee vers le chauffe-eau Un deacutebit trop faible entraicircne des capaciteacutes de chauffage faibles Des circulateurs hydroniques sont offerts avec trois vitesses seacutelectionnables et des deacutebits de pompe nominaux Par contre les moteurs utiliseacutes dans les circulateurs types agrave plusieurs vitesses ne sont pas aussi efficaces que les moteurs agrave CE Des circulateurs agrave vitesse variable eacutequipeacutes de moteurs agrave CE font leur apparition sur le marcheacute mais ils ne sont pas encore couramment utiliseacutes dans les applications combineacutees

Ideacutealement les pompes de circulation des systegravemes combineacutes eacutevolueacutes devraient consister en un concept agrave modulation agrave vitesse variable capable drsquoameacuteliorer le rendement et de compenser les diffeacuterentes configurations de canalisation Ce type de concept est deacutejagrave disponible et pourrait ecirctre mis en œuvre degraves maintenant il pourrait aussi ecirctre mis de cocircteacute jusqursquoagrave ce que la prochaine geacuteneacuteration de systegravemes de chauffage combineacutes eacutevolueacutes soit mise au point Les premiers reacutesultats drsquoessais en laboratoire ont montreacute qursquoil est possible drsquoobtenir de bonnes performances conformes agrave la norme CSA P9 sans utiliser des pompes de circulation agrave vitesse variable et des commandes auxiliaires coucircteuses Agrave lrsquoavenir agrave mesure que le coucirct des circulateurs agrave vitesse variable doteacutes de moteurs agrave CE baissera et que les commandes inteacutegreacutees seront mieux accepteacutees leur utilisation dans des applications de chauffage combineacute sera plus rentable

85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)

Si lrsquoon conccediloit le reacuteseau de plomberie de maniegravere agrave pouvoir y installer des bouchons de controcircle de tempeacuterature drsquoeau et de pression les essais internes et les mesures de mise en service seront simplifieacutes De plus il sera plus facile de purger lrsquoair des circuits

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hydroniques Il est possible drsquoutiliser des sondes de tempeacuteratures monteacutees agrave lrsquoexteacuterieur pour effectuer les mesures de mise en service sur le terrain si des sections de conduites de cuivre ameacutenageacutees dans des endroits strateacutegiques sont prises en compte lors de la conception

86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau

Certains chauffe-eau agrave la demande de type chaudiegravere possegravedent des points de consignes et des algorithmes de controcircle distincts pour le chauffage des locaux et celui de lrsquoeau Drsquoautres ont besoin de savoir si la charge concerne le chauffage des locaux ou celui de lrsquoeau potable Dans ce cas on peut utiliser divers capteurs et surveiller eacutegalement les signaux transmis par un deacutebitmegravetre drsquoeau installeacute dans le reacuteseau drsquoeau potable ou un deacutebitmegravetre installeacute dans le circuit de chauffage des locaux Bon nombre de chauffe-eau agrave la demande utilisent de tels capteurs dans leurs circuits de commande de brucircleur afin de faire coiumlncider les allures de chauffe avec les chargesDans les applications combineacutees lrsquoutilisation de commandes capables de diffeacuterencier les charges deacutepend de la logique de controcircle prioritaire de demande drsquoeau chaude domestique

87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes

Les canalisations drsquoeau ameacutenageacutees entre le geacuteneacuterateur de chaleur et le systegraveme combineacute devraient ecirctre dimensionneacutees de maniegravere agrave eacuteviter des baisses de pression excessives

Toutes les canalisations en cuivre exteacuterieures doivent ecirctre isoleacutees conformeacutement aux pratiques de lrsquoindustrie Il se peut que les avantages lieacutes agrave lrsquoisolation des canalisations drsquointerraccordement ne soient pas tregraves importants si les sections de conduites sont courtes et si elles contiennent des tuyaux en polyeacutethylegravene reacuteticuleacute ou un type de conduite similaire preacutesentant moins de perte de chaleur que les conduites en cuivre

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9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes

La preacutesente section contient des directives et certaines observations agrave lrsquointention des fabricants de systegravemes de chauffage combineacutes dans le but drsquoaider ces derniers agrave mettre agrave lrsquoessai leurs systegravemes agrave lrsquointerne Lrsquoexeacutecution drsquoessais agrave lrsquointerne en utilisant un montage simplifieacute permettra aux fabricants de mieux cerner les performances de leurs concepts et commandes prototypes lorsqursquoils sont mis agrave lrsquoessai dans une installation indeacutependante conformeacutement agrave la norme CSA P9 (P10 pour les fabricants de SMI) Les essais en question ne doivent pas forceacutement ecirctre conccedilus pour geacuteneacuterer des reacutesultats de performance preacutecis agrave 100 mais ils sont consideacutereacutes comme indispensables pour le deacuteveloppement et le cycle drsquooptimisation du produit les avantages drsquoun concept et drsquoun fonctionnement de systegraveme ameacutelioreacutes pouvant rapidement sauter aux yeux lorsque lrsquoon compare les reacutesultats des essais reacutealiseacutes laquo avant raquo et laquo apregraves raquo

En geacuteneacuteral il nrsquoest pas rentable de payer un laboratoire drsquoessais indeacutependant pour proceacuteder agrave la premiegravere eacutevaluation drsquoun systegraveme de chauffage combineacute complet Les coucircts lieacutes au laboratoire et les deacutefis lieacutes aux ingeacutenieurs concepteurs qui prescrivent des reacuteglages lorsqursquoils ne sont pas sur place rendent cette option probleacutematique Des essais simplifieacutes reacutealiseacutes dans les propres locaux du fabricant permettent de srsquoassurer que les reacutesultats sont dans la plage approprieacutee degraves le deacutebut

Un scheacutema de montage drsquoessai suggeacutereacute utilisable pour effectuer des mesures conformeacutement agrave la norme CSA P9 est preacutesenteacute dans cette norme La figure 6 ci-dessous illustre une version simplifieacutee de ce scheacutema

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de la piegravece

combineacutes

Appareilsdeconditionnement

Eacutevents pour produits de combustion Appareils de

conditionnement de la piegravece

Salle drsquoessai

Isolant

Meacutelangeur

Approvisionnement en eau

Eacutevents pour air de combustion Conduite drsquoalimentation en combustible

Uniteacute drsquoessai des

systegravemes

Thermocouples Porte Fenecirctre

Mesure de la tempeacuterature et du deacutebit de lrsquoeau

Conduite drsquoair de retour

Thermocouples

Mesure de la tempeacuterature et de lrsquohumiditeacute de lrsquoair

Air drsquoappoint

Mesure du deacutebit drsquoair

Figure 6 Scheacutema simplifieacute illustrant le montage utiliseacute pour exeacutecuter les essais conformeacutement agrave la norme P9 (composants individuels du systegraveme combineacute non illustreacutes)

Le scheacutema preacutesente un dispositif de mesure de lrsquoenthalpie de lrsquoair dans un tunnel baseacute Vsur la norme ASHRAE 37 Lrsquoappareil de mesure de lrsquoair illustreacute sur la figure de la norme utilise un ajutage et un ventilateur drsquoeacutequilibrage pour pouvoir appliquer une technique de mesure du deacutebit drsquoair neacutecessitant une pression diffeacuterentielle eacuteleveacutee (entre 1 et 4 pouces drsquoeau) dans lrsquoajutage Lorsqursquoil est utiliseacute avec des manomegravetres preacutecis cet appareil offre une preacutecision de mesure eacuteleveacutee de lrsquoordre de 1 agrave 2 du deacutebit drsquoair et il geacutenegravere un deacutebit drsquoair bien meacutelangeacute qui permet de mesurer avec preacutecision la tempeacuterature du deacutebit de lrsquoair drsquoalimentation

La norme P9 preacutecise que lrsquoajutage inteacutegreacute agrave lrsquoappareil de mesure de lrsquoenthalpie de lrsquoair en tunnel constitue une meacutethode acceptable pour mesurer le deacutebit drsquoair tout en approuvant expresseacutement (article 36) lrsquoapplication drsquoautres processus de mesure du deacutebit drsquoair agrave condition que les limites de preacutecision mentionneacutees dans la norme soient satisfaites Ceci donne la possibiliteacute drsquoutiliser une technique de mesure du deacutebit drsquoair plus directe ne neacutecessitant pas lrsquoutilisation drsquoun appareil comportant un ventilateur drsquoeacutequilibrage Dans certains cas lrsquoutilisation drsquoune chambre de mesure de deacutebit avec un ventilateur drsquoeacutequilibrage pour reacutegler la pression statique de la conduite drsquoair drsquoalimentation a impliqueacute des problegravemes de stabiliteacute avec des moteurs agrave CE qui ont eacuteteacute

Ressources naturelles Canada CanmetEacuteNERGIE 37 Guide agrave lrsquoattention des fabricants drsquoappareils de chauffage combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessai conformeacutement agrave la norme CSA P9

programmeacutes pour un deacutebit drsquoair constant il est donc avantageux drsquoeacuteviter les ventilateurs drsquoeacutequilibrage

91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz

De nombreux fabricants concevant des systegravemes combineacutes eacutevolueacutes integravegreront des instruments conccedilus pour mesurer la consommation drsquoeacutenergie eacutelectrique la consommation du combustible les performances de combustion la tempeacuterature et la pression (pression du collecteur de gaz pression statique des conduites etc) Si de tels eacutequipements de mesure ne sont pas offerts ilest recommandeacute de les preacutevoirLes compteurs de facturation des compagnies de gaz et drsquoeacutelectriciteacute devraient offrir une preacutecision et une reacutesolution suffisantes pour les essais de deacuteveloppement du produit

92 Enregistreur de donneacutees

Les fabricants devront eacutegalement avoir accegraves agrave un systegraveme drsquoenregistrement de donneacutees dans le cadre de leur travail Il est conseilleacute de preacutevoir un enregistreur qui offre une preacutecision et un nombre de canaux de mesures suffisants pour les tacircches agrave accomplir On estime qursquoil faudra environ huit (8) canaux pour mesurer la tempeacuterature plus quelques canaux analogiques ou numeacuteriques pour prendre en compte les donneacutees des deacutebitmegravetres des transducteurs de pression etc (analogiques ou numeacuteriques selon lrsquoinstrument de mesure seacutelectionneacute) De nombreux fournisseurs proposent un large eacuteventail drsquoenregistreurs de donneacutees Campbell Scientific Fluke Instruments Omega et Measurement Computing (personal DAQ) figurent parmi les fabricants qui proposent des enregistreurs de donneacutees de petite eacutechelle pouvant ecirctre pris en compte Il est recommandeacute de se pencher sur lrsquoassistant logiciel de lrsquoenregistreur de donneacutees seacutelectionneacute au moment drsquoeacutevaluer lrsquoeacutequipement Si le fabricant ne souhaite pas investir dans un enregistreur de donneacutees la location demeure une option mecircme si les eacuteconomies preacutevues dans le cas drsquoune location agrave court terme semblent ecirctre faibles

93 Deacutebit drsquoair

Pour mesurer le deacutebit drsquoair pendant les essais agrave lrsquointerne il est recommandeacute drsquoutiliser une grille de deacutebit drsquoair avec eacutetablissement de moyenne installeacutee dans la conduite drsquoair drsquoalimentation en conjonction avec un manomegravetre diffeacuterentiel de preacutecision De nombreux fournisseurs proposent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans un large eacuteventail de tailles et ces deacutebitmegravetres sont relativement peu chers car ils sont souvent utiliseacutes dans des systegravemes commerciaux de chauffage et de refroidissement agrave deacutebit drsquoair variable Si lrsquoon fait une recherche dans Google en utilisant le segment laquo deacutebitmegravetres drsquoair raquo on trouve plusieurs fournisseurs et liens permettant

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drsquoobtenir de plus amples informations sur le sujet Nailor Industries Inc et Dwyer Instruments sont deux socieacuteteacutes quioffrent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans une grande varieacuteteacute de tailles de conduites

94 Manomegravetres

On trouve eacutegalement de nombreux manomegravetres diffeacuterentiels sur le marcheacute dont les modegraveles varient des manomegravetres agrave tube inclineacute aux transducteurs numeacuteriques de preacutecision Il est important de bien faire correspondre la plage de mesure du transducteur ou du manomegravetre avec la pression fournie par le deacutebitmegravetre sur la plage de deacutebits drsquoair preacutevue Dans le cas des transducteurs numeacuteriques des instruments capacitifs sont reacuteputeacutes bien fonctionner dans la plage de pression diffeacuterentielle basse qui serait normalement prescrite (environ 05 pouce de diffeacuterence de colonne drsquoeau) Setra Instruments MKS Instruments (Baratron) Dwyer Instruments et drsquoautres socieacuteteacutes proposent des transducteurs de pression diffeacuterentielle capacitifs plage basse adapteacutes

95 Tempeacuteratures

Les tempeacuteratures drsquoair drsquoarriveacutee et de sortie peuvent ecirctre mesureacutees en utilisant des thermocouples des thermistances ou des capteurs de conduite geacuteneacuterant une valeur moyenne Du fait de son bas coucirct de sa faciliteacute drsquoutilisation et de sa preacutesence agrave grande eacutechelle sur le marcheacute le thermocouple semble ecirctre lrsquoinstrument approprieacute pour cette application Il est possible de fabriquer un reacuteseau de thermocouples agrave partir drsquoune bobine de fil de thermocouple et de les raccorder entre eux en parallegravele de maniegravere agrave geacuteneacuterer une seule donneacutee repreacutesentant la valeur moyenne De nombreux fournisseurs offrent des fils agrave thermocouple notamment les socieacuteteacutes Thermo Electric Company Inc Omega Inc Watlow Inc etc Il est eacutegalement possible de fabriquer des sondes de tempeacuterature agrave partir des mecircmes fils de thermocouple pour surveiller drsquoautres paramegravetres tels que les tempeacuteratures drsquoeau Il est important de bien utiliser un fil agrave thermocouple plutocirct qursquoun fil de rallonge de lrsquoeacutechelle de mesure identique mais moins preacutecis

96 Mesures du cocircteacute eau

Pour effectuer des mesures du cocircteacute eau dans les serpentins il est neacutecessaire de posseacuteder un deacutebitmegravetre et des sondes de tempeacuterature Ces mesures pourraient ecirctre reacutealiseacutees en utilisant des capteurs distincts (deacutebitmegravetre drsquoeau et sondes de tempeacuterature distinctes par exemple) Il est important de srsquoassurer que lrsquoinsertion drsquoun deacutebitmegravetre dans la boucle drsquoeau ne modifie pas le deacutebit de la pompe de circulation Cela est particuliegraverement important avec des circulateurs agrave faible puissance geacuteneacuteralement utiliseacutes dans des applications combineacutees pour lesquelles lrsquoinstallation drsquoun deacutebitmegravetre agrave turbine conventionnel agrave baisse de pression eacuteleveacutee peut restreindre le deacutebit drsquoeau Ilexiste des deacutebitmegravetres preacutecis sans perte de pression eacuteleveacutee Certains appareils

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peuvent ecirctre acheteacutes deacutejagrave conditionneacutes avec des sondes de tempeacuterature en guise de laquo compteurs drsquoeacutenergie raquo Ils mesurent simultaneacutement les tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de lrsquoeau de retour ainsi que le deacutebit de lrsquoeau et calculent directement le flux drsquoeacutenergie en srsquoappuyant sur ces mesuresKamstrup Siemens Badger Meters Elster Metering ABB Meters et drsquoautres socieacuteteacutes offrent ce type drsquoappareils Les compteurs drsquoeacutenergie autonomes sont habituellement configureacutes avec certains dispositifs permettant de lire les diffeacuterents paramegravetres ainsi que les flux drsquoeacutenergie calculeacutes La plupart offre une fonction de stockage des donneacutees internes etou des sorties numeacuteriques pouvant ecirctre interfaceacutees avec des enregistreurs de donneacutees externes

97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne

La norme CSA P9 exige que le chauffage des locaux soit deacutefini en utilisant deux mesures (cocircteacute air et cocircteacute eau) avec une entente dans une toleacuterance acceptable pour la mise agrave lrsquoessai du systegraveme de chauffage de locaux agrave pleine capaciteacute constant Dans le cas des mesures agrave lrsquointerne entreprises par un fabricant dans le cadre drsquoun projet de deacuteveloppement de produit cibleacute lrsquoentente entre les mesures du cocircteacute air et du cocircteacute eau nrsquoest pas forceacutement requise On suggegravere aux fabricants de se concentrer sur les mesures qui ciblent la strateacutegie de controcircle ou de composant propre agrave lrsquoeacutetude Par exemple si des strateacutegies diffeacuterentes de temporisation du ventilateur ou laquo apregraves fonctionnement raquo sont eacutevalueacutees il est bien plus important de se concentrer sur les mesures du cocircteacute air que drsquoessayer drsquoatteindre un eacutequilibre entre le cocircteacute air et le cocircteacute eau Selon la quantiteacute drsquoeacutenergie laisseacutee dans le serpentin drsquoeau lorsque le ventilateur de soufflante srsquoarrecircte et drsquoautres pertes drsquoeacutenergie du systegraveme il est possible qursquoil nrsquoy ait pas drsquoeacutequilibre drsquoeacutenergie entre les mesures du cocircteacute air et les mesures du cocircteacute eau mecircme avec un instrument des mesures et des calculs laquo parfaits raquo

La norme CSA P9 exige une mesure du deacutebit drsquoair et des tempeacuteratures au moins toutes les cinq (5) secondes Dans le cas des essais agrave lrsquointerne cette freacutequence pourrait ecirctre assouplie pour certaines eacutetapes drsquoessai Par ailleurs une conformiteacute totale agrave la norme P9 suppose un controcircle preacutecis de la tempeacuterature de la salle drsquoessai ougrave se trouve le systegraveme combineacute en vue des essais ainsiqursquoun controcircle preacutecis de la tempeacuterature de lrsquoeau de la ville Dans le cas des essais de deacuteveloppement agrave lrsquointerne ces exigences peuvent eacutegalement ecirctre assouplies agrave condition que les tempeacuteratures ne varient pas trop pendant les essais Un espace commercial conditionneacute ayant une dimension raisonnable ferait lrsquoaffaire au moins pour les phases drsquoessai et de deacuteveloppement initiales

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Flue(combustionmeasurements)

SupplyAirtoSpaceHeatingPlenum

(optionalzonedampers)

ReturnAir

CityWater

TanklessWaterHeater

HotWaterSupplyfromWaterHeater

DHW

CoolWaterreturntoWaterheater

Temperaturemeasurementpoints

Fuelmeter

Flowmeter

Electricalmeteringnotshown

Circulator

98 Agencement des instruments

La figure 7 preacutesente un scheacutema simplifieacute permettant drsquoillustrer lrsquoagencement geacuteneacuteral des emplacements et des paramegravetres de mesure en vue de la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute de chauffe-eau instantaneacute agrave condensation Le deacutebit drsquoair qui traverse la conduite drsquoalimentation du systegraveme de traitement drsquoair sera surveilleacute en utilisant un deacutebitmegravetre agrave valeur moyenne et un manomegravetre (non illustreacute) tel que cela est deacutecrit agrave lrsquoarticle 73

T

T

T T

T T

Alimentation en eau chaude provenant du chauffe-eau

Conduit (mesures de combustion)

Eau chaude domestique

Systegraveme de mesure du combustible

Air dereprise

Retourde lrsquoeau froide vers lechauffe-eau

Chauffe-eau instantaneacute

Air drsquoalimentation achemineacute versle pleacutenum de chauffage(registres de zone facultatifs)

Eau municipale

Deacutebitmegravetre

T

(compteur eacutelectrique non illustreacute)

Points de mesure de la tempeacuterature Circulateur

Figure 8 Scheacutema de mesure simplifieacute applicable agrave la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute baseacute sur un chauffe-eau instantaneacute

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CanmetEacuteNERGIE CanmetEacuteNERGIE de Ressources naturelles Canada est un chef de file canadien dans le domaine de la recherche et deacuteveloppement en eacutenergie propre Les travaux de nos speacutecialistes portent sur lrsquoapprovisionnement drsquoeacutenergie propre agrave partir de combustibles fossiles et de sources renouvelables la gestion de lrsquoeacutenergie et les systegravemes de distribution ainsi que sur les technologies et processus avanceacutes pour les utilisations finales En veillant agrave ce que le Canada soit agrave la fine pointe des technologies sur lrsquoeacutenergie propre nous ameacuteliorons la qualiteacute de vie des Canadiens en creacuteant un avantage durable en matiegravere de ressources

Bureau central Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) 580 rue Booth 1 promenade Oil Patch 1 promenade Haanel 161 boulevard Lionel-Boulet Ottawa (Ontario) Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) Canada Canada Canada Canada K1A 0E4 T9G 1A8 K1A 1M1 J3X 1S6

  • Guide pour les fabricants drsquoappareils de chauffage combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessai conformeacutement agrave la norme CSA P9
    • Remerciements
    • 1 Reacutesumeacute
    • 2 Systegravemes agrave zones
    • Table des matiegraveres
    • Liste des tableaux et figures
    • 3 Contexte
      • 31 Objet
      • 32 Public cible
      • 33 Marcheacute
      • 34 Pratiques en vigueur dans lrsquoindustrie
      • 35 Expeacuterience en matiegravere drsquoeacutevaluation
      • 36 Deacutefi principal Utiliser des chauffe-eau pour chauffer des locaux de maniegravere eacuteconergeacutetique
      • 37 Approche par eacutetapes
        • 4 Charges de calcul ndash performances selon la norme CSA p9
          • 41 Facteur de performance thermique (FPT)
          • 42 Chauffage de lrsquoeau
          • 43 Chauffage des locaux
          • 44 Importance relative des charges de chauffage des locaux et de lrsquoeau
            • 5 Chauffage de lrsquoeau domestique
            • 6 Conception des systegravemes combineacutes
              • 61 Incidence des pondeacuterations de charge
                • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                • Reacuteduction des tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour
                  • 62 Strateacutegies de conception
                  • 63 Strateacutegie 1 Tempeacuterature drsquoeau constante
                    • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                    • Serpentin(s) de chauffage des locaux
                    • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                    • Illustration des performances selon la norme P9
                    • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                      • 64 Strateacutegie 2 Tempeacuterature drsquoeau variable
                        • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                        • Serpentin(s) de chauffage de locaux
                        • Conditions de chauffage de locaux en charge partielle
                        • Illustration des performances P9
                        • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                            • 7 Commandes
                              • Commandes indirectes baseacutees sur la tempeacuterature
                              • Commandes indirectes baseacutees sur le minuteur
                              • Controcircle direct
                              • Chauffe-eau -Mode de chauffage de lrsquoeau du robinet
                                • 8 Composants
                                  • 81 Systegraveme de traitement drsquoair
                                  • 82 Serpentins de chauffage de locaux
                                  • 83 Moteur de ventilateur
                                  • 84 Circulateurpompe
                                  • 85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)
                                  • 86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau
                                  • 87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes
                                    • 9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes
                                      • 91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz
                                      • 92 Enregistreur de donneacutees
                                      • 93 Deacutebit drsquoair
                                      • 94 Manomegravetres
                                      • 95 Tempeacuteratures
                                      • 96 Mesures du cocircteacute eau
                                      • 97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne
                                      • 98 Agencement des instruments
Page 16: Guide pour les fabricants d’appareils de chauffage ...€¦ · Le présent rapport explique comment la norme d’essai P.9 pondère le rendement dans différents modes de fonctionnement

44 Importance relative des charges de chauffage des locaux et de lrsquoeau

Les commandes du systegraveme de chauffage combineacute sont pleinement fonctionnelles pendant tous les essais et ne sont pas reacutegleacutees manuellement une fois les premiers essais en cours Le choix du fabricant concernant la strateacutegie de controcircle les paramegravetres de tempeacuterature et de deacutebit drsquoair et drsquoeau et les composants utiliseacutes aura une incidence sur la capaciteacute de chauffage de pointe des locaux ainsique sur le rendement agrave la puissance maximale Les systegravemes preacutesentant des capaciteacutes de chauffage nominales infeacuterieures seraient normalement installeacutes pour chauffer des reacutesidences ayant des charges de calcul plus petites Comme nous lrsquoavons indiqueacute preacuteceacutedemment la norme P9 prescrit les mecircmes charges de chauffage drsquoeau pour tous les systegravemes mis agrave lrsquoessai peu importe la capaciteacute Par conseacutequent plus la capaciteacute de chauffage des locaux est petite plus lrsquoimportance relative du chauffage de lrsquoeau sur le FPT est grandeCe principe est illustreacute agrave la figure 2 qui preacutesente les charges annuelles relatives de chauffage drsquoeau et des locaux pour des systegravemes mixtes ayant des charges de chauffage des locaux nominales de 5 kW et 10 kW respectivement

25000 Chauffage des locaux Eau chaude domesZque (ECD)

20000

Consom

maZ

ondeacuten

ergie(kWhan) 20000

15000

10000 10000

4400 44005000

0 Puissance de chauffage des locaux Puissance de chauffage des locaux

de10 kW de5kW

Figure 2 Comparaison de la consommation drsquoeacutenergie pour le chauffage et lrsquoeau chaude (kWhan) dans le cas des systegravemes combineacutes de 10 kW et 5 kW

Les charges thermiques eacutenonceacutees dans la norme P9 sont deacutecrites dans le tableau 2 et les pondeacuterations relatives des reacutesultats drsquoessais de performance individuels dans le facteur de performance thermique (FPT) globalde la norme CSA P9 applicable aux

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systegravemes combineacutes offrant trois capaciteacutes de chauffage de locaux diffeacuterentes sont preacutesenteacutees dans le tableau 3

Tableau 2 Charges thermiques annuelles (kWhan) de la norme P9 applicables aux systegravemes combineacutes affichant des puissances nominales de chauffage des locaux de 5 10 et 15 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 5 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 10 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 15 kW

Chauffage des locaux Pleine charge

1 000 kWhan 2 000 kWhan 3 000 kWhan

Chauffage des locaux 40 de la charge

6 000 kWhan 12 000 kWhan 18 000 kWhan

Chauffage des locaux 15 de la charge

3 000 kWhan 6 000 kWhan 9 000 kWhan

Chauffage de lrsquoeau 4 400 kWhan 4 400 kWhan 4 400 kWhan

Total 14 400 kWhan 24 400 kWhan 34 400 kWhan

Tableau 3 Pondeacuterations de charge de la norme P9 pour des systegravemes combineacutes affichant des puissances nominales de chauffage des locaux de 5 10 et 15 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 5 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 10 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 15 kW

Chauffage des locaux Pleine charge

7 8 9

Chauffage des locaux 40 de la charge

42 49 52

Chauffage des locaux 15 de la charge

21 25 26

Chauffage de lrsquoeau 31 18 13

Total 100 100 100

Ilest important de consulter ces donneacutees avec un certain reculet de comprendre les pondeacuterations relatives des reacutesultats drsquoessai sur le FPT annuel On remarque que

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lrsquoincidence des performances du systegraveme pendant lrsquoessaide chauffage des locaux avec 40 de puissance nominale de chauffage de locaux sur la cote annuelle est la plus importante (42 agrave 52 ) suivie par lrsquoincidence des performances avec 15 de puissance nominale de chauffage des locaux (21 agrave 26 ) Les pondeacuterations de ces reacutesultats drsquoessai augmentent encore plus agrave mesure que la puissance nominale de chauffage des locaux deacutepasse la plage illustreacutee dans le tableau 3

Des rapports inteacuteressants eacutemanant de constructeurs de maisons de lrsquoOntario indiquent qursquoon installe plus souvent des systegravemes combineacutes dans des reacutesidences dont les charges de chauffage nominales se situent entre 7 et 10 kW Selon les codes drsquoinstallation des systegravemes de chauffage et les guides de dimensionnement recommandeacute de lrsquoindustrie les systegravemes combineacutes ayant des capaciteacutes de chauffage nominales comprises entre 10 et 15 kW conviendraient parfaitement agrave ce type de reacutesidences Dans le cas des systegravemes combineacutes inclus dans cette plage de capaciteacute les reacutesultats drsquoessai de chauffage des locaux en charge partielle ont une pondeacuteration drsquoenviron 75 dans la cote de performance thermique annuelle

En commenccedilant par un local dont le rendement du composant de chauffage de lrsquoeau du systegraveme combineacute est deacutejagrave eacuteconergeacutetique (voir lrsquoarticle 11) cette pondeacuteration permet de savoir ougrave il faut deacuteployer le plus gros effort au moment de concevoir un systegraveme de chauffage combineacute haute performance

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5 Chauffage de lrsquoeau domestique

La premiegravere eacutetape agrave suivre pour concevoir un systegraveme combineacute haute performance consiste agrave seacutelectionner le chauffe-eau approprieacute Cette section a pour but drsquoaider les fabricants agrave deacutenicher rapidement les modegraveles potentiels

Parmi les caracteacuteristiques que devraient avoir les chauffe-eau agrave la demande figurent

bull la modulation ndash performances de chauffage de lrsquoeau efficaces sur toute la plage depuis les deacutebits drsquoeau nominaux minimaux jusqursquoaux deacutebits maximaux

ndash rapport de reacuteglage eacuteleveacute

ndash capaciteacute agrave fournir suffisamment drsquoeau chaude pour reacutepondre agrave des besoins en chauffage de lrsquoeau typiques

ndash capaciteacute agrave fonctionner avec des deacutebits drsquoeau chaude minimauxDe nombreux chauffe-eau agrave la demande actuellement sur le marcheacute peuvent selon le classement de leur fabricant ecirctre utiliseacutes avec des deacutebits drsquoeau chaude de 2 Lmin (05 gal USmin) ou moins Certains systegravemes neacutecessitent des deacutebits plus importants

bull performance en matiegravere de condensation ndash ilsrsquoagit des performances nominales de condensation sur toute la plage des charges et des allures de chauffe

ndash commandes geacuterant de faccedilon approprieacutee le rapport combustible-deacutebit drsquoair de maniegravere agrave maintenir le rendement de la combustion quelle que soit la charge

ndash paramegravetres de commande optimiseacutes par la charge qui permettent de deacuteterminer lrsquoimportance et les types de charges et de reacuteagir en conseacutequence avec de meilleurs paramegravetres de commande pour que le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair fonctionnent ensemble

ndash cycles courts avant et apregraves la purge permettant de reacuteduire au minimum les temps de reacuteponse et les pertes laquo par cycle raquo et de reacuteduire la consommation drsquoeacutelectriciteacute

ndash faible consommation en mode drsquoalimentation de secours

ndash ventilation directe des produits de combustion afin drsquoeacuteviter lrsquoeacutemanation de combustible et les risques de deacutepressurisation

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Pour acceacuteleacuterer le processus de seacutelection du chauffe-eau de base il sera plus facile de commencer par consulter les donneacutees que le fabricant peut deacutetenir (ou qursquoil peut facilement produire) concernant ses propres produits en mode de chauffage drsquoeau Lrsquoobjectif est de commencer avec un geacuteneacuterateur de chaleur qui preacutesente un rendement eacutenergeacutetique nominal de 90 ou plus sur une grande plage de fonctionnement

Si le chauffe-eau qursquoon envisage drsquoutiliser en tant que moteur thermique ou geacuteneacuterateur de chaleur pour un systegraveme de chauffage combineacute monobloc ne reacutepond pas aux exigences ci-dessus il est recommandeacute de reacuteviser attentivement son choix Dans certains cas il est possible de seacutelectionner diffeacuterents composants diffeacuterentes commandes ou diffeacuterents paramegravetres de commande pour surmonter les lacunes en matiegravere de rendement Les possibiliteacutes drsquoameacuteliorer de faccedilon appreacuteciable les performances de chauffage drsquoeau drsquoun chauffe-eau agrave la demande sans affecter son certificat de seacutecuriteacute sont limiteacutees Du coup le fait de seacutelectionner un chauffe-eau diffeacuterent plus rentable sur le plan eacutenergeacutetique peut constituer un choix plus opportun

La norme canadienne drsquoessai et drsquoeacutevaluation CSA P7 applicable aux chauffe-eau agrave la demande fait eacutetat drsquoune tempeacuterature drsquoeau drsquoarriveacutee courante de 144 degC (58 degF) et drsquoune tempeacuterature de sortie de 577 degC (135 degF) pour les essais et lrsquoeacutevaluation des performances nominales Le tableau 4 compare les caracteacuteristiques de rendement eacutenergeacutetique de deux chauffe-eau agrave la demande theacuteoriques avec les systegravemes fonctionnant agrave plusieurs deacutebits drsquoeau diffeacuterents en utilisant les mecircmes hypothegraveses de tempeacuteratures drsquoeau que la norme P7 Bien que les eacutevaluations de performance maximale du premier modegravele soient supeacuterieures agrave celles du second modegravele (avec des deacutebits drsquoeau de 114 et 76 Lmin) les performances de chauffage ameacutelioreacutees du second modegravele agrave des deacutebits drsquoeau infeacuterieurs en font un meilleur candidat pour jouer le rocircle drsquoun geacuteneacuterateur de chaleur dans un systegraveme combineacute du fait du pourcentage de temps eacuteleveacute pendant lrsquoanneacutee durant lequel un systegraveme combineacute fonctionne agrave de faibles charges pour assurer le chauffage des locaux

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Tableau 4 Comparaison des caracteacuteristiques de rendement eacutenergeacutetique de la norme P7 pour deux chauffe-eau theacuteoriques

Deacutebit (Lmin) Deacutebit (gal USmin) Exemple modegravele 1

Exemple modegravele 2

114 3 95 92

76 2 95 90

38 1 83 92

19 05 79 92

Recommandation Choix mal adapteacute dans le cas drsquoun systegraveme combineacute

Choix mieux adapteacute dans le cas drsquoun systegraveme combineacute

On constate que les valeurs de rendement eacutenergeacutetique pour la plage de deacutebits drsquoeau utiliseacutes agrave des fins de deacutemonstration dans le tableau 4 ne seraient pas interchangeables avec les facteurs eacutenergeacutetiques (FE) coteacutes pour les mecircmes chauffe-eau eacutetant donneacute que les conditions eacutenonceacutees dans le tableau 4 ne correspondent pas aux installations meacutethodes drsquoessais et charges de chauffage drsquoeau speacutecifieacutees dans la norme CSA P7 applicable aux chauffe-eau agrave la demande Les valeurs de rendement eacutenergeacutetique theacuteoriques du tableau 4 sont preacutesenteacutees simplement pour deacutemontrer que les performances de chauffage de lrsquoeau de certains types de chauffe-eau peuvent changer agrave mesure que le deacutebit (p ex la charge de chauffage de lrsquoeau) change Les changements de rendement eacutenergeacutetique du systegraveme de chauffage de lrsquoeau en fonction de la charge ne sont pas complegravetement pris en compte dans les eacutevaluations de performance FE normaliseacutees applicables aux chauffe-eau Afin drsquoeacuteviter toute confusion il est recommandeacute drsquoutiliser lrsquoexpression laquo Facteur eacutenergeacutetique raquo (ou FE) uniquement pour deacutesigner des cotes drsquoessais de chauffe-eau standard eacutelaboreacutees agrave partir drsquoessais et de calculs respectant scrupuleusement la norme drsquoeacutevaluation CSA P7 applicable aux chauffe-eau agrave la demande ou la norme CSA P3 applicable aux chauffe-eau agrave reacuteservoir de stockage reacutesidentiels

Apregraves avoir eacutetudieacute le rendement eacutenergeacutetique des geacuteneacuterateurs de chaleur potentiels sur toutes leurs plages de fonctionnement preacutevues dans le cadre drsquoun systegraveme combineacute il est possible de seacutelectionner de maniegravere aviseacutee un chauffe-eau adapteacute aux applications preacutevues Une fois cette eacutetape reacutealiseacutee le fabricant de systegravemes de chauffage combineacutes doit opter pour une strateacutegie de controcircle avant de seacutelectionner les autres composants du systegraveme

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6 Conception des systegravemes combineacutes

61 Incidence des pondeacuterations de charge

Conditions de chauffage des locaux en charge partielle Pour obtenir une excellente cote drsquoessai selon la norme CSA P9 il faut avant tout se concentrer sur le chauffage des locaux en charge partielle Le rendement en conditions de chauffage de locaux en charge partielle permettra de deacuteterminer 90 de la cote drsquoefficaciteacute de chauffage composite (ECC) Dans le cas drsquoun systegraveme de chauffage combineacute offrant une puissance de chauffage drsquoespace nominale de 10 kW 75 de la valeur FPT seront deacuteduits agrave partir des reacutesultats de lrsquoessai en charge partielle Dans le cas drsquoun systegraveme offrant une puissance de chauffage des locaux de 15 kW les reacutesultats des performances de chauffage des locaux en charge partielle repreacutesenteront presque 80 du facteur de performance thermique global

Reacuteduction des tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour Les chauffe-eau qui preacutesentent drsquoexcellentes cotes avec des tempeacuteratures basses de lrsquoeau drsquoalimentation du reacuteseau principalfonctionneront moins bien sila tempeacuterature drsquoarriveacutee augmente La preacutesence de tempeacuteratures drsquoeau de retour plus chaudes pendant le mode de chauffage des locaux contribuera agrave reacuteduire le rendement eacutenergeacutetique Le fait de reacutepondre aux demandes de chauffage des locaux en utilisant des paramegravetres de commande qui reacuteduisent au minimum les tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour en conditions de charge partielle peut contribuer agrave optimiser le rendement de combustion

62 Strateacutegies de conception

Un des plus gros avantages du chauffe-eau agrave la demande tient au fait que theacuteoriquement il peut geacuteneacuterer diffeacuterentes tempeacuteratures drsquoeau drsquoalimentation pour satisfaire les charges de chauffage de lrsquoeau et des locaux Il peut eacutegalement faire varier du tout au tout la tempeacuterature de lrsquoeau qursquoil fournit pour satisfaire diffeacuterentes charges de chauffage des locaux Cet aspect est essentiel pour continuer de fournir le mecircme chauffage de lrsquoeau agrave un rendement eacuteleveacute et produire un chauffage des locaux agrave charge partielle tregraves efficace

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Nous allons passer en revue deux concepts de systegravemes combineacutes

bull la strateacutegie 1 utilise une tempeacuterature drsquoeau constante pour toutes les charges

bull la strateacutegie 2 consiste agrave faire varier la tempeacuterature de lrsquoeau en fonction de la charge

La premiegravere strateacutegie est celle qui neacutecessite le moins de changement compareacute aux pratiques actuelles elle correspond souvent au premier reacuteflexe Elle est preacutesenteacutee icidans le but principalde mettre en lumiegravere certains deacutefis inheacuterents en matiegravere de performance

La deuxiegraveme strateacutegie repreacutesente une option bien plus rentable pour atteindre des niveaux de performance eacuteleveacutes tant sur le terrain que lors des essais exeacutecuteacutes conformeacutement agrave la norme CSA P9 Lrsquoexpeacuterience montre qursquoelle offre un niveau de performance eacuteleveacute agrave un coucirct moindre pour le fabricant

Le fait drsquoutiliser une pompe agrave vitesse variable dans le systegraveme de traitement de lrsquoair peut eacutegalement ameacuteliorer le rendement eacutenergeacutetique La strateacutegie 2 est axeacutee sur une tempeacuterature drsquoalimentation variable les chauffe-eau agrave la demande pouvant offrir cette fonction plus rapidement Il est peu courant de voir des pompes agrave vitesse variable dans les appareils de traitement de lrsquoair pour lrsquoinstant

Pour ces exemples

bull les deux types de systegravemes combineacutes seront preacutesenteacutes en utilisant le mecircme chauffe-eau agrave la demande agrave condensation et agrave modulation

bull les pondeacuterations de performance FPT applicables agrave un systegraveme combineacute preacutesentant une charge nominale de chauffage de locaux de 10 kW seront utiliseacutees agrave titre indicatif pour illustrer chacune de ces strateacutegies

63 Strateacutegie 1 Tempeacuterature drsquoeau constante

Ce systegraveme de chauffage combineacute respecte la regravegle eacutetablie et preacutevoit uniquement lrsquoutilisation de composants plus efficaces pour ameacuteliorer les performancesIlarrive qursquoil soit souvent consideacutereacute en premier lieu car les commandes peuvent rester telles quelles dans un systegraveme pour lequel un fabricant fournit le chauffe-eau agrave la demande tandis qursquoun autre fabricant fournit le systegraveme de traitement drsquoair

Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair Le chauffe-eau ne sait pas si une demande concerne un chauffage de lrsquoeau ou un chauffage de locaux Il deacutetecte une demande et fournit de lrsquoeau chaude agrave une tempeacuterature constante Pour satisfaire la charge de chauffage de pointe des locaux il est geacuteneacuteralement reacutegleacute agrave 60 degC (140 degF) Le systegraveme de traitement drsquoair ne contribue pas eacutenormeacutement agrave faire grimper la puissance de chauffage de locaux Il utilise geacuteneacuteralement

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un ou deux reacuteglages de vitesse de ventilateur soufflant Eacutetant donneacute que le fonctionnement prolongeacute drsquoun ventilateur apregraves qursquoune demande de chauffage a eacuteteacute satisfaite peut entraicircner des problegravemes de confort dus agrave des courants drsquoair froid le fonctionnement subseacutequent du ventilateur ne sera pas mis en œuvre ou sera mis en œuvre en utilisant uniquement des temps de fonctionnement courts Dans les deux sceacutenarios la chaleur sera retenue dans le serpentin et les conduites pour se dissiper par la suite pendant les peacuteriodes de deacutesactivation

Serpentin(s) de chauffage des locaux Si lrsquoon veut amplifier lrsquoefficaciteacute eacutenergeacutetique du systegraveme en mode de chauffage des locaux ilest impeacuteratif de reacuteduire au minimum les tempeacuteratures de lrsquoeau de retourDes serpentins laquo surdimensionneacutes raquo ont eacuteteacute conccedilus en vue drsquooptimiser la baisse de tempeacuterature dans lrsquoeacutechangeur de chaleur en conditions de chauffage des locaux

Conditions de chauffage des locaux en charge partielle Le systegraveme de traitement drsquoair se met en route et srsquoarrecircte pour srsquoadapter aux conditions de charge partielle ce qui a pour effet de deacuteclencher des demandes associeacutees sur le chauffe-eau

Illustration des performances selon la norme P9 Le tableau 5 donne un aperccedilu theacuteorique du type de performance que lrsquoon pourrait geacuteneacuteralement obtenir en utilisant une strateacutegie impliquant un point de consigne de tempeacuterature unique

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Tableau 5 Performances drsquoun systegraveme combineacute theacuteorique affichant une puissance de chauffage des locaux de 10 kW en utilisant une strateacutegie simple de commande de point de consigne de tempeacuterature drsquoeau unique (capaciteacute de chauffage des locaux compenseacutee par des cycles de marche-arrecirct)

Mode de fonctionne -ment

Pondeacuter-ation

Temp de lrsquoeau drsquoalimentati on (degF)

Temp de lrsquoeau de retour du reacuteseau principal (degF)

Deacutebit du systegraveme de traitement drsquoair (pi3min)

Mesure de la performance eacutenergeacutetique mode activeacute deacutesactiveacute ()

Contribution FPT

Chauffage des locaux 100

8 140 120 800 85 007

Chauffage des locaux 40

49 140 120 800 80 039

Chauffage des locaux 15

25 140 120 800 75 018

Chauffage de lrsquoeau

18 140 58 mdash 92 017

Total 100 081

Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables bull Performances globales Une cote de facteur de performance totale (FPT) de 092

placerait le systegraveme combineacute dans la plage des performances eacuteleveacutees

bull Performances en mode de chauffage de lrsquoeau Comme dans le cas du sceacutenario impliquant un point de consigne de tempeacuterature unique le systegraveme assure une condensation en mode de chauffage de lrsquoeau avec un FPCE de 92 Il serait possible drsquoameacuteliorer leacutegegraverement lrsquoefficaciteacute du systegraveme de chauffage de lrsquoeau si un point de consigne de tempeacuterature de lrsquoeau infeacuterieur agrave la valeur de 140 degF utiliseacutee dans le premier cas de figure eacutetait appliqueacute La norme P9 permet drsquoutiliser un point de consigne pouvant descendre jusqursquoagrave 120 degF dans le cas de lrsquoeau potable La tempeacuterature de consigne nrsquoa plus besoin drsquoecirctre la mecircme que celle requise pour une charge de chauffage de locaux maximale il est donc possible de la reacuteduire agrave la plage de 120 degF Pour simplifier la comparaison des deux systegravemes dans les tableaux 5 et 6 aucun point de consigne de systegraveme de chauffage drsquoeau potable reacuteduit nrsquoa pas eacuteteacute inclus dans le tableau 6

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bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge totale Dans ce mode le rendement eacutenergeacutetique est plus faible La tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation doit ecirctre au plus haut pour satisfaire la charge la tempeacuterature de lrsquoeau de retour sera donc elle aussiplus eacuteleveacutee dans ce modeComme le systegraveme fonctionnera rarement dans ce mode cette mauvaise performance ne repreacutesente qursquoune petite fraction de la pondeacuteration FPT

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge partielle Les tempeacuteratures drsquoalimentation du systegraveme de chauffage de lrsquoeau sont abaisseacutees progressivement pour satisfaire des demandes en charge partielle moindres Les tempeacuteratures peuvent ecirctre abaisseacutees bien en deccedilagrave du reacuteglage preacutevu pour le chauffage de lrsquoeau du robinet Cette condition se traduit par des tempeacuteratures drsquoeau de retour plus basses qursquoen conditions de charge totale Ces deux facteurs font que lrsquoefficaciteacute est plus importante en conditions de charge partielle qursquoen conditions de charge totale Le chauffe-eau fonctionnera en mode de condensation pour les deux points de charge de chauffage de locaux (40 et 15 )

bull Vitesse de ventilateur Eacutetant donneacute que la puissance de chauffage requise diminue la vitesse de ventilateur diminue aussiCela se traduit par un niveau sonore reacuteduit un fonctionnement du ventilateur plus long avec des cycles moins freacutequents et une reacuteduction importante de la consommation drsquoeacutenergie Cette condition peut aussi reacuteduire les plaintes lieacutees au confort le fonctionnement plus long agrave des deacutebits drsquoair reacuteduits ameacuteliorant la reacutepartition de lrsquoair chaud pendant les saisons intermeacutediaires

bull Controcircle de la tempeacuterature de lrsquoair inteacuterieur Le fait de moduler la puissance de chauffage en faisant varier la tempeacuterature de lrsquoeau et la vitesse du ventilateur peut se traduire par une tempeacuterature drsquoair inteacuterieur plus homogegravene avec des eacutecarts de tempeacuteratures moins grands au-dessus et au-dessous des points de consigne du thermostat Ce pheacutenomegravene pourrait inciter les proprieacutetaires de reacutesidence agrave augmenter le point de consigne de chauffage pour eacutetablir des conditions de confort acceptables

bull Incidences sur le zonage Le zonage sera plus compliqueacute avec un systegraveme affichant une puissance fixe et une vitesse de ventilateur unique

Ilest possible drsquoameacuteliorer la strateacutegie 1 en augmentant encore la dimension drsquoun serpentin deacutejagrave surdimensionneacute dans le systegraveme de traitement drsquoair Cette option implique toutefois des limites pratiques car des serpentins bien plus grands neacutecessiteront une plus grande quantiteacute de cuivre et un formage plus important et cela accentuera le coucirct total du systegraveme sans compter qursquoil faudra aussi preacutevoir des armoires plus grandes pour le systegraveme de traitement drsquoair De plus les pertes de chaleur par cycle augmenteront et il sera plus difficile drsquoobtenir des performances eacuteleveacutees en charge partielle Le fait drsquoappliquer la strateacutegie 1 agrave un systegraveme de chauffage combineacute agrave haute performance peut srsquoaveacuterer trop oneacutereux pour valoir le coup

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64 Strateacutegie 2 Tempeacuterature drsquoeau variable

Cette meacutethode est identique agrave celle appliqueacutee dans les appareils de chauffage agrave air chaud multieacutetage Le principe consiste agrave faire fonctionner le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair ensemble pour optimiser le rendement eacutenergeacutetique tout en reacuteduisant au minimum le coucirct et la complexiteacute des composants

Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair Cette strateacutegie consiste agrave exploiter avantageusement la capaciteacute inteacutegreacutee du chauffe-eau pour faire varier la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation La tempeacuterature du point de consigne du chauffe-eau varie en fonction de la charge de chauffage des locaux On utilise des reacuteglages de tempeacuterature drsquoeau drsquoalimentation faibles pour satisfaire aux conditions de chauffage des locaux en charge partielle On fait eacutegalement varier les vitesses du ventilateur du systegraveme de traitement drsquoair en srsquoappuyant sur un principe de controcircle de reacuteglage exteacuterieur ou de minuterie pour augmenter les paramegravetres Lorsqursquoune demande de chaleur a eacuteteacute satisfaite le ventilateur continue de fonctionner agrave des vitesses reacuteduites pour eacuteviter les problegravemes lieacutes aux courants froids et au bruit Du coup le serpentin et les conduites retiennent moins de chaleur et on deacuteplore moins de perte de chaleur par la suite compareacute au premier cas de figure Le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair doivent tous deux cerner la demande qursquoils sont censeacutes satisfaire Leurs commandes ne doivent pas pour autant ecirctre physiquement inteacutegreacutees drsquoune faccedilon ou drsquoune autre Cette strateacutegie de controcircle est traiteacutee plus en deacutetail agrave la section 40

Serpentin(s) de chauffage de locaux Pour simplifier la comparaison nous partirons du principe que des serpentins laquo surdimensionneacutes raquo similaires sont utiliseacutes comme dans le premier cas de figure de sorte que les performances du chauffage de pointe des locaux soient identiques dans les deux cas

Conditions de chauffage de locaux en charge partielle Le chauffe-eau relegraveve une demande de chauffage de locaux et se met en route en acheminant une eau drsquoalimentation agrave basse tempeacuterature au systegraveme de traitement drsquoair Si la demande de chauffage nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute le chauffe-eau augmente progressivement la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation Le systegraveme de traitement drsquoair surveille la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation et augmente progressivement la vitesse du ventilateur lorsque la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation est plus eacuteleveacutee

Illustration des performances P9 Le tableau 6 donne une preacutesentation theacuteorique du type de rendement que lrsquoon peut obtenir en appliquant une strateacutegie de controcircle simple mettant en œuvre des

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tempeacuteratures drsquoeau et des vitesses de ventilateur variables Les tempeacuteratures et les deacutebits drsquoair du ventilateur preacutesenteacutes dans le tableau 6 ont eacuteteacute choisis agrave titre indicatif uniquement Ils ne repreacutesentent pas des reacuteglages pleinement optimiseacutes applicables agrave un systegraveme de chauffage combineacute

Tableau 6 Performances drsquoun systegraveme de chauffage combineacute theacuteorique offrant une puissance de chauffage des locaux de 10 kW en utilisant une strateacutegie de controcircle de tempeacuteratures drsquoeau et de vitesses de ventilateur variables (variation de la capaciteacute de chauffage des locaux par modulation du deacutebit drsquoair et de la tempeacuterature de lrsquoeau)

Mode de fonctionne -ment

Pondeacuter-ation

Temp de lrsquoeau drsquoalimen-tation (degF)

Temp de lrsquoeau de retour du reacuteseau principal (degF)

Deacutebit du systegraveme de traitement drsquoair (pi3min)

Mesure de la performance eacutenergeacutetique mode activeacute deacutesactiveacute ()

Contribution FPT

Chauffage des locaux 100

8 140 120 800 85 007

Chauffage des locaux 40

49 110 102 600 92 045

Chauffage des locaux 15

25 90 87 500 94 023

Chauffage de lrsquoeau

18 140 58 --- 92 016

Total 100 092

Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables bull Performances globales Une cote de facteur de performance totale (FPT) de 092

placerait le systegraveme combineacute dans la plage des performances eacuteleveacutees

bull Performances en mode de chauffage de lrsquoeau Comme dans le cas du sceacutenario impliquant un point de consigne de tempeacuterature unique le systegraveme assure une condensation en mode de chauffage de lrsquoeau avec un FPCE de 92 Il serait possible drsquoameacuteliorer leacutegegraverement lrsquoefficaciteacute du systegraveme de chauffage de lrsquoeau si un point de consigne de tempeacuterature de lrsquoeau infeacuterieur agrave la valeur de 140 degF utiliseacutee dans le premier cas de figure eacutetait appliqueacute La norme P9 permet drsquoutiliser un point de

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consigne pouvant descendre jusqursquoagrave 120 degF dans le cas de lrsquoeau potable La tempeacuterature de consigne nrsquoa plus besoin drsquoecirctre la mecircme que celle requise pour une charge de chauffage de locaux maximale il est donc possible de la reacuteduire agrave la plage de 120 degF Pour simplifier la comparaison des deux systegravemes dans les tableaux 5 et 6 aucun point de consigne de systegraveme de chauffage drsquoeau potable reacuteduit nrsquoa pas eacuteteacute inclus dans le tableau 6

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge totale Dans ce mode le rendement eacutenergeacutetique est plus faible La tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation doit ecirctre au plus haut pour satisfaire la charge la tempeacuterature de lrsquoeau de retour sera donc elle aussi plus eacuteleveacutee dans ce mode Comme le systegraveme fonctionnera rarement dans ce mode cette mauvaise performance ne repreacutesente qursquoune petite fraction de la pondeacuteration FPT

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge partielle Les tempeacuteratures drsquoalimentation du systegraveme de chauffage de lrsquoeau sont abaisseacutees progressivement pour satisfaire des demandes en charge partielle moindres Les tempeacuteratures peuvent ecirctre abaisseacutees bien en deccedilagrave du reacuteglage preacutevu pour le chauffage de lrsquoeau du robinet Cette condition se traduit par des tempeacuteratures drsquoeau de retour plus basses qursquoen conditions de charge totale Ces deux facteurs font que lrsquoefficaciteacute est plus importante en conditions de charge partielle qursquoen conditions de charge totale Le chauffe-eau fonctionnera en mode de condensation pour les deux points de charge de chauffage de locaux (40 et 15 )

bull Vitesse de ventilateur Eacutetant donneacute que la puissance de chauffage requise diminue la vitesse de ventilateur diminue aussiCela se traduit par un niveau sonore reacuteduit un fonctionnement du ventilateur plus long avec des cycles moins freacutequents et une reacuteduction importante de la consommation drsquoeacutenergie Cette condition peut aussi reacuteduire les plaintes lieacutees au confort le fonctionnement plus long agrave des deacutebits drsquoair reacuteduits ameacuteliorant la reacutepartition de lrsquoair chaud pendant les saisons intermeacutediaires

bull Controcircle de la tempeacuterature de lrsquoair inteacuterieur Le fait de moduler la puissance de chauffage en faisant varier la tempeacuterature de lrsquoeau et la vitesse du ventilateur peut se traduire par une tempeacuterature drsquoair inteacuterieur plus homogegravene avec des eacutecarts de tempeacuteratures moins grands au-dessus et au-dessous des points de consigne du thermostat

La strateacutegie 2 (tempeacuterature drsquoeau variable) peut donner lieu agrave lrsquoeacutelaboration drsquoun systegraveme de chauffage combineacute efficace preacutesentant de bonnes performances lorsqursquoil est mis agrave lrsquoessai selon la norme CSA P9 et lorsqursquoil est installeacute dans une vraie reacutesidence Les niveaux de performance varieront en fonction des composants seacutelectionneacutes et des speacutecificiteacutes de lrsquoordonnancement des commandes

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7 Commandes

Les commandes geacuteneacuteriques exigeacutees pour mettre en œuvre la strateacutegie privileacutegieacutee impliquant une tempeacuterature variable quia eacuteteacute deacutecrite dans la derniegravere section peuvent srsquoaveacuterer relativement simples Quelques chauffe-eau agrave la demande proposent deacutejagrave des commandes de reacuteglage de tempeacuterature Les commandes de tempeacuterature des chauffe-eau agrave la demande types ne sont toutefois pas systeacutematiquement configureacutees pour offrir une fonction de reacuteglage de tempeacuterature baseacutee sur la charge Quasiment tous les chauffe-eau agrave la demande actuellement disponibles sont eacutequipeacutes pour accueillir des commandes de tempeacuterature inteacutegreacutees ou monteacutees agrave distance permettant agrave lrsquoutilisateur de reacutegler manuellement la tempeacuterature drsquoalimentation agrave partir du chauffe-eau

En principe il devrait ecirctre possible de concevoir un module drsquointerface de commande simple qui viendrait se brancher dans les fiches de connexion de la commande de tempeacuterature existante La nouvelle commande simulerait lrsquoaction du controcircleur de tempeacuterature standard reacutegleacute manuellement de maniegravere agrave offrir une fonction de reacuteinitialisation de tempeacuterature automatique du chauffe-eau Toutes les commandes de seacutecuriteacute resteraient fonctionnelles

Une strateacutegie de controcircle simple peut offrir des performances eacuteleveacutees Les facteurs cleacutes agrave prendre en compte sont les suivants

bull deacuteterminer si une demande tient compte des besoins en chauffage drsquoeau chaude domestique

bull en mode de chauffage des locaux uniquement utiliser une minuterie ou un controcircle de reacuteglage exteacuterieur (ou un capteur de charge infeacuterentielle similaire) pour faire augmenter progressivement la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation

bull preacutevoir un systegraveme de traitement drsquoair faisant varier le deacutebit drsquoair en fonction de la tempeacuterature de lrsquoeau qui arrive dans lrsquoappareil du deacutelai pendant lequel une demande de chauffage perdure ou drsquoun signal direct du capteur de commande de charge

Ilest inteacuteressant de souligner que le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair nrsquoont pas besoin de communiquer directement ni de posseacuteder des commandes communes pour mettre en œuvre certaines des strateacutegies de controcircle deacutecrites

Lorsque les commandes du systegraveme deacutetectent qursquoune demande de chauffage a eacuteteacute satisfaite le systegraveme de traitement drsquoair devrait continuer de fonctionner suffisamment longtemps pour extraire toute la chaleur reacutesiduelle du serpentin et la transfeacuterer vers le courant drsquoair Pour eacuteviter les problegravemes de confort thermique il est souhaitable de reacuteduire la vitesse du ventilateur pendant cette peacuteriode de temporisation de la

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ventilation Le fonctionnement continu du ventilateur avec un reacuteglage de vitesse faible offrira automatiquement cette fonctionnaliteacute sans neacutecessiter de quelconques commandes intelligentes Cette option aurait lrsquoavantage suppleacutementaire drsquoassurer une reacutepartition de la tempeacuterature uniforme agrave lrsquointeacuterieur de la reacutesidence Elle serait eacutegalement utile pour reacutepartir lrsquoair frais si le systegraveme combineacute est installeacute avec un ventilateur-reacutecupeacuterateur de chaleur (VRC) ou un autre type de systegraveme de ventilation

Des commandes soigneusement conccedilues contribueront en bout de ligne agrave assurer ou reacutetablir lrsquoefficaciteacute du systegraveme combineacute Les commandes devraient ecirctre en mesure de deacuteterminer srsquoil y a une demande de chauffage des locaux ou de chauffage de lrsquoeau ou une demande concernant les deux modes Les commandes devront deacuteterminer lrsquoamplitude de chaque charge et reacutepondre de maniegravere approprieacutee en faisant varier certains paramegravetres agrave la fois pour le systegraveme de chauffage des locaux (systegraveme de traitement drsquoair par exemple) et pour le geacuteneacuterateur de chaleur (notamment si la source de chauffage est un chauffe-eau agrave la demande) En cas de demande de chauffage drsquoeau eacuteleveacutee il se peut qursquoune solution de commande prioritaire drsquoeau chaude domestique constitue la meilleure option Les commandes peuvent deacuteduire lrsquoamplitude des charges de chauffage des locaux au moyen de divers meacutecanismes y compris en surveillant les cycles de fonctionnement du thermostat et de signaux drsquoentreacutes directs transmis par une commande de charge infeacuterentielle telle qursquoune commande de reacuteglage exteacuterieur

La figure 3 preacutesente un algorithme simplifieacute de commandes geacuteneacuteriques pour la section chauffe-eau drsquoun systegraveme combineacute utilisant quatre eacutetapes de reacuteglage de tempeacuterature drsquoeau pour le chauffage des locaux et une seule pour le chauffage de lrsquoeau

La logique de commande illustreacutee agrave la figure 3 constitue uniquement un exemple de strateacutegie de controcircle rudimentaire qui pourrait ecirctre utiliseacutee pour assurer des performances eacuteleveacutees dans des modes de chauffage de locaux sans neacutecessiter lrsquoutilisation de composants oneacutereuxLrsquoalgorithme de commande pourrait ecirctre ameacutelioreacute si le controcircleur avait lrsquointelligence neacutecessaire pour lui permettre drsquoassimiler les eacutetapes de chauffage requises en surveillant la dureacutee des demandes de chauffage des locaux sur plusieurs cycles de chauffage reacutecents

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e

Mode drsquoattente Chauffe-eauagrave la demande en attente de signal

Demande de chauffage (lrsquoeaucircule dans le chauffe-eau)

Demandedrsquoeauchaude

domestique

Activationdu chauffagede lrsquoeacutetape 1 THERM90 ordmF Ventilateur Vitesse 1 Deacuteclencherle minuteursur 5 min

Demandesatisfaite avantlrsquoexpiration

du deacutelaiduminuteur

Oui

Oui

No

Reacuteglage du THERM sur le point de consigne de lrsquoeau chaude domestique THERM = 140 degF Couperlecirculateurde chauffagedelocaux (facultatif) Attendre lafin de la demande drsquoeau chaude domestique

Demande de

chauffage satisfait

Non

Oui

Activation du chauffage de lrsquoeacutetape 2 THERM = 105 degF Ventilateur Vitesse 2 Deacuteclencher le minuteur sur3 min

Activation du chauffage de lrsquoeacutetape 3 THERM = 120 degF Ventilateur Vitesse 3 Deacuteclencher le minuteur sur3 min

Activation du chauffage MAX THERM = 140 degF Ventilateur Vitesse 4 Mettrefin agravelademande de chauffage

Figure 3 Logique de lrsquoalgorithme simplifieacute de commande de chauffe-eau pour unsceacutenario de chauffage en quatre eacutetapes

Voici trois options de commande de vitesse de ventilateur de systegraveme de traitement drsquoair associeacutees agrave la meacutethode de chauffage drsquoeau illustreacutee agrave la figure 3

Commandes indirectes baseacutees sur la tempeacuteratureRaccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont bien distinctes les unes des autres mais elles fonctionnement de maniegravere compleacutementaire

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Principe de fonctionnement Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetecte la tempeacuterature de lrsquoeau chaude drsquoadmissionPlus la tempeacuterature de lrsquoeau est eacuteleveacutee plus les commandes du systegraveme de traitement drsquoair augmentent le deacutebit drsquoair

Discussion Les commandes du chauffe-eau augmentent la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque la demande nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetecte la tempeacuterature plus eacuteleveacutee et fait circuler plus drsquoair dans les serpentins pour lrsquoutiliser

Aspect meacutecanique Un puits de tempeacuterature est installeacute dans la conduite drsquoeau drsquoalimentation drsquoarriveacutee agrave lrsquointeacuterieur du systegraveme de traitement drsquoairLe reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur serait ajusteacute en installant un module de commande de systegraveme de traitement drsquoair qui mesure la tempeacuterature de lrsquoeau achemineacutee au systegraveme de traitement drsquoair depuis le chauffe-eau pendant une demande de chauffage de locaux transmise au systegraveme de traitement drsquoair La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signal de commande transmis au panneau de controcircle du systegraveme de traitement drsquoair par le thermostat du systegraveme de CVCA

Commandes indirectes baseacutees sur le minuteur Raccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont bien distinctes les unes des autres mais elles fonctionnement de maniegravere compleacutementaire

Principe de fonctionnement Le deacutebit drsquoair du systegraveme de traitement drsquoair varie en fonction de la dureacutee de la demande de chauffage afin de coiumlncider avec les minutages de commande de tempeacuterature indiqueacutes agrave la figure 3

Discussion Les commandes du chauffe-eau augmentent la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque la demande nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetermine la dureacutee de la demande de chauffage et fait circuler plus drsquoair dans les serpentins afin de se conformer aux eacutetapes de tempeacuterature programmeacutees

Aspect meacutecanique Le reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur serait ajusteacute en installant un module de commande de systegraveme de traitement drsquoair qui reacutegule le deacutebit drsquoair en fonction de la dureacutee de la demande de chauffage La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signalde commande transmis au panneau de controcircle du systegraveme de traitement drsquoair par le thermostat du systegraveme de CVCA

Controcircle direct Raccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont toutes deux controcircleacutees au moyen drsquoun nouveau controcircleur combineacute inteacutegreacute posseacutedant une interface directe avec le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair

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Principe de fonctionnement Le nouveau controcircleur fait varier le deacutebit drsquoair du systegraveme de traitement drsquoair et la tempeacuterature de lrsquoeau de maniegravere agrave optimiser le rendement du chauffage

Discussion Cette strateacutegie de controcircle direct suppose le deacuteveloppement drsquoun nouveau composant de commande Le controcircleur peut utiliser des reacuteglages de fonctionnement plus sophistiqueacutes afin drsquoameacuteliorer le rendement dans tous les modes de fonctionnement

Aspect meacutecanique Le reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur et la tempeacuterature de lrsquoeau achemineacutee au systegraveme de traitement drsquoair seraient directement controcircleacutes par un nouveau controcircleur combineacute inteacutegreacute La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signal de commande transmis au controcircleur par le thermostat du systegraveme de CVCA

Chauffe-eau - Mode de chauffage de lrsquoeau du robinet Les algorithmes de chauffage de lrsquoeau du robinet ne changent pas par rapport agrave ceux du module de commande standard La seule diffeacuterence reacuteside dans le fait que le chauffe-eau utilise un contacteur de deacutebit ou un deacutebitmegravetre pour repeacuterer un tirage drsquoeau chaude (ou une arriveacutee drsquoeau froide) et comprendre qursquoune demande de chauffage drsquoeau a eacuteteacute faite Si une demande de chauffage de locaux intervient simultaneacutement le chauffe-eau pourrait honorer les deux demandes en tenant compte du reacuteglage de tempeacuterature de sortie requise de lrsquoeau du robinet Une autre option consisterait agrave prendre en compte par deacutefaut le reacuteglage du mode de chauffage de lrsquoeau Un mode de controcircle plus sophistiqueacute pourrait potentiellement temporiser le chauffage des locaux lorsque cela srsquoavegravere neacutecessaire pour reacutepondre agrave des demandes de chauffage drsquoeau eacuteleveacutees ou pour activer la distribution de chauffage des locaux en utilisant des reacuteglages de tempeacuterature optimiseacutes Ce cas de figure est illustreacute agrave la figure 4

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8 Composants

Pour bien fonctionner les systegravemes de chauffage combineacutes doivent ecirctre doteacutes de composants haute performance que ce soit dans une configuration dite laquo installeacutee raquo ou dans une configuration drsquoessai selon la norme CSA P9 La preacutesente section a pour objectif drsquoaider les fabricants de chauffe-eau agrave la demande

bull agrave concevoir leur propre systegraveme de traitement drsquoair

bull agrave eacutetablir un partenariat avec un autre fabricant qui fournirait un systegraveme de traitement drsquoair pour leur systegraveme apregraves avoir deacutetermineacute

ndash les composants requis

ndash la mesure dans laquelle un modegravele de systegraveme de traitement drsquoair existant aurait besoin drsquoecirctre affineacute pour reacutepondre agrave leurs besoins

bull agrave eacutetablir les modifications qursquoil faut apporter au systegraveme monobloc dans son ensemble pour ameacuteliorer les performances

81 Systegraveme de traitement drsquoair

Le systegraveme de traitement drsquoair doit inclure les composants neacutecessaires pour fournir de la chaleur et faire circuler de lrsquoair Les eacuteleacutements agrave prendre en compte sont des serpentins de chauffage de locaux un moteur de ventilateur une pompe et un puits de tempeacuterature Ces eacuteleacutements sont deacutecrits plus en deacutetail ci-dessous

82 Serpentins de chauffage de locaux

Les serpentins de chauffage de locaux doivent ecirctre dimensionneacutes de maniegravere approprieacutee pour que le chauffage des locaux puisse avoir lieu avec une tempeacuterature drsquoalimentation suffisamment basse et une baisse de tempeacuterature de lrsquoeau suffisante pour favoriser la condensation dans le geacuteneacuterateur de chaleur lorsque le systegraveme fonctionne en conditions de charge partielle (et ideacutealement en conditions de pleine charge eacutegalement)

Geacuteneacuteralement les serpentins quiextraient la chaleur de lrsquoeau sont conccedilus et choisis en tenant compte drsquoune baisse de tempeacuterature de lrsquoeau drsquoenviron 11 degC (20 degF) le long des serpentins aux conditions de chauffage nominales La seacutelection preacutealable du serpentin peut ecirctre faite en utilisant un logiciel deacutejagrave proposeacute par divers fabricants de serpentins Dans la plupart des cas le modegravele logiciel calcule la puissance de chauffage drsquoun

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serpentin de chauffage agrave eau chaude en se fondant sur la mesure des performances du conditionnement drsquoair pour des serpentins ayant une construction et des geacuteomeacutetries similaires Du coup la puissance de chauffage reacuteelle pour une condition nominale donneacutee peut diffeacuterer leacutegegraverement de celle preacutedite par le logiciel

Ilest recommandeacute de veacuterifier la performance reacuteelle du serpentin choisi (puissance de chauffage baisse de la tempeacuterature de lrsquoeau baisse de la pression statique sur le cocircteacute air et eau) en effectuant des essais internes Lorsque cette eacutetape a eacuteteacute exeacutecuteacutee le modegravele logiciel peut fournir une aide preacutecieuse pour seacutelectionner le serpentin et devrait proposer des indications plutocirct fiables concernant les changements de performance du serpentin aux diffeacuterentes conditions projeteacutees Les informations ainsi collecteacutees devraient ecirctre utiles pour concevoir et affiner des reacuteglages et des strateacutegies de controcircle plus eacutevolueacutes en vue drsquooptimiser le rendement du systegraveme en conditions de chauffage en charge partielle

Voici les eacuteleacutements agrave prendre en compte

Diamegravetre du serpentin drsquoeau et nombre de spires ndash Un grand diamegravetre de canalisation reacuteduira au minimum la baisse de pression de lrsquoeau ainsi que lrsquoeacutenergie utiliseacutee par le systegraveme de circulation drsquoeau Un petit diamegravetre de canalisation permettra drsquoopter pour un serpentin moins oneacutereux eacutetant donneacute qursquoil faudra moins de cuivre dans le serpentin Cependant des petits tubes neacutecessiteront une eacutenergie de pompage supeacuterieure et feront augmenter les pheacutenomegravenes drsquousure et drsquoeacuterosion des tubes si une puissance de pompe suffisante est appliqueacutee pour offrir le deacutebit drsquoeau nominal Concregravetement le fait drsquoutiliser un serpentin avec des tubes trop petits reacuteduira la puissance de chauffage fournie par le serpentin En effet le fabricant utilisera vraisemblablement le mecircme circulateur standard quel que soit le serpentin retenu Les TECA hydronic and combo guideline (Directives sur les systegravemes hydroniques et combineacutes de la TECA)1

(article 814) preacutecisent que le deacutebit de lrsquoeau qui traverse le systegraveme de chauffage ne doit pas deacutepasser quatre (4) pieds par seconde

Nombre drsquoailettes par pouce ndash Plus le nombre drsquoailettes par pouce est eacuteleveacute plus la surface de transmission de chaleur et la puissance de chauffage augmentent cela creacutee cependant une baisse de pression supeacuterieure sur le cocircteacute air du serpentin Un certain degreacute de perte de pression dans le serpentin est utile pour assurer un deacutebit drsquoair homogegravene dans le serpentin notamment dans une configuration de laquo purge raquo qui est couramment utiliseacutee dans les ventilo-convecteurs combineacutes servant au chauffage des locauxLes speacutecifications des serpentins de chauffage peuvent faire eacutetat drsquoun nombre drsquoailettes variant de 6 ailettes par pouce agrave 14 ailettes par pouce Les serpentins de chauffage hydronique standard comportent 12 ou 14 ailettes par pouce Les serpentins doteacutes drsquoun grand nombre drsquoailettes sont plus facilement encrasseacutes par de la poussiegravere

1 Thermal Environmental Comfort Association (TECA) Surrey (C-B) Hydronic amp Combo Guidelines for the Design and Installation of Hot Water Heating Systems and Combination Hot Water amp Space Heating Systems 8th Edition August 2009 (Directives concernant les systegravemes hydroniques et combineacutes conception et installation de systegravemes de chauffage drsquoeau chaude et de systegravemes combineacutes de chauffage drsquoeau chaude et de locaux 8e eacutedition aoucirct 2009) [wwwtecaca]

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ou des deacutebris Selon les reacutesultats du logiciel de modeacutelisation du serpentin la preacutesence de 12 ailettes ou mecircme 14 semble ecirctre un choix raisonnable pour un serpentin de chauffage de locaux haute performance agrave condition que le serpentin soit choisi avec une surface suffisamment importante pour maintenir la vitesse frontale de lrsquoair faible agrave la puissance de chauffage theacuteorique

Figure 5 Exemple de serpentin de chauffage de locaux laquo surdimensionneacute raquo utiliseacute dans une application de systegraveme de traitement drsquoair hydronique

83 Moteur de ventilateur

Le systegraveme de traitement drsquoair devrait utiliser un moteur de ventilateur agrave commutation eacutelectronique (MCE) et ecirctre exploiteacute en utilisant un systegraveme de controcircle agrave vitesse multiple ou agrave vitesse variable Cette option permettrait de moduler le deacutebit drsquoair et la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque le systegraveme fonctionne agrave une puissance infeacuterieure agrave sa puissance de chauffage nominale maximaleLa capaciteacute agrave utiliser un mode de circulation continu agrave faible puissance et faible vitesse serait particuliegraverement utile en cas de fonctionnement aux points de consigne de 15 et 40 pour lesquels il est primordial de collecter et de distribuer toute la chaleur reacutesiduelle des serpentins de chauffage la norme P9 tenant compte uniquement de la chaleur qui est reacuteellement transfeacutereacutee dans le courant drsquoair

La modulation du deacutebit drsquoair et de la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation permettra drsquoobtenir des tempeacuteratures drsquoair distribueacute confortables ainsi que des performances de chauffage eacuteleveacutees

Un MCE doteacute drsquoune programmation de deacutebit drsquoair constant surclassera vraisemblablement un MCE qui utilise une programmation de couple constant car le

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systegraveme compensera au moins partiellement les diffeacuterences entre les pressions statiques nominales et les pressions statiques reacuteellement eacutetablies Cette solution peut srsquoaveacuterer indispensable pour srsquoassurer que les performances de la combustion dans des conditions reacuteelles variables correspondent aux performances obtenues lors drsquoessais dans le laboratoire

Une programmation de deacutebit drsquoair constant sera probablement essentielle pour obtenir des performances acceptables dans le cas drsquoun systegraveme combineacute reacuteparti

84 Circulateurpompe

Ilest important de choisir le bon circulateur pour acheminer le deacutebit approprieacute en fonction de la pression statique eacutetablie qui sera en vigueur Les pertes de pression dans les diffeacuterents chauffe-eau agrave la demande varient Le fait drsquoutiliser un circulateur qui fournit un deacutebit trop important se traduira par une petite baisse de tempeacuterature dans le circuit drsquoeau qui traverse le serpentin et par une tempeacuterature drsquoeau de retour eacuteleveacutee vers le chauffe-eau Un deacutebit trop faible entraicircne des capaciteacutes de chauffage faibles Des circulateurs hydroniques sont offerts avec trois vitesses seacutelectionnables et des deacutebits de pompe nominaux Par contre les moteurs utiliseacutes dans les circulateurs types agrave plusieurs vitesses ne sont pas aussi efficaces que les moteurs agrave CE Des circulateurs agrave vitesse variable eacutequipeacutes de moteurs agrave CE font leur apparition sur le marcheacute mais ils ne sont pas encore couramment utiliseacutes dans les applications combineacutees

Ideacutealement les pompes de circulation des systegravemes combineacutes eacutevolueacutes devraient consister en un concept agrave modulation agrave vitesse variable capable drsquoameacuteliorer le rendement et de compenser les diffeacuterentes configurations de canalisation Ce type de concept est deacutejagrave disponible et pourrait ecirctre mis en œuvre degraves maintenant il pourrait aussi ecirctre mis de cocircteacute jusqursquoagrave ce que la prochaine geacuteneacuteration de systegravemes de chauffage combineacutes eacutevolueacutes soit mise au point Les premiers reacutesultats drsquoessais en laboratoire ont montreacute qursquoil est possible drsquoobtenir de bonnes performances conformes agrave la norme CSA P9 sans utiliser des pompes de circulation agrave vitesse variable et des commandes auxiliaires coucircteuses Agrave lrsquoavenir agrave mesure que le coucirct des circulateurs agrave vitesse variable doteacutes de moteurs agrave CE baissera et que les commandes inteacutegreacutees seront mieux accepteacutees leur utilisation dans des applications de chauffage combineacute sera plus rentable

85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)

Si lrsquoon conccediloit le reacuteseau de plomberie de maniegravere agrave pouvoir y installer des bouchons de controcircle de tempeacuterature drsquoeau et de pression les essais internes et les mesures de mise en service seront simplifieacutes De plus il sera plus facile de purger lrsquoair des circuits

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hydroniques Il est possible drsquoutiliser des sondes de tempeacuteratures monteacutees agrave lrsquoexteacuterieur pour effectuer les mesures de mise en service sur le terrain si des sections de conduites de cuivre ameacutenageacutees dans des endroits strateacutegiques sont prises en compte lors de la conception

86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau

Certains chauffe-eau agrave la demande de type chaudiegravere possegravedent des points de consignes et des algorithmes de controcircle distincts pour le chauffage des locaux et celui de lrsquoeau Drsquoautres ont besoin de savoir si la charge concerne le chauffage des locaux ou celui de lrsquoeau potable Dans ce cas on peut utiliser divers capteurs et surveiller eacutegalement les signaux transmis par un deacutebitmegravetre drsquoeau installeacute dans le reacuteseau drsquoeau potable ou un deacutebitmegravetre installeacute dans le circuit de chauffage des locaux Bon nombre de chauffe-eau agrave la demande utilisent de tels capteurs dans leurs circuits de commande de brucircleur afin de faire coiumlncider les allures de chauffe avec les chargesDans les applications combineacutees lrsquoutilisation de commandes capables de diffeacuterencier les charges deacutepend de la logique de controcircle prioritaire de demande drsquoeau chaude domestique

87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes

Les canalisations drsquoeau ameacutenageacutees entre le geacuteneacuterateur de chaleur et le systegraveme combineacute devraient ecirctre dimensionneacutees de maniegravere agrave eacuteviter des baisses de pression excessives

Toutes les canalisations en cuivre exteacuterieures doivent ecirctre isoleacutees conformeacutement aux pratiques de lrsquoindustrie Il se peut que les avantages lieacutes agrave lrsquoisolation des canalisations drsquointerraccordement ne soient pas tregraves importants si les sections de conduites sont courtes et si elles contiennent des tuyaux en polyeacutethylegravene reacuteticuleacute ou un type de conduite similaire preacutesentant moins de perte de chaleur que les conduites en cuivre

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9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes

La preacutesente section contient des directives et certaines observations agrave lrsquointention des fabricants de systegravemes de chauffage combineacutes dans le but drsquoaider ces derniers agrave mettre agrave lrsquoessai leurs systegravemes agrave lrsquointerne Lrsquoexeacutecution drsquoessais agrave lrsquointerne en utilisant un montage simplifieacute permettra aux fabricants de mieux cerner les performances de leurs concepts et commandes prototypes lorsqursquoils sont mis agrave lrsquoessai dans une installation indeacutependante conformeacutement agrave la norme CSA P9 (P10 pour les fabricants de SMI) Les essais en question ne doivent pas forceacutement ecirctre conccedilus pour geacuteneacuterer des reacutesultats de performance preacutecis agrave 100 mais ils sont consideacutereacutes comme indispensables pour le deacuteveloppement et le cycle drsquooptimisation du produit les avantages drsquoun concept et drsquoun fonctionnement de systegraveme ameacutelioreacutes pouvant rapidement sauter aux yeux lorsque lrsquoon compare les reacutesultats des essais reacutealiseacutes laquo avant raquo et laquo apregraves raquo

En geacuteneacuteral il nrsquoest pas rentable de payer un laboratoire drsquoessais indeacutependant pour proceacuteder agrave la premiegravere eacutevaluation drsquoun systegraveme de chauffage combineacute complet Les coucircts lieacutes au laboratoire et les deacutefis lieacutes aux ingeacutenieurs concepteurs qui prescrivent des reacuteglages lorsqursquoils ne sont pas sur place rendent cette option probleacutematique Des essais simplifieacutes reacutealiseacutes dans les propres locaux du fabricant permettent de srsquoassurer que les reacutesultats sont dans la plage approprieacutee degraves le deacutebut

Un scheacutema de montage drsquoessai suggeacutereacute utilisable pour effectuer des mesures conformeacutement agrave la norme CSA P9 est preacutesenteacute dans cette norme La figure 6 ci-dessous illustre une version simplifieacutee de ce scheacutema

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de la piegravece

combineacutes

Appareilsdeconditionnement

Eacutevents pour produits de combustion Appareils de

conditionnement de la piegravece

Salle drsquoessai

Isolant

Meacutelangeur

Approvisionnement en eau

Eacutevents pour air de combustion Conduite drsquoalimentation en combustible

Uniteacute drsquoessai des

systegravemes

Thermocouples Porte Fenecirctre

Mesure de la tempeacuterature et du deacutebit de lrsquoeau

Conduite drsquoair de retour

Thermocouples

Mesure de la tempeacuterature et de lrsquohumiditeacute de lrsquoair

Air drsquoappoint

Mesure du deacutebit drsquoair

Figure 6 Scheacutema simplifieacute illustrant le montage utiliseacute pour exeacutecuter les essais conformeacutement agrave la norme P9 (composants individuels du systegraveme combineacute non illustreacutes)

Le scheacutema preacutesente un dispositif de mesure de lrsquoenthalpie de lrsquoair dans un tunnel baseacute Vsur la norme ASHRAE 37 Lrsquoappareil de mesure de lrsquoair illustreacute sur la figure de la norme utilise un ajutage et un ventilateur drsquoeacutequilibrage pour pouvoir appliquer une technique de mesure du deacutebit drsquoair neacutecessitant une pression diffeacuterentielle eacuteleveacutee (entre 1 et 4 pouces drsquoeau) dans lrsquoajutage Lorsqursquoil est utiliseacute avec des manomegravetres preacutecis cet appareil offre une preacutecision de mesure eacuteleveacutee de lrsquoordre de 1 agrave 2 du deacutebit drsquoair et il geacutenegravere un deacutebit drsquoair bien meacutelangeacute qui permet de mesurer avec preacutecision la tempeacuterature du deacutebit de lrsquoair drsquoalimentation

La norme P9 preacutecise que lrsquoajutage inteacutegreacute agrave lrsquoappareil de mesure de lrsquoenthalpie de lrsquoair en tunnel constitue une meacutethode acceptable pour mesurer le deacutebit drsquoair tout en approuvant expresseacutement (article 36) lrsquoapplication drsquoautres processus de mesure du deacutebit drsquoair agrave condition que les limites de preacutecision mentionneacutees dans la norme soient satisfaites Ceci donne la possibiliteacute drsquoutiliser une technique de mesure du deacutebit drsquoair plus directe ne neacutecessitant pas lrsquoutilisation drsquoun appareil comportant un ventilateur drsquoeacutequilibrage Dans certains cas lrsquoutilisation drsquoune chambre de mesure de deacutebit avec un ventilateur drsquoeacutequilibrage pour reacutegler la pression statique de la conduite drsquoair drsquoalimentation a impliqueacute des problegravemes de stabiliteacute avec des moteurs agrave CE qui ont eacuteteacute

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programmeacutes pour un deacutebit drsquoair constant il est donc avantageux drsquoeacuteviter les ventilateurs drsquoeacutequilibrage

91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz

De nombreux fabricants concevant des systegravemes combineacutes eacutevolueacutes integravegreront des instruments conccedilus pour mesurer la consommation drsquoeacutenergie eacutelectrique la consommation du combustible les performances de combustion la tempeacuterature et la pression (pression du collecteur de gaz pression statique des conduites etc) Si de tels eacutequipements de mesure ne sont pas offerts ilest recommandeacute de les preacutevoirLes compteurs de facturation des compagnies de gaz et drsquoeacutelectriciteacute devraient offrir une preacutecision et une reacutesolution suffisantes pour les essais de deacuteveloppement du produit

92 Enregistreur de donneacutees

Les fabricants devront eacutegalement avoir accegraves agrave un systegraveme drsquoenregistrement de donneacutees dans le cadre de leur travail Il est conseilleacute de preacutevoir un enregistreur qui offre une preacutecision et un nombre de canaux de mesures suffisants pour les tacircches agrave accomplir On estime qursquoil faudra environ huit (8) canaux pour mesurer la tempeacuterature plus quelques canaux analogiques ou numeacuteriques pour prendre en compte les donneacutees des deacutebitmegravetres des transducteurs de pression etc (analogiques ou numeacuteriques selon lrsquoinstrument de mesure seacutelectionneacute) De nombreux fournisseurs proposent un large eacuteventail drsquoenregistreurs de donneacutees Campbell Scientific Fluke Instruments Omega et Measurement Computing (personal DAQ) figurent parmi les fabricants qui proposent des enregistreurs de donneacutees de petite eacutechelle pouvant ecirctre pris en compte Il est recommandeacute de se pencher sur lrsquoassistant logiciel de lrsquoenregistreur de donneacutees seacutelectionneacute au moment drsquoeacutevaluer lrsquoeacutequipement Si le fabricant ne souhaite pas investir dans un enregistreur de donneacutees la location demeure une option mecircme si les eacuteconomies preacutevues dans le cas drsquoune location agrave court terme semblent ecirctre faibles

93 Deacutebit drsquoair

Pour mesurer le deacutebit drsquoair pendant les essais agrave lrsquointerne il est recommandeacute drsquoutiliser une grille de deacutebit drsquoair avec eacutetablissement de moyenne installeacutee dans la conduite drsquoair drsquoalimentation en conjonction avec un manomegravetre diffeacuterentiel de preacutecision De nombreux fournisseurs proposent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans un large eacuteventail de tailles et ces deacutebitmegravetres sont relativement peu chers car ils sont souvent utiliseacutes dans des systegravemes commerciaux de chauffage et de refroidissement agrave deacutebit drsquoair variable Si lrsquoon fait une recherche dans Google en utilisant le segment laquo deacutebitmegravetres drsquoair raquo on trouve plusieurs fournisseurs et liens permettant

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drsquoobtenir de plus amples informations sur le sujet Nailor Industries Inc et Dwyer Instruments sont deux socieacuteteacutes quioffrent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans une grande varieacuteteacute de tailles de conduites

94 Manomegravetres

On trouve eacutegalement de nombreux manomegravetres diffeacuterentiels sur le marcheacute dont les modegraveles varient des manomegravetres agrave tube inclineacute aux transducteurs numeacuteriques de preacutecision Il est important de bien faire correspondre la plage de mesure du transducteur ou du manomegravetre avec la pression fournie par le deacutebitmegravetre sur la plage de deacutebits drsquoair preacutevue Dans le cas des transducteurs numeacuteriques des instruments capacitifs sont reacuteputeacutes bien fonctionner dans la plage de pression diffeacuterentielle basse qui serait normalement prescrite (environ 05 pouce de diffeacuterence de colonne drsquoeau) Setra Instruments MKS Instruments (Baratron) Dwyer Instruments et drsquoautres socieacuteteacutes proposent des transducteurs de pression diffeacuterentielle capacitifs plage basse adapteacutes

95 Tempeacuteratures

Les tempeacuteratures drsquoair drsquoarriveacutee et de sortie peuvent ecirctre mesureacutees en utilisant des thermocouples des thermistances ou des capteurs de conduite geacuteneacuterant une valeur moyenne Du fait de son bas coucirct de sa faciliteacute drsquoutilisation et de sa preacutesence agrave grande eacutechelle sur le marcheacute le thermocouple semble ecirctre lrsquoinstrument approprieacute pour cette application Il est possible de fabriquer un reacuteseau de thermocouples agrave partir drsquoune bobine de fil de thermocouple et de les raccorder entre eux en parallegravele de maniegravere agrave geacuteneacuterer une seule donneacutee repreacutesentant la valeur moyenne De nombreux fournisseurs offrent des fils agrave thermocouple notamment les socieacuteteacutes Thermo Electric Company Inc Omega Inc Watlow Inc etc Il est eacutegalement possible de fabriquer des sondes de tempeacuterature agrave partir des mecircmes fils de thermocouple pour surveiller drsquoautres paramegravetres tels que les tempeacuteratures drsquoeau Il est important de bien utiliser un fil agrave thermocouple plutocirct qursquoun fil de rallonge de lrsquoeacutechelle de mesure identique mais moins preacutecis

96 Mesures du cocircteacute eau

Pour effectuer des mesures du cocircteacute eau dans les serpentins il est neacutecessaire de posseacuteder un deacutebitmegravetre et des sondes de tempeacuterature Ces mesures pourraient ecirctre reacutealiseacutees en utilisant des capteurs distincts (deacutebitmegravetre drsquoeau et sondes de tempeacuterature distinctes par exemple) Il est important de srsquoassurer que lrsquoinsertion drsquoun deacutebitmegravetre dans la boucle drsquoeau ne modifie pas le deacutebit de la pompe de circulation Cela est particuliegraverement important avec des circulateurs agrave faible puissance geacuteneacuteralement utiliseacutes dans des applications combineacutees pour lesquelles lrsquoinstallation drsquoun deacutebitmegravetre agrave turbine conventionnel agrave baisse de pression eacuteleveacutee peut restreindre le deacutebit drsquoeau Ilexiste des deacutebitmegravetres preacutecis sans perte de pression eacuteleveacutee Certains appareils

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peuvent ecirctre acheteacutes deacutejagrave conditionneacutes avec des sondes de tempeacuterature en guise de laquo compteurs drsquoeacutenergie raquo Ils mesurent simultaneacutement les tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de lrsquoeau de retour ainsi que le deacutebit de lrsquoeau et calculent directement le flux drsquoeacutenergie en srsquoappuyant sur ces mesuresKamstrup Siemens Badger Meters Elster Metering ABB Meters et drsquoautres socieacuteteacutes offrent ce type drsquoappareils Les compteurs drsquoeacutenergie autonomes sont habituellement configureacutes avec certains dispositifs permettant de lire les diffeacuterents paramegravetres ainsi que les flux drsquoeacutenergie calculeacutes La plupart offre une fonction de stockage des donneacutees internes etou des sorties numeacuteriques pouvant ecirctre interfaceacutees avec des enregistreurs de donneacutees externes

97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne

La norme CSA P9 exige que le chauffage des locaux soit deacutefini en utilisant deux mesures (cocircteacute air et cocircteacute eau) avec une entente dans une toleacuterance acceptable pour la mise agrave lrsquoessai du systegraveme de chauffage de locaux agrave pleine capaciteacute constant Dans le cas des mesures agrave lrsquointerne entreprises par un fabricant dans le cadre drsquoun projet de deacuteveloppement de produit cibleacute lrsquoentente entre les mesures du cocircteacute air et du cocircteacute eau nrsquoest pas forceacutement requise On suggegravere aux fabricants de se concentrer sur les mesures qui ciblent la strateacutegie de controcircle ou de composant propre agrave lrsquoeacutetude Par exemple si des strateacutegies diffeacuterentes de temporisation du ventilateur ou laquo apregraves fonctionnement raquo sont eacutevalueacutees il est bien plus important de se concentrer sur les mesures du cocircteacute air que drsquoessayer drsquoatteindre un eacutequilibre entre le cocircteacute air et le cocircteacute eau Selon la quantiteacute drsquoeacutenergie laisseacutee dans le serpentin drsquoeau lorsque le ventilateur de soufflante srsquoarrecircte et drsquoautres pertes drsquoeacutenergie du systegraveme il est possible qursquoil nrsquoy ait pas drsquoeacutequilibre drsquoeacutenergie entre les mesures du cocircteacute air et les mesures du cocircteacute eau mecircme avec un instrument des mesures et des calculs laquo parfaits raquo

La norme CSA P9 exige une mesure du deacutebit drsquoair et des tempeacuteratures au moins toutes les cinq (5) secondes Dans le cas des essais agrave lrsquointerne cette freacutequence pourrait ecirctre assouplie pour certaines eacutetapes drsquoessai Par ailleurs une conformiteacute totale agrave la norme P9 suppose un controcircle preacutecis de la tempeacuterature de la salle drsquoessai ougrave se trouve le systegraveme combineacute en vue des essais ainsiqursquoun controcircle preacutecis de la tempeacuterature de lrsquoeau de la ville Dans le cas des essais de deacuteveloppement agrave lrsquointerne ces exigences peuvent eacutegalement ecirctre assouplies agrave condition que les tempeacuteratures ne varient pas trop pendant les essais Un espace commercial conditionneacute ayant une dimension raisonnable ferait lrsquoaffaire au moins pour les phases drsquoessai et de deacuteveloppement initiales

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40

Flue(combustionmeasurements)

SupplyAirtoSpaceHeatingPlenum

(optionalzonedampers)

ReturnAir

CityWater

TanklessWaterHeater

HotWaterSupplyfromWaterHeater

DHW

CoolWaterreturntoWaterheater

Temperaturemeasurementpoints

Fuelmeter

Flowmeter

Electricalmeteringnotshown

Circulator

98 Agencement des instruments

La figure 7 preacutesente un scheacutema simplifieacute permettant drsquoillustrer lrsquoagencement geacuteneacuteral des emplacements et des paramegravetres de mesure en vue de la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute de chauffe-eau instantaneacute agrave condensation Le deacutebit drsquoair qui traverse la conduite drsquoalimentation du systegraveme de traitement drsquoair sera surveilleacute en utilisant un deacutebitmegravetre agrave valeur moyenne et un manomegravetre (non illustreacute) tel que cela est deacutecrit agrave lrsquoarticle 73

T

T

T T

T T

Alimentation en eau chaude provenant du chauffe-eau

Conduit (mesures de combustion)

Eau chaude domestique

Systegraveme de mesure du combustible

Air dereprise

Retourde lrsquoeau froide vers lechauffe-eau

Chauffe-eau instantaneacute

Air drsquoalimentation achemineacute versle pleacutenum de chauffage(registres de zone facultatifs)

Eau municipale

Deacutebitmegravetre

T

(compteur eacutelectrique non illustreacute)

Points de mesure de la tempeacuterature Circulateur

Figure 8 Scheacutema de mesure simplifieacute applicable agrave la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute baseacute sur un chauffe-eau instantaneacute

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CanmetEacuteNERGIE CanmetEacuteNERGIE de Ressources naturelles Canada est un chef de file canadien dans le domaine de la recherche et deacuteveloppement en eacutenergie propre Les travaux de nos speacutecialistes portent sur lrsquoapprovisionnement drsquoeacutenergie propre agrave partir de combustibles fossiles et de sources renouvelables la gestion de lrsquoeacutenergie et les systegravemes de distribution ainsi que sur les technologies et processus avanceacutes pour les utilisations finales En veillant agrave ce que le Canada soit agrave la fine pointe des technologies sur lrsquoeacutenergie propre nous ameacuteliorons la qualiteacute de vie des Canadiens en creacuteant un avantage durable en matiegravere de ressources

Bureau central Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) 580 rue Booth 1 promenade Oil Patch 1 promenade Haanel 161 boulevard Lionel-Boulet Ottawa (Ontario) Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) Canada Canada Canada Canada K1A 0E4 T9G 1A8 K1A 1M1 J3X 1S6

  • Guide pour les fabricants drsquoappareils de chauffage combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessai conformeacutement agrave la norme CSA P9
    • Remerciements
    • 1 Reacutesumeacute
    • 2 Systegravemes agrave zones
    • Table des matiegraveres
    • Liste des tableaux et figures
    • 3 Contexte
      • 31 Objet
      • 32 Public cible
      • 33 Marcheacute
      • 34 Pratiques en vigueur dans lrsquoindustrie
      • 35 Expeacuterience en matiegravere drsquoeacutevaluation
      • 36 Deacutefi principal Utiliser des chauffe-eau pour chauffer des locaux de maniegravere eacuteconergeacutetique
      • 37 Approche par eacutetapes
        • 4 Charges de calcul ndash performances selon la norme CSA p9
          • 41 Facteur de performance thermique (FPT)
          • 42 Chauffage de lrsquoeau
          • 43 Chauffage des locaux
          • 44 Importance relative des charges de chauffage des locaux et de lrsquoeau
            • 5 Chauffage de lrsquoeau domestique
            • 6 Conception des systegravemes combineacutes
              • 61 Incidence des pondeacuterations de charge
                • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                • Reacuteduction des tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour
                  • 62 Strateacutegies de conception
                  • 63 Strateacutegie 1 Tempeacuterature drsquoeau constante
                    • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                    • Serpentin(s) de chauffage des locaux
                    • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                    • Illustration des performances selon la norme P9
                    • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                      • 64 Strateacutegie 2 Tempeacuterature drsquoeau variable
                        • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                        • Serpentin(s) de chauffage de locaux
                        • Conditions de chauffage de locaux en charge partielle
                        • Illustration des performances P9
                        • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                            • 7 Commandes
                              • Commandes indirectes baseacutees sur la tempeacuterature
                              • Commandes indirectes baseacutees sur le minuteur
                              • Controcircle direct
                              • Chauffe-eau -Mode de chauffage de lrsquoeau du robinet
                                • 8 Composants
                                  • 81 Systegraveme de traitement drsquoair
                                  • 82 Serpentins de chauffage de locaux
                                  • 83 Moteur de ventilateur
                                  • 84 Circulateurpompe
                                  • 85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)
                                  • 86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau
                                  • 87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes
                                    • 9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes
                                      • 91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz
                                      • 92 Enregistreur de donneacutees
                                      • 93 Deacutebit drsquoair
                                      • 94 Manomegravetres
                                      • 95 Tempeacuteratures
                                      • 96 Mesures du cocircteacute eau
                                      • 97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne
                                      • 98 Agencement des instruments
Page 17: Guide pour les fabricants d’appareils de chauffage ...€¦ · Le présent rapport explique comment la norme d’essai P.9 pondère le rendement dans différents modes de fonctionnement

systegravemes combineacutes offrant trois capaciteacutes de chauffage de locaux diffeacuterentes sont preacutesenteacutees dans le tableau 3

Tableau 2 Charges thermiques annuelles (kWhan) de la norme P9 applicables aux systegravemes combineacutes affichant des puissances nominales de chauffage des locaux de 5 10 et 15 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 5 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 10 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 15 kW

Chauffage des locaux Pleine charge

1 000 kWhan 2 000 kWhan 3 000 kWhan

Chauffage des locaux 40 de la charge

6 000 kWhan 12 000 kWhan 18 000 kWhan

Chauffage des locaux 15 de la charge

3 000 kWhan 6 000 kWhan 9 000 kWhan

Chauffage de lrsquoeau 4 400 kWhan 4 400 kWhan 4 400 kWhan

Total 14 400 kWhan 24 400 kWhan 34 400 kWhan

Tableau 3 Pondeacuterations de charge de la norme P9 pour des systegravemes combineacutes affichant des puissances nominales de chauffage des locaux de 5 10 et 15 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 5 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 10 kW

Capaciteacute de chauffage des locaux de 15 kW

Chauffage des locaux Pleine charge

7 8 9

Chauffage des locaux 40 de la charge

42 49 52

Chauffage des locaux 15 de la charge

21 25 26

Chauffage de lrsquoeau 31 18 13

Total 100 100 100

Ilest important de consulter ces donneacutees avec un certain reculet de comprendre les pondeacuterations relatives des reacutesultats drsquoessai sur le FPT annuel On remarque que

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lrsquoincidence des performances du systegraveme pendant lrsquoessaide chauffage des locaux avec 40 de puissance nominale de chauffage de locaux sur la cote annuelle est la plus importante (42 agrave 52 ) suivie par lrsquoincidence des performances avec 15 de puissance nominale de chauffage des locaux (21 agrave 26 ) Les pondeacuterations de ces reacutesultats drsquoessai augmentent encore plus agrave mesure que la puissance nominale de chauffage des locaux deacutepasse la plage illustreacutee dans le tableau 3

Des rapports inteacuteressants eacutemanant de constructeurs de maisons de lrsquoOntario indiquent qursquoon installe plus souvent des systegravemes combineacutes dans des reacutesidences dont les charges de chauffage nominales se situent entre 7 et 10 kW Selon les codes drsquoinstallation des systegravemes de chauffage et les guides de dimensionnement recommandeacute de lrsquoindustrie les systegravemes combineacutes ayant des capaciteacutes de chauffage nominales comprises entre 10 et 15 kW conviendraient parfaitement agrave ce type de reacutesidences Dans le cas des systegravemes combineacutes inclus dans cette plage de capaciteacute les reacutesultats drsquoessai de chauffage des locaux en charge partielle ont une pondeacuteration drsquoenviron 75 dans la cote de performance thermique annuelle

En commenccedilant par un local dont le rendement du composant de chauffage de lrsquoeau du systegraveme combineacute est deacutejagrave eacuteconergeacutetique (voir lrsquoarticle 11) cette pondeacuteration permet de savoir ougrave il faut deacuteployer le plus gros effort au moment de concevoir un systegraveme de chauffage combineacute haute performance

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5 Chauffage de lrsquoeau domestique

La premiegravere eacutetape agrave suivre pour concevoir un systegraveme combineacute haute performance consiste agrave seacutelectionner le chauffe-eau approprieacute Cette section a pour but drsquoaider les fabricants agrave deacutenicher rapidement les modegraveles potentiels

Parmi les caracteacuteristiques que devraient avoir les chauffe-eau agrave la demande figurent

bull la modulation ndash performances de chauffage de lrsquoeau efficaces sur toute la plage depuis les deacutebits drsquoeau nominaux minimaux jusqursquoaux deacutebits maximaux

ndash rapport de reacuteglage eacuteleveacute

ndash capaciteacute agrave fournir suffisamment drsquoeau chaude pour reacutepondre agrave des besoins en chauffage de lrsquoeau typiques

ndash capaciteacute agrave fonctionner avec des deacutebits drsquoeau chaude minimauxDe nombreux chauffe-eau agrave la demande actuellement sur le marcheacute peuvent selon le classement de leur fabricant ecirctre utiliseacutes avec des deacutebits drsquoeau chaude de 2 Lmin (05 gal USmin) ou moins Certains systegravemes neacutecessitent des deacutebits plus importants

bull performance en matiegravere de condensation ndash ilsrsquoagit des performances nominales de condensation sur toute la plage des charges et des allures de chauffe

ndash commandes geacuterant de faccedilon approprieacutee le rapport combustible-deacutebit drsquoair de maniegravere agrave maintenir le rendement de la combustion quelle que soit la charge

ndash paramegravetres de commande optimiseacutes par la charge qui permettent de deacuteterminer lrsquoimportance et les types de charges et de reacuteagir en conseacutequence avec de meilleurs paramegravetres de commande pour que le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair fonctionnent ensemble

ndash cycles courts avant et apregraves la purge permettant de reacuteduire au minimum les temps de reacuteponse et les pertes laquo par cycle raquo et de reacuteduire la consommation drsquoeacutelectriciteacute

ndash faible consommation en mode drsquoalimentation de secours

ndash ventilation directe des produits de combustion afin drsquoeacuteviter lrsquoeacutemanation de combustible et les risques de deacutepressurisation

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Pour acceacuteleacuterer le processus de seacutelection du chauffe-eau de base il sera plus facile de commencer par consulter les donneacutees que le fabricant peut deacutetenir (ou qursquoil peut facilement produire) concernant ses propres produits en mode de chauffage drsquoeau Lrsquoobjectif est de commencer avec un geacuteneacuterateur de chaleur qui preacutesente un rendement eacutenergeacutetique nominal de 90 ou plus sur une grande plage de fonctionnement

Si le chauffe-eau qursquoon envisage drsquoutiliser en tant que moteur thermique ou geacuteneacuterateur de chaleur pour un systegraveme de chauffage combineacute monobloc ne reacutepond pas aux exigences ci-dessus il est recommandeacute de reacuteviser attentivement son choix Dans certains cas il est possible de seacutelectionner diffeacuterents composants diffeacuterentes commandes ou diffeacuterents paramegravetres de commande pour surmonter les lacunes en matiegravere de rendement Les possibiliteacutes drsquoameacuteliorer de faccedilon appreacuteciable les performances de chauffage drsquoeau drsquoun chauffe-eau agrave la demande sans affecter son certificat de seacutecuriteacute sont limiteacutees Du coup le fait de seacutelectionner un chauffe-eau diffeacuterent plus rentable sur le plan eacutenergeacutetique peut constituer un choix plus opportun

La norme canadienne drsquoessai et drsquoeacutevaluation CSA P7 applicable aux chauffe-eau agrave la demande fait eacutetat drsquoune tempeacuterature drsquoeau drsquoarriveacutee courante de 144 degC (58 degF) et drsquoune tempeacuterature de sortie de 577 degC (135 degF) pour les essais et lrsquoeacutevaluation des performances nominales Le tableau 4 compare les caracteacuteristiques de rendement eacutenergeacutetique de deux chauffe-eau agrave la demande theacuteoriques avec les systegravemes fonctionnant agrave plusieurs deacutebits drsquoeau diffeacuterents en utilisant les mecircmes hypothegraveses de tempeacuteratures drsquoeau que la norme P7 Bien que les eacutevaluations de performance maximale du premier modegravele soient supeacuterieures agrave celles du second modegravele (avec des deacutebits drsquoeau de 114 et 76 Lmin) les performances de chauffage ameacutelioreacutees du second modegravele agrave des deacutebits drsquoeau infeacuterieurs en font un meilleur candidat pour jouer le rocircle drsquoun geacuteneacuterateur de chaleur dans un systegraveme combineacute du fait du pourcentage de temps eacuteleveacute pendant lrsquoanneacutee durant lequel un systegraveme combineacute fonctionne agrave de faibles charges pour assurer le chauffage des locaux

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Tableau 4 Comparaison des caracteacuteristiques de rendement eacutenergeacutetique de la norme P7 pour deux chauffe-eau theacuteoriques

Deacutebit (Lmin) Deacutebit (gal USmin) Exemple modegravele 1

Exemple modegravele 2

114 3 95 92

76 2 95 90

38 1 83 92

19 05 79 92

Recommandation Choix mal adapteacute dans le cas drsquoun systegraveme combineacute

Choix mieux adapteacute dans le cas drsquoun systegraveme combineacute

On constate que les valeurs de rendement eacutenergeacutetique pour la plage de deacutebits drsquoeau utiliseacutes agrave des fins de deacutemonstration dans le tableau 4 ne seraient pas interchangeables avec les facteurs eacutenergeacutetiques (FE) coteacutes pour les mecircmes chauffe-eau eacutetant donneacute que les conditions eacutenonceacutees dans le tableau 4 ne correspondent pas aux installations meacutethodes drsquoessais et charges de chauffage drsquoeau speacutecifieacutees dans la norme CSA P7 applicable aux chauffe-eau agrave la demande Les valeurs de rendement eacutenergeacutetique theacuteoriques du tableau 4 sont preacutesenteacutees simplement pour deacutemontrer que les performances de chauffage de lrsquoeau de certains types de chauffe-eau peuvent changer agrave mesure que le deacutebit (p ex la charge de chauffage de lrsquoeau) change Les changements de rendement eacutenergeacutetique du systegraveme de chauffage de lrsquoeau en fonction de la charge ne sont pas complegravetement pris en compte dans les eacutevaluations de performance FE normaliseacutees applicables aux chauffe-eau Afin drsquoeacuteviter toute confusion il est recommandeacute drsquoutiliser lrsquoexpression laquo Facteur eacutenergeacutetique raquo (ou FE) uniquement pour deacutesigner des cotes drsquoessais de chauffe-eau standard eacutelaboreacutees agrave partir drsquoessais et de calculs respectant scrupuleusement la norme drsquoeacutevaluation CSA P7 applicable aux chauffe-eau agrave la demande ou la norme CSA P3 applicable aux chauffe-eau agrave reacuteservoir de stockage reacutesidentiels

Apregraves avoir eacutetudieacute le rendement eacutenergeacutetique des geacuteneacuterateurs de chaleur potentiels sur toutes leurs plages de fonctionnement preacutevues dans le cadre drsquoun systegraveme combineacute il est possible de seacutelectionner de maniegravere aviseacutee un chauffe-eau adapteacute aux applications preacutevues Une fois cette eacutetape reacutealiseacutee le fabricant de systegravemes de chauffage combineacutes doit opter pour une strateacutegie de controcircle avant de seacutelectionner les autres composants du systegraveme

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6 Conception des systegravemes combineacutes

61 Incidence des pondeacuterations de charge

Conditions de chauffage des locaux en charge partielle Pour obtenir une excellente cote drsquoessai selon la norme CSA P9 il faut avant tout se concentrer sur le chauffage des locaux en charge partielle Le rendement en conditions de chauffage de locaux en charge partielle permettra de deacuteterminer 90 de la cote drsquoefficaciteacute de chauffage composite (ECC) Dans le cas drsquoun systegraveme de chauffage combineacute offrant une puissance de chauffage drsquoespace nominale de 10 kW 75 de la valeur FPT seront deacuteduits agrave partir des reacutesultats de lrsquoessai en charge partielle Dans le cas drsquoun systegraveme offrant une puissance de chauffage des locaux de 15 kW les reacutesultats des performances de chauffage des locaux en charge partielle repreacutesenteront presque 80 du facteur de performance thermique global

Reacuteduction des tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour Les chauffe-eau qui preacutesentent drsquoexcellentes cotes avec des tempeacuteratures basses de lrsquoeau drsquoalimentation du reacuteseau principalfonctionneront moins bien sila tempeacuterature drsquoarriveacutee augmente La preacutesence de tempeacuteratures drsquoeau de retour plus chaudes pendant le mode de chauffage des locaux contribuera agrave reacuteduire le rendement eacutenergeacutetique Le fait de reacutepondre aux demandes de chauffage des locaux en utilisant des paramegravetres de commande qui reacuteduisent au minimum les tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour en conditions de charge partielle peut contribuer agrave optimiser le rendement de combustion

62 Strateacutegies de conception

Un des plus gros avantages du chauffe-eau agrave la demande tient au fait que theacuteoriquement il peut geacuteneacuterer diffeacuterentes tempeacuteratures drsquoeau drsquoalimentation pour satisfaire les charges de chauffage de lrsquoeau et des locaux Il peut eacutegalement faire varier du tout au tout la tempeacuterature de lrsquoeau qursquoil fournit pour satisfaire diffeacuterentes charges de chauffage des locaux Cet aspect est essentiel pour continuer de fournir le mecircme chauffage de lrsquoeau agrave un rendement eacuteleveacute et produire un chauffage des locaux agrave charge partielle tregraves efficace

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Nous allons passer en revue deux concepts de systegravemes combineacutes

bull la strateacutegie 1 utilise une tempeacuterature drsquoeau constante pour toutes les charges

bull la strateacutegie 2 consiste agrave faire varier la tempeacuterature de lrsquoeau en fonction de la charge

La premiegravere strateacutegie est celle qui neacutecessite le moins de changement compareacute aux pratiques actuelles elle correspond souvent au premier reacuteflexe Elle est preacutesenteacutee icidans le but principalde mettre en lumiegravere certains deacutefis inheacuterents en matiegravere de performance

La deuxiegraveme strateacutegie repreacutesente une option bien plus rentable pour atteindre des niveaux de performance eacuteleveacutes tant sur le terrain que lors des essais exeacutecuteacutes conformeacutement agrave la norme CSA P9 Lrsquoexpeacuterience montre qursquoelle offre un niveau de performance eacuteleveacute agrave un coucirct moindre pour le fabricant

Le fait drsquoutiliser une pompe agrave vitesse variable dans le systegraveme de traitement de lrsquoair peut eacutegalement ameacuteliorer le rendement eacutenergeacutetique La strateacutegie 2 est axeacutee sur une tempeacuterature drsquoalimentation variable les chauffe-eau agrave la demande pouvant offrir cette fonction plus rapidement Il est peu courant de voir des pompes agrave vitesse variable dans les appareils de traitement de lrsquoair pour lrsquoinstant

Pour ces exemples

bull les deux types de systegravemes combineacutes seront preacutesenteacutes en utilisant le mecircme chauffe-eau agrave la demande agrave condensation et agrave modulation

bull les pondeacuterations de performance FPT applicables agrave un systegraveme combineacute preacutesentant une charge nominale de chauffage de locaux de 10 kW seront utiliseacutees agrave titre indicatif pour illustrer chacune de ces strateacutegies

63 Strateacutegie 1 Tempeacuterature drsquoeau constante

Ce systegraveme de chauffage combineacute respecte la regravegle eacutetablie et preacutevoit uniquement lrsquoutilisation de composants plus efficaces pour ameacuteliorer les performancesIlarrive qursquoil soit souvent consideacutereacute en premier lieu car les commandes peuvent rester telles quelles dans un systegraveme pour lequel un fabricant fournit le chauffe-eau agrave la demande tandis qursquoun autre fabricant fournit le systegraveme de traitement drsquoair

Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair Le chauffe-eau ne sait pas si une demande concerne un chauffage de lrsquoeau ou un chauffage de locaux Il deacutetecte une demande et fournit de lrsquoeau chaude agrave une tempeacuterature constante Pour satisfaire la charge de chauffage de pointe des locaux il est geacuteneacuteralement reacutegleacute agrave 60 degC (140 degF) Le systegraveme de traitement drsquoair ne contribue pas eacutenormeacutement agrave faire grimper la puissance de chauffage de locaux Il utilise geacuteneacuteralement

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un ou deux reacuteglages de vitesse de ventilateur soufflant Eacutetant donneacute que le fonctionnement prolongeacute drsquoun ventilateur apregraves qursquoune demande de chauffage a eacuteteacute satisfaite peut entraicircner des problegravemes de confort dus agrave des courants drsquoair froid le fonctionnement subseacutequent du ventilateur ne sera pas mis en œuvre ou sera mis en œuvre en utilisant uniquement des temps de fonctionnement courts Dans les deux sceacutenarios la chaleur sera retenue dans le serpentin et les conduites pour se dissiper par la suite pendant les peacuteriodes de deacutesactivation

Serpentin(s) de chauffage des locaux Si lrsquoon veut amplifier lrsquoefficaciteacute eacutenergeacutetique du systegraveme en mode de chauffage des locaux ilest impeacuteratif de reacuteduire au minimum les tempeacuteratures de lrsquoeau de retourDes serpentins laquo surdimensionneacutes raquo ont eacuteteacute conccedilus en vue drsquooptimiser la baisse de tempeacuterature dans lrsquoeacutechangeur de chaleur en conditions de chauffage des locaux

Conditions de chauffage des locaux en charge partielle Le systegraveme de traitement drsquoair se met en route et srsquoarrecircte pour srsquoadapter aux conditions de charge partielle ce qui a pour effet de deacuteclencher des demandes associeacutees sur le chauffe-eau

Illustration des performances selon la norme P9 Le tableau 5 donne un aperccedilu theacuteorique du type de performance que lrsquoon pourrait geacuteneacuteralement obtenir en utilisant une strateacutegie impliquant un point de consigne de tempeacuterature unique

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Tableau 5 Performances drsquoun systegraveme combineacute theacuteorique affichant une puissance de chauffage des locaux de 10 kW en utilisant une strateacutegie simple de commande de point de consigne de tempeacuterature drsquoeau unique (capaciteacute de chauffage des locaux compenseacutee par des cycles de marche-arrecirct)

Mode de fonctionne -ment

Pondeacuter-ation

Temp de lrsquoeau drsquoalimentati on (degF)

Temp de lrsquoeau de retour du reacuteseau principal (degF)

Deacutebit du systegraveme de traitement drsquoair (pi3min)

Mesure de la performance eacutenergeacutetique mode activeacute deacutesactiveacute ()

Contribution FPT

Chauffage des locaux 100

8 140 120 800 85 007

Chauffage des locaux 40

49 140 120 800 80 039

Chauffage des locaux 15

25 140 120 800 75 018

Chauffage de lrsquoeau

18 140 58 mdash 92 017

Total 100 081

Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables bull Performances globales Une cote de facteur de performance totale (FPT) de 092

placerait le systegraveme combineacute dans la plage des performances eacuteleveacutees

bull Performances en mode de chauffage de lrsquoeau Comme dans le cas du sceacutenario impliquant un point de consigne de tempeacuterature unique le systegraveme assure une condensation en mode de chauffage de lrsquoeau avec un FPCE de 92 Il serait possible drsquoameacuteliorer leacutegegraverement lrsquoefficaciteacute du systegraveme de chauffage de lrsquoeau si un point de consigne de tempeacuterature de lrsquoeau infeacuterieur agrave la valeur de 140 degF utiliseacutee dans le premier cas de figure eacutetait appliqueacute La norme P9 permet drsquoutiliser un point de consigne pouvant descendre jusqursquoagrave 120 degF dans le cas de lrsquoeau potable La tempeacuterature de consigne nrsquoa plus besoin drsquoecirctre la mecircme que celle requise pour une charge de chauffage de locaux maximale il est donc possible de la reacuteduire agrave la plage de 120 degF Pour simplifier la comparaison des deux systegravemes dans les tableaux 5 et 6 aucun point de consigne de systegraveme de chauffage drsquoeau potable reacuteduit nrsquoa pas eacuteteacute inclus dans le tableau 6

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bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge totale Dans ce mode le rendement eacutenergeacutetique est plus faible La tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation doit ecirctre au plus haut pour satisfaire la charge la tempeacuterature de lrsquoeau de retour sera donc elle aussiplus eacuteleveacutee dans ce modeComme le systegraveme fonctionnera rarement dans ce mode cette mauvaise performance ne repreacutesente qursquoune petite fraction de la pondeacuteration FPT

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge partielle Les tempeacuteratures drsquoalimentation du systegraveme de chauffage de lrsquoeau sont abaisseacutees progressivement pour satisfaire des demandes en charge partielle moindres Les tempeacuteratures peuvent ecirctre abaisseacutees bien en deccedilagrave du reacuteglage preacutevu pour le chauffage de lrsquoeau du robinet Cette condition se traduit par des tempeacuteratures drsquoeau de retour plus basses qursquoen conditions de charge totale Ces deux facteurs font que lrsquoefficaciteacute est plus importante en conditions de charge partielle qursquoen conditions de charge totale Le chauffe-eau fonctionnera en mode de condensation pour les deux points de charge de chauffage de locaux (40 et 15 )

bull Vitesse de ventilateur Eacutetant donneacute que la puissance de chauffage requise diminue la vitesse de ventilateur diminue aussiCela se traduit par un niveau sonore reacuteduit un fonctionnement du ventilateur plus long avec des cycles moins freacutequents et une reacuteduction importante de la consommation drsquoeacutenergie Cette condition peut aussi reacuteduire les plaintes lieacutees au confort le fonctionnement plus long agrave des deacutebits drsquoair reacuteduits ameacuteliorant la reacutepartition de lrsquoair chaud pendant les saisons intermeacutediaires

bull Controcircle de la tempeacuterature de lrsquoair inteacuterieur Le fait de moduler la puissance de chauffage en faisant varier la tempeacuterature de lrsquoeau et la vitesse du ventilateur peut se traduire par une tempeacuterature drsquoair inteacuterieur plus homogegravene avec des eacutecarts de tempeacuteratures moins grands au-dessus et au-dessous des points de consigne du thermostat Ce pheacutenomegravene pourrait inciter les proprieacutetaires de reacutesidence agrave augmenter le point de consigne de chauffage pour eacutetablir des conditions de confort acceptables

bull Incidences sur le zonage Le zonage sera plus compliqueacute avec un systegraveme affichant une puissance fixe et une vitesse de ventilateur unique

Ilest possible drsquoameacuteliorer la strateacutegie 1 en augmentant encore la dimension drsquoun serpentin deacutejagrave surdimensionneacute dans le systegraveme de traitement drsquoair Cette option implique toutefois des limites pratiques car des serpentins bien plus grands neacutecessiteront une plus grande quantiteacute de cuivre et un formage plus important et cela accentuera le coucirct total du systegraveme sans compter qursquoil faudra aussi preacutevoir des armoires plus grandes pour le systegraveme de traitement drsquoair De plus les pertes de chaleur par cycle augmenteront et il sera plus difficile drsquoobtenir des performances eacuteleveacutees en charge partielle Le fait drsquoappliquer la strateacutegie 1 agrave un systegraveme de chauffage combineacute agrave haute performance peut srsquoaveacuterer trop oneacutereux pour valoir le coup

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64 Strateacutegie 2 Tempeacuterature drsquoeau variable

Cette meacutethode est identique agrave celle appliqueacutee dans les appareils de chauffage agrave air chaud multieacutetage Le principe consiste agrave faire fonctionner le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair ensemble pour optimiser le rendement eacutenergeacutetique tout en reacuteduisant au minimum le coucirct et la complexiteacute des composants

Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair Cette strateacutegie consiste agrave exploiter avantageusement la capaciteacute inteacutegreacutee du chauffe-eau pour faire varier la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation La tempeacuterature du point de consigne du chauffe-eau varie en fonction de la charge de chauffage des locaux On utilise des reacuteglages de tempeacuterature drsquoeau drsquoalimentation faibles pour satisfaire aux conditions de chauffage des locaux en charge partielle On fait eacutegalement varier les vitesses du ventilateur du systegraveme de traitement drsquoair en srsquoappuyant sur un principe de controcircle de reacuteglage exteacuterieur ou de minuterie pour augmenter les paramegravetres Lorsqursquoune demande de chaleur a eacuteteacute satisfaite le ventilateur continue de fonctionner agrave des vitesses reacuteduites pour eacuteviter les problegravemes lieacutes aux courants froids et au bruit Du coup le serpentin et les conduites retiennent moins de chaleur et on deacuteplore moins de perte de chaleur par la suite compareacute au premier cas de figure Le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair doivent tous deux cerner la demande qursquoils sont censeacutes satisfaire Leurs commandes ne doivent pas pour autant ecirctre physiquement inteacutegreacutees drsquoune faccedilon ou drsquoune autre Cette strateacutegie de controcircle est traiteacutee plus en deacutetail agrave la section 40

Serpentin(s) de chauffage de locaux Pour simplifier la comparaison nous partirons du principe que des serpentins laquo surdimensionneacutes raquo similaires sont utiliseacutes comme dans le premier cas de figure de sorte que les performances du chauffage de pointe des locaux soient identiques dans les deux cas

Conditions de chauffage de locaux en charge partielle Le chauffe-eau relegraveve une demande de chauffage de locaux et se met en route en acheminant une eau drsquoalimentation agrave basse tempeacuterature au systegraveme de traitement drsquoair Si la demande de chauffage nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute le chauffe-eau augmente progressivement la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation Le systegraveme de traitement drsquoair surveille la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation et augmente progressivement la vitesse du ventilateur lorsque la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation est plus eacuteleveacutee

Illustration des performances P9 Le tableau 6 donne une preacutesentation theacuteorique du type de rendement que lrsquoon peut obtenir en appliquant une strateacutegie de controcircle simple mettant en œuvre des

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tempeacuteratures drsquoeau et des vitesses de ventilateur variables Les tempeacuteratures et les deacutebits drsquoair du ventilateur preacutesenteacutes dans le tableau 6 ont eacuteteacute choisis agrave titre indicatif uniquement Ils ne repreacutesentent pas des reacuteglages pleinement optimiseacutes applicables agrave un systegraveme de chauffage combineacute

Tableau 6 Performances drsquoun systegraveme de chauffage combineacute theacuteorique offrant une puissance de chauffage des locaux de 10 kW en utilisant une strateacutegie de controcircle de tempeacuteratures drsquoeau et de vitesses de ventilateur variables (variation de la capaciteacute de chauffage des locaux par modulation du deacutebit drsquoair et de la tempeacuterature de lrsquoeau)

Mode de fonctionne -ment

Pondeacuter-ation

Temp de lrsquoeau drsquoalimen-tation (degF)

Temp de lrsquoeau de retour du reacuteseau principal (degF)

Deacutebit du systegraveme de traitement drsquoair (pi3min)

Mesure de la performance eacutenergeacutetique mode activeacute deacutesactiveacute ()

Contribution FPT

Chauffage des locaux 100

8 140 120 800 85 007

Chauffage des locaux 40

49 110 102 600 92 045

Chauffage des locaux 15

25 90 87 500 94 023

Chauffage de lrsquoeau

18 140 58 --- 92 016

Total 100 092

Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables bull Performances globales Une cote de facteur de performance totale (FPT) de 092

placerait le systegraveme combineacute dans la plage des performances eacuteleveacutees

bull Performances en mode de chauffage de lrsquoeau Comme dans le cas du sceacutenario impliquant un point de consigne de tempeacuterature unique le systegraveme assure une condensation en mode de chauffage de lrsquoeau avec un FPCE de 92 Il serait possible drsquoameacuteliorer leacutegegraverement lrsquoefficaciteacute du systegraveme de chauffage de lrsquoeau si un point de consigne de tempeacuterature de lrsquoeau infeacuterieur agrave la valeur de 140 degF utiliseacutee dans le premier cas de figure eacutetait appliqueacute La norme P9 permet drsquoutiliser un point de

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consigne pouvant descendre jusqursquoagrave 120 degF dans le cas de lrsquoeau potable La tempeacuterature de consigne nrsquoa plus besoin drsquoecirctre la mecircme que celle requise pour une charge de chauffage de locaux maximale il est donc possible de la reacuteduire agrave la plage de 120 degF Pour simplifier la comparaison des deux systegravemes dans les tableaux 5 et 6 aucun point de consigne de systegraveme de chauffage drsquoeau potable reacuteduit nrsquoa pas eacuteteacute inclus dans le tableau 6

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge totale Dans ce mode le rendement eacutenergeacutetique est plus faible La tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation doit ecirctre au plus haut pour satisfaire la charge la tempeacuterature de lrsquoeau de retour sera donc elle aussi plus eacuteleveacutee dans ce mode Comme le systegraveme fonctionnera rarement dans ce mode cette mauvaise performance ne repreacutesente qursquoune petite fraction de la pondeacuteration FPT

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge partielle Les tempeacuteratures drsquoalimentation du systegraveme de chauffage de lrsquoeau sont abaisseacutees progressivement pour satisfaire des demandes en charge partielle moindres Les tempeacuteratures peuvent ecirctre abaisseacutees bien en deccedilagrave du reacuteglage preacutevu pour le chauffage de lrsquoeau du robinet Cette condition se traduit par des tempeacuteratures drsquoeau de retour plus basses qursquoen conditions de charge totale Ces deux facteurs font que lrsquoefficaciteacute est plus importante en conditions de charge partielle qursquoen conditions de charge totale Le chauffe-eau fonctionnera en mode de condensation pour les deux points de charge de chauffage de locaux (40 et 15 )

bull Vitesse de ventilateur Eacutetant donneacute que la puissance de chauffage requise diminue la vitesse de ventilateur diminue aussiCela se traduit par un niveau sonore reacuteduit un fonctionnement du ventilateur plus long avec des cycles moins freacutequents et une reacuteduction importante de la consommation drsquoeacutenergie Cette condition peut aussi reacuteduire les plaintes lieacutees au confort le fonctionnement plus long agrave des deacutebits drsquoair reacuteduits ameacuteliorant la reacutepartition de lrsquoair chaud pendant les saisons intermeacutediaires

bull Controcircle de la tempeacuterature de lrsquoair inteacuterieur Le fait de moduler la puissance de chauffage en faisant varier la tempeacuterature de lrsquoeau et la vitesse du ventilateur peut se traduire par une tempeacuterature drsquoair inteacuterieur plus homogegravene avec des eacutecarts de tempeacuteratures moins grands au-dessus et au-dessous des points de consigne du thermostat

La strateacutegie 2 (tempeacuterature drsquoeau variable) peut donner lieu agrave lrsquoeacutelaboration drsquoun systegraveme de chauffage combineacute efficace preacutesentant de bonnes performances lorsqursquoil est mis agrave lrsquoessai selon la norme CSA P9 et lorsqursquoil est installeacute dans une vraie reacutesidence Les niveaux de performance varieront en fonction des composants seacutelectionneacutes et des speacutecificiteacutes de lrsquoordonnancement des commandes

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7 Commandes

Les commandes geacuteneacuteriques exigeacutees pour mettre en œuvre la strateacutegie privileacutegieacutee impliquant une tempeacuterature variable quia eacuteteacute deacutecrite dans la derniegravere section peuvent srsquoaveacuterer relativement simples Quelques chauffe-eau agrave la demande proposent deacutejagrave des commandes de reacuteglage de tempeacuterature Les commandes de tempeacuterature des chauffe-eau agrave la demande types ne sont toutefois pas systeacutematiquement configureacutees pour offrir une fonction de reacuteglage de tempeacuterature baseacutee sur la charge Quasiment tous les chauffe-eau agrave la demande actuellement disponibles sont eacutequipeacutes pour accueillir des commandes de tempeacuterature inteacutegreacutees ou monteacutees agrave distance permettant agrave lrsquoutilisateur de reacutegler manuellement la tempeacuterature drsquoalimentation agrave partir du chauffe-eau

En principe il devrait ecirctre possible de concevoir un module drsquointerface de commande simple qui viendrait se brancher dans les fiches de connexion de la commande de tempeacuterature existante La nouvelle commande simulerait lrsquoaction du controcircleur de tempeacuterature standard reacutegleacute manuellement de maniegravere agrave offrir une fonction de reacuteinitialisation de tempeacuterature automatique du chauffe-eau Toutes les commandes de seacutecuriteacute resteraient fonctionnelles

Une strateacutegie de controcircle simple peut offrir des performances eacuteleveacutees Les facteurs cleacutes agrave prendre en compte sont les suivants

bull deacuteterminer si une demande tient compte des besoins en chauffage drsquoeau chaude domestique

bull en mode de chauffage des locaux uniquement utiliser une minuterie ou un controcircle de reacuteglage exteacuterieur (ou un capteur de charge infeacuterentielle similaire) pour faire augmenter progressivement la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation

bull preacutevoir un systegraveme de traitement drsquoair faisant varier le deacutebit drsquoair en fonction de la tempeacuterature de lrsquoeau qui arrive dans lrsquoappareil du deacutelai pendant lequel une demande de chauffage perdure ou drsquoun signal direct du capteur de commande de charge

Ilest inteacuteressant de souligner que le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair nrsquoont pas besoin de communiquer directement ni de posseacuteder des commandes communes pour mettre en œuvre certaines des strateacutegies de controcircle deacutecrites

Lorsque les commandes du systegraveme deacutetectent qursquoune demande de chauffage a eacuteteacute satisfaite le systegraveme de traitement drsquoair devrait continuer de fonctionner suffisamment longtemps pour extraire toute la chaleur reacutesiduelle du serpentin et la transfeacuterer vers le courant drsquoair Pour eacuteviter les problegravemes de confort thermique il est souhaitable de reacuteduire la vitesse du ventilateur pendant cette peacuteriode de temporisation de la

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ventilation Le fonctionnement continu du ventilateur avec un reacuteglage de vitesse faible offrira automatiquement cette fonctionnaliteacute sans neacutecessiter de quelconques commandes intelligentes Cette option aurait lrsquoavantage suppleacutementaire drsquoassurer une reacutepartition de la tempeacuterature uniforme agrave lrsquointeacuterieur de la reacutesidence Elle serait eacutegalement utile pour reacutepartir lrsquoair frais si le systegraveme combineacute est installeacute avec un ventilateur-reacutecupeacuterateur de chaleur (VRC) ou un autre type de systegraveme de ventilation

Des commandes soigneusement conccedilues contribueront en bout de ligne agrave assurer ou reacutetablir lrsquoefficaciteacute du systegraveme combineacute Les commandes devraient ecirctre en mesure de deacuteterminer srsquoil y a une demande de chauffage des locaux ou de chauffage de lrsquoeau ou une demande concernant les deux modes Les commandes devront deacuteterminer lrsquoamplitude de chaque charge et reacutepondre de maniegravere approprieacutee en faisant varier certains paramegravetres agrave la fois pour le systegraveme de chauffage des locaux (systegraveme de traitement drsquoair par exemple) et pour le geacuteneacuterateur de chaleur (notamment si la source de chauffage est un chauffe-eau agrave la demande) En cas de demande de chauffage drsquoeau eacuteleveacutee il se peut qursquoune solution de commande prioritaire drsquoeau chaude domestique constitue la meilleure option Les commandes peuvent deacuteduire lrsquoamplitude des charges de chauffage des locaux au moyen de divers meacutecanismes y compris en surveillant les cycles de fonctionnement du thermostat et de signaux drsquoentreacutes directs transmis par une commande de charge infeacuterentielle telle qursquoune commande de reacuteglage exteacuterieur

La figure 3 preacutesente un algorithme simplifieacute de commandes geacuteneacuteriques pour la section chauffe-eau drsquoun systegraveme combineacute utilisant quatre eacutetapes de reacuteglage de tempeacuterature drsquoeau pour le chauffage des locaux et une seule pour le chauffage de lrsquoeau

La logique de commande illustreacutee agrave la figure 3 constitue uniquement un exemple de strateacutegie de controcircle rudimentaire qui pourrait ecirctre utiliseacutee pour assurer des performances eacuteleveacutees dans des modes de chauffage de locaux sans neacutecessiter lrsquoutilisation de composants oneacutereuxLrsquoalgorithme de commande pourrait ecirctre ameacutelioreacute si le controcircleur avait lrsquointelligence neacutecessaire pour lui permettre drsquoassimiler les eacutetapes de chauffage requises en surveillant la dureacutee des demandes de chauffage des locaux sur plusieurs cycles de chauffage reacutecents

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e

Mode drsquoattente Chauffe-eauagrave la demande en attente de signal

Demande de chauffage (lrsquoeaucircule dans le chauffe-eau)

Demandedrsquoeauchaude

domestique

Activationdu chauffagede lrsquoeacutetape 1 THERM90 ordmF Ventilateur Vitesse 1 Deacuteclencherle minuteursur 5 min

Demandesatisfaite avantlrsquoexpiration

du deacutelaiduminuteur

Oui

Oui

No

Reacuteglage du THERM sur le point de consigne de lrsquoeau chaude domestique THERM = 140 degF Couperlecirculateurde chauffagedelocaux (facultatif) Attendre lafin de la demande drsquoeau chaude domestique

Demande de

chauffage satisfait

Non

Oui

Activation du chauffage de lrsquoeacutetape 2 THERM = 105 degF Ventilateur Vitesse 2 Deacuteclencher le minuteur sur3 min

Activation du chauffage de lrsquoeacutetape 3 THERM = 120 degF Ventilateur Vitesse 3 Deacuteclencher le minuteur sur3 min

Activation du chauffage MAX THERM = 140 degF Ventilateur Vitesse 4 Mettrefin agravelademande de chauffage

Figure 3 Logique de lrsquoalgorithme simplifieacute de commande de chauffe-eau pour unsceacutenario de chauffage en quatre eacutetapes

Voici trois options de commande de vitesse de ventilateur de systegraveme de traitement drsquoair associeacutees agrave la meacutethode de chauffage drsquoeau illustreacutee agrave la figure 3

Commandes indirectes baseacutees sur la tempeacuteratureRaccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont bien distinctes les unes des autres mais elles fonctionnement de maniegravere compleacutementaire

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Principe de fonctionnement Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetecte la tempeacuterature de lrsquoeau chaude drsquoadmissionPlus la tempeacuterature de lrsquoeau est eacuteleveacutee plus les commandes du systegraveme de traitement drsquoair augmentent le deacutebit drsquoair

Discussion Les commandes du chauffe-eau augmentent la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque la demande nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetecte la tempeacuterature plus eacuteleveacutee et fait circuler plus drsquoair dans les serpentins pour lrsquoutiliser

Aspect meacutecanique Un puits de tempeacuterature est installeacute dans la conduite drsquoeau drsquoalimentation drsquoarriveacutee agrave lrsquointeacuterieur du systegraveme de traitement drsquoairLe reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur serait ajusteacute en installant un module de commande de systegraveme de traitement drsquoair qui mesure la tempeacuterature de lrsquoeau achemineacutee au systegraveme de traitement drsquoair depuis le chauffe-eau pendant une demande de chauffage de locaux transmise au systegraveme de traitement drsquoair La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signal de commande transmis au panneau de controcircle du systegraveme de traitement drsquoair par le thermostat du systegraveme de CVCA

Commandes indirectes baseacutees sur le minuteur Raccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont bien distinctes les unes des autres mais elles fonctionnement de maniegravere compleacutementaire

Principe de fonctionnement Le deacutebit drsquoair du systegraveme de traitement drsquoair varie en fonction de la dureacutee de la demande de chauffage afin de coiumlncider avec les minutages de commande de tempeacuterature indiqueacutes agrave la figure 3

Discussion Les commandes du chauffe-eau augmentent la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque la demande nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetermine la dureacutee de la demande de chauffage et fait circuler plus drsquoair dans les serpentins afin de se conformer aux eacutetapes de tempeacuterature programmeacutees

Aspect meacutecanique Le reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur serait ajusteacute en installant un module de commande de systegraveme de traitement drsquoair qui reacutegule le deacutebit drsquoair en fonction de la dureacutee de la demande de chauffage La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signalde commande transmis au panneau de controcircle du systegraveme de traitement drsquoair par le thermostat du systegraveme de CVCA

Controcircle direct Raccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont toutes deux controcircleacutees au moyen drsquoun nouveau controcircleur combineacute inteacutegreacute posseacutedant une interface directe avec le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair

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Principe de fonctionnement Le nouveau controcircleur fait varier le deacutebit drsquoair du systegraveme de traitement drsquoair et la tempeacuterature de lrsquoeau de maniegravere agrave optimiser le rendement du chauffage

Discussion Cette strateacutegie de controcircle direct suppose le deacuteveloppement drsquoun nouveau composant de commande Le controcircleur peut utiliser des reacuteglages de fonctionnement plus sophistiqueacutes afin drsquoameacuteliorer le rendement dans tous les modes de fonctionnement

Aspect meacutecanique Le reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur et la tempeacuterature de lrsquoeau achemineacutee au systegraveme de traitement drsquoair seraient directement controcircleacutes par un nouveau controcircleur combineacute inteacutegreacute La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signal de commande transmis au controcircleur par le thermostat du systegraveme de CVCA

Chauffe-eau - Mode de chauffage de lrsquoeau du robinet Les algorithmes de chauffage de lrsquoeau du robinet ne changent pas par rapport agrave ceux du module de commande standard La seule diffeacuterence reacuteside dans le fait que le chauffe-eau utilise un contacteur de deacutebit ou un deacutebitmegravetre pour repeacuterer un tirage drsquoeau chaude (ou une arriveacutee drsquoeau froide) et comprendre qursquoune demande de chauffage drsquoeau a eacuteteacute faite Si une demande de chauffage de locaux intervient simultaneacutement le chauffe-eau pourrait honorer les deux demandes en tenant compte du reacuteglage de tempeacuterature de sortie requise de lrsquoeau du robinet Une autre option consisterait agrave prendre en compte par deacutefaut le reacuteglage du mode de chauffage de lrsquoeau Un mode de controcircle plus sophistiqueacute pourrait potentiellement temporiser le chauffage des locaux lorsque cela srsquoavegravere neacutecessaire pour reacutepondre agrave des demandes de chauffage drsquoeau eacuteleveacutees ou pour activer la distribution de chauffage des locaux en utilisant des reacuteglages de tempeacuterature optimiseacutes Ce cas de figure est illustreacute agrave la figure 4

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8 Composants

Pour bien fonctionner les systegravemes de chauffage combineacutes doivent ecirctre doteacutes de composants haute performance que ce soit dans une configuration dite laquo installeacutee raquo ou dans une configuration drsquoessai selon la norme CSA P9 La preacutesente section a pour objectif drsquoaider les fabricants de chauffe-eau agrave la demande

bull agrave concevoir leur propre systegraveme de traitement drsquoair

bull agrave eacutetablir un partenariat avec un autre fabricant qui fournirait un systegraveme de traitement drsquoair pour leur systegraveme apregraves avoir deacutetermineacute

ndash les composants requis

ndash la mesure dans laquelle un modegravele de systegraveme de traitement drsquoair existant aurait besoin drsquoecirctre affineacute pour reacutepondre agrave leurs besoins

bull agrave eacutetablir les modifications qursquoil faut apporter au systegraveme monobloc dans son ensemble pour ameacuteliorer les performances

81 Systegraveme de traitement drsquoair

Le systegraveme de traitement drsquoair doit inclure les composants neacutecessaires pour fournir de la chaleur et faire circuler de lrsquoair Les eacuteleacutements agrave prendre en compte sont des serpentins de chauffage de locaux un moteur de ventilateur une pompe et un puits de tempeacuterature Ces eacuteleacutements sont deacutecrits plus en deacutetail ci-dessous

82 Serpentins de chauffage de locaux

Les serpentins de chauffage de locaux doivent ecirctre dimensionneacutes de maniegravere approprieacutee pour que le chauffage des locaux puisse avoir lieu avec une tempeacuterature drsquoalimentation suffisamment basse et une baisse de tempeacuterature de lrsquoeau suffisante pour favoriser la condensation dans le geacuteneacuterateur de chaleur lorsque le systegraveme fonctionne en conditions de charge partielle (et ideacutealement en conditions de pleine charge eacutegalement)

Geacuteneacuteralement les serpentins quiextraient la chaleur de lrsquoeau sont conccedilus et choisis en tenant compte drsquoune baisse de tempeacuterature de lrsquoeau drsquoenviron 11 degC (20 degF) le long des serpentins aux conditions de chauffage nominales La seacutelection preacutealable du serpentin peut ecirctre faite en utilisant un logiciel deacutejagrave proposeacute par divers fabricants de serpentins Dans la plupart des cas le modegravele logiciel calcule la puissance de chauffage drsquoun

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serpentin de chauffage agrave eau chaude en se fondant sur la mesure des performances du conditionnement drsquoair pour des serpentins ayant une construction et des geacuteomeacutetries similaires Du coup la puissance de chauffage reacuteelle pour une condition nominale donneacutee peut diffeacuterer leacutegegraverement de celle preacutedite par le logiciel

Ilest recommandeacute de veacuterifier la performance reacuteelle du serpentin choisi (puissance de chauffage baisse de la tempeacuterature de lrsquoeau baisse de la pression statique sur le cocircteacute air et eau) en effectuant des essais internes Lorsque cette eacutetape a eacuteteacute exeacutecuteacutee le modegravele logiciel peut fournir une aide preacutecieuse pour seacutelectionner le serpentin et devrait proposer des indications plutocirct fiables concernant les changements de performance du serpentin aux diffeacuterentes conditions projeteacutees Les informations ainsi collecteacutees devraient ecirctre utiles pour concevoir et affiner des reacuteglages et des strateacutegies de controcircle plus eacutevolueacutes en vue drsquooptimiser le rendement du systegraveme en conditions de chauffage en charge partielle

Voici les eacuteleacutements agrave prendre en compte

Diamegravetre du serpentin drsquoeau et nombre de spires ndash Un grand diamegravetre de canalisation reacuteduira au minimum la baisse de pression de lrsquoeau ainsi que lrsquoeacutenergie utiliseacutee par le systegraveme de circulation drsquoeau Un petit diamegravetre de canalisation permettra drsquoopter pour un serpentin moins oneacutereux eacutetant donneacute qursquoil faudra moins de cuivre dans le serpentin Cependant des petits tubes neacutecessiteront une eacutenergie de pompage supeacuterieure et feront augmenter les pheacutenomegravenes drsquousure et drsquoeacuterosion des tubes si une puissance de pompe suffisante est appliqueacutee pour offrir le deacutebit drsquoeau nominal Concregravetement le fait drsquoutiliser un serpentin avec des tubes trop petits reacuteduira la puissance de chauffage fournie par le serpentin En effet le fabricant utilisera vraisemblablement le mecircme circulateur standard quel que soit le serpentin retenu Les TECA hydronic and combo guideline (Directives sur les systegravemes hydroniques et combineacutes de la TECA)1

(article 814) preacutecisent que le deacutebit de lrsquoeau qui traverse le systegraveme de chauffage ne doit pas deacutepasser quatre (4) pieds par seconde

Nombre drsquoailettes par pouce ndash Plus le nombre drsquoailettes par pouce est eacuteleveacute plus la surface de transmission de chaleur et la puissance de chauffage augmentent cela creacutee cependant une baisse de pression supeacuterieure sur le cocircteacute air du serpentin Un certain degreacute de perte de pression dans le serpentin est utile pour assurer un deacutebit drsquoair homogegravene dans le serpentin notamment dans une configuration de laquo purge raquo qui est couramment utiliseacutee dans les ventilo-convecteurs combineacutes servant au chauffage des locauxLes speacutecifications des serpentins de chauffage peuvent faire eacutetat drsquoun nombre drsquoailettes variant de 6 ailettes par pouce agrave 14 ailettes par pouce Les serpentins de chauffage hydronique standard comportent 12 ou 14 ailettes par pouce Les serpentins doteacutes drsquoun grand nombre drsquoailettes sont plus facilement encrasseacutes par de la poussiegravere

1 Thermal Environmental Comfort Association (TECA) Surrey (C-B) Hydronic amp Combo Guidelines for the Design and Installation of Hot Water Heating Systems and Combination Hot Water amp Space Heating Systems 8th Edition August 2009 (Directives concernant les systegravemes hydroniques et combineacutes conception et installation de systegravemes de chauffage drsquoeau chaude et de systegravemes combineacutes de chauffage drsquoeau chaude et de locaux 8e eacutedition aoucirct 2009) [wwwtecaca]

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ou des deacutebris Selon les reacutesultats du logiciel de modeacutelisation du serpentin la preacutesence de 12 ailettes ou mecircme 14 semble ecirctre un choix raisonnable pour un serpentin de chauffage de locaux haute performance agrave condition que le serpentin soit choisi avec une surface suffisamment importante pour maintenir la vitesse frontale de lrsquoair faible agrave la puissance de chauffage theacuteorique

Figure 5 Exemple de serpentin de chauffage de locaux laquo surdimensionneacute raquo utiliseacute dans une application de systegraveme de traitement drsquoair hydronique

83 Moteur de ventilateur

Le systegraveme de traitement drsquoair devrait utiliser un moteur de ventilateur agrave commutation eacutelectronique (MCE) et ecirctre exploiteacute en utilisant un systegraveme de controcircle agrave vitesse multiple ou agrave vitesse variable Cette option permettrait de moduler le deacutebit drsquoair et la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque le systegraveme fonctionne agrave une puissance infeacuterieure agrave sa puissance de chauffage nominale maximaleLa capaciteacute agrave utiliser un mode de circulation continu agrave faible puissance et faible vitesse serait particuliegraverement utile en cas de fonctionnement aux points de consigne de 15 et 40 pour lesquels il est primordial de collecter et de distribuer toute la chaleur reacutesiduelle des serpentins de chauffage la norme P9 tenant compte uniquement de la chaleur qui est reacuteellement transfeacutereacutee dans le courant drsquoair

La modulation du deacutebit drsquoair et de la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation permettra drsquoobtenir des tempeacuteratures drsquoair distribueacute confortables ainsi que des performances de chauffage eacuteleveacutees

Un MCE doteacute drsquoune programmation de deacutebit drsquoair constant surclassera vraisemblablement un MCE qui utilise une programmation de couple constant car le

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systegraveme compensera au moins partiellement les diffeacuterences entre les pressions statiques nominales et les pressions statiques reacuteellement eacutetablies Cette solution peut srsquoaveacuterer indispensable pour srsquoassurer que les performances de la combustion dans des conditions reacuteelles variables correspondent aux performances obtenues lors drsquoessais dans le laboratoire

Une programmation de deacutebit drsquoair constant sera probablement essentielle pour obtenir des performances acceptables dans le cas drsquoun systegraveme combineacute reacuteparti

84 Circulateurpompe

Ilest important de choisir le bon circulateur pour acheminer le deacutebit approprieacute en fonction de la pression statique eacutetablie qui sera en vigueur Les pertes de pression dans les diffeacuterents chauffe-eau agrave la demande varient Le fait drsquoutiliser un circulateur qui fournit un deacutebit trop important se traduira par une petite baisse de tempeacuterature dans le circuit drsquoeau qui traverse le serpentin et par une tempeacuterature drsquoeau de retour eacuteleveacutee vers le chauffe-eau Un deacutebit trop faible entraicircne des capaciteacutes de chauffage faibles Des circulateurs hydroniques sont offerts avec trois vitesses seacutelectionnables et des deacutebits de pompe nominaux Par contre les moteurs utiliseacutes dans les circulateurs types agrave plusieurs vitesses ne sont pas aussi efficaces que les moteurs agrave CE Des circulateurs agrave vitesse variable eacutequipeacutes de moteurs agrave CE font leur apparition sur le marcheacute mais ils ne sont pas encore couramment utiliseacutes dans les applications combineacutees

Ideacutealement les pompes de circulation des systegravemes combineacutes eacutevolueacutes devraient consister en un concept agrave modulation agrave vitesse variable capable drsquoameacuteliorer le rendement et de compenser les diffeacuterentes configurations de canalisation Ce type de concept est deacutejagrave disponible et pourrait ecirctre mis en œuvre degraves maintenant il pourrait aussi ecirctre mis de cocircteacute jusqursquoagrave ce que la prochaine geacuteneacuteration de systegravemes de chauffage combineacutes eacutevolueacutes soit mise au point Les premiers reacutesultats drsquoessais en laboratoire ont montreacute qursquoil est possible drsquoobtenir de bonnes performances conformes agrave la norme CSA P9 sans utiliser des pompes de circulation agrave vitesse variable et des commandes auxiliaires coucircteuses Agrave lrsquoavenir agrave mesure que le coucirct des circulateurs agrave vitesse variable doteacutes de moteurs agrave CE baissera et que les commandes inteacutegreacutees seront mieux accepteacutees leur utilisation dans des applications de chauffage combineacute sera plus rentable

85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)

Si lrsquoon conccediloit le reacuteseau de plomberie de maniegravere agrave pouvoir y installer des bouchons de controcircle de tempeacuterature drsquoeau et de pression les essais internes et les mesures de mise en service seront simplifieacutes De plus il sera plus facile de purger lrsquoair des circuits

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hydroniques Il est possible drsquoutiliser des sondes de tempeacuteratures monteacutees agrave lrsquoexteacuterieur pour effectuer les mesures de mise en service sur le terrain si des sections de conduites de cuivre ameacutenageacutees dans des endroits strateacutegiques sont prises en compte lors de la conception

86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau

Certains chauffe-eau agrave la demande de type chaudiegravere possegravedent des points de consignes et des algorithmes de controcircle distincts pour le chauffage des locaux et celui de lrsquoeau Drsquoautres ont besoin de savoir si la charge concerne le chauffage des locaux ou celui de lrsquoeau potable Dans ce cas on peut utiliser divers capteurs et surveiller eacutegalement les signaux transmis par un deacutebitmegravetre drsquoeau installeacute dans le reacuteseau drsquoeau potable ou un deacutebitmegravetre installeacute dans le circuit de chauffage des locaux Bon nombre de chauffe-eau agrave la demande utilisent de tels capteurs dans leurs circuits de commande de brucircleur afin de faire coiumlncider les allures de chauffe avec les chargesDans les applications combineacutees lrsquoutilisation de commandes capables de diffeacuterencier les charges deacutepend de la logique de controcircle prioritaire de demande drsquoeau chaude domestique

87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes

Les canalisations drsquoeau ameacutenageacutees entre le geacuteneacuterateur de chaleur et le systegraveme combineacute devraient ecirctre dimensionneacutees de maniegravere agrave eacuteviter des baisses de pression excessives

Toutes les canalisations en cuivre exteacuterieures doivent ecirctre isoleacutees conformeacutement aux pratiques de lrsquoindustrie Il se peut que les avantages lieacutes agrave lrsquoisolation des canalisations drsquointerraccordement ne soient pas tregraves importants si les sections de conduites sont courtes et si elles contiennent des tuyaux en polyeacutethylegravene reacuteticuleacute ou un type de conduite similaire preacutesentant moins de perte de chaleur que les conduites en cuivre

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9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes

La preacutesente section contient des directives et certaines observations agrave lrsquointention des fabricants de systegravemes de chauffage combineacutes dans le but drsquoaider ces derniers agrave mettre agrave lrsquoessai leurs systegravemes agrave lrsquointerne Lrsquoexeacutecution drsquoessais agrave lrsquointerne en utilisant un montage simplifieacute permettra aux fabricants de mieux cerner les performances de leurs concepts et commandes prototypes lorsqursquoils sont mis agrave lrsquoessai dans une installation indeacutependante conformeacutement agrave la norme CSA P9 (P10 pour les fabricants de SMI) Les essais en question ne doivent pas forceacutement ecirctre conccedilus pour geacuteneacuterer des reacutesultats de performance preacutecis agrave 100 mais ils sont consideacutereacutes comme indispensables pour le deacuteveloppement et le cycle drsquooptimisation du produit les avantages drsquoun concept et drsquoun fonctionnement de systegraveme ameacutelioreacutes pouvant rapidement sauter aux yeux lorsque lrsquoon compare les reacutesultats des essais reacutealiseacutes laquo avant raquo et laquo apregraves raquo

En geacuteneacuteral il nrsquoest pas rentable de payer un laboratoire drsquoessais indeacutependant pour proceacuteder agrave la premiegravere eacutevaluation drsquoun systegraveme de chauffage combineacute complet Les coucircts lieacutes au laboratoire et les deacutefis lieacutes aux ingeacutenieurs concepteurs qui prescrivent des reacuteglages lorsqursquoils ne sont pas sur place rendent cette option probleacutematique Des essais simplifieacutes reacutealiseacutes dans les propres locaux du fabricant permettent de srsquoassurer que les reacutesultats sont dans la plage approprieacutee degraves le deacutebut

Un scheacutema de montage drsquoessai suggeacutereacute utilisable pour effectuer des mesures conformeacutement agrave la norme CSA P9 est preacutesenteacute dans cette norme La figure 6 ci-dessous illustre une version simplifieacutee de ce scheacutema

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de la piegravece

combineacutes

Appareilsdeconditionnement

Eacutevents pour produits de combustion Appareils de

conditionnement de la piegravece

Salle drsquoessai

Isolant

Meacutelangeur

Approvisionnement en eau

Eacutevents pour air de combustion Conduite drsquoalimentation en combustible

Uniteacute drsquoessai des

systegravemes

Thermocouples Porte Fenecirctre

Mesure de la tempeacuterature et du deacutebit de lrsquoeau

Conduite drsquoair de retour

Thermocouples

Mesure de la tempeacuterature et de lrsquohumiditeacute de lrsquoair

Air drsquoappoint

Mesure du deacutebit drsquoair

Figure 6 Scheacutema simplifieacute illustrant le montage utiliseacute pour exeacutecuter les essais conformeacutement agrave la norme P9 (composants individuels du systegraveme combineacute non illustreacutes)

Le scheacutema preacutesente un dispositif de mesure de lrsquoenthalpie de lrsquoair dans un tunnel baseacute Vsur la norme ASHRAE 37 Lrsquoappareil de mesure de lrsquoair illustreacute sur la figure de la norme utilise un ajutage et un ventilateur drsquoeacutequilibrage pour pouvoir appliquer une technique de mesure du deacutebit drsquoair neacutecessitant une pression diffeacuterentielle eacuteleveacutee (entre 1 et 4 pouces drsquoeau) dans lrsquoajutage Lorsqursquoil est utiliseacute avec des manomegravetres preacutecis cet appareil offre une preacutecision de mesure eacuteleveacutee de lrsquoordre de 1 agrave 2 du deacutebit drsquoair et il geacutenegravere un deacutebit drsquoair bien meacutelangeacute qui permet de mesurer avec preacutecision la tempeacuterature du deacutebit de lrsquoair drsquoalimentation

La norme P9 preacutecise que lrsquoajutage inteacutegreacute agrave lrsquoappareil de mesure de lrsquoenthalpie de lrsquoair en tunnel constitue une meacutethode acceptable pour mesurer le deacutebit drsquoair tout en approuvant expresseacutement (article 36) lrsquoapplication drsquoautres processus de mesure du deacutebit drsquoair agrave condition que les limites de preacutecision mentionneacutees dans la norme soient satisfaites Ceci donne la possibiliteacute drsquoutiliser une technique de mesure du deacutebit drsquoair plus directe ne neacutecessitant pas lrsquoutilisation drsquoun appareil comportant un ventilateur drsquoeacutequilibrage Dans certains cas lrsquoutilisation drsquoune chambre de mesure de deacutebit avec un ventilateur drsquoeacutequilibrage pour reacutegler la pression statique de la conduite drsquoair drsquoalimentation a impliqueacute des problegravemes de stabiliteacute avec des moteurs agrave CE qui ont eacuteteacute

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programmeacutes pour un deacutebit drsquoair constant il est donc avantageux drsquoeacuteviter les ventilateurs drsquoeacutequilibrage

91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz

De nombreux fabricants concevant des systegravemes combineacutes eacutevolueacutes integravegreront des instruments conccedilus pour mesurer la consommation drsquoeacutenergie eacutelectrique la consommation du combustible les performances de combustion la tempeacuterature et la pression (pression du collecteur de gaz pression statique des conduites etc) Si de tels eacutequipements de mesure ne sont pas offerts ilest recommandeacute de les preacutevoirLes compteurs de facturation des compagnies de gaz et drsquoeacutelectriciteacute devraient offrir une preacutecision et une reacutesolution suffisantes pour les essais de deacuteveloppement du produit

92 Enregistreur de donneacutees

Les fabricants devront eacutegalement avoir accegraves agrave un systegraveme drsquoenregistrement de donneacutees dans le cadre de leur travail Il est conseilleacute de preacutevoir un enregistreur qui offre une preacutecision et un nombre de canaux de mesures suffisants pour les tacircches agrave accomplir On estime qursquoil faudra environ huit (8) canaux pour mesurer la tempeacuterature plus quelques canaux analogiques ou numeacuteriques pour prendre en compte les donneacutees des deacutebitmegravetres des transducteurs de pression etc (analogiques ou numeacuteriques selon lrsquoinstrument de mesure seacutelectionneacute) De nombreux fournisseurs proposent un large eacuteventail drsquoenregistreurs de donneacutees Campbell Scientific Fluke Instruments Omega et Measurement Computing (personal DAQ) figurent parmi les fabricants qui proposent des enregistreurs de donneacutees de petite eacutechelle pouvant ecirctre pris en compte Il est recommandeacute de se pencher sur lrsquoassistant logiciel de lrsquoenregistreur de donneacutees seacutelectionneacute au moment drsquoeacutevaluer lrsquoeacutequipement Si le fabricant ne souhaite pas investir dans un enregistreur de donneacutees la location demeure une option mecircme si les eacuteconomies preacutevues dans le cas drsquoune location agrave court terme semblent ecirctre faibles

93 Deacutebit drsquoair

Pour mesurer le deacutebit drsquoair pendant les essais agrave lrsquointerne il est recommandeacute drsquoutiliser une grille de deacutebit drsquoair avec eacutetablissement de moyenne installeacutee dans la conduite drsquoair drsquoalimentation en conjonction avec un manomegravetre diffeacuterentiel de preacutecision De nombreux fournisseurs proposent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans un large eacuteventail de tailles et ces deacutebitmegravetres sont relativement peu chers car ils sont souvent utiliseacutes dans des systegravemes commerciaux de chauffage et de refroidissement agrave deacutebit drsquoair variable Si lrsquoon fait une recherche dans Google en utilisant le segment laquo deacutebitmegravetres drsquoair raquo on trouve plusieurs fournisseurs et liens permettant

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drsquoobtenir de plus amples informations sur le sujet Nailor Industries Inc et Dwyer Instruments sont deux socieacuteteacutes quioffrent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans une grande varieacuteteacute de tailles de conduites

94 Manomegravetres

On trouve eacutegalement de nombreux manomegravetres diffeacuterentiels sur le marcheacute dont les modegraveles varient des manomegravetres agrave tube inclineacute aux transducteurs numeacuteriques de preacutecision Il est important de bien faire correspondre la plage de mesure du transducteur ou du manomegravetre avec la pression fournie par le deacutebitmegravetre sur la plage de deacutebits drsquoair preacutevue Dans le cas des transducteurs numeacuteriques des instruments capacitifs sont reacuteputeacutes bien fonctionner dans la plage de pression diffeacuterentielle basse qui serait normalement prescrite (environ 05 pouce de diffeacuterence de colonne drsquoeau) Setra Instruments MKS Instruments (Baratron) Dwyer Instruments et drsquoautres socieacuteteacutes proposent des transducteurs de pression diffeacuterentielle capacitifs plage basse adapteacutes

95 Tempeacuteratures

Les tempeacuteratures drsquoair drsquoarriveacutee et de sortie peuvent ecirctre mesureacutees en utilisant des thermocouples des thermistances ou des capteurs de conduite geacuteneacuterant une valeur moyenne Du fait de son bas coucirct de sa faciliteacute drsquoutilisation et de sa preacutesence agrave grande eacutechelle sur le marcheacute le thermocouple semble ecirctre lrsquoinstrument approprieacute pour cette application Il est possible de fabriquer un reacuteseau de thermocouples agrave partir drsquoune bobine de fil de thermocouple et de les raccorder entre eux en parallegravele de maniegravere agrave geacuteneacuterer une seule donneacutee repreacutesentant la valeur moyenne De nombreux fournisseurs offrent des fils agrave thermocouple notamment les socieacuteteacutes Thermo Electric Company Inc Omega Inc Watlow Inc etc Il est eacutegalement possible de fabriquer des sondes de tempeacuterature agrave partir des mecircmes fils de thermocouple pour surveiller drsquoautres paramegravetres tels que les tempeacuteratures drsquoeau Il est important de bien utiliser un fil agrave thermocouple plutocirct qursquoun fil de rallonge de lrsquoeacutechelle de mesure identique mais moins preacutecis

96 Mesures du cocircteacute eau

Pour effectuer des mesures du cocircteacute eau dans les serpentins il est neacutecessaire de posseacuteder un deacutebitmegravetre et des sondes de tempeacuterature Ces mesures pourraient ecirctre reacutealiseacutees en utilisant des capteurs distincts (deacutebitmegravetre drsquoeau et sondes de tempeacuterature distinctes par exemple) Il est important de srsquoassurer que lrsquoinsertion drsquoun deacutebitmegravetre dans la boucle drsquoeau ne modifie pas le deacutebit de la pompe de circulation Cela est particuliegraverement important avec des circulateurs agrave faible puissance geacuteneacuteralement utiliseacutes dans des applications combineacutees pour lesquelles lrsquoinstallation drsquoun deacutebitmegravetre agrave turbine conventionnel agrave baisse de pression eacuteleveacutee peut restreindre le deacutebit drsquoeau Ilexiste des deacutebitmegravetres preacutecis sans perte de pression eacuteleveacutee Certains appareils

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peuvent ecirctre acheteacutes deacutejagrave conditionneacutes avec des sondes de tempeacuterature en guise de laquo compteurs drsquoeacutenergie raquo Ils mesurent simultaneacutement les tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de lrsquoeau de retour ainsi que le deacutebit de lrsquoeau et calculent directement le flux drsquoeacutenergie en srsquoappuyant sur ces mesuresKamstrup Siemens Badger Meters Elster Metering ABB Meters et drsquoautres socieacuteteacutes offrent ce type drsquoappareils Les compteurs drsquoeacutenergie autonomes sont habituellement configureacutes avec certains dispositifs permettant de lire les diffeacuterents paramegravetres ainsi que les flux drsquoeacutenergie calculeacutes La plupart offre une fonction de stockage des donneacutees internes etou des sorties numeacuteriques pouvant ecirctre interfaceacutees avec des enregistreurs de donneacutees externes

97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne

La norme CSA P9 exige que le chauffage des locaux soit deacutefini en utilisant deux mesures (cocircteacute air et cocircteacute eau) avec une entente dans une toleacuterance acceptable pour la mise agrave lrsquoessai du systegraveme de chauffage de locaux agrave pleine capaciteacute constant Dans le cas des mesures agrave lrsquointerne entreprises par un fabricant dans le cadre drsquoun projet de deacuteveloppement de produit cibleacute lrsquoentente entre les mesures du cocircteacute air et du cocircteacute eau nrsquoest pas forceacutement requise On suggegravere aux fabricants de se concentrer sur les mesures qui ciblent la strateacutegie de controcircle ou de composant propre agrave lrsquoeacutetude Par exemple si des strateacutegies diffeacuterentes de temporisation du ventilateur ou laquo apregraves fonctionnement raquo sont eacutevalueacutees il est bien plus important de se concentrer sur les mesures du cocircteacute air que drsquoessayer drsquoatteindre un eacutequilibre entre le cocircteacute air et le cocircteacute eau Selon la quantiteacute drsquoeacutenergie laisseacutee dans le serpentin drsquoeau lorsque le ventilateur de soufflante srsquoarrecircte et drsquoautres pertes drsquoeacutenergie du systegraveme il est possible qursquoil nrsquoy ait pas drsquoeacutequilibre drsquoeacutenergie entre les mesures du cocircteacute air et les mesures du cocircteacute eau mecircme avec un instrument des mesures et des calculs laquo parfaits raquo

La norme CSA P9 exige une mesure du deacutebit drsquoair et des tempeacuteratures au moins toutes les cinq (5) secondes Dans le cas des essais agrave lrsquointerne cette freacutequence pourrait ecirctre assouplie pour certaines eacutetapes drsquoessai Par ailleurs une conformiteacute totale agrave la norme P9 suppose un controcircle preacutecis de la tempeacuterature de la salle drsquoessai ougrave se trouve le systegraveme combineacute en vue des essais ainsiqursquoun controcircle preacutecis de la tempeacuterature de lrsquoeau de la ville Dans le cas des essais de deacuteveloppement agrave lrsquointerne ces exigences peuvent eacutegalement ecirctre assouplies agrave condition que les tempeacuteratures ne varient pas trop pendant les essais Un espace commercial conditionneacute ayant une dimension raisonnable ferait lrsquoaffaire au moins pour les phases drsquoessai et de deacuteveloppement initiales

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Flue(combustionmeasurements)

SupplyAirtoSpaceHeatingPlenum

(optionalzonedampers)

ReturnAir

CityWater

TanklessWaterHeater

HotWaterSupplyfromWaterHeater

DHW

CoolWaterreturntoWaterheater

Temperaturemeasurementpoints

Fuelmeter

Flowmeter

Electricalmeteringnotshown

Circulator

98 Agencement des instruments

La figure 7 preacutesente un scheacutema simplifieacute permettant drsquoillustrer lrsquoagencement geacuteneacuteral des emplacements et des paramegravetres de mesure en vue de la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute de chauffe-eau instantaneacute agrave condensation Le deacutebit drsquoair qui traverse la conduite drsquoalimentation du systegraveme de traitement drsquoair sera surveilleacute en utilisant un deacutebitmegravetre agrave valeur moyenne et un manomegravetre (non illustreacute) tel que cela est deacutecrit agrave lrsquoarticle 73

T

T

T T

T T

Alimentation en eau chaude provenant du chauffe-eau

Conduit (mesures de combustion)

Eau chaude domestique

Systegraveme de mesure du combustible

Air dereprise

Retourde lrsquoeau froide vers lechauffe-eau

Chauffe-eau instantaneacute

Air drsquoalimentation achemineacute versle pleacutenum de chauffage(registres de zone facultatifs)

Eau municipale

Deacutebitmegravetre

T

(compteur eacutelectrique non illustreacute)

Points de mesure de la tempeacuterature Circulateur

Figure 8 Scheacutema de mesure simplifieacute applicable agrave la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute baseacute sur un chauffe-eau instantaneacute

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CanmetEacuteNERGIE CanmetEacuteNERGIE de Ressources naturelles Canada est un chef de file canadien dans le domaine de la recherche et deacuteveloppement en eacutenergie propre Les travaux de nos speacutecialistes portent sur lrsquoapprovisionnement drsquoeacutenergie propre agrave partir de combustibles fossiles et de sources renouvelables la gestion de lrsquoeacutenergie et les systegravemes de distribution ainsi que sur les technologies et processus avanceacutes pour les utilisations finales En veillant agrave ce que le Canada soit agrave la fine pointe des technologies sur lrsquoeacutenergie propre nous ameacuteliorons la qualiteacute de vie des Canadiens en creacuteant un avantage durable en matiegravere de ressources

Bureau central Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) 580 rue Booth 1 promenade Oil Patch 1 promenade Haanel 161 boulevard Lionel-Boulet Ottawa (Ontario) Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) Canada Canada Canada Canada K1A 0E4 T9G 1A8 K1A 1M1 J3X 1S6

  • Guide pour les fabricants drsquoappareils de chauffage combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessai conformeacutement agrave la norme CSA P9
    • Remerciements
    • 1 Reacutesumeacute
    • 2 Systegravemes agrave zones
    • Table des matiegraveres
    • Liste des tableaux et figures
    • 3 Contexte
      • 31 Objet
      • 32 Public cible
      • 33 Marcheacute
      • 34 Pratiques en vigueur dans lrsquoindustrie
      • 35 Expeacuterience en matiegravere drsquoeacutevaluation
      • 36 Deacutefi principal Utiliser des chauffe-eau pour chauffer des locaux de maniegravere eacuteconergeacutetique
      • 37 Approche par eacutetapes
        • 4 Charges de calcul ndash performances selon la norme CSA p9
          • 41 Facteur de performance thermique (FPT)
          • 42 Chauffage de lrsquoeau
          • 43 Chauffage des locaux
          • 44 Importance relative des charges de chauffage des locaux et de lrsquoeau
            • 5 Chauffage de lrsquoeau domestique
            • 6 Conception des systegravemes combineacutes
              • 61 Incidence des pondeacuterations de charge
                • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                • Reacuteduction des tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour
                  • 62 Strateacutegies de conception
                  • 63 Strateacutegie 1 Tempeacuterature drsquoeau constante
                    • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                    • Serpentin(s) de chauffage des locaux
                    • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                    • Illustration des performances selon la norme P9
                    • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                      • 64 Strateacutegie 2 Tempeacuterature drsquoeau variable
                        • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                        • Serpentin(s) de chauffage de locaux
                        • Conditions de chauffage de locaux en charge partielle
                        • Illustration des performances P9
                        • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                            • 7 Commandes
                              • Commandes indirectes baseacutees sur la tempeacuterature
                              • Commandes indirectes baseacutees sur le minuteur
                              • Controcircle direct
                              • Chauffe-eau -Mode de chauffage de lrsquoeau du robinet
                                • 8 Composants
                                  • 81 Systegraveme de traitement drsquoair
                                  • 82 Serpentins de chauffage de locaux
                                  • 83 Moteur de ventilateur
                                  • 84 Circulateurpompe
                                  • 85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)
                                  • 86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau
                                  • 87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes
                                    • 9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes
                                      • 91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz
                                      • 92 Enregistreur de donneacutees
                                      • 93 Deacutebit drsquoair
                                      • 94 Manomegravetres
                                      • 95 Tempeacuteratures
                                      • 96 Mesures du cocircteacute eau
                                      • 97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne
                                      • 98 Agencement des instruments
Page 18: Guide pour les fabricants d’appareils de chauffage ...€¦ · Le présent rapport explique comment la norme d’essai P.9 pondère le rendement dans différents modes de fonctionnement

lrsquoincidence des performances du systegraveme pendant lrsquoessaide chauffage des locaux avec 40 de puissance nominale de chauffage de locaux sur la cote annuelle est la plus importante (42 agrave 52 ) suivie par lrsquoincidence des performances avec 15 de puissance nominale de chauffage des locaux (21 agrave 26 ) Les pondeacuterations de ces reacutesultats drsquoessai augmentent encore plus agrave mesure que la puissance nominale de chauffage des locaux deacutepasse la plage illustreacutee dans le tableau 3

Des rapports inteacuteressants eacutemanant de constructeurs de maisons de lrsquoOntario indiquent qursquoon installe plus souvent des systegravemes combineacutes dans des reacutesidences dont les charges de chauffage nominales se situent entre 7 et 10 kW Selon les codes drsquoinstallation des systegravemes de chauffage et les guides de dimensionnement recommandeacute de lrsquoindustrie les systegravemes combineacutes ayant des capaciteacutes de chauffage nominales comprises entre 10 et 15 kW conviendraient parfaitement agrave ce type de reacutesidences Dans le cas des systegravemes combineacutes inclus dans cette plage de capaciteacute les reacutesultats drsquoessai de chauffage des locaux en charge partielle ont une pondeacuteration drsquoenviron 75 dans la cote de performance thermique annuelle

En commenccedilant par un local dont le rendement du composant de chauffage de lrsquoeau du systegraveme combineacute est deacutejagrave eacuteconergeacutetique (voir lrsquoarticle 11) cette pondeacuteration permet de savoir ougrave il faut deacuteployer le plus gros effort au moment de concevoir un systegraveme de chauffage combineacute haute performance

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5 Chauffage de lrsquoeau domestique

La premiegravere eacutetape agrave suivre pour concevoir un systegraveme combineacute haute performance consiste agrave seacutelectionner le chauffe-eau approprieacute Cette section a pour but drsquoaider les fabricants agrave deacutenicher rapidement les modegraveles potentiels

Parmi les caracteacuteristiques que devraient avoir les chauffe-eau agrave la demande figurent

bull la modulation ndash performances de chauffage de lrsquoeau efficaces sur toute la plage depuis les deacutebits drsquoeau nominaux minimaux jusqursquoaux deacutebits maximaux

ndash rapport de reacuteglage eacuteleveacute

ndash capaciteacute agrave fournir suffisamment drsquoeau chaude pour reacutepondre agrave des besoins en chauffage de lrsquoeau typiques

ndash capaciteacute agrave fonctionner avec des deacutebits drsquoeau chaude minimauxDe nombreux chauffe-eau agrave la demande actuellement sur le marcheacute peuvent selon le classement de leur fabricant ecirctre utiliseacutes avec des deacutebits drsquoeau chaude de 2 Lmin (05 gal USmin) ou moins Certains systegravemes neacutecessitent des deacutebits plus importants

bull performance en matiegravere de condensation ndash ilsrsquoagit des performances nominales de condensation sur toute la plage des charges et des allures de chauffe

ndash commandes geacuterant de faccedilon approprieacutee le rapport combustible-deacutebit drsquoair de maniegravere agrave maintenir le rendement de la combustion quelle que soit la charge

ndash paramegravetres de commande optimiseacutes par la charge qui permettent de deacuteterminer lrsquoimportance et les types de charges et de reacuteagir en conseacutequence avec de meilleurs paramegravetres de commande pour que le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair fonctionnent ensemble

ndash cycles courts avant et apregraves la purge permettant de reacuteduire au minimum les temps de reacuteponse et les pertes laquo par cycle raquo et de reacuteduire la consommation drsquoeacutelectriciteacute

ndash faible consommation en mode drsquoalimentation de secours

ndash ventilation directe des produits de combustion afin drsquoeacuteviter lrsquoeacutemanation de combustible et les risques de deacutepressurisation

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Pour acceacuteleacuterer le processus de seacutelection du chauffe-eau de base il sera plus facile de commencer par consulter les donneacutees que le fabricant peut deacutetenir (ou qursquoil peut facilement produire) concernant ses propres produits en mode de chauffage drsquoeau Lrsquoobjectif est de commencer avec un geacuteneacuterateur de chaleur qui preacutesente un rendement eacutenergeacutetique nominal de 90 ou plus sur une grande plage de fonctionnement

Si le chauffe-eau qursquoon envisage drsquoutiliser en tant que moteur thermique ou geacuteneacuterateur de chaleur pour un systegraveme de chauffage combineacute monobloc ne reacutepond pas aux exigences ci-dessus il est recommandeacute de reacuteviser attentivement son choix Dans certains cas il est possible de seacutelectionner diffeacuterents composants diffeacuterentes commandes ou diffeacuterents paramegravetres de commande pour surmonter les lacunes en matiegravere de rendement Les possibiliteacutes drsquoameacuteliorer de faccedilon appreacuteciable les performances de chauffage drsquoeau drsquoun chauffe-eau agrave la demande sans affecter son certificat de seacutecuriteacute sont limiteacutees Du coup le fait de seacutelectionner un chauffe-eau diffeacuterent plus rentable sur le plan eacutenergeacutetique peut constituer un choix plus opportun

La norme canadienne drsquoessai et drsquoeacutevaluation CSA P7 applicable aux chauffe-eau agrave la demande fait eacutetat drsquoune tempeacuterature drsquoeau drsquoarriveacutee courante de 144 degC (58 degF) et drsquoune tempeacuterature de sortie de 577 degC (135 degF) pour les essais et lrsquoeacutevaluation des performances nominales Le tableau 4 compare les caracteacuteristiques de rendement eacutenergeacutetique de deux chauffe-eau agrave la demande theacuteoriques avec les systegravemes fonctionnant agrave plusieurs deacutebits drsquoeau diffeacuterents en utilisant les mecircmes hypothegraveses de tempeacuteratures drsquoeau que la norme P7 Bien que les eacutevaluations de performance maximale du premier modegravele soient supeacuterieures agrave celles du second modegravele (avec des deacutebits drsquoeau de 114 et 76 Lmin) les performances de chauffage ameacutelioreacutees du second modegravele agrave des deacutebits drsquoeau infeacuterieurs en font un meilleur candidat pour jouer le rocircle drsquoun geacuteneacuterateur de chaleur dans un systegraveme combineacute du fait du pourcentage de temps eacuteleveacute pendant lrsquoanneacutee durant lequel un systegraveme combineacute fonctionne agrave de faibles charges pour assurer le chauffage des locaux

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Tableau 4 Comparaison des caracteacuteristiques de rendement eacutenergeacutetique de la norme P7 pour deux chauffe-eau theacuteoriques

Deacutebit (Lmin) Deacutebit (gal USmin) Exemple modegravele 1

Exemple modegravele 2

114 3 95 92

76 2 95 90

38 1 83 92

19 05 79 92

Recommandation Choix mal adapteacute dans le cas drsquoun systegraveme combineacute

Choix mieux adapteacute dans le cas drsquoun systegraveme combineacute

On constate que les valeurs de rendement eacutenergeacutetique pour la plage de deacutebits drsquoeau utiliseacutes agrave des fins de deacutemonstration dans le tableau 4 ne seraient pas interchangeables avec les facteurs eacutenergeacutetiques (FE) coteacutes pour les mecircmes chauffe-eau eacutetant donneacute que les conditions eacutenonceacutees dans le tableau 4 ne correspondent pas aux installations meacutethodes drsquoessais et charges de chauffage drsquoeau speacutecifieacutees dans la norme CSA P7 applicable aux chauffe-eau agrave la demande Les valeurs de rendement eacutenergeacutetique theacuteoriques du tableau 4 sont preacutesenteacutees simplement pour deacutemontrer que les performances de chauffage de lrsquoeau de certains types de chauffe-eau peuvent changer agrave mesure que le deacutebit (p ex la charge de chauffage de lrsquoeau) change Les changements de rendement eacutenergeacutetique du systegraveme de chauffage de lrsquoeau en fonction de la charge ne sont pas complegravetement pris en compte dans les eacutevaluations de performance FE normaliseacutees applicables aux chauffe-eau Afin drsquoeacuteviter toute confusion il est recommandeacute drsquoutiliser lrsquoexpression laquo Facteur eacutenergeacutetique raquo (ou FE) uniquement pour deacutesigner des cotes drsquoessais de chauffe-eau standard eacutelaboreacutees agrave partir drsquoessais et de calculs respectant scrupuleusement la norme drsquoeacutevaluation CSA P7 applicable aux chauffe-eau agrave la demande ou la norme CSA P3 applicable aux chauffe-eau agrave reacuteservoir de stockage reacutesidentiels

Apregraves avoir eacutetudieacute le rendement eacutenergeacutetique des geacuteneacuterateurs de chaleur potentiels sur toutes leurs plages de fonctionnement preacutevues dans le cadre drsquoun systegraveme combineacute il est possible de seacutelectionner de maniegravere aviseacutee un chauffe-eau adapteacute aux applications preacutevues Une fois cette eacutetape reacutealiseacutee le fabricant de systegravemes de chauffage combineacutes doit opter pour une strateacutegie de controcircle avant de seacutelectionner les autres composants du systegraveme

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6 Conception des systegravemes combineacutes

61 Incidence des pondeacuterations de charge

Conditions de chauffage des locaux en charge partielle Pour obtenir une excellente cote drsquoessai selon la norme CSA P9 il faut avant tout se concentrer sur le chauffage des locaux en charge partielle Le rendement en conditions de chauffage de locaux en charge partielle permettra de deacuteterminer 90 de la cote drsquoefficaciteacute de chauffage composite (ECC) Dans le cas drsquoun systegraveme de chauffage combineacute offrant une puissance de chauffage drsquoespace nominale de 10 kW 75 de la valeur FPT seront deacuteduits agrave partir des reacutesultats de lrsquoessai en charge partielle Dans le cas drsquoun systegraveme offrant une puissance de chauffage des locaux de 15 kW les reacutesultats des performances de chauffage des locaux en charge partielle repreacutesenteront presque 80 du facteur de performance thermique global

Reacuteduction des tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour Les chauffe-eau qui preacutesentent drsquoexcellentes cotes avec des tempeacuteratures basses de lrsquoeau drsquoalimentation du reacuteseau principalfonctionneront moins bien sila tempeacuterature drsquoarriveacutee augmente La preacutesence de tempeacuteratures drsquoeau de retour plus chaudes pendant le mode de chauffage des locaux contribuera agrave reacuteduire le rendement eacutenergeacutetique Le fait de reacutepondre aux demandes de chauffage des locaux en utilisant des paramegravetres de commande qui reacuteduisent au minimum les tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour en conditions de charge partielle peut contribuer agrave optimiser le rendement de combustion

62 Strateacutegies de conception

Un des plus gros avantages du chauffe-eau agrave la demande tient au fait que theacuteoriquement il peut geacuteneacuterer diffeacuterentes tempeacuteratures drsquoeau drsquoalimentation pour satisfaire les charges de chauffage de lrsquoeau et des locaux Il peut eacutegalement faire varier du tout au tout la tempeacuterature de lrsquoeau qursquoil fournit pour satisfaire diffeacuterentes charges de chauffage des locaux Cet aspect est essentiel pour continuer de fournir le mecircme chauffage de lrsquoeau agrave un rendement eacuteleveacute et produire un chauffage des locaux agrave charge partielle tregraves efficace

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Nous allons passer en revue deux concepts de systegravemes combineacutes

bull la strateacutegie 1 utilise une tempeacuterature drsquoeau constante pour toutes les charges

bull la strateacutegie 2 consiste agrave faire varier la tempeacuterature de lrsquoeau en fonction de la charge

La premiegravere strateacutegie est celle qui neacutecessite le moins de changement compareacute aux pratiques actuelles elle correspond souvent au premier reacuteflexe Elle est preacutesenteacutee icidans le but principalde mettre en lumiegravere certains deacutefis inheacuterents en matiegravere de performance

La deuxiegraveme strateacutegie repreacutesente une option bien plus rentable pour atteindre des niveaux de performance eacuteleveacutes tant sur le terrain que lors des essais exeacutecuteacutes conformeacutement agrave la norme CSA P9 Lrsquoexpeacuterience montre qursquoelle offre un niveau de performance eacuteleveacute agrave un coucirct moindre pour le fabricant

Le fait drsquoutiliser une pompe agrave vitesse variable dans le systegraveme de traitement de lrsquoair peut eacutegalement ameacuteliorer le rendement eacutenergeacutetique La strateacutegie 2 est axeacutee sur une tempeacuterature drsquoalimentation variable les chauffe-eau agrave la demande pouvant offrir cette fonction plus rapidement Il est peu courant de voir des pompes agrave vitesse variable dans les appareils de traitement de lrsquoair pour lrsquoinstant

Pour ces exemples

bull les deux types de systegravemes combineacutes seront preacutesenteacutes en utilisant le mecircme chauffe-eau agrave la demande agrave condensation et agrave modulation

bull les pondeacuterations de performance FPT applicables agrave un systegraveme combineacute preacutesentant une charge nominale de chauffage de locaux de 10 kW seront utiliseacutees agrave titre indicatif pour illustrer chacune de ces strateacutegies

63 Strateacutegie 1 Tempeacuterature drsquoeau constante

Ce systegraveme de chauffage combineacute respecte la regravegle eacutetablie et preacutevoit uniquement lrsquoutilisation de composants plus efficaces pour ameacuteliorer les performancesIlarrive qursquoil soit souvent consideacutereacute en premier lieu car les commandes peuvent rester telles quelles dans un systegraveme pour lequel un fabricant fournit le chauffe-eau agrave la demande tandis qursquoun autre fabricant fournit le systegraveme de traitement drsquoair

Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair Le chauffe-eau ne sait pas si une demande concerne un chauffage de lrsquoeau ou un chauffage de locaux Il deacutetecte une demande et fournit de lrsquoeau chaude agrave une tempeacuterature constante Pour satisfaire la charge de chauffage de pointe des locaux il est geacuteneacuteralement reacutegleacute agrave 60 degC (140 degF) Le systegraveme de traitement drsquoair ne contribue pas eacutenormeacutement agrave faire grimper la puissance de chauffage de locaux Il utilise geacuteneacuteralement

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un ou deux reacuteglages de vitesse de ventilateur soufflant Eacutetant donneacute que le fonctionnement prolongeacute drsquoun ventilateur apregraves qursquoune demande de chauffage a eacuteteacute satisfaite peut entraicircner des problegravemes de confort dus agrave des courants drsquoair froid le fonctionnement subseacutequent du ventilateur ne sera pas mis en œuvre ou sera mis en œuvre en utilisant uniquement des temps de fonctionnement courts Dans les deux sceacutenarios la chaleur sera retenue dans le serpentin et les conduites pour se dissiper par la suite pendant les peacuteriodes de deacutesactivation

Serpentin(s) de chauffage des locaux Si lrsquoon veut amplifier lrsquoefficaciteacute eacutenergeacutetique du systegraveme en mode de chauffage des locaux ilest impeacuteratif de reacuteduire au minimum les tempeacuteratures de lrsquoeau de retourDes serpentins laquo surdimensionneacutes raquo ont eacuteteacute conccedilus en vue drsquooptimiser la baisse de tempeacuterature dans lrsquoeacutechangeur de chaleur en conditions de chauffage des locaux

Conditions de chauffage des locaux en charge partielle Le systegraveme de traitement drsquoair se met en route et srsquoarrecircte pour srsquoadapter aux conditions de charge partielle ce qui a pour effet de deacuteclencher des demandes associeacutees sur le chauffe-eau

Illustration des performances selon la norme P9 Le tableau 5 donne un aperccedilu theacuteorique du type de performance que lrsquoon pourrait geacuteneacuteralement obtenir en utilisant une strateacutegie impliquant un point de consigne de tempeacuterature unique

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Tableau 5 Performances drsquoun systegraveme combineacute theacuteorique affichant une puissance de chauffage des locaux de 10 kW en utilisant une strateacutegie simple de commande de point de consigne de tempeacuterature drsquoeau unique (capaciteacute de chauffage des locaux compenseacutee par des cycles de marche-arrecirct)

Mode de fonctionne -ment

Pondeacuter-ation

Temp de lrsquoeau drsquoalimentati on (degF)

Temp de lrsquoeau de retour du reacuteseau principal (degF)

Deacutebit du systegraveme de traitement drsquoair (pi3min)

Mesure de la performance eacutenergeacutetique mode activeacute deacutesactiveacute ()

Contribution FPT

Chauffage des locaux 100

8 140 120 800 85 007

Chauffage des locaux 40

49 140 120 800 80 039

Chauffage des locaux 15

25 140 120 800 75 018

Chauffage de lrsquoeau

18 140 58 mdash 92 017

Total 100 081

Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables bull Performances globales Une cote de facteur de performance totale (FPT) de 092

placerait le systegraveme combineacute dans la plage des performances eacuteleveacutees

bull Performances en mode de chauffage de lrsquoeau Comme dans le cas du sceacutenario impliquant un point de consigne de tempeacuterature unique le systegraveme assure une condensation en mode de chauffage de lrsquoeau avec un FPCE de 92 Il serait possible drsquoameacuteliorer leacutegegraverement lrsquoefficaciteacute du systegraveme de chauffage de lrsquoeau si un point de consigne de tempeacuterature de lrsquoeau infeacuterieur agrave la valeur de 140 degF utiliseacutee dans le premier cas de figure eacutetait appliqueacute La norme P9 permet drsquoutiliser un point de consigne pouvant descendre jusqursquoagrave 120 degF dans le cas de lrsquoeau potable La tempeacuterature de consigne nrsquoa plus besoin drsquoecirctre la mecircme que celle requise pour une charge de chauffage de locaux maximale il est donc possible de la reacuteduire agrave la plage de 120 degF Pour simplifier la comparaison des deux systegravemes dans les tableaux 5 et 6 aucun point de consigne de systegraveme de chauffage drsquoeau potable reacuteduit nrsquoa pas eacuteteacute inclus dans le tableau 6

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bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge totale Dans ce mode le rendement eacutenergeacutetique est plus faible La tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation doit ecirctre au plus haut pour satisfaire la charge la tempeacuterature de lrsquoeau de retour sera donc elle aussiplus eacuteleveacutee dans ce modeComme le systegraveme fonctionnera rarement dans ce mode cette mauvaise performance ne repreacutesente qursquoune petite fraction de la pondeacuteration FPT

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge partielle Les tempeacuteratures drsquoalimentation du systegraveme de chauffage de lrsquoeau sont abaisseacutees progressivement pour satisfaire des demandes en charge partielle moindres Les tempeacuteratures peuvent ecirctre abaisseacutees bien en deccedilagrave du reacuteglage preacutevu pour le chauffage de lrsquoeau du robinet Cette condition se traduit par des tempeacuteratures drsquoeau de retour plus basses qursquoen conditions de charge totale Ces deux facteurs font que lrsquoefficaciteacute est plus importante en conditions de charge partielle qursquoen conditions de charge totale Le chauffe-eau fonctionnera en mode de condensation pour les deux points de charge de chauffage de locaux (40 et 15 )

bull Vitesse de ventilateur Eacutetant donneacute que la puissance de chauffage requise diminue la vitesse de ventilateur diminue aussiCela se traduit par un niveau sonore reacuteduit un fonctionnement du ventilateur plus long avec des cycles moins freacutequents et une reacuteduction importante de la consommation drsquoeacutenergie Cette condition peut aussi reacuteduire les plaintes lieacutees au confort le fonctionnement plus long agrave des deacutebits drsquoair reacuteduits ameacuteliorant la reacutepartition de lrsquoair chaud pendant les saisons intermeacutediaires

bull Controcircle de la tempeacuterature de lrsquoair inteacuterieur Le fait de moduler la puissance de chauffage en faisant varier la tempeacuterature de lrsquoeau et la vitesse du ventilateur peut se traduire par une tempeacuterature drsquoair inteacuterieur plus homogegravene avec des eacutecarts de tempeacuteratures moins grands au-dessus et au-dessous des points de consigne du thermostat Ce pheacutenomegravene pourrait inciter les proprieacutetaires de reacutesidence agrave augmenter le point de consigne de chauffage pour eacutetablir des conditions de confort acceptables

bull Incidences sur le zonage Le zonage sera plus compliqueacute avec un systegraveme affichant une puissance fixe et une vitesse de ventilateur unique

Ilest possible drsquoameacuteliorer la strateacutegie 1 en augmentant encore la dimension drsquoun serpentin deacutejagrave surdimensionneacute dans le systegraveme de traitement drsquoair Cette option implique toutefois des limites pratiques car des serpentins bien plus grands neacutecessiteront une plus grande quantiteacute de cuivre et un formage plus important et cela accentuera le coucirct total du systegraveme sans compter qursquoil faudra aussi preacutevoir des armoires plus grandes pour le systegraveme de traitement drsquoair De plus les pertes de chaleur par cycle augmenteront et il sera plus difficile drsquoobtenir des performances eacuteleveacutees en charge partielle Le fait drsquoappliquer la strateacutegie 1 agrave un systegraveme de chauffage combineacute agrave haute performance peut srsquoaveacuterer trop oneacutereux pour valoir le coup

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64 Strateacutegie 2 Tempeacuterature drsquoeau variable

Cette meacutethode est identique agrave celle appliqueacutee dans les appareils de chauffage agrave air chaud multieacutetage Le principe consiste agrave faire fonctionner le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair ensemble pour optimiser le rendement eacutenergeacutetique tout en reacuteduisant au minimum le coucirct et la complexiteacute des composants

Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair Cette strateacutegie consiste agrave exploiter avantageusement la capaciteacute inteacutegreacutee du chauffe-eau pour faire varier la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation La tempeacuterature du point de consigne du chauffe-eau varie en fonction de la charge de chauffage des locaux On utilise des reacuteglages de tempeacuterature drsquoeau drsquoalimentation faibles pour satisfaire aux conditions de chauffage des locaux en charge partielle On fait eacutegalement varier les vitesses du ventilateur du systegraveme de traitement drsquoair en srsquoappuyant sur un principe de controcircle de reacuteglage exteacuterieur ou de minuterie pour augmenter les paramegravetres Lorsqursquoune demande de chaleur a eacuteteacute satisfaite le ventilateur continue de fonctionner agrave des vitesses reacuteduites pour eacuteviter les problegravemes lieacutes aux courants froids et au bruit Du coup le serpentin et les conduites retiennent moins de chaleur et on deacuteplore moins de perte de chaleur par la suite compareacute au premier cas de figure Le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair doivent tous deux cerner la demande qursquoils sont censeacutes satisfaire Leurs commandes ne doivent pas pour autant ecirctre physiquement inteacutegreacutees drsquoune faccedilon ou drsquoune autre Cette strateacutegie de controcircle est traiteacutee plus en deacutetail agrave la section 40

Serpentin(s) de chauffage de locaux Pour simplifier la comparaison nous partirons du principe que des serpentins laquo surdimensionneacutes raquo similaires sont utiliseacutes comme dans le premier cas de figure de sorte que les performances du chauffage de pointe des locaux soient identiques dans les deux cas

Conditions de chauffage de locaux en charge partielle Le chauffe-eau relegraveve une demande de chauffage de locaux et se met en route en acheminant une eau drsquoalimentation agrave basse tempeacuterature au systegraveme de traitement drsquoair Si la demande de chauffage nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute le chauffe-eau augmente progressivement la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation Le systegraveme de traitement drsquoair surveille la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation et augmente progressivement la vitesse du ventilateur lorsque la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation est plus eacuteleveacutee

Illustration des performances P9 Le tableau 6 donne une preacutesentation theacuteorique du type de rendement que lrsquoon peut obtenir en appliquant une strateacutegie de controcircle simple mettant en œuvre des

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tempeacuteratures drsquoeau et des vitesses de ventilateur variables Les tempeacuteratures et les deacutebits drsquoair du ventilateur preacutesenteacutes dans le tableau 6 ont eacuteteacute choisis agrave titre indicatif uniquement Ils ne repreacutesentent pas des reacuteglages pleinement optimiseacutes applicables agrave un systegraveme de chauffage combineacute

Tableau 6 Performances drsquoun systegraveme de chauffage combineacute theacuteorique offrant une puissance de chauffage des locaux de 10 kW en utilisant une strateacutegie de controcircle de tempeacuteratures drsquoeau et de vitesses de ventilateur variables (variation de la capaciteacute de chauffage des locaux par modulation du deacutebit drsquoair et de la tempeacuterature de lrsquoeau)

Mode de fonctionne -ment

Pondeacuter-ation

Temp de lrsquoeau drsquoalimen-tation (degF)

Temp de lrsquoeau de retour du reacuteseau principal (degF)

Deacutebit du systegraveme de traitement drsquoair (pi3min)

Mesure de la performance eacutenergeacutetique mode activeacute deacutesactiveacute ()

Contribution FPT

Chauffage des locaux 100

8 140 120 800 85 007

Chauffage des locaux 40

49 110 102 600 92 045

Chauffage des locaux 15

25 90 87 500 94 023

Chauffage de lrsquoeau

18 140 58 --- 92 016

Total 100 092

Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables bull Performances globales Une cote de facteur de performance totale (FPT) de 092

placerait le systegraveme combineacute dans la plage des performances eacuteleveacutees

bull Performances en mode de chauffage de lrsquoeau Comme dans le cas du sceacutenario impliquant un point de consigne de tempeacuterature unique le systegraveme assure une condensation en mode de chauffage de lrsquoeau avec un FPCE de 92 Il serait possible drsquoameacuteliorer leacutegegraverement lrsquoefficaciteacute du systegraveme de chauffage de lrsquoeau si un point de consigne de tempeacuterature de lrsquoeau infeacuterieur agrave la valeur de 140 degF utiliseacutee dans le premier cas de figure eacutetait appliqueacute La norme P9 permet drsquoutiliser un point de

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consigne pouvant descendre jusqursquoagrave 120 degF dans le cas de lrsquoeau potable La tempeacuterature de consigne nrsquoa plus besoin drsquoecirctre la mecircme que celle requise pour une charge de chauffage de locaux maximale il est donc possible de la reacuteduire agrave la plage de 120 degF Pour simplifier la comparaison des deux systegravemes dans les tableaux 5 et 6 aucun point de consigne de systegraveme de chauffage drsquoeau potable reacuteduit nrsquoa pas eacuteteacute inclus dans le tableau 6

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge totale Dans ce mode le rendement eacutenergeacutetique est plus faible La tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation doit ecirctre au plus haut pour satisfaire la charge la tempeacuterature de lrsquoeau de retour sera donc elle aussi plus eacuteleveacutee dans ce mode Comme le systegraveme fonctionnera rarement dans ce mode cette mauvaise performance ne repreacutesente qursquoune petite fraction de la pondeacuteration FPT

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge partielle Les tempeacuteratures drsquoalimentation du systegraveme de chauffage de lrsquoeau sont abaisseacutees progressivement pour satisfaire des demandes en charge partielle moindres Les tempeacuteratures peuvent ecirctre abaisseacutees bien en deccedilagrave du reacuteglage preacutevu pour le chauffage de lrsquoeau du robinet Cette condition se traduit par des tempeacuteratures drsquoeau de retour plus basses qursquoen conditions de charge totale Ces deux facteurs font que lrsquoefficaciteacute est plus importante en conditions de charge partielle qursquoen conditions de charge totale Le chauffe-eau fonctionnera en mode de condensation pour les deux points de charge de chauffage de locaux (40 et 15 )

bull Vitesse de ventilateur Eacutetant donneacute que la puissance de chauffage requise diminue la vitesse de ventilateur diminue aussiCela se traduit par un niveau sonore reacuteduit un fonctionnement du ventilateur plus long avec des cycles moins freacutequents et une reacuteduction importante de la consommation drsquoeacutenergie Cette condition peut aussi reacuteduire les plaintes lieacutees au confort le fonctionnement plus long agrave des deacutebits drsquoair reacuteduits ameacuteliorant la reacutepartition de lrsquoair chaud pendant les saisons intermeacutediaires

bull Controcircle de la tempeacuterature de lrsquoair inteacuterieur Le fait de moduler la puissance de chauffage en faisant varier la tempeacuterature de lrsquoeau et la vitesse du ventilateur peut se traduire par une tempeacuterature drsquoair inteacuterieur plus homogegravene avec des eacutecarts de tempeacuteratures moins grands au-dessus et au-dessous des points de consigne du thermostat

La strateacutegie 2 (tempeacuterature drsquoeau variable) peut donner lieu agrave lrsquoeacutelaboration drsquoun systegraveme de chauffage combineacute efficace preacutesentant de bonnes performances lorsqursquoil est mis agrave lrsquoessai selon la norme CSA P9 et lorsqursquoil est installeacute dans une vraie reacutesidence Les niveaux de performance varieront en fonction des composants seacutelectionneacutes et des speacutecificiteacutes de lrsquoordonnancement des commandes

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7 Commandes

Les commandes geacuteneacuteriques exigeacutees pour mettre en œuvre la strateacutegie privileacutegieacutee impliquant une tempeacuterature variable quia eacuteteacute deacutecrite dans la derniegravere section peuvent srsquoaveacuterer relativement simples Quelques chauffe-eau agrave la demande proposent deacutejagrave des commandes de reacuteglage de tempeacuterature Les commandes de tempeacuterature des chauffe-eau agrave la demande types ne sont toutefois pas systeacutematiquement configureacutees pour offrir une fonction de reacuteglage de tempeacuterature baseacutee sur la charge Quasiment tous les chauffe-eau agrave la demande actuellement disponibles sont eacutequipeacutes pour accueillir des commandes de tempeacuterature inteacutegreacutees ou monteacutees agrave distance permettant agrave lrsquoutilisateur de reacutegler manuellement la tempeacuterature drsquoalimentation agrave partir du chauffe-eau

En principe il devrait ecirctre possible de concevoir un module drsquointerface de commande simple qui viendrait se brancher dans les fiches de connexion de la commande de tempeacuterature existante La nouvelle commande simulerait lrsquoaction du controcircleur de tempeacuterature standard reacutegleacute manuellement de maniegravere agrave offrir une fonction de reacuteinitialisation de tempeacuterature automatique du chauffe-eau Toutes les commandes de seacutecuriteacute resteraient fonctionnelles

Une strateacutegie de controcircle simple peut offrir des performances eacuteleveacutees Les facteurs cleacutes agrave prendre en compte sont les suivants

bull deacuteterminer si une demande tient compte des besoins en chauffage drsquoeau chaude domestique

bull en mode de chauffage des locaux uniquement utiliser une minuterie ou un controcircle de reacuteglage exteacuterieur (ou un capteur de charge infeacuterentielle similaire) pour faire augmenter progressivement la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation

bull preacutevoir un systegraveme de traitement drsquoair faisant varier le deacutebit drsquoair en fonction de la tempeacuterature de lrsquoeau qui arrive dans lrsquoappareil du deacutelai pendant lequel une demande de chauffage perdure ou drsquoun signal direct du capteur de commande de charge

Ilest inteacuteressant de souligner que le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair nrsquoont pas besoin de communiquer directement ni de posseacuteder des commandes communes pour mettre en œuvre certaines des strateacutegies de controcircle deacutecrites

Lorsque les commandes du systegraveme deacutetectent qursquoune demande de chauffage a eacuteteacute satisfaite le systegraveme de traitement drsquoair devrait continuer de fonctionner suffisamment longtemps pour extraire toute la chaleur reacutesiduelle du serpentin et la transfeacuterer vers le courant drsquoair Pour eacuteviter les problegravemes de confort thermique il est souhaitable de reacuteduire la vitesse du ventilateur pendant cette peacuteriode de temporisation de la

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ventilation Le fonctionnement continu du ventilateur avec un reacuteglage de vitesse faible offrira automatiquement cette fonctionnaliteacute sans neacutecessiter de quelconques commandes intelligentes Cette option aurait lrsquoavantage suppleacutementaire drsquoassurer une reacutepartition de la tempeacuterature uniforme agrave lrsquointeacuterieur de la reacutesidence Elle serait eacutegalement utile pour reacutepartir lrsquoair frais si le systegraveme combineacute est installeacute avec un ventilateur-reacutecupeacuterateur de chaleur (VRC) ou un autre type de systegraveme de ventilation

Des commandes soigneusement conccedilues contribueront en bout de ligne agrave assurer ou reacutetablir lrsquoefficaciteacute du systegraveme combineacute Les commandes devraient ecirctre en mesure de deacuteterminer srsquoil y a une demande de chauffage des locaux ou de chauffage de lrsquoeau ou une demande concernant les deux modes Les commandes devront deacuteterminer lrsquoamplitude de chaque charge et reacutepondre de maniegravere approprieacutee en faisant varier certains paramegravetres agrave la fois pour le systegraveme de chauffage des locaux (systegraveme de traitement drsquoair par exemple) et pour le geacuteneacuterateur de chaleur (notamment si la source de chauffage est un chauffe-eau agrave la demande) En cas de demande de chauffage drsquoeau eacuteleveacutee il se peut qursquoune solution de commande prioritaire drsquoeau chaude domestique constitue la meilleure option Les commandes peuvent deacuteduire lrsquoamplitude des charges de chauffage des locaux au moyen de divers meacutecanismes y compris en surveillant les cycles de fonctionnement du thermostat et de signaux drsquoentreacutes directs transmis par une commande de charge infeacuterentielle telle qursquoune commande de reacuteglage exteacuterieur

La figure 3 preacutesente un algorithme simplifieacute de commandes geacuteneacuteriques pour la section chauffe-eau drsquoun systegraveme combineacute utilisant quatre eacutetapes de reacuteglage de tempeacuterature drsquoeau pour le chauffage des locaux et une seule pour le chauffage de lrsquoeau

La logique de commande illustreacutee agrave la figure 3 constitue uniquement un exemple de strateacutegie de controcircle rudimentaire qui pourrait ecirctre utiliseacutee pour assurer des performances eacuteleveacutees dans des modes de chauffage de locaux sans neacutecessiter lrsquoutilisation de composants oneacutereuxLrsquoalgorithme de commande pourrait ecirctre ameacutelioreacute si le controcircleur avait lrsquointelligence neacutecessaire pour lui permettre drsquoassimiler les eacutetapes de chauffage requises en surveillant la dureacutee des demandes de chauffage des locaux sur plusieurs cycles de chauffage reacutecents

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e

Mode drsquoattente Chauffe-eauagrave la demande en attente de signal

Demande de chauffage (lrsquoeaucircule dans le chauffe-eau)

Demandedrsquoeauchaude

domestique

Activationdu chauffagede lrsquoeacutetape 1 THERM90 ordmF Ventilateur Vitesse 1 Deacuteclencherle minuteursur 5 min

Demandesatisfaite avantlrsquoexpiration

du deacutelaiduminuteur

Oui

Oui

No

Reacuteglage du THERM sur le point de consigne de lrsquoeau chaude domestique THERM = 140 degF Couperlecirculateurde chauffagedelocaux (facultatif) Attendre lafin de la demande drsquoeau chaude domestique

Demande de

chauffage satisfait

Non

Oui

Activation du chauffage de lrsquoeacutetape 2 THERM = 105 degF Ventilateur Vitesse 2 Deacuteclencher le minuteur sur3 min

Activation du chauffage de lrsquoeacutetape 3 THERM = 120 degF Ventilateur Vitesse 3 Deacuteclencher le minuteur sur3 min

Activation du chauffage MAX THERM = 140 degF Ventilateur Vitesse 4 Mettrefin agravelademande de chauffage

Figure 3 Logique de lrsquoalgorithme simplifieacute de commande de chauffe-eau pour unsceacutenario de chauffage en quatre eacutetapes

Voici trois options de commande de vitesse de ventilateur de systegraveme de traitement drsquoair associeacutees agrave la meacutethode de chauffage drsquoeau illustreacutee agrave la figure 3

Commandes indirectes baseacutees sur la tempeacuteratureRaccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont bien distinctes les unes des autres mais elles fonctionnement de maniegravere compleacutementaire

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Principe de fonctionnement Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetecte la tempeacuterature de lrsquoeau chaude drsquoadmissionPlus la tempeacuterature de lrsquoeau est eacuteleveacutee plus les commandes du systegraveme de traitement drsquoair augmentent le deacutebit drsquoair

Discussion Les commandes du chauffe-eau augmentent la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque la demande nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetecte la tempeacuterature plus eacuteleveacutee et fait circuler plus drsquoair dans les serpentins pour lrsquoutiliser

Aspect meacutecanique Un puits de tempeacuterature est installeacute dans la conduite drsquoeau drsquoalimentation drsquoarriveacutee agrave lrsquointeacuterieur du systegraveme de traitement drsquoairLe reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur serait ajusteacute en installant un module de commande de systegraveme de traitement drsquoair qui mesure la tempeacuterature de lrsquoeau achemineacutee au systegraveme de traitement drsquoair depuis le chauffe-eau pendant une demande de chauffage de locaux transmise au systegraveme de traitement drsquoair La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signal de commande transmis au panneau de controcircle du systegraveme de traitement drsquoair par le thermostat du systegraveme de CVCA

Commandes indirectes baseacutees sur le minuteur Raccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont bien distinctes les unes des autres mais elles fonctionnement de maniegravere compleacutementaire

Principe de fonctionnement Le deacutebit drsquoair du systegraveme de traitement drsquoair varie en fonction de la dureacutee de la demande de chauffage afin de coiumlncider avec les minutages de commande de tempeacuterature indiqueacutes agrave la figure 3

Discussion Les commandes du chauffe-eau augmentent la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque la demande nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetermine la dureacutee de la demande de chauffage et fait circuler plus drsquoair dans les serpentins afin de se conformer aux eacutetapes de tempeacuterature programmeacutees

Aspect meacutecanique Le reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur serait ajusteacute en installant un module de commande de systegraveme de traitement drsquoair qui reacutegule le deacutebit drsquoair en fonction de la dureacutee de la demande de chauffage La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signalde commande transmis au panneau de controcircle du systegraveme de traitement drsquoair par le thermostat du systegraveme de CVCA

Controcircle direct Raccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont toutes deux controcircleacutees au moyen drsquoun nouveau controcircleur combineacute inteacutegreacute posseacutedant une interface directe avec le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair

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Principe de fonctionnement Le nouveau controcircleur fait varier le deacutebit drsquoair du systegraveme de traitement drsquoair et la tempeacuterature de lrsquoeau de maniegravere agrave optimiser le rendement du chauffage

Discussion Cette strateacutegie de controcircle direct suppose le deacuteveloppement drsquoun nouveau composant de commande Le controcircleur peut utiliser des reacuteglages de fonctionnement plus sophistiqueacutes afin drsquoameacuteliorer le rendement dans tous les modes de fonctionnement

Aspect meacutecanique Le reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur et la tempeacuterature de lrsquoeau achemineacutee au systegraveme de traitement drsquoair seraient directement controcircleacutes par un nouveau controcircleur combineacute inteacutegreacute La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signal de commande transmis au controcircleur par le thermostat du systegraveme de CVCA

Chauffe-eau - Mode de chauffage de lrsquoeau du robinet Les algorithmes de chauffage de lrsquoeau du robinet ne changent pas par rapport agrave ceux du module de commande standard La seule diffeacuterence reacuteside dans le fait que le chauffe-eau utilise un contacteur de deacutebit ou un deacutebitmegravetre pour repeacuterer un tirage drsquoeau chaude (ou une arriveacutee drsquoeau froide) et comprendre qursquoune demande de chauffage drsquoeau a eacuteteacute faite Si une demande de chauffage de locaux intervient simultaneacutement le chauffe-eau pourrait honorer les deux demandes en tenant compte du reacuteglage de tempeacuterature de sortie requise de lrsquoeau du robinet Une autre option consisterait agrave prendre en compte par deacutefaut le reacuteglage du mode de chauffage de lrsquoeau Un mode de controcircle plus sophistiqueacute pourrait potentiellement temporiser le chauffage des locaux lorsque cela srsquoavegravere neacutecessaire pour reacutepondre agrave des demandes de chauffage drsquoeau eacuteleveacutees ou pour activer la distribution de chauffage des locaux en utilisant des reacuteglages de tempeacuterature optimiseacutes Ce cas de figure est illustreacute agrave la figure 4

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8 Composants

Pour bien fonctionner les systegravemes de chauffage combineacutes doivent ecirctre doteacutes de composants haute performance que ce soit dans une configuration dite laquo installeacutee raquo ou dans une configuration drsquoessai selon la norme CSA P9 La preacutesente section a pour objectif drsquoaider les fabricants de chauffe-eau agrave la demande

bull agrave concevoir leur propre systegraveme de traitement drsquoair

bull agrave eacutetablir un partenariat avec un autre fabricant qui fournirait un systegraveme de traitement drsquoair pour leur systegraveme apregraves avoir deacutetermineacute

ndash les composants requis

ndash la mesure dans laquelle un modegravele de systegraveme de traitement drsquoair existant aurait besoin drsquoecirctre affineacute pour reacutepondre agrave leurs besoins

bull agrave eacutetablir les modifications qursquoil faut apporter au systegraveme monobloc dans son ensemble pour ameacuteliorer les performances

81 Systegraveme de traitement drsquoair

Le systegraveme de traitement drsquoair doit inclure les composants neacutecessaires pour fournir de la chaleur et faire circuler de lrsquoair Les eacuteleacutements agrave prendre en compte sont des serpentins de chauffage de locaux un moteur de ventilateur une pompe et un puits de tempeacuterature Ces eacuteleacutements sont deacutecrits plus en deacutetail ci-dessous

82 Serpentins de chauffage de locaux

Les serpentins de chauffage de locaux doivent ecirctre dimensionneacutes de maniegravere approprieacutee pour que le chauffage des locaux puisse avoir lieu avec une tempeacuterature drsquoalimentation suffisamment basse et une baisse de tempeacuterature de lrsquoeau suffisante pour favoriser la condensation dans le geacuteneacuterateur de chaleur lorsque le systegraveme fonctionne en conditions de charge partielle (et ideacutealement en conditions de pleine charge eacutegalement)

Geacuteneacuteralement les serpentins quiextraient la chaleur de lrsquoeau sont conccedilus et choisis en tenant compte drsquoune baisse de tempeacuterature de lrsquoeau drsquoenviron 11 degC (20 degF) le long des serpentins aux conditions de chauffage nominales La seacutelection preacutealable du serpentin peut ecirctre faite en utilisant un logiciel deacutejagrave proposeacute par divers fabricants de serpentins Dans la plupart des cas le modegravele logiciel calcule la puissance de chauffage drsquoun

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serpentin de chauffage agrave eau chaude en se fondant sur la mesure des performances du conditionnement drsquoair pour des serpentins ayant une construction et des geacuteomeacutetries similaires Du coup la puissance de chauffage reacuteelle pour une condition nominale donneacutee peut diffeacuterer leacutegegraverement de celle preacutedite par le logiciel

Ilest recommandeacute de veacuterifier la performance reacuteelle du serpentin choisi (puissance de chauffage baisse de la tempeacuterature de lrsquoeau baisse de la pression statique sur le cocircteacute air et eau) en effectuant des essais internes Lorsque cette eacutetape a eacuteteacute exeacutecuteacutee le modegravele logiciel peut fournir une aide preacutecieuse pour seacutelectionner le serpentin et devrait proposer des indications plutocirct fiables concernant les changements de performance du serpentin aux diffeacuterentes conditions projeteacutees Les informations ainsi collecteacutees devraient ecirctre utiles pour concevoir et affiner des reacuteglages et des strateacutegies de controcircle plus eacutevolueacutes en vue drsquooptimiser le rendement du systegraveme en conditions de chauffage en charge partielle

Voici les eacuteleacutements agrave prendre en compte

Diamegravetre du serpentin drsquoeau et nombre de spires ndash Un grand diamegravetre de canalisation reacuteduira au minimum la baisse de pression de lrsquoeau ainsi que lrsquoeacutenergie utiliseacutee par le systegraveme de circulation drsquoeau Un petit diamegravetre de canalisation permettra drsquoopter pour un serpentin moins oneacutereux eacutetant donneacute qursquoil faudra moins de cuivre dans le serpentin Cependant des petits tubes neacutecessiteront une eacutenergie de pompage supeacuterieure et feront augmenter les pheacutenomegravenes drsquousure et drsquoeacuterosion des tubes si une puissance de pompe suffisante est appliqueacutee pour offrir le deacutebit drsquoeau nominal Concregravetement le fait drsquoutiliser un serpentin avec des tubes trop petits reacuteduira la puissance de chauffage fournie par le serpentin En effet le fabricant utilisera vraisemblablement le mecircme circulateur standard quel que soit le serpentin retenu Les TECA hydronic and combo guideline (Directives sur les systegravemes hydroniques et combineacutes de la TECA)1

(article 814) preacutecisent que le deacutebit de lrsquoeau qui traverse le systegraveme de chauffage ne doit pas deacutepasser quatre (4) pieds par seconde

Nombre drsquoailettes par pouce ndash Plus le nombre drsquoailettes par pouce est eacuteleveacute plus la surface de transmission de chaleur et la puissance de chauffage augmentent cela creacutee cependant une baisse de pression supeacuterieure sur le cocircteacute air du serpentin Un certain degreacute de perte de pression dans le serpentin est utile pour assurer un deacutebit drsquoair homogegravene dans le serpentin notamment dans une configuration de laquo purge raquo qui est couramment utiliseacutee dans les ventilo-convecteurs combineacutes servant au chauffage des locauxLes speacutecifications des serpentins de chauffage peuvent faire eacutetat drsquoun nombre drsquoailettes variant de 6 ailettes par pouce agrave 14 ailettes par pouce Les serpentins de chauffage hydronique standard comportent 12 ou 14 ailettes par pouce Les serpentins doteacutes drsquoun grand nombre drsquoailettes sont plus facilement encrasseacutes par de la poussiegravere

1 Thermal Environmental Comfort Association (TECA) Surrey (C-B) Hydronic amp Combo Guidelines for the Design and Installation of Hot Water Heating Systems and Combination Hot Water amp Space Heating Systems 8th Edition August 2009 (Directives concernant les systegravemes hydroniques et combineacutes conception et installation de systegravemes de chauffage drsquoeau chaude et de systegravemes combineacutes de chauffage drsquoeau chaude et de locaux 8e eacutedition aoucirct 2009) [wwwtecaca]

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ou des deacutebris Selon les reacutesultats du logiciel de modeacutelisation du serpentin la preacutesence de 12 ailettes ou mecircme 14 semble ecirctre un choix raisonnable pour un serpentin de chauffage de locaux haute performance agrave condition que le serpentin soit choisi avec une surface suffisamment importante pour maintenir la vitesse frontale de lrsquoair faible agrave la puissance de chauffage theacuteorique

Figure 5 Exemple de serpentin de chauffage de locaux laquo surdimensionneacute raquo utiliseacute dans une application de systegraveme de traitement drsquoair hydronique

83 Moteur de ventilateur

Le systegraveme de traitement drsquoair devrait utiliser un moteur de ventilateur agrave commutation eacutelectronique (MCE) et ecirctre exploiteacute en utilisant un systegraveme de controcircle agrave vitesse multiple ou agrave vitesse variable Cette option permettrait de moduler le deacutebit drsquoair et la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque le systegraveme fonctionne agrave une puissance infeacuterieure agrave sa puissance de chauffage nominale maximaleLa capaciteacute agrave utiliser un mode de circulation continu agrave faible puissance et faible vitesse serait particuliegraverement utile en cas de fonctionnement aux points de consigne de 15 et 40 pour lesquels il est primordial de collecter et de distribuer toute la chaleur reacutesiduelle des serpentins de chauffage la norme P9 tenant compte uniquement de la chaleur qui est reacuteellement transfeacutereacutee dans le courant drsquoair

La modulation du deacutebit drsquoair et de la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation permettra drsquoobtenir des tempeacuteratures drsquoair distribueacute confortables ainsi que des performances de chauffage eacuteleveacutees

Un MCE doteacute drsquoune programmation de deacutebit drsquoair constant surclassera vraisemblablement un MCE qui utilise une programmation de couple constant car le

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systegraveme compensera au moins partiellement les diffeacuterences entre les pressions statiques nominales et les pressions statiques reacuteellement eacutetablies Cette solution peut srsquoaveacuterer indispensable pour srsquoassurer que les performances de la combustion dans des conditions reacuteelles variables correspondent aux performances obtenues lors drsquoessais dans le laboratoire

Une programmation de deacutebit drsquoair constant sera probablement essentielle pour obtenir des performances acceptables dans le cas drsquoun systegraveme combineacute reacuteparti

84 Circulateurpompe

Ilest important de choisir le bon circulateur pour acheminer le deacutebit approprieacute en fonction de la pression statique eacutetablie qui sera en vigueur Les pertes de pression dans les diffeacuterents chauffe-eau agrave la demande varient Le fait drsquoutiliser un circulateur qui fournit un deacutebit trop important se traduira par une petite baisse de tempeacuterature dans le circuit drsquoeau qui traverse le serpentin et par une tempeacuterature drsquoeau de retour eacuteleveacutee vers le chauffe-eau Un deacutebit trop faible entraicircne des capaciteacutes de chauffage faibles Des circulateurs hydroniques sont offerts avec trois vitesses seacutelectionnables et des deacutebits de pompe nominaux Par contre les moteurs utiliseacutes dans les circulateurs types agrave plusieurs vitesses ne sont pas aussi efficaces que les moteurs agrave CE Des circulateurs agrave vitesse variable eacutequipeacutes de moteurs agrave CE font leur apparition sur le marcheacute mais ils ne sont pas encore couramment utiliseacutes dans les applications combineacutees

Ideacutealement les pompes de circulation des systegravemes combineacutes eacutevolueacutes devraient consister en un concept agrave modulation agrave vitesse variable capable drsquoameacuteliorer le rendement et de compenser les diffeacuterentes configurations de canalisation Ce type de concept est deacutejagrave disponible et pourrait ecirctre mis en œuvre degraves maintenant il pourrait aussi ecirctre mis de cocircteacute jusqursquoagrave ce que la prochaine geacuteneacuteration de systegravemes de chauffage combineacutes eacutevolueacutes soit mise au point Les premiers reacutesultats drsquoessais en laboratoire ont montreacute qursquoil est possible drsquoobtenir de bonnes performances conformes agrave la norme CSA P9 sans utiliser des pompes de circulation agrave vitesse variable et des commandes auxiliaires coucircteuses Agrave lrsquoavenir agrave mesure que le coucirct des circulateurs agrave vitesse variable doteacutes de moteurs agrave CE baissera et que les commandes inteacutegreacutees seront mieux accepteacutees leur utilisation dans des applications de chauffage combineacute sera plus rentable

85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)

Si lrsquoon conccediloit le reacuteseau de plomberie de maniegravere agrave pouvoir y installer des bouchons de controcircle de tempeacuterature drsquoeau et de pression les essais internes et les mesures de mise en service seront simplifieacutes De plus il sera plus facile de purger lrsquoair des circuits

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hydroniques Il est possible drsquoutiliser des sondes de tempeacuteratures monteacutees agrave lrsquoexteacuterieur pour effectuer les mesures de mise en service sur le terrain si des sections de conduites de cuivre ameacutenageacutees dans des endroits strateacutegiques sont prises en compte lors de la conception

86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau

Certains chauffe-eau agrave la demande de type chaudiegravere possegravedent des points de consignes et des algorithmes de controcircle distincts pour le chauffage des locaux et celui de lrsquoeau Drsquoautres ont besoin de savoir si la charge concerne le chauffage des locaux ou celui de lrsquoeau potable Dans ce cas on peut utiliser divers capteurs et surveiller eacutegalement les signaux transmis par un deacutebitmegravetre drsquoeau installeacute dans le reacuteseau drsquoeau potable ou un deacutebitmegravetre installeacute dans le circuit de chauffage des locaux Bon nombre de chauffe-eau agrave la demande utilisent de tels capteurs dans leurs circuits de commande de brucircleur afin de faire coiumlncider les allures de chauffe avec les chargesDans les applications combineacutees lrsquoutilisation de commandes capables de diffeacuterencier les charges deacutepend de la logique de controcircle prioritaire de demande drsquoeau chaude domestique

87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes

Les canalisations drsquoeau ameacutenageacutees entre le geacuteneacuterateur de chaleur et le systegraveme combineacute devraient ecirctre dimensionneacutees de maniegravere agrave eacuteviter des baisses de pression excessives

Toutes les canalisations en cuivre exteacuterieures doivent ecirctre isoleacutees conformeacutement aux pratiques de lrsquoindustrie Il se peut que les avantages lieacutes agrave lrsquoisolation des canalisations drsquointerraccordement ne soient pas tregraves importants si les sections de conduites sont courtes et si elles contiennent des tuyaux en polyeacutethylegravene reacuteticuleacute ou un type de conduite similaire preacutesentant moins de perte de chaleur que les conduites en cuivre

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9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes

La preacutesente section contient des directives et certaines observations agrave lrsquointention des fabricants de systegravemes de chauffage combineacutes dans le but drsquoaider ces derniers agrave mettre agrave lrsquoessai leurs systegravemes agrave lrsquointerne Lrsquoexeacutecution drsquoessais agrave lrsquointerne en utilisant un montage simplifieacute permettra aux fabricants de mieux cerner les performances de leurs concepts et commandes prototypes lorsqursquoils sont mis agrave lrsquoessai dans une installation indeacutependante conformeacutement agrave la norme CSA P9 (P10 pour les fabricants de SMI) Les essais en question ne doivent pas forceacutement ecirctre conccedilus pour geacuteneacuterer des reacutesultats de performance preacutecis agrave 100 mais ils sont consideacutereacutes comme indispensables pour le deacuteveloppement et le cycle drsquooptimisation du produit les avantages drsquoun concept et drsquoun fonctionnement de systegraveme ameacutelioreacutes pouvant rapidement sauter aux yeux lorsque lrsquoon compare les reacutesultats des essais reacutealiseacutes laquo avant raquo et laquo apregraves raquo

En geacuteneacuteral il nrsquoest pas rentable de payer un laboratoire drsquoessais indeacutependant pour proceacuteder agrave la premiegravere eacutevaluation drsquoun systegraveme de chauffage combineacute complet Les coucircts lieacutes au laboratoire et les deacutefis lieacutes aux ingeacutenieurs concepteurs qui prescrivent des reacuteglages lorsqursquoils ne sont pas sur place rendent cette option probleacutematique Des essais simplifieacutes reacutealiseacutes dans les propres locaux du fabricant permettent de srsquoassurer que les reacutesultats sont dans la plage approprieacutee degraves le deacutebut

Un scheacutema de montage drsquoessai suggeacutereacute utilisable pour effectuer des mesures conformeacutement agrave la norme CSA P9 est preacutesenteacute dans cette norme La figure 6 ci-dessous illustre une version simplifieacutee de ce scheacutema

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de la piegravece

combineacutes

Appareilsdeconditionnement

Eacutevents pour produits de combustion Appareils de

conditionnement de la piegravece

Salle drsquoessai

Isolant

Meacutelangeur

Approvisionnement en eau

Eacutevents pour air de combustion Conduite drsquoalimentation en combustible

Uniteacute drsquoessai des

systegravemes

Thermocouples Porte Fenecirctre

Mesure de la tempeacuterature et du deacutebit de lrsquoeau

Conduite drsquoair de retour

Thermocouples

Mesure de la tempeacuterature et de lrsquohumiditeacute de lrsquoair

Air drsquoappoint

Mesure du deacutebit drsquoair

Figure 6 Scheacutema simplifieacute illustrant le montage utiliseacute pour exeacutecuter les essais conformeacutement agrave la norme P9 (composants individuels du systegraveme combineacute non illustreacutes)

Le scheacutema preacutesente un dispositif de mesure de lrsquoenthalpie de lrsquoair dans un tunnel baseacute Vsur la norme ASHRAE 37 Lrsquoappareil de mesure de lrsquoair illustreacute sur la figure de la norme utilise un ajutage et un ventilateur drsquoeacutequilibrage pour pouvoir appliquer une technique de mesure du deacutebit drsquoair neacutecessitant une pression diffeacuterentielle eacuteleveacutee (entre 1 et 4 pouces drsquoeau) dans lrsquoajutage Lorsqursquoil est utiliseacute avec des manomegravetres preacutecis cet appareil offre une preacutecision de mesure eacuteleveacutee de lrsquoordre de 1 agrave 2 du deacutebit drsquoair et il geacutenegravere un deacutebit drsquoair bien meacutelangeacute qui permet de mesurer avec preacutecision la tempeacuterature du deacutebit de lrsquoair drsquoalimentation

La norme P9 preacutecise que lrsquoajutage inteacutegreacute agrave lrsquoappareil de mesure de lrsquoenthalpie de lrsquoair en tunnel constitue une meacutethode acceptable pour mesurer le deacutebit drsquoair tout en approuvant expresseacutement (article 36) lrsquoapplication drsquoautres processus de mesure du deacutebit drsquoair agrave condition que les limites de preacutecision mentionneacutees dans la norme soient satisfaites Ceci donne la possibiliteacute drsquoutiliser une technique de mesure du deacutebit drsquoair plus directe ne neacutecessitant pas lrsquoutilisation drsquoun appareil comportant un ventilateur drsquoeacutequilibrage Dans certains cas lrsquoutilisation drsquoune chambre de mesure de deacutebit avec un ventilateur drsquoeacutequilibrage pour reacutegler la pression statique de la conduite drsquoair drsquoalimentation a impliqueacute des problegravemes de stabiliteacute avec des moteurs agrave CE qui ont eacuteteacute

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programmeacutes pour un deacutebit drsquoair constant il est donc avantageux drsquoeacuteviter les ventilateurs drsquoeacutequilibrage

91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz

De nombreux fabricants concevant des systegravemes combineacutes eacutevolueacutes integravegreront des instruments conccedilus pour mesurer la consommation drsquoeacutenergie eacutelectrique la consommation du combustible les performances de combustion la tempeacuterature et la pression (pression du collecteur de gaz pression statique des conduites etc) Si de tels eacutequipements de mesure ne sont pas offerts ilest recommandeacute de les preacutevoirLes compteurs de facturation des compagnies de gaz et drsquoeacutelectriciteacute devraient offrir une preacutecision et une reacutesolution suffisantes pour les essais de deacuteveloppement du produit

92 Enregistreur de donneacutees

Les fabricants devront eacutegalement avoir accegraves agrave un systegraveme drsquoenregistrement de donneacutees dans le cadre de leur travail Il est conseilleacute de preacutevoir un enregistreur qui offre une preacutecision et un nombre de canaux de mesures suffisants pour les tacircches agrave accomplir On estime qursquoil faudra environ huit (8) canaux pour mesurer la tempeacuterature plus quelques canaux analogiques ou numeacuteriques pour prendre en compte les donneacutees des deacutebitmegravetres des transducteurs de pression etc (analogiques ou numeacuteriques selon lrsquoinstrument de mesure seacutelectionneacute) De nombreux fournisseurs proposent un large eacuteventail drsquoenregistreurs de donneacutees Campbell Scientific Fluke Instruments Omega et Measurement Computing (personal DAQ) figurent parmi les fabricants qui proposent des enregistreurs de donneacutees de petite eacutechelle pouvant ecirctre pris en compte Il est recommandeacute de se pencher sur lrsquoassistant logiciel de lrsquoenregistreur de donneacutees seacutelectionneacute au moment drsquoeacutevaluer lrsquoeacutequipement Si le fabricant ne souhaite pas investir dans un enregistreur de donneacutees la location demeure une option mecircme si les eacuteconomies preacutevues dans le cas drsquoune location agrave court terme semblent ecirctre faibles

93 Deacutebit drsquoair

Pour mesurer le deacutebit drsquoair pendant les essais agrave lrsquointerne il est recommandeacute drsquoutiliser une grille de deacutebit drsquoair avec eacutetablissement de moyenne installeacutee dans la conduite drsquoair drsquoalimentation en conjonction avec un manomegravetre diffeacuterentiel de preacutecision De nombreux fournisseurs proposent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans un large eacuteventail de tailles et ces deacutebitmegravetres sont relativement peu chers car ils sont souvent utiliseacutes dans des systegravemes commerciaux de chauffage et de refroidissement agrave deacutebit drsquoair variable Si lrsquoon fait une recherche dans Google en utilisant le segment laquo deacutebitmegravetres drsquoair raquo on trouve plusieurs fournisseurs et liens permettant

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drsquoobtenir de plus amples informations sur le sujet Nailor Industries Inc et Dwyer Instruments sont deux socieacuteteacutes quioffrent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans une grande varieacuteteacute de tailles de conduites

94 Manomegravetres

On trouve eacutegalement de nombreux manomegravetres diffeacuterentiels sur le marcheacute dont les modegraveles varient des manomegravetres agrave tube inclineacute aux transducteurs numeacuteriques de preacutecision Il est important de bien faire correspondre la plage de mesure du transducteur ou du manomegravetre avec la pression fournie par le deacutebitmegravetre sur la plage de deacutebits drsquoair preacutevue Dans le cas des transducteurs numeacuteriques des instruments capacitifs sont reacuteputeacutes bien fonctionner dans la plage de pression diffeacuterentielle basse qui serait normalement prescrite (environ 05 pouce de diffeacuterence de colonne drsquoeau) Setra Instruments MKS Instruments (Baratron) Dwyer Instruments et drsquoautres socieacuteteacutes proposent des transducteurs de pression diffeacuterentielle capacitifs plage basse adapteacutes

95 Tempeacuteratures

Les tempeacuteratures drsquoair drsquoarriveacutee et de sortie peuvent ecirctre mesureacutees en utilisant des thermocouples des thermistances ou des capteurs de conduite geacuteneacuterant une valeur moyenne Du fait de son bas coucirct de sa faciliteacute drsquoutilisation et de sa preacutesence agrave grande eacutechelle sur le marcheacute le thermocouple semble ecirctre lrsquoinstrument approprieacute pour cette application Il est possible de fabriquer un reacuteseau de thermocouples agrave partir drsquoune bobine de fil de thermocouple et de les raccorder entre eux en parallegravele de maniegravere agrave geacuteneacuterer une seule donneacutee repreacutesentant la valeur moyenne De nombreux fournisseurs offrent des fils agrave thermocouple notamment les socieacuteteacutes Thermo Electric Company Inc Omega Inc Watlow Inc etc Il est eacutegalement possible de fabriquer des sondes de tempeacuterature agrave partir des mecircmes fils de thermocouple pour surveiller drsquoautres paramegravetres tels que les tempeacuteratures drsquoeau Il est important de bien utiliser un fil agrave thermocouple plutocirct qursquoun fil de rallonge de lrsquoeacutechelle de mesure identique mais moins preacutecis

96 Mesures du cocircteacute eau

Pour effectuer des mesures du cocircteacute eau dans les serpentins il est neacutecessaire de posseacuteder un deacutebitmegravetre et des sondes de tempeacuterature Ces mesures pourraient ecirctre reacutealiseacutees en utilisant des capteurs distincts (deacutebitmegravetre drsquoeau et sondes de tempeacuterature distinctes par exemple) Il est important de srsquoassurer que lrsquoinsertion drsquoun deacutebitmegravetre dans la boucle drsquoeau ne modifie pas le deacutebit de la pompe de circulation Cela est particuliegraverement important avec des circulateurs agrave faible puissance geacuteneacuteralement utiliseacutes dans des applications combineacutees pour lesquelles lrsquoinstallation drsquoun deacutebitmegravetre agrave turbine conventionnel agrave baisse de pression eacuteleveacutee peut restreindre le deacutebit drsquoeau Ilexiste des deacutebitmegravetres preacutecis sans perte de pression eacuteleveacutee Certains appareils

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peuvent ecirctre acheteacutes deacutejagrave conditionneacutes avec des sondes de tempeacuterature en guise de laquo compteurs drsquoeacutenergie raquo Ils mesurent simultaneacutement les tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de lrsquoeau de retour ainsi que le deacutebit de lrsquoeau et calculent directement le flux drsquoeacutenergie en srsquoappuyant sur ces mesuresKamstrup Siemens Badger Meters Elster Metering ABB Meters et drsquoautres socieacuteteacutes offrent ce type drsquoappareils Les compteurs drsquoeacutenergie autonomes sont habituellement configureacutes avec certains dispositifs permettant de lire les diffeacuterents paramegravetres ainsi que les flux drsquoeacutenergie calculeacutes La plupart offre une fonction de stockage des donneacutees internes etou des sorties numeacuteriques pouvant ecirctre interfaceacutees avec des enregistreurs de donneacutees externes

97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne

La norme CSA P9 exige que le chauffage des locaux soit deacutefini en utilisant deux mesures (cocircteacute air et cocircteacute eau) avec une entente dans une toleacuterance acceptable pour la mise agrave lrsquoessai du systegraveme de chauffage de locaux agrave pleine capaciteacute constant Dans le cas des mesures agrave lrsquointerne entreprises par un fabricant dans le cadre drsquoun projet de deacuteveloppement de produit cibleacute lrsquoentente entre les mesures du cocircteacute air et du cocircteacute eau nrsquoest pas forceacutement requise On suggegravere aux fabricants de se concentrer sur les mesures qui ciblent la strateacutegie de controcircle ou de composant propre agrave lrsquoeacutetude Par exemple si des strateacutegies diffeacuterentes de temporisation du ventilateur ou laquo apregraves fonctionnement raquo sont eacutevalueacutees il est bien plus important de se concentrer sur les mesures du cocircteacute air que drsquoessayer drsquoatteindre un eacutequilibre entre le cocircteacute air et le cocircteacute eau Selon la quantiteacute drsquoeacutenergie laisseacutee dans le serpentin drsquoeau lorsque le ventilateur de soufflante srsquoarrecircte et drsquoautres pertes drsquoeacutenergie du systegraveme il est possible qursquoil nrsquoy ait pas drsquoeacutequilibre drsquoeacutenergie entre les mesures du cocircteacute air et les mesures du cocircteacute eau mecircme avec un instrument des mesures et des calculs laquo parfaits raquo

La norme CSA P9 exige une mesure du deacutebit drsquoair et des tempeacuteratures au moins toutes les cinq (5) secondes Dans le cas des essais agrave lrsquointerne cette freacutequence pourrait ecirctre assouplie pour certaines eacutetapes drsquoessai Par ailleurs une conformiteacute totale agrave la norme P9 suppose un controcircle preacutecis de la tempeacuterature de la salle drsquoessai ougrave se trouve le systegraveme combineacute en vue des essais ainsiqursquoun controcircle preacutecis de la tempeacuterature de lrsquoeau de la ville Dans le cas des essais de deacuteveloppement agrave lrsquointerne ces exigences peuvent eacutegalement ecirctre assouplies agrave condition que les tempeacuteratures ne varient pas trop pendant les essais Un espace commercial conditionneacute ayant une dimension raisonnable ferait lrsquoaffaire au moins pour les phases drsquoessai et de deacuteveloppement initiales

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Flue(combustionmeasurements)

SupplyAirtoSpaceHeatingPlenum

(optionalzonedampers)

ReturnAir

CityWater

TanklessWaterHeater

HotWaterSupplyfromWaterHeater

DHW

CoolWaterreturntoWaterheater

Temperaturemeasurementpoints

Fuelmeter

Flowmeter

Electricalmeteringnotshown

Circulator

98 Agencement des instruments

La figure 7 preacutesente un scheacutema simplifieacute permettant drsquoillustrer lrsquoagencement geacuteneacuteral des emplacements et des paramegravetres de mesure en vue de la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute de chauffe-eau instantaneacute agrave condensation Le deacutebit drsquoair qui traverse la conduite drsquoalimentation du systegraveme de traitement drsquoair sera surveilleacute en utilisant un deacutebitmegravetre agrave valeur moyenne et un manomegravetre (non illustreacute) tel que cela est deacutecrit agrave lrsquoarticle 73

T

T

T T

T T

Alimentation en eau chaude provenant du chauffe-eau

Conduit (mesures de combustion)

Eau chaude domestique

Systegraveme de mesure du combustible

Air dereprise

Retourde lrsquoeau froide vers lechauffe-eau

Chauffe-eau instantaneacute

Air drsquoalimentation achemineacute versle pleacutenum de chauffage(registres de zone facultatifs)

Eau municipale

Deacutebitmegravetre

T

(compteur eacutelectrique non illustreacute)

Points de mesure de la tempeacuterature Circulateur

Figure 8 Scheacutema de mesure simplifieacute applicable agrave la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute baseacute sur un chauffe-eau instantaneacute

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CanmetEacuteNERGIE CanmetEacuteNERGIE de Ressources naturelles Canada est un chef de file canadien dans le domaine de la recherche et deacuteveloppement en eacutenergie propre Les travaux de nos speacutecialistes portent sur lrsquoapprovisionnement drsquoeacutenergie propre agrave partir de combustibles fossiles et de sources renouvelables la gestion de lrsquoeacutenergie et les systegravemes de distribution ainsi que sur les technologies et processus avanceacutes pour les utilisations finales En veillant agrave ce que le Canada soit agrave la fine pointe des technologies sur lrsquoeacutenergie propre nous ameacuteliorons la qualiteacute de vie des Canadiens en creacuteant un avantage durable en matiegravere de ressources

Bureau central Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) 580 rue Booth 1 promenade Oil Patch 1 promenade Haanel 161 boulevard Lionel-Boulet Ottawa (Ontario) Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) Canada Canada Canada Canada K1A 0E4 T9G 1A8 K1A 1M1 J3X 1S6

  • Guide pour les fabricants drsquoappareils de chauffage combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessai conformeacutement agrave la norme CSA P9
    • Remerciements
    • 1 Reacutesumeacute
    • 2 Systegravemes agrave zones
    • Table des matiegraveres
    • Liste des tableaux et figures
    • 3 Contexte
      • 31 Objet
      • 32 Public cible
      • 33 Marcheacute
      • 34 Pratiques en vigueur dans lrsquoindustrie
      • 35 Expeacuterience en matiegravere drsquoeacutevaluation
      • 36 Deacutefi principal Utiliser des chauffe-eau pour chauffer des locaux de maniegravere eacuteconergeacutetique
      • 37 Approche par eacutetapes
        • 4 Charges de calcul ndash performances selon la norme CSA p9
          • 41 Facteur de performance thermique (FPT)
          • 42 Chauffage de lrsquoeau
          • 43 Chauffage des locaux
          • 44 Importance relative des charges de chauffage des locaux et de lrsquoeau
            • 5 Chauffage de lrsquoeau domestique
            • 6 Conception des systegravemes combineacutes
              • 61 Incidence des pondeacuterations de charge
                • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                • Reacuteduction des tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour
                  • 62 Strateacutegies de conception
                  • 63 Strateacutegie 1 Tempeacuterature drsquoeau constante
                    • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                    • Serpentin(s) de chauffage des locaux
                    • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                    • Illustration des performances selon la norme P9
                    • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                      • 64 Strateacutegie 2 Tempeacuterature drsquoeau variable
                        • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                        • Serpentin(s) de chauffage de locaux
                        • Conditions de chauffage de locaux en charge partielle
                        • Illustration des performances P9
                        • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                            • 7 Commandes
                              • Commandes indirectes baseacutees sur la tempeacuterature
                              • Commandes indirectes baseacutees sur le minuteur
                              • Controcircle direct
                              • Chauffe-eau -Mode de chauffage de lrsquoeau du robinet
                                • 8 Composants
                                  • 81 Systegraveme de traitement drsquoair
                                  • 82 Serpentins de chauffage de locaux
                                  • 83 Moteur de ventilateur
                                  • 84 Circulateurpompe
                                  • 85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)
                                  • 86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau
                                  • 87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes
                                    • 9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes
                                      • 91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz
                                      • 92 Enregistreur de donneacutees
                                      • 93 Deacutebit drsquoair
                                      • 94 Manomegravetres
                                      • 95 Tempeacuteratures
                                      • 96 Mesures du cocircteacute eau
                                      • 97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne
                                      • 98 Agencement des instruments
Page 19: Guide pour les fabricants d’appareils de chauffage ...€¦ · Le présent rapport explique comment la norme d’essai P.9 pondère le rendement dans différents modes de fonctionnement

5 Chauffage de lrsquoeau domestique

La premiegravere eacutetape agrave suivre pour concevoir un systegraveme combineacute haute performance consiste agrave seacutelectionner le chauffe-eau approprieacute Cette section a pour but drsquoaider les fabricants agrave deacutenicher rapidement les modegraveles potentiels

Parmi les caracteacuteristiques que devraient avoir les chauffe-eau agrave la demande figurent

bull la modulation ndash performances de chauffage de lrsquoeau efficaces sur toute la plage depuis les deacutebits drsquoeau nominaux minimaux jusqursquoaux deacutebits maximaux

ndash rapport de reacuteglage eacuteleveacute

ndash capaciteacute agrave fournir suffisamment drsquoeau chaude pour reacutepondre agrave des besoins en chauffage de lrsquoeau typiques

ndash capaciteacute agrave fonctionner avec des deacutebits drsquoeau chaude minimauxDe nombreux chauffe-eau agrave la demande actuellement sur le marcheacute peuvent selon le classement de leur fabricant ecirctre utiliseacutes avec des deacutebits drsquoeau chaude de 2 Lmin (05 gal USmin) ou moins Certains systegravemes neacutecessitent des deacutebits plus importants

bull performance en matiegravere de condensation ndash ilsrsquoagit des performances nominales de condensation sur toute la plage des charges et des allures de chauffe

ndash commandes geacuterant de faccedilon approprieacutee le rapport combustible-deacutebit drsquoair de maniegravere agrave maintenir le rendement de la combustion quelle que soit la charge

ndash paramegravetres de commande optimiseacutes par la charge qui permettent de deacuteterminer lrsquoimportance et les types de charges et de reacuteagir en conseacutequence avec de meilleurs paramegravetres de commande pour que le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair fonctionnent ensemble

ndash cycles courts avant et apregraves la purge permettant de reacuteduire au minimum les temps de reacuteponse et les pertes laquo par cycle raquo et de reacuteduire la consommation drsquoeacutelectriciteacute

ndash faible consommation en mode drsquoalimentation de secours

ndash ventilation directe des produits de combustion afin drsquoeacuteviter lrsquoeacutemanation de combustible et les risques de deacutepressurisation

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Pour acceacuteleacuterer le processus de seacutelection du chauffe-eau de base il sera plus facile de commencer par consulter les donneacutees que le fabricant peut deacutetenir (ou qursquoil peut facilement produire) concernant ses propres produits en mode de chauffage drsquoeau Lrsquoobjectif est de commencer avec un geacuteneacuterateur de chaleur qui preacutesente un rendement eacutenergeacutetique nominal de 90 ou plus sur une grande plage de fonctionnement

Si le chauffe-eau qursquoon envisage drsquoutiliser en tant que moteur thermique ou geacuteneacuterateur de chaleur pour un systegraveme de chauffage combineacute monobloc ne reacutepond pas aux exigences ci-dessus il est recommandeacute de reacuteviser attentivement son choix Dans certains cas il est possible de seacutelectionner diffeacuterents composants diffeacuterentes commandes ou diffeacuterents paramegravetres de commande pour surmonter les lacunes en matiegravere de rendement Les possibiliteacutes drsquoameacuteliorer de faccedilon appreacuteciable les performances de chauffage drsquoeau drsquoun chauffe-eau agrave la demande sans affecter son certificat de seacutecuriteacute sont limiteacutees Du coup le fait de seacutelectionner un chauffe-eau diffeacuterent plus rentable sur le plan eacutenergeacutetique peut constituer un choix plus opportun

La norme canadienne drsquoessai et drsquoeacutevaluation CSA P7 applicable aux chauffe-eau agrave la demande fait eacutetat drsquoune tempeacuterature drsquoeau drsquoarriveacutee courante de 144 degC (58 degF) et drsquoune tempeacuterature de sortie de 577 degC (135 degF) pour les essais et lrsquoeacutevaluation des performances nominales Le tableau 4 compare les caracteacuteristiques de rendement eacutenergeacutetique de deux chauffe-eau agrave la demande theacuteoriques avec les systegravemes fonctionnant agrave plusieurs deacutebits drsquoeau diffeacuterents en utilisant les mecircmes hypothegraveses de tempeacuteratures drsquoeau que la norme P7 Bien que les eacutevaluations de performance maximale du premier modegravele soient supeacuterieures agrave celles du second modegravele (avec des deacutebits drsquoeau de 114 et 76 Lmin) les performances de chauffage ameacutelioreacutees du second modegravele agrave des deacutebits drsquoeau infeacuterieurs en font un meilleur candidat pour jouer le rocircle drsquoun geacuteneacuterateur de chaleur dans un systegraveme combineacute du fait du pourcentage de temps eacuteleveacute pendant lrsquoanneacutee durant lequel un systegraveme combineacute fonctionne agrave de faibles charges pour assurer le chauffage des locaux

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Tableau 4 Comparaison des caracteacuteristiques de rendement eacutenergeacutetique de la norme P7 pour deux chauffe-eau theacuteoriques

Deacutebit (Lmin) Deacutebit (gal USmin) Exemple modegravele 1

Exemple modegravele 2

114 3 95 92

76 2 95 90

38 1 83 92

19 05 79 92

Recommandation Choix mal adapteacute dans le cas drsquoun systegraveme combineacute

Choix mieux adapteacute dans le cas drsquoun systegraveme combineacute

On constate que les valeurs de rendement eacutenergeacutetique pour la plage de deacutebits drsquoeau utiliseacutes agrave des fins de deacutemonstration dans le tableau 4 ne seraient pas interchangeables avec les facteurs eacutenergeacutetiques (FE) coteacutes pour les mecircmes chauffe-eau eacutetant donneacute que les conditions eacutenonceacutees dans le tableau 4 ne correspondent pas aux installations meacutethodes drsquoessais et charges de chauffage drsquoeau speacutecifieacutees dans la norme CSA P7 applicable aux chauffe-eau agrave la demande Les valeurs de rendement eacutenergeacutetique theacuteoriques du tableau 4 sont preacutesenteacutees simplement pour deacutemontrer que les performances de chauffage de lrsquoeau de certains types de chauffe-eau peuvent changer agrave mesure que le deacutebit (p ex la charge de chauffage de lrsquoeau) change Les changements de rendement eacutenergeacutetique du systegraveme de chauffage de lrsquoeau en fonction de la charge ne sont pas complegravetement pris en compte dans les eacutevaluations de performance FE normaliseacutees applicables aux chauffe-eau Afin drsquoeacuteviter toute confusion il est recommandeacute drsquoutiliser lrsquoexpression laquo Facteur eacutenergeacutetique raquo (ou FE) uniquement pour deacutesigner des cotes drsquoessais de chauffe-eau standard eacutelaboreacutees agrave partir drsquoessais et de calculs respectant scrupuleusement la norme drsquoeacutevaluation CSA P7 applicable aux chauffe-eau agrave la demande ou la norme CSA P3 applicable aux chauffe-eau agrave reacuteservoir de stockage reacutesidentiels

Apregraves avoir eacutetudieacute le rendement eacutenergeacutetique des geacuteneacuterateurs de chaleur potentiels sur toutes leurs plages de fonctionnement preacutevues dans le cadre drsquoun systegraveme combineacute il est possible de seacutelectionner de maniegravere aviseacutee un chauffe-eau adapteacute aux applications preacutevues Une fois cette eacutetape reacutealiseacutee le fabricant de systegravemes de chauffage combineacutes doit opter pour une strateacutegie de controcircle avant de seacutelectionner les autres composants du systegraveme

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6 Conception des systegravemes combineacutes

61 Incidence des pondeacuterations de charge

Conditions de chauffage des locaux en charge partielle Pour obtenir une excellente cote drsquoessai selon la norme CSA P9 il faut avant tout se concentrer sur le chauffage des locaux en charge partielle Le rendement en conditions de chauffage de locaux en charge partielle permettra de deacuteterminer 90 de la cote drsquoefficaciteacute de chauffage composite (ECC) Dans le cas drsquoun systegraveme de chauffage combineacute offrant une puissance de chauffage drsquoespace nominale de 10 kW 75 de la valeur FPT seront deacuteduits agrave partir des reacutesultats de lrsquoessai en charge partielle Dans le cas drsquoun systegraveme offrant une puissance de chauffage des locaux de 15 kW les reacutesultats des performances de chauffage des locaux en charge partielle repreacutesenteront presque 80 du facteur de performance thermique global

Reacuteduction des tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour Les chauffe-eau qui preacutesentent drsquoexcellentes cotes avec des tempeacuteratures basses de lrsquoeau drsquoalimentation du reacuteseau principalfonctionneront moins bien sila tempeacuterature drsquoarriveacutee augmente La preacutesence de tempeacuteratures drsquoeau de retour plus chaudes pendant le mode de chauffage des locaux contribuera agrave reacuteduire le rendement eacutenergeacutetique Le fait de reacutepondre aux demandes de chauffage des locaux en utilisant des paramegravetres de commande qui reacuteduisent au minimum les tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour en conditions de charge partielle peut contribuer agrave optimiser le rendement de combustion

62 Strateacutegies de conception

Un des plus gros avantages du chauffe-eau agrave la demande tient au fait que theacuteoriquement il peut geacuteneacuterer diffeacuterentes tempeacuteratures drsquoeau drsquoalimentation pour satisfaire les charges de chauffage de lrsquoeau et des locaux Il peut eacutegalement faire varier du tout au tout la tempeacuterature de lrsquoeau qursquoil fournit pour satisfaire diffeacuterentes charges de chauffage des locaux Cet aspect est essentiel pour continuer de fournir le mecircme chauffage de lrsquoeau agrave un rendement eacuteleveacute et produire un chauffage des locaux agrave charge partielle tregraves efficace

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Nous allons passer en revue deux concepts de systegravemes combineacutes

bull la strateacutegie 1 utilise une tempeacuterature drsquoeau constante pour toutes les charges

bull la strateacutegie 2 consiste agrave faire varier la tempeacuterature de lrsquoeau en fonction de la charge

La premiegravere strateacutegie est celle qui neacutecessite le moins de changement compareacute aux pratiques actuelles elle correspond souvent au premier reacuteflexe Elle est preacutesenteacutee icidans le but principalde mettre en lumiegravere certains deacutefis inheacuterents en matiegravere de performance

La deuxiegraveme strateacutegie repreacutesente une option bien plus rentable pour atteindre des niveaux de performance eacuteleveacutes tant sur le terrain que lors des essais exeacutecuteacutes conformeacutement agrave la norme CSA P9 Lrsquoexpeacuterience montre qursquoelle offre un niveau de performance eacuteleveacute agrave un coucirct moindre pour le fabricant

Le fait drsquoutiliser une pompe agrave vitesse variable dans le systegraveme de traitement de lrsquoair peut eacutegalement ameacuteliorer le rendement eacutenergeacutetique La strateacutegie 2 est axeacutee sur une tempeacuterature drsquoalimentation variable les chauffe-eau agrave la demande pouvant offrir cette fonction plus rapidement Il est peu courant de voir des pompes agrave vitesse variable dans les appareils de traitement de lrsquoair pour lrsquoinstant

Pour ces exemples

bull les deux types de systegravemes combineacutes seront preacutesenteacutes en utilisant le mecircme chauffe-eau agrave la demande agrave condensation et agrave modulation

bull les pondeacuterations de performance FPT applicables agrave un systegraveme combineacute preacutesentant une charge nominale de chauffage de locaux de 10 kW seront utiliseacutees agrave titre indicatif pour illustrer chacune de ces strateacutegies

63 Strateacutegie 1 Tempeacuterature drsquoeau constante

Ce systegraveme de chauffage combineacute respecte la regravegle eacutetablie et preacutevoit uniquement lrsquoutilisation de composants plus efficaces pour ameacuteliorer les performancesIlarrive qursquoil soit souvent consideacutereacute en premier lieu car les commandes peuvent rester telles quelles dans un systegraveme pour lequel un fabricant fournit le chauffe-eau agrave la demande tandis qursquoun autre fabricant fournit le systegraveme de traitement drsquoair

Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair Le chauffe-eau ne sait pas si une demande concerne un chauffage de lrsquoeau ou un chauffage de locaux Il deacutetecte une demande et fournit de lrsquoeau chaude agrave une tempeacuterature constante Pour satisfaire la charge de chauffage de pointe des locaux il est geacuteneacuteralement reacutegleacute agrave 60 degC (140 degF) Le systegraveme de traitement drsquoair ne contribue pas eacutenormeacutement agrave faire grimper la puissance de chauffage de locaux Il utilise geacuteneacuteralement

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un ou deux reacuteglages de vitesse de ventilateur soufflant Eacutetant donneacute que le fonctionnement prolongeacute drsquoun ventilateur apregraves qursquoune demande de chauffage a eacuteteacute satisfaite peut entraicircner des problegravemes de confort dus agrave des courants drsquoair froid le fonctionnement subseacutequent du ventilateur ne sera pas mis en œuvre ou sera mis en œuvre en utilisant uniquement des temps de fonctionnement courts Dans les deux sceacutenarios la chaleur sera retenue dans le serpentin et les conduites pour se dissiper par la suite pendant les peacuteriodes de deacutesactivation

Serpentin(s) de chauffage des locaux Si lrsquoon veut amplifier lrsquoefficaciteacute eacutenergeacutetique du systegraveme en mode de chauffage des locaux ilest impeacuteratif de reacuteduire au minimum les tempeacuteratures de lrsquoeau de retourDes serpentins laquo surdimensionneacutes raquo ont eacuteteacute conccedilus en vue drsquooptimiser la baisse de tempeacuterature dans lrsquoeacutechangeur de chaleur en conditions de chauffage des locaux

Conditions de chauffage des locaux en charge partielle Le systegraveme de traitement drsquoair se met en route et srsquoarrecircte pour srsquoadapter aux conditions de charge partielle ce qui a pour effet de deacuteclencher des demandes associeacutees sur le chauffe-eau

Illustration des performances selon la norme P9 Le tableau 5 donne un aperccedilu theacuteorique du type de performance que lrsquoon pourrait geacuteneacuteralement obtenir en utilisant une strateacutegie impliquant un point de consigne de tempeacuterature unique

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Tableau 5 Performances drsquoun systegraveme combineacute theacuteorique affichant une puissance de chauffage des locaux de 10 kW en utilisant une strateacutegie simple de commande de point de consigne de tempeacuterature drsquoeau unique (capaciteacute de chauffage des locaux compenseacutee par des cycles de marche-arrecirct)

Mode de fonctionne -ment

Pondeacuter-ation

Temp de lrsquoeau drsquoalimentati on (degF)

Temp de lrsquoeau de retour du reacuteseau principal (degF)

Deacutebit du systegraveme de traitement drsquoair (pi3min)

Mesure de la performance eacutenergeacutetique mode activeacute deacutesactiveacute ()

Contribution FPT

Chauffage des locaux 100

8 140 120 800 85 007

Chauffage des locaux 40

49 140 120 800 80 039

Chauffage des locaux 15

25 140 120 800 75 018

Chauffage de lrsquoeau

18 140 58 mdash 92 017

Total 100 081

Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables bull Performances globales Une cote de facteur de performance totale (FPT) de 092

placerait le systegraveme combineacute dans la plage des performances eacuteleveacutees

bull Performances en mode de chauffage de lrsquoeau Comme dans le cas du sceacutenario impliquant un point de consigne de tempeacuterature unique le systegraveme assure une condensation en mode de chauffage de lrsquoeau avec un FPCE de 92 Il serait possible drsquoameacuteliorer leacutegegraverement lrsquoefficaciteacute du systegraveme de chauffage de lrsquoeau si un point de consigne de tempeacuterature de lrsquoeau infeacuterieur agrave la valeur de 140 degF utiliseacutee dans le premier cas de figure eacutetait appliqueacute La norme P9 permet drsquoutiliser un point de consigne pouvant descendre jusqursquoagrave 120 degF dans le cas de lrsquoeau potable La tempeacuterature de consigne nrsquoa plus besoin drsquoecirctre la mecircme que celle requise pour une charge de chauffage de locaux maximale il est donc possible de la reacuteduire agrave la plage de 120 degF Pour simplifier la comparaison des deux systegravemes dans les tableaux 5 et 6 aucun point de consigne de systegraveme de chauffage drsquoeau potable reacuteduit nrsquoa pas eacuteteacute inclus dans le tableau 6

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bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge totale Dans ce mode le rendement eacutenergeacutetique est plus faible La tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation doit ecirctre au plus haut pour satisfaire la charge la tempeacuterature de lrsquoeau de retour sera donc elle aussiplus eacuteleveacutee dans ce modeComme le systegraveme fonctionnera rarement dans ce mode cette mauvaise performance ne repreacutesente qursquoune petite fraction de la pondeacuteration FPT

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge partielle Les tempeacuteratures drsquoalimentation du systegraveme de chauffage de lrsquoeau sont abaisseacutees progressivement pour satisfaire des demandes en charge partielle moindres Les tempeacuteratures peuvent ecirctre abaisseacutees bien en deccedilagrave du reacuteglage preacutevu pour le chauffage de lrsquoeau du robinet Cette condition se traduit par des tempeacuteratures drsquoeau de retour plus basses qursquoen conditions de charge totale Ces deux facteurs font que lrsquoefficaciteacute est plus importante en conditions de charge partielle qursquoen conditions de charge totale Le chauffe-eau fonctionnera en mode de condensation pour les deux points de charge de chauffage de locaux (40 et 15 )

bull Vitesse de ventilateur Eacutetant donneacute que la puissance de chauffage requise diminue la vitesse de ventilateur diminue aussiCela se traduit par un niveau sonore reacuteduit un fonctionnement du ventilateur plus long avec des cycles moins freacutequents et une reacuteduction importante de la consommation drsquoeacutenergie Cette condition peut aussi reacuteduire les plaintes lieacutees au confort le fonctionnement plus long agrave des deacutebits drsquoair reacuteduits ameacuteliorant la reacutepartition de lrsquoair chaud pendant les saisons intermeacutediaires

bull Controcircle de la tempeacuterature de lrsquoair inteacuterieur Le fait de moduler la puissance de chauffage en faisant varier la tempeacuterature de lrsquoeau et la vitesse du ventilateur peut se traduire par une tempeacuterature drsquoair inteacuterieur plus homogegravene avec des eacutecarts de tempeacuteratures moins grands au-dessus et au-dessous des points de consigne du thermostat Ce pheacutenomegravene pourrait inciter les proprieacutetaires de reacutesidence agrave augmenter le point de consigne de chauffage pour eacutetablir des conditions de confort acceptables

bull Incidences sur le zonage Le zonage sera plus compliqueacute avec un systegraveme affichant une puissance fixe et une vitesse de ventilateur unique

Ilest possible drsquoameacuteliorer la strateacutegie 1 en augmentant encore la dimension drsquoun serpentin deacutejagrave surdimensionneacute dans le systegraveme de traitement drsquoair Cette option implique toutefois des limites pratiques car des serpentins bien plus grands neacutecessiteront une plus grande quantiteacute de cuivre et un formage plus important et cela accentuera le coucirct total du systegraveme sans compter qursquoil faudra aussi preacutevoir des armoires plus grandes pour le systegraveme de traitement drsquoair De plus les pertes de chaleur par cycle augmenteront et il sera plus difficile drsquoobtenir des performances eacuteleveacutees en charge partielle Le fait drsquoappliquer la strateacutegie 1 agrave un systegraveme de chauffage combineacute agrave haute performance peut srsquoaveacuterer trop oneacutereux pour valoir le coup

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64 Strateacutegie 2 Tempeacuterature drsquoeau variable

Cette meacutethode est identique agrave celle appliqueacutee dans les appareils de chauffage agrave air chaud multieacutetage Le principe consiste agrave faire fonctionner le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair ensemble pour optimiser le rendement eacutenergeacutetique tout en reacuteduisant au minimum le coucirct et la complexiteacute des composants

Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair Cette strateacutegie consiste agrave exploiter avantageusement la capaciteacute inteacutegreacutee du chauffe-eau pour faire varier la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation La tempeacuterature du point de consigne du chauffe-eau varie en fonction de la charge de chauffage des locaux On utilise des reacuteglages de tempeacuterature drsquoeau drsquoalimentation faibles pour satisfaire aux conditions de chauffage des locaux en charge partielle On fait eacutegalement varier les vitesses du ventilateur du systegraveme de traitement drsquoair en srsquoappuyant sur un principe de controcircle de reacuteglage exteacuterieur ou de minuterie pour augmenter les paramegravetres Lorsqursquoune demande de chaleur a eacuteteacute satisfaite le ventilateur continue de fonctionner agrave des vitesses reacuteduites pour eacuteviter les problegravemes lieacutes aux courants froids et au bruit Du coup le serpentin et les conduites retiennent moins de chaleur et on deacuteplore moins de perte de chaleur par la suite compareacute au premier cas de figure Le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair doivent tous deux cerner la demande qursquoils sont censeacutes satisfaire Leurs commandes ne doivent pas pour autant ecirctre physiquement inteacutegreacutees drsquoune faccedilon ou drsquoune autre Cette strateacutegie de controcircle est traiteacutee plus en deacutetail agrave la section 40

Serpentin(s) de chauffage de locaux Pour simplifier la comparaison nous partirons du principe que des serpentins laquo surdimensionneacutes raquo similaires sont utiliseacutes comme dans le premier cas de figure de sorte que les performances du chauffage de pointe des locaux soient identiques dans les deux cas

Conditions de chauffage de locaux en charge partielle Le chauffe-eau relegraveve une demande de chauffage de locaux et se met en route en acheminant une eau drsquoalimentation agrave basse tempeacuterature au systegraveme de traitement drsquoair Si la demande de chauffage nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute le chauffe-eau augmente progressivement la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation Le systegraveme de traitement drsquoair surveille la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation et augmente progressivement la vitesse du ventilateur lorsque la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation est plus eacuteleveacutee

Illustration des performances P9 Le tableau 6 donne une preacutesentation theacuteorique du type de rendement que lrsquoon peut obtenir en appliquant une strateacutegie de controcircle simple mettant en œuvre des

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tempeacuteratures drsquoeau et des vitesses de ventilateur variables Les tempeacuteratures et les deacutebits drsquoair du ventilateur preacutesenteacutes dans le tableau 6 ont eacuteteacute choisis agrave titre indicatif uniquement Ils ne repreacutesentent pas des reacuteglages pleinement optimiseacutes applicables agrave un systegraveme de chauffage combineacute

Tableau 6 Performances drsquoun systegraveme de chauffage combineacute theacuteorique offrant une puissance de chauffage des locaux de 10 kW en utilisant une strateacutegie de controcircle de tempeacuteratures drsquoeau et de vitesses de ventilateur variables (variation de la capaciteacute de chauffage des locaux par modulation du deacutebit drsquoair et de la tempeacuterature de lrsquoeau)

Mode de fonctionne -ment

Pondeacuter-ation

Temp de lrsquoeau drsquoalimen-tation (degF)

Temp de lrsquoeau de retour du reacuteseau principal (degF)

Deacutebit du systegraveme de traitement drsquoair (pi3min)

Mesure de la performance eacutenergeacutetique mode activeacute deacutesactiveacute ()

Contribution FPT

Chauffage des locaux 100

8 140 120 800 85 007

Chauffage des locaux 40

49 110 102 600 92 045

Chauffage des locaux 15

25 90 87 500 94 023

Chauffage de lrsquoeau

18 140 58 --- 92 016

Total 100 092

Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables bull Performances globales Une cote de facteur de performance totale (FPT) de 092

placerait le systegraveme combineacute dans la plage des performances eacuteleveacutees

bull Performances en mode de chauffage de lrsquoeau Comme dans le cas du sceacutenario impliquant un point de consigne de tempeacuterature unique le systegraveme assure une condensation en mode de chauffage de lrsquoeau avec un FPCE de 92 Il serait possible drsquoameacuteliorer leacutegegraverement lrsquoefficaciteacute du systegraveme de chauffage de lrsquoeau si un point de consigne de tempeacuterature de lrsquoeau infeacuterieur agrave la valeur de 140 degF utiliseacutee dans le premier cas de figure eacutetait appliqueacute La norme P9 permet drsquoutiliser un point de

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consigne pouvant descendre jusqursquoagrave 120 degF dans le cas de lrsquoeau potable La tempeacuterature de consigne nrsquoa plus besoin drsquoecirctre la mecircme que celle requise pour une charge de chauffage de locaux maximale il est donc possible de la reacuteduire agrave la plage de 120 degF Pour simplifier la comparaison des deux systegravemes dans les tableaux 5 et 6 aucun point de consigne de systegraveme de chauffage drsquoeau potable reacuteduit nrsquoa pas eacuteteacute inclus dans le tableau 6

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge totale Dans ce mode le rendement eacutenergeacutetique est plus faible La tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation doit ecirctre au plus haut pour satisfaire la charge la tempeacuterature de lrsquoeau de retour sera donc elle aussi plus eacuteleveacutee dans ce mode Comme le systegraveme fonctionnera rarement dans ce mode cette mauvaise performance ne repreacutesente qursquoune petite fraction de la pondeacuteration FPT

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge partielle Les tempeacuteratures drsquoalimentation du systegraveme de chauffage de lrsquoeau sont abaisseacutees progressivement pour satisfaire des demandes en charge partielle moindres Les tempeacuteratures peuvent ecirctre abaisseacutees bien en deccedilagrave du reacuteglage preacutevu pour le chauffage de lrsquoeau du robinet Cette condition se traduit par des tempeacuteratures drsquoeau de retour plus basses qursquoen conditions de charge totale Ces deux facteurs font que lrsquoefficaciteacute est plus importante en conditions de charge partielle qursquoen conditions de charge totale Le chauffe-eau fonctionnera en mode de condensation pour les deux points de charge de chauffage de locaux (40 et 15 )

bull Vitesse de ventilateur Eacutetant donneacute que la puissance de chauffage requise diminue la vitesse de ventilateur diminue aussiCela se traduit par un niveau sonore reacuteduit un fonctionnement du ventilateur plus long avec des cycles moins freacutequents et une reacuteduction importante de la consommation drsquoeacutenergie Cette condition peut aussi reacuteduire les plaintes lieacutees au confort le fonctionnement plus long agrave des deacutebits drsquoair reacuteduits ameacuteliorant la reacutepartition de lrsquoair chaud pendant les saisons intermeacutediaires

bull Controcircle de la tempeacuterature de lrsquoair inteacuterieur Le fait de moduler la puissance de chauffage en faisant varier la tempeacuterature de lrsquoeau et la vitesse du ventilateur peut se traduire par une tempeacuterature drsquoair inteacuterieur plus homogegravene avec des eacutecarts de tempeacuteratures moins grands au-dessus et au-dessous des points de consigne du thermostat

La strateacutegie 2 (tempeacuterature drsquoeau variable) peut donner lieu agrave lrsquoeacutelaboration drsquoun systegraveme de chauffage combineacute efficace preacutesentant de bonnes performances lorsqursquoil est mis agrave lrsquoessai selon la norme CSA P9 et lorsqursquoil est installeacute dans une vraie reacutesidence Les niveaux de performance varieront en fonction des composants seacutelectionneacutes et des speacutecificiteacutes de lrsquoordonnancement des commandes

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7 Commandes

Les commandes geacuteneacuteriques exigeacutees pour mettre en œuvre la strateacutegie privileacutegieacutee impliquant une tempeacuterature variable quia eacuteteacute deacutecrite dans la derniegravere section peuvent srsquoaveacuterer relativement simples Quelques chauffe-eau agrave la demande proposent deacutejagrave des commandes de reacuteglage de tempeacuterature Les commandes de tempeacuterature des chauffe-eau agrave la demande types ne sont toutefois pas systeacutematiquement configureacutees pour offrir une fonction de reacuteglage de tempeacuterature baseacutee sur la charge Quasiment tous les chauffe-eau agrave la demande actuellement disponibles sont eacutequipeacutes pour accueillir des commandes de tempeacuterature inteacutegreacutees ou monteacutees agrave distance permettant agrave lrsquoutilisateur de reacutegler manuellement la tempeacuterature drsquoalimentation agrave partir du chauffe-eau

En principe il devrait ecirctre possible de concevoir un module drsquointerface de commande simple qui viendrait se brancher dans les fiches de connexion de la commande de tempeacuterature existante La nouvelle commande simulerait lrsquoaction du controcircleur de tempeacuterature standard reacutegleacute manuellement de maniegravere agrave offrir une fonction de reacuteinitialisation de tempeacuterature automatique du chauffe-eau Toutes les commandes de seacutecuriteacute resteraient fonctionnelles

Une strateacutegie de controcircle simple peut offrir des performances eacuteleveacutees Les facteurs cleacutes agrave prendre en compte sont les suivants

bull deacuteterminer si une demande tient compte des besoins en chauffage drsquoeau chaude domestique

bull en mode de chauffage des locaux uniquement utiliser une minuterie ou un controcircle de reacuteglage exteacuterieur (ou un capteur de charge infeacuterentielle similaire) pour faire augmenter progressivement la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation

bull preacutevoir un systegraveme de traitement drsquoair faisant varier le deacutebit drsquoair en fonction de la tempeacuterature de lrsquoeau qui arrive dans lrsquoappareil du deacutelai pendant lequel une demande de chauffage perdure ou drsquoun signal direct du capteur de commande de charge

Ilest inteacuteressant de souligner que le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair nrsquoont pas besoin de communiquer directement ni de posseacuteder des commandes communes pour mettre en œuvre certaines des strateacutegies de controcircle deacutecrites

Lorsque les commandes du systegraveme deacutetectent qursquoune demande de chauffage a eacuteteacute satisfaite le systegraveme de traitement drsquoair devrait continuer de fonctionner suffisamment longtemps pour extraire toute la chaleur reacutesiduelle du serpentin et la transfeacuterer vers le courant drsquoair Pour eacuteviter les problegravemes de confort thermique il est souhaitable de reacuteduire la vitesse du ventilateur pendant cette peacuteriode de temporisation de la

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ventilation Le fonctionnement continu du ventilateur avec un reacuteglage de vitesse faible offrira automatiquement cette fonctionnaliteacute sans neacutecessiter de quelconques commandes intelligentes Cette option aurait lrsquoavantage suppleacutementaire drsquoassurer une reacutepartition de la tempeacuterature uniforme agrave lrsquointeacuterieur de la reacutesidence Elle serait eacutegalement utile pour reacutepartir lrsquoair frais si le systegraveme combineacute est installeacute avec un ventilateur-reacutecupeacuterateur de chaleur (VRC) ou un autre type de systegraveme de ventilation

Des commandes soigneusement conccedilues contribueront en bout de ligne agrave assurer ou reacutetablir lrsquoefficaciteacute du systegraveme combineacute Les commandes devraient ecirctre en mesure de deacuteterminer srsquoil y a une demande de chauffage des locaux ou de chauffage de lrsquoeau ou une demande concernant les deux modes Les commandes devront deacuteterminer lrsquoamplitude de chaque charge et reacutepondre de maniegravere approprieacutee en faisant varier certains paramegravetres agrave la fois pour le systegraveme de chauffage des locaux (systegraveme de traitement drsquoair par exemple) et pour le geacuteneacuterateur de chaleur (notamment si la source de chauffage est un chauffe-eau agrave la demande) En cas de demande de chauffage drsquoeau eacuteleveacutee il se peut qursquoune solution de commande prioritaire drsquoeau chaude domestique constitue la meilleure option Les commandes peuvent deacuteduire lrsquoamplitude des charges de chauffage des locaux au moyen de divers meacutecanismes y compris en surveillant les cycles de fonctionnement du thermostat et de signaux drsquoentreacutes directs transmis par une commande de charge infeacuterentielle telle qursquoune commande de reacuteglage exteacuterieur

La figure 3 preacutesente un algorithme simplifieacute de commandes geacuteneacuteriques pour la section chauffe-eau drsquoun systegraveme combineacute utilisant quatre eacutetapes de reacuteglage de tempeacuterature drsquoeau pour le chauffage des locaux et une seule pour le chauffage de lrsquoeau

La logique de commande illustreacutee agrave la figure 3 constitue uniquement un exemple de strateacutegie de controcircle rudimentaire qui pourrait ecirctre utiliseacutee pour assurer des performances eacuteleveacutees dans des modes de chauffage de locaux sans neacutecessiter lrsquoutilisation de composants oneacutereuxLrsquoalgorithme de commande pourrait ecirctre ameacutelioreacute si le controcircleur avait lrsquointelligence neacutecessaire pour lui permettre drsquoassimiler les eacutetapes de chauffage requises en surveillant la dureacutee des demandes de chauffage des locaux sur plusieurs cycles de chauffage reacutecents

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e

Mode drsquoattente Chauffe-eauagrave la demande en attente de signal

Demande de chauffage (lrsquoeaucircule dans le chauffe-eau)

Demandedrsquoeauchaude

domestique

Activationdu chauffagede lrsquoeacutetape 1 THERM90 ordmF Ventilateur Vitesse 1 Deacuteclencherle minuteursur 5 min

Demandesatisfaite avantlrsquoexpiration

du deacutelaiduminuteur

Oui

Oui

No

Reacuteglage du THERM sur le point de consigne de lrsquoeau chaude domestique THERM = 140 degF Couperlecirculateurde chauffagedelocaux (facultatif) Attendre lafin de la demande drsquoeau chaude domestique

Demande de

chauffage satisfait

Non

Oui

Activation du chauffage de lrsquoeacutetape 2 THERM = 105 degF Ventilateur Vitesse 2 Deacuteclencher le minuteur sur3 min

Activation du chauffage de lrsquoeacutetape 3 THERM = 120 degF Ventilateur Vitesse 3 Deacuteclencher le minuteur sur3 min

Activation du chauffage MAX THERM = 140 degF Ventilateur Vitesse 4 Mettrefin agravelademande de chauffage

Figure 3 Logique de lrsquoalgorithme simplifieacute de commande de chauffe-eau pour unsceacutenario de chauffage en quatre eacutetapes

Voici trois options de commande de vitesse de ventilateur de systegraveme de traitement drsquoair associeacutees agrave la meacutethode de chauffage drsquoeau illustreacutee agrave la figure 3

Commandes indirectes baseacutees sur la tempeacuteratureRaccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont bien distinctes les unes des autres mais elles fonctionnement de maniegravere compleacutementaire

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Principe de fonctionnement Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetecte la tempeacuterature de lrsquoeau chaude drsquoadmissionPlus la tempeacuterature de lrsquoeau est eacuteleveacutee plus les commandes du systegraveme de traitement drsquoair augmentent le deacutebit drsquoair

Discussion Les commandes du chauffe-eau augmentent la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque la demande nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetecte la tempeacuterature plus eacuteleveacutee et fait circuler plus drsquoair dans les serpentins pour lrsquoutiliser

Aspect meacutecanique Un puits de tempeacuterature est installeacute dans la conduite drsquoeau drsquoalimentation drsquoarriveacutee agrave lrsquointeacuterieur du systegraveme de traitement drsquoairLe reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur serait ajusteacute en installant un module de commande de systegraveme de traitement drsquoair qui mesure la tempeacuterature de lrsquoeau achemineacutee au systegraveme de traitement drsquoair depuis le chauffe-eau pendant une demande de chauffage de locaux transmise au systegraveme de traitement drsquoair La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signal de commande transmis au panneau de controcircle du systegraveme de traitement drsquoair par le thermostat du systegraveme de CVCA

Commandes indirectes baseacutees sur le minuteur Raccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont bien distinctes les unes des autres mais elles fonctionnement de maniegravere compleacutementaire

Principe de fonctionnement Le deacutebit drsquoair du systegraveme de traitement drsquoair varie en fonction de la dureacutee de la demande de chauffage afin de coiumlncider avec les minutages de commande de tempeacuterature indiqueacutes agrave la figure 3

Discussion Les commandes du chauffe-eau augmentent la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque la demande nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetermine la dureacutee de la demande de chauffage et fait circuler plus drsquoair dans les serpentins afin de se conformer aux eacutetapes de tempeacuterature programmeacutees

Aspect meacutecanique Le reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur serait ajusteacute en installant un module de commande de systegraveme de traitement drsquoair qui reacutegule le deacutebit drsquoair en fonction de la dureacutee de la demande de chauffage La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signalde commande transmis au panneau de controcircle du systegraveme de traitement drsquoair par le thermostat du systegraveme de CVCA

Controcircle direct Raccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont toutes deux controcircleacutees au moyen drsquoun nouveau controcircleur combineacute inteacutegreacute posseacutedant une interface directe avec le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair

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Principe de fonctionnement Le nouveau controcircleur fait varier le deacutebit drsquoair du systegraveme de traitement drsquoair et la tempeacuterature de lrsquoeau de maniegravere agrave optimiser le rendement du chauffage

Discussion Cette strateacutegie de controcircle direct suppose le deacuteveloppement drsquoun nouveau composant de commande Le controcircleur peut utiliser des reacuteglages de fonctionnement plus sophistiqueacutes afin drsquoameacuteliorer le rendement dans tous les modes de fonctionnement

Aspect meacutecanique Le reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur et la tempeacuterature de lrsquoeau achemineacutee au systegraveme de traitement drsquoair seraient directement controcircleacutes par un nouveau controcircleur combineacute inteacutegreacute La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signal de commande transmis au controcircleur par le thermostat du systegraveme de CVCA

Chauffe-eau - Mode de chauffage de lrsquoeau du robinet Les algorithmes de chauffage de lrsquoeau du robinet ne changent pas par rapport agrave ceux du module de commande standard La seule diffeacuterence reacuteside dans le fait que le chauffe-eau utilise un contacteur de deacutebit ou un deacutebitmegravetre pour repeacuterer un tirage drsquoeau chaude (ou une arriveacutee drsquoeau froide) et comprendre qursquoune demande de chauffage drsquoeau a eacuteteacute faite Si une demande de chauffage de locaux intervient simultaneacutement le chauffe-eau pourrait honorer les deux demandes en tenant compte du reacuteglage de tempeacuterature de sortie requise de lrsquoeau du robinet Une autre option consisterait agrave prendre en compte par deacutefaut le reacuteglage du mode de chauffage de lrsquoeau Un mode de controcircle plus sophistiqueacute pourrait potentiellement temporiser le chauffage des locaux lorsque cela srsquoavegravere neacutecessaire pour reacutepondre agrave des demandes de chauffage drsquoeau eacuteleveacutees ou pour activer la distribution de chauffage des locaux en utilisant des reacuteglages de tempeacuterature optimiseacutes Ce cas de figure est illustreacute agrave la figure 4

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8 Composants

Pour bien fonctionner les systegravemes de chauffage combineacutes doivent ecirctre doteacutes de composants haute performance que ce soit dans une configuration dite laquo installeacutee raquo ou dans une configuration drsquoessai selon la norme CSA P9 La preacutesente section a pour objectif drsquoaider les fabricants de chauffe-eau agrave la demande

bull agrave concevoir leur propre systegraveme de traitement drsquoair

bull agrave eacutetablir un partenariat avec un autre fabricant qui fournirait un systegraveme de traitement drsquoair pour leur systegraveme apregraves avoir deacutetermineacute

ndash les composants requis

ndash la mesure dans laquelle un modegravele de systegraveme de traitement drsquoair existant aurait besoin drsquoecirctre affineacute pour reacutepondre agrave leurs besoins

bull agrave eacutetablir les modifications qursquoil faut apporter au systegraveme monobloc dans son ensemble pour ameacuteliorer les performances

81 Systegraveme de traitement drsquoair

Le systegraveme de traitement drsquoair doit inclure les composants neacutecessaires pour fournir de la chaleur et faire circuler de lrsquoair Les eacuteleacutements agrave prendre en compte sont des serpentins de chauffage de locaux un moteur de ventilateur une pompe et un puits de tempeacuterature Ces eacuteleacutements sont deacutecrits plus en deacutetail ci-dessous

82 Serpentins de chauffage de locaux

Les serpentins de chauffage de locaux doivent ecirctre dimensionneacutes de maniegravere approprieacutee pour que le chauffage des locaux puisse avoir lieu avec une tempeacuterature drsquoalimentation suffisamment basse et une baisse de tempeacuterature de lrsquoeau suffisante pour favoriser la condensation dans le geacuteneacuterateur de chaleur lorsque le systegraveme fonctionne en conditions de charge partielle (et ideacutealement en conditions de pleine charge eacutegalement)

Geacuteneacuteralement les serpentins quiextraient la chaleur de lrsquoeau sont conccedilus et choisis en tenant compte drsquoune baisse de tempeacuterature de lrsquoeau drsquoenviron 11 degC (20 degF) le long des serpentins aux conditions de chauffage nominales La seacutelection preacutealable du serpentin peut ecirctre faite en utilisant un logiciel deacutejagrave proposeacute par divers fabricants de serpentins Dans la plupart des cas le modegravele logiciel calcule la puissance de chauffage drsquoun

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serpentin de chauffage agrave eau chaude en se fondant sur la mesure des performances du conditionnement drsquoair pour des serpentins ayant une construction et des geacuteomeacutetries similaires Du coup la puissance de chauffage reacuteelle pour une condition nominale donneacutee peut diffeacuterer leacutegegraverement de celle preacutedite par le logiciel

Ilest recommandeacute de veacuterifier la performance reacuteelle du serpentin choisi (puissance de chauffage baisse de la tempeacuterature de lrsquoeau baisse de la pression statique sur le cocircteacute air et eau) en effectuant des essais internes Lorsque cette eacutetape a eacuteteacute exeacutecuteacutee le modegravele logiciel peut fournir une aide preacutecieuse pour seacutelectionner le serpentin et devrait proposer des indications plutocirct fiables concernant les changements de performance du serpentin aux diffeacuterentes conditions projeteacutees Les informations ainsi collecteacutees devraient ecirctre utiles pour concevoir et affiner des reacuteglages et des strateacutegies de controcircle plus eacutevolueacutes en vue drsquooptimiser le rendement du systegraveme en conditions de chauffage en charge partielle

Voici les eacuteleacutements agrave prendre en compte

Diamegravetre du serpentin drsquoeau et nombre de spires ndash Un grand diamegravetre de canalisation reacuteduira au minimum la baisse de pression de lrsquoeau ainsi que lrsquoeacutenergie utiliseacutee par le systegraveme de circulation drsquoeau Un petit diamegravetre de canalisation permettra drsquoopter pour un serpentin moins oneacutereux eacutetant donneacute qursquoil faudra moins de cuivre dans le serpentin Cependant des petits tubes neacutecessiteront une eacutenergie de pompage supeacuterieure et feront augmenter les pheacutenomegravenes drsquousure et drsquoeacuterosion des tubes si une puissance de pompe suffisante est appliqueacutee pour offrir le deacutebit drsquoeau nominal Concregravetement le fait drsquoutiliser un serpentin avec des tubes trop petits reacuteduira la puissance de chauffage fournie par le serpentin En effet le fabricant utilisera vraisemblablement le mecircme circulateur standard quel que soit le serpentin retenu Les TECA hydronic and combo guideline (Directives sur les systegravemes hydroniques et combineacutes de la TECA)1

(article 814) preacutecisent que le deacutebit de lrsquoeau qui traverse le systegraveme de chauffage ne doit pas deacutepasser quatre (4) pieds par seconde

Nombre drsquoailettes par pouce ndash Plus le nombre drsquoailettes par pouce est eacuteleveacute plus la surface de transmission de chaleur et la puissance de chauffage augmentent cela creacutee cependant une baisse de pression supeacuterieure sur le cocircteacute air du serpentin Un certain degreacute de perte de pression dans le serpentin est utile pour assurer un deacutebit drsquoair homogegravene dans le serpentin notamment dans une configuration de laquo purge raquo qui est couramment utiliseacutee dans les ventilo-convecteurs combineacutes servant au chauffage des locauxLes speacutecifications des serpentins de chauffage peuvent faire eacutetat drsquoun nombre drsquoailettes variant de 6 ailettes par pouce agrave 14 ailettes par pouce Les serpentins de chauffage hydronique standard comportent 12 ou 14 ailettes par pouce Les serpentins doteacutes drsquoun grand nombre drsquoailettes sont plus facilement encrasseacutes par de la poussiegravere

1 Thermal Environmental Comfort Association (TECA) Surrey (C-B) Hydronic amp Combo Guidelines for the Design and Installation of Hot Water Heating Systems and Combination Hot Water amp Space Heating Systems 8th Edition August 2009 (Directives concernant les systegravemes hydroniques et combineacutes conception et installation de systegravemes de chauffage drsquoeau chaude et de systegravemes combineacutes de chauffage drsquoeau chaude et de locaux 8e eacutedition aoucirct 2009) [wwwtecaca]

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ou des deacutebris Selon les reacutesultats du logiciel de modeacutelisation du serpentin la preacutesence de 12 ailettes ou mecircme 14 semble ecirctre un choix raisonnable pour un serpentin de chauffage de locaux haute performance agrave condition que le serpentin soit choisi avec une surface suffisamment importante pour maintenir la vitesse frontale de lrsquoair faible agrave la puissance de chauffage theacuteorique

Figure 5 Exemple de serpentin de chauffage de locaux laquo surdimensionneacute raquo utiliseacute dans une application de systegraveme de traitement drsquoair hydronique

83 Moteur de ventilateur

Le systegraveme de traitement drsquoair devrait utiliser un moteur de ventilateur agrave commutation eacutelectronique (MCE) et ecirctre exploiteacute en utilisant un systegraveme de controcircle agrave vitesse multiple ou agrave vitesse variable Cette option permettrait de moduler le deacutebit drsquoair et la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque le systegraveme fonctionne agrave une puissance infeacuterieure agrave sa puissance de chauffage nominale maximaleLa capaciteacute agrave utiliser un mode de circulation continu agrave faible puissance et faible vitesse serait particuliegraverement utile en cas de fonctionnement aux points de consigne de 15 et 40 pour lesquels il est primordial de collecter et de distribuer toute la chaleur reacutesiduelle des serpentins de chauffage la norme P9 tenant compte uniquement de la chaleur qui est reacuteellement transfeacutereacutee dans le courant drsquoair

La modulation du deacutebit drsquoair et de la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation permettra drsquoobtenir des tempeacuteratures drsquoair distribueacute confortables ainsi que des performances de chauffage eacuteleveacutees

Un MCE doteacute drsquoune programmation de deacutebit drsquoair constant surclassera vraisemblablement un MCE qui utilise une programmation de couple constant car le

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systegraveme compensera au moins partiellement les diffeacuterences entre les pressions statiques nominales et les pressions statiques reacuteellement eacutetablies Cette solution peut srsquoaveacuterer indispensable pour srsquoassurer que les performances de la combustion dans des conditions reacuteelles variables correspondent aux performances obtenues lors drsquoessais dans le laboratoire

Une programmation de deacutebit drsquoair constant sera probablement essentielle pour obtenir des performances acceptables dans le cas drsquoun systegraveme combineacute reacuteparti

84 Circulateurpompe

Ilest important de choisir le bon circulateur pour acheminer le deacutebit approprieacute en fonction de la pression statique eacutetablie qui sera en vigueur Les pertes de pression dans les diffeacuterents chauffe-eau agrave la demande varient Le fait drsquoutiliser un circulateur qui fournit un deacutebit trop important se traduira par une petite baisse de tempeacuterature dans le circuit drsquoeau qui traverse le serpentin et par une tempeacuterature drsquoeau de retour eacuteleveacutee vers le chauffe-eau Un deacutebit trop faible entraicircne des capaciteacutes de chauffage faibles Des circulateurs hydroniques sont offerts avec trois vitesses seacutelectionnables et des deacutebits de pompe nominaux Par contre les moteurs utiliseacutes dans les circulateurs types agrave plusieurs vitesses ne sont pas aussi efficaces que les moteurs agrave CE Des circulateurs agrave vitesse variable eacutequipeacutes de moteurs agrave CE font leur apparition sur le marcheacute mais ils ne sont pas encore couramment utiliseacutes dans les applications combineacutees

Ideacutealement les pompes de circulation des systegravemes combineacutes eacutevolueacutes devraient consister en un concept agrave modulation agrave vitesse variable capable drsquoameacuteliorer le rendement et de compenser les diffeacuterentes configurations de canalisation Ce type de concept est deacutejagrave disponible et pourrait ecirctre mis en œuvre degraves maintenant il pourrait aussi ecirctre mis de cocircteacute jusqursquoagrave ce que la prochaine geacuteneacuteration de systegravemes de chauffage combineacutes eacutevolueacutes soit mise au point Les premiers reacutesultats drsquoessais en laboratoire ont montreacute qursquoil est possible drsquoobtenir de bonnes performances conformes agrave la norme CSA P9 sans utiliser des pompes de circulation agrave vitesse variable et des commandes auxiliaires coucircteuses Agrave lrsquoavenir agrave mesure que le coucirct des circulateurs agrave vitesse variable doteacutes de moteurs agrave CE baissera et que les commandes inteacutegreacutees seront mieux accepteacutees leur utilisation dans des applications de chauffage combineacute sera plus rentable

85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)

Si lrsquoon conccediloit le reacuteseau de plomberie de maniegravere agrave pouvoir y installer des bouchons de controcircle de tempeacuterature drsquoeau et de pression les essais internes et les mesures de mise en service seront simplifieacutes De plus il sera plus facile de purger lrsquoair des circuits

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hydroniques Il est possible drsquoutiliser des sondes de tempeacuteratures monteacutees agrave lrsquoexteacuterieur pour effectuer les mesures de mise en service sur le terrain si des sections de conduites de cuivre ameacutenageacutees dans des endroits strateacutegiques sont prises en compte lors de la conception

86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau

Certains chauffe-eau agrave la demande de type chaudiegravere possegravedent des points de consignes et des algorithmes de controcircle distincts pour le chauffage des locaux et celui de lrsquoeau Drsquoautres ont besoin de savoir si la charge concerne le chauffage des locaux ou celui de lrsquoeau potable Dans ce cas on peut utiliser divers capteurs et surveiller eacutegalement les signaux transmis par un deacutebitmegravetre drsquoeau installeacute dans le reacuteseau drsquoeau potable ou un deacutebitmegravetre installeacute dans le circuit de chauffage des locaux Bon nombre de chauffe-eau agrave la demande utilisent de tels capteurs dans leurs circuits de commande de brucircleur afin de faire coiumlncider les allures de chauffe avec les chargesDans les applications combineacutees lrsquoutilisation de commandes capables de diffeacuterencier les charges deacutepend de la logique de controcircle prioritaire de demande drsquoeau chaude domestique

87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes

Les canalisations drsquoeau ameacutenageacutees entre le geacuteneacuterateur de chaleur et le systegraveme combineacute devraient ecirctre dimensionneacutees de maniegravere agrave eacuteviter des baisses de pression excessives

Toutes les canalisations en cuivre exteacuterieures doivent ecirctre isoleacutees conformeacutement aux pratiques de lrsquoindustrie Il se peut que les avantages lieacutes agrave lrsquoisolation des canalisations drsquointerraccordement ne soient pas tregraves importants si les sections de conduites sont courtes et si elles contiennent des tuyaux en polyeacutethylegravene reacuteticuleacute ou un type de conduite similaire preacutesentant moins de perte de chaleur que les conduites en cuivre

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9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes

La preacutesente section contient des directives et certaines observations agrave lrsquointention des fabricants de systegravemes de chauffage combineacutes dans le but drsquoaider ces derniers agrave mettre agrave lrsquoessai leurs systegravemes agrave lrsquointerne Lrsquoexeacutecution drsquoessais agrave lrsquointerne en utilisant un montage simplifieacute permettra aux fabricants de mieux cerner les performances de leurs concepts et commandes prototypes lorsqursquoils sont mis agrave lrsquoessai dans une installation indeacutependante conformeacutement agrave la norme CSA P9 (P10 pour les fabricants de SMI) Les essais en question ne doivent pas forceacutement ecirctre conccedilus pour geacuteneacuterer des reacutesultats de performance preacutecis agrave 100 mais ils sont consideacutereacutes comme indispensables pour le deacuteveloppement et le cycle drsquooptimisation du produit les avantages drsquoun concept et drsquoun fonctionnement de systegraveme ameacutelioreacutes pouvant rapidement sauter aux yeux lorsque lrsquoon compare les reacutesultats des essais reacutealiseacutes laquo avant raquo et laquo apregraves raquo

En geacuteneacuteral il nrsquoest pas rentable de payer un laboratoire drsquoessais indeacutependant pour proceacuteder agrave la premiegravere eacutevaluation drsquoun systegraveme de chauffage combineacute complet Les coucircts lieacutes au laboratoire et les deacutefis lieacutes aux ingeacutenieurs concepteurs qui prescrivent des reacuteglages lorsqursquoils ne sont pas sur place rendent cette option probleacutematique Des essais simplifieacutes reacutealiseacutes dans les propres locaux du fabricant permettent de srsquoassurer que les reacutesultats sont dans la plage approprieacutee degraves le deacutebut

Un scheacutema de montage drsquoessai suggeacutereacute utilisable pour effectuer des mesures conformeacutement agrave la norme CSA P9 est preacutesenteacute dans cette norme La figure 6 ci-dessous illustre une version simplifieacutee de ce scheacutema

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de la piegravece

combineacutes

Appareilsdeconditionnement

Eacutevents pour produits de combustion Appareils de

conditionnement de la piegravece

Salle drsquoessai

Isolant

Meacutelangeur

Approvisionnement en eau

Eacutevents pour air de combustion Conduite drsquoalimentation en combustible

Uniteacute drsquoessai des

systegravemes

Thermocouples Porte Fenecirctre

Mesure de la tempeacuterature et du deacutebit de lrsquoeau

Conduite drsquoair de retour

Thermocouples

Mesure de la tempeacuterature et de lrsquohumiditeacute de lrsquoair

Air drsquoappoint

Mesure du deacutebit drsquoair

Figure 6 Scheacutema simplifieacute illustrant le montage utiliseacute pour exeacutecuter les essais conformeacutement agrave la norme P9 (composants individuels du systegraveme combineacute non illustreacutes)

Le scheacutema preacutesente un dispositif de mesure de lrsquoenthalpie de lrsquoair dans un tunnel baseacute Vsur la norme ASHRAE 37 Lrsquoappareil de mesure de lrsquoair illustreacute sur la figure de la norme utilise un ajutage et un ventilateur drsquoeacutequilibrage pour pouvoir appliquer une technique de mesure du deacutebit drsquoair neacutecessitant une pression diffeacuterentielle eacuteleveacutee (entre 1 et 4 pouces drsquoeau) dans lrsquoajutage Lorsqursquoil est utiliseacute avec des manomegravetres preacutecis cet appareil offre une preacutecision de mesure eacuteleveacutee de lrsquoordre de 1 agrave 2 du deacutebit drsquoair et il geacutenegravere un deacutebit drsquoair bien meacutelangeacute qui permet de mesurer avec preacutecision la tempeacuterature du deacutebit de lrsquoair drsquoalimentation

La norme P9 preacutecise que lrsquoajutage inteacutegreacute agrave lrsquoappareil de mesure de lrsquoenthalpie de lrsquoair en tunnel constitue une meacutethode acceptable pour mesurer le deacutebit drsquoair tout en approuvant expresseacutement (article 36) lrsquoapplication drsquoautres processus de mesure du deacutebit drsquoair agrave condition que les limites de preacutecision mentionneacutees dans la norme soient satisfaites Ceci donne la possibiliteacute drsquoutiliser une technique de mesure du deacutebit drsquoair plus directe ne neacutecessitant pas lrsquoutilisation drsquoun appareil comportant un ventilateur drsquoeacutequilibrage Dans certains cas lrsquoutilisation drsquoune chambre de mesure de deacutebit avec un ventilateur drsquoeacutequilibrage pour reacutegler la pression statique de la conduite drsquoair drsquoalimentation a impliqueacute des problegravemes de stabiliteacute avec des moteurs agrave CE qui ont eacuteteacute

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programmeacutes pour un deacutebit drsquoair constant il est donc avantageux drsquoeacuteviter les ventilateurs drsquoeacutequilibrage

91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz

De nombreux fabricants concevant des systegravemes combineacutes eacutevolueacutes integravegreront des instruments conccedilus pour mesurer la consommation drsquoeacutenergie eacutelectrique la consommation du combustible les performances de combustion la tempeacuterature et la pression (pression du collecteur de gaz pression statique des conduites etc) Si de tels eacutequipements de mesure ne sont pas offerts ilest recommandeacute de les preacutevoirLes compteurs de facturation des compagnies de gaz et drsquoeacutelectriciteacute devraient offrir une preacutecision et une reacutesolution suffisantes pour les essais de deacuteveloppement du produit

92 Enregistreur de donneacutees

Les fabricants devront eacutegalement avoir accegraves agrave un systegraveme drsquoenregistrement de donneacutees dans le cadre de leur travail Il est conseilleacute de preacutevoir un enregistreur qui offre une preacutecision et un nombre de canaux de mesures suffisants pour les tacircches agrave accomplir On estime qursquoil faudra environ huit (8) canaux pour mesurer la tempeacuterature plus quelques canaux analogiques ou numeacuteriques pour prendre en compte les donneacutees des deacutebitmegravetres des transducteurs de pression etc (analogiques ou numeacuteriques selon lrsquoinstrument de mesure seacutelectionneacute) De nombreux fournisseurs proposent un large eacuteventail drsquoenregistreurs de donneacutees Campbell Scientific Fluke Instruments Omega et Measurement Computing (personal DAQ) figurent parmi les fabricants qui proposent des enregistreurs de donneacutees de petite eacutechelle pouvant ecirctre pris en compte Il est recommandeacute de se pencher sur lrsquoassistant logiciel de lrsquoenregistreur de donneacutees seacutelectionneacute au moment drsquoeacutevaluer lrsquoeacutequipement Si le fabricant ne souhaite pas investir dans un enregistreur de donneacutees la location demeure une option mecircme si les eacuteconomies preacutevues dans le cas drsquoune location agrave court terme semblent ecirctre faibles

93 Deacutebit drsquoair

Pour mesurer le deacutebit drsquoair pendant les essais agrave lrsquointerne il est recommandeacute drsquoutiliser une grille de deacutebit drsquoair avec eacutetablissement de moyenne installeacutee dans la conduite drsquoair drsquoalimentation en conjonction avec un manomegravetre diffeacuterentiel de preacutecision De nombreux fournisseurs proposent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans un large eacuteventail de tailles et ces deacutebitmegravetres sont relativement peu chers car ils sont souvent utiliseacutes dans des systegravemes commerciaux de chauffage et de refroidissement agrave deacutebit drsquoair variable Si lrsquoon fait une recherche dans Google en utilisant le segment laquo deacutebitmegravetres drsquoair raquo on trouve plusieurs fournisseurs et liens permettant

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drsquoobtenir de plus amples informations sur le sujet Nailor Industries Inc et Dwyer Instruments sont deux socieacuteteacutes quioffrent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans une grande varieacuteteacute de tailles de conduites

94 Manomegravetres

On trouve eacutegalement de nombreux manomegravetres diffeacuterentiels sur le marcheacute dont les modegraveles varient des manomegravetres agrave tube inclineacute aux transducteurs numeacuteriques de preacutecision Il est important de bien faire correspondre la plage de mesure du transducteur ou du manomegravetre avec la pression fournie par le deacutebitmegravetre sur la plage de deacutebits drsquoair preacutevue Dans le cas des transducteurs numeacuteriques des instruments capacitifs sont reacuteputeacutes bien fonctionner dans la plage de pression diffeacuterentielle basse qui serait normalement prescrite (environ 05 pouce de diffeacuterence de colonne drsquoeau) Setra Instruments MKS Instruments (Baratron) Dwyer Instruments et drsquoautres socieacuteteacutes proposent des transducteurs de pression diffeacuterentielle capacitifs plage basse adapteacutes

95 Tempeacuteratures

Les tempeacuteratures drsquoair drsquoarriveacutee et de sortie peuvent ecirctre mesureacutees en utilisant des thermocouples des thermistances ou des capteurs de conduite geacuteneacuterant une valeur moyenne Du fait de son bas coucirct de sa faciliteacute drsquoutilisation et de sa preacutesence agrave grande eacutechelle sur le marcheacute le thermocouple semble ecirctre lrsquoinstrument approprieacute pour cette application Il est possible de fabriquer un reacuteseau de thermocouples agrave partir drsquoune bobine de fil de thermocouple et de les raccorder entre eux en parallegravele de maniegravere agrave geacuteneacuterer une seule donneacutee repreacutesentant la valeur moyenne De nombreux fournisseurs offrent des fils agrave thermocouple notamment les socieacuteteacutes Thermo Electric Company Inc Omega Inc Watlow Inc etc Il est eacutegalement possible de fabriquer des sondes de tempeacuterature agrave partir des mecircmes fils de thermocouple pour surveiller drsquoautres paramegravetres tels que les tempeacuteratures drsquoeau Il est important de bien utiliser un fil agrave thermocouple plutocirct qursquoun fil de rallonge de lrsquoeacutechelle de mesure identique mais moins preacutecis

96 Mesures du cocircteacute eau

Pour effectuer des mesures du cocircteacute eau dans les serpentins il est neacutecessaire de posseacuteder un deacutebitmegravetre et des sondes de tempeacuterature Ces mesures pourraient ecirctre reacutealiseacutees en utilisant des capteurs distincts (deacutebitmegravetre drsquoeau et sondes de tempeacuterature distinctes par exemple) Il est important de srsquoassurer que lrsquoinsertion drsquoun deacutebitmegravetre dans la boucle drsquoeau ne modifie pas le deacutebit de la pompe de circulation Cela est particuliegraverement important avec des circulateurs agrave faible puissance geacuteneacuteralement utiliseacutes dans des applications combineacutees pour lesquelles lrsquoinstallation drsquoun deacutebitmegravetre agrave turbine conventionnel agrave baisse de pression eacuteleveacutee peut restreindre le deacutebit drsquoeau Ilexiste des deacutebitmegravetres preacutecis sans perte de pression eacuteleveacutee Certains appareils

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peuvent ecirctre acheteacutes deacutejagrave conditionneacutes avec des sondes de tempeacuterature en guise de laquo compteurs drsquoeacutenergie raquo Ils mesurent simultaneacutement les tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de lrsquoeau de retour ainsi que le deacutebit de lrsquoeau et calculent directement le flux drsquoeacutenergie en srsquoappuyant sur ces mesuresKamstrup Siemens Badger Meters Elster Metering ABB Meters et drsquoautres socieacuteteacutes offrent ce type drsquoappareils Les compteurs drsquoeacutenergie autonomes sont habituellement configureacutes avec certains dispositifs permettant de lire les diffeacuterents paramegravetres ainsi que les flux drsquoeacutenergie calculeacutes La plupart offre une fonction de stockage des donneacutees internes etou des sorties numeacuteriques pouvant ecirctre interfaceacutees avec des enregistreurs de donneacutees externes

97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne

La norme CSA P9 exige que le chauffage des locaux soit deacutefini en utilisant deux mesures (cocircteacute air et cocircteacute eau) avec une entente dans une toleacuterance acceptable pour la mise agrave lrsquoessai du systegraveme de chauffage de locaux agrave pleine capaciteacute constant Dans le cas des mesures agrave lrsquointerne entreprises par un fabricant dans le cadre drsquoun projet de deacuteveloppement de produit cibleacute lrsquoentente entre les mesures du cocircteacute air et du cocircteacute eau nrsquoest pas forceacutement requise On suggegravere aux fabricants de se concentrer sur les mesures qui ciblent la strateacutegie de controcircle ou de composant propre agrave lrsquoeacutetude Par exemple si des strateacutegies diffeacuterentes de temporisation du ventilateur ou laquo apregraves fonctionnement raquo sont eacutevalueacutees il est bien plus important de se concentrer sur les mesures du cocircteacute air que drsquoessayer drsquoatteindre un eacutequilibre entre le cocircteacute air et le cocircteacute eau Selon la quantiteacute drsquoeacutenergie laisseacutee dans le serpentin drsquoeau lorsque le ventilateur de soufflante srsquoarrecircte et drsquoautres pertes drsquoeacutenergie du systegraveme il est possible qursquoil nrsquoy ait pas drsquoeacutequilibre drsquoeacutenergie entre les mesures du cocircteacute air et les mesures du cocircteacute eau mecircme avec un instrument des mesures et des calculs laquo parfaits raquo

La norme CSA P9 exige une mesure du deacutebit drsquoair et des tempeacuteratures au moins toutes les cinq (5) secondes Dans le cas des essais agrave lrsquointerne cette freacutequence pourrait ecirctre assouplie pour certaines eacutetapes drsquoessai Par ailleurs une conformiteacute totale agrave la norme P9 suppose un controcircle preacutecis de la tempeacuterature de la salle drsquoessai ougrave se trouve le systegraveme combineacute en vue des essais ainsiqursquoun controcircle preacutecis de la tempeacuterature de lrsquoeau de la ville Dans le cas des essais de deacuteveloppement agrave lrsquointerne ces exigences peuvent eacutegalement ecirctre assouplies agrave condition que les tempeacuteratures ne varient pas trop pendant les essais Un espace commercial conditionneacute ayant une dimension raisonnable ferait lrsquoaffaire au moins pour les phases drsquoessai et de deacuteveloppement initiales

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Flue(combustionmeasurements)

SupplyAirtoSpaceHeatingPlenum

(optionalzonedampers)

ReturnAir

CityWater

TanklessWaterHeater

HotWaterSupplyfromWaterHeater

DHW

CoolWaterreturntoWaterheater

Temperaturemeasurementpoints

Fuelmeter

Flowmeter

Electricalmeteringnotshown

Circulator

98 Agencement des instruments

La figure 7 preacutesente un scheacutema simplifieacute permettant drsquoillustrer lrsquoagencement geacuteneacuteral des emplacements et des paramegravetres de mesure en vue de la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute de chauffe-eau instantaneacute agrave condensation Le deacutebit drsquoair qui traverse la conduite drsquoalimentation du systegraveme de traitement drsquoair sera surveilleacute en utilisant un deacutebitmegravetre agrave valeur moyenne et un manomegravetre (non illustreacute) tel que cela est deacutecrit agrave lrsquoarticle 73

T

T

T T

T T

Alimentation en eau chaude provenant du chauffe-eau

Conduit (mesures de combustion)

Eau chaude domestique

Systegraveme de mesure du combustible

Air dereprise

Retourde lrsquoeau froide vers lechauffe-eau

Chauffe-eau instantaneacute

Air drsquoalimentation achemineacute versle pleacutenum de chauffage(registres de zone facultatifs)

Eau municipale

Deacutebitmegravetre

T

(compteur eacutelectrique non illustreacute)

Points de mesure de la tempeacuterature Circulateur

Figure 8 Scheacutema de mesure simplifieacute applicable agrave la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute baseacute sur un chauffe-eau instantaneacute

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CanmetEacuteNERGIE CanmetEacuteNERGIE de Ressources naturelles Canada est un chef de file canadien dans le domaine de la recherche et deacuteveloppement en eacutenergie propre Les travaux de nos speacutecialistes portent sur lrsquoapprovisionnement drsquoeacutenergie propre agrave partir de combustibles fossiles et de sources renouvelables la gestion de lrsquoeacutenergie et les systegravemes de distribution ainsi que sur les technologies et processus avanceacutes pour les utilisations finales En veillant agrave ce que le Canada soit agrave la fine pointe des technologies sur lrsquoeacutenergie propre nous ameacuteliorons la qualiteacute de vie des Canadiens en creacuteant un avantage durable en matiegravere de ressources

Bureau central Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) 580 rue Booth 1 promenade Oil Patch 1 promenade Haanel 161 boulevard Lionel-Boulet Ottawa (Ontario) Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) Canada Canada Canada Canada K1A 0E4 T9G 1A8 K1A 1M1 J3X 1S6

  • Guide pour les fabricants drsquoappareils de chauffage combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessai conformeacutement agrave la norme CSA P9
    • Remerciements
    • 1 Reacutesumeacute
    • 2 Systegravemes agrave zones
    • Table des matiegraveres
    • Liste des tableaux et figures
    • 3 Contexte
      • 31 Objet
      • 32 Public cible
      • 33 Marcheacute
      • 34 Pratiques en vigueur dans lrsquoindustrie
      • 35 Expeacuterience en matiegravere drsquoeacutevaluation
      • 36 Deacutefi principal Utiliser des chauffe-eau pour chauffer des locaux de maniegravere eacuteconergeacutetique
      • 37 Approche par eacutetapes
        • 4 Charges de calcul ndash performances selon la norme CSA p9
          • 41 Facteur de performance thermique (FPT)
          • 42 Chauffage de lrsquoeau
          • 43 Chauffage des locaux
          • 44 Importance relative des charges de chauffage des locaux et de lrsquoeau
            • 5 Chauffage de lrsquoeau domestique
            • 6 Conception des systegravemes combineacutes
              • 61 Incidence des pondeacuterations de charge
                • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                • Reacuteduction des tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour
                  • 62 Strateacutegies de conception
                  • 63 Strateacutegie 1 Tempeacuterature drsquoeau constante
                    • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                    • Serpentin(s) de chauffage des locaux
                    • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                    • Illustration des performances selon la norme P9
                    • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                      • 64 Strateacutegie 2 Tempeacuterature drsquoeau variable
                        • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                        • Serpentin(s) de chauffage de locaux
                        • Conditions de chauffage de locaux en charge partielle
                        • Illustration des performances P9
                        • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                            • 7 Commandes
                              • Commandes indirectes baseacutees sur la tempeacuterature
                              • Commandes indirectes baseacutees sur le minuteur
                              • Controcircle direct
                              • Chauffe-eau -Mode de chauffage de lrsquoeau du robinet
                                • 8 Composants
                                  • 81 Systegraveme de traitement drsquoair
                                  • 82 Serpentins de chauffage de locaux
                                  • 83 Moteur de ventilateur
                                  • 84 Circulateurpompe
                                  • 85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)
                                  • 86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau
                                  • 87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes
                                    • 9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes
                                      • 91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz
                                      • 92 Enregistreur de donneacutees
                                      • 93 Deacutebit drsquoair
                                      • 94 Manomegravetres
                                      • 95 Tempeacuteratures
                                      • 96 Mesures du cocircteacute eau
                                      • 97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne
                                      • 98 Agencement des instruments
Page 20: Guide pour les fabricants d’appareils de chauffage ...€¦ · Le présent rapport explique comment la norme d’essai P.9 pondère le rendement dans différents modes de fonctionnement

Pour acceacuteleacuterer le processus de seacutelection du chauffe-eau de base il sera plus facile de commencer par consulter les donneacutees que le fabricant peut deacutetenir (ou qursquoil peut facilement produire) concernant ses propres produits en mode de chauffage drsquoeau Lrsquoobjectif est de commencer avec un geacuteneacuterateur de chaleur qui preacutesente un rendement eacutenergeacutetique nominal de 90 ou plus sur une grande plage de fonctionnement

Si le chauffe-eau qursquoon envisage drsquoutiliser en tant que moteur thermique ou geacuteneacuterateur de chaleur pour un systegraveme de chauffage combineacute monobloc ne reacutepond pas aux exigences ci-dessus il est recommandeacute de reacuteviser attentivement son choix Dans certains cas il est possible de seacutelectionner diffeacuterents composants diffeacuterentes commandes ou diffeacuterents paramegravetres de commande pour surmonter les lacunes en matiegravere de rendement Les possibiliteacutes drsquoameacuteliorer de faccedilon appreacuteciable les performances de chauffage drsquoeau drsquoun chauffe-eau agrave la demande sans affecter son certificat de seacutecuriteacute sont limiteacutees Du coup le fait de seacutelectionner un chauffe-eau diffeacuterent plus rentable sur le plan eacutenergeacutetique peut constituer un choix plus opportun

La norme canadienne drsquoessai et drsquoeacutevaluation CSA P7 applicable aux chauffe-eau agrave la demande fait eacutetat drsquoune tempeacuterature drsquoeau drsquoarriveacutee courante de 144 degC (58 degF) et drsquoune tempeacuterature de sortie de 577 degC (135 degF) pour les essais et lrsquoeacutevaluation des performances nominales Le tableau 4 compare les caracteacuteristiques de rendement eacutenergeacutetique de deux chauffe-eau agrave la demande theacuteoriques avec les systegravemes fonctionnant agrave plusieurs deacutebits drsquoeau diffeacuterents en utilisant les mecircmes hypothegraveses de tempeacuteratures drsquoeau que la norme P7 Bien que les eacutevaluations de performance maximale du premier modegravele soient supeacuterieures agrave celles du second modegravele (avec des deacutebits drsquoeau de 114 et 76 Lmin) les performances de chauffage ameacutelioreacutees du second modegravele agrave des deacutebits drsquoeau infeacuterieurs en font un meilleur candidat pour jouer le rocircle drsquoun geacuteneacuterateur de chaleur dans un systegraveme combineacute du fait du pourcentage de temps eacuteleveacute pendant lrsquoanneacutee durant lequel un systegraveme combineacute fonctionne agrave de faibles charges pour assurer le chauffage des locaux

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Tableau 4 Comparaison des caracteacuteristiques de rendement eacutenergeacutetique de la norme P7 pour deux chauffe-eau theacuteoriques

Deacutebit (Lmin) Deacutebit (gal USmin) Exemple modegravele 1

Exemple modegravele 2

114 3 95 92

76 2 95 90

38 1 83 92

19 05 79 92

Recommandation Choix mal adapteacute dans le cas drsquoun systegraveme combineacute

Choix mieux adapteacute dans le cas drsquoun systegraveme combineacute

On constate que les valeurs de rendement eacutenergeacutetique pour la plage de deacutebits drsquoeau utiliseacutes agrave des fins de deacutemonstration dans le tableau 4 ne seraient pas interchangeables avec les facteurs eacutenergeacutetiques (FE) coteacutes pour les mecircmes chauffe-eau eacutetant donneacute que les conditions eacutenonceacutees dans le tableau 4 ne correspondent pas aux installations meacutethodes drsquoessais et charges de chauffage drsquoeau speacutecifieacutees dans la norme CSA P7 applicable aux chauffe-eau agrave la demande Les valeurs de rendement eacutenergeacutetique theacuteoriques du tableau 4 sont preacutesenteacutees simplement pour deacutemontrer que les performances de chauffage de lrsquoeau de certains types de chauffe-eau peuvent changer agrave mesure que le deacutebit (p ex la charge de chauffage de lrsquoeau) change Les changements de rendement eacutenergeacutetique du systegraveme de chauffage de lrsquoeau en fonction de la charge ne sont pas complegravetement pris en compte dans les eacutevaluations de performance FE normaliseacutees applicables aux chauffe-eau Afin drsquoeacuteviter toute confusion il est recommandeacute drsquoutiliser lrsquoexpression laquo Facteur eacutenergeacutetique raquo (ou FE) uniquement pour deacutesigner des cotes drsquoessais de chauffe-eau standard eacutelaboreacutees agrave partir drsquoessais et de calculs respectant scrupuleusement la norme drsquoeacutevaluation CSA P7 applicable aux chauffe-eau agrave la demande ou la norme CSA P3 applicable aux chauffe-eau agrave reacuteservoir de stockage reacutesidentiels

Apregraves avoir eacutetudieacute le rendement eacutenergeacutetique des geacuteneacuterateurs de chaleur potentiels sur toutes leurs plages de fonctionnement preacutevues dans le cadre drsquoun systegraveme combineacute il est possible de seacutelectionner de maniegravere aviseacutee un chauffe-eau adapteacute aux applications preacutevues Une fois cette eacutetape reacutealiseacutee le fabricant de systegravemes de chauffage combineacutes doit opter pour une strateacutegie de controcircle avant de seacutelectionner les autres composants du systegraveme

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6 Conception des systegravemes combineacutes

61 Incidence des pondeacuterations de charge

Conditions de chauffage des locaux en charge partielle Pour obtenir une excellente cote drsquoessai selon la norme CSA P9 il faut avant tout se concentrer sur le chauffage des locaux en charge partielle Le rendement en conditions de chauffage de locaux en charge partielle permettra de deacuteterminer 90 de la cote drsquoefficaciteacute de chauffage composite (ECC) Dans le cas drsquoun systegraveme de chauffage combineacute offrant une puissance de chauffage drsquoespace nominale de 10 kW 75 de la valeur FPT seront deacuteduits agrave partir des reacutesultats de lrsquoessai en charge partielle Dans le cas drsquoun systegraveme offrant une puissance de chauffage des locaux de 15 kW les reacutesultats des performances de chauffage des locaux en charge partielle repreacutesenteront presque 80 du facteur de performance thermique global

Reacuteduction des tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour Les chauffe-eau qui preacutesentent drsquoexcellentes cotes avec des tempeacuteratures basses de lrsquoeau drsquoalimentation du reacuteseau principalfonctionneront moins bien sila tempeacuterature drsquoarriveacutee augmente La preacutesence de tempeacuteratures drsquoeau de retour plus chaudes pendant le mode de chauffage des locaux contribuera agrave reacuteduire le rendement eacutenergeacutetique Le fait de reacutepondre aux demandes de chauffage des locaux en utilisant des paramegravetres de commande qui reacuteduisent au minimum les tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour en conditions de charge partielle peut contribuer agrave optimiser le rendement de combustion

62 Strateacutegies de conception

Un des plus gros avantages du chauffe-eau agrave la demande tient au fait que theacuteoriquement il peut geacuteneacuterer diffeacuterentes tempeacuteratures drsquoeau drsquoalimentation pour satisfaire les charges de chauffage de lrsquoeau et des locaux Il peut eacutegalement faire varier du tout au tout la tempeacuterature de lrsquoeau qursquoil fournit pour satisfaire diffeacuterentes charges de chauffage des locaux Cet aspect est essentiel pour continuer de fournir le mecircme chauffage de lrsquoeau agrave un rendement eacuteleveacute et produire un chauffage des locaux agrave charge partielle tregraves efficace

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Nous allons passer en revue deux concepts de systegravemes combineacutes

bull la strateacutegie 1 utilise une tempeacuterature drsquoeau constante pour toutes les charges

bull la strateacutegie 2 consiste agrave faire varier la tempeacuterature de lrsquoeau en fonction de la charge

La premiegravere strateacutegie est celle qui neacutecessite le moins de changement compareacute aux pratiques actuelles elle correspond souvent au premier reacuteflexe Elle est preacutesenteacutee icidans le but principalde mettre en lumiegravere certains deacutefis inheacuterents en matiegravere de performance

La deuxiegraveme strateacutegie repreacutesente une option bien plus rentable pour atteindre des niveaux de performance eacuteleveacutes tant sur le terrain que lors des essais exeacutecuteacutes conformeacutement agrave la norme CSA P9 Lrsquoexpeacuterience montre qursquoelle offre un niveau de performance eacuteleveacute agrave un coucirct moindre pour le fabricant

Le fait drsquoutiliser une pompe agrave vitesse variable dans le systegraveme de traitement de lrsquoair peut eacutegalement ameacuteliorer le rendement eacutenergeacutetique La strateacutegie 2 est axeacutee sur une tempeacuterature drsquoalimentation variable les chauffe-eau agrave la demande pouvant offrir cette fonction plus rapidement Il est peu courant de voir des pompes agrave vitesse variable dans les appareils de traitement de lrsquoair pour lrsquoinstant

Pour ces exemples

bull les deux types de systegravemes combineacutes seront preacutesenteacutes en utilisant le mecircme chauffe-eau agrave la demande agrave condensation et agrave modulation

bull les pondeacuterations de performance FPT applicables agrave un systegraveme combineacute preacutesentant une charge nominale de chauffage de locaux de 10 kW seront utiliseacutees agrave titre indicatif pour illustrer chacune de ces strateacutegies

63 Strateacutegie 1 Tempeacuterature drsquoeau constante

Ce systegraveme de chauffage combineacute respecte la regravegle eacutetablie et preacutevoit uniquement lrsquoutilisation de composants plus efficaces pour ameacuteliorer les performancesIlarrive qursquoil soit souvent consideacutereacute en premier lieu car les commandes peuvent rester telles quelles dans un systegraveme pour lequel un fabricant fournit le chauffe-eau agrave la demande tandis qursquoun autre fabricant fournit le systegraveme de traitement drsquoair

Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair Le chauffe-eau ne sait pas si une demande concerne un chauffage de lrsquoeau ou un chauffage de locaux Il deacutetecte une demande et fournit de lrsquoeau chaude agrave une tempeacuterature constante Pour satisfaire la charge de chauffage de pointe des locaux il est geacuteneacuteralement reacutegleacute agrave 60 degC (140 degF) Le systegraveme de traitement drsquoair ne contribue pas eacutenormeacutement agrave faire grimper la puissance de chauffage de locaux Il utilise geacuteneacuteralement

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un ou deux reacuteglages de vitesse de ventilateur soufflant Eacutetant donneacute que le fonctionnement prolongeacute drsquoun ventilateur apregraves qursquoune demande de chauffage a eacuteteacute satisfaite peut entraicircner des problegravemes de confort dus agrave des courants drsquoair froid le fonctionnement subseacutequent du ventilateur ne sera pas mis en œuvre ou sera mis en œuvre en utilisant uniquement des temps de fonctionnement courts Dans les deux sceacutenarios la chaleur sera retenue dans le serpentin et les conduites pour se dissiper par la suite pendant les peacuteriodes de deacutesactivation

Serpentin(s) de chauffage des locaux Si lrsquoon veut amplifier lrsquoefficaciteacute eacutenergeacutetique du systegraveme en mode de chauffage des locaux ilest impeacuteratif de reacuteduire au minimum les tempeacuteratures de lrsquoeau de retourDes serpentins laquo surdimensionneacutes raquo ont eacuteteacute conccedilus en vue drsquooptimiser la baisse de tempeacuterature dans lrsquoeacutechangeur de chaleur en conditions de chauffage des locaux

Conditions de chauffage des locaux en charge partielle Le systegraveme de traitement drsquoair se met en route et srsquoarrecircte pour srsquoadapter aux conditions de charge partielle ce qui a pour effet de deacuteclencher des demandes associeacutees sur le chauffe-eau

Illustration des performances selon la norme P9 Le tableau 5 donne un aperccedilu theacuteorique du type de performance que lrsquoon pourrait geacuteneacuteralement obtenir en utilisant une strateacutegie impliquant un point de consigne de tempeacuterature unique

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Tableau 5 Performances drsquoun systegraveme combineacute theacuteorique affichant une puissance de chauffage des locaux de 10 kW en utilisant une strateacutegie simple de commande de point de consigne de tempeacuterature drsquoeau unique (capaciteacute de chauffage des locaux compenseacutee par des cycles de marche-arrecirct)

Mode de fonctionne -ment

Pondeacuter-ation

Temp de lrsquoeau drsquoalimentati on (degF)

Temp de lrsquoeau de retour du reacuteseau principal (degF)

Deacutebit du systegraveme de traitement drsquoair (pi3min)

Mesure de la performance eacutenergeacutetique mode activeacute deacutesactiveacute ()

Contribution FPT

Chauffage des locaux 100

8 140 120 800 85 007

Chauffage des locaux 40

49 140 120 800 80 039

Chauffage des locaux 15

25 140 120 800 75 018

Chauffage de lrsquoeau

18 140 58 mdash 92 017

Total 100 081

Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables bull Performances globales Une cote de facteur de performance totale (FPT) de 092

placerait le systegraveme combineacute dans la plage des performances eacuteleveacutees

bull Performances en mode de chauffage de lrsquoeau Comme dans le cas du sceacutenario impliquant un point de consigne de tempeacuterature unique le systegraveme assure une condensation en mode de chauffage de lrsquoeau avec un FPCE de 92 Il serait possible drsquoameacuteliorer leacutegegraverement lrsquoefficaciteacute du systegraveme de chauffage de lrsquoeau si un point de consigne de tempeacuterature de lrsquoeau infeacuterieur agrave la valeur de 140 degF utiliseacutee dans le premier cas de figure eacutetait appliqueacute La norme P9 permet drsquoutiliser un point de consigne pouvant descendre jusqursquoagrave 120 degF dans le cas de lrsquoeau potable La tempeacuterature de consigne nrsquoa plus besoin drsquoecirctre la mecircme que celle requise pour une charge de chauffage de locaux maximale il est donc possible de la reacuteduire agrave la plage de 120 degF Pour simplifier la comparaison des deux systegravemes dans les tableaux 5 et 6 aucun point de consigne de systegraveme de chauffage drsquoeau potable reacuteduit nrsquoa pas eacuteteacute inclus dans le tableau 6

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bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge totale Dans ce mode le rendement eacutenergeacutetique est plus faible La tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation doit ecirctre au plus haut pour satisfaire la charge la tempeacuterature de lrsquoeau de retour sera donc elle aussiplus eacuteleveacutee dans ce modeComme le systegraveme fonctionnera rarement dans ce mode cette mauvaise performance ne repreacutesente qursquoune petite fraction de la pondeacuteration FPT

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge partielle Les tempeacuteratures drsquoalimentation du systegraveme de chauffage de lrsquoeau sont abaisseacutees progressivement pour satisfaire des demandes en charge partielle moindres Les tempeacuteratures peuvent ecirctre abaisseacutees bien en deccedilagrave du reacuteglage preacutevu pour le chauffage de lrsquoeau du robinet Cette condition se traduit par des tempeacuteratures drsquoeau de retour plus basses qursquoen conditions de charge totale Ces deux facteurs font que lrsquoefficaciteacute est plus importante en conditions de charge partielle qursquoen conditions de charge totale Le chauffe-eau fonctionnera en mode de condensation pour les deux points de charge de chauffage de locaux (40 et 15 )

bull Vitesse de ventilateur Eacutetant donneacute que la puissance de chauffage requise diminue la vitesse de ventilateur diminue aussiCela se traduit par un niveau sonore reacuteduit un fonctionnement du ventilateur plus long avec des cycles moins freacutequents et une reacuteduction importante de la consommation drsquoeacutenergie Cette condition peut aussi reacuteduire les plaintes lieacutees au confort le fonctionnement plus long agrave des deacutebits drsquoair reacuteduits ameacuteliorant la reacutepartition de lrsquoair chaud pendant les saisons intermeacutediaires

bull Controcircle de la tempeacuterature de lrsquoair inteacuterieur Le fait de moduler la puissance de chauffage en faisant varier la tempeacuterature de lrsquoeau et la vitesse du ventilateur peut se traduire par une tempeacuterature drsquoair inteacuterieur plus homogegravene avec des eacutecarts de tempeacuteratures moins grands au-dessus et au-dessous des points de consigne du thermostat Ce pheacutenomegravene pourrait inciter les proprieacutetaires de reacutesidence agrave augmenter le point de consigne de chauffage pour eacutetablir des conditions de confort acceptables

bull Incidences sur le zonage Le zonage sera plus compliqueacute avec un systegraveme affichant une puissance fixe et une vitesse de ventilateur unique

Ilest possible drsquoameacuteliorer la strateacutegie 1 en augmentant encore la dimension drsquoun serpentin deacutejagrave surdimensionneacute dans le systegraveme de traitement drsquoair Cette option implique toutefois des limites pratiques car des serpentins bien plus grands neacutecessiteront une plus grande quantiteacute de cuivre et un formage plus important et cela accentuera le coucirct total du systegraveme sans compter qursquoil faudra aussi preacutevoir des armoires plus grandes pour le systegraveme de traitement drsquoair De plus les pertes de chaleur par cycle augmenteront et il sera plus difficile drsquoobtenir des performances eacuteleveacutees en charge partielle Le fait drsquoappliquer la strateacutegie 1 agrave un systegraveme de chauffage combineacute agrave haute performance peut srsquoaveacuterer trop oneacutereux pour valoir le coup

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64 Strateacutegie 2 Tempeacuterature drsquoeau variable

Cette meacutethode est identique agrave celle appliqueacutee dans les appareils de chauffage agrave air chaud multieacutetage Le principe consiste agrave faire fonctionner le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair ensemble pour optimiser le rendement eacutenergeacutetique tout en reacuteduisant au minimum le coucirct et la complexiteacute des composants

Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair Cette strateacutegie consiste agrave exploiter avantageusement la capaciteacute inteacutegreacutee du chauffe-eau pour faire varier la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation La tempeacuterature du point de consigne du chauffe-eau varie en fonction de la charge de chauffage des locaux On utilise des reacuteglages de tempeacuterature drsquoeau drsquoalimentation faibles pour satisfaire aux conditions de chauffage des locaux en charge partielle On fait eacutegalement varier les vitesses du ventilateur du systegraveme de traitement drsquoair en srsquoappuyant sur un principe de controcircle de reacuteglage exteacuterieur ou de minuterie pour augmenter les paramegravetres Lorsqursquoune demande de chaleur a eacuteteacute satisfaite le ventilateur continue de fonctionner agrave des vitesses reacuteduites pour eacuteviter les problegravemes lieacutes aux courants froids et au bruit Du coup le serpentin et les conduites retiennent moins de chaleur et on deacuteplore moins de perte de chaleur par la suite compareacute au premier cas de figure Le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair doivent tous deux cerner la demande qursquoils sont censeacutes satisfaire Leurs commandes ne doivent pas pour autant ecirctre physiquement inteacutegreacutees drsquoune faccedilon ou drsquoune autre Cette strateacutegie de controcircle est traiteacutee plus en deacutetail agrave la section 40

Serpentin(s) de chauffage de locaux Pour simplifier la comparaison nous partirons du principe que des serpentins laquo surdimensionneacutes raquo similaires sont utiliseacutes comme dans le premier cas de figure de sorte que les performances du chauffage de pointe des locaux soient identiques dans les deux cas

Conditions de chauffage de locaux en charge partielle Le chauffe-eau relegraveve une demande de chauffage de locaux et se met en route en acheminant une eau drsquoalimentation agrave basse tempeacuterature au systegraveme de traitement drsquoair Si la demande de chauffage nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute le chauffe-eau augmente progressivement la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation Le systegraveme de traitement drsquoair surveille la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation et augmente progressivement la vitesse du ventilateur lorsque la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation est plus eacuteleveacutee

Illustration des performances P9 Le tableau 6 donne une preacutesentation theacuteorique du type de rendement que lrsquoon peut obtenir en appliquant une strateacutegie de controcircle simple mettant en œuvre des

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tempeacuteratures drsquoeau et des vitesses de ventilateur variables Les tempeacuteratures et les deacutebits drsquoair du ventilateur preacutesenteacutes dans le tableau 6 ont eacuteteacute choisis agrave titre indicatif uniquement Ils ne repreacutesentent pas des reacuteglages pleinement optimiseacutes applicables agrave un systegraveme de chauffage combineacute

Tableau 6 Performances drsquoun systegraveme de chauffage combineacute theacuteorique offrant une puissance de chauffage des locaux de 10 kW en utilisant une strateacutegie de controcircle de tempeacuteratures drsquoeau et de vitesses de ventilateur variables (variation de la capaciteacute de chauffage des locaux par modulation du deacutebit drsquoair et de la tempeacuterature de lrsquoeau)

Mode de fonctionne -ment

Pondeacuter-ation

Temp de lrsquoeau drsquoalimen-tation (degF)

Temp de lrsquoeau de retour du reacuteseau principal (degF)

Deacutebit du systegraveme de traitement drsquoair (pi3min)

Mesure de la performance eacutenergeacutetique mode activeacute deacutesactiveacute ()

Contribution FPT

Chauffage des locaux 100

8 140 120 800 85 007

Chauffage des locaux 40

49 110 102 600 92 045

Chauffage des locaux 15

25 90 87 500 94 023

Chauffage de lrsquoeau

18 140 58 --- 92 016

Total 100 092

Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables bull Performances globales Une cote de facteur de performance totale (FPT) de 092

placerait le systegraveme combineacute dans la plage des performances eacuteleveacutees

bull Performances en mode de chauffage de lrsquoeau Comme dans le cas du sceacutenario impliquant un point de consigne de tempeacuterature unique le systegraveme assure une condensation en mode de chauffage de lrsquoeau avec un FPCE de 92 Il serait possible drsquoameacuteliorer leacutegegraverement lrsquoefficaciteacute du systegraveme de chauffage de lrsquoeau si un point de consigne de tempeacuterature de lrsquoeau infeacuterieur agrave la valeur de 140 degF utiliseacutee dans le premier cas de figure eacutetait appliqueacute La norme P9 permet drsquoutiliser un point de

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consigne pouvant descendre jusqursquoagrave 120 degF dans le cas de lrsquoeau potable La tempeacuterature de consigne nrsquoa plus besoin drsquoecirctre la mecircme que celle requise pour une charge de chauffage de locaux maximale il est donc possible de la reacuteduire agrave la plage de 120 degF Pour simplifier la comparaison des deux systegravemes dans les tableaux 5 et 6 aucun point de consigne de systegraveme de chauffage drsquoeau potable reacuteduit nrsquoa pas eacuteteacute inclus dans le tableau 6

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge totale Dans ce mode le rendement eacutenergeacutetique est plus faible La tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation doit ecirctre au plus haut pour satisfaire la charge la tempeacuterature de lrsquoeau de retour sera donc elle aussi plus eacuteleveacutee dans ce mode Comme le systegraveme fonctionnera rarement dans ce mode cette mauvaise performance ne repreacutesente qursquoune petite fraction de la pondeacuteration FPT

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge partielle Les tempeacuteratures drsquoalimentation du systegraveme de chauffage de lrsquoeau sont abaisseacutees progressivement pour satisfaire des demandes en charge partielle moindres Les tempeacuteratures peuvent ecirctre abaisseacutees bien en deccedilagrave du reacuteglage preacutevu pour le chauffage de lrsquoeau du robinet Cette condition se traduit par des tempeacuteratures drsquoeau de retour plus basses qursquoen conditions de charge totale Ces deux facteurs font que lrsquoefficaciteacute est plus importante en conditions de charge partielle qursquoen conditions de charge totale Le chauffe-eau fonctionnera en mode de condensation pour les deux points de charge de chauffage de locaux (40 et 15 )

bull Vitesse de ventilateur Eacutetant donneacute que la puissance de chauffage requise diminue la vitesse de ventilateur diminue aussiCela se traduit par un niveau sonore reacuteduit un fonctionnement du ventilateur plus long avec des cycles moins freacutequents et une reacuteduction importante de la consommation drsquoeacutenergie Cette condition peut aussi reacuteduire les plaintes lieacutees au confort le fonctionnement plus long agrave des deacutebits drsquoair reacuteduits ameacuteliorant la reacutepartition de lrsquoair chaud pendant les saisons intermeacutediaires

bull Controcircle de la tempeacuterature de lrsquoair inteacuterieur Le fait de moduler la puissance de chauffage en faisant varier la tempeacuterature de lrsquoeau et la vitesse du ventilateur peut se traduire par une tempeacuterature drsquoair inteacuterieur plus homogegravene avec des eacutecarts de tempeacuteratures moins grands au-dessus et au-dessous des points de consigne du thermostat

La strateacutegie 2 (tempeacuterature drsquoeau variable) peut donner lieu agrave lrsquoeacutelaboration drsquoun systegraveme de chauffage combineacute efficace preacutesentant de bonnes performances lorsqursquoil est mis agrave lrsquoessai selon la norme CSA P9 et lorsqursquoil est installeacute dans une vraie reacutesidence Les niveaux de performance varieront en fonction des composants seacutelectionneacutes et des speacutecificiteacutes de lrsquoordonnancement des commandes

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7 Commandes

Les commandes geacuteneacuteriques exigeacutees pour mettre en œuvre la strateacutegie privileacutegieacutee impliquant une tempeacuterature variable quia eacuteteacute deacutecrite dans la derniegravere section peuvent srsquoaveacuterer relativement simples Quelques chauffe-eau agrave la demande proposent deacutejagrave des commandes de reacuteglage de tempeacuterature Les commandes de tempeacuterature des chauffe-eau agrave la demande types ne sont toutefois pas systeacutematiquement configureacutees pour offrir une fonction de reacuteglage de tempeacuterature baseacutee sur la charge Quasiment tous les chauffe-eau agrave la demande actuellement disponibles sont eacutequipeacutes pour accueillir des commandes de tempeacuterature inteacutegreacutees ou monteacutees agrave distance permettant agrave lrsquoutilisateur de reacutegler manuellement la tempeacuterature drsquoalimentation agrave partir du chauffe-eau

En principe il devrait ecirctre possible de concevoir un module drsquointerface de commande simple qui viendrait se brancher dans les fiches de connexion de la commande de tempeacuterature existante La nouvelle commande simulerait lrsquoaction du controcircleur de tempeacuterature standard reacutegleacute manuellement de maniegravere agrave offrir une fonction de reacuteinitialisation de tempeacuterature automatique du chauffe-eau Toutes les commandes de seacutecuriteacute resteraient fonctionnelles

Une strateacutegie de controcircle simple peut offrir des performances eacuteleveacutees Les facteurs cleacutes agrave prendre en compte sont les suivants

bull deacuteterminer si une demande tient compte des besoins en chauffage drsquoeau chaude domestique

bull en mode de chauffage des locaux uniquement utiliser une minuterie ou un controcircle de reacuteglage exteacuterieur (ou un capteur de charge infeacuterentielle similaire) pour faire augmenter progressivement la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation

bull preacutevoir un systegraveme de traitement drsquoair faisant varier le deacutebit drsquoair en fonction de la tempeacuterature de lrsquoeau qui arrive dans lrsquoappareil du deacutelai pendant lequel une demande de chauffage perdure ou drsquoun signal direct du capteur de commande de charge

Ilest inteacuteressant de souligner que le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair nrsquoont pas besoin de communiquer directement ni de posseacuteder des commandes communes pour mettre en œuvre certaines des strateacutegies de controcircle deacutecrites

Lorsque les commandes du systegraveme deacutetectent qursquoune demande de chauffage a eacuteteacute satisfaite le systegraveme de traitement drsquoair devrait continuer de fonctionner suffisamment longtemps pour extraire toute la chaleur reacutesiduelle du serpentin et la transfeacuterer vers le courant drsquoair Pour eacuteviter les problegravemes de confort thermique il est souhaitable de reacuteduire la vitesse du ventilateur pendant cette peacuteriode de temporisation de la

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ventilation Le fonctionnement continu du ventilateur avec un reacuteglage de vitesse faible offrira automatiquement cette fonctionnaliteacute sans neacutecessiter de quelconques commandes intelligentes Cette option aurait lrsquoavantage suppleacutementaire drsquoassurer une reacutepartition de la tempeacuterature uniforme agrave lrsquointeacuterieur de la reacutesidence Elle serait eacutegalement utile pour reacutepartir lrsquoair frais si le systegraveme combineacute est installeacute avec un ventilateur-reacutecupeacuterateur de chaleur (VRC) ou un autre type de systegraveme de ventilation

Des commandes soigneusement conccedilues contribueront en bout de ligne agrave assurer ou reacutetablir lrsquoefficaciteacute du systegraveme combineacute Les commandes devraient ecirctre en mesure de deacuteterminer srsquoil y a une demande de chauffage des locaux ou de chauffage de lrsquoeau ou une demande concernant les deux modes Les commandes devront deacuteterminer lrsquoamplitude de chaque charge et reacutepondre de maniegravere approprieacutee en faisant varier certains paramegravetres agrave la fois pour le systegraveme de chauffage des locaux (systegraveme de traitement drsquoair par exemple) et pour le geacuteneacuterateur de chaleur (notamment si la source de chauffage est un chauffe-eau agrave la demande) En cas de demande de chauffage drsquoeau eacuteleveacutee il se peut qursquoune solution de commande prioritaire drsquoeau chaude domestique constitue la meilleure option Les commandes peuvent deacuteduire lrsquoamplitude des charges de chauffage des locaux au moyen de divers meacutecanismes y compris en surveillant les cycles de fonctionnement du thermostat et de signaux drsquoentreacutes directs transmis par une commande de charge infeacuterentielle telle qursquoune commande de reacuteglage exteacuterieur

La figure 3 preacutesente un algorithme simplifieacute de commandes geacuteneacuteriques pour la section chauffe-eau drsquoun systegraveme combineacute utilisant quatre eacutetapes de reacuteglage de tempeacuterature drsquoeau pour le chauffage des locaux et une seule pour le chauffage de lrsquoeau

La logique de commande illustreacutee agrave la figure 3 constitue uniquement un exemple de strateacutegie de controcircle rudimentaire qui pourrait ecirctre utiliseacutee pour assurer des performances eacuteleveacutees dans des modes de chauffage de locaux sans neacutecessiter lrsquoutilisation de composants oneacutereuxLrsquoalgorithme de commande pourrait ecirctre ameacutelioreacute si le controcircleur avait lrsquointelligence neacutecessaire pour lui permettre drsquoassimiler les eacutetapes de chauffage requises en surveillant la dureacutee des demandes de chauffage des locaux sur plusieurs cycles de chauffage reacutecents

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e

Mode drsquoattente Chauffe-eauagrave la demande en attente de signal

Demande de chauffage (lrsquoeaucircule dans le chauffe-eau)

Demandedrsquoeauchaude

domestique

Activationdu chauffagede lrsquoeacutetape 1 THERM90 ordmF Ventilateur Vitesse 1 Deacuteclencherle minuteursur 5 min

Demandesatisfaite avantlrsquoexpiration

du deacutelaiduminuteur

Oui

Oui

No

Reacuteglage du THERM sur le point de consigne de lrsquoeau chaude domestique THERM = 140 degF Couperlecirculateurde chauffagedelocaux (facultatif) Attendre lafin de la demande drsquoeau chaude domestique

Demande de

chauffage satisfait

Non

Oui

Activation du chauffage de lrsquoeacutetape 2 THERM = 105 degF Ventilateur Vitesse 2 Deacuteclencher le minuteur sur3 min

Activation du chauffage de lrsquoeacutetape 3 THERM = 120 degF Ventilateur Vitesse 3 Deacuteclencher le minuteur sur3 min

Activation du chauffage MAX THERM = 140 degF Ventilateur Vitesse 4 Mettrefin agravelademande de chauffage

Figure 3 Logique de lrsquoalgorithme simplifieacute de commande de chauffe-eau pour unsceacutenario de chauffage en quatre eacutetapes

Voici trois options de commande de vitesse de ventilateur de systegraveme de traitement drsquoair associeacutees agrave la meacutethode de chauffage drsquoeau illustreacutee agrave la figure 3

Commandes indirectes baseacutees sur la tempeacuteratureRaccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont bien distinctes les unes des autres mais elles fonctionnement de maniegravere compleacutementaire

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Principe de fonctionnement Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetecte la tempeacuterature de lrsquoeau chaude drsquoadmissionPlus la tempeacuterature de lrsquoeau est eacuteleveacutee plus les commandes du systegraveme de traitement drsquoair augmentent le deacutebit drsquoair

Discussion Les commandes du chauffe-eau augmentent la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque la demande nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetecte la tempeacuterature plus eacuteleveacutee et fait circuler plus drsquoair dans les serpentins pour lrsquoutiliser

Aspect meacutecanique Un puits de tempeacuterature est installeacute dans la conduite drsquoeau drsquoalimentation drsquoarriveacutee agrave lrsquointeacuterieur du systegraveme de traitement drsquoairLe reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur serait ajusteacute en installant un module de commande de systegraveme de traitement drsquoair qui mesure la tempeacuterature de lrsquoeau achemineacutee au systegraveme de traitement drsquoair depuis le chauffe-eau pendant une demande de chauffage de locaux transmise au systegraveme de traitement drsquoair La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signal de commande transmis au panneau de controcircle du systegraveme de traitement drsquoair par le thermostat du systegraveme de CVCA

Commandes indirectes baseacutees sur le minuteur Raccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont bien distinctes les unes des autres mais elles fonctionnement de maniegravere compleacutementaire

Principe de fonctionnement Le deacutebit drsquoair du systegraveme de traitement drsquoair varie en fonction de la dureacutee de la demande de chauffage afin de coiumlncider avec les minutages de commande de tempeacuterature indiqueacutes agrave la figure 3

Discussion Les commandes du chauffe-eau augmentent la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque la demande nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetermine la dureacutee de la demande de chauffage et fait circuler plus drsquoair dans les serpentins afin de se conformer aux eacutetapes de tempeacuterature programmeacutees

Aspect meacutecanique Le reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur serait ajusteacute en installant un module de commande de systegraveme de traitement drsquoair qui reacutegule le deacutebit drsquoair en fonction de la dureacutee de la demande de chauffage La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signalde commande transmis au panneau de controcircle du systegraveme de traitement drsquoair par le thermostat du systegraveme de CVCA

Controcircle direct Raccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont toutes deux controcircleacutees au moyen drsquoun nouveau controcircleur combineacute inteacutegreacute posseacutedant une interface directe avec le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair

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Principe de fonctionnement Le nouveau controcircleur fait varier le deacutebit drsquoair du systegraveme de traitement drsquoair et la tempeacuterature de lrsquoeau de maniegravere agrave optimiser le rendement du chauffage

Discussion Cette strateacutegie de controcircle direct suppose le deacuteveloppement drsquoun nouveau composant de commande Le controcircleur peut utiliser des reacuteglages de fonctionnement plus sophistiqueacutes afin drsquoameacuteliorer le rendement dans tous les modes de fonctionnement

Aspect meacutecanique Le reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur et la tempeacuterature de lrsquoeau achemineacutee au systegraveme de traitement drsquoair seraient directement controcircleacutes par un nouveau controcircleur combineacute inteacutegreacute La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signal de commande transmis au controcircleur par le thermostat du systegraveme de CVCA

Chauffe-eau - Mode de chauffage de lrsquoeau du robinet Les algorithmes de chauffage de lrsquoeau du robinet ne changent pas par rapport agrave ceux du module de commande standard La seule diffeacuterence reacuteside dans le fait que le chauffe-eau utilise un contacteur de deacutebit ou un deacutebitmegravetre pour repeacuterer un tirage drsquoeau chaude (ou une arriveacutee drsquoeau froide) et comprendre qursquoune demande de chauffage drsquoeau a eacuteteacute faite Si une demande de chauffage de locaux intervient simultaneacutement le chauffe-eau pourrait honorer les deux demandes en tenant compte du reacuteglage de tempeacuterature de sortie requise de lrsquoeau du robinet Une autre option consisterait agrave prendre en compte par deacutefaut le reacuteglage du mode de chauffage de lrsquoeau Un mode de controcircle plus sophistiqueacute pourrait potentiellement temporiser le chauffage des locaux lorsque cela srsquoavegravere neacutecessaire pour reacutepondre agrave des demandes de chauffage drsquoeau eacuteleveacutees ou pour activer la distribution de chauffage des locaux en utilisant des reacuteglages de tempeacuterature optimiseacutes Ce cas de figure est illustreacute agrave la figure 4

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8 Composants

Pour bien fonctionner les systegravemes de chauffage combineacutes doivent ecirctre doteacutes de composants haute performance que ce soit dans une configuration dite laquo installeacutee raquo ou dans une configuration drsquoessai selon la norme CSA P9 La preacutesente section a pour objectif drsquoaider les fabricants de chauffe-eau agrave la demande

bull agrave concevoir leur propre systegraveme de traitement drsquoair

bull agrave eacutetablir un partenariat avec un autre fabricant qui fournirait un systegraveme de traitement drsquoair pour leur systegraveme apregraves avoir deacutetermineacute

ndash les composants requis

ndash la mesure dans laquelle un modegravele de systegraveme de traitement drsquoair existant aurait besoin drsquoecirctre affineacute pour reacutepondre agrave leurs besoins

bull agrave eacutetablir les modifications qursquoil faut apporter au systegraveme monobloc dans son ensemble pour ameacuteliorer les performances

81 Systegraveme de traitement drsquoair

Le systegraveme de traitement drsquoair doit inclure les composants neacutecessaires pour fournir de la chaleur et faire circuler de lrsquoair Les eacuteleacutements agrave prendre en compte sont des serpentins de chauffage de locaux un moteur de ventilateur une pompe et un puits de tempeacuterature Ces eacuteleacutements sont deacutecrits plus en deacutetail ci-dessous

82 Serpentins de chauffage de locaux

Les serpentins de chauffage de locaux doivent ecirctre dimensionneacutes de maniegravere approprieacutee pour que le chauffage des locaux puisse avoir lieu avec une tempeacuterature drsquoalimentation suffisamment basse et une baisse de tempeacuterature de lrsquoeau suffisante pour favoriser la condensation dans le geacuteneacuterateur de chaleur lorsque le systegraveme fonctionne en conditions de charge partielle (et ideacutealement en conditions de pleine charge eacutegalement)

Geacuteneacuteralement les serpentins quiextraient la chaleur de lrsquoeau sont conccedilus et choisis en tenant compte drsquoune baisse de tempeacuterature de lrsquoeau drsquoenviron 11 degC (20 degF) le long des serpentins aux conditions de chauffage nominales La seacutelection preacutealable du serpentin peut ecirctre faite en utilisant un logiciel deacutejagrave proposeacute par divers fabricants de serpentins Dans la plupart des cas le modegravele logiciel calcule la puissance de chauffage drsquoun

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serpentin de chauffage agrave eau chaude en se fondant sur la mesure des performances du conditionnement drsquoair pour des serpentins ayant une construction et des geacuteomeacutetries similaires Du coup la puissance de chauffage reacuteelle pour une condition nominale donneacutee peut diffeacuterer leacutegegraverement de celle preacutedite par le logiciel

Ilest recommandeacute de veacuterifier la performance reacuteelle du serpentin choisi (puissance de chauffage baisse de la tempeacuterature de lrsquoeau baisse de la pression statique sur le cocircteacute air et eau) en effectuant des essais internes Lorsque cette eacutetape a eacuteteacute exeacutecuteacutee le modegravele logiciel peut fournir une aide preacutecieuse pour seacutelectionner le serpentin et devrait proposer des indications plutocirct fiables concernant les changements de performance du serpentin aux diffeacuterentes conditions projeteacutees Les informations ainsi collecteacutees devraient ecirctre utiles pour concevoir et affiner des reacuteglages et des strateacutegies de controcircle plus eacutevolueacutes en vue drsquooptimiser le rendement du systegraveme en conditions de chauffage en charge partielle

Voici les eacuteleacutements agrave prendre en compte

Diamegravetre du serpentin drsquoeau et nombre de spires ndash Un grand diamegravetre de canalisation reacuteduira au minimum la baisse de pression de lrsquoeau ainsi que lrsquoeacutenergie utiliseacutee par le systegraveme de circulation drsquoeau Un petit diamegravetre de canalisation permettra drsquoopter pour un serpentin moins oneacutereux eacutetant donneacute qursquoil faudra moins de cuivre dans le serpentin Cependant des petits tubes neacutecessiteront une eacutenergie de pompage supeacuterieure et feront augmenter les pheacutenomegravenes drsquousure et drsquoeacuterosion des tubes si une puissance de pompe suffisante est appliqueacutee pour offrir le deacutebit drsquoeau nominal Concregravetement le fait drsquoutiliser un serpentin avec des tubes trop petits reacuteduira la puissance de chauffage fournie par le serpentin En effet le fabricant utilisera vraisemblablement le mecircme circulateur standard quel que soit le serpentin retenu Les TECA hydronic and combo guideline (Directives sur les systegravemes hydroniques et combineacutes de la TECA)1

(article 814) preacutecisent que le deacutebit de lrsquoeau qui traverse le systegraveme de chauffage ne doit pas deacutepasser quatre (4) pieds par seconde

Nombre drsquoailettes par pouce ndash Plus le nombre drsquoailettes par pouce est eacuteleveacute plus la surface de transmission de chaleur et la puissance de chauffage augmentent cela creacutee cependant une baisse de pression supeacuterieure sur le cocircteacute air du serpentin Un certain degreacute de perte de pression dans le serpentin est utile pour assurer un deacutebit drsquoair homogegravene dans le serpentin notamment dans une configuration de laquo purge raquo qui est couramment utiliseacutee dans les ventilo-convecteurs combineacutes servant au chauffage des locauxLes speacutecifications des serpentins de chauffage peuvent faire eacutetat drsquoun nombre drsquoailettes variant de 6 ailettes par pouce agrave 14 ailettes par pouce Les serpentins de chauffage hydronique standard comportent 12 ou 14 ailettes par pouce Les serpentins doteacutes drsquoun grand nombre drsquoailettes sont plus facilement encrasseacutes par de la poussiegravere

1 Thermal Environmental Comfort Association (TECA) Surrey (C-B) Hydronic amp Combo Guidelines for the Design and Installation of Hot Water Heating Systems and Combination Hot Water amp Space Heating Systems 8th Edition August 2009 (Directives concernant les systegravemes hydroniques et combineacutes conception et installation de systegravemes de chauffage drsquoeau chaude et de systegravemes combineacutes de chauffage drsquoeau chaude et de locaux 8e eacutedition aoucirct 2009) [wwwtecaca]

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ou des deacutebris Selon les reacutesultats du logiciel de modeacutelisation du serpentin la preacutesence de 12 ailettes ou mecircme 14 semble ecirctre un choix raisonnable pour un serpentin de chauffage de locaux haute performance agrave condition que le serpentin soit choisi avec une surface suffisamment importante pour maintenir la vitesse frontale de lrsquoair faible agrave la puissance de chauffage theacuteorique

Figure 5 Exemple de serpentin de chauffage de locaux laquo surdimensionneacute raquo utiliseacute dans une application de systegraveme de traitement drsquoair hydronique

83 Moteur de ventilateur

Le systegraveme de traitement drsquoair devrait utiliser un moteur de ventilateur agrave commutation eacutelectronique (MCE) et ecirctre exploiteacute en utilisant un systegraveme de controcircle agrave vitesse multiple ou agrave vitesse variable Cette option permettrait de moduler le deacutebit drsquoair et la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque le systegraveme fonctionne agrave une puissance infeacuterieure agrave sa puissance de chauffage nominale maximaleLa capaciteacute agrave utiliser un mode de circulation continu agrave faible puissance et faible vitesse serait particuliegraverement utile en cas de fonctionnement aux points de consigne de 15 et 40 pour lesquels il est primordial de collecter et de distribuer toute la chaleur reacutesiduelle des serpentins de chauffage la norme P9 tenant compte uniquement de la chaleur qui est reacuteellement transfeacutereacutee dans le courant drsquoair

La modulation du deacutebit drsquoair et de la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation permettra drsquoobtenir des tempeacuteratures drsquoair distribueacute confortables ainsi que des performances de chauffage eacuteleveacutees

Un MCE doteacute drsquoune programmation de deacutebit drsquoair constant surclassera vraisemblablement un MCE qui utilise une programmation de couple constant car le

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systegraveme compensera au moins partiellement les diffeacuterences entre les pressions statiques nominales et les pressions statiques reacuteellement eacutetablies Cette solution peut srsquoaveacuterer indispensable pour srsquoassurer que les performances de la combustion dans des conditions reacuteelles variables correspondent aux performances obtenues lors drsquoessais dans le laboratoire

Une programmation de deacutebit drsquoair constant sera probablement essentielle pour obtenir des performances acceptables dans le cas drsquoun systegraveme combineacute reacuteparti

84 Circulateurpompe

Ilest important de choisir le bon circulateur pour acheminer le deacutebit approprieacute en fonction de la pression statique eacutetablie qui sera en vigueur Les pertes de pression dans les diffeacuterents chauffe-eau agrave la demande varient Le fait drsquoutiliser un circulateur qui fournit un deacutebit trop important se traduira par une petite baisse de tempeacuterature dans le circuit drsquoeau qui traverse le serpentin et par une tempeacuterature drsquoeau de retour eacuteleveacutee vers le chauffe-eau Un deacutebit trop faible entraicircne des capaciteacutes de chauffage faibles Des circulateurs hydroniques sont offerts avec trois vitesses seacutelectionnables et des deacutebits de pompe nominaux Par contre les moteurs utiliseacutes dans les circulateurs types agrave plusieurs vitesses ne sont pas aussi efficaces que les moteurs agrave CE Des circulateurs agrave vitesse variable eacutequipeacutes de moteurs agrave CE font leur apparition sur le marcheacute mais ils ne sont pas encore couramment utiliseacutes dans les applications combineacutees

Ideacutealement les pompes de circulation des systegravemes combineacutes eacutevolueacutes devraient consister en un concept agrave modulation agrave vitesse variable capable drsquoameacuteliorer le rendement et de compenser les diffeacuterentes configurations de canalisation Ce type de concept est deacutejagrave disponible et pourrait ecirctre mis en œuvre degraves maintenant il pourrait aussi ecirctre mis de cocircteacute jusqursquoagrave ce que la prochaine geacuteneacuteration de systegravemes de chauffage combineacutes eacutevolueacutes soit mise au point Les premiers reacutesultats drsquoessais en laboratoire ont montreacute qursquoil est possible drsquoobtenir de bonnes performances conformes agrave la norme CSA P9 sans utiliser des pompes de circulation agrave vitesse variable et des commandes auxiliaires coucircteuses Agrave lrsquoavenir agrave mesure que le coucirct des circulateurs agrave vitesse variable doteacutes de moteurs agrave CE baissera et que les commandes inteacutegreacutees seront mieux accepteacutees leur utilisation dans des applications de chauffage combineacute sera plus rentable

85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)

Si lrsquoon conccediloit le reacuteseau de plomberie de maniegravere agrave pouvoir y installer des bouchons de controcircle de tempeacuterature drsquoeau et de pression les essais internes et les mesures de mise en service seront simplifieacutes De plus il sera plus facile de purger lrsquoair des circuits

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hydroniques Il est possible drsquoutiliser des sondes de tempeacuteratures monteacutees agrave lrsquoexteacuterieur pour effectuer les mesures de mise en service sur le terrain si des sections de conduites de cuivre ameacutenageacutees dans des endroits strateacutegiques sont prises en compte lors de la conception

86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau

Certains chauffe-eau agrave la demande de type chaudiegravere possegravedent des points de consignes et des algorithmes de controcircle distincts pour le chauffage des locaux et celui de lrsquoeau Drsquoautres ont besoin de savoir si la charge concerne le chauffage des locaux ou celui de lrsquoeau potable Dans ce cas on peut utiliser divers capteurs et surveiller eacutegalement les signaux transmis par un deacutebitmegravetre drsquoeau installeacute dans le reacuteseau drsquoeau potable ou un deacutebitmegravetre installeacute dans le circuit de chauffage des locaux Bon nombre de chauffe-eau agrave la demande utilisent de tels capteurs dans leurs circuits de commande de brucircleur afin de faire coiumlncider les allures de chauffe avec les chargesDans les applications combineacutees lrsquoutilisation de commandes capables de diffeacuterencier les charges deacutepend de la logique de controcircle prioritaire de demande drsquoeau chaude domestique

87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes

Les canalisations drsquoeau ameacutenageacutees entre le geacuteneacuterateur de chaleur et le systegraveme combineacute devraient ecirctre dimensionneacutees de maniegravere agrave eacuteviter des baisses de pression excessives

Toutes les canalisations en cuivre exteacuterieures doivent ecirctre isoleacutees conformeacutement aux pratiques de lrsquoindustrie Il se peut que les avantages lieacutes agrave lrsquoisolation des canalisations drsquointerraccordement ne soient pas tregraves importants si les sections de conduites sont courtes et si elles contiennent des tuyaux en polyeacutethylegravene reacuteticuleacute ou un type de conduite similaire preacutesentant moins de perte de chaleur que les conduites en cuivre

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9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes

La preacutesente section contient des directives et certaines observations agrave lrsquointention des fabricants de systegravemes de chauffage combineacutes dans le but drsquoaider ces derniers agrave mettre agrave lrsquoessai leurs systegravemes agrave lrsquointerne Lrsquoexeacutecution drsquoessais agrave lrsquointerne en utilisant un montage simplifieacute permettra aux fabricants de mieux cerner les performances de leurs concepts et commandes prototypes lorsqursquoils sont mis agrave lrsquoessai dans une installation indeacutependante conformeacutement agrave la norme CSA P9 (P10 pour les fabricants de SMI) Les essais en question ne doivent pas forceacutement ecirctre conccedilus pour geacuteneacuterer des reacutesultats de performance preacutecis agrave 100 mais ils sont consideacutereacutes comme indispensables pour le deacuteveloppement et le cycle drsquooptimisation du produit les avantages drsquoun concept et drsquoun fonctionnement de systegraveme ameacutelioreacutes pouvant rapidement sauter aux yeux lorsque lrsquoon compare les reacutesultats des essais reacutealiseacutes laquo avant raquo et laquo apregraves raquo

En geacuteneacuteral il nrsquoest pas rentable de payer un laboratoire drsquoessais indeacutependant pour proceacuteder agrave la premiegravere eacutevaluation drsquoun systegraveme de chauffage combineacute complet Les coucircts lieacutes au laboratoire et les deacutefis lieacutes aux ingeacutenieurs concepteurs qui prescrivent des reacuteglages lorsqursquoils ne sont pas sur place rendent cette option probleacutematique Des essais simplifieacutes reacutealiseacutes dans les propres locaux du fabricant permettent de srsquoassurer que les reacutesultats sont dans la plage approprieacutee degraves le deacutebut

Un scheacutema de montage drsquoessai suggeacutereacute utilisable pour effectuer des mesures conformeacutement agrave la norme CSA P9 est preacutesenteacute dans cette norme La figure 6 ci-dessous illustre une version simplifieacutee de ce scheacutema

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de la piegravece

combineacutes

Appareilsdeconditionnement

Eacutevents pour produits de combustion Appareils de

conditionnement de la piegravece

Salle drsquoessai

Isolant

Meacutelangeur

Approvisionnement en eau

Eacutevents pour air de combustion Conduite drsquoalimentation en combustible

Uniteacute drsquoessai des

systegravemes

Thermocouples Porte Fenecirctre

Mesure de la tempeacuterature et du deacutebit de lrsquoeau

Conduite drsquoair de retour

Thermocouples

Mesure de la tempeacuterature et de lrsquohumiditeacute de lrsquoair

Air drsquoappoint

Mesure du deacutebit drsquoair

Figure 6 Scheacutema simplifieacute illustrant le montage utiliseacute pour exeacutecuter les essais conformeacutement agrave la norme P9 (composants individuels du systegraveme combineacute non illustreacutes)

Le scheacutema preacutesente un dispositif de mesure de lrsquoenthalpie de lrsquoair dans un tunnel baseacute Vsur la norme ASHRAE 37 Lrsquoappareil de mesure de lrsquoair illustreacute sur la figure de la norme utilise un ajutage et un ventilateur drsquoeacutequilibrage pour pouvoir appliquer une technique de mesure du deacutebit drsquoair neacutecessitant une pression diffeacuterentielle eacuteleveacutee (entre 1 et 4 pouces drsquoeau) dans lrsquoajutage Lorsqursquoil est utiliseacute avec des manomegravetres preacutecis cet appareil offre une preacutecision de mesure eacuteleveacutee de lrsquoordre de 1 agrave 2 du deacutebit drsquoair et il geacutenegravere un deacutebit drsquoair bien meacutelangeacute qui permet de mesurer avec preacutecision la tempeacuterature du deacutebit de lrsquoair drsquoalimentation

La norme P9 preacutecise que lrsquoajutage inteacutegreacute agrave lrsquoappareil de mesure de lrsquoenthalpie de lrsquoair en tunnel constitue une meacutethode acceptable pour mesurer le deacutebit drsquoair tout en approuvant expresseacutement (article 36) lrsquoapplication drsquoautres processus de mesure du deacutebit drsquoair agrave condition que les limites de preacutecision mentionneacutees dans la norme soient satisfaites Ceci donne la possibiliteacute drsquoutiliser une technique de mesure du deacutebit drsquoair plus directe ne neacutecessitant pas lrsquoutilisation drsquoun appareil comportant un ventilateur drsquoeacutequilibrage Dans certains cas lrsquoutilisation drsquoune chambre de mesure de deacutebit avec un ventilateur drsquoeacutequilibrage pour reacutegler la pression statique de la conduite drsquoair drsquoalimentation a impliqueacute des problegravemes de stabiliteacute avec des moteurs agrave CE qui ont eacuteteacute

Ressources naturelles Canada CanmetEacuteNERGIE 37 Guide agrave lrsquoattention des fabricants drsquoappareils de chauffage combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessai conformeacutement agrave la norme CSA P9

programmeacutes pour un deacutebit drsquoair constant il est donc avantageux drsquoeacuteviter les ventilateurs drsquoeacutequilibrage

91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz

De nombreux fabricants concevant des systegravemes combineacutes eacutevolueacutes integravegreront des instruments conccedilus pour mesurer la consommation drsquoeacutenergie eacutelectrique la consommation du combustible les performances de combustion la tempeacuterature et la pression (pression du collecteur de gaz pression statique des conduites etc) Si de tels eacutequipements de mesure ne sont pas offerts ilest recommandeacute de les preacutevoirLes compteurs de facturation des compagnies de gaz et drsquoeacutelectriciteacute devraient offrir une preacutecision et une reacutesolution suffisantes pour les essais de deacuteveloppement du produit

92 Enregistreur de donneacutees

Les fabricants devront eacutegalement avoir accegraves agrave un systegraveme drsquoenregistrement de donneacutees dans le cadre de leur travail Il est conseilleacute de preacutevoir un enregistreur qui offre une preacutecision et un nombre de canaux de mesures suffisants pour les tacircches agrave accomplir On estime qursquoil faudra environ huit (8) canaux pour mesurer la tempeacuterature plus quelques canaux analogiques ou numeacuteriques pour prendre en compte les donneacutees des deacutebitmegravetres des transducteurs de pression etc (analogiques ou numeacuteriques selon lrsquoinstrument de mesure seacutelectionneacute) De nombreux fournisseurs proposent un large eacuteventail drsquoenregistreurs de donneacutees Campbell Scientific Fluke Instruments Omega et Measurement Computing (personal DAQ) figurent parmi les fabricants qui proposent des enregistreurs de donneacutees de petite eacutechelle pouvant ecirctre pris en compte Il est recommandeacute de se pencher sur lrsquoassistant logiciel de lrsquoenregistreur de donneacutees seacutelectionneacute au moment drsquoeacutevaluer lrsquoeacutequipement Si le fabricant ne souhaite pas investir dans un enregistreur de donneacutees la location demeure une option mecircme si les eacuteconomies preacutevues dans le cas drsquoune location agrave court terme semblent ecirctre faibles

93 Deacutebit drsquoair

Pour mesurer le deacutebit drsquoair pendant les essais agrave lrsquointerne il est recommandeacute drsquoutiliser une grille de deacutebit drsquoair avec eacutetablissement de moyenne installeacutee dans la conduite drsquoair drsquoalimentation en conjonction avec un manomegravetre diffeacuterentiel de preacutecision De nombreux fournisseurs proposent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans un large eacuteventail de tailles et ces deacutebitmegravetres sont relativement peu chers car ils sont souvent utiliseacutes dans des systegravemes commerciaux de chauffage et de refroidissement agrave deacutebit drsquoair variable Si lrsquoon fait une recherche dans Google en utilisant le segment laquo deacutebitmegravetres drsquoair raquo on trouve plusieurs fournisseurs et liens permettant

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drsquoobtenir de plus amples informations sur le sujet Nailor Industries Inc et Dwyer Instruments sont deux socieacuteteacutes quioffrent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans une grande varieacuteteacute de tailles de conduites

94 Manomegravetres

On trouve eacutegalement de nombreux manomegravetres diffeacuterentiels sur le marcheacute dont les modegraveles varient des manomegravetres agrave tube inclineacute aux transducteurs numeacuteriques de preacutecision Il est important de bien faire correspondre la plage de mesure du transducteur ou du manomegravetre avec la pression fournie par le deacutebitmegravetre sur la plage de deacutebits drsquoair preacutevue Dans le cas des transducteurs numeacuteriques des instruments capacitifs sont reacuteputeacutes bien fonctionner dans la plage de pression diffeacuterentielle basse qui serait normalement prescrite (environ 05 pouce de diffeacuterence de colonne drsquoeau) Setra Instruments MKS Instruments (Baratron) Dwyer Instruments et drsquoautres socieacuteteacutes proposent des transducteurs de pression diffeacuterentielle capacitifs plage basse adapteacutes

95 Tempeacuteratures

Les tempeacuteratures drsquoair drsquoarriveacutee et de sortie peuvent ecirctre mesureacutees en utilisant des thermocouples des thermistances ou des capteurs de conduite geacuteneacuterant une valeur moyenne Du fait de son bas coucirct de sa faciliteacute drsquoutilisation et de sa preacutesence agrave grande eacutechelle sur le marcheacute le thermocouple semble ecirctre lrsquoinstrument approprieacute pour cette application Il est possible de fabriquer un reacuteseau de thermocouples agrave partir drsquoune bobine de fil de thermocouple et de les raccorder entre eux en parallegravele de maniegravere agrave geacuteneacuterer une seule donneacutee repreacutesentant la valeur moyenne De nombreux fournisseurs offrent des fils agrave thermocouple notamment les socieacuteteacutes Thermo Electric Company Inc Omega Inc Watlow Inc etc Il est eacutegalement possible de fabriquer des sondes de tempeacuterature agrave partir des mecircmes fils de thermocouple pour surveiller drsquoautres paramegravetres tels que les tempeacuteratures drsquoeau Il est important de bien utiliser un fil agrave thermocouple plutocirct qursquoun fil de rallonge de lrsquoeacutechelle de mesure identique mais moins preacutecis

96 Mesures du cocircteacute eau

Pour effectuer des mesures du cocircteacute eau dans les serpentins il est neacutecessaire de posseacuteder un deacutebitmegravetre et des sondes de tempeacuterature Ces mesures pourraient ecirctre reacutealiseacutees en utilisant des capteurs distincts (deacutebitmegravetre drsquoeau et sondes de tempeacuterature distinctes par exemple) Il est important de srsquoassurer que lrsquoinsertion drsquoun deacutebitmegravetre dans la boucle drsquoeau ne modifie pas le deacutebit de la pompe de circulation Cela est particuliegraverement important avec des circulateurs agrave faible puissance geacuteneacuteralement utiliseacutes dans des applications combineacutees pour lesquelles lrsquoinstallation drsquoun deacutebitmegravetre agrave turbine conventionnel agrave baisse de pression eacuteleveacutee peut restreindre le deacutebit drsquoeau Ilexiste des deacutebitmegravetres preacutecis sans perte de pression eacuteleveacutee Certains appareils

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peuvent ecirctre acheteacutes deacutejagrave conditionneacutes avec des sondes de tempeacuterature en guise de laquo compteurs drsquoeacutenergie raquo Ils mesurent simultaneacutement les tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de lrsquoeau de retour ainsi que le deacutebit de lrsquoeau et calculent directement le flux drsquoeacutenergie en srsquoappuyant sur ces mesuresKamstrup Siemens Badger Meters Elster Metering ABB Meters et drsquoautres socieacuteteacutes offrent ce type drsquoappareils Les compteurs drsquoeacutenergie autonomes sont habituellement configureacutes avec certains dispositifs permettant de lire les diffeacuterents paramegravetres ainsi que les flux drsquoeacutenergie calculeacutes La plupart offre une fonction de stockage des donneacutees internes etou des sorties numeacuteriques pouvant ecirctre interfaceacutees avec des enregistreurs de donneacutees externes

97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne

La norme CSA P9 exige que le chauffage des locaux soit deacutefini en utilisant deux mesures (cocircteacute air et cocircteacute eau) avec une entente dans une toleacuterance acceptable pour la mise agrave lrsquoessai du systegraveme de chauffage de locaux agrave pleine capaciteacute constant Dans le cas des mesures agrave lrsquointerne entreprises par un fabricant dans le cadre drsquoun projet de deacuteveloppement de produit cibleacute lrsquoentente entre les mesures du cocircteacute air et du cocircteacute eau nrsquoest pas forceacutement requise On suggegravere aux fabricants de se concentrer sur les mesures qui ciblent la strateacutegie de controcircle ou de composant propre agrave lrsquoeacutetude Par exemple si des strateacutegies diffeacuterentes de temporisation du ventilateur ou laquo apregraves fonctionnement raquo sont eacutevalueacutees il est bien plus important de se concentrer sur les mesures du cocircteacute air que drsquoessayer drsquoatteindre un eacutequilibre entre le cocircteacute air et le cocircteacute eau Selon la quantiteacute drsquoeacutenergie laisseacutee dans le serpentin drsquoeau lorsque le ventilateur de soufflante srsquoarrecircte et drsquoautres pertes drsquoeacutenergie du systegraveme il est possible qursquoil nrsquoy ait pas drsquoeacutequilibre drsquoeacutenergie entre les mesures du cocircteacute air et les mesures du cocircteacute eau mecircme avec un instrument des mesures et des calculs laquo parfaits raquo

La norme CSA P9 exige une mesure du deacutebit drsquoair et des tempeacuteratures au moins toutes les cinq (5) secondes Dans le cas des essais agrave lrsquointerne cette freacutequence pourrait ecirctre assouplie pour certaines eacutetapes drsquoessai Par ailleurs une conformiteacute totale agrave la norme P9 suppose un controcircle preacutecis de la tempeacuterature de la salle drsquoessai ougrave se trouve le systegraveme combineacute en vue des essais ainsiqursquoun controcircle preacutecis de la tempeacuterature de lrsquoeau de la ville Dans le cas des essais de deacuteveloppement agrave lrsquointerne ces exigences peuvent eacutegalement ecirctre assouplies agrave condition que les tempeacuteratures ne varient pas trop pendant les essais Un espace commercial conditionneacute ayant une dimension raisonnable ferait lrsquoaffaire au moins pour les phases drsquoessai et de deacuteveloppement initiales

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Flue(combustionmeasurements)

SupplyAirtoSpaceHeatingPlenum

(optionalzonedampers)

ReturnAir

CityWater

TanklessWaterHeater

HotWaterSupplyfromWaterHeater

DHW

CoolWaterreturntoWaterheater

Temperaturemeasurementpoints

Fuelmeter

Flowmeter

Electricalmeteringnotshown

Circulator

98 Agencement des instruments

La figure 7 preacutesente un scheacutema simplifieacute permettant drsquoillustrer lrsquoagencement geacuteneacuteral des emplacements et des paramegravetres de mesure en vue de la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute de chauffe-eau instantaneacute agrave condensation Le deacutebit drsquoair qui traverse la conduite drsquoalimentation du systegraveme de traitement drsquoair sera surveilleacute en utilisant un deacutebitmegravetre agrave valeur moyenne et un manomegravetre (non illustreacute) tel que cela est deacutecrit agrave lrsquoarticle 73

T

T

T T

T T

Alimentation en eau chaude provenant du chauffe-eau

Conduit (mesures de combustion)

Eau chaude domestique

Systegraveme de mesure du combustible

Air dereprise

Retourde lrsquoeau froide vers lechauffe-eau

Chauffe-eau instantaneacute

Air drsquoalimentation achemineacute versle pleacutenum de chauffage(registres de zone facultatifs)

Eau municipale

Deacutebitmegravetre

T

(compteur eacutelectrique non illustreacute)

Points de mesure de la tempeacuterature Circulateur

Figure 8 Scheacutema de mesure simplifieacute applicable agrave la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute baseacute sur un chauffe-eau instantaneacute

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CanmetEacuteNERGIE CanmetEacuteNERGIE de Ressources naturelles Canada est un chef de file canadien dans le domaine de la recherche et deacuteveloppement en eacutenergie propre Les travaux de nos speacutecialistes portent sur lrsquoapprovisionnement drsquoeacutenergie propre agrave partir de combustibles fossiles et de sources renouvelables la gestion de lrsquoeacutenergie et les systegravemes de distribution ainsi que sur les technologies et processus avanceacutes pour les utilisations finales En veillant agrave ce que le Canada soit agrave la fine pointe des technologies sur lrsquoeacutenergie propre nous ameacuteliorons la qualiteacute de vie des Canadiens en creacuteant un avantage durable en matiegravere de ressources

Bureau central Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) 580 rue Booth 1 promenade Oil Patch 1 promenade Haanel 161 boulevard Lionel-Boulet Ottawa (Ontario) Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) Canada Canada Canada Canada K1A 0E4 T9G 1A8 K1A 1M1 J3X 1S6

  • Guide pour les fabricants drsquoappareils de chauffage combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessai conformeacutement agrave la norme CSA P9
    • Remerciements
    • 1 Reacutesumeacute
    • 2 Systegravemes agrave zones
    • Table des matiegraveres
    • Liste des tableaux et figures
    • 3 Contexte
      • 31 Objet
      • 32 Public cible
      • 33 Marcheacute
      • 34 Pratiques en vigueur dans lrsquoindustrie
      • 35 Expeacuterience en matiegravere drsquoeacutevaluation
      • 36 Deacutefi principal Utiliser des chauffe-eau pour chauffer des locaux de maniegravere eacuteconergeacutetique
      • 37 Approche par eacutetapes
        • 4 Charges de calcul ndash performances selon la norme CSA p9
          • 41 Facteur de performance thermique (FPT)
          • 42 Chauffage de lrsquoeau
          • 43 Chauffage des locaux
          • 44 Importance relative des charges de chauffage des locaux et de lrsquoeau
            • 5 Chauffage de lrsquoeau domestique
            • 6 Conception des systegravemes combineacutes
              • 61 Incidence des pondeacuterations de charge
                • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                • Reacuteduction des tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour
                  • 62 Strateacutegies de conception
                  • 63 Strateacutegie 1 Tempeacuterature drsquoeau constante
                    • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                    • Serpentin(s) de chauffage des locaux
                    • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                    • Illustration des performances selon la norme P9
                    • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                      • 64 Strateacutegie 2 Tempeacuterature drsquoeau variable
                        • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                        • Serpentin(s) de chauffage de locaux
                        • Conditions de chauffage de locaux en charge partielle
                        • Illustration des performances P9
                        • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                            • 7 Commandes
                              • Commandes indirectes baseacutees sur la tempeacuterature
                              • Commandes indirectes baseacutees sur le minuteur
                              • Controcircle direct
                              • Chauffe-eau -Mode de chauffage de lrsquoeau du robinet
                                • 8 Composants
                                  • 81 Systegraveme de traitement drsquoair
                                  • 82 Serpentins de chauffage de locaux
                                  • 83 Moteur de ventilateur
                                  • 84 Circulateurpompe
                                  • 85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)
                                  • 86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau
                                  • 87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes
                                    • 9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes
                                      • 91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz
                                      • 92 Enregistreur de donneacutees
                                      • 93 Deacutebit drsquoair
                                      • 94 Manomegravetres
                                      • 95 Tempeacuteratures
                                      • 96 Mesures du cocircteacute eau
                                      • 97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne
                                      • 98 Agencement des instruments
Page 21: Guide pour les fabricants d’appareils de chauffage ...€¦ · Le présent rapport explique comment la norme d’essai P.9 pondère le rendement dans différents modes de fonctionnement

Tableau 4 Comparaison des caracteacuteristiques de rendement eacutenergeacutetique de la norme P7 pour deux chauffe-eau theacuteoriques

Deacutebit (Lmin) Deacutebit (gal USmin) Exemple modegravele 1

Exemple modegravele 2

114 3 95 92

76 2 95 90

38 1 83 92

19 05 79 92

Recommandation Choix mal adapteacute dans le cas drsquoun systegraveme combineacute

Choix mieux adapteacute dans le cas drsquoun systegraveme combineacute

On constate que les valeurs de rendement eacutenergeacutetique pour la plage de deacutebits drsquoeau utiliseacutes agrave des fins de deacutemonstration dans le tableau 4 ne seraient pas interchangeables avec les facteurs eacutenergeacutetiques (FE) coteacutes pour les mecircmes chauffe-eau eacutetant donneacute que les conditions eacutenonceacutees dans le tableau 4 ne correspondent pas aux installations meacutethodes drsquoessais et charges de chauffage drsquoeau speacutecifieacutees dans la norme CSA P7 applicable aux chauffe-eau agrave la demande Les valeurs de rendement eacutenergeacutetique theacuteoriques du tableau 4 sont preacutesenteacutees simplement pour deacutemontrer que les performances de chauffage de lrsquoeau de certains types de chauffe-eau peuvent changer agrave mesure que le deacutebit (p ex la charge de chauffage de lrsquoeau) change Les changements de rendement eacutenergeacutetique du systegraveme de chauffage de lrsquoeau en fonction de la charge ne sont pas complegravetement pris en compte dans les eacutevaluations de performance FE normaliseacutees applicables aux chauffe-eau Afin drsquoeacuteviter toute confusion il est recommandeacute drsquoutiliser lrsquoexpression laquo Facteur eacutenergeacutetique raquo (ou FE) uniquement pour deacutesigner des cotes drsquoessais de chauffe-eau standard eacutelaboreacutees agrave partir drsquoessais et de calculs respectant scrupuleusement la norme drsquoeacutevaluation CSA P7 applicable aux chauffe-eau agrave la demande ou la norme CSA P3 applicable aux chauffe-eau agrave reacuteservoir de stockage reacutesidentiels

Apregraves avoir eacutetudieacute le rendement eacutenergeacutetique des geacuteneacuterateurs de chaleur potentiels sur toutes leurs plages de fonctionnement preacutevues dans le cadre drsquoun systegraveme combineacute il est possible de seacutelectionner de maniegravere aviseacutee un chauffe-eau adapteacute aux applications preacutevues Une fois cette eacutetape reacutealiseacutee le fabricant de systegravemes de chauffage combineacutes doit opter pour une strateacutegie de controcircle avant de seacutelectionner les autres composants du systegraveme

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6 Conception des systegravemes combineacutes

61 Incidence des pondeacuterations de charge

Conditions de chauffage des locaux en charge partielle Pour obtenir une excellente cote drsquoessai selon la norme CSA P9 il faut avant tout se concentrer sur le chauffage des locaux en charge partielle Le rendement en conditions de chauffage de locaux en charge partielle permettra de deacuteterminer 90 de la cote drsquoefficaciteacute de chauffage composite (ECC) Dans le cas drsquoun systegraveme de chauffage combineacute offrant une puissance de chauffage drsquoespace nominale de 10 kW 75 de la valeur FPT seront deacuteduits agrave partir des reacutesultats de lrsquoessai en charge partielle Dans le cas drsquoun systegraveme offrant une puissance de chauffage des locaux de 15 kW les reacutesultats des performances de chauffage des locaux en charge partielle repreacutesenteront presque 80 du facteur de performance thermique global

Reacuteduction des tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour Les chauffe-eau qui preacutesentent drsquoexcellentes cotes avec des tempeacuteratures basses de lrsquoeau drsquoalimentation du reacuteseau principalfonctionneront moins bien sila tempeacuterature drsquoarriveacutee augmente La preacutesence de tempeacuteratures drsquoeau de retour plus chaudes pendant le mode de chauffage des locaux contribuera agrave reacuteduire le rendement eacutenergeacutetique Le fait de reacutepondre aux demandes de chauffage des locaux en utilisant des paramegravetres de commande qui reacuteduisent au minimum les tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour en conditions de charge partielle peut contribuer agrave optimiser le rendement de combustion

62 Strateacutegies de conception

Un des plus gros avantages du chauffe-eau agrave la demande tient au fait que theacuteoriquement il peut geacuteneacuterer diffeacuterentes tempeacuteratures drsquoeau drsquoalimentation pour satisfaire les charges de chauffage de lrsquoeau et des locaux Il peut eacutegalement faire varier du tout au tout la tempeacuterature de lrsquoeau qursquoil fournit pour satisfaire diffeacuterentes charges de chauffage des locaux Cet aspect est essentiel pour continuer de fournir le mecircme chauffage de lrsquoeau agrave un rendement eacuteleveacute et produire un chauffage des locaux agrave charge partielle tregraves efficace

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Nous allons passer en revue deux concepts de systegravemes combineacutes

bull la strateacutegie 1 utilise une tempeacuterature drsquoeau constante pour toutes les charges

bull la strateacutegie 2 consiste agrave faire varier la tempeacuterature de lrsquoeau en fonction de la charge

La premiegravere strateacutegie est celle qui neacutecessite le moins de changement compareacute aux pratiques actuelles elle correspond souvent au premier reacuteflexe Elle est preacutesenteacutee icidans le but principalde mettre en lumiegravere certains deacutefis inheacuterents en matiegravere de performance

La deuxiegraveme strateacutegie repreacutesente une option bien plus rentable pour atteindre des niveaux de performance eacuteleveacutes tant sur le terrain que lors des essais exeacutecuteacutes conformeacutement agrave la norme CSA P9 Lrsquoexpeacuterience montre qursquoelle offre un niveau de performance eacuteleveacute agrave un coucirct moindre pour le fabricant

Le fait drsquoutiliser une pompe agrave vitesse variable dans le systegraveme de traitement de lrsquoair peut eacutegalement ameacuteliorer le rendement eacutenergeacutetique La strateacutegie 2 est axeacutee sur une tempeacuterature drsquoalimentation variable les chauffe-eau agrave la demande pouvant offrir cette fonction plus rapidement Il est peu courant de voir des pompes agrave vitesse variable dans les appareils de traitement de lrsquoair pour lrsquoinstant

Pour ces exemples

bull les deux types de systegravemes combineacutes seront preacutesenteacutes en utilisant le mecircme chauffe-eau agrave la demande agrave condensation et agrave modulation

bull les pondeacuterations de performance FPT applicables agrave un systegraveme combineacute preacutesentant une charge nominale de chauffage de locaux de 10 kW seront utiliseacutees agrave titre indicatif pour illustrer chacune de ces strateacutegies

63 Strateacutegie 1 Tempeacuterature drsquoeau constante

Ce systegraveme de chauffage combineacute respecte la regravegle eacutetablie et preacutevoit uniquement lrsquoutilisation de composants plus efficaces pour ameacuteliorer les performancesIlarrive qursquoil soit souvent consideacutereacute en premier lieu car les commandes peuvent rester telles quelles dans un systegraveme pour lequel un fabricant fournit le chauffe-eau agrave la demande tandis qursquoun autre fabricant fournit le systegraveme de traitement drsquoair

Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair Le chauffe-eau ne sait pas si une demande concerne un chauffage de lrsquoeau ou un chauffage de locaux Il deacutetecte une demande et fournit de lrsquoeau chaude agrave une tempeacuterature constante Pour satisfaire la charge de chauffage de pointe des locaux il est geacuteneacuteralement reacutegleacute agrave 60 degC (140 degF) Le systegraveme de traitement drsquoair ne contribue pas eacutenormeacutement agrave faire grimper la puissance de chauffage de locaux Il utilise geacuteneacuteralement

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un ou deux reacuteglages de vitesse de ventilateur soufflant Eacutetant donneacute que le fonctionnement prolongeacute drsquoun ventilateur apregraves qursquoune demande de chauffage a eacuteteacute satisfaite peut entraicircner des problegravemes de confort dus agrave des courants drsquoair froid le fonctionnement subseacutequent du ventilateur ne sera pas mis en œuvre ou sera mis en œuvre en utilisant uniquement des temps de fonctionnement courts Dans les deux sceacutenarios la chaleur sera retenue dans le serpentin et les conduites pour se dissiper par la suite pendant les peacuteriodes de deacutesactivation

Serpentin(s) de chauffage des locaux Si lrsquoon veut amplifier lrsquoefficaciteacute eacutenergeacutetique du systegraveme en mode de chauffage des locaux ilest impeacuteratif de reacuteduire au minimum les tempeacuteratures de lrsquoeau de retourDes serpentins laquo surdimensionneacutes raquo ont eacuteteacute conccedilus en vue drsquooptimiser la baisse de tempeacuterature dans lrsquoeacutechangeur de chaleur en conditions de chauffage des locaux

Conditions de chauffage des locaux en charge partielle Le systegraveme de traitement drsquoair se met en route et srsquoarrecircte pour srsquoadapter aux conditions de charge partielle ce qui a pour effet de deacuteclencher des demandes associeacutees sur le chauffe-eau

Illustration des performances selon la norme P9 Le tableau 5 donne un aperccedilu theacuteorique du type de performance que lrsquoon pourrait geacuteneacuteralement obtenir en utilisant une strateacutegie impliquant un point de consigne de tempeacuterature unique

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Tableau 5 Performances drsquoun systegraveme combineacute theacuteorique affichant une puissance de chauffage des locaux de 10 kW en utilisant une strateacutegie simple de commande de point de consigne de tempeacuterature drsquoeau unique (capaciteacute de chauffage des locaux compenseacutee par des cycles de marche-arrecirct)

Mode de fonctionne -ment

Pondeacuter-ation

Temp de lrsquoeau drsquoalimentati on (degF)

Temp de lrsquoeau de retour du reacuteseau principal (degF)

Deacutebit du systegraveme de traitement drsquoair (pi3min)

Mesure de la performance eacutenergeacutetique mode activeacute deacutesactiveacute ()

Contribution FPT

Chauffage des locaux 100

8 140 120 800 85 007

Chauffage des locaux 40

49 140 120 800 80 039

Chauffage des locaux 15

25 140 120 800 75 018

Chauffage de lrsquoeau

18 140 58 mdash 92 017

Total 100 081

Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables bull Performances globales Une cote de facteur de performance totale (FPT) de 092

placerait le systegraveme combineacute dans la plage des performances eacuteleveacutees

bull Performances en mode de chauffage de lrsquoeau Comme dans le cas du sceacutenario impliquant un point de consigne de tempeacuterature unique le systegraveme assure une condensation en mode de chauffage de lrsquoeau avec un FPCE de 92 Il serait possible drsquoameacuteliorer leacutegegraverement lrsquoefficaciteacute du systegraveme de chauffage de lrsquoeau si un point de consigne de tempeacuterature de lrsquoeau infeacuterieur agrave la valeur de 140 degF utiliseacutee dans le premier cas de figure eacutetait appliqueacute La norme P9 permet drsquoutiliser un point de consigne pouvant descendre jusqursquoagrave 120 degF dans le cas de lrsquoeau potable La tempeacuterature de consigne nrsquoa plus besoin drsquoecirctre la mecircme que celle requise pour une charge de chauffage de locaux maximale il est donc possible de la reacuteduire agrave la plage de 120 degF Pour simplifier la comparaison des deux systegravemes dans les tableaux 5 et 6 aucun point de consigne de systegraveme de chauffage drsquoeau potable reacuteduit nrsquoa pas eacuteteacute inclus dans le tableau 6

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bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge totale Dans ce mode le rendement eacutenergeacutetique est plus faible La tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation doit ecirctre au plus haut pour satisfaire la charge la tempeacuterature de lrsquoeau de retour sera donc elle aussiplus eacuteleveacutee dans ce modeComme le systegraveme fonctionnera rarement dans ce mode cette mauvaise performance ne repreacutesente qursquoune petite fraction de la pondeacuteration FPT

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge partielle Les tempeacuteratures drsquoalimentation du systegraveme de chauffage de lrsquoeau sont abaisseacutees progressivement pour satisfaire des demandes en charge partielle moindres Les tempeacuteratures peuvent ecirctre abaisseacutees bien en deccedilagrave du reacuteglage preacutevu pour le chauffage de lrsquoeau du robinet Cette condition se traduit par des tempeacuteratures drsquoeau de retour plus basses qursquoen conditions de charge totale Ces deux facteurs font que lrsquoefficaciteacute est plus importante en conditions de charge partielle qursquoen conditions de charge totale Le chauffe-eau fonctionnera en mode de condensation pour les deux points de charge de chauffage de locaux (40 et 15 )

bull Vitesse de ventilateur Eacutetant donneacute que la puissance de chauffage requise diminue la vitesse de ventilateur diminue aussiCela se traduit par un niveau sonore reacuteduit un fonctionnement du ventilateur plus long avec des cycles moins freacutequents et une reacuteduction importante de la consommation drsquoeacutenergie Cette condition peut aussi reacuteduire les plaintes lieacutees au confort le fonctionnement plus long agrave des deacutebits drsquoair reacuteduits ameacuteliorant la reacutepartition de lrsquoair chaud pendant les saisons intermeacutediaires

bull Controcircle de la tempeacuterature de lrsquoair inteacuterieur Le fait de moduler la puissance de chauffage en faisant varier la tempeacuterature de lrsquoeau et la vitesse du ventilateur peut se traduire par une tempeacuterature drsquoair inteacuterieur plus homogegravene avec des eacutecarts de tempeacuteratures moins grands au-dessus et au-dessous des points de consigne du thermostat Ce pheacutenomegravene pourrait inciter les proprieacutetaires de reacutesidence agrave augmenter le point de consigne de chauffage pour eacutetablir des conditions de confort acceptables

bull Incidences sur le zonage Le zonage sera plus compliqueacute avec un systegraveme affichant une puissance fixe et une vitesse de ventilateur unique

Ilest possible drsquoameacuteliorer la strateacutegie 1 en augmentant encore la dimension drsquoun serpentin deacutejagrave surdimensionneacute dans le systegraveme de traitement drsquoair Cette option implique toutefois des limites pratiques car des serpentins bien plus grands neacutecessiteront une plus grande quantiteacute de cuivre et un formage plus important et cela accentuera le coucirct total du systegraveme sans compter qursquoil faudra aussi preacutevoir des armoires plus grandes pour le systegraveme de traitement drsquoair De plus les pertes de chaleur par cycle augmenteront et il sera plus difficile drsquoobtenir des performances eacuteleveacutees en charge partielle Le fait drsquoappliquer la strateacutegie 1 agrave un systegraveme de chauffage combineacute agrave haute performance peut srsquoaveacuterer trop oneacutereux pour valoir le coup

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64 Strateacutegie 2 Tempeacuterature drsquoeau variable

Cette meacutethode est identique agrave celle appliqueacutee dans les appareils de chauffage agrave air chaud multieacutetage Le principe consiste agrave faire fonctionner le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair ensemble pour optimiser le rendement eacutenergeacutetique tout en reacuteduisant au minimum le coucirct et la complexiteacute des composants

Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair Cette strateacutegie consiste agrave exploiter avantageusement la capaciteacute inteacutegreacutee du chauffe-eau pour faire varier la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation La tempeacuterature du point de consigne du chauffe-eau varie en fonction de la charge de chauffage des locaux On utilise des reacuteglages de tempeacuterature drsquoeau drsquoalimentation faibles pour satisfaire aux conditions de chauffage des locaux en charge partielle On fait eacutegalement varier les vitesses du ventilateur du systegraveme de traitement drsquoair en srsquoappuyant sur un principe de controcircle de reacuteglage exteacuterieur ou de minuterie pour augmenter les paramegravetres Lorsqursquoune demande de chaleur a eacuteteacute satisfaite le ventilateur continue de fonctionner agrave des vitesses reacuteduites pour eacuteviter les problegravemes lieacutes aux courants froids et au bruit Du coup le serpentin et les conduites retiennent moins de chaleur et on deacuteplore moins de perte de chaleur par la suite compareacute au premier cas de figure Le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair doivent tous deux cerner la demande qursquoils sont censeacutes satisfaire Leurs commandes ne doivent pas pour autant ecirctre physiquement inteacutegreacutees drsquoune faccedilon ou drsquoune autre Cette strateacutegie de controcircle est traiteacutee plus en deacutetail agrave la section 40

Serpentin(s) de chauffage de locaux Pour simplifier la comparaison nous partirons du principe que des serpentins laquo surdimensionneacutes raquo similaires sont utiliseacutes comme dans le premier cas de figure de sorte que les performances du chauffage de pointe des locaux soient identiques dans les deux cas

Conditions de chauffage de locaux en charge partielle Le chauffe-eau relegraveve une demande de chauffage de locaux et se met en route en acheminant une eau drsquoalimentation agrave basse tempeacuterature au systegraveme de traitement drsquoair Si la demande de chauffage nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute le chauffe-eau augmente progressivement la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation Le systegraveme de traitement drsquoair surveille la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation et augmente progressivement la vitesse du ventilateur lorsque la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation est plus eacuteleveacutee

Illustration des performances P9 Le tableau 6 donne une preacutesentation theacuteorique du type de rendement que lrsquoon peut obtenir en appliquant une strateacutegie de controcircle simple mettant en œuvre des

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tempeacuteratures drsquoeau et des vitesses de ventilateur variables Les tempeacuteratures et les deacutebits drsquoair du ventilateur preacutesenteacutes dans le tableau 6 ont eacuteteacute choisis agrave titre indicatif uniquement Ils ne repreacutesentent pas des reacuteglages pleinement optimiseacutes applicables agrave un systegraveme de chauffage combineacute

Tableau 6 Performances drsquoun systegraveme de chauffage combineacute theacuteorique offrant une puissance de chauffage des locaux de 10 kW en utilisant une strateacutegie de controcircle de tempeacuteratures drsquoeau et de vitesses de ventilateur variables (variation de la capaciteacute de chauffage des locaux par modulation du deacutebit drsquoair et de la tempeacuterature de lrsquoeau)

Mode de fonctionne -ment

Pondeacuter-ation

Temp de lrsquoeau drsquoalimen-tation (degF)

Temp de lrsquoeau de retour du reacuteseau principal (degF)

Deacutebit du systegraveme de traitement drsquoair (pi3min)

Mesure de la performance eacutenergeacutetique mode activeacute deacutesactiveacute ()

Contribution FPT

Chauffage des locaux 100

8 140 120 800 85 007

Chauffage des locaux 40

49 110 102 600 92 045

Chauffage des locaux 15

25 90 87 500 94 023

Chauffage de lrsquoeau

18 140 58 --- 92 016

Total 100 092

Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables bull Performances globales Une cote de facteur de performance totale (FPT) de 092

placerait le systegraveme combineacute dans la plage des performances eacuteleveacutees

bull Performances en mode de chauffage de lrsquoeau Comme dans le cas du sceacutenario impliquant un point de consigne de tempeacuterature unique le systegraveme assure une condensation en mode de chauffage de lrsquoeau avec un FPCE de 92 Il serait possible drsquoameacuteliorer leacutegegraverement lrsquoefficaciteacute du systegraveme de chauffage de lrsquoeau si un point de consigne de tempeacuterature de lrsquoeau infeacuterieur agrave la valeur de 140 degF utiliseacutee dans le premier cas de figure eacutetait appliqueacute La norme P9 permet drsquoutiliser un point de

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consigne pouvant descendre jusqursquoagrave 120 degF dans le cas de lrsquoeau potable La tempeacuterature de consigne nrsquoa plus besoin drsquoecirctre la mecircme que celle requise pour une charge de chauffage de locaux maximale il est donc possible de la reacuteduire agrave la plage de 120 degF Pour simplifier la comparaison des deux systegravemes dans les tableaux 5 et 6 aucun point de consigne de systegraveme de chauffage drsquoeau potable reacuteduit nrsquoa pas eacuteteacute inclus dans le tableau 6

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge totale Dans ce mode le rendement eacutenergeacutetique est plus faible La tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation doit ecirctre au plus haut pour satisfaire la charge la tempeacuterature de lrsquoeau de retour sera donc elle aussi plus eacuteleveacutee dans ce mode Comme le systegraveme fonctionnera rarement dans ce mode cette mauvaise performance ne repreacutesente qursquoune petite fraction de la pondeacuteration FPT

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge partielle Les tempeacuteratures drsquoalimentation du systegraveme de chauffage de lrsquoeau sont abaisseacutees progressivement pour satisfaire des demandes en charge partielle moindres Les tempeacuteratures peuvent ecirctre abaisseacutees bien en deccedilagrave du reacuteglage preacutevu pour le chauffage de lrsquoeau du robinet Cette condition se traduit par des tempeacuteratures drsquoeau de retour plus basses qursquoen conditions de charge totale Ces deux facteurs font que lrsquoefficaciteacute est plus importante en conditions de charge partielle qursquoen conditions de charge totale Le chauffe-eau fonctionnera en mode de condensation pour les deux points de charge de chauffage de locaux (40 et 15 )

bull Vitesse de ventilateur Eacutetant donneacute que la puissance de chauffage requise diminue la vitesse de ventilateur diminue aussiCela se traduit par un niveau sonore reacuteduit un fonctionnement du ventilateur plus long avec des cycles moins freacutequents et une reacuteduction importante de la consommation drsquoeacutenergie Cette condition peut aussi reacuteduire les plaintes lieacutees au confort le fonctionnement plus long agrave des deacutebits drsquoair reacuteduits ameacuteliorant la reacutepartition de lrsquoair chaud pendant les saisons intermeacutediaires

bull Controcircle de la tempeacuterature de lrsquoair inteacuterieur Le fait de moduler la puissance de chauffage en faisant varier la tempeacuterature de lrsquoeau et la vitesse du ventilateur peut se traduire par une tempeacuterature drsquoair inteacuterieur plus homogegravene avec des eacutecarts de tempeacuteratures moins grands au-dessus et au-dessous des points de consigne du thermostat

La strateacutegie 2 (tempeacuterature drsquoeau variable) peut donner lieu agrave lrsquoeacutelaboration drsquoun systegraveme de chauffage combineacute efficace preacutesentant de bonnes performances lorsqursquoil est mis agrave lrsquoessai selon la norme CSA P9 et lorsqursquoil est installeacute dans une vraie reacutesidence Les niveaux de performance varieront en fonction des composants seacutelectionneacutes et des speacutecificiteacutes de lrsquoordonnancement des commandes

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7 Commandes

Les commandes geacuteneacuteriques exigeacutees pour mettre en œuvre la strateacutegie privileacutegieacutee impliquant une tempeacuterature variable quia eacuteteacute deacutecrite dans la derniegravere section peuvent srsquoaveacuterer relativement simples Quelques chauffe-eau agrave la demande proposent deacutejagrave des commandes de reacuteglage de tempeacuterature Les commandes de tempeacuterature des chauffe-eau agrave la demande types ne sont toutefois pas systeacutematiquement configureacutees pour offrir une fonction de reacuteglage de tempeacuterature baseacutee sur la charge Quasiment tous les chauffe-eau agrave la demande actuellement disponibles sont eacutequipeacutes pour accueillir des commandes de tempeacuterature inteacutegreacutees ou monteacutees agrave distance permettant agrave lrsquoutilisateur de reacutegler manuellement la tempeacuterature drsquoalimentation agrave partir du chauffe-eau

En principe il devrait ecirctre possible de concevoir un module drsquointerface de commande simple qui viendrait se brancher dans les fiches de connexion de la commande de tempeacuterature existante La nouvelle commande simulerait lrsquoaction du controcircleur de tempeacuterature standard reacutegleacute manuellement de maniegravere agrave offrir une fonction de reacuteinitialisation de tempeacuterature automatique du chauffe-eau Toutes les commandes de seacutecuriteacute resteraient fonctionnelles

Une strateacutegie de controcircle simple peut offrir des performances eacuteleveacutees Les facteurs cleacutes agrave prendre en compte sont les suivants

bull deacuteterminer si une demande tient compte des besoins en chauffage drsquoeau chaude domestique

bull en mode de chauffage des locaux uniquement utiliser une minuterie ou un controcircle de reacuteglage exteacuterieur (ou un capteur de charge infeacuterentielle similaire) pour faire augmenter progressivement la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation

bull preacutevoir un systegraveme de traitement drsquoair faisant varier le deacutebit drsquoair en fonction de la tempeacuterature de lrsquoeau qui arrive dans lrsquoappareil du deacutelai pendant lequel une demande de chauffage perdure ou drsquoun signal direct du capteur de commande de charge

Ilest inteacuteressant de souligner que le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair nrsquoont pas besoin de communiquer directement ni de posseacuteder des commandes communes pour mettre en œuvre certaines des strateacutegies de controcircle deacutecrites

Lorsque les commandes du systegraveme deacutetectent qursquoune demande de chauffage a eacuteteacute satisfaite le systegraveme de traitement drsquoair devrait continuer de fonctionner suffisamment longtemps pour extraire toute la chaleur reacutesiduelle du serpentin et la transfeacuterer vers le courant drsquoair Pour eacuteviter les problegravemes de confort thermique il est souhaitable de reacuteduire la vitesse du ventilateur pendant cette peacuteriode de temporisation de la

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ventilation Le fonctionnement continu du ventilateur avec un reacuteglage de vitesse faible offrira automatiquement cette fonctionnaliteacute sans neacutecessiter de quelconques commandes intelligentes Cette option aurait lrsquoavantage suppleacutementaire drsquoassurer une reacutepartition de la tempeacuterature uniforme agrave lrsquointeacuterieur de la reacutesidence Elle serait eacutegalement utile pour reacutepartir lrsquoair frais si le systegraveme combineacute est installeacute avec un ventilateur-reacutecupeacuterateur de chaleur (VRC) ou un autre type de systegraveme de ventilation

Des commandes soigneusement conccedilues contribueront en bout de ligne agrave assurer ou reacutetablir lrsquoefficaciteacute du systegraveme combineacute Les commandes devraient ecirctre en mesure de deacuteterminer srsquoil y a une demande de chauffage des locaux ou de chauffage de lrsquoeau ou une demande concernant les deux modes Les commandes devront deacuteterminer lrsquoamplitude de chaque charge et reacutepondre de maniegravere approprieacutee en faisant varier certains paramegravetres agrave la fois pour le systegraveme de chauffage des locaux (systegraveme de traitement drsquoair par exemple) et pour le geacuteneacuterateur de chaleur (notamment si la source de chauffage est un chauffe-eau agrave la demande) En cas de demande de chauffage drsquoeau eacuteleveacutee il se peut qursquoune solution de commande prioritaire drsquoeau chaude domestique constitue la meilleure option Les commandes peuvent deacuteduire lrsquoamplitude des charges de chauffage des locaux au moyen de divers meacutecanismes y compris en surveillant les cycles de fonctionnement du thermostat et de signaux drsquoentreacutes directs transmis par une commande de charge infeacuterentielle telle qursquoune commande de reacuteglage exteacuterieur

La figure 3 preacutesente un algorithme simplifieacute de commandes geacuteneacuteriques pour la section chauffe-eau drsquoun systegraveme combineacute utilisant quatre eacutetapes de reacuteglage de tempeacuterature drsquoeau pour le chauffage des locaux et une seule pour le chauffage de lrsquoeau

La logique de commande illustreacutee agrave la figure 3 constitue uniquement un exemple de strateacutegie de controcircle rudimentaire qui pourrait ecirctre utiliseacutee pour assurer des performances eacuteleveacutees dans des modes de chauffage de locaux sans neacutecessiter lrsquoutilisation de composants oneacutereuxLrsquoalgorithme de commande pourrait ecirctre ameacutelioreacute si le controcircleur avait lrsquointelligence neacutecessaire pour lui permettre drsquoassimiler les eacutetapes de chauffage requises en surveillant la dureacutee des demandes de chauffage des locaux sur plusieurs cycles de chauffage reacutecents

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e

Mode drsquoattente Chauffe-eauagrave la demande en attente de signal

Demande de chauffage (lrsquoeaucircule dans le chauffe-eau)

Demandedrsquoeauchaude

domestique

Activationdu chauffagede lrsquoeacutetape 1 THERM90 ordmF Ventilateur Vitesse 1 Deacuteclencherle minuteursur 5 min

Demandesatisfaite avantlrsquoexpiration

du deacutelaiduminuteur

Oui

Oui

No

Reacuteglage du THERM sur le point de consigne de lrsquoeau chaude domestique THERM = 140 degF Couperlecirculateurde chauffagedelocaux (facultatif) Attendre lafin de la demande drsquoeau chaude domestique

Demande de

chauffage satisfait

Non

Oui

Activation du chauffage de lrsquoeacutetape 2 THERM = 105 degF Ventilateur Vitesse 2 Deacuteclencher le minuteur sur3 min

Activation du chauffage de lrsquoeacutetape 3 THERM = 120 degF Ventilateur Vitesse 3 Deacuteclencher le minuteur sur3 min

Activation du chauffage MAX THERM = 140 degF Ventilateur Vitesse 4 Mettrefin agravelademande de chauffage

Figure 3 Logique de lrsquoalgorithme simplifieacute de commande de chauffe-eau pour unsceacutenario de chauffage en quatre eacutetapes

Voici trois options de commande de vitesse de ventilateur de systegraveme de traitement drsquoair associeacutees agrave la meacutethode de chauffage drsquoeau illustreacutee agrave la figure 3

Commandes indirectes baseacutees sur la tempeacuteratureRaccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont bien distinctes les unes des autres mais elles fonctionnement de maniegravere compleacutementaire

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Principe de fonctionnement Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetecte la tempeacuterature de lrsquoeau chaude drsquoadmissionPlus la tempeacuterature de lrsquoeau est eacuteleveacutee plus les commandes du systegraveme de traitement drsquoair augmentent le deacutebit drsquoair

Discussion Les commandes du chauffe-eau augmentent la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque la demande nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetecte la tempeacuterature plus eacuteleveacutee et fait circuler plus drsquoair dans les serpentins pour lrsquoutiliser

Aspect meacutecanique Un puits de tempeacuterature est installeacute dans la conduite drsquoeau drsquoalimentation drsquoarriveacutee agrave lrsquointeacuterieur du systegraveme de traitement drsquoairLe reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur serait ajusteacute en installant un module de commande de systegraveme de traitement drsquoair qui mesure la tempeacuterature de lrsquoeau achemineacutee au systegraveme de traitement drsquoair depuis le chauffe-eau pendant une demande de chauffage de locaux transmise au systegraveme de traitement drsquoair La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signal de commande transmis au panneau de controcircle du systegraveme de traitement drsquoair par le thermostat du systegraveme de CVCA

Commandes indirectes baseacutees sur le minuteur Raccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont bien distinctes les unes des autres mais elles fonctionnement de maniegravere compleacutementaire

Principe de fonctionnement Le deacutebit drsquoair du systegraveme de traitement drsquoair varie en fonction de la dureacutee de la demande de chauffage afin de coiumlncider avec les minutages de commande de tempeacuterature indiqueacutes agrave la figure 3

Discussion Les commandes du chauffe-eau augmentent la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque la demande nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetermine la dureacutee de la demande de chauffage et fait circuler plus drsquoair dans les serpentins afin de se conformer aux eacutetapes de tempeacuterature programmeacutees

Aspect meacutecanique Le reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur serait ajusteacute en installant un module de commande de systegraveme de traitement drsquoair qui reacutegule le deacutebit drsquoair en fonction de la dureacutee de la demande de chauffage La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signalde commande transmis au panneau de controcircle du systegraveme de traitement drsquoair par le thermostat du systegraveme de CVCA

Controcircle direct Raccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont toutes deux controcircleacutees au moyen drsquoun nouveau controcircleur combineacute inteacutegreacute posseacutedant une interface directe avec le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair

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Principe de fonctionnement Le nouveau controcircleur fait varier le deacutebit drsquoair du systegraveme de traitement drsquoair et la tempeacuterature de lrsquoeau de maniegravere agrave optimiser le rendement du chauffage

Discussion Cette strateacutegie de controcircle direct suppose le deacuteveloppement drsquoun nouveau composant de commande Le controcircleur peut utiliser des reacuteglages de fonctionnement plus sophistiqueacutes afin drsquoameacuteliorer le rendement dans tous les modes de fonctionnement

Aspect meacutecanique Le reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur et la tempeacuterature de lrsquoeau achemineacutee au systegraveme de traitement drsquoair seraient directement controcircleacutes par un nouveau controcircleur combineacute inteacutegreacute La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signal de commande transmis au controcircleur par le thermostat du systegraveme de CVCA

Chauffe-eau - Mode de chauffage de lrsquoeau du robinet Les algorithmes de chauffage de lrsquoeau du robinet ne changent pas par rapport agrave ceux du module de commande standard La seule diffeacuterence reacuteside dans le fait que le chauffe-eau utilise un contacteur de deacutebit ou un deacutebitmegravetre pour repeacuterer un tirage drsquoeau chaude (ou une arriveacutee drsquoeau froide) et comprendre qursquoune demande de chauffage drsquoeau a eacuteteacute faite Si une demande de chauffage de locaux intervient simultaneacutement le chauffe-eau pourrait honorer les deux demandes en tenant compte du reacuteglage de tempeacuterature de sortie requise de lrsquoeau du robinet Une autre option consisterait agrave prendre en compte par deacutefaut le reacuteglage du mode de chauffage de lrsquoeau Un mode de controcircle plus sophistiqueacute pourrait potentiellement temporiser le chauffage des locaux lorsque cela srsquoavegravere neacutecessaire pour reacutepondre agrave des demandes de chauffage drsquoeau eacuteleveacutees ou pour activer la distribution de chauffage des locaux en utilisant des reacuteglages de tempeacuterature optimiseacutes Ce cas de figure est illustreacute agrave la figure 4

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8 Composants

Pour bien fonctionner les systegravemes de chauffage combineacutes doivent ecirctre doteacutes de composants haute performance que ce soit dans une configuration dite laquo installeacutee raquo ou dans une configuration drsquoessai selon la norme CSA P9 La preacutesente section a pour objectif drsquoaider les fabricants de chauffe-eau agrave la demande

bull agrave concevoir leur propre systegraveme de traitement drsquoair

bull agrave eacutetablir un partenariat avec un autre fabricant qui fournirait un systegraveme de traitement drsquoair pour leur systegraveme apregraves avoir deacutetermineacute

ndash les composants requis

ndash la mesure dans laquelle un modegravele de systegraveme de traitement drsquoair existant aurait besoin drsquoecirctre affineacute pour reacutepondre agrave leurs besoins

bull agrave eacutetablir les modifications qursquoil faut apporter au systegraveme monobloc dans son ensemble pour ameacuteliorer les performances

81 Systegraveme de traitement drsquoair

Le systegraveme de traitement drsquoair doit inclure les composants neacutecessaires pour fournir de la chaleur et faire circuler de lrsquoair Les eacuteleacutements agrave prendre en compte sont des serpentins de chauffage de locaux un moteur de ventilateur une pompe et un puits de tempeacuterature Ces eacuteleacutements sont deacutecrits plus en deacutetail ci-dessous

82 Serpentins de chauffage de locaux

Les serpentins de chauffage de locaux doivent ecirctre dimensionneacutes de maniegravere approprieacutee pour que le chauffage des locaux puisse avoir lieu avec une tempeacuterature drsquoalimentation suffisamment basse et une baisse de tempeacuterature de lrsquoeau suffisante pour favoriser la condensation dans le geacuteneacuterateur de chaleur lorsque le systegraveme fonctionne en conditions de charge partielle (et ideacutealement en conditions de pleine charge eacutegalement)

Geacuteneacuteralement les serpentins quiextraient la chaleur de lrsquoeau sont conccedilus et choisis en tenant compte drsquoune baisse de tempeacuterature de lrsquoeau drsquoenviron 11 degC (20 degF) le long des serpentins aux conditions de chauffage nominales La seacutelection preacutealable du serpentin peut ecirctre faite en utilisant un logiciel deacutejagrave proposeacute par divers fabricants de serpentins Dans la plupart des cas le modegravele logiciel calcule la puissance de chauffage drsquoun

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serpentin de chauffage agrave eau chaude en se fondant sur la mesure des performances du conditionnement drsquoair pour des serpentins ayant une construction et des geacuteomeacutetries similaires Du coup la puissance de chauffage reacuteelle pour une condition nominale donneacutee peut diffeacuterer leacutegegraverement de celle preacutedite par le logiciel

Ilest recommandeacute de veacuterifier la performance reacuteelle du serpentin choisi (puissance de chauffage baisse de la tempeacuterature de lrsquoeau baisse de la pression statique sur le cocircteacute air et eau) en effectuant des essais internes Lorsque cette eacutetape a eacuteteacute exeacutecuteacutee le modegravele logiciel peut fournir une aide preacutecieuse pour seacutelectionner le serpentin et devrait proposer des indications plutocirct fiables concernant les changements de performance du serpentin aux diffeacuterentes conditions projeteacutees Les informations ainsi collecteacutees devraient ecirctre utiles pour concevoir et affiner des reacuteglages et des strateacutegies de controcircle plus eacutevolueacutes en vue drsquooptimiser le rendement du systegraveme en conditions de chauffage en charge partielle

Voici les eacuteleacutements agrave prendre en compte

Diamegravetre du serpentin drsquoeau et nombre de spires ndash Un grand diamegravetre de canalisation reacuteduira au minimum la baisse de pression de lrsquoeau ainsi que lrsquoeacutenergie utiliseacutee par le systegraveme de circulation drsquoeau Un petit diamegravetre de canalisation permettra drsquoopter pour un serpentin moins oneacutereux eacutetant donneacute qursquoil faudra moins de cuivre dans le serpentin Cependant des petits tubes neacutecessiteront une eacutenergie de pompage supeacuterieure et feront augmenter les pheacutenomegravenes drsquousure et drsquoeacuterosion des tubes si une puissance de pompe suffisante est appliqueacutee pour offrir le deacutebit drsquoeau nominal Concregravetement le fait drsquoutiliser un serpentin avec des tubes trop petits reacuteduira la puissance de chauffage fournie par le serpentin En effet le fabricant utilisera vraisemblablement le mecircme circulateur standard quel que soit le serpentin retenu Les TECA hydronic and combo guideline (Directives sur les systegravemes hydroniques et combineacutes de la TECA)1

(article 814) preacutecisent que le deacutebit de lrsquoeau qui traverse le systegraveme de chauffage ne doit pas deacutepasser quatre (4) pieds par seconde

Nombre drsquoailettes par pouce ndash Plus le nombre drsquoailettes par pouce est eacuteleveacute plus la surface de transmission de chaleur et la puissance de chauffage augmentent cela creacutee cependant une baisse de pression supeacuterieure sur le cocircteacute air du serpentin Un certain degreacute de perte de pression dans le serpentin est utile pour assurer un deacutebit drsquoair homogegravene dans le serpentin notamment dans une configuration de laquo purge raquo qui est couramment utiliseacutee dans les ventilo-convecteurs combineacutes servant au chauffage des locauxLes speacutecifications des serpentins de chauffage peuvent faire eacutetat drsquoun nombre drsquoailettes variant de 6 ailettes par pouce agrave 14 ailettes par pouce Les serpentins de chauffage hydronique standard comportent 12 ou 14 ailettes par pouce Les serpentins doteacutes drsquoun grand nombre drsquoailettes sont plus facilement encrasseacutes par de la poussiegravere

1 Thermal Environmental Comfort Association (TECA) Surrey (C-B) Hydronic amp Combo Guidelines for the Design and Installation of Hot Water Heating Systems and Combination Hot Water amp Space Heating Systems 8th Edition August 2009 (Directives concernant les systegravemes hydroniques et combineacutes conception et installation de systegravemes de chauffage drsquoeau chaude et de systegravemes combineacutes de chauffage drsquoeau chaude et de locaux 8e eacutedition aoucirct 2009) [wwwtecaca]

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ou des deacutebris Selon les reacutesultats du logiciel de modeacutelisation du serpentin la preacutesence de 12 ailettes ou mecircme 14 semble ecirctre un choix raisonnable pour un serpentin de chauffage de locaux haute performance agrave condition que le serpentin soit choisi avec une surface suffisamment importante pour maintenir la vitesse frontale de lrsquoair faible agrave la puissance de chauffage theacuteorique

Figure 5 Exemple de serpentin de chauffage de locaux laquo surdimensionneacute raquo utiliseacute dans une application de systegraveme de traitement drsquoair hydronique

83 Moteur de ventilateur

Le systegraveme de traitement drsquoair devrait utiliser un moteur de ventilateur agrave commutation eacutelectronique (MCE) et ecirctre exploiteacute en utilisant un systegraveme de controcircle agrave vitesse multiple ou agrave vitesse variable Cette option permettrait de moduler le deacutebit drsquoair et la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque le systegraveme fonctionne agrave une puissance infeacuterieure agrave sa puissance de chauffage nominale maximaleLa capaciteacute agrave utiliser un mode de circulation continu agrave faible puissance et faible vitesse serait particuliegraverement utile en cas de fonctionnement aux points de consigne de 15 et 40 pour lesquels il est primordial de collecter et de distribuer toute la chaleur reacutesiduelle des serpentins de chauffage la norme P9 tenant compte uniquement de la chaleur qui est reacuteellement transfeacutereacutee dans le courant drsquoair

La modulation du deacutebit drsquoair et de la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation permettra drsquoobtenir des tempeacuteratures drsquoair distribueacute confortables ainsi que des performances de chauffage eacuteleveacutees

Un MCE doteacute drsquoune programmation de deacutebit drsquoair constant surclassera vraisemblablement un MCE qui utilise une programmation de couple constant car le

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systegraveme compensera au moins partiellement les diffeacuterences entre les pressions statiques nominales et les pressions statiques reacuteellement eacutetablies Cette solution peut srsquoaveacuterer indispensable pour srsquoassurer que les performances de la combustion dans des conditions reacuteelles variables correspondent aux performances obtenues lors drsquoessais dans le laboratoire

Une programmation de deacutebit drsquoair constant sera probablement essentielle pour obtenir des performances acceptables dans le cas drsquoun systegraveme combineacute reacuteparti

84 Circulateurpompe

Ilest important de choisir le bon circulateur pour acheminer le deacutebit approprieacute en fonction de la pression statique eacutetablie qui sera en vigueur Les pertes de pression dans les diffeacuterents chauffe-eau agrave la demande varient Le fait drsquoutiliser un circulateur qui fournit un deacutebit trop important se traduira par une petite baisse de tempeacuterature dans le circuit drsquoeau qui traverse le serpentin et par une tempeacuterature drsquoeau de retour eacuteleveacutee vers le chauffe-eau Un deacutebit trop faible entraicircne des capaciteacutes de chauffage faibles Des circulateurs hydroniques sont offerts avec trois vitesses seacutelectionnables et des deacutebits de pompe nominaux Par contre les moteurs utiliseacutes dans les circulateurs types agrave plusieurs vitesses ne sont pas aussi efficaces que les moteurs agrave CE Des circulateurs agrave vitesse variable eacutequipeacutes de moteurs agrave CE font leur apparition sur le marcheacute mais ils ne sont pas encore couramment utiliseacutes dans les applications combineacutees

Ideacutealement les pompes de circulation des systegravemes combineacutes eacutevolueacutes devraient consister en un concept agrave modulation agrave vitesse variable capable drsquoameacuteliorer le rendement et de compenser les diffeacuterentes configurations de canalisation Ce type de concept est deacutejagrave disponible et pourrait ecirctre mis en œuvre degraves maintenant il pourrait aussi ecirctre mis de cocircteacute jusqursquoagrave ce que la prochaine geacuteneacuteration de systegravemes de chauffage combineacutes eacutevolueacutes soit mise au point Les premiers reacutesultats drsquoessais en laboratoire ont montreacute qursquoil est possible drsquoobtenir de bonnes performances conformes agrave la norme CSA P9 sans utiliser des pompes de circulation agrave vitesse variable et des commandes auxiliaires coucircteuses Agrave lrsquoavenir agrave mesure que le coucirct des circulateurs agrave vitesse variable doteacutes de moteurs agrave CE baissera et que les commandes inteacutegreacutees seront mieux accepteacutees leur utilisation dans des applications de chauffage combineacute sera plus rentable

85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)

Si lrsquoon conccediloit le reacuteseau de plomberie de maniegravere agrave pouvoir y installer des bouchons de controcircle de tempeacuterature drsquoeau et de pression les essais internes et les mesures de mise en service seront simplifieacutes De plus il sera plus facile de purger lrsquoair des circuits

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hydroniques Il est possible drsquoutiliser des sondes de tempeacuteratures monteacutees agrave lrsquoexteacuterieur pour effectuer les mesures de mise en service sur le terrain si des sections de conduites de cuivre ameacutenageacutees dans des endroits strateacutegiques sont prises en compte lors de la conception

86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau

Certains chauffe-eau agrave la demande de type chaudiegravere possegravedent des points de consignes et des algorithmes de controcircle distincts pour le chauffage des locaux et celui de lrsquoeau Drsquoautres ont besoin de savoir si la charge concerne le chauffage des locaux ou celui de lrsquoeau potable Dans ce cas on peut utiliser divers capteurs et surveiller eacutegalement les signaux transmis par un deacutebitmegravetre drsquoeau installeacute dans le reacuteseau drsquoeau potable ou un deacutebitmegravetre installeacute dans le circuit de chauffage des locaux Bon nombre de chauffe-eau agrave la demande utilisent de tels capteurs dans leurs circuits de commande de brucircleur afin de faire coiumlncider les allures de chauffe avec les chargesDans les applications combineacutees lrsquoutilisation de commandes capables de diffeacuterencier les charges deacutepend de la logique de controcircle prioritaire de demande drsquoeau chaude domestique

87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes

Les canalisations drsquoeau ameacutenageacutees entre le geacuteneacuterateur de chaleur et le systegraveme combineacute devraient ecirctre dimensionneacutees de maniegravere agrave eacuteviter des baisses de pression excessives

Toutes les canalisations en cuivre exteacuterieures doivent ecirctre isoleacutees conformeacutement aux pratiques de lrsquoindustrie Il se peut que les avantages lieacutes agrave lrsquoisolation des canalisations drsquointerraccordement ne soient pas tregraves importants si les sections de conduites sont courtes et si elles contiennent des tuyaux en polyeacutethylegravene reacuteticuleacute ou un type de conduite similaire preacutesentant moins de perte de chaleur que les conduites en cuivre

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9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes

La preacutesente section contient des directives et certaines observations agrave lrsquointention des fabricants de systegravemes de chauffage combineacutes dans le but drsquoaider ces derniers agrave mettre agrave lrsquoessai leurs systegravemes agrave lrsquointerne Lrsquoexeacutecution drsquoessais agrave lrsquointerne en utilisant un montage simplifieacute permettra aux fabricants de mieux cerner les performances de leurs concepts et commandes prototypes lorsqursquoils sont mis agrave lrsquoessai dans une installation indeacutependante conformeacutement agrave la norme CSA P9 (P10 pour les fabricants de SMI) Les essais en question ne doivent pas forceacutement ecirctre conccedilus pour geacuteneacuterer des reacutesultats de performance preacutecis agrave 100 mais ils sont consideacutereacutes comme indispensables pour le deacuteveloppement et le cycle drsquooptimisation du produit les avantages drsquoun concept et drsquoun fonctionnement de systegraveme ameacutelioreacutes pouvant rapidement sauter aux yeux lorsque lrsquoon compare les reacutesultats des essais reacutealiseacutes laquo avant raquo et laquo apregraves raquo

En geacuteneacuteral il nrsquoest pas rentable de payer un laboratoire drsquoessais indeacutependant pour proceacuteder agrave la premiegravere eacutevaluation drsquoun systegraveme de chauffage combineacute complet Les coucircts lieacutes au laboratoire et les deacutefis lieacutes aux ingeacutenieurs concepteurs qui prescrivent des reacuteglages lorsqursquoils ne sont pas sur place rendent cette option probleacutematique Des essais simplifieacutes reacutealiseacutes dans les propres locaux du fabricant permettent de srsquoassurer que les reacutesultats sont dans la plage approprieacutee degraves le deacutebut

Un scheacutema de montage drsquoessai suggeacutereacute utilisable pour effectuer des mesures conformeacutement agrave la norme CSA P9 est preacutesenteacute dans cette norme La figure 6 ci-dessous illustre une version simplifieacutee de ce scheacutema

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de la piegravece

combineacutes

Appareilsdeconditionnement

Eacutevents pour produits de combustion Appareils de

conditionnement de la piegravece

Salle drsquoessai

Isolant

Meacutelangeur

Approvisionnement en eau

Eacutevents pour air de combustion Conduite drsquoalimentation en combustible

Uniteacute drsquoessai des

systegravemes

Thermocouples Porte Fenecirctre

Mesure de la tempeacuterature et du deacutebit de lrsquoeau

Conduite drsquoair de retour

Thermocouples

Mesure de la tempeacuterature et de lrsquohumiditeacute de lrsquoair

Air drsquoappoint

Mesure du deacutebit drsquoair

Figure 6 Scheacutema simplifieacute illustrant le montage utiliseacute pour exeacutecuter les essais conformeacutement agrave la norme P9 (composants individuels du systegraveme combineacute non illustreacutes)

Le scheacutema preacutesente un dispositif de mesure de lrsquoenthalpie de lrsquoair dans un tunnel baseacute Vsur la norme ASHRAE 37 Lrsquoappareil de mesure de lrsquoair illustreacute sur la figure de la norme utilise un ajutage et un ventilateur drsquoeacutequilibrage pour pouvoir appliquer une technique de mesure du deacutebit drsquoair neacutecessitant une pression diffeacuterentielle eacuteleveacutee (entre 1 et 4 pouces drsquoeau) dans lrsquoajutage Lorsqursquoil est utiliseacute avec des manomegravetres preacutecis cet appareil offre une preacutecision de mesure eacuteleveacutee de lrsquoordre de 1 agrave 2 du deacutebit drsquoair et il geacutenegravere un deacutebit drsquoair bien meacutelangeacute qui permet de mesurer avec preacutecision la tempeacuterature du deacutebit de lrsquoair drsquoalimentation

La norme P9 preacutecise que lrsquoajutage inteacutegreacute agrave lrsquoappareil de mesure de lrsquoenthalpie de lrsquoair en tunnel constitue une meacutethode acceptable pour mesurer le deacutebit drsquoair tout en approuvant expresseacutement (article 36) lrsquoapplication drsquoautres processus de mesure du deacutebit drsquoair agrave condition que les limites de preacutecision mentionneacutees dans la norme soient satisfaites Ceci donne la possibiliteacute drsquoutiliser une technique de mesure du deacutebit drsquoair plus directe ne neacutecessitant pas lrsquoutilisation drsquoun appareil comportant un ventilateur drsquoeacutequilibrage Dans certains cas lrsquoutilisation drsquoune chambre de mesure de deacutebit avec un ventilateur drsquoeacutequilibrage pour reacutegler la pression statique de la conduite drsquoair drsquoalimentation a impliqueacute des problegravemes de stabiliteacute avec des moteurs agrave CE qui ont eacuteteacute

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programmeacutes pour un deacutebit drsquoair constant il est donc avantageux drsquoeacuteviter les ventilateurs drsquoeacutequilibrage

91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz

De nombreux fabricants concevant des systegravemes combineacutes eacutevolueacutes integravegreront des instruments conccedilus pour mesurer la consommation drsquoeacutenergie eacutelectrique la consommation du combustible les performances de combustion la tempeacuterature et la pression (pression du collecteur de gaz pression statique des conduites etc) Si de tels eacutequipements de mesure ne sont pas offerts ilest recommandeacute de les preacutevoirLes compteurs de facturation des compagnies de gaz et drsquoeacutelectriciteacute devraient offrir une preacutecision et une reacutesolution suffisantes pour les essais de deacuteveloppement du produit

92 Enregistreur de donneacutees

Les fabricants devront eacutegalement avoir accegraves agrave un systegraveme drsquoenregistrement de donneacutees dans le cadre de leur travail Il est conseilleacute de preacutevoir un enregistreur qui offre une preacutecision et un nombre de canaux de mesures suffisants pour les tacircches agrave accomplir On estime qursquoil faudra environ huit (8) canaux pour mesurer la tempeacuterature plus quelques canaux analogiques ou numeacuteriques pour prendre en compte les donneacutees des deacutebitmegravetres des transducteurs de pression etc (analogiques ou numeacuteriques selon lrsquoinstrument de mesure seacutelectionneacute) De nombreux fournisseurs proposent un large eacuteventail drsquoenregistreurs de donneacutees Campbell Scientific Fluke Instruments Omega et Measurement Computing (personal DAQ) figurent parmi les fabricants qui proposent des enregistreurs de donneacutees de petite eacutechelle pouvant ecirctre pris en compte Il est recommandeacute de se pencher sur lrsquoassistant logiciel de lrsquoenregistreur de donneacutees seacutelectionneacute au moment drsquoeacutevaluer lrsquoeacutequipement Si le fabricant ne souhaite pas investir dans un enregistreur de donneacutees la location demeure une option mecircme si les eacuteconomies preacutevues dans le cas drsquoune location agrave court terme semblent ecirctre faibles

93 Deacutebit drsquoair

Pour mesurer le deacutebit drsquoair pendant les essais agrave lrsquointerne il est recommandeacute drsquoutiliser une grille de deacutebit drsquoair avec eacutetablissement de moyenne installeacutee dans la conduite drsquoair drsquoalimentation en conjonction avec un manomegravetre diffeacuterentiel de preacutecision De nombreux fournisseurs proposent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans un large eacuteventail de tailles et ces deacutebitmegravetres sont relativement peu chers car ils sont souvent utiliseacutes dans des systegravemes commerciaux de chauffage et de refroidissement agrave deacutebit drsquoair variable Si lrsquoon fait une recherche dans Google en utilisant le segment laquo deacutebitmegravetres drsquoair raquo on trouve plusieurs fournisseurs et liens permettant

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drsquoobtenir de plus amples informations sur le sujet Nailor Industries Inc et Dwyer Instruments sont deux socieacuteteacutes quioffrent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans une grande varieacuteteacute de tailles de conduites

94 Manomegravetres

On trouve eacutegalement de nombreux manomegravetres diffeacuterentiels sur le marcheacute dont les modegraveles varient des manomegravetres agrave tube inclineacute aux transducteurs numeacuteriques de preacutecision Il est important de bien faire correspondre la plage de mesure du transducteur ou du manomegravetre avec la pression fournie par le deacutebitmegravetre sur la plage de deacutebits drsquoair preacutevue Dans le cas des transducteurs numeacuteriques des instruments capacitifs sont reacuteputeacutes bien fonctionner dans la plage de pression diffeacuterentielle basse qui serait normalement prescrite (environ 05 pouce de diffeacuterence de colonne drsquoeau) Setra Instruments MKS Instruments (Baratron) Dwyer Instruments et drsquoautres socieacuteteacutes proposent des transducteurs de pression diffeacuterentielle capacitifs plage basse adapteacutes

95 Tempeacuteratures

Les tempeacuteratures drsquoair drsquoarriveacutee et de sortie peuvent ecirctre mesureacutees en utilisant des thermocouples des thermistances ou des capteurs de conduite geacuteneacuterant une valeur moyenne Du fait de son bas coucirct de sa faciliteacute drsquoutilisation et de sa preacutesence agrave grande eacutechelle sur le marcheacute le thermocouple semble ecirctre lrsquoinstrument approprieacute pour cette application Il est possible de fabriquer un reacuteseau de thermocouples agrave partir drsquoune bobine de fil de thermocouple et de les raccorder entre eux en parallegravele de maniegravere agrave geacuteneacuterer une seule donneacutee repreacutesentant la valeur moyenne De nombreux fournisseurs offrent des fils agrave thermocouple notamment les socieacuteteacutes Thermo Electric Company Inc Omega Inc Watlow Inc etc Il est eacutegalement possible de fabriquer des sondes de tempeacuterature agrave partir des mecircmes fils de thermocouple pour surveiller drsquoautres paramegravetres tels que les tempeacuteratures drsquoeau Il est important de bien utiliser un fil agrave thermocouple plutocirct qursquoun fil de rallonge de lrsquoeacutechelle de mesure identique mais moins preacutecis

96 Mesures du cocircteacute eau

Pour effectuer des mesures du cocircteacute eau dans les serpentins il est neacutecessaire de posseacuteder un deacutebitmegravetre et des sondes de tempeacuterature Ces mesures pourraient ecirctre reacutealiseacutees en utilisant des capteurs distincts (deacutebitmegravetre drsquoeau et sondes de tempeacuterature distinctes par exemple) Il est important de srsquoassurer que lrsquoinsertion drsquoun deacutebitmegravetre dans la boucle drsquoeau ne modifie pas le deacutebit de la pompe de circulation Cela est particuliegraverement important avec des circulateurs agrave faible puissance geacuteneacuteralement utiliseacutes dans des applications combineacutees pour lesquelles lrsquoinstallation drsquoun deacutebitmegravetre agrave turbine conventionnel agrave baisse de pression eacuteleveacutee peut restreindre le deacutebit drsquoeau Ilexiste des deacutebitmegravetres preacutecis sans perte de pression eacuteleveacutee Certains appareils

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peuvent ecirctre acheteacutes deacutejagrave conditionneacutes avec des sondes de tempeacuterature en guise de laquo compteurs drsquoeacutenergie raquo Ils mesurent simultaneacutement les tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de lrsquoeau de retour ainsi que le deacutebit de lrsquoeau et calculent directement le flux drsquoeacutenergie en srsquoappuyant sur ces mesuresKamstrup Siemens Badger Meters Elster Metering ABB Meters et drsquoautres socieacuteteacutes offrent ce type drsquoappareils Les compteurs drsquoeacutenergie autonomes sont habituellement configureacutes avec certains dispositifs permettant de lire les diffeacuterents paramegravetres ainsi que les flux drsquoeacutenergie calculeacutes La plupart offre une fonction de stockage des donneacutees internes etou des sorties numeacuteriques pouvant ecirctre interfaceacutees avec des enregistreurs de donneacutees externes

97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne

La norme CSA P9 exige que le chauffage des locaux soit deacutefini en utilisant deux mesures (cocircteacute air et cocircteacute eau) avec une entente dans une toleacuterance acceptable pour la mise agrave lrsquoessai du systegraveme de chauffage de locaux agrave pleine capaciteacute constant Dans le cas des mesures agrave lrsquointerne entreprises par un fabricant dans le cadre drsquoun projet de deacuteveloppement de produit cibleacute lrsquoentente entre les mesures du cocircteacute air et du cocircteacute eau nrsquoest pas forceacutement requise On suggegravere aux fabricants de se concentrer sur les mesures qui ciblent la strateacutegie de controcircle ou de composant propre agrave lrsquoeacutetude Par exemple si des strateacutegies diffeacuterentes de temporisation du ventilateur ou laquo apregraves fonctionnement raquo sont eacutevalueacutees il est bien plus important de se concentrer sur les mesures du cocircteacute air que drsquoessayer drsquoatteindre un eacutequilibre entre le cocircteacute air et le cocircteacute eau Selon la quantiteacute drsquoeacutenergie laisseacutee dans le serpentin drsquoeau lorsque le ventilateur de soufflante srsquoarrecircte et drsquoautres pertes drsquoeacutenergie du systegraveme il est possible qursquoil nrsquoy ait pas drsquoeacutequilibre drsquoeacutenergie entre les mesures du cocircteacute air et les mesures du cocircteacute eau mecircme avec un instrument des mesures et des calculs laquo parfaits raquo

La norme CSA P9 exige une mesure du deacutebit drsquoair et des tempeacuteratures au moins toutes les cinq (5) secondes Dans le cas des essais agrave lrsquointerne cette freacutequence pourrait ecirctre assouplie pour certaines eacutetapes drsquoessai Par ailleurs une conformiteacute totale agrave la norme P9 suppose un controcircle preacutecis de la tempeacuterature de la salle drsquoessai ougrave se trouve le systegraveme combineacute en vue des essais ainsiqursquoun controcircle preacutecis de la tempeacuterature de lrsquoeau de la ville Dans le cas des essais de deacuteveloppement agrave lrsquointerne ces exigences peuvent eacutegalement ecirctre assouplies agrave condition que les tempeacuteratures ne varient pas trop pendant les essais Un espace commercial conditionneacute ayant une dimension raisonnable ferait lrsquoaffaire au moins pour les phases drsquoessai et de deacuteveloppement initiales

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Flue(combustionmeasurements)

SupplyAirtoSpaceHeatingPlenum

(optionalzonedampers)

ReturnAir

CityWater

TanklessWaterHeater

HotWaterSupplyfromWaterHeater

DHW

CoolWaterreturntoWaterheater

Temperaturemeasurementpoints

Fuelmeter

Flowmeter

Electricalmeteringnotshown

Circulator

98 Agencement des instruments

La figure 7 preacutesente un scheacutema simplifieacute permettant drsquoillustrer lrsquoagencement geacuteneacuteral des emplacements et des paramegravetres de mesure en vue de la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute de chauffe-eau instantaneacute agrave condensation Le deacutebit drsquoair qui traverse la conduite drsquoalimentation du systegraveme de traitement drsquoair sera surveilleacute en utilisant un deacutebitmegravetre agrave valeur moyenne et un manomegravetre (non illustreacute) tel que cela est deacutecrit agrave lrsquoarticle 73

T

T

T T

T T

Alimentation en eau chaude provenant du chauffe-eau

Conduit (mesures de combustion)

Eau chaude domestique

Systegraveme de mesure du combustible

Air dereprise

Retourde lrsquoeau froide vers lechauffe-eau

Chauffe-eau instantaneacute

Air drsquoalimentation achemineacute versle pleacutenum de chauffage(registres de zone facultatifs)

Eau municipale

Deacutebitmegravetre

T

(compteur eacutelectrique non illustreacute)

Points de mesure de la tempeacuterature Circulateur

Figure 8 Scheacutema de mesure simplifieacute applicable agrave la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute baseacute sur un chauffe-eau instantaneacute

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CanmetEacuteNERGIE CanmetEacuteNERGIE de Ressources naturelles Canada est un chef de file canadien dans le domaine de la recherche et deacuteveloppement en eacutenergie propre Les travaux de nos speacutecialistes portent sur lrsquoapprovisionnement drsquoeacutenergie propre agrave partir de combustibles fossiles et de sources renouvelables la gestion de lrsquoeacutenergie et les systegravemes de distribution ainsi que sur les technologies et processus avanceacutes pour les utilisations finales En veillant agrave ce que le Canada soit agrave la fine pointe des technologies sur lrsquoeacutenergie propre nous ameacuteliorons la qualiteacute de vie des Canadiens en creacuteant un avantage durable en matiegravere de ressources

Bureau central Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) 580 rue Booth 1 promenade Oil Patch 1 promenade Haanel 161 boulevard Lionel-Boulet Ottawa (Ontario) Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) Canada Canada Canada Canada K1A 0E4 T9G 1A8 K1A 1M1 J3X 1S6

  • Guide pour les fabricants drsquoappareils de chauffage combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessai conformeacutement agrave la norme CSA P9
    • Remerciements
    • 1 Reacutesumeacute
    • 2 Systegravemes agrave zones
    • Table des matiegraveres
    • Liste des tableaux et figures
    • 3 Contexte
      • 31 Objet
      • 32 Public cible
      • 33 Marcheacute
      • 34 Pratiques en vigueur dans lrsquoindustrie
      • 35 Expeacuterience en matiegravere drsquoeacutevaluation
      • 36 Deacutefi principal Utiliser des chauffe-eau pour chauffer des locaux de maniegravere eacuteconergeacutetique
      • 37 Approche par eacutetapes
        • 4 Charges de calcul ndash performances selon la norme CSA p9
          • 41 Facteur de performance thermique (FPT)
          • 42 Chauffage de lrsquoeau
          • 43 Chauffage des locaux
          • 44 Importance relative des charges de chauffage des locaux et de lrsquoeau
            • 5 Chauffage de lrsquoeau domestique
            • 6 Conception des systegravemes combineacutes
              • 61 Incidence des pondeacuterations de charge
                • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                • Reacuteduction des tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour
                  • 62 Strateacutegies de conception
                  • 63 Strateacutegie 1 Tempeacuterature drsquoeau constante
                    • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                    • Serpentin(s) de chauffage des locaux
                    • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                    • Illustration des performances selon la norme P9
                    • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                      • 64 Strateacutegie 2 Tempeacuterature drsquoeau variable
                        • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                        • Serpentin(s) de chauffage de locaux
                        • Conditions de chauffage de locaux en charge partielle
                        • Illustration des performances P9
                        • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                            • 7 Commandes
                              • Commandes indirectes baseacutees sur la tempeacuterature
                              • Commandes indirectes baseacutees sur le minuteur
                              • Controcircle direct
                              • Chauffe-eau -Mode de chauffage de lrsquoeau du robinet
                                • 8 Composants
                                  • 81 Systegraveme de traitement drsquoair
                                  • 82 Serpentins de chauffage de locaux
                                  • 83 Moteur de ventilateur
                                  • 84 Circulateurpompe
                                  • 85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)
                                  • 86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau
                                  • 87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes
                                    • 9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes
                                      • 91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz
                                      • 92 Enregistreur de donneacutees
                                      • 93 Deacutebit drsquoair
                                      • 94 Manomegravetres
                                      • 95 Tempeacuteratures
                                      • 96 Mesures du cocircteacute eau
                                      • 97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne
                                      • 98 Agencement des instruments
Page 22: Guide pour les fabricants d’appareils de chauffage ...€¦ · Le présent rapport explique comment la norme d’essai P.9 pondère le rendement dans différents modes de fonctionnement

6 Conception des systegravemes combineacutes

61 Incidence des pondeacuterations de charge

Conditions de chauffage des locaux en charge partielle Pour obtenir une excellente cote drsquoessai selon la norme CSA P9 il faut avant tout se concentrer sur le chauffage des locaux en charge partielle Le rendement en conditions de chauffage de locaux en charge partielle permettra de deacuteterminer 90 de la cote drsquoefficaciteacute de chauffage composite (ECC) Dans le cas drsquoun systegraveme de chauffage combineacute offrant une puissance de chauffage drsquoespace nominale de 10 kW 75 de la valeur FPT seront deacuteduits agrave partir des reacutesultats de lrsquoessai en charge partielle Dans le cas drsquoun systegraveme offrant une puissance de chauffage des locaux de 15 kW les reacutesultats des performances de chauffage des locaux en charge partielle repreacutesenteront presque 80 du facteur de performance thermique global

Reacuteduction des tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour Les chauffe-eau qui preacutesentent drsquoexcellentes cotes avec des tempeacuteratures basses de lrsquoeau drsquoalimentation du reacuteseau principalfonctionneront moins bien sila tempeacuterature drsquoarriveacutee augmente La preacutesence de tempeacuteratures drsquoeau de retour plus chaudes pendant le mode de chauffage des locaux contribuera agrave reacuteduire le rendement eacutenergeacutetique Le fait de reacutepondre aux demandes de chauffage des locaux en utilisant des paramegravetres de commande qui reacuteduisent au minimum les tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour en conditions de charge partielle peut contribuer agrave optimiser le rendement de combustion

62 Strateacutegies de conception

Un des plus gros avantages du chauffe-eau agrave la demande tient au fait que theacuteoriquement il peut geacuteneacuterer diffeacuterentes tempeacuteratures drsquoeau drsquoalimentation pour satisfaire les charges de chauffage de lrsquoeau et des locaux Il peut eacutegalement faire varier du tout au tout la tempeacuterature de lrsquoeau qursquoil fournit pour satisfaire diffeacuterentes charges de chauffage des locaux Cet aspect est essentiel pour continuer de fournir le mecircme chauffage de lrsquoeau agrave un rendement eacuteleveacute et produire un chauffage des locaux agrave charge partielle tregraves efficace

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Nous allons passer en revue deux concepts de systegravemes combineacutes

bull la strateacutegie 1 utilise une tempeacuterature drsquoeau constante pour toutes les charges

bull la strateacutegie 2 consiste agrave faire varier la tempeacuterature de lrsquoeau en fonction de la charge

La premiegravere strateacutegie est celle qui neacutecessite le moins de changement compareacute aux pratiques actuelles elle correspond souvent au premier reacuteflexe Elle est preacutesenteacutee icidans le but principalde mettre en lumiegravere certains deacutefis inheacuterents en matiegravere de performance

La deuxiegraveme strateacutegie repreacutesente une option bien plus rentable pour atteindre des niveaux de performance eacuteleveacutes tant sur le terrain que lors des essais exeacutecuteacutes conformeacutement agrave la norme CSA P9 Lrsquoexpeacuterience montre qursquoelle offre un niveau de performance eacuteleveacute agrave un coucirct moindre pour le fabricant

Le fait drsquoutiliser une pompe agrave vitesse variable dans le systegraveme de traitement de lrsquoair peut eacutegalement ameacuteliorer le rendement eacutenergeacutetique La strateacutegie 2 est axeacutee sur une tempeacuterature drsquoalimentation variable les chauffe-eau agrave la demande pouvant offrir cette fonction plus rapidement Il est peu courant de voir des pompes agrave vitesse variable dans les appareils de traitement de lrsquoair pour lrsquoinstant

Pour ces exemples

bull les deux types de systegravemes combineacutes seront preacutesenteacutes en utilisant le mecircme chauffe-eau agrave la demande agrave condensation et agrave modulation

bull les pondeacuterations de performance FPT applicables agrave un systegraveme combineacute preacutesentant une charge nominale de chauffage de locaux de 10 kW seront utiliseacutees agrave titre indicatif pour illustrer chacune de ces strateacutegies

63 Strateacutegie 1 Tempeacuterature drsquoeau constante

Ce systegraveme de chauffage combineacute respecte la regravegle eacutetablie et preacutevoit uniquement lrsquoutilisation de composants plus efficaces pour ameacuteliorer les performancesIlarrive qursquoil soit souvent consideacutereacute en premier lieu car les commandes peuvent rester telles quelles dans un systegraveme pour lequel un fabricant fournit le chauffe-eau agrave la demande tandis qursquoun autre fabricant fournit le systegraveme de traitement drsquoair

Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair Le chauffe-eau ne sait pas si une demande concerne un chauffage de lrsquoeau ou un chauffage de locaux Il deacutetecte une demande et fournit de lrsquoeau chaude agrave une tempeacuterature constante Pour satisfaire la charge de chauffage de pointe des locaux il est geacuteneacuteralement reacutegleacute agrave 60 degC (140 degF) Le systegraveme de traitement drsquoair ne contribue pas eacutenormeacutement agrave faire grimper la puissance de chauffage de locaux Il utilise geacuteneacuteralement

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un ou deux reacuteglages de vitesse de ventilateur soufflant Eacutetant donneacute que le fonctionnement prolongeacute drsquoun ventilateur apregraves qursquoune demande de chauffage a eacuteteacute satisfaite peut entraicircner des problegravemes de confort dus agrave des courants drsquoair froid le fonctionnement subseacutequent du ventilateur ne sera pas mis en œuvre ou sera mis en œuvre en utilisant uniquement des temps de fonctionnement courts Dans les deux sceacutenarios la chaleur sera retenue dans le serpentin et les conduites pour se dissiper par la suite pendant les peacuteriodes de deacutesactivation

Serpentin(s) de chauffage des locaux Si lrsquoon veut amplifier lrsquoefficaciteacute eacutenergeacutetique du systegraveme en mode de chauffage des locaux ilest impeacuteratif de reacuteduire au minimum les tempeacuteratures de lrsquoeau de retourDes serpentins laquo surdimensionneacutes raquo ont eacuteteacute conccedilus en vue drsquooptimiser la baisse de tempeacuterature dans lrsquoeacutechangeur de chaleur en conditions de chauffage des locaux

Conditions de chauffage des locaux en charge partielle Le systegraveme de traitement drsquoair se met en route et srsquoarrecircte pour srsquoadapter aux conditions de charge partielle ce qui a pour effet de deacuteclencher des demandes associeacutees sur le chauffe-eau

Illustration des performances selon la norme P9 Le tableau 5 donne un aperccedilu theacuteorique du type de performance que lrsquoon pourrait geacuteneacuteralement obtenir en utilisant une strateacutegie impliquant un point de consigne de tempeacuterature unique

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Tableau 5 Performances drsquoun systegraveme combineacute theacuteorique affichant une puissance de chauffage des locaux de 10 kW en utilisant une strateacutegie simple de commande de point de consigne de tempeacuterature drsquoeau unique (capaciteacute de chauffage des locaux compenseacutee par des cycles de marche-arrecirct)

Mode de fonctionne -ment

Pondeacuter-ation

Temp de lrsquoeau drsquoalimentati on (degF)

Temp de lrsquoeau de retour du reacuteseau principal (degF)

Deacutebit du systegraveme de traitement drsquoair (pi3min)

Mesure de la performance eacutenergeacutetique mode activeacute deacutesactiveacute ()

Contribution FPT

Chauffage des locaux 100

8 140 120 800 85 007

Chauffage des locaux 40

49 140 120 800 80 039

Chauffage des locaux 15

25 140 120 800 75 018

Chauffage de lrsquoeau

18 140 58 mdash 92 017

Total 100 081

Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables bull Performances globales Une cote de facteur de performance totale (FPT) de 092

placerait le systegraveme combineacute dans la plage des performances eacuteleveacutees

bull Performances en mode de chauffage de lrsquoeau Comme dans le cas du sceacutenario impliquant un point de consigne de tempeacuterature unique le systegraveme assure une condensation en mode de chauffage de lrsquoeau avec un FPCE de 92 Il serait possible drsquoameacuteliorer leacutegegraverement lrsquoefficaciteacute du systegraveme de chauffage de lrsquoeau si un point de consigne de tempeacuterature de lrsquoeau infeacuterieur agrave la valeur de 140 degF utiliseacutee dans le premier cas de figure eacutetait appliqueacute La norme P9 permet drsquoutiliser un point de consigne pouvant descendre jusqursquoagrave 120 degF dans le cas de lrsquoeau potable La tempeacuterature de consigne nrsquoa plus besoin drsquoecirctre la mecircme que celle requise pour une charge de chauffage de locaux maximale il est donc possible de la reacuteduire agrave la plage de 120 degF Pour simplifier la comparaison des deux systegravemes dans les tableaux 5 et 6 aucun point de consigne de systegraveme de chauffage drsquoeau potable reacuteduit nrsquoa pas eacuteteacute inclus dans le tableau 6

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bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge totale Dans ce mode le rendement eacutenergeacutetique est plus faible La tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation doit ecirctre au plus haut pour satisfaire la charge la tempeacuterature de lrsquoeau de retour sera donc elle aussiplus eacuteleveacutee dans ce modeComme le systegraveme fonctionnera rarement dans ce mode cette mauvaise performance ne repreacutesente qursquoune petite fraction de la pondeacuteration FPT

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge partielle Les tempeacuteratures drsquoalimentation du systegraveme de chauffage de lrsquoeau sont abaisseacutees progressivement pour satisfaire des demandes en charge partielle moindres Les tempeacuteratures peuvent ecirctre abaisseacutees bien en deccedilagrave du reacuteglage preacutevu pour le chauffage de lrsquoeau du robinet Cette condition se traduit par des tempeacuteratures drsquoeau de retour plus basses qursquoen conditions de charge totale Ces deux facteurs font que lrsquoefficaciteacute est plus importante en conditions de charge partielle qursquoen conditions de charge totale Le chauffe-eau fonctionnera en mode de condensation pour les deux points de charge de chauffage de locaux (40 et 15 )

bull Vitesse de ventilateur Eacutetant donneacute que la puissance de chauffage requise diminue la vitesse de ventilateur diminue aussiCela se traduit par un niveau sonore reacuteduit un fonctionnement du ventilateur plus long avec des cycles moins freacutequents et une reacuteduction importante de la consommation drsquoeacutenergie Cette condition peut aussi reacuteduire les plaintes lieacutees au confort le fonctionnement plus long agrave des deacutebits drsquoair reacuteduits ameacuteliorant la reacutepartition de lrsquoair chaud pendant les saisons intermeacutediaires

bull Controcircle de la tempeacuterature de lrsquoair inteacuterieur Le fait de moduler la puissance de chauffage en faisant varier la tempeacuterature de lrsquoeau et la vitesse du ventilateur peut se traduire par une tempeacuterature drsquoair inteacuterieur plus homogegravene avec des eacutecarts de tempeacuteratures moins grands au-dessus et au-dessous des points de consigne du thermostat Ce pheacutenomegravene pourrait inciter les proprieacutetaires de reacutesidence agrave augmenter le point de consigne de chauffage pour eacutetablir des conditions de confort acceptables

bull Incidences sur le zonage Le zonage sera plus compliqueacute avec un systegraveme affichant une puissance fixe et une vitesse de ventilateur unique

Ilest possible drsquoameacuteliorer la strateacutegie 1 en augmentant encore la dimension drsquoun serpentin deacutejagrave surdimensionneacute dans le systegraveme de traitement drsquoair Cette option implique toutefois des limites pratiques car des serpentins bien plus grands neacutecessiteront une plus grande quantiteacute de cuivre et un formage plus important et cela accentuera le coucirct total du systegraveme sans compter qursquoil faudra aussi preacutevoir des armoires plus grandes pour le systegraveme de traitement drsquoair De plus les pertes de chaleur par cycle augmenteront et il sera plus difficile drsquoobtenir des performances eacuteleveacutees en charge partielle Le fait drsquoappliquer la strateacutegie 1 agrave un systegraveme de chauffage combineacute agrave haute performance peut srsquoaveacuterer trop oneacutereux pour valoir le coup

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64 Strateacutegie 2 Tempeacuterature drsquoeau variable

Cette meacutethode est identique agrave celle appliqueacutee dans les appareils de chauffage agrave air chaud multieacutetage Le principe consiste agrave faire fonctionner le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair ensemble pour optimiser le rendement eacutenergeacutetique tout en reacuteduisant au minimum le coucirct et la complexiteacute des composants

Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair Cette strateacutegie consiste agrave exploiter avantageusement la capaciteacute inteacutegreacutee du chauffe-eau pour faire varier la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation La tempeacuterature du point de consigne du chauffe-eau varie en fonction de la charge de chauffage des locaux On utilise des reacuteglages de tempeacuterature drsquoeau drsquoalimentation faibles pour satisfaire aux conditions de chauffage des locaux en charge partielle On fait eacutegalement varier les vitesses du ventilateur du systegraveme de traitement drsquoair en srsquoappuyant sur un principe de controcircle de reacuteglage exteacuterieur ou de minuterie pour augmenter les paramegravetres Lorsqursquoune demande de chaleur a eacuteteacute satisfaite le ventilateur continue de fonctionner agrave des vitesses reacuteduites pour eacuteviter les problegravemes lieacutes aux courants froids et au bruit Du coup le serpentin et les conduites retiennent moins de chaleur et on deacuteplore moins de perte de chaleur par la suite compareacute au premier cas de figure Le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair doivent tous deux cerner la demande qursquoils sont censeacutes satisfaire Leurs commandes ne doivent pas pour autant ecirctre physiquement inteacutegreacutees drsquoune faccedilon ou drsquoune autre Cette strateacutegie de controcircle est traiteacutee plus en deacutetail agrave la section 40

Serpentin(s) de chauffage de locaux Pour simplifier la comparaison nous partirons du principe que des serpentins laquo surdimensionneacutes raquo similaires sont utiliseacutes comme dans le premier cas de figure de sorte que les performances du chauffage de pointe des locaux soient identiques dans les deux cas

Conditions de chauffage de locaux en charge partielle Le chauffe-eau relegraveve une demande de chauffage de locaux et se met en route en acheminant une eau drsquoalimentation agrave basse tempeacuterature au systegraveme de traitement drsquoair Si la demande de chauffage nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute le chauffe-eau augmente progressivement la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation Le systegraveme de traitement drsquoair surveille la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation et augmente progressivement la vitesse du ventilateur lorsque la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation est plus eacuteleveacutee

Illustration des performances P9 Le tableau 6 donne une preacutesentation theacuteorique du type de rendement que lrsquoon peut obtenir en appliquant une strateacutegie de controcircle simple mettant en œuvre des

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tempeacuteratures drsquoeau et des vitesses de ventilateur variables Les tempeacuteratures et les deacutebits drsquoair du ventilateur preacutesenteacutes dans le tableau 6 ont eacuteteacute choisis agrave titre indicatif uniquement Ils ne repreacutesentent pas des reacuteglages pleinement optimiseacutes applicables agrave un systegraveme de chauffage combineacute

Tableau 6 Performances drsquoun systegraveme de chauffage combineacute theacuteorique offrant une puissance de chauffage des locaux de 10 kW en utilisant une strateacutegie de controcircle de tempeacuteratures drsquoeau et de vitesses de ventilateur variables (variation de la capaciteacute de chauffage des locaux par modulation du deacutebit drsquoair et de la tempeacuterature de lrsquoeau)

Mode de fonctionne -ment

Pondeacuter-ation

Temp de lrsquoeau drsquoalimen-tation (degF)

Temp de lrsquoeau de retour du reacuteseau principal (degF)

Deacutebit du systegraveme de traitement drsquoair (pi3min)

Mesure de la performance eacutenergeacutetique mode activeacute deacutesactiveacute ()

Contribution FPT

Chauffage des locaux 100

8 140 120 800 85 007

Chauffage des locaux 40

49 110 102 600 92 045

Chauffage des locaux 15

25 90 87 500 94 023

Chauffage de lrsquoeau

18 140 58 --- 92 016

Total 100 092

Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables bull Performances globales Une cote de facteur de performance totale (FPT) de 092

placerait le systegraveme combineacute dans la plage des performances eacuteleveacutees

bull Performances en mode de chauffage de lrsquoeau Comme dans le cas du sceacutenario impliquant un point de consigne de tempeacuterature unique le systegraveme assure une condensation en mode de chauffage de lrsquoeau avec un FPCE de 92 Il serait possible drsquoameacuteliorer leacutegegraverement lrsquoefficaciteacute du systegraveme de chauffage de lrsquoeau si un point de consigne de tempeacuterature de lrsquoeau infeacuterieur agrave la valeur de 140 degF utiliseacutee dans le premier cas de figure eacutetait appliqueacute La norme P9 permet drsquoutiliser un point de

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consigne pouvant descendre jusqursquoagrave 120 degF dans le cas de lrsquoeau potable La tempeacuterature de consigne nrsquoa plus besoin drsquoecirctre la mecircme que celle requise pour une charge de chauffage de locaux maximale il est donc possible de la reacuteduire agrave la plage de 120 degF Pour simplifier la comparaison des deux systegravemes dans les tableaux 5 et 6 aucun point de consigne de systegraveme de chauffage drsquoeau potable reacuteduit nrsquoa pas eacuteteacute inclus dans le tableau 6

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge totale Dans ce mode le rendement eacutenergeacutetique est plus faible La tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation doit ecirctre au plus haut pour satisfaire la charge la tempeacuterature de lrsquoeau de retour sera donc elle aussi plus eacuteleveacutee dans ce mode Comme le systegraveme fonctionnera rarement dans ce mode cette mauvaise performance ne repreacutesente qursquoune petite fraction de la pondeacuteration FPT

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge partielle Les tempeacuteratures drsquoalimentation du systegraveme de chauffage de lrsquoeau sont abaisseacutees progressivement pour satisfaire des demandes en charge partielle moindres Les tempeacuteratures peuvent ecirctre abaisseacutees bien en deccedilagrave du reacuteglage preacutevu pour le chauffage de lrsquoeau du robinet Cette condition se traduit par des tempeacuteratures drsquoeau de retour plus basses qursquoen conditions de charge totale Ces deux facteurs font que lrsquoefficaciteacute est plus importante en conditions de charge partielle qursquoen conditions de charge totale Le chauffe-eau fonctionnera en mode de condensation pour les deux points de charge de chauffage de locaux (40 et 15 )

bull Vitesse de ventilateur Eacutetant donneacute que la puissance de chauffage requise diminue la vitesse de ventilateur diminue aussiCela se traduit par un niveau sonore reacuteduit un fonctionnement du ventilateur plus long avec des cycles moins freacutequents et une reacuteduction importante de la consommation drsquoeacutenergie Cette condition peut aussi reacuteduire les plaintes lieacutees au confort le fonctionnement plus long agrave des deacutebits drsquoair reacuteduits ameacuteliorant la reacutepartition de lrsquoair chaud pendant les saisons intermeacutediaires

bull Controcircle de la tempeacuterature de lrsquoair inteacuterieur Le fait de moduler la puissance de chauffage en faisant varier la tempeacuterature de lrsquoeau et la vitesse du ventilateur peut se traduire par une tempeacuterature drsquoair inteacuterieur plus homogegravene avec des eacutecarts de tempeacuteratures moins grands au-dessus et au-dessous des points de consigne du thermostat

La strateacutegie 2 (tempeacuterature drsquoeau variable) peut donner lieu agrave lrsquoeacutelaboration drsquoun systegraveme de chauffage combineacute efficace preacutesentant de bonnes performances lorsqursquoil est mis agrave lrsquoessai selon la norme CSA P9 et lorsqursquoil est installeacute dans une vraie reacutesidence Les niveaux de performance varieront en fonction des composants seacutelectionneacutes et des speacutecificiteacutes de lrsquoordonnancement des commandes

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7 Commandes

Les commandes geacuteneacuteriques exigeacutees pour mettre en œuvre la strateacutegie privileacutegieacutee impliquant une tempeacuterature variable quia eacuteteacute deacutecrite dans la derniegravere section peuvent srsquoaveacuterer relativement simples Quelques chauffe-eau agrave la demande proposent deacutejagrave des commandes de reacuteglage de tempeacuterature Les commandes de tempeacuterature des chauffe-eau agrave la demande types ne sont toutefois pas systeacutematiquement configureacutees pour offrir une fonction de reacuteglage de tempeacuterature baseacutee sur la charge Quasiment tous les chauffe-eau agrave la demande actuellement disponibles sont eacutequipeacutes pour accueillir des commandes de tempeacuterature inteacutegreacutees ou monteacutees agrave distance permettant agrave lrsquoutilisateur de reacutegler manuellement la tempeacuterature drsquoalimentation agrave partir du chauffe-eau

En principe il devrait ecirctre possible de concevoir un module drsquointerface de commande simple qui viendrait se brancher dans les fiches de connexion de la commande de tempeacuterature existante La nouvelle commande simulerait lrsquoaction du controcircleur de tempeacuterature standard reacutegleacute manuellement de maniegravere agrave offrir une fonction de reacuteinitialisation de tempeacuterature automatique du chauffe-eau Toutes les commandes de seacutecuriteacute resteraient fonctionnelles

Une strateacutegie de controcircle simple peut offrir des performances eacuteleveacutees Les facteurs cleacutes agrave prendre en compte sont les suivants

bull deacuteterminer si une demande tient compte des besoins en chauffage drsquoeau chaude domestique

bull en mode de chauffage des locaux uniquement utiliser une minuterie ou un controcircle de reacuteglage exteacuterieur (ou un capteur de charge infeacuterentielle similaire) pour faire augmenter progressivement la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation

bull preacutevoir un systegraveme de traitement drsquoair faisant varier le deacutebit drsquoair en fonction de la tempeacuterature de lrsquoeau qui arrive dans lrsquoappareil du deacutelai pendant lequel une demande de chauffage perdure ou drsquoun signal direct du capteur de commande de charge

Ilest inteacuteressant de souligner que le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair nrsquoont pas besoin de communiquer directement ni de posseacuteder des commandes communes pour mettre en œuvre certaines des strateacutegies de controcircle deacutecrites

Lorsque les commandes du systegraveme deacutetectent qursquoune demande de chauffage a eacuteteacute satisfaite le systegraveme de traitement drsquoair devrait continuer de fonctionner suffisamment longtemps pour extraire toute la chaleur reacutesiduelle du serpentin et la transfeacuterer vers le courant drsquoair Pour eacuteviter les problegravemes de confort thermique il est souhaitable de reacuteduire la vitesse du ventilateur pendant cette peacuteriode de temporisation de la

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ventilation Le fonctionnement continu du ventilateur avec un reacuteglage de vitesse faible offrira automatiquement cette fonctionnaliteacute sans neacutecessiter de quelconques commandes intelligentes Cette option aurait lrsquoavantage suppleacutementaire drsquoassurer une reacutepartition de la tempeacuterature uniforme agrave lrsquointeacuterieur de la reacutesidence Elle serait eacutegalement utile pour reacutepartir lrsquoair frais si le systegraveme combineacute est installeacute avec un ventilateur-reacutecupeacuterateur de chaleur (VRC) ou un autre type de systegraveme de ventilation

Des commandes soigneusement conccedilues contribueront en bout de ligne agrave assurer ou reacutetablir lrsquoefficaciteacute du systegraveme combineacute Les commandes devraient ecirctre en mesure de deacuteterminer srsquoil y a une demande de chauffage des locaux ou de chauffage de lrsquoeau ou une demande concernant les deux modes Les commandes devront deacuteterminer lrsquoamplitude de chaque charge et reacutepondre de maniegravere approprieacutee en faisant varier certains paramegravetres agrave la fois pour le systegraveme de chauffage des locaux (systegraveme de traitement drsquoair par exemple) et pour le geacuteneacuterateur de chaleur (notamment si la source de chauffage est un chauffe-eau agrave la demande) En cas de demande de chauffage drsquoeau eacuteleveacutee il se peut qursquoune solution de commande prioritaire drsquoeau chaude domestique constitue la meilleure option Les commandes peuvent deacuteduire lrsquoamplitude des charges de chauffage des locaux au moyen de divers meacutecanismes y compris en surveillant les cycles de fonctionnement du thermostat et de signaux drsquoentreacutes directs transmis par une commande de charge infeacuterentielle telle qursquoune commande de reacuteglage exteacuterieur

La figure 3 preacutesente un algorithme simplifieacute de commandes geacuteneacuteriques pour la section chauffe-eau drsquoun systegraveme combineacute utilisant quatre eacutetapes de reacuteglage de tempeacuterature drsquoeau pour le chauffage des locaux et une seule pour le chauffage de lrsquoeau

La logique de commande illustreacutee agrave la figure 3 constitue uniquement un exemple de strateacutegie de controcircle rudimentaire qui pourrait ecirctre utiliseacutee pour assurer des performances eacuteleveacutees dans des modes de chauffage de locaux sans neacutecessiter lrsquoutilisation de composants oneacutereuxLrsquoalgorithme de commande pourrait ecirctre ameacutelioreacute si le controcircleur avait lrsquointelligence neacutecessaire pour lui permettre drsquoassimiler les eacutetapes de chauffage requises en surveillant la dureacutee des demandes de chauffage des locaux sur plusieurs cycles de chauffage reacutecents

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e

Mode drsquoattente Chauffe-eauagrave la demande en attente de signal

Demande de chauffage (lrsquoeaucircule dans le chauffe-eau)

Demandedrsquoeauchaude

domestique

Activationdu chauffagede lrsquoeacutetape 1 THERM90 ordmF Ventilateur Vitesse 1 Deacuteclencherle minuteursur 5 min

Demandesatisfaite avantlrsquoexpiration

du deacutelaiduminuteur

Oui

Oui

No

Reacuteglage du THERM sur le point de consigne de lrsquoeau chaude domestique THERM = 140 degF Couperlecirculateurde chauffagedelocaux (facultatif) Attendre lafin de la demande drsquoeau chaude domestique

Demande de

chauffage satisfait

Non

Oui

Activation du chauffage de lrsquoeacutetape 2 THERM = 105 degF Ventilateur Vitesse 2 Deacuteclencher le minuteur sur3 min

Activation du chauffage de lrsquoeacutetape 3 THERM = 120 degF Ventilateur Vitesse 3 Deacuteclencher le minuteur sur3 min

Activation du chauffage MAX THERM = 140 degF Ventilateur Vitesse 4 Mettrefin agravelademande de chauffage

Figure 3 Logique de lrsquoalgorithme simplifieacute de commande de chauffe-eau pour unsceacutenario de chauffage en quatre eacutetapes

Voici trois options de commande de vitesse de ventilateur de systegraveme de traitement drsquoair associeacutees agrave la meacutethode de chauffage drsquoeau illustreacutee agrave la figure 3

Commandes indirectes baseacutees sur la tempeacuteratureRaccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont bien distinctes les unes des autres mais elles fonctionnement de maniegravere compleacutementaire

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Principe de fonctionnement Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetecte la tempeacuterature de lrsquoeau chaude drsquoadmissionPlus la tempeacuterature de lrsquoeau est eacuteleveacutee plus les commandes du systegraveme de traitement drsquoair augmentent le deacutebit drsquoair

Discussion Les commandes du chauffe-eau augmentent la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque la demande nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetecte la tempeacuterature plus eacuteleveacutee et fait circuler plus drsquoair dans les serpentins pour lrsquoutiliser

Aspect meacutecanique Un puits de tempeacuterature est installeacute dans la conduite drsquoeau drsquoalimentation drsquoarriveacutee agrave lrsquointeacuterieur du systegraveme de traitement drsquoairLe reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur serait ajusteacute en installant un module de commande de systegraveme de traitement drsquoair qui mesure la tempeacuterature de lrsquoeau achemineacutee au systegraveme de traitement drsquoair depuis le chauffe-eau pendant une demande de chauffage de locaux transmise au systegraveme de traitement drsquoair La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signal de commande transmis au panneau de controcircle du systegraveme de traitement drsquoair par le thermostat du systegraveme de CVCA

Commandes indirectes baseacutees sur le minuteur Raccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont bien distinctes les unes des autres mais elles fonctionnement de maniegravere compleacutementaire

Principe de fonctionnement Le deacutebit drsquoair du systegraveme de traitement drsquoair varie en fonction de la dureacutee de la demande de chauffage afin de coiumlncider avec les minutages de commande de tempeacuterature indiqueacutes agrave la figure 3

Discussion Les commandes du chauffe-eau augmentent la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque la demande nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetermine la dureacutee de la demande de chauffage et fait circuler plus drsquoair dans les serpentins afin de se conformer aux eacutetapes de tempeacuterature programmeacutees

Aspect meacutecanique Le reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur serait ajusteacute en installant un module de commande de systegraveme de traitement drsquoair qui reacutegule le deacutebit drsquoair en fonction de la dureacutee de la demande de chauffage La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signalde commande transmis au panneau de controcircle du systegraveme de traitement drsquoair par le thermostat du systegraveme de CVCA

Controcircle direct Raccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont toutes deux controcircleacutees au moyen drsquoun nouveau controcircleur combineacute inteacutegreacute posseacutedant une interface directe avec le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair

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Principe de fonctionnement Le nouveau controcircleur fait varier le deacutebit drsquoair du systegraveme de traitement drsquoair et la tempeacuterature de lrsquoeau de maniegravere agrave optimiser le rendement du chauffage

Discussion Cette strateacutegie de controcircle direct suppose le deacuteveloppement drsquoun nouveau composant de commande Le controcircleur peut utiliser des reacuteglages de fonctionnement plus sophistiqueacutes afin drsquoameacuteliorer le rendement dans tous les modes de fonctionnement

Aspect meacutecanique Le reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur et la tempeacuterature de lrsquoeau achemineacutee au systegraveme de traitement drsquoair seraient directement controcircleacutes par un nouveau controcircleur combineacute inteacutegreacute La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signal de commande transmis au controcircleur par le thermostat du systegraveme de CVCA

Chauffe-eau - Mode de chauffage de lrsquoeau du robinet Les algorithmes de chauffage de lrsquoeau du robinet ne changent pas par rapport agrave ceux du module de commande standard La seule diffeacuterence reacuteside dans le fait que le chauffe-eau utilise un contacteur de deacutebit ou un deacutebitmegravetre pour repeacuterer un tirage drsquoeau chaude (ou une arriveacutee drsquoeau froide) et comprendre qursquoune demande de chauffage drsquoeau a eacuteteacute faite Si une demande de chauffage de locaux intervient simultaneacutement le chauffe-eau pourrait honorer les deux demandes en tenant compte du reacuteglage de tempeacuterature de sortie requise de lrsquoeau du robinet Une autre option consisterait agrave prendre en compte par deacutefaut le reacuteglage du mode de chauffage de lrsquoeau Un mode de controcircle plus sophistiqueacute pourrait potentiellement temporiser le chauffage des locaux lorsque cela srsquoavegravere neacutecessaire pour reacutepondre agrave des demandes de chauffage drsquoeau eacuteleveacutees ou pour activer la distribution de chauffage des locaux en utilisant des reacuteglages de tempeacuterature optimiseacutes Ce cas de figure est illustreacute agrave la figure 4

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8 Composants

Pour bien fonctionner les systegravemes de chauffage combineacutes doivent ecirctre doteacutes de composants haute performance que ce soit dans une configuration dite laquo installeacutee raquo ou dans une configuration drsquoessai selon la norme CSA P9 La preacutesente section a pour objectif drsquoaider les fabricants de chauffe-eau agrave la demande

bull agrave concevoir leur propre systegraveme de traitement drsquoair

bull agrave eacutetablir un partenariat avec un autre fabricant qui fournirait un systegraveme de traitement drsquoair pour leur systegraveme apregraves avoir deacutetermineacute

ndash les composants requis

ndash la mesure dans laquelle un modegravele de systegraveme de traitement drsquoair existant aurait besoin drsquoecirctre affineacute pour reacutepondre agrave leurs besoins

bull agrave eacutetablir les modifications qursquoil faut apporter au systegraveme monobloc dans son ensemble pour ameacuteliorer les performances

81 Systegraveme de traitement drsquoair

Le systegraveme de traitement drsquoair doit inclure les composants neacutecessaires pour fournir de la chaleur et faire circuler de lrsquoair Les eacuteleacutements agrave prendre en compte sont des serpentins de chauffage de locaux un moteur de ventilateur une pompe et un puits de tempeacuterature Ces eacuteleacutements sont deacutecrits plus en deacutetail ci-dessous

82 Serpentins de chauffage de locaux

Les serpentins de chauffage de locaux doivent ecirctre dimensionneacutes de maniegravere approprieacutee pour que le chauffage des locaux puisse avoir lieu avec une tempeacuterature drsquoalimentation suffisamment basse et une baisse de tempeacuterature de lrsquoeau suffisante pour favoriser la condensation dans le geacuteneacuterateur de chaleur lorsque le systegraveme fonctionne en conditions de charge partielle (et ideacutealement en conditions de pleine charge eacutegalement)

Geacuteneacuteralement les serpentins quiextraient la chaleur de lrsquoeau sont conccedilus et choisis en tenant compte drsquoune baisse de tempeacuterature de lrsquoeau drsquoenviron 11 degC (20 degF) le long des serpentins aux conditions de chauffage nominales La seacutelection preacutealable du serpentin peut ecirctre faite en utilisant un logiciel deacutejagrave proposeacute par divers fabricants de serpentins Dans la plupart des cas le modegravele logiciel calcule la puissance de chauffage drsquoun

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serpentin de chauffage agrave eau chaude en se fondant sur la mesure des performances du conditionnement drsquoair pour des serpentins ayant une construction et des geacuteomeacutetries similaires Du coup la puissance de chauffage reacuteelle pour une condition nominale donneacutee peut diffeacuterer leacutegegraverement de celle preacutedite par le logiciel

Ilest recommandeacute de veacuterifier la performance reacuteelle du serpentin choisi (puissance de chauffage baisse de la tempeacuterature de lrsquoeau baisse de la pression statique sur le cocircteacute air et eau) en effectuant des essais internes Lorsque cette eacutetape a eacuteteacute exeacutecuteacutee le modegravele logiciel peut fournir une aide preacutecieuse pour seacutelectionner le serpentin et devrait proposer des indications plutocirct fiables concernant les changements de performance du serpentin aux diffeacuterentes conditions projeteacutees Les informations ainsi collecteacutees devraient ecirctre utiles pour concevoir et affiner des reacuteglages et des strateacutegies de controcircle plus eacutevolueacutes en vue drsquooptimiser le rendement du systegraveme en conditions de chauffage en charge partielle

Voici les eacuteleacutements agrave prendre en compte

Diamegravetre du serpentin drsquoeau et nombre de spires ndash Un grand diamegravetre de canalisation reacuteduira au minimum la baisse de pression de lrsquoeau ainsi que lrsquoeacutenergie utiliseacutee par le systegraveme de circulation drsquoeau Un petit diamegravetre de canalisation permettra drsquoopter pour un serpentin moins oneacutereux eacutetant donneacute qursquoil faudra moins de cuivre dans le serpentin Cependant des petits tubes neacutecessiteront une eacutenergie de pompage supeacuterieure et feront augmenter les pheacutenomegravenes drsquousure et drsquoeacuterosion des tubes si une puissance de pompe suffisante est appliqueacutee pour offrir le deacutebit drsquoeau nominal Concregravetement le fait drsquoutiliser un serpentin avec des tubes trop petits reacuteduira la puissance de chauffage fournie par le serpentin En effet le fabricant utilisera vraisemblablement le mecircme circulateur standard quel que soit le serpentin retenu Les TECA hydronic and combo guideline (Directives sur les systegravemes hydroniques et combineacutes de la TECA)1

(article 814) preacutecisent que le deacutebit de lrsquoeau qui traverse le systegraveme de chauffage ne doit pas deacutepasser quatre (4) pieds par seconde

Nombre drsquoailettes par pouce ndash Plus le nombre drsquoailettes par pouce est eacuteleveacute plus la surface de transmission de chaleur et la puissance de chauffage augmentent cela creacutee cependant une baisse de pression supeacuterieure sur le cocircteacute air du serpentin Un certain degreacute de perte de pression dans le serpentin est utile pour assurer un deacutebit drsquoair homogegravene dans le serpentin notamment dans une configuration de laquo purge raquo qui est couramment utiliseacutee dans les ventilo-convecteurs combineacutes servant au chauffage des locauxLes speacutecifications des serpentins de chauffage peuvent faire eacutetat drsquoun nombre drsquoailettes variant de 6 ailettes par pouce agrave 14 ailettes par pouce Les serpentins de chauffage hydronique standard comportent 12 ou 14 ailettes par pouce Les serpentins doteacutes drsquoun grand nombre drsquoailettes sont plus facilement encrasseacutes par de la poussiegravere

1 Thermal Environmental Comfort Association (TECA) Surrey (C-B) Hydronic amp Combo Guidelines for the Design and Installation of Hot Water Heating Systems and Combination Hot Water amp Space Heating Systems 8th Edition August 2009 (Directives concernant les systegravemes hydroniques et combineacutes conception et installation de systegravemes de chauffage drsquoeau chaude et de systegravemes combineacutes de chauffage drsquoeau chaude et de locaux 8e eacutedition aoucirct 2009) [wwwtecaca]

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ou des deacutebris Selon les reacutesultats du logiciel de modeacutelisation du serpentin la preacutesence de 12 ailettes ou mecircme 14 semble ecirctre un choix raisonnable pour un serpentin de chauffage de locaux haute performance agrave condition que le serpentin soit choisi avec une surface suffisamment importante pour maintenir la vitesse frontale de lrsquoair faible agrave la puissance de chauffage theacuteorique

Figure 5 Exemple de serpentin de chauffage de locaux laquo surdimensionneacute raquo utiliseacute dans une application de systegraveme de traitement drsquoair hydronique

83 Moteur de ventilateur

Le systegraveme de traitement drsquoair devrait utiliser un moteur de ventilateur agrave commutation eacutelectronique (MCE) et ecirctre exploiteacute en utilisant un systegraveme de controcircle agrave vitesse multiple ou agrave vitesse variable Cette option permettrait de moduler le deacutebit drsquoair et la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque le systegraveme fonctionne agrave une puissance infeacuterieure agrave sa puissance de chauffage nominale maximaleLa capaciteacute agrave utiliser un mode de circulation continu agrave faible puissance et faible vitesse serait particuliegraverement utile en cas de fonctionnement aux points de consigne de 15 et 40 pour lesquels il est primordial de collecter et de distribuer toute la chaleur reacutesiduelle des serpentins de chauffage la norme P9 tenant compte uniquement de la chaleur qui est reacuteellement transfeacutereacutee dans le courant drsquoair

La modulation du deacutebit drsquoair et de la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation permettra drsquoobtenir des tempeacuteratures drsquoair distribueacute confortables ainsi que des performances de chauffage eacuteleveacutees

Un MCE doteacute drsquoune programmation de deacutebit drsquoair constant surclassera vraisemblablement un MCE qui utilise une programmation de couple constant car le

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systegraveme compensera au moins partiellement les diffeacuterences entre les pressions statiques nominales et les pressions statiques reacuteellement eacutetablies Cette solution peut srsquoaveacuterer indispensable pour srsquoassurer que les performances de la combustion dans des conditions reacuteelles variables correspondent aux performances obtenues lors drsquoessais dans le laboratoire

Une programmation de deacutebit drsquoair constant sera probablement essentielle pour obtenir des performances acceptables dans le cas drsquoun systegraveme combineacute reacuteparti

84 Circulateurpompe

Ilest important de choisir le bon circulateur pour acheminer le deacutebit approprieacute en fonction de la pression statique eacutetablie qui sera en vigueur Les pertes de pression dans les diffeacuterents chauffe-eau agrave la demande varient Le fait drsquoutiliser un circulateur qui fournit un deacutebit trop important se traduira par une petite baisse de tempeacuterature dans le circuit drsquoeau qui traverse le serpentin et par une tempeacuterature drsquoeau de retour eacuteleveacutee vers le chauffe-eau Un deacutebit trop faible entraicircne des capaciteacutes de chauffage faibles Des circulateurs hydroniques sont offerts avec trois vitesses seacutelectionnables et des deacutebits de pompe nominaux Par contre les moteurs utiliseacutes dans les circulateurs types agrave plusieurs vitesses ne sont pas aussi efficaces que les moteurs agrave CE Des circulateurs agrave vitesse variable eacutequipeacutes de moteurs agrave CE font leur apparition sur le marcheacute mais ils ne sont pas encore couramment utiliseacutes dans les applications combineacutees

Ideacutealement les pompes de circulation des systegravemes combineacutes eacutevolueacutes devraient consister en un concept agrave modulation agrave vitesse variable capable drsquoameacuteliorer le rendement et de compenser les diffeacuterentes configurations de canalisation Ce type de concept est deacutejagrave disponible et pourrait ecirctre mis en œuvre degraves maintenant il pourrait aussi ecirctre mis de cocircteacute jusqursquoagrave ce que la prochaine geacuteneacuteration de systegravemes de chauffage combineacutes eacutevolueacutes soit mise au point Les premiers reacutesultats drsquoessais en laboratoire ont montreacute qursquoil est possible drsquoobtenir de bonnes performances conformes agrave la norme CSA P9 sans utiliser des pompes de circulation agrave vitesse variable et des commandes auxiliaires coucircteuses Agrave lrsquoavenir agrave mesure que le coucirct des circulateurs agrave vitesse variable doteacutes de moteurs agrave CE baissera et que les commandes inteacutegreacutees seront mieux accepteacutees leur utilisation dans des applications de chauffage combineacute sera plus rentable

85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)

Si lrsquoon conccediloit le reacuteseau de plomberie de maniegravere agrave pouvoir y installer des bouchons de controcircle de tempeacuterature drsquoeau et de pression les essais internes et les mesures de mise en service seront simplifieacutes De plus il sera plus facile de purger lrsquoair des circuits

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hydroniques Il est possible drsquoutiliser des sondes de tempeacuteratures monteacutees agrave lrsquoexteacuterieur pour effectuer les mesures de mise en service sur le terrain si des sections de conduites de cuivre ameacutenageacutees dans des endroits strateacutegiques sont prises en compte lors de la conception

86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau

Certains chauffe-eau agrave la demande de type chaudiegravere possegravedent des points de consignes et des algorithmes de controcircle distincts pour le chauffage des locaux et celui de lrsquoeau Drsquoautres ont besoin de savoir si la charge concerne le chauffage des locaux ou celui de lrsquoeau potable Dans ce cas on peut utiliser divers capteurs et surveiller eacutegalement les signaux transmis par un deacutebitmegravetre drsquoeau installeacute dans le reacuteseau drsquoeau potable ou un deacutebitmegravetre installeacute dans le circuit de chauffage des locaux Bon nombre de chauffe-eau agrave la demande utilisent de tels capteurs dans leurs circuits de commande de brucircleur afin de faire coiumlncider les allures de chauffe avec les chargesDans les applications combineacutees lrsquoutilisation de commandes capables de diffeacuterencier les charges deacutepend de la logique de controcircle prioritaire de demande drsquoeau chaude domestique

87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes

Les canalisations drsquoeau ameacutenageacutees entre le geacuteneacuterateur de chaleur et le systegraveme combineacute devraient ecirctre dimensionneacutees de maniegravere agrave eacuteviter des baisses de pression excessives

Toutes les canalisations en cuivre exteacuterieures doivent ecirctre isoleacutees conformeacutement aux pratiques de lrsquoindustrie Il se peut que les avantages lieacutes agrave lrsquoisolation des canalisations drsquointerraccordement ne soient pas tregraves importants si les sections de conduites sont courtes et si elles contiennent des tuyaux en polyeacutethylegravene reacuteticuleacute ou un type de conduite similaire preacutesentant moins de perte de chaleur que les conduites en cuivre

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9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes

La preacutesente section contient des directives et certaines observations agrave lrsquointention des fabricants de systegravemes de chauffage combineacutes dans le but drsquoaider ces derniers agrave mettre agrave lrsquoessai leurs systegravemes agrave lrsquointerne Lrsquoexeacutecution drsquoessais agrave lrsquointerne en utilisant un montage simplifieacute permettra aux fabricants de mieux cerner les performances de leurs concepts et commandes prototypes lorsqursquoils sont mis agrave lrsquoessai dans une installation indeacutependante conformeacutement agrave la norme CSA P9 (P10 pour les fabricants de SMI) Les essais en question ne doivent pas forceacutement ecirctre conccedilus pour geacuteneacuterer des reacutesultats de performance preacutecis agrave 100 mais ils sont consideacutereacutes comme indispensables pour le deacuteveloppement et le cycle drsquooptimisation du produit les avantages drsquoun concept et drsquoun fonctionnement de systegraveme ameacutelioreacutes pouvant rapidement sauter aux yeux lorsque lrsquoon compare les reacutesultats des essais reacutealiseacutes laquo avant raquo et laquo apregraves raquo

En geacuteneacuteral il nrsquoest pas rentable de payer un laboratoire drsquoessais indeacutependant pour proceacuteder agrave la premiegravere eacutevaluation drsquoun systegraveme de chauffage combineacute complet Les coucircts lieacutes au laboratoire et les deacutefis lieacutes aux ingeacutenieurs concepteurs qui prescrivent des reacuteglages lorsqursquoils ne sont pas sur place rendent cette option probleacutematique Des essais simplifieacutes reacutealiseacutes dans les propres locaux du fabricant permettent de srsquoassurer que les reacutesultats sont dans la plage approprieacutee degraves le deacutebut

Un scheacutema de montage drsquoessai suggeacutereacute utilisable pour effectuer des mesures conformeacutement agrave la norme CSA P9 est preacutesenteacute dans cette norme La figure 6 ci-dessous illustre une version simplifieacutee de ce scheacutema

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de la piegravece

combineacutes

Appareilsdeconditionnement

Eacutevents pour produits de combustion Appareils de

conditionnement de la piegravece

Salle drsquoessai

Isolant

Meacutelangeur

Approvisionnement en eau

Eacutevents pour air de combustion Conduite drsquoalimentation en combustible

Uniteacute drsquoessai des

systegravemes

Thermocouples Porte Fenecirctre

Mesure de la tempeacuterature et du deacutebit de lrsquoeau

Conduite drsquoair de retour

Thermocouples

Mesure de la tempeacuterature et de lrsquohumiditeacute de lrsquoair

Air drsquoappoint

Mesure du deacutebit drsquoair

Figure 6 Scheacutema simplifieacute illustrant le montage utiliseacute pour exeacutecuter les essais conformeacutement agrave la norme P9 (composants individuels du systegraveme combineacute non illustreacutes)

Le scheacutema preacutesente un dispositif de mesure de lrsquoenthalpie de lrsquoair dans un tunnel baseacute Vsur la norme ASHRAE 37 Lrsquoappareil de mesure de lrsquoair illustreacute sur la figure de la norme utilise un ajutage et un ventilateur drsquoeacutequilibrage pour pouvoir appliquer une technique de mesure du deacutebit drsquoair neacutecessitant une pression diffeacuterentielle eacuteleveacutee (entre 1 et 4 pouces drsquoeau) dans lrsquoajutage Lorsqursquoil est utiliseacute avec des manomegravetres preacutecis cet appareil offre une preacutecision de mesure eacuteleveacutee de lrsquoordre de 1 agrave 2 du deacutebit drsquoair et il geacutenegravere un deacutebit drsquoair bien meacutelangeacute qui permet de mesurer avec preacutecision la tempeacuterature du deacutebit de lrsquoair drsquoalimentation

La norme P9 preacutecise que lrsquoajutage inteacutegreacute agrave lrsquoappareil de mesure de lrsquoenthalpie de lrsquoair en tunnel constitue une meacutethode acceptable pour mesurer le deacutebit drsquoair tout en approuvant expresseacutement (article 36) lrsquoapplication drsquoautres processus de mesure du deacutebit drsquoair agrave condition que les limites de preacutecision mentionneacutees dans la norme soient satisfaites Ceci donne la possibiliteacute drsquoutiliser une technique de mesure du deacutebit drsquoair plus directe ne neacutecessitant pas lrsquoutilisation drsquoun appareil comportant un ventilateur drsquoeacutequilibrage Dans certains cas lrsquoutilisation drsquoune chambre de mesure de deacutebit avec un ventilateur drsquoeacutequilibrage pour reacutegler la pression statique de la conduite drsquoair drsquoalimentation a impliqueacute des problegravemes de stabiliteacute avec des moteurs agrave CE qui ont eacuteteacute

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programmeacutes pour un deacutebit drsquoair constant il est donc avantageux drsquoeacuteviter les ventilateurs drsquoeacutequilibrage

91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz

De nombreux fabricants concevant des systegravemes combineacutes eacutevolueacutes integravegreront des instruments conccedilus pour mesurer la consommation drsquoeacutenergie eacutelectrique la consommation du combustible les performances de combustion la tempeacuterature et la pression (pression du collecteur de gaz pression statique des conduites etc) Si de tels eacutequipements de mesure ne sont pas offerts ilest recommandeacute de les preacutevoirLes compteurs de facturation des compagnies de gaz et drsquoeacutelectriciteacute devraient offrir une preacutecision et une reacutesolution suffisantes pour les essais de deacuteveloppement du produit

92 Enregistreur de donneacutees

Les fabricants devront eacutegalement avoir accegraves agrave un systegraveme drsquoenregistrement de donneacutees dans le cadre de leur travail Il est conseilleacute de preacutevoir un enregistreur qui offre une preacutecision et un nombre de canaux de mesures suffisants pour les tacircches agrave accomplir On estime qursquoil faudra environ huit (8) canaux pour mesurer la tempeacuterature plus quelques canaux analogiques ou numeacuteriques pour prendre en compte les donneacutees des deacutebitmegravetres des transducteurs de pression etc (analogiques ou numeacuteriques selon lrsquoinstrument de mesure seacutelectionneacute) De nombreux fournisseurs proposent un large eacuteventail drsquoenregistreurs de donneacutees Campbell Scientific Fluke Instruments Omega et Measurement Computing (personal DAQ) figurent parmi les fabricants qui proposent des enregistreurs de donneacutees de petite eacutechelle pouvant ecirctre pris en compte Il est recommandeacute de se pencher sur lrsquoassistant logiciel de lrsquoenregistreur de donneacutees seacutelectionneacute au moment drsquoeacutevaluer lrsquoeacutequipement Si le fabricant ne souhaite pas investir dans un enregistreur de donneacutees la location demeure une option mecircme si les eacuteconomies preacutevues dans le cas drsquoune location agrave court terme semblent ecirctre faibles

93 Deacutebit drsquoair

Pour mesurer le deacutebit drsquoair pendant les essais agrave lrsquointerne il est recommandeacute drsquoutiliser une grille de deacutebit drsquoair avec eacutetablissement de moyenne installeacutee dans la conduite drsquoair drsquoalimentation en conjonction avec un manomegravetre diffeacuterentiel de preacutecision De nombreux fournisseurs proposent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans un large eacuteventail de tailles et ces deacutebitmegravetres sont relativement peu chers car ils sont souvent utiliseacutes dans des systegravemes commerciaux de chauffage et de refroidissement agrave deacutebit drsquoair variable Si lrsquoon fait une recherche dans Google en utilisant le segment laquo deacutebitmegravetres drsquoair raquo on trouve plusieurs fournisseurs et liens permettant

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drsquoobtenir de plus amples informations sur le sujet Nailor Industries Inc et Dwyer Instruments sont deux socieacuteteacutes quioffrent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans une grande varieacuteteacute de tailles de conduites

94 Manomegravetres

On trouve eacutegalement de nombreux manomegravetres diffeacuterentiels sur le marcheacute dont les modegraveles varient des manomegravetres agrave tube inclineacute aux transducteurs numeacuteriques de preacutecision Il est important de bien faire correspondre la plage de mesure du transducteur ou du manomegravetre avec la pression fournie par le deacutebitmegravetre sur la plage de deacutebits drsquoair preacutevue Dans le cas des transducteurs numeacuteriques des instruments capacitifs sont reacuteputeacutes bien fonctionner dans la plage de pression diffeacuterentielle basse qui serait normalement prescrite (environ 05 pouce de diffeacuterence de colonne drsquoeau) Setra Instruments MKS Instruments (Baratron) Dwyer Instruments et drsquoautres socieacuteteacutes proposent des transducteurs de pression diffeacuterentielle capacitifs plage basse adapteacutes

95 Tempeacuteratures

Les tempeacuteratures drsquoair drsquoarriveacutee et de sortie peuvent ecirctre mesureacutees en utilisant des thermocouples des thermistances ou des capteurs de conduite geacuteneacuterant une valeur moyenne Du fait de son bas coucirct de sa faciliteacute drsquoutilisation et de sa preacutesence agrave grande eacutechelle sur le marcheacute le thermocouple semble ecirctre lrsquoinstrument approprieacute pour cette application Il est possible de fabriquer un reacuteseau de thermocouples agrave partir drsquoune bobine de fil de thermocouple et de les raccorder entre eux en parallegravele de maniegravere agrave geacuteneacuterer une seule donneacutee repreacutesentant la valeur moyenne De nombreux fournisseurs offrent des fils agrave thermocouple notamment les socieacuteteacutes Thermo Electric Company Inc Omega Inc Watlow Inc etc Il est eacutegalement possible de fabriquer des sondes de tempeacuterature agrave partir des mecircmes fils de thermocouple pour surveiller drsquoautres paramegravetres tels que les tempeacuteratures drsquoeau Il est important de bien utiliser un fil agrave thermocouple plutocirct qursquoun fil de rallonge de lrsquoeacutechelle de mesure identique mais moins preacutecis

96 Mesures du cocircteacute eau

Pour effectuer des mesures du cocircteacute eau dans les serpentins il est neacutecessaire de posseacuteder un deacutebitmegravetre et des sondes de tempeacuterature Ces mesures pourraient ecirctre reacutealiseacutees en utilisant des capteurs distincts (deacutebitmegravetre drsquoeau et sondes de tempeacuterature distinctes par exemple) Il est important de srsquoassurer que lrsquoinsertion drsquoun deacutebitmegravetre dans la boucle drsquoeau ne modifie pas le deacutebit de la pompe de circulation Cela est particuliegraverement important avec des circulateurs agrave faible puissance geacuteneacuteralement utiliseacutes dans des applications combineacutees pour lesquelles lrsquoinstallation drsquoun deacutebitmegravetre agrave turbine conventionnel agrave baisse de pression eacuteleveacutee peut restreindre le deacutebit drsquoeau Ilexiste des deacutebitmegravetres preacutecis sans perte de pression eacuteleveacutee Certains appareils

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peuvent ecirctre acheteacutes deacutejagrave conditionneacutes avec des sondes de tempeacuterature en guise de laquo compteurs drsquoeacutenergie raquo Ils mesurent simultaneacutement les tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de lrsquoeau de retour ainsi que le deacutebit de lrsquoeau et calculent directement le flux drsquoeacutenergie en srsquoappuyant sur ces mesuresKamstrup Siemens Badger Meters Elster Metering ABB Meters et drsquoautres socieacuteteacutes offrent ce type drsquoappareils Les compteurs drsquoeacutenergie autonomes sont habituellement configureacutes avec certains dispositifs permettant de lire les diffeacuterents paramegravetres ainsi que les flux drsquoeacutenergie calculeacutes La plupart offre une fonction de stockage des donneacutees internes etou des sorties numeacuteriques pouvant ecirctre interfaceacutees avec des enregistreurs de donneacutees externes

97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne

La norme CSA P9 exige que le chauffage des locaux soit deacutefini en utilisant deux mesures (cocircteacute air et cocircteacute eau) avec une entente dans une toleacuterance acceptable pour la mise agrave lrsquoessai du systegraveme de chauffage de locaux agrave pleine capaciteacute constant Dans le cas des mesures agrave lrsquointerne entreprises par un fabricant dans le cadre drsquoun projet de deacuteveloppement de produit cibleacute lrsquoentente entre les mesures du cocircteacute air et du cocircteacute eau nrsquoest pas forceacutement requise On suggegravere aux fabricants de se concentrer sur les mesures qui ciblent la strateacutegie de controcircle ou de composant propre agrave lrsquoeacutetude Par exemple si des strateacutegies diffeacuterentes de temporisation du ventilateur ou laquo apregraves fonctionnement raquo sont eacutevalueacutees il est bien plus important de se concentrer sur les mesures du cocircteacute air que drsquoessayer drsquoatteindre un eacutequilibre entre le cocircteacute air et le cocircteacute eau Selon la quantiteacute drsquoeacutenergie laisseacutee dans le serpentin drsquoeau lorsque le ventilateur de soufflante srsquoarrecircte et drsquoautres pertes drsquoeacutenergie du systegraveme il est possible qursquoil nrsquoy ait pas drsquoeacutequilibre drsquoeacutenergie entre les mesures du cocircteacute air et les mesures du cocircteacute eau mecircme avec un instrument des mesures et des calculs laquo parfaits raquo

La norme CSA P9 exige une mesure du deacutebit drsquoair et des tempeacuteratures au moins toutes les cinq (5) secondes Dans le cas des essais agrave lrsquointerne cette freacutequence pourrait ecirctre assouplie pour certaines eacutetapes drsquoessai Par ailleurs une conformiteacute totale agrave la norme P9 suppose un controcircle preacutecis de la tempeacuterature de la salle drsquoessai ougrave se trouve le systegraveme combineacute en vue des essais ainsiqursquoun controcircle preacutecis de la tempeacuterature de lrsquoeau de la ville Dans le cas des essais de deacuteveloppement agrave lrsquointerne ces exigences peuvent eacutegalement ecirctre assouplies agrave condition que les tempeacuteratures ne varient pas trop pendant les essais Un espace commercial conditionneacute ayant une dimension raisonnable ferait lrsquoaffaire au moins pour les phases drsquoessai et de deacuteveloppement initiales

Ressources naturelles Canada CanmetEacuteNERGIE Guide agrave lrsquoattention des fabricants drsquoappareils de chauffage combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessai conformeacutement agrave la norme CSA P9

40

Flue(combustionmeasurements)

SupplyAirtoSpaceHeatingPlenum

(optionalzonedampers)

ReturnAir

CityWater

TanklessWaterHeater

HotWaterSupplyfromWaterHeater

DHW

CoolWaterreturntoWaterheater

Temperaturemeasurementpoints

Fuelmeter

Flowmeter

Electricalmeteringnotshown

Circulator

98 Agencement des instruments

La figure 7 preacutesente un scheacutema simplifieacute permettant drsquoillustrer lrsquoagencement geacuteneacuteral des emplacements et des paramegravetres de mesure en vue de la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute de chauffe-eau instantaneacute agrave condensation Le deacutebit drsquoair qui traverse la conduite drsquoalimentation du systegraveme de traitement drsquoair sera surveilleacute en utilisant un deacutebitmegravetre agrave valeur moyenne et un manomegravetre (non illustreacute) tel que cela est deacutecrit agrave lrsquoarticle 73

T

T

T T

T T

Alimentation en eau chaude provenant du chauffe-eau

Conduit (mesures de combustion)

Eau chaude domestique

Systegraveme de mesure du combustible

Air dereprise

Retourde lrsquoeau froide vers lechauffe-eau

Chauffe-eau instantaneacute

Air drsquoalimentation achemineacute versle pleacutenum de chauffage(registres de zone facultatifs)

Eau municipale

Deacutebitmegravetre

T

(compteur eacutelectrique non illustreacute)

Points de mesure de la tempeacuterature Circulateur

Figure 8 Scheacutema de mesure simplifieacute applicable agrave la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute baseacute sur un chauffe-eau instantaneacute

Ressources naturelles Canada CanmetEacuteNERGIE 41 Guide agrave lrsquoattention des fabricants drsquoappareils de chauffage combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessai conformeacutement agrave la norme CSA P9

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CanmetEacuteNERGIE CanmetEacuteNERGIE de Ressources naturelles Canada est un chef de file canadien dans le domaine de la recherche et deacuteveloppement en eacutenergie propre Les travaux de nos speacutecialistes portent sur lrsquoapprovisionnement drsquoeacutenergie propre agrave partir de combustibles fossiles et de sources renouvelables la gestion de lrsquoeacutenergie et les systegravemes de distribution ainsi que sur les technologies et processus avanceacutes pour les utilisations finales En veillant agrave ce que le Canada soit agrave la fine pointe des technologies sur lrsquoeacutenergie propre nous ameacuteliorons la qualiteacute de vie des Canadiens en creacuteant un avantage durable en matiegravere de ressources

Bureau central Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) 580 rue Booth 1 promenade Oil Patch 1 promenade Haanel 161 boulevard Lionel-Boulet Ottawa (Ontario) Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) Canada Canada Canada Canada K1A 0E4 T9G 1A8 K1A 1M1 J3X 1S6

  • Guide pour les fabricants drsquoappareils de chauffage combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessai conformeacutement agrave la norme CSA P9
    • Remerciements
    • 1 Reacutesumeacute
    • 2 Systegravemes agrave zones
    • Table des matiegraveres
    • Liste des tableaux et figures
    • 3 Contexte
      • 31 Objet
      • 32 Public cible
      • 33 Marcheacute
      • 34 Pratiques en vigueur dans lrsquoindustrie
      • 35 Expeacuterience en matiegravere drsquoeacutevaluation
      • 36 Deacutefi principal Utiliser des chauffe-eau pour chauffer des locaux de maniegravere eacuteconergeacutetique
      • 37 Approche par eacutetapes
        • 4 Charges de calcul ndash performances selon la norme CSA p9
          • 41 Facteur de performance thermique (FPT)
          • 42 Chauffage de lrsquoeau
          • 43 Chauffage des locaux
          • 44 Importance relative des charges de chauffage des locaux et de lrsquoeau
            • 5 Chauffage de lrsquoeau domestique
            • 6 Conception des systegravemes combineacutes
              • 61 Incidence des pondeacuterations de charge
                • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                • Reacuteduction des tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour
                  • 62 Strateacutegies de conception
                  • 63 Strateacutegie 1 Tempeacuterature drsquoeau constante
                    • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                    • Serpentin(s) de chauffage des locaux
                    • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                    • Illustration des performances selon la norme P9
                    • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                      • 64 Strateacutegie 2 Tempeacuterature drsquoeau variable
                        • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                        • Serpentin(s) de chauffage de locaux
                        • Conditions de chauffage de locaux en charge partielle
                        • Illustration des performances P9
                        • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                            • 7 Commandes
                              • Commandes indirectes baseacutees sur la tempeacuterature
                              • Commandes indirectes baseacutees sur le minuteur
                              • Controcircle direct
                              • Chauffe-eau -Mode de chauffage de lrsquoeau du robinet
                                • 8 Composants
                                  • 81 Systegraveme de traitement drsquoair
                                  • 82 Serpentins de chauffage de locaux
                                  • 83 Moteur de ventilateur
                                  • 84 Circulateurpompe
                                  • 85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)
                                  • 86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau
                                  • 87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes
                                    • 9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes
                                      • 91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz
                                      • 92 Enregistreur de donneacutees
                                      • 93 Deacutebit drsquoair
                                      • 94 Manomegravetres
                                      • 95 Tempeacuteratures
                                      • 96 Mesures du cocircteacute eau
                                      • 97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne
                                      • 98 Agencement des instruments
Page 23: Guide pour les fabricants d’appareils de chauffage ...€¦ · Le présent rapport explique comment la norme d’essai P.9 pondère le rendement dans différents modes de fonctionnement

Nous allons passer en revue deux concepts de systegravemes combineacutes

bull la strateacutegie 1 utilise une tempeacuterature drsquoeau constante pour toutes les charges

bull la strateacutegie 2 consiste agrave faire varier la tempeacuterature de lrsquoeau en fonction de la charge

La premiegravere strateacutegie est celle qui neacutecessite le moins de changement compareacute aux pratiques actuelles elle correspond souvent au premier reacuteflexe Elle est preacutesenteacutee icidans le but principalde mettre en lumiegravere certains deacutefis inheacuterents en matiegravere de performance

La deuxiegraveme strateacutegie repreacutesente une option bien plus rentable pour atteindre des niveaux de performance eacuteleveacutes tant sur le terrain que lors des essais exeacutecuteacutes conformeacutement agrave la norme CSA P9 Lrsquoexpeacuterience montre qursquoelle offre un niveau de performance eacuteleveacute agrave un coucirct moindre pour le fabricant

Le fait drsquoutiliser une pompe agrave vitesse variable dans le systegraveme de traitement de lrsquoair peut eacutegalement ameacuteliorer le rendement eacutenergeacutetique La strateacutegie 2 est axeacutee sur une tempeacuterature drsquoalimentation variable les chauffe-eau agrave la demande pouvant offrir cette fonction plus rapidement Il est peu courant de voir des pompes agrave vitesse variable dans les appareils de traitement de lrsquoair pour lrsquoinstant

Pour ces exemples

bull les deux types de systegravemes combineacutes seront preacutesenteacutes en utilisant le mecircme chauffe-eau agrave la demande agrave condensation et agrave modulation

bull les pondeacuterations de performance FPT applicables agrave un systegraveme combineacute preacutesentant une charge nominale de chauffage de locaux de 10 kW seront utiliseacutees agrave titre indicatif pour illustrer chacune de ces strateacutegies

63 Strateacutegie 1 Tempeacuterature drsquoeau constante

Ce systegraveme de chauffage combineacute respecte la regravegle eacutetablie et preacutevoit uniquement lrsquoutilisation de composants plus efficaces pour ameacuteliorer les performancesIlarrive qursquoil soit souvent consideacutereacute en premier lieu car les commandes peuvent rester telles quelles dans un systegraveme pour lequel un fabricant fournit le chauffe-eau agrave la demande tandis qursquoun autre fabricant fournit le systegraveme de traitement drsquoair

Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair Le chauffe-eau ne sait pas si une demande concerne un chauffage de lrsquoeau ou un chauffage de locaux Il deacutetecte une demande et fournit de lrsquoeau chaude agrave une tempeacuterature constante Pour satisfaire la charge de chauffage de pointe des locaux il est geacuteneacuteralement reacutegleacute agrave 60 degC (140 degF) Le systegraveme de traitement drsquoair ne contribue pas eacutenormeacutement agrave faire grimper la puissance de chauffage de locaux Il utilise geacuteneacuteralement

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un ou deux reacuteglages de vitesse de ventilateur soufflant Eacutetant donneacute que le fonctionnement prolongeacute drsquoun ventilateur apregraves qursquoune demande de chauffage a eacuteteacute satisfaite peut entraicircner des problegravemes de confort dus agrave des courants drsquoair froid le fonctionnement subseacutequent du ventilateur ne sera pas mis en œuvre ou sera mis en œuvre en utilisant uniquement des temps de fonctionnement courts Dans les deux sceacutenarios la chaleur sera retenue dans le serpentin et les conduites pour se dissiper par la suite pendant les peacuteriodes de deacutesactivation

Serpentin(s) de chauffage des locaux Si lrsquoon veut amplifier lrsquoefficaciteacute eacutenergeacutetique du systegraveme en mode de chauffage des locaux ilest impeacuteratif de reacuteduire au minimum les tempeacuteratures de lrsquoeau de retourDes serpentins laquo surdimensionneacutes raquo ont eacuteteacute conccedilus en vue drsquooptimiser la baisse de tempeacuterature dans lrsquoeacutechangeur de chaleur en conditions de chauffage des locaux

Conditions de chauffage des locaux en charge partielle Le systegraveme de traitement drsquoair se met en route et srsquoarrecircte pour srsquoadapter aux conditions de charge partielle ce qui a pour effet de deacuteclencher des demandes associeacutees sur le chauffe-eau

Illustration des performances selon la norme P9 Le tableau 5 donne un aperccedilu theacuteorique du type de performance que lrsquoon pourrait geacuteneacuteralement obtenir en utilisant une strateacutegie impliquant un point de consigne de tempeacuterature unique

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Tableau 5 Performances drsquoun systegraveme combineacute theacuteorique affichant une puissance de chauffage des locaux de 10 kW en utilisant une strateacutegie simple de commande de point de consigne de tempeacuterature drsquoeau unique (capaciteacute de chauffage des locaux compenseacutee par des cycles de marche-arrecirct)

Mode de fonctionne -ment

Pondeacuter-ation

Temp de lrsquoeau drsquoalimentati on (degF)

Temp de lrsquoeau de retour du reacuteseau principal (degF)

Deacutebit du systegraveme de traitement drsquoair (pi3min)

Mesure de la performance eacutenergeacutetique mode activeacute deacutesactiveacute ()

Contribution FPT

Chauffage des locaux 100

8 140 120 800 85 007

Chauffage des locaux 40

49 140 120 800 80 039

Chauffage des locaux 15

25 140 120 800 75 018

Chauffage de lrsquoeau

18 140 58 mdash 92 017

Total 100 081

Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables bull Performances globales Une cote de facteur de performance totale (FPT) de 092

placerait le systegraveme combineacute dans la plage des performances eacuteleveacutees

bull Performances en mode de chauffage de lrsquoeau Comme dans le cas du sceacutenario impliquant un point de consigne de tempeacuterature unique le systegraveme assure une condensation en mode de chauffage de lrsquoeau avec un FPCE de 92 Il serait possible drsquoameacuteliorer leacutegegraverement lrsquoefficaciteacute du systegraveme de chauffage de lrsquoeau si un point de consigne de tempeacuterature de lrsquoeau infeacuterieur agrave la valeur de 140 degF utiliseacutee dans le premier cas de figure eacutetait appliqueacute La norme P9 permet drsquoutiliser un point de consigne pouvant descendre jusqursquoagrave 120 degF dans le cas de lrsquoeau potable La tempeacuterature de consigne nrsquoa plus besoin drsquoecirctre la mecircme que celle requise pour une charge de chauffage de locaux maximale il est donc possible de la reacuteduire agrave la plage de 120 degF Pour simplifier la comparaison des deux systegravemes dans les tableaux 5 et 6 aucun point de consigne de systegraveme de chauffage drsquoeau potable reacuteduit nrsquoa pas eacuteteacute inclus dans le tableau 6

Ressources naturelles Canada CanmetEacuteNERGIE 20 Guide agrave lrsquoattention des fabricants drsquoappareils de chauffage combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessai conformeacutement agrave la norme CSA P9

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge totale Dans ce mode le rendement eacutenergeacutetique est plus faible La tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation doit ecirctre au plus haut pour satisfaire la charge la tempeacuterature de lrsquoeau de retour sera donc elle aussiplus eacuteleveacutee dans ce modeComme le systegraveme fonctionnera rarement dans ce mode cette mauvaise performance ne repreacutesente qursquoune petite fraction de la pondeacuteration FPT

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge partielle Les tempeacuteratures drsquoalimentation du systegraveme de chauffage de lrsquoeau sont abaisseacutees progressivement pour satisfaire des demandes en charge partielle moindres Les tempeacuteratures peuvent ecirctre abaisseacutees bien en deccedilagrave du reacuteglage preacutevu pour le chauffage de lrsquoeau du robinet Cette condition se traduit par des tempeacuteratures drsquoeau de retour plus basses qursquoen conditions de charge totale Ces deux facteurs font que lrsquoefficaciteacute est plus importante en conditions de charge partielle qursquoen conditions de charge totale Le chauffe-eau fonctionnera en mode de condensation pour les deux points de charge de chauffage de locaux (40 et 15 )

bull Vitesse de ventilateur Eacutetant donneacute que la puissance de chauffage requise diminue la vitesse de ventilateur diminue aussiCela se traduit par un niveau sonore reacuteduit un fonctionnement du ventilateur plus long avec des cycles moins freacutequents et une reacuteduction importante de la consommation drsquoeacutenergie Cette condition peut aussi reacuteduire les plaintes lieacutees au confort le fonctionnement plus long agrave des deacutebits drsquoair reacuteduits ameacuteliorant la reacutepartition de lrsquoair chaud pendant les saisons intermeacutediaires

bull Controcircle de la tempeacuterature de lrsquoair inteacuterieur Le fait de moduler la puissance de chauffage en faisant varier la tempeacuterature de lrsquoeau et la vitesse du ventilateur peut se traduire par une tempeacuterature drsquoair inteacuterieur plus homogegravene avec des eacutecarts de tempeacuteratures moins grands au-dessus et au-dessous des points de consigne du thermostat Ce pheacutenomegravene pourrait inciter les proprieacutetaires de reacutesidence agrave augmenter le point de consigne de chauffage pour eacutetablir des conditions de confort acceptables

bull Incidences sur le zonage Le zonage sera plus compliqueacute avec un systegraveme affichant une puissance fixe et une vitesse de ventilateur unique

Ilest possible drsquoameacuteliorer la strateacutegie 1 en augmentant encore la dimension drsquoun serpentin deacutejagrave surdimensionneacute dans le systegraveme de traitement drsquoair Cette option implique toutefois des limites pratiques car des serpentins bien plus grands neacutecessiteront une plus grande quantiteacute de cuivre et un formage plus important et cela accentuera le coucirct total du systegraveme sans compter qursquoil faudra aussi preacutevoir des armoires plus grandes pour le systegraveme de traitement drsquoair De plus les pertes de chaleur par cycle augmenteront et il sera plus difficile drsquoobtenir des performances eacuteleveacutees en charge partielle Le fait drsquoappliquer la strateacutegie 1 agrave un systegraveme de chauffage combineacute agrave haute performance peut srsquoaveacuterer trop oneacutereux pour valoir le coup

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64 Strateacutegie 2 Tempeacuterature drsquoeau variable

Cette meacutethode est identique agrave celle appliqueacutee dans les appareils de chauffage agrave air chaud multieacutetage Le principe consiste agrave faire fonctionner le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair ensemble pour optimiser le rendement eacutenergeacutetique tout en reacuteduisant au minimum le coucirct et la complexiteacute des composants

Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair Cette strateacutegie consiste agrave exploiter avantageusement la capaciteacute inteacutegreacutee du chauffe-eau pour faire varier la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation La tempeacuterature du point de consigne du chauffe-eau varie en fonction de la charge de chauffage des locaux On utilise des reacuteglages de tempeacuterature drsquoeau drsquoalimentation faibles pour satisfaire aux conditions de chauffage des locaux en charge partielle On fait eacutegalement varier les vitesses du ventilateur du systegraveme de traitement drsquoair en srsquoappuyant sur un principe de controcircle de reacuteglage exteacuterieur ou de minuterie pour augmenter les paramegravetres Lorsqursquoune demande de chaleur a eacuteteacute satisfaite le ventilateur continue de fonctionner agrave des vitesses reacuteduites pour eacuteviter les problegravemes lieacutes aux courants froids et au bruit Du coup le serpentin et les conduites retiennent moins de chaleur et on deacuteplore moins de perte de chaleur par la suite compareacute au premier cas de figure Le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair doivent tous deux cerner la demande qursquoils sont censeacutes satisfaire Leurs commandes ne doivent pas pour autant ecirctre physiquement inteacutegreacutees drsquoune faccedilon ou drsquoune autre Cette strateacutegie de controcircle est traiteacutee plus en deacutetail agrave la section 40

Serpentin(s) de chauffage de locaux Pour simplifier la comparaison nous partirons du principe que des serpentins laquo surdimensionneacutes raquo similaires sont utiliseacutes comme dans le premier cas de figure de sorte que les performances du chauffage de pointe des locaux soient identiques dans les deux cas

Conditions de chauffage de locaux en charge partielle Le chauffe-eau relegraveve une demande de chauffage de locaux et se met en route en acheminant une eau drsquoalimentation agrave basse tempeacuterature au systegraveme de traitement drsquoair Si la demande de chauffage nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute le chauffe-eau augmente progressivement la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation Le systegraveme de traitement drsquoair surveille la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation et augmente progressivement la vitesse du ventilateur lorsque la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation est plus eacuteleveacutee

Illustration des performances P9 Le tableau 6 donne une preacutesentation theacuteorique du type de rendement que lrsquoon peut obtenir en appliquant une strateacutegie de controcircle simple mettant en œuvre des

Ressources naturelles Canada CanmetEacuteNERGIE Guide agrave lrsquoattention des fabricants drsquoappareils de chauffage combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessai conformeacutement agrave la norme CSA P9

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tempeacuteratures drsquoeau et des vitesses de ventilateur variables Les tempeacuteratures et les deacutebits drsquoair du ventilateur preacutesenteacutes dans le tableau 6 ont eacuteteacute choisis agrave titre indicatif uniquement Ils ne repreacutesentent pas des reacuteglages pleinement optimiseacutes applicables agrave un systegraveme de chauffage combineacute

Tableau 6 Performances drsquoun systegraveme de chauffage combineacute theacuteorique offrant une puissance de chauffage des locaux de 10 kW en utilisant une strateacutegie de controcircle de tempeacuteratures drsquoeau et de vitesses de ventilateur variables (variation de la capaciteacute de chauffage des locaux par modulation du deacutebit drsquoair et de la tempeacuterature de lrsquoeau)

Mode de fonctionne -ment

Pondeacuter-ation

Temp de lrsquoeau drsquoalimen-tation (degF)

Temp de lrsquoeau de retour du reacuteseau principal (degF)

Deacutebit du systegraveme de traitement drsquoair (pi3min)

Mesure de la performance eacutenergeacutetique mode activeacute deacutesactiveacute ()

Contribution FPT

Chauffage des locaux 100

8 140 120 800 85 007

Chauffage des locaux 40

49 110 102 600 92 045

Chauffage des locaux 15

25 90 87 500 94 023

Chauffage de lrsquoeau

18 140 58 --- 92 016

Total 100 092

Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables bull Performances globales Une cote de facteur de performance totale (FPT) de 092

placerait le systegraveme combineacute dans la plage des performances eacuteleveacutees

bull Performances en mode de chauffage de lrsquoeau Comme dans le cas du sceacutenario impliquant un point de consigne de tempeacuterature unique le systegraveme assure une condensation en mode de chauffage de lrsquoeau avec un FPCE de 92 Il serait possible drsquoameacuteliorer leacutegegraverement lrsquoefficaciteacute du systegraveme de chauffage de lrsquoeau si un point de consigne de tempeacuterature de lrsquoeau infeacuterieur agrave la valeur de 140 degF utiliseacutee dans le premier cas de figure eacutetait appliqueacute La norme P9 permet drsquoutiliser un point de

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consigne pouvant descendre jusqursquoagrave 120 degF dans le cas de lrsquoeau potable La tempeacuterature de consigne nrsquoa plus besoin drsquoecirctre la mecircme que celle requise pour une charge de chauffage de locaux maximale il est donc possible de la reacuteduire agrave la plage de 120 degF Pour simplifier la comparaison des deux systegravemes dans les tableaux 5 et 6 aucun point de consigne de systegraveme de chauffage drsquoeau potable reacuteduit nrsquoa pas eacuteteacute inclus dans le tableau 6

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge totale Dans ce mode le rendement eacutenergeacutetique est plus faible La tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation doit ecirctre au plus haut pour satisfaire la charge la tempeacuterature de lrsquoeau de retour sera donc elle aussi plus eacuteleveacutee dans ce mode Comme le systegraveme fonctionnera rarement dans ce mode cette mauvaise performance ne repreacutesente qursquoune petite fraction de la pondeacuteration FPT

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge partielle Les tempeacuteratures drsquoalimentation du systegraveme de chauffage de lrsquoeau sont abaisseacutees progressivement pour satisfaire des demandes en charge partielle moindres Les tempeacuteratures peuvent ecirctre abaisseacutees bien en deccedilagrave du reacuteglage preacutevu pour le chauffage de lrsquoeau du robinet Cette condition se traduit par des tempeacuteratures drsquoeau de retour plus basses qursquoen conditions de charge totale Ces deux facteurs font que lrsquoefficaciteacute est plus importante en conditions de charge partielle qursquoen conditions de charge totale Le chauffe-eau fonctionnera en mode de condensation pour les deux points de charge de chauffage de locaux (40 et 15 )

bull Vitesse de ventilateur Eacutetant donneacute que la puissance de chauffage requise diminue la vitesse de ventilateur diminue aussiCela se traduit par un niveau sonore reacuteduit un fonctionnement du ventilateur plus long avec des cycles moins freacutequents et une reacuteduction importante de la consommation drsquoeacutenergie Cette condition peut aussi reacuteduire les plaintes lieacutees au confort le fonctionnement plus long agrave des deacutebits drsquoair reacuteduits ameacuteliorant la reacutepartition de lrsquoair chaud pendant les saisons intermeacutediaires

bull Controcircle de la tempeacuterature de lrsquoair inteacuterieur Le fait de moduler la puissance de chauffage en faisant varier la tempeacuterature de lrsquoeau et la vitesse du ventilateur peut se traduire par une tempeacuterature drsquoair inteacuterieur plus homogegravene avec des eacutecarts de tempeacuteratures moins grands au-dessus et au-dessous des points de consigne du thermostat

La strateacutegie 2 (tempeacuterature drsquoeau variable) peut donner lieu agrave lrsquoeacutelaboration drsquoun systegraveme de chauffage combineacute efficace preacutesentant de bonnes performances lorsqursquoil est mis agrave lrsquoessai selon la norme CSA P9 et lorsqursquoil est installeacute dans une vraie reacutesidence Les niveaux de performance varieront en fonction des composants seacutelectionneacutes et des speacutecificiteacutes de lrsquoordonnancement des commandes

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7 Commandes

Les commandes geacuteneacuteriques exigeacutees pour mettre en œuvre la strateacutegie privileacutegieacutee impliquant une tempeacuterature variable quia eacuteteacute deacutecrite dans la derniegravere section peuvent srsquoaveacuterer relativement simples Quelques chauffe-eau agrave la demande proposent deacutejagrave des commandes de reacuteglage de tempeacuterature Les commandes de tempeacuterature des chauffe-eau agrave la demande types ne sont toutefois pas systeacutematiquement configureacutees pour offrir une fonction de reacuteglage de tempeacuterature baseacutee sur la charge Quasiment tous les chauffe-eau agrave la demande actuellement disponibles sont eacutequipeacutes pour accueillir des commandes de tempeacuterature inteacutegreacutees ou monteacutees agrave distance permettant agrave lrsquoutilisateur de reacutegler manuellement la tempeacuterature drsquoalimentation agrave partir du chauffe-eau

En principe il devrait ecirctre possible de concevoir un module drsquointerface de commande simple qui viendrait se brancher dans les fiches de connexion de la commande de tempeacuterature existante La nouvelle commande simulerait lrsquoaction du controcircleur de tempeacuterature standard reacutegleacute manuellement de maniegravere agrave offrir une fonction de reacuteinitialisation de tempeacuterature automatique du chauffe-eau Toutes les commandes de seacutecuriteacute resteraient fonctionnelles

Une strateacutegie de controcircle simple peut offrir des performances eacuteleveacutees Les facteurs cleacutes agrave prendre en compte sont les suivants

bull deacuteterminer si une demande tient compte des besoins en chauffage drsquoeau chaude domestique

bull en mode de chauffage des locaux uniquement utiliser une minuterie ou un controcircle de reacuteglage exteacuterieur (ou un capteur de charge infeacuterentielle similaire) pour faire augmenter progressivement la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation

bull preacutevoir un systegraveme de traitement drsquoair faisant varier le deacutebit drsquoair en fonction de la tempeacuterature de lrsquoeau qui arrive dans lrsquoappareil du deacutelai pendant lequel une demande de chauffage perdure ou drsquoun signal direct du capteur de commande de charge

Ilest inteacuteressant de souligner que le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair nrsquoont pas besoin de communiquer directement ni de posseacuteder des commandes communes pour mettre en œuvre certaines des strateacutegies de controcircle deacutecrites

Lorsque les commandes du systegraveme deacutetectent qursquoune demande de chauffage a eacuteteacute satisfaite le systegraveme de traitement drsquoair devrait continuer de fonctionner suffisamment longtemps pour extraire toute la chaleur reacutesiduelle du serpentin et la transfeacuterer vers le courant drsquoair Pour eacuteviter les problegravemes de confort thermique il est souhaitable de reacuteduire la vitesse du ventilateur pendant cette peacuteriode de temporisation de la

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ventilation Le fonctionnement continu du ventilateur avec un reacuteglage de vitesse faible offrira automatiquement cette fonctionnaliteacute sans neacutecessiter de quelconques commandes intelligentes Cette option aurait lrsquoavantage suppleacutementaire drsquoassurer une reacutepartition de la tempeacuterature uniforme agrave lrsquointeacuterieur de la reacutesidence Elle serait eacutegalement utile pour reacutepartir lrsquoair frais si le systegraveme combineacute est installeacute avec un ventilateur-reacutecupeacuterateur de chaleur (VRC) ou un autre type de systegraveme de ventilation

Des commandes soigneusement conccedilues contribueront en bout de ligne agrave assurer ou reacutetablir lrsquoefficaciteacute du systegraveme combineacute Les commandes devraient ecirctre en mesure de deacuteterminer srsquoil y a une demande de chauffage des locaux ou de chauffage de lrsquoeau ou une demande concernant les deux modes Les commandes devront deacuteterminer lrsquoamplitude de chaque charge et reacutepondre de maniegravere approprieacutee en faisant varier certains paramegravetres agrave la fois pour le systegraveme de chauffage des locaux (systegraveme de traitement drsquoair par exemple) et pour le geacuteneacuterateur de chaleur (notamment si la source de chauffage est un chauffe-eau agrave la demande) En cas de demande de chauffage drsquoeau eacuteleveacutee il se peut qursquoune solution de commande prioritaire drsquoeau chaude domestique constitue la meilleure option Les commandes peuvent deacuteduire lrsquoamplitude des charges de chauffage des locaux au moyen de divers meacutecanismes y compris en surveillant les cycles de fonctionnement du thermostat et de signaux drsquoentreacutes directs transmis par une commande de charge infeacuterentielle telle qursquoune commande de reacuteglage exteacuterieur

La figure 3 preacutesente un algorithme simplifieacute de commandes geacuteneacuteriques pour la section chauffe-eau drsquoun systegraveme combineacute utilisant quatre eacutetapes de reacuteglage de tempeacuterature drsquoeau pour le chauffage des locaux et une seule pour le chauffage de lrsquoeau

La logique de commande illustreacutee agrave la figure 3 constitue uniquement un exemple de strateacutegie de controcircle rudimentaire qui pourrait ecirctre utiliseacutee pour assurer des performances eacuteleveacutees dans des modes de chauffage de locaux sans neacutecessiter lrsquoutilisation de composants oneacutereuxLrsquoalgorithme de commande pourrait ecirctre ameacutelioreacute si le controcircleur avait lrsquointelligence neacutecessaire pour lui permettre drsquoassimiler les eacutetapes de chauffage requises en surveillant la dureacutee des demandes de chauffage des locaux sur plusieurs cycles de chauffage reacutecents

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e

Mode drsquoattente Chauffe-eauagrave la demande en attente de signal

Demande de chauffage (lrsquoeaucircule dans le chauffe-eau)

Demandedrsquoeauchaude

domestique

Activationdu chauffagede lrsquoeacutetape 1 THERM90 ordmF Ventilateur Vitesse 1 Deacuteclencherle minuteursur 5 min

Demandesatisfaite avantlrsquoexpiration

du deacutelaiduminuteur

Oui

Oui

No

Reacuteglage du THERM sur le point de consigne de lrsquoeau chaude domestique THERM = 140 degF Couperlecirculateurde chauffagedelocaux (facultatif) Attendre lafin de la demande drsquoeau chaude domestique

Demande de

chauffage satisfait

Non

Oui

Activation du chauffage de lrsquoeacutetape 2 THERM = 105 degF Ventilateur Vitesse 2 Deacuteclencher le minuteur sur3 min

Activation du chauffage de lrsquoeacutetape 3 THERM = 120 degF Ventilateur Vitesse 3 Deacuteclencher le minuteur sur3 min

Activation du chauffage MAX THERM = 140 degF Ventilateur Vitesse 4 Mettrefin agravelademande de chauffage

Figure 3 Logique de lrsquoalgorithme simplifieacute de commande de chauffe-eau pour unsceacutenario de chauffage en quatre eacutetapes

Voici trois options de commande de vitesse de ventilateur de systegraveme de traitement drsquoair associeacutees agrave la meacutethode de chauffage drsquoeau illustreacutee agrave la figure 3

Commandes indirectes baseacutees sur la tempeacuteratureRaccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont bien distinctes les unes des autres mais elles fonctionnement de maniegravere compleacutementaire

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Principe de fonctionnement Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetecte la tempeacuterature de lrsquoeau chaude drsquoadmissionPlus la tempeacuterature de lrsquoeau est eacuteleveacutee plus les commandes du systegraveme de traitement drsquoair augmentent le deacutebit drsquoair

Discussion Les commandes du chauffe-eau augmentent la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque la demande nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetecte la tempeacuterature plus eacuteleveacutee et fait circuler plus drsquoair dans les serpentins pour lrsquoutiliser

Aspect meacutecanique Un puits de tempeacuterature est installeacute dans la conduite drsquoeau drsquoalimentation drsquoarriveacutee agrave lrsquointeacuterieur du systegraveme de traitement drsquoairLe reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur serait ajusteacute en installant un module de commande de systegraveme de traitement drsquoair qui mesure la tempeacuterature de lrsquoeau achemineacutee au systegraveme de traitement drsquoair depuis le chauffe-eau pendant une demande de chauffage de locaux transmise au systegraveme de traitement drsquoair La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signal de commande transmis au panneau de controcircle du systegraveme de traitement drsquoair par le thermostat du systegraveme de CVCA

Commandes indirectes baseacutees sur le minuteur Raccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont bien distinctes les unes des autres mais elles fonctionnement de maniegravere compleacutementaire

Principe de fonctionnement Le deacutebit drsquoair du systegraveme de traitement drsquoair varie en fonction de la dureacutee de la demande de chauffage afin de coiumlncider avec les minutages de commande de tempeacuterature indiqueacutes agrave la figure 3

Discussion Les commandes du chauffe-eau augmentent la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque la demande nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetermine la dureacutee de la demande de chauffage et fait circuler plus drsquoair dans les serpentins afin de se conformer aux eacutetapes de tempeacuterature programmeacutees

Aspect meacutecanique Le reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur serait ajusteacute en installant un module de commande de systegraveme de traitement drsquoair qui reacutegule le deacutebit drsquoair en fonction de la dureacutee de la demande de chauffage La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signalde commande transmis au panneau de controcircle du systegraveme de traitement drsquoair par le thermostat du systegraveme de CVCA

Controcircle direct Raccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont toutes deux controcircleacutees au moyen drsquoun nouveau controcircleur combineacute inteacutegreacute posseacutedant une interface directe avec le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair

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Principe de fonctionnement Le nouveau controcircleur fait varier le deacutebit drsquoair du systegraveme de traitement drsquoair et la tempeacuterature de lrsquoeau de maniegravere agrave optimiser le rendement du chauffage

Discussion Cette strateacutegie de controcircle direct suppose le deacuteveloppement drsquoun nouveau composant de commande Le controcircleur peut utiliser des reacuteglages de fonctionnement plus sophistiqueacutes afin drsquoameacuteliorer le rendement dans tous les modes de fonctionnement

Aspect meacutecanique Le reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur et la tempeacuterature de lrsquoeau achemineacutee au systegraveme de traitement drsquoair seraient directement controcircleacutes par un nouveau controcircleur combineacute inteacutegreacute La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signal de commande transmis au controcircleur par le thermostat du systegraveme de CVCA

Chauffe-eau - Mode de chauffage de lrsquoeau du robinet Les algorithmes de chauffage de lrsquoeau du robinet ne changent pas par rapport agrave ceux du module de commande standard La seule diffeacuterence reacuteside dans le fait que le chauffe-eau utilise un contacteur de deacutebit ou un deacutebitmegravetre pour repeacuterer un tirage drsquoeau chaude (ou une arriveacutee drsquoeau froide) et comprendre qursquoune demande de chauffage drsquoeau a eacuteteacute faite Si une demande de chauffage de locaux intervient simultaneacutement le chauffe-eau pourrait honorer les deux demandes en tenant compte du reacuteglage de tempeacuterature de sortie requise de lrsquoeau du robinet Une autre option consisterait agrave prendre en compte par deacutefaut le reacuteglage du mode de chauffage de lrsquoeau Un mode de controcircle plus sophistiqueacute pourrait potentiellement temporiser le chauffage des locaux lorsque cela srsquoavegravere neacutecessaire pour reacutepondre agrave des demandes de chauffage drsquoeau eacuteleveacutees ou pour activer la distribution de chauffage des locaux en utilisant des reacuteglages de tempeacuterature optimiseacutes Ce cas de figure est illustreacute agrave la figure 4

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8 Composants

Pour bien fonctionner les systegravemes de chauffage combineacutes doivent ecirctre doteacutes de composants haute performance que ce soit dans une configuration dite laquo installeacutee raquo ou dans une configuration drsquoessai selon la norme CSA P9 La preacutesente section a pour objectif drsquoaider les fabricants de chauffe-eau agrave la demande

bull agrave concevoir leur propre systegraveme de traitement drsquoair

bull agrave eacutetablir un partenariat avec un autre fabricant qui fournirait un systegraveme de traitement drsquoair pour leur systegraveme apregraves avoir deacutetermineacute

ndash les composants requis

ndash la mesure dans laquelle un modegravele de systegraveme de traitement drsquoair existant aurait besoin drsquoecirctre affineacute pour reacutepondre agrave leurs besoins

bull agrave eacutetablir les modifications qursquoil faut apporter au systegraveme monobloc dans son ensemble pour ameacuteliorer les performances

81 Systegraveme de traitement drsquoair

Le systegraveme de traitement drsquoair doit inclure les composants neacutecessaires pour fournir de la chaleur et faire circuler de lrsquoair Les eacuteleacutements agrave prendre en compte sont des serpentins de chauffage de locaux un moteur de ventilateur une pompe et un puits de tempeacuterature Ces eacuteleacutements sont deacutecrits plus en deacutetail ci-dessous

82 Serpentins de chauffage de locaux

Les serpentins de chauffage de locaux doivent ecirctre dimensionneacutes de maniegravere approprieacutee pour que le chauffage des locaux puisse avoir lieu avec une tempeacuterature drsquoalimentation suffisamment basse et une baisse de tempeacuterature de lrsquoeau suffisante pour favoriser la condensation dans le geacuteneacuterateur de chaleur lorsque le systegraveme fonctionne en conditions de charge partielle (et ideacutealement en conditions de pleine charge eacutegalement)

Geacuteneacuteralement les serpentins quiextraient la chaleur de lrsquoeau sont conccedilus et choisis en tenant compte drsquoune baisse de tempeacuterature de lrsquoeau drsquoenviron 11 degC (20 degF) le long des serpentins aux conditions de chauffage nominales La seacutelection preacutealable du serpentin peut ecirctre faite en utilisant un logiciel deacutejagrave proposeacute par divers fabricants de serpentins Dans la plupart des cas le modegravele logiciel calcule la puissance de chauffage drsquoun

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serpentin de chauffage agrave eau chaude en se fondant sur la mesure des performances du conditionnement drsquoair pour des serpentins ayant une construction et des geacuteomeacutetries similaires Du coup la puissance de chauffage reacuteelle pour une condition nominale donneacutee peut diffeacuterer leacutegegraverement de celle preacutedite par le logiciel

Ilest recommandeacute de veacuterifier la performance reacuteelle du serpentin choisi (puissance de chauffage baisse de la tempeacuterature de lrsquoeau baisse de la pression statique sur le cocircteacute air et eau) en effectuant des essais internes Lorsque cette eacutetape a eacuteteacute exeacutecuteacutee le modegravele logiciel peut fournir une aide preacutecieuse pour seacutelectionner le serpentin et devrait proposer des indications plutocirct fiables concernant les changements de performance du serpentin aux diffeacuterentes conditions projeteacutees Les informations ainsi collecteacutees devraient ecirctre utiles pour concevoir et affiner des reacuteglages et des strateacutegies de controcircle plus eacutevolueacutes en vue drsquooptimiser le rendement du systegraveme en conditions de chauffage en charge partielle

Voici les eacuteleacutements agrave prendre en compte

Diamegravetre du serpentin drsquoeau et nombre de spires ndash Un grand diamegravetre de canalisation reacuteduira au minimum la baisse de pression de lrsquoeau ainsi que lrsquoeacutenergie utiliseacutee par le systegraveme de circulation drsquoeau Un petit diamegravetre de canalisation permettra drsquoopter pour un serpentin moins oneacutereux eacutetant donneacute qursquoil faudra moins de cuivre dans le serpentin Cependant des petits tubes neacutecessiteront une eacutenergie de pompage supeacuterieure et feront augmenter les pheacutenomegravenes drsquousure et drsquoeacuterosion des tubes si une puissance de pompe suffisante est appliqueacutee pour offrir le deacutebit drsquoeau nominal Concregravetement le fait drsquoutiliser un serpentin avec des tubes trop petits reacuteduira la puissance de chauffage fournie par le serpentin En effet le fabricant utilisera vraisemblablement le mecircme circulateur standard quel que soit le serpentin retenu Les TECA hydronic and combo guideline (Directives sur les systegravemes hydroniques et combineacutes de la TECA)1

(article 814) preacutecisent que le deacutebit de lrsquoeau qui traverse le systegraveme de chauffage ne doit pas deacutepasser quatre (4) pieds par seconde

Nombre drsquoailettes par pouce ndash Plus le nombre drsquoailettes par pouce est eacuteleveacute plus la surface de transmission de chaleur et la puissance de chauffage augmentent cela creacutee cependant une baisse de pression supeacuterieure sur le cocircteacute air du serpentin Un certain degreacute de perte de pression dans le serpentin est utile pour assurer un deacutebit drsquoair homogegravene dans le serpentin notamment dans une configuration de laquo purge raquo qui est couramment utiliseacutee dans les ventilo-convecteurs combineacutes servant au chauffage des locauxLes speacutecifications des serpentins de chauffage peuvent faire eacutetat drsquoun nombre drsquoailettes variant de 6 ailettes par pouce agrave 14 ailettes par pouce Les serpentins de chauffage hydronique standard comportent 12 ou 14 ailettes par pouce Les serpentins doteacutes drsquoun grand nombre drsquoailettes sont plus facilement encrasseacutes par de la poussiegravere

1 Thermal Environmental Comfort Association (TECA) Surrey (C-B) Hydronic amp Combo Guidelines for the Design and Installation of Hot Water Heating Systems and Combination Hot Water amp Space Heating Systems 8th Edition August 2009 (Directives concernant les systegravemes hydroniques et combineacutes conception et installation de systegravemes de chauffage drsquoeau chaude et de systegravemes combineacutes de chauffage drsquoeau chaude et de locaux 8e eacutedition aoucirct 2009) [wwwtecaca]

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ou des deacutebris Selon les reacutesultats du logiciel de modeacutelisation du serpentin la preacutesence de 12 ailettes ou mecircme 14 semble ecirctre un choix raisonnable pour un serpentin de chauffage de locaux haute performance agrave condition que le serpentin soit choisi avec une surface suffisamment importante pour maintenir la vitesse frontale de lrsquoair faible agrave la puissance de chauffage theacuteorique

Figure 5 Exemple de serpentin de chauffage de locaux laquo surdimensionneacute raquo utiliseacute dans une application de systegraveme de traitement drsquoair hydronique

83 Moteur de ventilateur

Le systegraveme de traitement drsquoair devrait utiliser un moteur de ventilateur agrave commutation eacutelectronique (MCE) et ecirctre exploiteacute en utilisant un systegraveme de controcircle agrave vitesse multiple ou agrave vitesse variable Cette option permettrait de moduler le deacutebit drsquoair et la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque le systegraveme fonctionne agrave une puissance infeacuterieure agrave sa puissance de chauffage nominale maximaleLa capaciteacute agrave utiliser un mode de circulation continu agrave faible puissance et faible vitesse serait particuliegraverement utile en cas de fonctionnement aux points de consigne de 15 et 40 pour lesquels il est primordial de collecter et de distribuer toute la chaleur reacutesiduelle des serpentins de chauffage la norme P9 tenant compte uniquement de la chaleur qui est reacuteellement transfeacutereacutee dans le courant drsquoair

La modulation du deacutebit drsquoair et de la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation permettra drsquoobtenir des tempeacuteratures drsquoair distribueacute confortables ainsi que des performances de chauffage eacuteleveacutees

Un MCE doteacute drsquoune programmation de deacutebit drsquoair constant surclassera vraisemblablement un MCE qui utilise une programmation de couple constant car le

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systegraveme compensera au moins partiellement les diffeacuterences entre les pressions statiques nominales et les pressions statiques reacuteellement eacutetablies Cette solution peut srsquoaveacuterer indispensable pour srsquoassurer que les performances de la combustion dans des conditions reacuteelles variables correspondent aux performances obtenues lors drsquoessais dans le laboratoire

Une programmation de deacutebit drsquoair constant sera probablement essentielle pour obtenir des performances acceptables dans le cas drsquoun systegraveme combineacute reacuteparti

84 Circulateurpompe

Ilest important de choisir le bon circulateur pour acheminer le deacutebit approprieacute en fonction de la pression statique eacutetablie qui sera en vigueur Les pertes de pression dans les diffeacuterents chauffe-eau agrave la demande varient Le fait drsquoutiliser un circulateur qui fournit un deacutebit trop important se traduira par une petite baisse de tempeacuterature dans le circuit drsquoeau qui traverse le serpentin et par une tempeacuterature drsquoeau de retour eacuteleveacutee vers le chauffe-eau Un deacutebit trop faible entraicircne des capaciteacutes de chauffage faibles Des circulateurs hydroniques sont offerts avec trois vitesses seacutelectionnables et des deacutebits de pompe nominaux Par contre les moteurs utiliseacutes dans les circulateurs types agrave plusieurs vitesses ne sont pas aussi efficaces que les moteurs agrave CE Des circulateurs agrave vitesse variable eacutequipeacutes de moteurs agrave CE font leur apparition sur le marcheacute mais ils ne sont pas encore couramment utiliseacutes dans les applications combineacutees

Ideacutealement les pompes de circulation des systegravemes combineacutes eacutevolueacutes devraient consister en un concept agrave modulation agrave vitesse variable capable drsquoameacuteliorer le rendement et de compenser les diffeacuterentes configurations de canalisation Ce type de concept est deacutejagrave disponible et pourrait ecirctre mis en œuvre degraves maintenant il pourrait aussi ecirctre mis de cocircteacute jusqursquoagrave ce que la prochaine geacuteneacuteration de systegravemes de chauffage combineacutes eacutevolueacutes soit mise au point Les premiers reacutesultats drsquoessais en laboratoire ont montreacute qursquoil est possible drsquoobtenir de bonnes performances conformes agrave la norme CSA P9 sans utiliser des pompes de circulation agrave vitesse variable et des commandes auxiliaires coucircteuses Agrave lrsquoavenir agrave mesure que le coucirct des circulateurs agrave vitesse variable doteacutes de moteurs agrave CE baissera et que les commandes inteacutegreacutees seront mieux accepteacutees leur utilisation dans des applications de chauffage combineacute sera plus rentable

85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)

Si lrsquoon conccediloit le reacuteseau de plomberie de maniegravere agrave pouvoir y installer des bouchons de controcircle de tempeacuterature drsquoeau et de pression les essais internes et les mesures de mise en service seront simplifieacutes De plus il sera plus facile de purger lrsquoair des circuits

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hydroniques Il est possible drsquoutiliser des sondes de tempeacuteratures monteacutees agrave lrsquoexteacuterieur pour effectuer les mesures de mise en service sur le terrain si des sections de conduites de cuivre ameacutenageacutees dans des endroits strateacutegiques sont prises en compte lors de la conception

86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau

Certains chauffe-eau agrave la demande de type chaudiegravere possegravedent des points de consignes et des algorithmes de controcircle distincts pour le chauffage des locaux et celui de lrsquoeau Drsquoautres ont besoin de savoir si la charge concerne le chauffage des locaux ou celui de lrsquoeau potable Dans ce cas on peut utiliser divers capteurs et surveiller eacutegalement les signaux transmis par un deacutebitmegravetre drsquoeau installeacute dans le reacuteseau drsquoeau potable ou un deacutebitmegravetre installeacute dans le circuit de chauffage des locaux Bon nombre de chauffe-eau agrave la demande utilisent de tels capteurs dans leurs circuits de commande de brucircleur afin de faire coiumlncider les allures de chauffe avec les chargesDans les applications combineacutees lrsquoutilisation de commandes capables de diffeacuterencier les charges deacutepend de la logique de controcircle prioritaire de demande drsquoeau chaude domestique

87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes

Les canalisations drsquoeau ameacutenageacutees entre le geacuteneacuterateur de chaleur et le systegraveme combineacute devraient ecirctre dimensionneacutees de maniegravere agrave eacuteviter des baisses de pression excessives

Toutes les canalisations en cuivre exteacuterieures doivent ecirctre isoleacutees conformeacutement aux pratiques de lrsquoindustrie Il se peut que les avantages lieacutes agrave lrsquoisolation des canalisations drsquointerraccordement ne soient pas tregraves importants si les sections de conduites sont courtes et si elles contiennent des tuyaux en polyeacutethylegravene reacuteticuleacute ou un type de conduite similaire preacutesentant moins de perte de chaleur que les conduites en cuivre

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9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes

La preacutesente section contient des directives et certaines observations agrave lrsquointention des fabricants de systegravemes de chauffage combineacutes dans le but drsquoaider ces derniers agrave mettre agrave lrsquoessai leurs systegravemes agrave lrsquointerne Lrsquoexeacutecution drsquoessais agrave lrsquointerne en utilisant un montage simplifieacute permettra aux fabricants de mieux cerner les performances de leurs concepts et commandes prototypes lorsqursquoils sont mis agrave lrsquoessai dans une installation indeacutependante conformeacutement agrave la norme CSA P9 (P10 pour les fabricants de SMI) Les essais en question ne doivent pas forceacutement ecirctre conccedilus pour geacuteneacuterer des reacutesultats de performance preacutecis agrave 100 mais ils sont consideacutereacutes comme indispensables pour le deacuteveloppement et le cycle drsquooptimisation du produit les avantages drsquoun concept et drsquoun fonctionnement de systegraveme ameacutelioreacutes pouvant rapidement sauter aux yeux lorsque lrsquoon compare les reacutesultats des essais reacutealiseacutes laquo avant raquo et laquo apregraves raquo

En geacuteneacuteral il nrsquoest pas rentable de payer un laboratoire drsquoessais indeacutependant pour proceacuteder agrave la premiegravere eacutevaluation drsquoun systegraveme de chauffage combineacute complet Les coucircts lieacutes au laboratoire et les deacutefis lieacutes aux ingeacutenieurs concepteurs qui prescrivent des reacuteglages lorsqursquoils ne sont pas sur place rendent cette option probleacutematique Des essais simplifieacutes reacutealiseacutes dans les propres locaux du fabricant permettent de srsquoassurer que les reacutesultats sont dans la plage approprieacutee degraves le deacutebut

Un scheacutema de montage drsquoessai suggeacutereacute utilisable pour effectuer des mesures conformeacutement agrave la norme CSA P9 est preacutesenteacute dans cette norme La figure 6 ci-dessous illustre une version simplifieacutee de ce scheacutema

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de la piegravece

combineacutes

Appareilsdeconditionnement

Eacutevents pour produits de combustion Appareils de

conditionnement de la piegravece

Salle drsquoessai

Isolant

Meacutelangeur

Approvisionnement en eau

Eacutevents pour air de combustion Conduite drsquoalimentation en combustible

Uniteacute drsquoessai des

systegravemes

Thermocouples Porte Fenecirctre

Mesure de la tempeacuterature et du deacutebit de lrsquoeau

Conduite drsquoair de retour

Thermocouples

Mesure de la tempeacuterature et de lrsquohumiditeacute de lrsquoair

Air drsquoappoint

Mesure du deacutebit drsquoair

Figure 6 Scheacutema simplifieacute illustrant le montage utiliseacute pour exeacutecuter les essais conformeacutement agrave la norme P9 (composants individuels du systegraveme combineacute non illustreacutes)

Le scheacutema preacutesente un dispositif de mesure de lrsquoenthalpie de lrsquoair dans un tunnel baseacute Vsur la norme ASHRAE 37 Lrsquoappareil de mesure de lrsquoair illustreacute sur la figure de la norme utilise un ajutage et un ventilateur drsquoeacutequilibrage pour pouvoir appliquer une technique de mesure du deacutebit drsquoair neacutecessitant une pression diffeacuterentielle eacuteleveacutee (entre 1 et 4 pouces drsquoeau) dans lrsquoajutage Lorsqursquoil est utiliseacute avec des manomegravetres preacutecis cet appareil offre une preacutecision de mesure eacuteleveacutee de lrsquoordre de 1 agrave 2 du deacutebit drsquoair et il geacutenegravere un deacutebit drsquoair bien meacutelangeacute qui permet de mesurer avec preacutecision la tempeacuterature du deacutebit de lrsquoair drsquoalimentation

La norme P9 preacutecise que lrsquoajutage inteacutegreacute agrave lrsquoappareil de mesure de lrsquoenthalpie de lrsquoair en tunnel constitue une meacutethode acceptable pour mesurer le deacutebit drsquoair tout en approuvant expresseacutement (article 36) lrsquoapplication drsquoautres processus de mesure du deacutebit drsquoair agrave condition que les limites de preacutecision mentionneacutees dans la norme soient satisfaites Ceci donne la possibiliteacute drsquoutiliser une technique de mesure du deacutebit drsquoair plus directe ne neacutecessitant pas lrsquoutilisation drsquoun appareil comportant un ventilateur drsquoeacutequilibrage Dans certains cas lrsquoutilisation drsquoune chambre de mesure de deacutebit avec un ventilateur drsquoeacutequilibrage pour reacutegler la pression statique de la conduite drsquoair drsquoalimentation a impliqueacute des problegravemes de stabiliteacute avec des moteurs agrave CE qui ont eacuteteacute

Ressources naturelles Canada CanmetEacuteNERGIE 37 Guide agrave lrsquoattention des fabricants drsquoappareils de chauffage combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessai conformeacutement agrave la norme CSA P9

programmeacutes pour un deacutebit drsquoair constant il est donc avantageux drsquoeacuteviter les ventilateurs drsquoeacutequilibrage

91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz

De nombreux fabricants concevant des systegravemes combineacutes eacutevolueacutes integravegreront des instruments conccedilus pour mesurer la consommation drsquoeacutenergie eacutelectrique la consommation du combustible les performances de combustion la tempeacuterature et la pression (pression du collecteur de gaz pression statique des conduites etc) Si de tels eacutequipements de mesure ne sont pas offerts ilest recommandeacute de les preacutevoirLes compteurs de facturation des compagnies de gaz et drsquoeacutelectriciteacute devraient offrir une preacutecision et une reacutesolution suffisantes pour les essais de deacuteveloppement du produit

92 Enregistreur de donneacutees

Les fabricants devront eacutegalement avoir accegraves agrave un systegraveme drsquoenregistrement de donneacutees dans le cadre de leur travail Il est conseilleacute de preacutevoir un enregistreur qui offre une preacutecision et un nombre de canaux de mesures suffisants pour les tacircches agrave accomplir On estime qursquoil faudra environ huit (8) canaux pour mesurer la tempeacuterature plus quelques canaux analogiques ou numeacuteriques pour prendre en compte les donneacutees des deacutebitmegravetres des transducteurs de pression etc (analogiques ou numeacuteriques selon lrsquoinstrument de mesure seacutelectionneacute) De nombreux fournisseurs proposent un large eacuteventail drsquoenregistreurs de donneacutees Campbell Scientific Fluke Instruments Omega et Measurement Computing (personal DAQ) figurent parmi les fabricants qui proposent des enregistreurs de donneacutees de petite eacutechelle pouvant ecirctre pris en compte Il est recommandeacute de se pencher sur lrsquoassistant logiciel de lrsquoenregistreur de donneacutees seacutelectionneacute au moment drsquoeacutevaluer lrsquoeacutequipement Si le fabricant ne souhaite pas investir dans un enregistreur de donneacutees la location demeure une option mecircme si les eacuteconomies preacutevues dans le cas drsquoune location agrave court terme semblent ecirctre faibles

93 Deacutebit drsquoair

Pour mesurer le deacutebit drsquoair pendant les essais agrave lrsquointerne il est recommandeacute drsquoutiliser une grille de deacutebit drsquoair avec eacutetablissement de moyenne installeacutee dans la conduite drsquoair drsquoalimentation en conjonction avec un manomegravetre diffeacuterentiel de preacutecision De nombreux fournisseurs proposent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans un large eacuteventail de tailles et ces deacutebitmegravetres sont relativement peu chers car ils sont souvent utiliseacutes dans des systegravemes commerciaux de chauffage et de refroidissement agrave deacutebit drsquoair variable Si lrsquoon fait une recherche dans Google en utilisant le segment laquo deacutebitmegravetres drsquoair raquo on trouve plusieurs fournisseurs et liens permettant

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drsquoobtenir de plus amples informations sur le sujet Nailor Industries Inc et Dwyer Instruments sont deux socieacuteteacutes quioffrent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans une grande varieacuteteacute de tailles de conduites

94 Manomegravetres

On trouve eacutegalement de nombreux manomegravetres diffeacuterentiels sur le marcheacute dont les modegraveles varient des manomegravetres agrave tube inclineacute aux transducteurs numeacuteriques de preacutecision Il est important de bien faire correspondre la plage de mesure du transducteur ou du manomegravetre avec la pression fournie par le deacutebitmegravetre sur la plage de deacutebits drsquoair preacutevue Dans le cas des transducteurs numeacuteriques des instruments capacitifs sont reacuteputeacutes bien fonctionner dans la plage de pression diffeacuterentielle basse qui serait normalement prescrite (environ 05 pouce de diffeacuterence de colonne drsquoeau) Setra Instruments MKS Instruments (Baratron) Dwyer Instruments et drsquoautres socieacuteteacutes proposent des transducteurs de pression diffeacuterentielle capacitifs plage basse adapteacutes

95 Tempeacuteratures

Les tempeacuteratures drsquoair drsquoarriveacutee et de sortie peuvent ecirctre mesureacutees en utilisant des thermocouples des thermistances ou des capteurs de conduite geacuteneacuterant une valeur moyenne Du fait de son bas coucirct de sa faciliteacute drsquoutilisation et de sa preacutesence agrave grande eacutechelle sur le marcheacute le thermocouple semble ecirctre lrsquoinstrument approprieacute pour cette application Il est possible de fabriquer un reacuteseau de thermocouples agrave partir drsquoune bobine de fil de thermocouple et de les raccorder entre eux en parallegravele de maniegravere agrave geacuteneacuterer une seule donneacutee repreacutesentant la valeur moyenne De nombreux fournisseurs offrent des fils agrave thermocouple notamment les socieacuteteacutes Thermo Electric Company Inc Omega Inc Watlow Inc etc Il est eacutegalement possible de fabriquer des sondes de tempeacuterature agrave partir des mecircmes fils de thermocouple pour surveiller drsquoautres paramegravetres tels que les tempeacuteratures drsquoeau Il est important de bien utiliser un fil agrave thermocouple plutocirct qursquoun fil de rallonge de lrsquoeacutechelle de mesure identique mais moins preacutecis

96 Mesures du cocircteacute eau

Pour effectuer des mesures du cocircteacute eau dans les serpentins il est neacutecessaire de posseacuteder un deacutebitmegravetre et des sondes de tempeacuterature Ces mesures pourraient ecirctre reacutealiseacutees en utilisant des capteurs distincts (deacutebitmegravetre drsquoeau et sondes de tempeacuterature distinctes par exemple) Il est important de srsquoassurer que lrsquoinsertion drsquoun deacutebitmegravetre dans la boucle drsquoeau ne modifie pas le deacutebit de la pompe de circulation Cela est particuliegraverement important avec des circulateurs agrave faible puissance geacuteneacuteralement utiliseacutes dans des applications combineacutees pour lesquelles lrsquoinstallation drsquoun deacutebitmegravetre agrave turbine conventionnel agrave baisse de pression eacuteleveacutee peut restreindre le deacutebit drsquoeau Ilexiste des deacutebitmegravetres preacutecis sans perte de pression eacuteleveacutee Certains appareils

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peuvent ecirctre acheteacutes deacutejagrave conditionneacutes avec des sondes de tempeacuterature en guise de laquo compteurs drsquoeacutenergie raquo Ils mesurent simultaneacutement les tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de lrsquoeau de retour ainsi que le deacutebit de lrsquoeau et calculent directement le flux drsquoeacutenergie en srsquoappuyant sur ces mesuresKamstrup Siemens Badger Meters Elster Metering ABB Meters et drsquoautres socieacuteteacutes offrent ce type drsquoappareils Les compteurs drsquoeacutenergie autonomes sont habituellement configureacutes avec certains dispositifs permettant de lire les diffeacuterents paramegravetres ainsi que les flux drsquoeacutenergie calculeacutes La plupart offre une fonction de stockage des donneacutees internes etou des sorties numeacuteriques pouvant ecirctre interfaceacutees avec des enregistreurs de donneacutees externes

97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne

La norme CSA P9 exige que le chauffage des locaux soit deacutefini en utilisant deux mesures (cocircteacute air et cocircteacute eau) avec une entente dans une toleacuterance acceptable pour la mise agrave lrsquoessai du systegraveme de chauffage de locaux agrave pleine capaciteacute constant Dans le cas des mesures agrave lrsquointerne entreprises par un fabricant dans le cadre drsquoun projet de deacuteveloppement de produit cibleacute lrsquoentente entre les mesures du cocircteacute air et du cocircteacute eau nrsquoest pas forceacutement requise On suggegravere aux fabricants de se concentrer sur les mesures qui ciblent la strateacutegie de controcircle ou de composant propre agrave lrsquoeacutetude Par exemple si des strateacutegies diffeacuterentes de temporisation du ventilateur ou laquo apregraves fonctionnement raquo sont eacutevalueacutees il est bien plus important de se concentrer sur les mesures du cocircteacute air que drsquoessayer drsquoatteindre un eacutequilibre entre le cocircteacute air et le cocircteacute eau Selon la quantiteacute drsquoeacutenergie laisseacutee dans le serpentin drsquoeau lorsque le ventilateur de soufflante srsquoarrecircte et drsquoautres pertes drsquoeacutenergie du systegraveme il est possible qursquoil nrsquoy ait pas drsquoeacutequilibre drsquoeacutenergie entre les mesures du cocircteacute air et les mesures du cocircteacute eau mecircme avec un instrument des mesures et des calculs laquo parfaits raquo

La norme CSA P9 exige une mesure du deacutebit drsquoair et des tempeacuteratures au moins toutes les cinq (5) secondes Dans le cas des essais agrave lrsquointerne cette freacutequence pourrait ecirctre assouplie pour certaines eacutetapes drsquoessai Par ailleurs une conformiteacute totale agrave la norme P9 suppose un controcircle preacutecis de la tempeacuterature de la salle drsquoessai ougrave se trouve le systegraveme combineacute en vue des essais ainsiqursquoun controcircle preacutecis de la tempeacuterature de lrsquoeau de la ville Dans le cas des essais de deacuteveloppement agrave lrsquointerne ces exigences peuvent eacutegalement ecirctre assouplies agrave condition que les tempeacuteratures ne varient pas trop pendant les essais Un espace commercial conditionneacute ayant une dimension raisonnable ferait lrsquoaffaire au moins pour les phases drsquoessai et de deacuteveloppement initiales

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Flue(combustionmeasurements)

SupplyAirtoSpaceHeatingPlenum

(optionalzonedampers)

ReturnAir

CityWater

TanklessWaterHeater

HotWaterSupplyfromWaterHeater

DHW

CoolWaterreturntoWaterheater

Temperaturemeasurementpoints

Fuelmeter

Flowmeter

Electricalmeteringnotshown

Circulator

98 Agencement des instruments

La figure 7 preacutesente un scheacutema simplifieacute permettant drsquoillustrer lrsquoagencement geacuteneacuteral des emplacements et des paramegravetres de mesure en vue de la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute de chauffe-eau instantaneacute agrave condensation Le deacutebit drsquoair qui traverse la conduite drsquoalimentation du systegraveme de traitement drsquoair sera surveilleacute en utilisant un deacutebitmegravetre agrave valeur moyenne et un manomegravetre (non illustreacute) tel que cela est deacutecrit agrave lrsquoarticle 73

T

T

T T

T T

Alimentation en eau chaude provenant du chauffe-eau

Conduit (mesures de combustion)

Eau chaude domestique

Systegraveme de mesure du combustible

Air dereprise

Retourde lrsquoeau froide vers lechauffe-eau

Chauffe-eau instantaneacute

Air drsquoalimentation achemineacute versle pleacutenum de chauffage(registres de zone facultatifs)

Eau municipale

Deacutebitmegravetre

T

(compteur eacutelectrique non illustreacute)

Points de mesure de la tempeacuterature Circulateur

Figure 8 Scheacutema de mesure simplifieacute applicable agrave la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute baseacute sur un chauffe-eau instantaneacute

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CanmetEacuteNERGIE CanmetEacuteNERGIE de Ressources naturelles Canada est un chef de file canadien dans le domaine de la recherche et deacuteveloppement en eacutenergie propre Les travaux de nos speacutecialistes portent sur lrsquoapprovisionnement drsquoeacutenergie propre agrave partir de combustibles fossiles et de sources renouvelables la gestion de lrsquoeacutenergie et les systegravemes de distribution ainsi que sur les technologies et processus avanceacutes pour les utilisations finales En veillant agrave ce que le Canada soit agrave la fine pointe des technologies sur lrsquoeacutenergie propre nous ameacuteliorons la qualiteacute de vie des Canadiens en creacuteant un avantage durable en matiegravere de ressources

Bureau central Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) 580 rue Booth 1 promenade Oil Patch 1 promenade Haanel 161 boulevard Lionel-Boulet Ottawa (Ontario) Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) Canada Canada Canada Canada K1A 0E4 T9G 1A8 K1A 1M1 J3X 1S6

  • Guide pour les fabricants drsquoappareils de chauffage combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessai conformeacutement agrave la norme CSA P9
    • Remerciements
    • 1 Reacutesumeacute
    • 2 Systegravemes agrave zones
    • Table des matiegraveres
    • Liste des tableaux et figures
    • 3 Contexte
      • 31 Objet
      • 32 Public cible
      • 33 Marcheacute
      • 34 Pratiques en vigueur dans lrsquoindustrie
      • 35 Expeacuterience en matiegravere drsquoeacutevaluation
      • 36 Deacutefi principal Utiliser des chauffe-eau pour chauffer des locaux de maniegravere eacuteconergeacutetique
      • 37 Approche par eacutetapes
        • 4 Charges de calcul ndash performances selon la norme CSA p9
          • 41 Facteur de performance thermique (FPT)
          • 42 Chauffage de lrsquoeau
          • 43 Chauffage des locaux
          • 44 Importance relative des charges de chauffage des locaux et de lrsquoeau
            • 5 Chauffage de lrsquoeau domestique
            • 6 Conception des systegravemes combineacutes
              • 61 Incidence des pondeacuterations de charge
                • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                • Reacuteduction des tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour
                  • 62 Strateacutegies de conception
                  • 63 Strateacutegie 1 Tempeacuterature drsquoeau constante
                    • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                    • Serpentin(s) de chauffage des locaux
                    • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                    • Illustration des performances selon la norme P9
                    • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                      • 64 Strateacutegie 2 Tempeacuterature drsquoeau variable
                        • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                        • Serpentin(s) de chauffage de locaux
                        • Conditions de chauffage de locaux en charge partielle
                        • Illustration des performances P9
                        • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                            • 7 Commandes
                              • Commandes indirectes baseacutees sur la tempeacuterature
                              • Commandes indirectes baseacutees sur le minuteur
                              • Controcircle direct
                              • Chauffe-eau -Mode de chauffage de lrsquoeau du robinet
                                • 8 Composants
                                  • 81 Systegraveme de traitement drsquoair
                                  • 82 Serpentins de chauffage de locaux
                                  • 83 Moteur de ventilateur
                                  • 84 Circulateurpompe
                                  • 85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)
                                  • 86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau
                                  • 87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes
                                    • 9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes
                                      • 91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz
                                      • 92 Enregistreur de donneacutees
                                      • 93 Deacutebit drsquoair
                                      • 94 Manomegravetres
                                      • 95 Tempeacuteratures
                                      • 96 Mesures du cocircteacute eau
                                      • 97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne
                                      • 98 Agencement des instruments
Page 24: Guide pour les fabricants d’appareils de chauffage ...€¦ · Le présent rapport explique comment la norme d’essai P.9 pondère le rendement dans différents modes de fonctionnement

un ou deux reacuteglages de vitesse de ventilateur soufflant Eacutetant donneacute que le fonctionnement prolongeacute drsquoun ventilateur apregraves qursquoune demande de chauffage a eacuteteacute satisfaite peut entraicircner des problegravemes de confort dus agrave des courants drsquoair froid le fonctionnement subseacutequent du ventilateur ne sera pas mis en œuvre ou sera mis en œuvre en utilisant uniquement des temps de fonctionnement courts Dans les deux sceacutenarios la chaleur sera retenue dans le serpentin et les conduites pour se dissiper par la suite pendant les peacuteriodes de deacutesactivation

Serpentin(s) de chauffage des locaux Si lrsquoon veut amplifier lrsquoefficaciteacute eacutenergeacutetique du systegraveme en mode de chauffage des locaux ilest impeacuteratif de reacuteduire au minimum les tempeacuteratures de lrsquoeau de retourDes serpentins laquo surdimensionneacutes raquo ont eacuteteacute conccedilus en vue drsquooptimiser la baisse de tempeacuterature dans lrsquoeacutechangeur de chaleur en conditions de chauffage des locaux

Conditions de chauffage des locaux en charge partielle Le systegraveme de traitement drsquoair se met en route et srsquoarrecircte pour srsquoadapter aux conditions de charge partielle ce qui a pour effet de deacuteclencher des demandes associeacutees sur le chauffe-eau

Illustration des performances selon la norme P9 Le tableau 5 donne un aperccedilu theacuteorique du type de performance que lrsquoon pourrait geacuteneacuteralement obtenir en utilisant une strateacutegie impliquant un point de consigne de tempeacuterature unique

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Tableau 5 Performances drsquoun systegraveme combineacute theacuteorique affichant une puissance de chauffage des locaux de 10 kW en utilisant une strateacutegie simple de commande de point de consigne de tempeacuterature drsquoeau unique (capaciteacute de chauffage des locaux compenseacutee par des cycles de marche-arrecirct)

Mode de fonctionne -ment

Pondeacuter-ation

Temp de lrsquoeau drsquoalimentati on (degF)

Temp de lrsquoeau de retour du reacuteseau principal (degF)

Deacutebit du systegraveme de traitement drsquoair (pi3min)

Mesure de la performance eacutenergeacutetique mode activeacute deacutesactiveacute ()

Contribution FPT

Chauffage des locaux 100

8 140 120 800 85 007

Chauffage des locaux 40

49 140 120 800 80 039

Chauffage des locaux 15

25 140 120 800 75 018

Chauffage de lrsquoeau

18 140 58 mdash 92 017

Total 100 081

Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables bull Performances globales Une cote de facteur de performance totale (FPT) de 092

placerait le systegraveme combineacute dans la plage des performances eacuteleveacutees

bull Performances en mode de chauffage de lrsquoeau Comme dans le cas du sceacutenario impliquant un point de consigne de tempeacuterature unique le systegraveme assure une condensation en mode de chauffage de lrsquoeau avec un FPCE de 92 Il serait possible drsquoameacuteliorer leacutegegraverement lrsquoefficaciteacute du systegraveme de chauffage de lrsquoeau si un point de consigne de tempeacuterature de lrsquoeau infeacuterieur agrave la valeur de 140 degF utiliseacutee dans le premier cas de figure eacutetait appliqueacute La norme P9 permet drsquoutiliser un point de consigne pouvant descendre jusqursquoagrave 120 degF dans le cas de lrsquoeau potable La tempeacuterature de consigne nrsquoa plus besoin drsquoecirctre la mecircme que celle requise pour une charge de chauffage de locaux maximale il est donc possible de la reacuteduire agrave la plage de 120 degF Pour simplifier la comparaison des deux systegravemes dans les tableaux 5 et 6 aucun point de consigne de systegraveme de chauffage drsquoeau potable reacuteduit nrsquoa pas eacuteteacute inclus dans le tableau 6

Ressources naturelles Canada CanmetEacuteNERGIE 20 Guide agrave lrsquoattention des fabricants drsquoappareils de chauffage combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessai conformeacutement agrave la norme CSA P9

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge totale Dans ce mode le rendement eacutenergeacutetique est plus faible La tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation doit ecirctre au plus haut pour satisfaire la charge la tempeacuterature de lrsquoeau de retour sera donc elle aussiplus eacuteleveacutee dans ce modeComme le systegraveme fonctionnera rarement dans ce mode cette mauvaise performance ne repreacutesente qursquoune petite fraction de la pondeacuteration FPT

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge partielle Les tempeacuteratures drsquoalimentation du systegraveme de chauffage de lrsquoeau sont abaisseacutees progressivement pour satisfaire des demandes en charge partielle moindres Les tempeacuteratures peuvent ecirctre abaisseacutees bien en deccedilagrave du reacuteglage preacutevu pour le chauffage de lrsquoeau du robinet Cette condition se traduit par des tempeacuteratures drsquoeau de retour plus basses qursquoen conditions de charge totale Ces deux facteurs font que lrsquoefficaciteacute est plus importante en conditions de charge partielle qursquoen conditions de charge totale Le chauffe-eau fonctionnera en mode de condensation pour les deux points de charge de chauffage de locaux (40 et 15 )

bull Vitesse de ventilateur Eacutetant donneacute que la puissance de chauffage requise diminue la vitesse de ventilateur diminue aussiCela se traduit par un niveau sonore reacuteduit un fonctionnement du ventilateur plus long avec des cycles moins freacutequents et une reacuteduction importante de la consommation drsquoeacutenergie Cette condition peut aussi reacuteduire les plaintes lieacutees au confort le fonctionnement plus long agrave des deacutebits drsquoair reacuteduits ameacuteliorant la reacutepartition de lrsquoair chaud pendant les saisons intermeacutediaires

bull Controcircle de la tempeacuterature de lrsquoair inteacuterieur Le fait de moduler la puissance de chauffage en faisant varier la tempeacuterature de lrsquoeau et la vitesse du ventilateur peut se traduire par une tempeacuterature drsquoair inteacuterieur plus homogegravene avec des eacutecarts de tempeacuteratures moins grands au-dessus et au-dessous des points de consigne du thermostat Ce pheacutenomegravene pourrait inciter les proprieacutetaires de reacutesidence agrave augmenter le point de consigne de chauffage pour eacutetablir des conditions de confort acceptables

bull Incidences sur le zonage Le zonage sera plus compliqueacute avec un systegraveme affichant une puissance fixe et une vitesse de ventilateur unique

Ilest possible drsquoameacuteliorer la strateacutegie 1 en augmentant encore la dimension drsquoun serpentin deacutejagrave surdimensionneacute dans le systegraveme de traitement drsquoair Cette option implique toutefois des limites pratiques car des serpentins bien plus grands neacutecessiteront une plus grande quantiteacute de cuivre et un formage plus important et cela accentuera le coucirct total du systegraveme sans compter qursquoil faudra aussi preacutevoir des armoires plus grandes pour le systegraveme de traitement drsquoair De plus les pertes de chaleur par cycle augmenteront et il sera plus difficile drsquoobtenir des performances eacuteleveacutees en charge partielle Le fait drsquoappliquer la strateacutegie 1 agrave un systegraveme de chauffage combineacute agrave haute performance peut srsquoaveacuterer trop oneacutereux pour valoir le coup

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64 Strateacutegie 2 Tempeacuterature drsquoeau variable

Cette meacutethode est identique agrave celle appliqueacutee dans les appareils de chauffage agrave air chaud multieacutetage Le principe consiste agrave faire fonctionner le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair ensemble pour optimiser le rendement eacutenergeacutetique tout en reacuteduisant au minimum le coucirct et la complexiteacute des composants

Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair Cette strateacutegie consiste agrave exploiter avantageusement la capaciteacute inteacutegreacutee du chauffe-eau pour faire varier la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation La tempeacuterature du point de consigne du chauffe-eau varie en fonction de la charge de chauffage des locaux On utilise des reacuteglages de tempeacuterature drsquoeau drsquoalimentation faibles pour satisfaire aux conditions de chauffage des locaux en charge partielle On fait eacutegalement varier les vitesses du ventilateur du systegraveme de traitement drsquoair en srsquoappuyant sur un principe de controcircle de reacuteglage exteacuterieur ou de minuterie pour augmenter les paramegravetres Lorsqursquoune demande de chaleur a eacuteteacute satisfaite le ventilateur continue de fonctionner agrave des vitesses reacuteduites pour eacuteviter les problegravemes lieacutes aux courants froids et au bruit Du coup le serpentin et les conduites retiennent moins de chaleur et on deacuteplore moins de perte de chaleur par la suite compareacute au premier cas de figure Le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair doivent tous deux cerner la demande qursquoils sont censeacutes satisfaire Leurs commandes ne doivent pas pour autant ecirctre physiquement inteacutegreacutees drsquoune faccedilon ou drsquoune autre Cette strateacutegie de controcircle est traiteacutee plus en deacutetail agrave la section 40

Serpentin(s) de chauffage de locaux Pour simplifier la comparaison nous partirons du principe que des serpentins laquo surdimensionneacutes raquo similaires sont utiliseacutes comme dans le premier cas de figure de sorte que les performances du chauffage de pointe des locaux soient identiques dans les deux cas

Conditions de chauffage de locaux en charge partielle Le chauffe-eau relegraveve une demande de chauffage de locaux et se met en route en acheminant une eau drsquoalimentation agrave basse tempeacuterature au systegraveme de traitement drsquoair Si la demande de chauffage nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute le chauffe-eau augmente progressivement la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation Le systegraveme de traitement drsquoair surveille la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation et augmente progressivement la vitesse du ventilateur lorsque la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation est plus eacuteleveacutee

Illustration des performances P9 Le tableau 6 donne une preacutesentation theacuteorique du type de rendement que lrsquoon peut obtenir en appliquant une strateacutegie de controcircle simple mettant en œuvre des

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tempeacuteratures drsquoeau et des vitesses de ventilateur variables Les tempeacuteratures et les deacutebits drsquoair du ventilateur preacutesenteacutes dans le tableau 6 ont eacuteteacute choisis agrave titre indicatif uniquement Ils ne repreacutesentent pas des reacuteglages pleinement optimiseacutes applicables agrave un systegraveme de chauffage combineacute

Tableau 6 Performances drsquoun systegraveme de chauffage combineacute theacuteorique offrant une puissance de chauffage des locaux de 10 kW en utilisant une strateacutegie de controcircle de tempeacuteratures drsquoeau et de vitesses de ventilateur variables (variation de la capaciteacute de chauffage des locaux par modulation du deacutebit drsquoair et de la tempeacuterature de lrsquoeau)

Mode de fonctionne -ment

Pondeacuter-ation

Temp de lrsquoeau drsquoalimen-tation (degF)

Temp de lrsquoeau de retour du reacuteseau principal (degF)

Deacutebit du systegraveme de traitement drsquoair (pi3min)

Mesure de la performance eacutenergeacutetique mode activeacute deacutesactiveacute ()

Contribution FPT

Chauffage des locaux 100

8 140 120 800 85 007

Chauffage des locaux 40

49 110 102 600 92 045

Chauffage des locaux 15

25 90 87 500 94 023

Chauffage de lrsquoeau

18 140 58 --- 92 016

Total 100 092

Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables bull Performances globales Une cote de facteur de performance totale (FPT) de 092

placerait le systegraveme combineacute dans la plage des performances eacuteleveacutees

bull Performances en mode de chauffage de lrsquoeau Comme dans le cas du sceacutenario impliquant un point de consigne de tempeacuterature unique le systegraveme assure une condensation en mode de chauffage de lrsquoeau avec un FPCE de 92 Il serait possible drsquoameacuteliorer leacutegegraverement lrsquoefficaciteacute du systegraveme de chauffage de lrsquoeau si un point de consigne de tempeacuterature de lrsquoeau infeacuterieur agrave la valeur de 140 degF utiliseacutee dans le premier cas de figure eacutetait appliqueacute La norme P9 permet drsquoutiliser un point de

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consigne pouvant descendre jusqursquoagrave 120 degF dans le cas de lrsquoeau potable La tempeacuterature de consigne nrsquoa plus besoin drsquoecirctre la mecircme que celle requise pour une charge de chauffage de locaux maximale il est donc possible de la reacuteduire agrave la plage de 120 degF Pour simplifier la comparaison des deux systegravemes dans les tableaux 5 et 6 aucun point de consigne de systegraveme de chauffage drsquoeau potable reacuteduit nrsquoa pas eacuteteacute inclus dans le tableau 6

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge totale Dans ce mode le rendement eacutenergeacutetique est plus faible La tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation doit ecirctre au plus haut pour satisfaire la charge la tempeacuterature de lrsquoeau de retour sera donc elle aussi plus eacuteleveacutee dans ce mode Comme le systegraveme fonctionnera rarement dans ce mode cette mauvaise performance ne repreacutesente qursquoune petite fraction de la pondeacuteration FPT

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge partielle Les tempeacuteratures drsquoalimentation du systegraveme de chauffage de lrsquoeau sont abaisseacutees progressivement pour satisfaire des demandes en charge partielle moindres Les tempeacuteratures peuvent ecirctre abaisseacutees bien en deccedilagrave du reacuteglage preacutevu pour le chauffage de lrsquoeau du robinet Cette condition se traduit par des tempeacuteratures drsquoeau de retour plus basses qursquoen conditions de charge totale Ces deux facteurs font que lrsquoefficaciteacute est plus importante en conditions de charge partielle qursquoen conditions de charge totale Le chauffe-eau fonctionnera en mode de condensation pour les deux points de charge de chauffage de locaux (40 et 15 )

bull Vitesse de ventilateur Eacutetant donneacute que la puissance de chauffage requise diminue la vitesse de ventilateur diminue aussiCela se traduit par un niveau sonore reacuteduit un fonctionnement du ventilateur plus long avec des cycles moins freacutequents et une reacuteduction importante de la consommation drsquoeacutenergie Cette condition peut aussi reacuteduire les plaintes lieacutees au confort le fonctionnement plus long agrave des deacutebits drsquoair reacuteduits ameacuteliorant la reacutepartition de lrsquoair chaud pendant les saisons intermeacutediaires

bull Controcircle de la tempeacuterature de lrsquoair inteacuterieur Le fait de moduler la puissance de chauffage en faisant varier la tempeacuterature de lrsquoeau et la vitesse du ventilateur peut se traduire par une tempeacuterature drsquoair inteacuterieur plus homogegravene avec des eacutecarts de tempeacuteratures moins grands au-dessus et au-dessous des points de consigne du thermostat

La strateacutegie 2 (tempeacuterature drsquoeau variable) peut donner lieu agrave lrsquoeacutelaboration drsquoun systegraveme de chauffage combineacute efficace preacutesentant de bonnes performances lorsqursquoil est mis agrave lrsquoessai selon la norme CSA P9 et lorsqursquoil est installeacute dans une vraie reacutesidence Les niveaux de performance varieront en fonction des composants seacutelectionneacutes et des speacutecificiteacutes de lrsquoordonnancement des commandes

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7 Commandes

Les commandes geacuteneacuteriques exigeacutees pour mettre en œuvre la strateacutegie privileacutegieacutee impliquant une tempeacuterature variable quia eacuteteacute deacutecrite dans la derniegravere section peuvent srsquoaveacuterer relativement simples Quelques chauffe-eau agrave la demande proposent deacutejagrave des commandes de reacuteglage de tempeacuterature Les commandes de tempeacuterature des chauffe-eau agrave la demande types ne sont toutefois pas systeacutematiquement configureacutees pour offrir une fonction de reacuteglage de tempeacuterature baseacutee sur la charge Quasiment tous les chauffe-eau agrave la demande actuellement disponibles sont eacutequipeacutes pour accueillir des commandes de tempeacuterature inteacutegreacutees ou monteacutees agrave distance permettant agrave lrsquoutilisateur de reacutegler manuellement la tempeacuterature drsquoalimentation agrave partir du chauffe-eau

En principe il devrait ecirctre possible de concevoir un module drsquointerface de commande simple qui viendrait se brancher dans les fiches de connexion de la commande de tempeacuterature existante La nouvelle commande simulerait lrsquoaction du controcircleur de tempeacuterature standard reacutegleacute manuellement de maniegravere agrave offrir une fonction de reacuteinitialisation de tempeacuterature automatique du chauffe-eau Toutes les commandes de seacutecuriteacute resteraient fonctionnelles

Une strateacutegie de controcircle simple peut offrir des performances eacuteleveacutees Les facteurs cleacutes agrave prendre en compte sont les suivants

bull deacuteterminer si une demande tient compte des besoins en chauffage drsquoeau chaude domestique

bull en mode de chauffage des locaux uniquement utiliser une minuterie ou un controcircle de reacuteglage exteacuterieur (ou un capteur de charge infeacuterentielle similaire) pour faire augmenter progressivement la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation

bull preacutevoir un systegraveme de traitement drsquoair faisant varier le deacutebit drsquoair en fonction de la tempeacuterature de lrsquoeau qui arrive dans lrsquoappareil du deacutelai pendant lequel une demande de chauffage perdure ou drsquoun signal direct du capteur de commande de charge

Ilest inteacuteressant de souligner que le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair nrsquoont pas besoin de communiquer directement ni de posseacuteder des commandes communes pour mettre en œuvre certaines des strateacutegies de controcircle deacutecrites

Lorsque les commandes du systegraveme deacutetectent qursquoune demande de chauffage a eacuteteacute satisfaite le systegraveme de traitement drsquoair devrait continuer de fonctionner suffisamment longtemps pour extraire toute la chaleur reacutesiduelle du serpentin et la transfeacuterer vers le courant drsquoair Pour eacuteviter les problegravemes de confort thermique il est souhaitable de reacuteduire la vitesse du ventilateur pendant cette peacuteriode de temporisation de la

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ventilation Le fonctionnement continu du ventilateur avec un reacuteglage de vitesse faible offrira automatiquement cette fonctionnaliteacute sans neacutecessiter de quelconques commandes intelligentes Cette option aurait lrsquoavantage suppleacutementaire drsquoassurer une reacutepartition de la tempeacuterature uniforme agrave lrsquointeacuterieur de la reacutesidence Elle serait eacutegalement utile pour reacutepartir lrsquoair frais si le systegraveme combineacute est installeacute avec un ventilateur-reacutecupeacuterateur de chaleur (VRC) ou un autre type de systegraveme de ventilation

Des commandes soigneusement conccedilues contribueront en bout de ligne agrave assurer ou reacutetablir lrsquoefficaciteacute du systegraveme combineacute Les commandes devraient ecirctre en mesure de deacuteterminer srsquoil y a une demande de chauffage des locaux ou de chauffage de lrsquoeau ou une demande concernant les deux modes Les commandes devront deacuteterminer lrsquoamplitude de chaque charge et reacutepondre de maniegravere approprieacutee en faisant varier certains paramegravetres agrave la fois pour le systegraveme de chauffage des locaux (systegraveme de traitement drsquoair par exemple) et pour le geacuteneacuterateur de chaleur (notamment si la source de chauffage est un chauffe-eau agrave la demande) En cas de demande de chauffage drsquoeau eacuteleveacutee il se peut qursquoune solution de commande prioritaire drsquoeau chaude domestique constitue la meilleure option Les commandes peuvent deacuteduire lrsquoamplitude des charges de chauffage des locaux au moyen de divers meacutecanismes y compris en surveillant les cycles de fonctionnement du thermostat et de signaux drsquoentreacutes directs transmis par une commande de charge infeacuterentielle telle qursquoune commande de reacuteglage exteacuterieur

La figure 3 preacutesente un algorithme simplifieacute de commandes geacuteneacuteriques pour la section chauffe-eau drsquoun systegraveme combineacute utilisant quatre eacutetapes de reacuteglage de tempeacuterature drsquoeau pour le chauffage des locaux et une seule pour le chauffage de lrsquoeau

La logique de commande illustreacutee agrave la figure 3 constitue uniquement un exemple de strateacutegie de controcircle rudimentaire qui pourrait ecirctre utiliseacutee pour assurer des performances eacuteleveacutees dans des modes de chauffage de locaux sans neacutecessiter lrsquoutilisation de composants oneacutereuxLrsquoalgorithme de commande pourrait ecirctre ameacutelioreacute si le controcircleur avait lrsquointelligence neacutecessaire pour lui permettre drsquoassimiler les eacutetapes de chauffage requises en surveillant la dureacutee des demandes de chauffage des locaux sur plusieurs cycles de chauffage reacutecents

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e

Mode drsquoattente Chauffe-eauagrave la demande en attente de signal

Demande de chauffage (lrsquoeaucircule dans le chauffe-eau)

Demandedrsquoeauchaude

domestique

Activationdu chauffagede lrsquoeacutetape 1 THERM90 ordmF Ventilateur Vitesse 1 Deacuteclencherle minuteursur 5 min

Demandesatisfaite avantlrsquoexpiration

du deacutelaiduminuteur

Oui

Oui

No

Reacuteglage du THERM sur le point de consigne de lrsquoeau chaude domestique THERM = 140 degF Couperlecirculateurde chauffagedelocaux (facultatif) Attendre lafin de la demande drsquoeau chaude domestique

Demande de

chauffage satisfait

Non

Oui

Activation du chauffage de lrsquoeacutetape 2 THERM = 105 degF Ventilateur Vitesse 2 Deacuteclencher le minuteur sur3 min

Activation du chauffage de lrsquoeacutetape 3 THERM = 120 degF Ventilateur Vitesse 3 Deacuteclencher le minuteur sur3 min

Activation du chauffage MAX THERM = 140 degF Ventilateur Vitesse 4 Mettrefin agravelademande de chauffage

Figure 3 Logique de lrsquoalgorithme simplifieacute de commande de chauffe-eau pour unsceacutenario de chauffage en quatre eacutetapes

Voici trois options de commande de vitesse de ventilateur de systegraveme de traitement drsquoair associeacutees agrave la meacutethode de chauffage drsquoeau illustreacutee agrave la figure 3

Commandes indirectes baseacutees sur la tempeacuteratureRaccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont bien distinctes les unes des autres mais elles fonctionnement de maniegravere compleacutementaire

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Principe de fonctionnement Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetecte la tempeacuterature de lrsquoeau chaude drsquoadmissionPlus la tempeacuterature de lrsquoeau est eacuteleveacutee plus les commandes du systegraveme de traitement drsquoair augmentent le deacutebit drsquoair

Discussion Les commandes du chauffe-eau augmentent la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque la demande nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetecte la tempeacuterature plus eacuteleveacutee et fait circuler plus drsquoair dans les serpentins pour lrsquoutiliser

Aspect meacutecanique Un puits de tempeacuterature est installeacute dans la conduite drsquoeau drsquoalimentation drsquoarriveacutee agrave lrsquointeacuterieur du systegraveme de traitement drsquoairLe reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur serait ajusteacute en installant un module de commande de systegraveme de traitement drsquoair qui mesure la tempeacuterature de lrsquoeau achemineacutee au systegraveme de traitement drsquoair depuis le chauffe-eau pendant une demande de chauffage de locaux transmise au systegraveme de traitement drsquoair La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signal de commande transmis au panneau de controcircle du systegraveme de traitement drsquoair par le thermostat du systegraveme de CVCA

Commandes indirectes baseacutees sur le minuteur Raccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont bien distinctes les unes des autres mais elles fonctionnement de maniegravere compleacutementaire

Principe de fonctionnement Le deacutebit drsquoair du systegraveme de traitement drsquoair varie en fonction de la dureacutee de la demande de chauffage afin de coiumlncider avec les minutages de commande de tempeacuterature indiqueacutes agrave la figure 3

Discussion Les commandes du chauffe-eau augmentent la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque la demande nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetermine la dureacutee de la demande de chauffage et fait circuler plus drsquoair dans les serpentins afin de se conformer aux eacutetapes de tempeacuterature programmeacutees

Aspect meacutecanique Le reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur serait ajusteacute en installant un module de commande de systegraveme de traitement drsquoair qui reacutegule le deacutebit drsquoair en fonction de la dureacutee de la demande de chauffage La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signalde commande transmis au panneau de controcircle du systegraveme de traitement drsquoair par le thermostat du systegraveme de CVCA

Controcircle direct Raccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont toutes deux controcircleacutees au moyen drsquoun nouveau controcircleur combineacute inteacutegreacute posseacutedant une interface directe avec le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair

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Principe de fonctionnement Le nouveau controcircleur fait varier le deacutebit drsquoair du systegraveme de traitement drsquoair et la tempeacuterature de lrsquoeau de maniegravere agrave optimiser le rendement du chauffage

Discussion Cette strateacutegie de controcircle direct suppose le deacuteveloppement drsquoun nouveau composant de commande Le controcircleur peut utiliser des reacuteglages de fonctionnement plus sophistiqueacutes afin drsquoameacuteliorer le rendement dans tous les modes de fonctionnement

Aspect meacutecanique Le reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur et la tempeacuterature de lrsquoeau achemineacutee au systegraveme de traitement drsquoair seraient directement controcircleacutes par un nouveau controcircleur combineacute inteacutegreacute La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signal de commande transmis au controcircleur par le thermostat du systegraveme de CVCA

Chauffe-eau - Mode de chauffage de lrsquoeau du robinet Les algorithmes de chauffage de lrsquoeau du robinet ne changent pas par rapport agrave ceux du module de commande standard La seule diffeacuterence reacuteside dans le fait que le chauffe-eau utilise un contacteur de deacutebit ou un deacutebitmegravetre pour repeacuterer un tirage drsquoeau chaude (ou une arriveacutee drsquoeau froide) et comprendre qursquoune demande de chauffage drsquoeau a eacuteteacute faite Si une demande de chauffage de locaux intervient simultaneacutement le chauffe-eau pourrait honorer les deux demandes en tenant compte du reacuteglage de tempeacuterature de sortie requise de lrsquoeau du robinet Une autre option consisterait agrave prendre en compte par deacutefaut le reacuteglage du mode de chauffage de lrsquoeau Un mode de controcircle plus sophistiqueacute pourrait potentiellement temporiser le chauffage des locaux lorsque cela srsquoavegravere neacutecessaire pour reacutepondre agrave des demandes de chauffage drsquoeau eacuteleveacutees ou pour activer la distribution de chauffage des locaux en utilisant des reacuteglages de tempeacuterature optimiseacutes Ce cas de figure est illustreacute agrave la figure 4

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8 Composants

Pour bien fonctionner les systegravemes de chauffage combineacutes doivent ecirctre doteacutes de composants haute performance que ce soit dans une configuration dite laquo installeacutee raquo ou dans une configuration drsquoessai selon la norme CSA P9 La preacutesente section a pour objectif drsquoaider les fabricants de chauffe-eau agrave la demande

bull agrave concevoir leur propre systegraveme de traitement drsquoair

bull agrave eacutetablir un partenariat avec un autre fabricant qui fournirait un systegraveme de traitement drsquoair pour leur systegraveme apregraves avoir deacutetermineacute

ndash les composants requis

ndash la mesure dans laquelle un modegravele de systegraveme de traitement drsquoair existant aurait besoin drsquoecirctre affineacute pour reacutepondre agrave leurs besoins

bull agrave eacutetablir les modifications qursquoil faut apporter au systegraveme monobloc dans son ensemble pour ameacuteliorer les performances

81 Systegraveme de traitement drsquoair

Le systegraveme de traitement drsquoair doit inclure les composants neacutecessaires pour fournir de la chaleur et faire circuler de lrsquoair Les eacuteleacutements agrave prendre en compte sont des serpentins de chauffage de locaux un moteur de ventilateur une pompe et un puits de tempeacuterature Ces eacuteleacutements sont deacutecrits plus en deacutetail ci-dessous

82 Serpentins de chauffage de locaux

Les serpentins de chauffage de locaux doivent ecirctre dimensionneacutes de maniegravere approprieacutee pour que le chauffage des locaux puisse avoir lieu avec une tempeacuterature drsquoalimentation suffisamment basse et une baisse de tempeacuterature de lrsquoeau suffisante pour favoriser la condensation dans le geacuteneacuterateur de chaleur lorsque le systegraveme fonctionne en conditions de charge partielle (et ideacutealement en conditions de pleine charge eacutegalement)

Geacuteneacuteralement les serpentins quiextraient la chaleur de lrsquoeau sont conccedilus et choisis en tenant compte drsquoune baisse de tempeacuterature de lrsquoeau drsquoenviron 11 degC (20 degF) le long des serpentins aux conditions de chauffage nominales La seacutelection preacutealable du serpentin peut ecirctre faite en utilisant un logiciel deacutejagrave proposeacute par divers fabricants de serpentins Dans la plupart des cas le modegravele logiciel calcule la puissance de chauffage drsquoun

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serpentin de chauffage agrave eau chaude en se fondant sur la mesure des performances du conditionnement drsquoair pour des serpentins ayant une construction et des geacuteomeacutetries similaires Du coup la puissance de chauffage reacuteelle pour une condition nominale donneacutee peut diffeacuterer leacutegegraverement de celle preacutedite par le logiciel

Ilest recommandeacute de veacuterifier la performance reacuteelle du serpentin choisi (puissance de chauffage baisse de la tempeacuterature de lrsquoeau baisse de la pression statique sur le cocircteacute air et eau) en effectuant des essais internes Lorsque cette eacutetape a eacuteteacute exeacutecuteacutee le modegravele logiciel peut fournir une aide preacutecieuse pour seacutelectionner le serpentin et devrait proposer des indications plutocirct fiables concernant les changements de performance du serpentin aux diffeacuterentes conditions projeteacutees Les informations ainsi collecteacutees devraient ecirctre utiles pour concevoir et affiner des reacuteglages et des strateacutegies de controcircle plus eacutevolueacutes en vue drsquooptimiser le rendement du systegraveme en conditions de chauffage en charge partielle

Voici les eacuteleacutements agrave prendre en compte

Diamegravetre du serpentin drsquoeau et nombre de spires ndash Un grand diamegravetre de canalisation reacuteduira au minimum la baisse de pression de lrsquoeau ainsi que lrsquoeacutenergie utiliseacutee par le systegraveme de circulation drsquoeau Un petit diamegravetre de canalisation permettra drsquoopter pour un serpentin moins oneacutereux eacutetant donneacute qursquoil faudra moins de cuivre dans le serpentin Cependant des petits tubes neacutecessiteront une eacutenergie de pompage supeacuterieure et feront augmenter les pheacutenomegravenes drsquousure et drsquoeacuterosion des tubes si une puissance de pompe suffisante est appliqueacutee pour offrir le deacutebit drsquoeau nominal Concregravetement le fait drsquoutiliser un serpentin avec des tubes trop petits reacuteduira la puissance de chauffage fournie par le serpentin En effet le fabricant utilisera vraisemblablement le mecircme circulateur standard quel que soit le serpentin retenu Les TECA hydronic and combo guideline (Directives sur les systegravemes hydroniques et combineacutes de la TECA)1

(article 814) preacutecisent que le deacutebit de lrsquoeau qui traverse le systegraveme de chauffage ne doit pas deacutepasser quatre (4) pieds par seconde

Nombre drsquoailettes par pouce ndash Plus le nombre drsquoailettes par pouce est eacuteleveacute plus la surface de transmission de chaleur et la puissance de chauffage augmentent cela creacutee cependant une baisse de pression supeacuterieure sur le cocircteacute air du serpentin Un certain degreacute de perte de pression dans le serpentin est utile pour assurer un deacutebit drsquoair homogegravene dans le serpentin notamment dans une configuration de laquo purge raquo qui est couramment utiliseacutee dans les ventilo-convecteurs combineacutes servant au chauffage des locauxLes speacutecifications des serpentins de chauffage peuvent faire eacutetat drsquoun nombre drsquoailettes variant de 6 ailettes par pouce agrave 14 ailettes par pouce Les serpentins de chauffage hydronique standard comportent 12 ou 14 ailettes par pouce Les serpentins doteacutes drsquoun grand nombre drsquoailettes sont plus facilement encrasseacutes par de la poussiegravere

1 Thermal Environmental Comfort Association (TECA) Surrey (C-B) Hydronic amp Combo Guidelines for the Design and Installation of Hot Water Heating Systems and Combination Hot Water amp Space Heating Systems 8th Edition August 2009 (Directives concernant les systegravemes hydroniques et combineacutes conception et installation de systegravemes de chauffage drsquoeau chaude et de systegravemes combineacutes de chauffage drsquoeau chaude et de locaux 8e eacutedition aoucirct 2009) [wwwtecaca]

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ou des deacutebris Selon les reacutesultats du logiciel de modeacutelisation du serpentin la preacutesence de 12 ailettes ou mecircme 14 semble ecirctre un choix raisonnable pour un serpentin de chauffage de locaux haute performance agrave condition que le serpentin soit choisi avec une surface suffisamment importante pour maintenir la vitesse frontale de lrsquoair faible agrave la puissance de chauffage theacuteorique

Figure 5 Exemple de serpentin de chauffage de locaux laquo surdimensionneacute raquo utiliseacute dans une application de systegraveme de traitement drsquoair hydronique

83 Moteur de ventilateur

Le systegraveme de traitement drsquoair devrait utiliser un moteur de ventilateur agrave commutation eacutelectronique (MCE) et ecirctre exploiteacute en utilisant un systegraveme de controcircle agrave vitesse multiple ou agrave vitesse variable Cette option permettrait de moduler le deacutebit drsquoair et la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque le systegraveme fonctionne agrave une puissance infeacuterieure agrave sa puissance de chauffage nominale maximaleLa capaciteacute agrave utiliser un mode de circulation continu agrave faible puissance et faible vitesse serait particuliegraverement utile en cas de fonctionnement aux points de consigne de 15 et 40 pour lesquels il est primordial de collecter et de distribuer toute la chaleur reacutesiduelle des serpentins de chauffage la norme P9 tenant compte uniquement de la chaleur qui est reacuteellement transfeacutereacutee dans le courant drsquoair

La modulation du deacutebit drsquoair et de la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation permettra drsquoobtenir des tempeacuteratures drsquoair distribueacute confortables ainsi que des performances de chauffage eacuteleveacutees

Un MCE doteacute drsquoune programmation de deacutebit drsquoair constant surclassera vraisemblablement un MCE qui utilise une programmation de couple constant car le

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systegraveme compensera au moins partiellement les diffeacuterences entre les pressions statiques nominales et les pressions statiques reacuteellement eacutetablies Cette solution peut srsquoaveacuterer indispensable pour srsquoassurer que les performances de la combustion dans des conditions reacuteelles variables correspondent aux performances obtenues lors drsquoessais dans le laboratoire

Une programmation de deacutebit drsquoair constant sera probablement essentielle pour obtenir des performances acceptables dans le cas drsquoun systegraveme combineacute reacuteparti

84 Circulateurpompe

Ilest important de choisir le bon circulateur pour acheminer le deacutebit approprieacute en fonction de la pression statique eacutetablie qui sera en vigueur Les pertes de pression dans les diffeacuterents chauffe-eau agrave la demande varient Le fait drsquoutiliser un circulateur qui fournit un deacutebit trop important se traduira par une petite baisse de tempeacuterature dans le circuit drsquoeau qui traverse le serpentin et par une tempeacuterature drsquoeau de retour eacuteleveacutee vers le chauffe-eau Un deacutebit trop faible entraicircne des capaciteacutes de chauffage faibles Des circulateurs hydroniques sont offerts avec trois vitesses seacutelectionnables et des deacutebits de pompe nominaux Par contre les moteurs utiliseacutes dans les circulateurs types agrave plusieurs vitesses ne sont pas aussi efficaces que les moteurs agrave CE Des circulateurs agrave vitesse variable eacutequipeacutes de moteurs agrave CE font leur apparition sur le marcheacute mais ils ne sont pas encore couramment utiliseacutes dans les applications combineacutees

Ideacutealement les pompes de circulation des systegravemes combineacutes eacutevolueacutes devraient consister en un concept agrave modulation agrave vitesse variable capable drsquoameacuteliorer le rendement et de compenser les diffeacuterentes configurations de canalisation Ce type de concept est deacutejagrave disponible et pourrait ecirctre mis en œuvre degraves maintenant il pourrait aussi ecirctre mis de cocircteacute jusqursquoagrave ce que la prochaine geacuteneacuteration de systegravemes de chauffage combineacutes eacutevolueacutes soit mise au point Les premiers reacutesultats drsquoessais en laboratoire ont montreacute qursquoil est possible drsquoobtenir de bonnes performances conformes agrave la norme CSA P9 sans utiliser des pompes de circulation agrave vitesse variable et des commandes auxiliaires coucircteuses Agrave lrsquoavenir agrave mesure que le coucirct des circulateurs agrave vitesse variable doteacutes de moteurs agrave CE baissera et que les commandes inteacutegreacutees seront mieux accepteacutees leur utilisation dans des applications de chauffage combineacute sera plus rentable

85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)

Si lrsquoon conccediloit le reacuteseau de plomberie de maniegravere agrave pouvoir y installer des bouchons de controcircle de tempeacuterature drsquoeau et de pression les essais internes et les mesures de mise en service seront simplifieacutes De plus il sera plus facile de purger lrsquoair des circuits

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hydroniques Il est possible drsquoutiliser des sondes de tempeacuteratures monteacutees agrave lrsquoexteacuterieur pour effectuer les mesures de mise en service sur le terrain si des sections de conduites de cuivre ameacutenageacutees dans des endroits strateacutegiques sont prises en compte lors de la conception

86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau

Certains chauffe-eau agrave la demande de type chaudiegravere possegravedent des points de consignes et des algorithmes de controcircle distincts pour le chauffage des locaux et celui de lrsquoeau Drsquoautres ont besoin de savoir si la charge concerne le chauffage des locaux ou celui de lrsquoeau potable Dans ce cas on peut utiliser divers capteurs et surveiller eacutegalement les signaux transmis par un deacutebitmegravetre drsquoeau installeacute dans le reacuteseau drsquoeau potable ou un deacutebitmegravetre installeacute dans le circuit de chauffage des locaux Bon nombre de chauffe-eau agrave la demande utilisent de tels capteurs dans leurs circuits de commande de brucircleur afin de faire coiumlncider les allures de chauffe avec les chargesDans les applications combineacutees lrsquoutilisation de commandes capables de diffeacuterencier les charges deacutepend de la logique de controcircle prioritaire de demande drsquoeau chaude domestique

87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes

Les canalisations drsquoeau ameacutenageacutees entre le geacuteneacuterateur de chaleur et le systegraveme combineacute devraient ecirctre dimensionneacutees de maniegravere agrave eacuteviter des baisses de pression excessives

Toutes les canalisations en cuivre exteacuterieures doivent ecirctre isoleacutees conformeacutement aux pratiques de lrsquoindustrie Il se peut que les avantages lieacutes agrave lrsquoisolation des canalisations drsquointerraccordement ne soient pas tregraves importants si les sections de conduites sont courtes et si elles contiennent des tuyaux en polyeacutethylegravene reacuteticuleacute ou un type de conduite similaire preacutesentant moins de perte de chaleur que les conduites en cuivre

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9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes

La preacutesente section contient des directives et certaines observations agrave lrsquointention des fabricants de systegravemes de chauffage combineacutes dans le but drsquoaider ces derniers agrave mettre agrave lrsquoessai leurs systegravemes agrave lrsquointerne Lrsquoexeacutecution drsquoessais agrave lrsquointerne en utilisant un montage simplifieacute permettra aux fabricants de mieux cerner les performances de leurs concepts et commandes prototypes lorsqursquoils sont mis agrave lrsquoessai dans une installation indeacutependante conformeacutement agrave la norme CSA P9 (P10 pour les fabricants de SMI) Les essais en question ne doivent pas forceacutement ecirctre conccedilus pour geacuteneacuterer des reacutesultats de performance preacutecis agrave 100 mais ils sont consideacutereacutes comme indispensables pour le deacuteveloppement et le cycle drsquooptimisation du produit les avantages drsquoun concept et drsquoun fonctionnement de systegraveme ameacutelioreacutes pouvant rapidement sauter aux yeux lorsque lrsquoon compare les reacutesultats des essais reacutealiseacutes laquo avant raquo et laquo apregraves raquo

En geacuteneacuteral il nrsquoest pas rentable de payer un laboratoire drsquoessais indeacutependant pour proceacuteder agrave la premiegravere eacutevaluation drsquoun systegraveme de chauffage combineacute complet Les coucircts lieacutes au laboratoire et les deacutefis lieacutes aux ingeacutenieurs concepteurs qui prescrivent des reacuteglages lorsqursquoils ne sont pas sur place rendent cette option probleacutematique Des essais simplifieacutes reacutealiseacutes dans les propres locaux du fabricant permettent de srsquoassurer que les reacutesultats sont dans la plage approprieacutee degraves le deacutebut

Un scheacutema de montage drsquoessai suggeacutereacute utilisable pour effectuer des mesures conformeacutement agrave la norme CSA P9 est preacutesenteacute dans cette norme La figure 6 ci-dessous illustre une version simplifieacutee de ce scheacutema

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de la piegravece

combineacutes

Appareilsdeconditionnement

Eacutevents pour produits de combustion Appareils de

conditionnement de la piegravece

Salle drsquoessai

Isolant

Meacutelangeur

Approvisionnement en eau

Eacutevents pour air de combustion Conduite drsquoalimentation en combustible

Uniteacute drsquoessai des

systegravemes

Thermocouples Porte Fenecirctre

Mesure de la tempeacuterature et du deacutebit de lrsquoeau

Conduite drsquoair de retour

Thermocouples

Mesure de la tempeacuterature et de lrsquohumiditeacute de lrsquoair

Air drsquoappoint

Mesure du deacutebit drsquoair

Figure 6 Scheacutema simplifieacute illustrant le montage utiliseacute pour exeacutecuter les essais conformeacutement agrave la norme P9 (composants individuels du systegraveme combineacute non illustreacutes)

Le scheacutema preacutesente un dispositif de mesure de lrsquoenthalpie de lrsquoair dans un tunnel baseacute Vsur la norme ASHRAE 37 Lrsquoappareil de mesure de lrsquoair illustreacute sur la figure de la norme utilise un ajutage et un ventilateur drsquoeacutequilibrage pour pouvoir appliquer une technique de mesure du deacutebit drsquoair neacutecessitant une pression diffeacuterentielle eacuteleveacutee (entre 1 et 4 pouces drsquoeau) dans lrsquoajutage Lorsqursquoil est utiliseacute avec des manomegravetres preacutecis cet appareil offre une preacutecision de mesure eacuteleveacutee de lrsquoordre de 1 agrave 2 du deacutebit drsquoair et il geacutenegravere un deacutebit drsquoair bien meacutelangeacute qui permet de mesurer avec preacutecision la tempeacuterature du deacutebit de lrsquoair drsquoalimentation

La norme P9 preacutecise que lrsquoajutage inteacutegreacute agrave lrsquoappareil de mesure de lrsquoenthalpie de lrsquoair en tunnel constitue une meacutethode acceptable pour mesurer le deacutebit drsquoair tout en approuvant expresseacutement (article 36) lrsquoapplication drsquoautres processus de mesure du deacutebit drsquoair agrave condition que les limites de preacutecision mentionneacutees dans la norme soient satisfaites Ceci donne la possibiliteacute drsquoutiliser une technique de mesure du deacutebit drsquoair plus directe ne neacutecessitant pas lrsquoutilisation drsquoun appareil comportant un ventilateur drsquoeacutequilibrage Dans certains cas lrsquoutilisation drsquoune chambre de mesure de deacutebit avec un ventilateur drsquoeacutequilibrage pour reacutegler la pression statique de la conduite drsquoair drsquoalimentation a impliqueacute des problegravemes de stabiliteacute avec des moteurs agrave CE qui ont eacuteteacute

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programmeacutes pour un deacutebit drsquoair constant il est donc avantageux drsquoeacuteviter les ventilateurs drsquoeacutequilibrage

91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz

De nombreux fabricants concevant des systegravemes combineacutes eacutevolueacutes integravegreront des instruments conccedilus pour mesurer la consommation drsquoeacutenergie eacutelectrique la consommation du combustible les performances de combustion la tempeacuterature et la pression (pression du collecteur de gaz pression statique des conduites etc) Si de tels eacutequipements de mesure ne sont pas offerts ilest recommandeacute de les preacutevoirLes compteurs de facturation des compagnies de gaz et drsquoeacutelectriciteacute devraient offrir une preacutecision et une reacutesolution suffisantes pour les essais de deacuteveloppement du produit

92 Enregistreur de donneacutees

Les fabricants devront eacutegalement avoir accegraves agrave un systegraveme drsquoenregistrement de donneacutees dans le cadre de leur travail Il est conseilleacute de preacutevoir un enregistreur qui offre une preacutecision et un nombre de canaux de mesures suffisants pour les tacircches agrave accomplir On estime qursquoil faudra environ huit (8) canaux pour mesurer la tempeacuterature plus quelques canaux analogiques ou numeacuteriques pour prendre en compte les donneacutees des deacutebitmegravetres des transducteurs de pression etc (analogiques ou numeacuteriques selon lrsquoinstrument de mesure seacutelectionneacute) De nombreux fournisseurs proposent un large eacuteventail drsquoenregistreurs de donneacutees Campbell Scientific Fluke Instruments Omega et Measurement Computing (personal DAQ) figurent parmi les fabricants qui proposent des enregistreurs de donneacutees de petite eacutechelle pouvant ecirctre pris en compte Il est recommandeacute de se pencher sur lrsquoassistant logiciel de lrsquoenregistreur de donneacutees seacutelectionneacute au moment drsquoeacutevaluer lrsquoeacutequipement Si le fabricant ne souhaite pas investir dans un enregistreur de donneacutees la location demeure une option mecircme si les eacuteconomies preacutevues dans le cas drsquoune location agrave court terme semblent ecirctre faibles

93 Deacutebit drsquoair

Pour mesurer le deacutebit drsquoair pendant les essais agrave lrsquointerne il est recommandeacute drsquoutiliser une grille de deacutebit drsquoair avec eacutetablissement de moyenne installeacutee dans la conduite drsquoair drsquoalimentation en conjonction avec un manomegravetre diffeacuterentiel de preacutecision De nombreux fournisseurs proposent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans un large eacuteventail de tailles et ces deacutebitmegravetres sont relativement peu chers car ils sont souvent utiliseacutes dans des systegravemes commerciaux de chauffage et de refroidissement agrave deacutebit drsquoair variable Si lrsquoon fait une recherche dans Google en utilisant le segment laquo deacutebitmegravetres drsquoair raquo on trouve plusieurs fournisseurs et liens permettant

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drsquoobtenir de plus amples informations sur le sujet Nailor Industries Inc et Dwyer Instruments sont deux socieacuteteacutes quioffrent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans une grande varieacuteteacute de tailles de conduites

94 Manomegravetres

On trouve eacutegalement de nombreux manomegravetres diffeacuterentiels sur le marcheacute dont les modegraveles varient des manomegravetres agrave tube inclineacute aux transducteurs numeacuteriques de preacutecision Il est important de bien faire correspondre la plage de mesure du transducteur ou du manomegravetre avec la pression fournie par le deacutebitmegravetre sur la plage de deacutebits drsquoair preacutevue Dans le cas des transducteurs numeacuteriques des instruments capacitifs sont reacuteputeacutes bien fonctionner dans la plage de pression diffeacuterentielle basse qui serait normalement prescrite (environ 05 pouce de diffeacuterence de colonne drsquoeau) Setra Instruments MKS Instruments (Baratron) Dwyer Instruments et drsquoautres socieacuteteacutes proposent des transducteurs de pression diffeacuterentielle capacitifs plage basse adapteacutes

95 Tempeacuteratures

Les tempeacuteratures drsquoair drsquoarriveacutee et de sortie peuvent ecirctre mesureacutees en utilisant des thermocouples des thermistances ou des capteurs de conduite geacuteneacuterant une valeur moyenne Du fait de son bas coucirct de sa faciliteacute drsquoutilisation et de sa preacutesence agrave grande eacutechelle sur le marcheacute le thermocouple semble ecirctre lrsquoinstrument approprieacute pour cette application Il est possible de fabriquer un reacuteseau de thermocouples agrave partir drsquoune bobine de fil de thermocouple et de les raccorder entre eux en parallegravele de maniegravere agrave geacuteneacuterer une seule donneacutee repreacutesentant la valeur moyenne De nombreux fournisseurs offrent des fils agrave thermocouple notamment les socieacuteteacutes Thermo Electric Company Inc Omega Inc Watlow Inc etc Il est eacutegalement possible de fabriquer des sondes de tempeacuterature agrave partir des mecircmes fils de thermocouple pour surveiller drsquoautres paramegravetres tels que les tempeacuteratures drsquoeau Il est important de bien utiliser un fil agrave thermocouple plutocirct qursquoun fil de rallonge de lrsquoeacutechelle de mesure identique mais moins preacutecis

96 Mesures du cocircteacute eau

Pour effectuer des mesures du cocircteacute eau dans les serpentins il est neacutecessaire de posseacuteder un deacutebitmegravetre et des sondes de tempeacuterature Ces mesures pourraient ecirctre reacutealiseacutees en utilisant des capteurs distincts (deacutebitmegravetre drsquoeau et sondes de tempeacuterature distinctes par exemple) Il est important de srsquoassurer que lrsquoinsertion drsquoun deacutebitmegravetre dans la boucle drsquoeau ne modifie pas le deacutebit de la pompe de circulation Cela est particuliegraverement important avec des circulateurs agrave faible puissance geacuteneacuteralement utiliseacutes dans des applications combineacutees pour lesquelles lrsquoinstallation drsquoun deacutebitmegravetre agrave turbine conventionnel agrave baisse de pression eacuteleveacutee peut restreindre le deacutebit drsquoeau Ilexiste des deacutebitmegravetres preacutecis sans perte de pression eacuteleveacutee Certains appareils

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peuvent ecirctre acheteacutes deacutejagrave conditionneacutes avec des sondes de tempeacuterature en guise de laquo compteurs drsquoeacutenergie raquo Ils mesurent simultaneacutement les tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de lrsquoeau de retour ainsi que le deacutebit de lrsquoeau et calculent directement le flux drsquoeacutenergie en srsquoappuyant sur ces mesuresKamstrup Siemens Badger Meters Elster Metering ABB Meters et drsquoautres socieacuteteacutes offrent ce type drsquoappareils Les compteurs drsquoeacutenergie autonomes sont habituellement configureacutes avec certains dispositifs permettant de lire les diffeacuterents paramegravetres ainsi que les flux drsquoeacutenergie calculeacutes La plupart offre une fonction de stockage des donneacutees internes etou des sorties numeacuteriques pouvant ecirctre interfaceacutees avec des enregistreurs de donneacutees externes

97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne

La norme CSA P9 exige que le chauffage des locaux soit deacutefini en utilisant deux mesures (cocircteacute air et cocircteacute eau) avec une entente dans une toleacuterance acceptable pour la mise agrave lrsquoessai du systegraveme de chauffage de locaux agrave pleine capaciteacute constant Dans le cas des mesures agrave lrsquointerne entreprises par un fabricant dans le cadre drsquoun projet de deacuteveloppement de produit cibleacute lrsquoentente entre les mesures du cocircteacute air et du cocircteacute eau nrsquoest pas forceacutement requise On suggegravere aux fabricants de se concentrer sur les mesures qui ciblent la strateacutegie de controcircle ou de composant propre agrave lrsquoeacutetude Par exemple si des strateacutegies diffeacuterentes de temporisation du ventilateur ou laquo apregraves fonctionnement raquo sont eacutevalueacutees il est bien plus important de se concentrer sur les mesures du cocircteacute air que drsquoessayer drsquoatteindre un eacutequilibre entre le cocircteacute air et le cocircteacute eau Selon la quantiteacute drsquoeacutenergie laisseacutee dans le serpentin drsquoeau lorsque le ventilateur de soufflante srsquoarrecircte et drsquoautres pertes drsquoeacutenergie du systegraveme il est possible qursquoil nrsquoy ait pas drsquoeacutequilibre drsquoeacutenergie entre les mesures du cocircteacute air et les mesures du cocircteacute eau mecircme avec un instrument des mesures et des calculs laquo parfaits raquo

La norme CSA P9 exige une mesure du deacutebit drsquoair et des tempeacuteratures au moins toutes les cinq (5) secondes Dans le cas des essais agrave lrsquointerne cette freacutequence pourrait ecirctre assouplie pour certaines eacutetapes drsquoessai Par ailleurs une conformiteacute totale agrave la norme P9 suppose un controcircle preacutecis de la tempeacuterature de la salle drsquoessai ougrave se trouve le systegraveme combineacute en vue des essais ainsiqursquoun controcircle preacutecis de la tempeacuterature de lrsquoeau de la ville Dans le cas des essais de deacuteveloppement agrave lrsquointerne ces exigences peuvent eacutegalement ecirctre assouplies agrave condition que les tempeacuteratures ne varient pas trop pendant les essais Un espace commercial conditionneacute ayant une dimension raisonnable ferait lrsquoaffaire au moins pour les phases drsquoessai et de deacuteveloppement initiales

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Flue(combustionmeasurements)

SupplyAirtoSpaceHeatingPlenum

(optionalzonedampers)

ReturnAir

CityWater

TanklessWaterHeater

HotWaterSupplyfromWaterHeater

DHW

CoolWaterreturntoWaterheater

Temperaturemeasurementpoints

Fuelmeter

Flowmeter

Electricalmeteringnotshown

Circulator

98 Agencement des instruments

La figure 7 preacutesente un scheacutema simplifieacute permettant drsquoillustrer lrsquoagencement geacuteneacuteral des emplacements et des paramegravetres de mesure en vue de la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute de chauffe-eau instantaneacute agrave condensation Le deacutebit drsquoair qui traverse la conduite drsquoalimentation du systegraveme de traitement drsquoair sera surveilleacute en utilisant un deacutebitmegravetre agrave valeur moyenne et un manomegravetre (non illustreacute) tel que cela est deacutecrit agrave lrsquoarticle 73

T

T

T T

T T

Alimentation en eau chaude provenant du chauffe-eau

Conduit (mesures de combustion)

Eau chaude domestique

Systegraveme de mesure du combustible

Air dereprise

Retourde lrsquoeau froide vers lechauffe-eau

Chauffe-eau instantaneacute

Air drsquoalimentation achemineacute versle pleacutenum de chauffage(registres de zone facultatifs)

Eau municipale

Deacutebitmegravetre

T

(compteur eacutelectrique non illustreacute)

Points de mesure de la tempeacuterature Circulateur

Figure 8 Scheacutema de mesure simplifieacute applicable agrave la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute baseacute sur un chauffe-eau instantaneacute

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CanmetEacuteNERGIE CanmetEacuteNERGIE de Ressources naturelles Canada est un chef de file canadien dans le domaine de la recherche et deacuteveloppement en eacutenergie propre Les travaux de nos speacutecialistes portent sur lrsquoapprovisionnement drsquoeacutenergie propre agrave partir de combustibles fossiles et de sources renouvelables la gestion de lrsquoeacutenergie et les systegravemes de distribution ainsi que sur les technologies et processus avanceacutes pour les utilisations finales En veillant agrave ce que le Canada soit agrave la fine pointe des technologies sur lrsquoeacutenergie propre nous ameacuteliorons la qualiteacute de vie des Canadiens en creacuteant un avantage durable en matiegravere de ressources

Bureau central Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) 580 rue Booth 1 promenade Oil Patch 1 promenade Haanel 161 boulevard Lionel-Boulet Ottawa (Ontario) Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) Canada Canada Canada Canada K1A 0E4 T9G 1A8 K1A 1M1 J3X 1S6

  • Guide pour les fabricants drsquoappareils de chauffage combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessai conformeacutement agrave la norme CSA P9
    • Remerciements
    • 1 Reacutesumeacute
    • 2 Systegravemes agrave zones
    • Table des matiegraveres
    • Liste des tableaux et figures
    • 3 Contexte
      • 31 Objet
      • 32 Public cible
      • 33 Marcheacute
      • 34 Pratiques en vigueur dans lrsquoindustrie
      • 35 Expeacuterience en matiegravere drsquoeacutevaluation
      • 36 Deacutefi principal Utiliser des chauffe-eau pour chauffer des locaux de maniegravere eacuteconergeacutetique
      • 37 Approche par eacutetapes
        • 4 Charges de calcul ndash performances selon la norme CSA p9
          • 41 Facteur de performance thermique (FPT)
          • 42 Chauffage de lrsquoeau
          • 43 Chauffage des locaux
          • 44 Importance relative des charges de chauffage des locaux et de lrsquoeau
            • 5 Chauffage de lrsquoeau domestique
            • 6 Conception des systegravemes combineacutes
              • 61 Incidence des pondeacuterations de charge
                • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                • Reacuteduction des tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour
                  • 62 Strateacutegies de conception
                  • 63 Strateacutegie 1 Tempeacuterature drsquoeau constante
                    • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                    • Serpentin(s) de chauffage des locaux
                    • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                    • Illustration des performances selon la norme P9
                    • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                      • 64 Strateacutegie 2 Tempeacuterature drsquoeau variable
                        • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                        • Serpentin(s) de chauffage de locaux
                        • Conditions de chauffage de locaux en charge partielle
                        • Illustration des performances P9
                        • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                            • 7 Commandes
                              • Commandes indirectes baseacutees sur la tempeacuterature
                              • Commandes indirectes baseacutees sur le minuteur
                              • Controcircle direct
                              • Chauffe-eau -Mode de chauffage de lrsquoeau du robinet
                                • 8 Composants
                                  • 81 Systegraveme de traitement drsquoair
                                  • 82 Serpentins de chauffage de locaux
                                  • 83 Moteur de ventilateur
                                  • 84 Circulateurpompe
                                  • 85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)
                                  • 86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau
                                  • 87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes
                                    • 9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes
                                      • 91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz
                                      • 92 Enregistreur de donneacutees
                                      • 93 Deacutebit drsquoair
                                      • 94 Manomegravetres
                                      • 95 Tempeacuteratures
                                      • 96 Mesures du cocircteacute eau
                                      • 97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne
                                      • 98 Agencement des instruments
Page 25: Guide pour les fabricants d’appareils de chauffage ...€¦ · Le présent rapport explique comment la norme d’essai P.9 pondère le rendement dans différents modes de fonctionnement

Tableau 5 Performances drsquoun systegraveme combineacute theacuteorique affichant une puissance de chauffage des locaux de 10 kW en utilisant une strateacutegie simple de commande de point de consigne de tempeacuterature drsquoeau unique (capaciteacute de chauffage des locaux compenseacutee par des cycles de marche-arrecirct)

Mode de fonctionne -ment

Pondeacuter-ation

Temp de lrsquoeau drsquoalimentati on (degF)

Temp de lrsquoeau de retour du reacuteseau principal (degF)

Deacutebit du systegraveme de traitement drsquoair (pi3min)

Mesure de la performance eacutenergeacutetique mode activeacute deacutesactiveacute ()

Contribution FPT

Chauffage des locaux 100

8 140 120 800 85 007

Chauffage des locaux 40

49 140 120 800 80 039

Chauffage des locaux 15

25 140 120 800 75 018

Chauffage de lrsquoeau

18 140 58 mdash 92 017

Total 100 081

Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables bull Performances globales Une cote de facteur de performance totale (FPT) de 092

placerait le systegraveme combineacute dans la plage des performances eacuteleveacutees

bull Performances en mode de chauffage de lrsquoeau Comme dans le cas du sceacutenario impliquant un point de consigne de tempeacuterature unique le systegraveme assure une condensation en mode de chauffage de lrsquoeau avec un FPCE de 92 Il serait possible drsquoameacuteliorer leacutegegraverement lrsquoefficaciteacute du systegraveme de chauffage de lrsquoeau si un point de consigne de tempeacuterature de lrsquoeau infeacuterieur agrave la valeur de 140 degF utiliseacutee dans le premier cas de figure eacutetait appliqueacute La norme P9 permet drsquoutiliser un point de consigne pouvant descendre jusqursquoagrave 120 degF dans le cas de lrsquoeau potable La tempeacuterature de consigne nrsquoa plus besoin drsquoecirctre la mecircme que celle requise pour une charge de chauffage de locaux maximale il est donc possible de la reacuteduire agrave la plage de 120 degF Pour simplifier la comparaison des deux systegravemes dans les tableaux 5 et 6 aucun point de consigne de systegraveme de chauffage drsquoeau potable reacuteduit nrsquoa pas eacuteteacute inclus dans le tableau 6

Ressources naturelles Canada CanmetEacuteNERGIE 20 Guide agrave lrsquoattention des fabricants drsquoappareils de chauffage combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessai conformeacutement agrave la norme CSA P9

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge totale Dans ce mode le rendement eacutenergeacutetique est plus faible La tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation doit ecirctre au plus haut pour satisfaire la charge la tempeacuterature de lrsquoeau de retour sera donc elle aussiplus eacuteleveacutee dans ce modeComme le systegraveme fonctionnera rarement dans ce mode cette mauvaise performance ne repreacutesente qursquoune petite fraction de la pondeacuteration FPT

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge partielle Les tempeacuteratures drsquoalimentation du systegraveme de chauffage de lrsquoeau sont abaisseacutees progressivement pour satisfaire des demandes en charge partielle moindres Les tempeacuteratures peuvent ecirctre abaisseacutees bien en deccedilagrave du reacuteglage preacutevu pour le chauffage de lrsquoeau du robinet Cette condition se traduit par des tempeacuteratures drsquoeau de retour plus basses qursquoen conditions de charge totale Ces deux facteurs font que lrsquoefficaciteacute est plus importante en conditions de charge partielle qursquoen conditions de charge totale Le chauffe-eau fonctionnera en mode de condensation pour les deux points de charge de chauffage de locaux (40 et 15 )

bull Vitesse de ventilateur Eacutetant donneacute que la puissance de chauffage requise diminue la vitesse de ventilateur diminue aussiCela se traduit par un niveau sonore reacuteduit un fonctionnement du ventilateur plus long avec des cycles moins freacutequents et une reacuteduction importante de la consommation drsquoeacutenergie Cette condition peut aussi reacuteduire les plaintes lieacutees au confort le fonctionnement plus long agrave des deacutebits drsquoair reacuteduits ameacuteliorant la reacutepartition de lrsquoair chaud pendant les saisons intermeacutediaires

bull Controcircle de la tempeacuterature de lrsquoair inteacuterieur Le fait de moduler la puissance de chauffage en faisant varier la tempeacuterature de lrsquoeau et la vitesse du ventilateur peut se traduire par une tempeacuterature drsquoair inteacuterieur plus homogegravene avec des eacutecarts de tempeacuteratures moins grands au-dessus et au-dessous des points de consigne du thermostat Ce pheacutenomegravene pourrait inciter les proprieacutetaires de reacutesidence agrave augmenter le point de consigne de chauffage pour eacutetablir des conditions de confort acceptables

bull Incidences sur le zonage Le zonage sera plus compliqueacute avec un systegraveme affichant une puissance fixe et une vitesse de ventilateur unique

Ilest possible drsquoameacuteliorer la strateacutegie 1 en augmentant encore la dimension drsquoun serpentin deacutejagrave surdimensionneacute dans le systegraveme de traitement drsquoair Cette option implique toutefois des limites pratiques car des serpentins bien plus grands neacutecessiteront une plus grande quantiteacute de cuivre et un formage plus important et cela accentuera le coucirct total du systegraveme sans compter qursquoil faudra aussi preacutevoir des armoires plus grandes pour le systegraveme de traitement drsquoair De plus les pertes de chaleur par cycle augmenteront et il sera plus difficile drsquoobtenir des performances eacuteleveacutees en charge partielle Le fait drsquoappliquer la strateacutegie 1 agrave un systegraveme de chauffage combineacute agrave haute performance peut srsquoaveacuterer trop oneacutereux pour valoir le coup

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64 Strateacutegie 2 Tempeacuterature drsquoeau variable

Cette meacutethode est identique agrave celle appliqueacutee dans les appareils de chauffage agrave air chaud multieacutetage Le principe consiste agrave faire fonctionner le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair ensemble pour optimiser le rendement eacutenergeacutetique tout en reacuteduisant au minimum le coucirct et la complexiteacute des composants

Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair Cette strateacutegie consiste agrave exploiter avantageusement la capaciteacute inteacutegreacutee du chauffe-eau pour faire varier la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation La tempeacuterature du point de consigne du chauffe-eau varie en fonction de la charge de chauffage des locaux On utilise des reacuteglages de tempeacuterature drsquoeau drsquoalimentation faibles pour satisfaire aux conditions de chauffage des locaux en charge partielle On fait eacutegalement varier les vitesses du ventilateur du systegraveme de traitement drsquoair en srsquoappuyant sur un principe de controcircle de reacuteglage exteacuterieur ou de minuterie pour augmenter les paramegravetres Lorsqursquoune demande de chaleur a eacuteteacute satisfaite le ventilateur continue de fonctionner agrave des vitesses reacuteduites pour eacuteviter les problegravemes lieacutes aux courants froids et au bruit Du coup le serpentin et les conduites retiennent moins de chaleur et on deacuteplore moins de perte de chaleur par la suite compareacute au premier cas de figure Le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair doivent tous deux cerner la demande qursquoils sont censeacutes satisfaire Leurs commandes ne doivent pas pour autant ecirctre physiquement inteacutegreacutees drsquoune faccedilon ou drsquoune autre Cette strateacutegie de controcircle est traiteacutee plus en deacutetail agrave la section 40

Serpentin(s) de chauffage de locaux Pour simplifier la comparaison nous partirons du principe que des serpentins laquo surdimensionneacutes raquo similaires sont utiliseacutes comme dans le premier cas de figure de sorte que les performances du chauffage de pointe des locaux soient identiques dans les deux cas

Conditions de chauffage de locaux en charge partielle Le chauffe-eau relegraveve une demande de chauffage de locaux et se met en route en acheminant une eau drsquoalimentation agrave basse tempeacuterature au systegraveme de traitement drsquoair Si la demande de chauffage nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute le chauffe-eau augmente progressivement la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation Le systegraveme de traitement drsquoair surveille la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation et augmente progressivement la vitesse du ventilateur lorsque la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation est plus eacuteleveacutee

Illustration des performances P9 Le tableau 6 donne une preacutesentation theacuteorique du type de rendement que lrsquoon peut obtenir en appliquant une strateacutegie de controcircle simple mettant en œuvre des

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tempeacuteratures drsquoeau et des vitesses de ventilateur variables Les tempeacuteratures et les deacutebits drsquoair du ventilateur preacutesenteacutes dans le tableau 6 ont eacuteteacute choisis agrave titre indicatif uniquement Ils ne repreacutesentent pas des reacuteglages pleinement optimiseacutes applicables agrave un systegraveme de chauffage combineacute

Tableau 6 Performances drsquoun systegraveme de chauffage combineacute theacuteorique offrant une puissance de chauffage des locaux de 10 kW en utilisant une strateacutegie de controcircle de tempeacuteratures drsquoeau et de vitesses de ventilateur variables (variation de la capaciteacute de chauffage des locaux par modulation du deacutebit drsquoair et de la tempeacuterature de lrsquoeau)

Mode de fonctionne -ment

Pondeacuter-ation

Temp de lrsquoeau drsquoalimen-tation (degF)

Temp de lrsquoeau de retour du reacuteseau principal (degF)

Deacutebit du systegraveme de traitement drsquoair (pi3min)

Mesure de la performance eacutenergeacutetique mode activeacute deacutesactiveacute ()

Contribution FPT

Chauffage des locaux 100

8 140 120 800 85 007

Chauffage des locaux 40

49 110 102 600 92 045

Chauffage des locaux 15

25 90 87 500 94 023

Chauffage de lrsquoeau

18 140 58 --- 92 016

Total 100 092

Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables bull Performances globales Une cote de facteur de performance totale (FPT) de 092

placerait le systegraveme combineacute dans la plage des performances eacuteleveacutees

bull Performances en mode de chauffage de lrsquoeau Comme dans le cas du sceacutenario impliquant un point de consigne de tempeacuterature unique le systegraveme assure une condensation en mode de chauffage de lrsquoeau avec un FPCE de 92 Il serait possible drsquoameacuteliorer leacutegegraverement lrsquoefficaciteacute du systegraveme de chauffage de lrsquoeau si un point de consigne de tempeacuterature de lrsquoeau infeacuterieur agrave la valeur de 140 degF utiliseacutee dans le premier cas de figure eacutetait appliqueacute La norme P9 permet drsquoutiliser un point de

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consigne pouvant descendre jusqursquoagrave 120 degF dans le cas de lrsquoeau potable La tempeacuterature de consigne nrsquoa plus besoin drsquoecirctre la mecircme que celle requise pour une charge de chauffage de locaux maximale il est donc possible de la reacuteduire agrave la plage de 120 degF Pour simplifier la comparaison des deux systegravemes dans les tableaux 5 et 6 aucun point de consigne de systegraveme de chauffage drsquoeau potable reacuteduit nrsquoa pas eacuteteacute inclus dans le tableau 6

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge totale Dans ce mode le rendement eacutenergeacutetique est plus faible La tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation doit ecirctre au plus haut pour satisfaire la charge la tempeacuterature de lrsquoeau de retour sera donc elle aussi plus eacuteleveacutee dans ce mode Comme le systegraveme fonctionnera rarement dans ce mode cette mauvaise performance ne repreacutesente qursquoune petite fraction de la pondeacuteration FPT

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge partielle Les tempeacuteratures drsquoalimentation du systegraveme de chauffage de lrsquoeau sont abaisseacutees progressivement pour satisfaire des demandes en charge partielle moindres Les tempeacuteratures peuvent ecirctre abaisseacutees bien en deccedilagrave du reacuteglage preacutevu pour le chauffage de lrsquoeau du robinet Cette condition se traduit par des tempeacuteratures drsquoeau de retour plus basses qursquoen conditions de charge totale Ces deux facteurs font que lrsquoefficaciteacute est plus importante en conditions de charge partielle qursquoen conditions de charge totale Le chauffe-eau fonctionnera en mode de condensation pour les deux points de charge de chauffage de locaux (40 et 15 )

bull Vitesse de ventilateur Eacutetant donneacute que la puissance de chauffage requise diminue la vitesse de ventilateur diminue aussiCela se traduit par un niveau sonore reacuteduit un fonctionnement du ventilateur plus long avec des cycles moins freacutequents et une reacuteduction importante de la consommation drsquoeacutenergie Cette condition peut aussi reacuteduire les plaintes lieacutees au confort le fonctionnement plus long agrave des deacutebits drsquoair reacuteduits ameacuteliorant la reacutepartition de lrsquoair chaud pendant les saisons intermeacutediaires

bull Controcircle de la tempeacuterature de lrsquoair inteacuterieur Le fait de moduler la puissance de chauffage en faisant varier la tempeacuterature de lrsquoeau et la vitesse du ventilateur peut se traduire par une tempeacuterature drsquoair inteacuterieur plus homogegravene avec des eacutecarts de tempeacuteratures moins grands au-dessus et au-dessous des points de consigne du thermostat

La strateacutegie 2 (tempeacuterature drsquoeau variable) peut donner lieu agrave lrsquoeacutelaboration drsquoun systegraveme de chauffage combineacute efficace preacutesentant de bonnes performances lorsqursquoil est mis agrave lrsquoessai selon la norme CSA P9 et lorsqursquoil est installeacute dans une vraie reacutesidence Les niveaux de performance varieront en fonction des composants seacutelectionneacutes et des speacutecificiteacutes de lrsquoordonnancement des commandes

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7 Commandes

Les commandes geacuteneacuteriques exigeacutees pour mettre en œuvre la strateacutegie privileacutegieacutee impliquant une tempeacuterature variable quia eacuteteacute deacutecrite dans la derniegravere section peuvent srsquoaveacuterer relativement simples Quelques chauffe-eau agrave la demande proposent deacutejagrave des commandes de reacuteglage de tempeacuterature Les commandes de tempeacuterature des chauffe-eau agrave la demande types ne sont toutefois pas systeacutematiquement configureacutees pour offrir une fonction de reacuteglage de tempeacuterature baseacutee sur la charge Quasiment tous les chauffe-eau agrave la demande actuellement disponibles sont eacutequipeacutes pour accueillir des commandes de tempeacuterature inteacutegreacutees ou monteacutees agrave distance permettant agrave lrsquoutilisateur de reacutegler manuellement la tempeacuterature drsquoalimentation agrave partir du chauffe-eau

En principe il devrait ecirctre possible de concevoir un module drsquointerface de commande simple qui viendrait se brancher dans les fiches de connexion de la commande de tempeacuterature existante La nouvelle commande simulerait lrsquoaction du controcircleur de tempeacuterature standard reacutegleacute manuellement de maniegravere agrave offrir une fonction de reacuteinitialisation de tempeacuterature automatique du chauffe-eau Toutes les commandes de seacutecuriteacute resteraient fonctionnelles

Une strateacutegie de controcircle simple peut offrir des performances eacuteleveacutees Les facteurs cleacutes agrave prendre en compte sont les suivants

bull deacuteterminer si une demande tient compte des besoins en chauffage drsquoeau chaude domestique

bull en mode de chauffage des locaux uniquement utiliser une minuterie ou un controcircle de reacuteglage exteacuterieur (ou un capteur de charge infeacuterentielle similaire) pour faire augmenter progressivement la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation

bull preacutevoir un systegraveme de traitement drsquoair faisant varier le deacutebit drsquoair en fonction de la tempeacuterature de lrsquoeau qui arrive dans lrsquoappareil du deacutelai pendant lequel une demande de chauffage perdure ou drsquoun signal direct du capteur de commande de charge

Ilest inteacuteressant de souligner que le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair nrsquoont pas besoin de communiquer directement ni de posseacuteder des commandes communes pour mettre en œuvre certaines des strateacutegies de controcircle deacutecrites

Lorsque les commandes du systegraveme deacutetectent qursquoune demande de chauffage a eacuteteacute satisfaite le systegraveme de traitement drsquoair devrait continuer de fonctionner suffisamment longtemps pour extraire toute la chaleur reacutesiduelle du serpentin et la transfeacuterer vers le courant drsquoair Pour eacuteviter les problegravemes de confort thermique il est souhaitable de reacuteduire la vitesse du ventilateur pendant cette peacuteriode de temporisation de la

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ventilation Le fonctionnement continu du ventilateur avec un reacuteglage de vitesse faible offrira automatiquement cette fonctionnaliteacute sans neacutecessiter de quelconques commandes intelligentes Cette option aurait lrsquoavantage suppleacutementaire drsquoassurer une reacutepartition de la tempeacuterature uniforme agrave lrsquointeacuterieur de la reacutesidence Elle serait eacutegalement utile pour reacutepartir lrsquoair frais si le systegraveme combineacute est installeacute avec un ventilateur-reacutecupeacuterateur de chaleur (VRC) ou un autre type de systegraveme de ventilation

Des commandes soigneusement conccedilues contribueront en bout de ligne agrave assurer ou reacutetablir lrsquoefficaciteacute du systegraveme combineacute Les commandes devraient ecirctre en mesure de deacuteterminer srsquoil y a une demande de chauffage des locaux ou de chauffage de lrsquoeau ou une demande concernant les deux modes Les commandes devront deacuteterminer lrsquoamplitude de chaque charge et reacutepondre de maniegravere approprieacutee en faisant varier certains paramegravetres agrave la fois pour le systegraveme de chauffage des locaux (systegraveme de traitement drsquoair par exemple) et pour le geacuteneacuterateur de chaleur (notamment si la source de chauffage est un chauffe-eau agrave la demande) En cas de demande de chauffage drsquoeau eacuteleveacutee il se peut qursquoune solution de commande prioritaire drsquoeau chaude domestique constitue la meilleure option Les commandes peuvent deacuteduire lrsquoamplitude des charges de chauffage des locaux au moyen de divers meacutecanismes y compris en surveillant les cycles de fonctionnement du thermostat et de signaux drsquoentreacutes directs transmis par une commande de charge infeacuterentielle telle qursquoune commande de reacuteglage exteacuterieur

La figure 3 preacutesente un algorithme simplifieacute de commandes geacuteneacuteriques pour la section chauffe-eau drsquoun systegraveme combineacute utilisant quatre eacutetapes de reacuteglage de tempeacuterature drsquoeau pour le chauffage des locaux et une seule pour le chauffage de lrsquoeau

La logique de commande illustreacutee agrave la figure 3 constitue uniquement un exemple de strateacutegie de controcircle rudimentaire qui pourrait ecirctre utiliseacutee pour assurer des performances eacuteleveacutees dans des modes de chauffage de locaux sans neacutecessiter lrsquoutilisation de composants oneacutereuxLrsquoalgorithme de commande pourrait ecirctre ameacutelioreacute si le controcircleur avait lrsquointelligence neacutecessaire pour lui permettre drsquoassimiler les eacutetapes de chauffage requises en surveillant la dureacutee des demandes de chauffage des locaux sur plusieurs cycles de chauffage reacutecents

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e

Mode drsquoattente Chauffe-eauagrave la demande en attente de signal

Demande de chauffage (lrsquoeaucircule dans le chauffe-eau)

Demandedrsquoeauchaude

domestique

Activationdu chauffagede lrsquoeacutetape 1 THERM90 ordmF Ventilateur Vitesse 1 Deacuteclencherle minuteursur 5 min

Demandesatisfaite avantlrsquoexpiration

du deacutelaiduminuteur

Oui

Oui

No

Reacuteglage du THERM sur le point de consigne de lrsquoeau chaude domestique THERM = 140 degF Couperlecirculateurde chauffagedelocaux (facultatif) Attendre lafin de la demande drsquoeau chaude domestique

Demande de

chauffage satisfait

Non

Oui

Activation du chauffage de lrsquoeacutetape 2 THERM = 105 degF Ventilateur Vitesse 2 Deacuteclencher le minuteur sur3 min

Activation du chauffage de lrsquoeacutetape 3 THERM = 120 degF Ventilateur Vitesse 3 Deacuteclencher le minuteur sur3 min

Activation du chauffage MAX THERM = 140 degF Ventilateur Vitesse 4 Mettrefin agravelademande de chauffage

Figure 3 Logique de lrsquoalgorithme simplifieacute de commande de chauffe-eau pour unsceacutenario de chauffage en quatre eacutetapes

Voici trois options de commande de vitesse de ventilateur de systegraveme de traitement drsquoair associeacutees agrave la meacutethode de chauffage drsquoeau illustreacutee agrave la figure 3

Commandes indirectes baseacutees sur la tempeacuteratureRaccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont bien distinctes les unes des autres mais elles fonctionnement de maniegravere compleacutementaire

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Principe de fonctionnement Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetecte la tempeacuterature de lrsquoeau chaude drsquoadmissionPlus la tempeacuterature de lrsquoeau est eacuteleveacutee plus les commandes du systegraveme de traitement drsquoair augmentent le deacutebit drsquoair

Discussion Les commandes du chauffe-eau augmentent la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque la demande nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetecte la tempeacuterature plus eacuteleveacutee et fait circuler plus drsquoair dans les serpentins pour lrsquoutiliser

Aspect meacutecanique Un puits de tempeacuterature est installeacute dans la conduite drsquoeau drsquoalimentation drsquoarriveacutee agrave lrsquointeacuterieur du systegraveme de traitement drsquoairLe reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur serait ajusteacute en installant un module de commande de systegraveme de traitement drsquoair qui mesure la tempeacuterature de lrsquoeau achemineacutee au systegraveme de traitement drsquoair depuis le chauffe-eau pendant une demande de chauffage de locaux transmise au systegraveme de traitement drsquoair La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signal de commande transmis au panneau de controcircle du systegraveme de traitement drsquoair par le thermostat du systegraveme de CVCA

Commandes indirectes baseacutees sur le minuteur Raccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont bien distinctes les unes des autres mais elles fonctionnement de maniegravere compleacutementaire

Principe de fonctionnement Le deacutebit drsquoair du systegraveme de traitement drsquoair varie en fonction de la dureacutee de la demande de chauffage afin de coiumlncider avec les minutages de commande de tempeacuterature indiqueacutes agrave la figure 3

Discussion Les commandes du chauffe-eau augmentent la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque la demande nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetermine la dureacutee de la demande de chauffage et fait circuler plus drsquoair dans les serpentins afin de se conformer aux eacutetapes de tempeacuterature programmeacutees

Aspect meacutecanique Le reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur serait ajusteacute en installant un module de commande de systegraveme de traitement drsquoair qui reacutegule le deacutebit drsquoair en fonction de la dureacutee de la demande de chauffage La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signalde commande transmis au panneau de controcircle du systegraveme de traitement drsquoair par le thermostat du systegraveme de CVCA

Controcircle direct Raccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont toutes deux controcircleacutees au moyen drsquoun nouveau controcircleur combineacute inteacutegreacute posseacutedant une interface directe avec le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair

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Principe de fonctionnement Le nouveau controcircleur fait varier le deacutebit drsquoair du systegraveme de traitement drsquoair et la tempeacuterature de lrsquoeau de maniegravere agrave optimiser le rendement du chauffage

Discussion Cette strateacutegie de controcircle direct suppose le deacuteveloppement drsquoun nouveau composant de commande Le controcircleur peut utiliser des reacuteglages de fonctionnement plus sophistiqueacutes afin drsquoameacuteliorer le rendement dans tous les modes de fonctionnement

Aspect meacutecanique Le reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur et la tempeacuterature de lrsquoeau achemineacutee au systegraveme de traitement drsquoair seraient directement controcircleacutes par un nouveau controcircleur combineacute inteacutegreacute La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signal de commande transmis au controcircleur par le thermostat du systegraveme de CVCA

Chauffe-eau - Mode de chauffage de lrsquoeau du robinet Les algorithmes de chauffage de lrsquoeau du robinet ne changent pas par rapport agrave ceux du module de commande standard La seule diffeacuterence reacuteside dans le fait que le chauffe-eau utilise un contacteur de deacutebit ou un deacutebitmegravetre pour repeacuterer un tirage drsquoeau chaude (ou une arriveacutee drsquoeau froide) et comprendre qursquoune demande de chauffage drsquoeau a eacuteteacute faite Si une demande de chauffage de locaux intervient simultaneacutement le chauffe-eau pourrait honorer les deux demandes en tenant compte du reacuteglage de tempeacuterature de sortie requise de lrsquoeau du robinet Une autre option consisterait agrave prendre en compte par deacutefaut le reacuteglage du mode de chauffage de lrsquoeau Un mode de controcircle plus sophistiqueacute pourrait potentiellement temporiser le chauffage des locaux lorsque cela srsquoavegravere neacutecessaire pour reacutepondre agrave des demandes de chauffage drsquoeau eacuteleveacutees ou pour activer la distribution de chauffage des locaux en utilisant des reacuteglages de tempeacuterature optimiseacutes Ce cas de figure est illustreacute agrave la figure 4

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8 Composants

Pour bien fonctionner les systegravemes de chauffage combineacutes doivent ecirctre doteacutes de composants haute performance que ce soit dans une configuration dite laquo installeacutee raquo ou dans une configuration drsquoessai selon la norme CSA P9 La preacutesente section a pour objectif drsquoaider les fabricants de chauffe-eau agrave la demande

bull agrave concevoir leur propre systegraveme de traitement drsquoair

bull agrave eacutetablir un partenariat avec un autre fabricant qui fournirait un systegraveme de traitement drsquoair pour leur systegraveme apregraves avoir deacutetermineacute

ndash les composants requis

ndash la mesure dans laquelle un modegravele de systegraveme de traitement drsquoair existant aurait besoin drsquoecirctre affineacute pour reacutepondre agrave leurs besoins

bull agrave eacutetablir les modifications qursquoil faut apporter au systegraveme monobloc dans son ensemble pour ameacuteliorer les performances

81 Systegraveme de traitement drsquoair

Le systegraveme de traitement drsquoair doit inclure les composants neacutecessaires pour fournir de la chaleur et faire circuler de lrsquoair Les eacuteleacutements agrave prendre en compte sont des serpentins de chauffage de locaux un moteur de ventilateur une pompe et un puits de tempeacuterature Ces eacuteleacutements sont deacutecrits plus en deacutetail ci-dessous

82 Serpentins de chauffage de locaux

Les serpentins de chauffage de locaux doivent ecirctre dimensionneacutes de maniegravere approprieacutee pour que le chauffage des locaux puisse avoir lieu avec une tempeacuterature drsquoalimentation suffisamment basse et une baisse de tempeacuterature de lrsquoeau suffisante pour favoriser la condensation dans le geacuteneacuterateur de chaleur lorsque le systegraveme fonctionne en conditions de charge partielle (et ideacutealement en conditions de pleine charge eacutegalement)

Geacuteneacuteralement les serpentins quiextraient la chaleur de lrsquoeau sont conccedilus et choisis en tenant compte drsquoune baisse de tempeacuterature de lrsquoeau drsquoenviron 11 degC (20 degF) le long des serpentins aux conditions de chauffage nominales La seacutelection preacutealable du serpentin peut ecirctre faite en utilisant un logiciel deacutejagrave proposeacute par divers fabricants de serpentins Dans la plupart des cas le modegravele logiciel calcule la puissance de chauffage drsquoun

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serpentin de chauffage agrave eau chaude en se fondant sur la mesure des performances du conditionnement drsquoair pour des serpentins ayant une construction et des geacuteomeacutetries similaires Du coup la puissance de chauffage reacuteelle pour une condition nominale donneacutee peut diffeacuterer leacutegegraverement de celle preacutedite par le logiciel

Ilest recommandeacute de veacuterifier la performance reacuteelle du serpentin choisi (puissance de chauffage baisse de la tempeacuterature de lrsquoeau baisse de la pression statique sur le cocircteacute air et eau) en effectuant des essais internes Lorsque cette eacutetape a eacuteteacute exeacutecuteacutee le modegravele logiciel peut fournir une aide preacutecieuse pour seacutelectionner le serpentin et devrait proposer des indications plutocirct fiables concernant les changements de performance du serpentin aux diffeacuterentes conditions projeteacutees Les informations ainsi collecteacutees devraient ecirctre utiles pour concevoir et affiner des reacuteglages et des strateacutegies de controcircle plus eacutevolueacutes en vue drsquooptimiser le rendement du systegraveme en conditions de chauffage en charge partielle

Voici les eacuteleacutements agrave prendre en compte

Diamegravetre du serpentin drsquoeau et nombre de spires ndash Un grand diamegravetre de canalisation reacuteduira au minimum la baisse de pression de lrsquoeau ainsi que lrsquoeacutenergie utiliseacutee par le systegraveme de circulation drsquoeau Un petit diamegravetre de canalisation permettra drsquoopter pour un serpentin moins oneacutereux eacutetant donneacute qursquoil faudra moins de cuivre dans le serpentin Cependant des petits tubes neacutecessiteront une eacutenergie de pompage supeacuterieure et feront augmenter les pheacutenomegravenes drsquousure et drsquoeacuterosion des tubes si une puissance de pompe suffisante est appliqueacutee pour offrir le deacutebit drsquoeau nominal Concregravetement le fait drsquoutiliser un serpentin avec des tubes trop petits reacuteduira la puissance de chauffage fournie par le serpentin En effet le fabricant utilisera vraisemblablement le mecircme circulateur standard quel que soit le serpentin retenu Les TECA hydronic and combo guideline (Directives sur les systegravemes hydroniques et combineacutes de la TECA)1

(article 814) preacutecisent que le deacutebit de lrsquoeau qui traverse le systegraveme de chauffage ne doit pas deacutepasser quatre (4) pieds par seconde

Nombre drsquoailettes par pouce ndash Plus le nombre drsquoailettes par pouce est eacuteleveacute plus la surface de transmission de chaleur et la puissance de chauffage augmentent cela creacutee cependant une baisse de pression supeacuterieure sur le cocircteacute air du serpentin Un certain degreacute de perte de pression dans le serpentin est utile pour assurer un deacutebit drsquoair homogegravene dans le serpentin notamment dans une configuration de laquo purge raquo qui est couramment utiliseacutee dans les ventilo-convecteurs combineacutes servant au chauffage des locauxLes speacutecifications des serpentins de chauffage peuvent faire eacutetat drsquoun nombre drsquoailettes variant de 6 ailettes par pouce agrave 14 ailettes par pouce Les serpentins de chauffage hydronique standard comportent 12 ou 14 ailettes par pouce Les serpentins doteacutes drsquoun grand nombre drsquoailettes sont plus facilement encrasseacutes par de la poussiegravere

1 Thermal Environmental Comfort Association (TECA) Surrey (C-B) Hydronic amp Combo Guidelines for the Design and Installation of Hot Water Heating Systems and Combination Hot Water amp Space Heating Systems 8th Edition August 2009 (Directives concernant les systegravemes hydroniques et combineacutes conception et installation de systegravemes de chauffage drsquoeau chaude et de systegravemes combineacutes de chauffage drsquoeau chaude et de locaux 8e eacutedition aoucirct 2009) [wwwtecaca]

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ou des deacutebris Selon les reacutesultats du logiciel de modeacutelisation du serpentin la preacutesence de 12 ailettes ou mecircme 14 semble ecirctre un choix raisonnable pour un serpentin de chauffage de locaux haute performance agrave condition que le serpentin soit choisi avec une surface suffisamment importante pour maintenir la vitesse frontale de lrsquoair faible agrave la puissance de chauffage theacuteorique

Figure 5 Exemple de serpentin de chauffage de locaux laquo surdimensionneacute raquo utiliseacute dans une application de systegraveme de traitement drsquoair hydronique

83 Moteur de ventilateur

Le systegraveme de traitement drsquoair devrait utiliser un moteur de ventilateur agrave commutation eacutelectronique (MCE) et ecirctre exploiteacute en utilisant un systegraveme de controcircle agrave vitesse multiple ou agrave vitesse variable Cette option permettrait de moduler le deacutebit drsquoair et la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque le systegraveme fonctionne agrave une puissance infeacuterieure agrave sa puissance de chauffage nominale maximaleLa capaciteacute agrave utiliser un mode de circulation continu agrave faible puissance et faible vitesse serait particuliegraverement utile en cas de fonctionnement aux points de consigne de 15 et 40 pour lesquels il est primordial de collecter et de distribuer toute la chaleur reacutesiduelle des serpentins de chauffage la norme P9 tenant compte uniquement de la chaleur qui est reacuteellement transfeacutereacutee dans le courant drsquoair

La modulation du deacutebit drsquoair et de la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation permettra drsquoobtenir des tempeacuteratures drsquoair distribueacute confortables ainsi que des performances de chauffage eacuteleveacutees

Un MCE doteacute drsquoune programmation de deacutebit drsquoair constant surclassera vraisemblablement un MCE qui utilise une programmation de couple constant car le

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systegraveme compensera au moins partiellement les diffeacuterences entre les pressions statiques nominales et les pressions statiques reacuteellement eacutetablies Cette solution peut srsquoaveacuterer indispensable pour srsquoassurer que les performances de la combustion dans des conditions reacuteelles variables correspondent aux performances obtenues lors drsquoessais dans le laboratoire

Une programmation de deacutebit drsquoair constant sera probablement essentielle pour obtenir des performances acceptables dans le cas drsquoun systegraveme combineacute reacuteparti

84 Circulateurpompe

Ilest important de choisir le bon circulateur pour acheminer le deacutebit approprieacute en fonction de la pression statique eacutetablie qui sera en vigueur Les pertes de pression dans les diffeacuterents chauffe-eau agrave la demande varient Le fait drsquoutiliser un circulateur qui fournit un deacutebit trop important se traduira par une petite baisse de tempeacuterature dans le circuit drsquoeau qui traverse le serpentin et par une tempeacuterature drsquoeau de retour eacuteleveacutee vers le chauffe-eau Un deacutebit trop faible entraicircne des capaciteacutes de chauffage faibles Des circulateurs hydroniques sont offerts avec trois vitesses seacutelectionnables et des deacutebits de pompe nominaux Par contre les moteurs utiliseacutes dans les circulateurs types agrave plusieurs vitesses ne sont pas aussi efficaces que les moteurs agrave CE Des circulateurs agrave vitesse variable eacutequipeacutes de moteurs agrave CE font leur apparition sur le marcheacute mais ils ne sont pas encore couramment utiliseacutes dans les applications combineacutees

Ideacutealement les pompes de circulation des systegravemes combineacutes eacutevolueacutes devraient consister en un concept agrave modulation agrave vitesse variable capable drsquoameacuteliorer le rendement et de compenser les diffeacuterentes configurations de canalisation Ce type de concept est deacutejagrave disponible et pourrait ecirctre mis en œuvre degraves maintenant il pourrait aussi ecirctre mis de cocircteacute jusqursquoagrave ce que la prochaine geacuteneacuteration de systegravemes de chauffage combineacutes eacutevolueacutes soit mise au point Les premiers reacutesultats drsquoessais en laboratoire ont montreacute qursquoil est possible drsquoobtenir de bonnes performances conformes agrave la norme CSA P9 sans utiliser des pompes de circulation agrave vitesse variable et des commandes auxiliaires coucircteuses Agrave lrsquoavenir agrave mesure que le coucirct des circulateurs agrave vitesse variable doteacutes de moteurs agrave CE baissera et que les commandes inteacutegreacutees seront mieux accepteacutees leur utilisation dans des applications de chauffage combineacute sera plus rentable

85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)

Si lrsquoon conccediloit le reacuteseau de plomberie de maniegravere agrave pouvoir y installer des bouchons de controcircle de tempeacuterature drsquoeau et de pression les essais internes et les mesures de mise en service seront simplifieacutes De plus il sera plus facile de purger lrsquoair des circuits

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hydroniques Il est possible drsquoutiliser des sondes de tempeacuteratures monteacutees agrave lrsquoexteacuterieur pour effectuer les mesures de mise en service sur le terrain si des sections de conduites de cuivre ameacutenageacutees dans des endroits strateacutegiques sont prises en compte lors de la conception

86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau

Certains chauffe-eau agrave la demande de type chaudiegravere possegravedent des points de consignes et des algorithmes de controcircle distincts pour le chauffage des locaux et celui de lrsquoeau Drsquoautres ont besoin de savoir si la charge concerne le chauffage des locaux ou celui de lrsquoeau potable Dans ce cas on peut utiliser divers capteurs et surveiller eacutegalement les signaux transmis par un deacutebitmegravetre drsquoeau installeacute dans le reacuteseau drsquoeau potable ou un deacutebitmegravetre installeacute dans le circuit de chauffage des locaux Bon nombre de chauffe-eau agrave la demande utilisent de tels capteurs dans leurs circuits de commande de brucircleur afin de faire coiumlncider les allures de chauffe avec les chargesDans les applications combineacutees lrsquoutilisation de commandes capables de diffeacuterencier les charges deacutepend de la logique de controcircle prioritaire de demande drsquoeau chaude domestique

87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes

Les canalisations drsquoeau ameacutenageacutees entre le geacuteneacuterateur de chaleur et le systegraveme combineacute devraient ecirctre dimensionneacutees de maniegravere agrave eacuteviter des baisses de pression excessives

Toutes les canalisations en cuivre exteacuterieures doivent ecirctre isoleacutees conformeacutement aux pratiques de lrsquoindustrie Il se peut que les avantages lieacutes agrave lrsquoisolation des canalisations drsquointerraccordement ne soient pas tregraves importants si les sections de conduites sont courtes et si elles contiennent des tuyaux en polyeacutethylegravene reacuteticuleacute ou un type de conduite similaire preacutesentant moins de perte de chaleur que les conduites en cuivre

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9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes

La preacutesente section contient des directives et certaines observations agrave lrsquointention des fabricants de systegravemes de chauffage combineacutes dans le but drsquoaider ces derniers agrave mettre agrave lrsquoessai leurs systegravemes agrave lrsquointerne Lrsquoexeacutecution drsquoessais agrave lrsquointerne en utilisant un montage simplifieacute permettra aux fabricants de mieux cerner les performances de leurs concepts et commandes prototypes lorsqursquoils sont mis agrave lrsquoessai dans une installation indeacutependante conformeacutement agrave la norme CSA P9 (P10 pour les fabricants de SMI) Les essais en question ne doivent pas forceacutement ecirctre conccedilus pour geacuteneacuterer des reacutesultats de performance preacutecis agrave 100 mais ils sont consideacutereacutes comme indispensables pour le deacuteveloppement et le cycle drsquooptimisation du produit les avantages drsquoun concept et drsquoun fonctionnement de systegraveme ameacutelioreacutes pouvant rapidement sauter aux yeux lorsque lrsquoon compare les reacutesultats des essais reacutealiseacutes laquo avant raquo et laquo apregraves raquo

En geacuteneacuteral il nrsquoest pas rentable de payer un laboratoire drsquoessais indeacutependant pour proceacuteder agrave la premiegravere eacutevaluation drsquoun systegraveme de chauffage combineacute complet Les coucircts lieacutes au laboratoire et les deacutefis lieacutes aux ingeacutenieurs concepteurs qui prescrivent des reacuteglages lorsqursquoils ne sont pas sur place rendent cette option probleacutematique Des essais simplifieacutes reacutealiseacutes dans les propres locaux du fabricant permettent de srsquoassurer que les reacutesultats sont dans la plage approprieacutee degraves le deacutebut

Un scheacutema de montage drsquoessai suggeacutereacute utilisable pour effectuer des mesures conformeacutement agrave la norme CSA P9 est preacutesenteacute dans cette norme La figure 6 ci-dessous illustre une version simplifieacutee de ce scheacutema

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de la piegravece

combineacutes

Appareilsdeconditionnement

Eacutevents pour produits de combustion Appareils de

conditionnement de la piegravece

Salle drsquoessai

Isolant

Meacutelangeur

Approvisionnement en eau

Eacutevents pour air de combustion Conduite drsquoalimentation en combustible

Uniteacute drsquoessai des

systegravemes

Thermocouples Porte Fenecirctre

Mesure de la tempeacuterature et du deacutebit de lrsquoeau

Conduite drsquoair de retour

Thermocouples

Mesure de la tempeacuterature et de lrsquohumiditeacute de lrsquoair

Air drsquoappoint

Mesure du deacutebit drsquoair

Figure 6 Scheacutema simplifieacute illustrant le montage utiliseacute pour exeacutecuter les essais conformeacutement agrave la norme P9 (composants individuels du systegraveme combineacute non illustreacutes)

Le scheacutema preacutesente un dispositif de mesure de lrsquoenthalpie de lrsquoair dans un tunnel baseacute Vsur la norme ASHRAE 37 Lrsquoappareil de mesure de lrsquoair illustreacute sur la figure de la norme utilise un ajutage et un ventilateur drsquoeacutequilibrage pour pouvoir appliquer une technique de mesure du deacutebit drsquoair neacutecessitant une pression diffeacuterentielle eacuteleveacutee (entre 1 et 4 pouces drsquoeau) dans lrsquoajutage Lorsqursquoil est utiliseacute avec des manomegravetres preacutecis cet appareil offre une preacutecision de mesure eacuteleveacutee de lrsquoordre de 1 agrave 2 du deacutebit drsquoair et il geacutenegravere un deacutebit drsquoair bien meacutelangeacute qui permet de mesurer avec preacutecision la tempeacuterature du deacutebit de lrsquoair drsquoalimentation

La norme P9 preacutecise que lrsquoajutage inteacutegreacute agrave lrsquoappareil de mesure de lrsquoenthalpie de lrsquoair en tunnel constitue une meacutethode acceptable pour mesurer le deacutebit drsquoair tout en approuvant expresseacutement (article 36) lrsquoapplication drsquoautres processus de mesure du deacutebit drsquoair agrave condition que les limites de preacutecision mentionneacutees dans la norme soient satisfaites Ceci donne la possibiliteacute drsquoutiliser une technique de mesure du deacutebit drsquoair plus directe ne neacutecessitant pas lrsquoutilisation drsquoun appareil comportant un ventilateur drsquoeacutequilibrage Dans certains cas lrsquoutilisation drsquoune chambre de mesure de deacutebit avec un ventilateur drsquoeacutequilibrage pour reacutegler la pression statique de la conduite drsquoair drsquoalimentation a impliqueacute des problegravemes de stabiliteacute avec des moteurs agrave CE qui ont eacuteteacute

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programmeacutes pour un deacutebit drsquoair constant il est donc avantageux drsquoeacuteviter les ventilateurs drsquoeacutequilibrage

91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz

De nombreux fabricants concevant des systegravemes combineacutes eacutevolueacutes integravegreront des instruments conccedilus pour mesurer la consommation drsquoeacutenergie eacutelectrique la consommation du combustible les performances de combustion la tempeacuterature et la pression (pression du collecteur de gaz pression statique des conduites etc) Si de tels eacutequipements de mesure ne sont pas offerts ilest recommandeacute de les preacutevoirLes compteurs de facturation des compagnies de gaz et drsquoeacutelectriciteacute devraient offrir une preacutecision et une reacutesolution suffisantes pour les essais de deacuteveloppement du produit

92 Enregistreur de donneacutees

Les fabricants devront eacutegalement avoir accegraves agrave un systegraveme drsquoenregistrement de donneacutees dans le cadre de leur travail Il est conseilleacute de preacutevoir un enregistreur qui offre une preacutecision et un nombre de canaux de mesures suffisants pour les tacircches agrave accomplir On estime qursquoil faudra environ huit (8) canaux pour mesurer la tempeacuterature plus quelques canaux analogiques ou numeacuteriques pour prendre en compte les donneacutees des deacutebitmegravetres des transducteurs de pression etc (analogiques ou numeacuteriques selon lrsquoinstrument de mesure seacutelectionneacute) De nombreux fournisseurs proposent un large eacuteventail drsquoenregistreurs de donneacutees Campbell Scientific Fluke Instruments Omega et Measurement Computing (personal DAQ) figurent parmi les fabricants qui proposent des enregistreurs de donneacutees de petite eacutechelle pouvant ecirctre pris en compte Il est recommandeacute de se pencher sur lrsquoassistant logiciel de lrsquoenregistreur de donneacutees seacutelectionneacute au moment drsquoeacutevaluer lrsquoeacutequipement Si le fabricant ne souhaite pas investir dans un enregistreur de donneacutees la location demeure une option mecircme si les eacuteconomies preacutevues dans le cas drsquoune location agrave court terme semblent ecirctre faibles

93 Deacutebit drsquoair

Pour mesurer le deacutebit drsquoair pendant les essais agrave lrsquointerne il est recommandeacute drsquoutiliser une grille de deacutebit drsquoair avec eacutetablissement de moyenne installeacutee dans la conduite drsquoair drsquoalimentation en conjonction avec un manomegravetre diffeacuterentiel de preacutecision De nombreux fournisseurs proposent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans un large eacuteventail de tailles et ces deacutebitmegravetres sont relativement peu chers car ils sont souvent utiliseacutes dans des systegravemes commerciaux de chauffage et de refroidissement agrave deacutebit drsquoair variable Si lrsquoon fait une recherche dans Google en utilisant le segment laquo deacutebitmegravetres drsquoair raquo on trouve plusieurs fournisseurs et liens permettant

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drsquoobtenir de plus amples informations sur le sujet Nailor Industries Inc et Dwyer Instruments sont deux socieacuteteacutes quioffrent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans une grande varieacuteteacute de tailles de conduites

94 Manomegravetres

On trouve eacutegalement de nombreux manomegravetres diffeacuterentiels sur le marcheacute dont les modegraveles varient des manomegravetres agrave tube inclineacute aux transducteurs numeacuteriques de preacutecision Il est important de bien faire correspondre la plage de mesure du transducteur ou du manomegravetre avec la pression fournie par le deacutebitmegravetre sur la plage de deacutebits drsquoair preacutevue Dans le cas des transducteurs numeacuteriques des instruments capacitifs sont reacuteputeacutes bien fonctionner dans la plage de pression diffeacuterentielle basse qui serait normalement prescrite (environ 05 pouce de diffeacuterence de colonne drsquoeau) Setra Instruments MKS Instruments (Baratron) Dwyer Instruments et drsquoautres socieacuteteacutes proposent des transducteurs de pression diffeacuterentielle capacitifs plage basse adapteacutes

95 Tempeacuteratures

Les tempeacuteratures drsquoair drsquoarriveacutee et de sortie peuvent ecirctre mesureacutees en utilisant des thermocouples des thermistances ou des capteurs de conduite geacuteneacuterant une valeur moyenne Du fait de son bas coucirct de sa faciliteacute drsquoutilisation et de sa preacutesence agrave grande eacutechelle sur le marcheacute le thermocouple semble ecirctre lrsquoinstrument approprieacute pour cette application Il est possible de fabriquer un reacuteseau de thermocouples agrave partir drsquoune bobine de fil de thermocouple et de les raccorder entre eux en parallegravele de maniegravere agrave geacuteneacuterer une seule donneacutee repreacutesentant la valeur moyenne De nombreux fournisseurs offrent des fils agrave thermocouple notamment les socieacuteteacutes Thermo Electric Company Inc Omega Inc Watlow Inc etc Il est eacutegalement possible de fabriquer des sondes de tempeacuterature agrave partir des mecircmes fils de thermocouple pour surveiller drsquoautres paramegravetres tels que les tempeacuteratures drsquoeau Il est important de bien utiliser un fil agrave thermocouple plutocirct qursquoun fil de rallonge de lrsquoeacutechelle de mesure identique mais moins preacutecis

96 Mesures du cocircteacute eau

Pour effectuer des mesures du cocircteacute eau dans les serpentins il est neacutecessaire de posseacuteder un deacutebitmegravetre et des sondes de tempeacuterature Ces mesures pourraient ecirctre reacutealiseacutees en utilisant des capteurs distincts (deacutebitmegravetre drsquoeau et sondes de tempeacuterature distinctes par exemple) Il est important de srsquoassurer que lrsquoinsertion drsquoun deacutebitmegravetre dans la boucle drsquoeau ne modifie pas le deacutebit de la pompe de circulation Cela est particuliegraverement important avec des circulateurs agrave faible puissance geacuteneacuteralement utiliseacutes dans des applications combineacutees pour lesquelles lrsquoinstallation drsquoun deacutebitmegravetre agrave turbine conventionnel agrave baisse de pression eacuteleveacutee peut restreindre le deacutebit drsquoeau Ilexiste des deacutebitmegravetres preacutecis sans perte de pression eacuteleveacutee Certains appareils

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peuvent ecirctre acheteacutes deacutejagrave conditionneacutes avec des sondes de tempeacuterature en guise de laquo compteurs drsquoeacutenergie raquo Ils mesurent simultaneacutement les tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de lrsquoeau de retour ainsi que le deacutebit de lrsquoeau et calculent directement le flux drsquoeacutenergie en srsquoappuyant sur ces mesuresKamstrup Siemens Badger Meters Elster Metering ABB Meters et drsquoautres socieacuteteacutes offrent ce type drsquoappareils Les compteurs drsquoeacutenergie autonomes sont habituellement configureacutes avec certains dispositifs permettant de lire les diffeacuterents paramegravetres ainsi que les flux drsquoeacutenergie calculeacutes La plupart offre une fonction de stockage des donneacutees internes etou des sorties numeacuteriques pouvant ecirctre interfaceacutees avec des enregistreurs de donneacutees externes

97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne

La norme CSA P9 exige que le chauffage des locaux soit deacutefini en utilisant deux mesures (cocircteacute air et cocircteacute eau) avec une entente dans une toleacuterance acceptable pour la mise agrave lrsquoessai du systegraveme de chauffage de locaux agrave pleine capaciteacute constant Dans le cas des mesures agrave lrsquointerne entreprises par un fabricant dans le cadre drsquoun projet de deacuteveloppement de produit cibleacute lrsquoentente entre les mesures du cocircteacute air et du cocircteacute eau nrsquoest pas forceacutement requise On suggegravere aux fabricants de se concentrer sur les mesures qui ciblent la strateacutegie de controcircle ou de composant propre agrave lrsquoeacutetude Par exemple si des strateacutegies diffeacuterentes de temporisation du ventilateur ou laquo apregraves fonctionnement raquo sont eacutevalueacutees il est bien plus important de se concentrer sur les mesures du cocircteacute air que drsquoessayer drsquoatteindre un eacutequilibre entre le cocircteacute air et le cocircteacute eau Selon la quantiteacute drsquoeacutenergie laisseacutee dans le serpentin drsquoeau lorsque le ventilateur de soufflante srsquoarrecircte et drsquoautres pertes drsquoeacutenergie du systegraveme il est possible qursquoil nrsquoy ait pas drsquoeacutequilibre drsquoeacutenergie entre les mesures du cocircteacute air et les mesures du cocircteacute eau mecircme avec un instrument des mesures et des calculs laquo parfaits raquo

La norme CSA P9 exige une mesure du deacutebit drsquoair et des tempeacuteratures au moins toutes les cinq (5) secondes Dans le cas des essais agrave lrsquointerne cette freacutequence pourrait ecirctre assouplie pour certaines eacutetapes drsquoessai Par ailleurs une conformiteacute totale agrave la norme P9 suppose un controcircle preacutecis de la tempeacuterature de la salle drsquoessai ougrave se trouve le systegraveme combineacute en vue des essais ainsiqursquoun controcircle preacutecis de la tempeacuterature de lrsquoeau de la ville Dans le cas des essais de deacuteveloppement agrave lrsquointerne ces exigences peuvent eacutegalement ecirctre assouplies agrave condition que les tempeacuteratures ne varient pas trop pendant les essais Un espace commercial conditionneacute ayant une dimension raisonnable ferait lrsquoaffaire au moins pour les phases drsquoessai et de deacuteveloppement initiales

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Flue(combustionmeasurements)

SupplyAirtoSpaceHeatingPlenum

(optionalzonedampers)

ReturnAir

CityWater

TanklessWaterHeater

HotWaterSupplyfromWaterHeater

DHW

CoolWaterreturntoWaterheater

Temperaturemeasurementpoints

Fuelmeter

Flowmeter

Electricalmeteringnotshown

Circulator

98 Agencement des instruments

La figure 7 preacutesente un scheacutema simplifieacute permettant drsquoillustrer lrsquoagencement geacuteneacuteral des emplacements et des paramegravetres de mesure en vue de la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute de chauffe-eau instantaneacute agrave condensation Le deacutebit drsquoair qui traverse la conduite drsquoalimentation du systegraveme de traitement drsquoair sera surveilleacute en utilisant un deacutebitmegravetre agrave valeur moyenne et un manomegravetre (non illustreacute) tel que cela est deacutecrit agrave lrsquoarticle 73

T

T

T T

T T

Alimentation en eau chaude provenant du chauffe-eau

Conduit (mesures de combustion)

Eau chaude domestique

Systegraveme de mesure du combustible

Air dereprise

Retourde lrsquoeau froide vers lechauffe-eau

Chauffe-eau instantaneacute

Air drsquoalimentation achemineacute versle pleacutenum de chauffage(registres de zone facultatifs)

Eau municipale

Deacutebitmegravetre

T

(compteur eacutelectrique non illustreacute)

Points de mesure de la tempeacuterature Circulateur

Figure 8 Scheacutema de mesure simplifieacute applicable agrave la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute baseacute sur un chauffe-eau instantaneacute

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CanmetEacuteNERGIE CanmetEacuteNERGIE de Ressources naturelles Canada est un chef de file canadien dans le domaine de la recherche et deacuteveloppement en eacutenergie propre Les travaux de nos speacutecialistes portent sur lrsquoapprovisionnement drsquoeacutenergie propre agrave partir de combustibles fossiles et de sources renouvelables la gestion de lrsquoeacutenergie et les systegravemes de distribution ainsi que sur les technologies et processus avanceacutes pour les utilisations finales En veillant agrave ce que le Canada soit agrave la fine pointe des technologies sur lrsquoeacutenergie propre nous ameacuteliorons la qualiteacute de vie des Canadiens en creacuteant un avantage durable en matiegravere de ressources

Bureau central Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) 580 rue Booth 1 promenade Oil Patch 1 promenade Haanel 161 boulevard Lionel-Boulet Ottawa (Ontario) Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) Canada Canada Canada Canada K1A 0E4 T9G 1A8 K1A 1M1 J3X 1S6

  • Guide pour les fabricants drsquoappareils de chauffage combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessai conformeacutement agrave la norme CSA P9
    • Remerciements
    • 1 Reacutesumeacute
    • 2 Systegravemes agrave zones
    • Table des matiegraveres
    • Liste des tableaux et figures
    • 3 Contexte
      • 31 Objet
      • 32 Public cible
      • 33 Marcheacute
      • 34 Pratiques en vigueur dans lrsquoindustrie
      • 35 Expeacuterience en matiegravere drsquoeacutevaluation
      • 36 Deacutefi principal Utiliser des chauffe-eau pour chauffer des locaux de maniegravere eacuteconergeacutetique
      • 37 Approche par eacutetapes
        • 4 Charges de calcul ndash performances selon la norme CSA p9
          • 41 Facteur de performance thermique (FPT)
          • 42 Chauffage de lrsquoeau
          • 43 Chauffage des locaux
          • 44 Importance relative des charges de chauffage des locaux et de lrsquoeau
            • 5 Chauffage de lrsquoeau domestique
            • 6 Conception des systegravemes combineacutes
              • 61 Incidence des pondeacuterations de charge
                • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                • Reacuteduction des tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour
                  • 62 Strateacutegies de conception
                  • 63 Strateacutegie 1 Tempeacuterature drsquoeau constante
                    • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                    • Serpentin(s) de chauffage des locaux
                    • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                    • Illustration des performances selon la norme P9
                    • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                      • 64 Strateacutegie 2 Tempeacuterature drsquoeau variable
                        • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                        • Serpentin(s) de chauffage de locaux
                        • Conditions de chauffage de locaux en charge partielle
                        • Illustration des performances P9
                        • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                            • 7 Commandes
                              • Commandes indirectes baseacutees sur la tempeacuterature
                              • Commandes indirectes baseacutees sur le minuteur
                              • Controcircle direct
                              • Chauffe-eau -Mode de chauffage de lrsquoeau du robinet
                                • 8 Composants
                                  • 81 Systegraveme de traitement drsquoair
                                  • 82 Serpentins de chauffage de locaux
                                  • 83 Moteur de ventilateur
                                  • 84 Circulateurpompe
                                  • 85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)
                                  • 86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau
                                  • 87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes
                                    • 9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes
                                      • 91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz
                                      • 92 Enregistreur de donneacutees
                                      • 93 Deacutebit drsquoair
                                      • 94 Manomegravetres
                                      • 95 Tempeacuteratures
                                      • 96 Mesures du cocircteacute eau
                                      • 97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne
                                      • 98 Agencement des instruments
Page 26: Guide pour les fabricants d’appareils de chauffage ...€¦ · Le présent rapport explique comment la norme d’essai P.9 pondère le rendement dans différents modes de fonctionnement

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge totale Dans ce mode le rendement eacutenergeacutetique est plus faible La tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation doit ecirctre au plus haut pour satisfaire la charge la tempeacuterature de lrsquoeau de retour sera donc elle aussiplus eacuteleveacutee dans ce modeComme le systegraveme fonctionnera rarement dans ce mode cette mauvaise performance ne repreacutesente qursquoune petite fraction de la pondeacuteration FPT

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge partielle Les tempeacuteratures drsquoalimentation du systegraveme de chauffage de lrsquoeau sont abaisseacutees progressivement pour satisfaire des demandes en charge partielle moindres Les tempeacuteratures peuvent ecirctre abaisseacutees bien en deccedilagrave du reacuteglage preacutevu pour le chauffage de lrsquoeau du robinet Cette condition se traduit par des tempeacuteratures drsquoeau de retour plus basses qursquoen conditions de charge totale Ces deux facteurs font que lrsquoefficaciteacute est plus importante en conditions de charge partielle qursquoen conditions de charge totale Le chauffe-eau fonctionnera en mode de condensation pour les deux points de charge de chauffage de locaux (40 et 15 )

bull Vitesse de ventilateur Eacutetant donneacute que la puissance de chauffage requise diminue la vitesse de ventilateur diminue aussiCela se traduit par un niveau sonore reacuteduit un fonctionnement du ventilateur plus long avec des cycles moins freacutequents et une reacuteduction importante de la consommation drsquoeacutenergie Cette condition peut aussi reacuteduire les plaintes lieacutees au confort le fonctionnement plus long agrave des deacutebits drsquoair reacuteduits ameacuteliorant la reacutepartition de lrsquoair chaud pendant les saisons intermeacutediaires

bull Controcircle de la tempeacuterature de lrsquoair inteacuterieur Le fait de moduler la puissance de chauffage en faisant varier la tempeacuterature de lrsquoeau et la vitesse du ventilateur peut se traduire par une tempeacuterature drsquoair inteacuterieur plus homogegravene avec des eacutecarts de tempeacuteratures moins grands au-dessus et au-dessous des points de consigne du thermostat Ce pheacutenomegravene pourrait inciter les proprieacutetaires de reacutesidence agrave augmenter le point de consigne de chauffage pour eacutetablir des conditions de confort acceptables

bull Incidences sur le zonage Le zonage sera plus compliqueacute avec un systegraveme affichant une puissance fixe et une vitesse de ventilateur unique

Ilest possible drsquoameacuteliorer la strateacutegie 1 en augmentant encore la dimension drsquoun serpentin deacutejagrave surdimensionneacute dans le systegraveme de traitement drsquoair Cette option implique toutefois des limites pratiques car des serpentins bien plus grands neacutecessiteront une plus grande quantiteacute de cuivre et un formage plus important et cela accentuera le coucirct total du systegraveme sans compter qursquoil faudra aussi preacutevoir des armoires plus grandes pour le systegraveme de traitement drsquoair De plus les pertes de chaleur par cycle augmenteront et il sera plus difficile drsquoobtenir des performances eacuteleveacutees en charge partielle Le fait drsquoappliquer la strateacutegie 1 agrave un systegraveme de chauffage combineacute agrave haute performance peut srsquoaveacuterer trop oneacutereux pour valoir le coup

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64 Strateacutegie 2 Tempeacuterature drsquoeau variable

Cette meacutethode est identique agrave celle appliqueacutee dans les appareils de chauffage agrave air chaud multieacutetage Le principe consiste agrave faire fonctionner le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair ensemble pour optimiser le rendement eacutenergeacutetique tout en reacuteduisant au minimum le coucirct et la complexiteacute des composants

Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair Cette strateacutegie consiste agrave exploiter avantageusement la capaciteacute inteacutegreacutee du chauffe-eau pour faire varier la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation La tempeacuterature du point de consigne du chauffe-eau varie en fonction de la charge de chauffage des locaux On utilise des reacuteglages de tempeacuterature drsquoeau drsquoalimentation faibles pour satisfaire aux conditions de chauffage des locaux en charge partielle On fait eacutegalement varier les vitesses du ventilateur du systegraveme de traitement drsquoair en srsquoappuyant sur un principe de controcircle de reacuteglage exteacuterieur ou de minuterie pour augmenter les paramegravetres Lorsqursquoune demande de chaleur a eacuteteacute satisfaite le ventilateur continue de fonctionner agrave des vitesses reacuteduites pour eacuteviter les problegravemes lieacutes aux courants froids et au bruit Du coup le serpentin et les conduites retiennent moins de chaleur et on deacuteplore moins de perte de chaleur par la suite compareacute au premier cas de figure Le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair doivent tous deux cerner la demande qursquoils sont censeacutes satisfaire Leurs commandes ne doivent pas pour autant ecirctre physiquement inteacutegreacutees drsquoune faccedilon ou drsquoune autre Cette strateacutegie de controcircle est traiteacutee plus en deacutetail agrave la section 40

Serpentin(s) de chauffage de locaux Pour simplifier la comparaison nous partirons du principe que des serpentins laquo surdimensionneacutes raquo similaires sont utiliseacutes comme dans le premier cas de figure de sorte que les performances du chauffage de pointe des locaux soient identiques dans les deux cas

Conditions de chauffage de locaux en charge partielle Le chauffe-eau relegraveve une demande de chauffage de locaux et se met en route en acheminant une eau drsquoalimentation agrave basse tempeacuterature au systegraveme de traitement drsquoair Si la demande de chauffage nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute le chauffe-eau augmente progressivement la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation Le systegraveme de traitement drsquoair surveille la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation et augmente progressivement la vitesse du ventilateur lorsque la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation est plus eacuteleveacutee

Illustration des performances P9 Le tableau 6 donne une preacutesentation theacuteorique du type de rendement que lrsquoon peut obtenir en appliquant une strateacutegie de controcircle simple mettant en œuvre des

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tempeacuteratures drsquoeau et des vitesses de ventilateur variables Les tempeacuteratures et les deacutebits drsquoair du ventilateur preacutesenteacutes dans le tableau 6 ont eacuteteacute choisis agrave titre indicatif uniquement Ils ne repreacutesentent pas des reacuteglages pleinement optimiseacutes applicables agrave un systegraveme de chauffage combineacute

Tableau 6 Performances drsquoun systegraveme de chauffage combineacute theacuteorique offrant une puissance de chauffage des locaux de 10 kW en utilisant une strateacutegie de controcircle de tempeacuteratures drsquoeau et de vitesses de ventilateur variables (variation de la capaciteacute de chauffage des locaux par modulation du deacutebit drsquoair et de la tempeacuterature de lrsquoeau)

Mode de fonctionne -ment

Pondeacuter-ation

Temp de lrsquoeau drsquoalimen-tation (degF)

Temp de lrsquoeau de retour du reacuteseau principal (degF)

Deacutebit du systegraveme de traitement drsquoair (pi3min)

Mesure de la performance eacutenergeacutetique mode activeacute deacutesactiveacute ()

Contribution FPT

Chauffage des locaux 100

8 140 120 800 85 007

Chauffage des locaux 40

49 110 102 600 92 045

Chauffage des locaux 15

25 90 87 500 94 023

Chauffage de lrsquoeau

18 140 58 --- 92 016

Total 100 092

Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables bull Performances globales Une cote de facteur de performance totale (FPT) de 092

placerait le systegraveme combineacute dans la plage des performances eacuteleveacutees

bull Performances en mode de chauffage de lrsquoeau Comme dans le cas du sceacutenario impliquant un point de consigne de tempeacuterature unique le systegraveme assure une condensation en mode de chauffage de lrsquoeau avec un FPCE de 92 Il serait possible drsquoameacuteliorer leacutegegraverement lrsquoefficaciteacute du systegraveme de chauffage de lrsquoeau si un point de consigne de tempeacuterature de lrsquoeau infeacuterieur agrave la valeur de 140 degF utiliseacutee dans le premier cas de figure eacutetait appliqueacute La norme P9 permet drsquoutiliser un point de

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consigne pouvant descendre jusqursquoagrave 120 degF dans le cas de lrsquoeau potable La tempeacuterature de consigne nrsquoa plus besoin drsquoecirctre la mecircme que celle requise pour une charge de chauffage de locaux maximale il est donc possible de la reacuteduire agrave la plage de 120 degF Pour simplifier la comparaison des deux systegravemes dans les tableaux 5 et 6 aucun point de consigne de systegraveme de chauffage drsquoeau potable reacuteduit nrsquoa pas eacuteteacute inclus dans le tableau 6

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge totale Dans ce mode le rendement eacutenergeacutetique est plus faible La tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation doit ecirctre au plus haut pour satisfaire la charge la tempeacuterature de lrsquoeau de retour sera donc elle aussi plus eacuteleveacutee dans ce mode Comme le systegraveme fonctionnera rarement dans ce mode cette mauvaise performance ne repreacutesente qursquoune petite fraction de la pondeacuteration FPT

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge partielle Les tempeacuteratures drsquoalimentation du systegraveme de chauffage de lrsquoeau sont abaisseacutees progressivement pour satisfaire des demandes en charge partielle moindres Les tempeacuteratures peuvent ecirctre abaisseacutees bien en deccedilagrave du reacuteglage preacutevu pour le chauffage de lrsquoeau du robinet Cette condition se traduit par des tempeacuteratures drsquoeau de retour plus basses qursquoen conditions de charge totale Ces deux facteurs font que lrsquoefficaciteacute est plus importante en conditions de charge partielle qursquoen conditions de charge totale Le chauffe-eau fonctionnera en mode de condensation pour les deux points de charge de chauffage de locaux (40 et 15 )

bull Vitesse de ventilateur Eacutetant donneacute que la puissance de chauffage requise diminue la vitesse de ventilateur diminue aussiCela se traduit par un niveau sonore reacuteduit un fonctionnement du ventilateur plus long avec des cycles moins freacutequents et une reacuteduction importante de la consommation drsquoeacutenergie Cette condition peut aussi reacuteduire les plaintes lieacutees au confort le fonctionnement plus long agrave des deacutebits drsquoair reacuteduits ameacuteliorant la reacutepartition de lrsquoair chaud pendant les saisons intermeacutediaires

bull Controcircle de la tempeacuterature de lrsquoair inteacuterieur Le fait de moduler la puissance de chauffage en faisant varier la tempeacuterature de lrsquoeau et la vitesse du ventilateur peut se traduire par une tempeacuterature drsquoair inteacuterieur plus homogegravene avec des eacutecarts de tempeacuteratures moins grands au-dessus et au-dessous des points de consigne du thermostat

La strateacutegie 2 (tempeacuterature drsquoeau variable) peut donner lieu agrave lrsquoeacutelaboration drsquoun systegraveme de chauffage combineacute efficace preacutesentant de bonnes performances lorsqursquoil est mis agrave lrsquoessai selon la norme CSA P9 et lorsqursquoil est installeacute dans une vraie reacutesidence Les niveaux de performance varieront en fonction des composants seacutelectionneacutes et des speacutecificiteacutes de lrsquoordonnancement des commandes

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7 Commandes

Les commandes geacuteneacuteriques exigeacutees pour mettre en œuvre la strateacutegie privileacutegieacutee impliquant une tempeacuterature variable quia eacuteteacute deacutecrite dans la derniegravere section peuvent srsquoaveacuterer relativement simples Quelques chauffe-eau agrave la demande proposent deacutejagrave des commandes de reacuteglage de tempeacuterature Les commandes de tempeacuterature des chauffe-eau agrave la demande types ne sont toutefois pas systeacutematiquement configureacutees pour offrir une fonction de reacuteglage de tempeacuterature baseacutee sur la charge Quasiment tous les chauffe-eau agrave la demande actuellement disponibles sont eacutequipeacutes pour accueillir des commandes de tempeacuterature inteacutegreacutees ou monteacutees agrave distance permettant agrave lrsquoutilisateur de reacutegler manuellement la tempeacuterature drsquoalimentation agrave partir du chauffe-eau

En principe il devrait ecirctre possible de concevoir un module drsquointerface de commande simple qui viendrait se brancher dans les fiches de connexion de la commande de tempeacuterature existante La nouvelle commande simulerait lrsquoaction du controcircleur de tempeacuterature standard reacutegleacute manuellement de maniegravere agrave offrir une fonction de reacuteinitialisation de tempeacuterature automatique du chauffe-eau Toutes les commandes de seacutecuriteacute resteraient fonctionnelles

Une strateacutegie de controcircle simple peut offrir des performances eacuteleveacutees Les facteurs cleacutes agrave prendre en compte sont les suivants

bull deacuteterminer si une demande tient compte des besoins en chauffage drsquoeau chaude domestique

bull en mode de chauffage des locaux uniquement utiliser une minuterie ou un controcircle de reacuteglage exteacuterieur (ou un capteur de charge infeacuterentielle similaire) pour faire augmenter progressivement la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation

bull preacutevoir un systegraveme de traitement drsquoair faisant varier le deacutebit drsquoair en fonction de la tempeacuterature de lrsquoeau qui arrive dans lrsquoappareil du deacutelai pendant lequel une demande de chauffage perdure ou drsquoun signal direct du capteur de commande de charge

Ilest inteacuteressant de souligner que le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair nrsquoont pas besoin de communiquer directement ni de posseacuteder des commandes communes pour mettre en œuvre certaines des strateacutegies de controcircle deacutecrites

Lorsque les commandes du systegraveme deacutetectent qursquoune demande de chauffage a eacuteteacute satisfaite le systegraveme de traitement drsquoair devrait continuer de fonctionner suffisamment longtemps pour extraire toute la chaleur reacutesiduelle du serpentin et la transfeacuterer vers le courant drsquoair Pour eacuteviter les problegravemes de confort thermique il est souhaitable de reacuteduire la vitesse du ventilateur pendant cette peacuteriode de temporisation de la

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ventilation Le fonctionnement continu du ventilateur avec un reacuteglage de vitesse faible offrira automatiquement cette fonctionnaliteacute sans neacutecessiter de quelconques commandes intelligentes Cette option aurait lrsquoavantage suppleacutementaire drsquoassurer une reacutepartition de la tempeacuterature uniforme agrave lrsquointeacuterieur de la reacutesidence Elle serait eacutegalement utile pour reacutepartir lrsquoair frais si le systegraveme combineacute est installeacute avec un ventilateur-reacutecupeacuterateur de chaleur (VRC) ou un autre type de systegraveme de ventilation

Des commandes soigneusement conccedilues contribueront en bout de ligne agrave assurer ou reacutetablir lrsquoefficaciteacute du systegraveme combineacute Les commandes devraient ecirctre en mesure de deacuteterminer srsquoil y a une demande de chauffage des locaux ou de chauffage de lrsquoeau ou une demande concernant les deux modes Les commandes devront deacuteterminer lrsquoamplitude de chaque charge et reacutepondre de maniegravere approprieacutee en faisant varier certains paramegravetres agrave la fois pour le systegraveme de chauffage des locaux (systegraveme de traitement drsquoair par exemple) et pour le geacuteneacuterateur de chaleur (notamment si la source de chauffage est un chauffe-eau agrave la demande) En cas de demande de chauffage drsquoeau eacuteleveacutee il se peut qursquoune solution de commande prioritaire drsquoeau chaude domestique constitue la meilleure option Les commandes peuvent deacuteduire lrsquoamplitude des charges de chauffage des locaux au moyen de divers meacutecanismes y compris en surveillant les cycles de fonctionnement du thermostat et de signaux drsquoentreacutes directs transmis par une commande de charge infeacuterentielle telle qursquoune commande de reacuteglage exteacuterieur

La figure 3 preacutesente un algorithme simplifieacute de commandes geacuteneacuteriques pour la section chauffe-eau drsquoun systegraveme combineacute utilisant quatre eacutetapes de reacuteglage de tempeacuterature drsquoeau pour le chauffage des locaux et une seule pour le chauffage de lrsquoeau

La logique de commande illustreacutee agrave la figure 3 constitue uniquement un exemple de strateacutegie de controcircle rudimentaire qui pourrait ecirctre utiliseacutee pour assurer des performances eacuteleveacutees dans des modes de chauffage de locaux sans neacutecessiter lrsquoutilisation de composants oneacutereuxLrsquoalgorithme de commande pourrait ecirctre ameacutelioreacute si le controcircleur avait lrsquointelligence neacutecessaire pour lui permettre drsquoassimiler les eacutetapes de chauffage requises en surveillant la dureacutee des demandes de chauffage des locaux sur plusieurs cycles de chauffage reacutecents

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e

Mode drsquoattente Chauffe-eauagrave la demande en attente de signal

Demande de chauffage (lrsquoeaucircule dans le chauffe-eau)

Demandedrsquoeauchaude

domestique

Activationdu chauffagede lrsquoeacutetape 1 THERM90 ordmF Ventilateur Vitesse 1 Deacuteclencherle minuteursur 5 min

Demandesatisfaite avantlrsquoexpiration

du deacutelaiduminuteur

Oui

Oui

No

Reacuteglage du THERM sur le point de consigne de lrsquoeau chaude domestique THERM = 140 degF Couperlecirculateurde chauffagedelocaux (facultatif) Attendre lafin de la demande drsquoeau chaude domestique

Demande de

chauffage satisfait

Non

Oui

Activation du chauffage de lrsquoeacutetape 2 THERM = 105 degF Ventilateur Vitesse 2 Deacuteclencher le minuteur sur3 min

Activation du chauffage de lrsquoeacutetape 3 THERM = 120 degF Ventilateur Vitesse 3 Deacuteclencher le minuteur sur3 min

Activation du chauffage MAX THERM = 140 degF Ventilateur Vitesse 4 Mettrefin agravelademande de chauffage

Figure 3 Logique de lrsquoalgorithme simplifieacute de commande de chauffe-eau pour unsceacutenario de chauffage en quatre eacutetapes

Voici trois options de commande de vitesse de ventilateur de systegraveme de traitement drsquoair associeacutees agrave la meacutethode de chauffage drsquoeau illustreacutee agrave la figure 3

Commandes indirectes baseacutees sur la tempeacuteratureRaccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont bien distinctes les unes des autres mais elles fonctionnement de maniegravere compleacutementaire

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Principe de fonctionnement Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetecte la tempeacuterature de lrsquoeau chaude drsquoadmissionPlus la tempeacuterature de lrsquoeau est eacuteleveacutee plus les commandes du systegraveme de traitement drsquoair augmentent le deacutebit drsquoair

Discussion Les commandes du chauffe-eau augmentent la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque la demande nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetecte la tempeacuterature plus eacuteleveacutee et fait circuler plus drsquoair dans les serpentins pour lrsquoutiliser

Aspect meacutecanique Un puits de tempeacuterature est installeacute dans la conduite drsquoeau drsquoalimentation drsquoarriveacutee agrave lrsquointeacuterieur du systegraveme de traitement drsquoairLe reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur serait ajusteacute en installant un module de commande de systegraveme de traitement drsquoair qui mesure la tempeacuterature de lrsquoeau achemineacutee au systegraveme de traitement drsquoair depuis le chauffe-eau pendant une demande de chauffage de locaux transmise au systegraveme de traitement drsquoair La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signal de commande transmis au panneau de controcircle du systegraveme de traitement drsquoair par le thermostat du systegraveme de CVCA

Commandes indirectes baseacutees sur le minuteur Raccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont bien distinctes les unes des autres mais elles fonctionnement de maniegravere compleacutementaire

Principe de fonctionnement Le deacutebit drsquoair du systegraveme de traitement drsquoair varie en fonction de la dureacutee de la demande de chauffage afin de coiumlncider avec les minutages de commande de tempeacuterature indiqueacutes agrave la figure 3

Discussion Les commandes du chauffe-eau augmentent la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque la demande nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetermine la dureacutee de la demande de chauffage et fait circuler plus drsquoair dans les serpentins afin de se conformer aux eacutetapes de tempeacuterature programmeacutees

Aspect meacutecanique Le reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur serait ajusteacute en installant un module de commande de systegraveme de traitement drsquoair qui reacutegule le deacutebit drsquoair en fonction de la dureacutee de la demande de chauffage La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signalde commande transmis au panneau de controcircle du systegraveme de traitement drsquoair par le thermostat du systegraveme de CVCA

Controcircle direct Raccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont toutes deux controcircleacutees au moyen drsquoun nouveau controcircleur combineacute inteacutegreacute posseacutedant une interface directe avec le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair

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Principe de fonctionnement Le nouveau controcircleur fait varier le deacutebit drsquoair du systegraveme de traitement drsquoair et la tempeacuterature de lrsquoeau de maniegravere agrave optimiser le rendement du chauffage

Discussion Cette strateacutegie de controcircle direct suppose le deacuteveloppement drsquoun nouveau composant de commande Le controcircleur peut utiliser des reacuteglages de fonctionnement plus sophistiqueacutes afin drsquoameacuteliorer le rendement dans tous les modes de fonctionnement

Aspect meacutecanique Le reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur et la tempeacuterature de lrsquoeau achemineacutee au systegraveme de traitement drsquoair seraient directement controcircleacutes par un nouveau controcircleur combineacute inteacutegreacute La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signal de commande transmis au controcircleur par le thermostat du systegraveme de CVCA

Chauffe-eau - Mode de chauffage de lrsquoeau du robinet Les algorithmes de chauffage de lrsquoeau du robinet ne changent pas par rapport agrave ceux du module de commande standard La seule diffeacuterence reacuteside dans le fait que le chauffe-eau utilise un contacteur de deacutebit ou un deacutebitmegravetre pour repeacuterer un tirage drsquoeau chaude (ou une arriveacutee drsquoeau froide) et comprendre qursquoune demande de chauffage drsquoeau a eacuteteacute faite Si une demande de chauffage de locaux intervient simultaneacutement le chauffe-eau pourrait honorer les deux demandes en tenant compte du reacuteglage de tempeacuterature de sortie requise de lrsquoeau du robinet Une autre option consisterait agrave prendre en compte par deacutefaut le reacuteglage du mode de chauffage de lrsquoeau Un mode de controcircle plus sophistiqueacute pourrait potentiellement temporiser le chauffage des locaux lorsque cela srsquoavegravere neacutecessaire pour reacutepondre agrave des demandes de chauffage drsquoeau eacuteleveacutees ou pour activer la distribution de chauffage des locaux en utilisant des reacuteglages de tempeacuterature optimiseacutes Ce cas de figure est illustreacute agrave la figure 4

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8 Composants

Pour bien fonctionner les systegravemes de chauffage combineacutes doivent ecirctre doteacutes de composants haute performance que ce soit dans une configuration dite laquo installeacutee raquo ou dans une configuration drsquoessai selon la norme CSA P9 La preacutesente section a pour objectif drsquoaider les fabricants de chauffe-eau agrave la demande

bull agrave concevoir leur propre systegraveme de traitement drsquoair

bull agrave eacutetablir un partenariat avec un autre fabricant qui fournirait un systegraveme de traitement drsquoair pour leur systegraveme apregraves avoir deacutetermineacute

ndash les composants requis

ndash la mesure dans laquelle un modegravele de systegraveme de traitement drsquoair existant aurait besoin drsquoecirctre affineacute pour reacutepondre agrave leurs besoins

bull agrave eacutetablir les modifications qursquoil faut apporter au systegraveme monobloc dans son ensemble pour ameacuteliorer les performances

81 Systegraveme de traitement drsquoair

Le systegraveme de traitement drsquoair doit inclure les composants neacutecessaires pour fournir de la chaleur et faire circuler de lrsquoair Les eacuteleacutements agrave prendre en compte sont des serpentins de chauffage de locaux un moteur de ventilateur une pompe et un puits de tempeacuterature Ces eacuteleacutements sont deacutecrits plus en deacutetail ci-dessous

82 Serpentins de chauffage de locaux

Les serpentins de chauffage de locaux doivent ecirctre dimensionneacutes de maniegravere approprieacutee pour que le chauffage des locaux puisse avoir lieu avec une tempeacuterature drsquoalimentation suffisamment basse et une baisse de tempeacuterature de lrsquoeau suffisante pour favoriser la condensation dans le geacuteneacuterateur de chaleur lorsque le systegraveme fonctionne en conditions de charge partielle (et ideacutealement en conditions de pleine charge eacutegalement)

Geacuteneacuteralement les serpentins quiextraient la chaleur de lrsquoeau sont conccedilus et choisis en tenant compte drsquoune baisse de tempeacuterature de lrsquoeau drsquoenviron 11 degC (20 degF) le long des serpentins aux conditions de chauffage nominales La seacutelection preacutealable du serpentin peut ecirctre faite en utilisant un logiciel deacutejagrave proposeacute par divers fabricants de serpentins Dans la plupart des cas le modegravele logiciel calcule la puissance de chauffage drsquoun

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serpentin de chauffage agrave eau chaude en se fondant sur la mesure des performances du conditionnement drsquoair pour des serpentins ayant une construction et des geacuteomeacutetries similaires Du coup la puissance de chauffage reacuteelle pour une condition nominale donneacutee peut diffeacuterer leacutegegraverement de celle preacutedite par le logiciel

Ilest recommandeacute de veacuterifier la performance reacuteelle du serpentin choisi (puissance de chauffage baisse de la tempeacuterature de lrsquoeau baisse de la pression statique sur le cocircteacute air et eau) en effectuant des essais internes Lorsque cette eacutetape a eacuteteacute exeacutecuteacutee le modegravele logiciel peut fournir une aide preacutecieuse pour seacutelectionner le serpentin et devrait proposer des indications plutocirct fiables concernant les changements de performance du serpentin aux diffeacuterentes conditions projeteacutees Les informations ainsi collecteacutees devraient ecirctre utiles pour concevoir et affiner des reacuteglages et des strateacutegies de controcircle plus eacutevolueacutes en vue drsquooptimiser le rendement du systegraveme en conditions de chauffage en charge partielle

Voici les eacuteleacutements agrave prendre en compte

Diamegravetre du serpentin drsquoeau et nombre de spires ndash Un grand diamegravetre de canalisation reacuteduira au minimum la baisse de pression de lrsquoeau ainsi que lrsquoeacutenergie utiliseacutee par le systegraveme de circulation drsquoeau Un petit diamegravetre de canalisation permettra drsquoopter pour un serpentin moins oneacutereux eacutetant donneacute qursquoil faudra moins de cuivre dans le serpentin Cependant des petits tubes neacutecessiteront une eacutenergie de pompage supeacuterieure et feront augmenter les pheacutenomegravenes drsquousure et drsquoeacuterosion des tubes si une puissance de pompe suffisante est appliqueacutee pour offrir le deacutebit drsquoeau nominal Concregravetement le fait drsquoutiliser un serpentin avec des tubes trop petits reacuteduira la puissance de chauffage fournie par le serpentin En effet le fabricant utilisera vraisemblablement le mecircme circulateur standard quel que soit le serpentin retenu Les TECA hydronic and combo guideline (Directives sur les systegravemes hydroniques et combineacutes de la TECA)1

(article 814) preacutecisent que le deacutebit de lrsquoeau qui traverse le systegraveme de chauffage ne doit pas deacutepasser quatre (4) pieds par seconde

Nombre drsquoailettes par pouce ndash Plus le nombre drsquoailettes par pouce est eacuteleveacute plus la surface de transmission de chaleur et la puissance de chauffage augmentent cela creacutee cependant une baisse de pression supeacuterieure sur le cocircteacute air du serpentin Un certain degreacute de perte de pression dans le serpentin est utile pour assurer un deacutebit drsquoair homogegravene dans le serpentin notamment dans une configuration de laquo purge raquo qui est couramment utiliseacutee dans les ventilo-convecteurs combineacutes servant au chauffage des locauxLes speacutecifications des serpentins de chauffage peuvent faire eacutetat drsquoun nombre drsquoailettes variant de 6 ailettes par pouce agrave 14 ailettes par pouce Les serpentins de chauffage hydronique standard comportent 12 ou 14 ailettes par pouce Les serpentins doteacutes drsquoun grand nombre drsquoailettes sont plus facilement encrasseacutes par de la poussiegravere

1 Thermal Environmental Comfort Association (TECA) Surrey (C-B) Hydronic amp Combo Guidelines for the Design and Installation of Hot Water Heating Systems and Combination Hot Water amp Space Heating Systems 8th Edition August 2009 (Directives concernant les systegravemes hydroniques et combineacutes conception et installation de systegravemes de chauffage drsquoeau chaude et de systegravemes combineacutes de chauffage drsquoeau chaude et de locaux 8e eacutedition aoucirct 2009) [wwwtecaca]

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ou des deacutebris Selon les reacutesultats du logiciel de modeacutelisation du serpentin la preacutesence de 12 ailettes ou mecircme 14 semble ecirctre un choix raisonnable pour un serpentin de chauffage de locaux haute performance agrave condition que le serpentin soit choisi avec une surface suffisamment importante pour maintenir la vitesse frontale de lrsquoair faible agrave la puissance de chauffage theacuteorique

Figure 5 Exemple de serpentin de chauffage de locaux laquo surdimensionneacute raquo utiliseacute dans une application de systegraveme de traitement drsquoair hydronique

83 Moteur de ventilateur

Le systegraveme de traitement drsquoair devrait utiliser un moteur de ventilateur agrave commutation eacutelectronique (MCE) et ecirctre exploiteacute en utilisant un systegraveme de controcircle agrave vitesse multiple ou agrave vitesse variable Cette option permettrait de moduler le deacutebit drsquoair et la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque le systegraveme fonctionne agrave une puissance infeacuterieure agrave sa puissance de chauffage nominale maximaleLa capaciteacute agrave utiliser un mode de circulation continu agrave faible puissance et faible vitesse serait particuliegraverement utile en cas de fonctionnement aux points de consigne de 15 et 40 pour lesquels il est primordial de collecter et de distribuer toute la chaleur reacutesiduelle des serpentins de chauffage la norme P9 tenant compte uniquement de la chaleur qui est reacuteellement transfeacutereacutee dans le courant drsquoair

La modulation du deacutebit drsquoair et de la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation permettra drsquoobtenir des tempeacuteratures drsquoair distribueacute confortables ainsi que des performances de chauffage eacuteleveacutees

Un MCE doteacute drsquoune programmation de deacutebit drsquoair constant surclassera vraisemblablement un MCE qui utilise une programmation de couple constant car le

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systegraveme compensera au moins partiellement les diffeacuterences entre les pressions statiques nominales et les pressions statiques reacuteellement eacutetablies Cette solution peut srsquoaveacuterer indispensable pour srsquoassurer que les performances de la combustion dans des conditions reacuteelles variables correspondent aux performances obtenues lors drsquoessais dans le laboratoire

Une programmation de deacutebit drsquoair constant sera probablement essentielle pour obtenir des performances acceptables dans le cas drsquoun systegraveme combineacute reacuteparti

84 Circulateurpompe

Ilest important de choisir le bon circulateur pour acheminer le deacutebit approprieacute en fonction de la pression statique eacutetablie qui sera en vigueur Les pertes de pression dans les diffeacuterents chauffe-eau agrave la demande varient Le fait drsquoutiliser un circulateur qui fournit un deacutebit trop important se traduira par une petite baisse de tempeacuterature dans le circuit drsquoeau qui traverse le serpentin et par une tempeacuterature drsquoeau de retour eacuteleveacutee vers le chauffe-eau Un deacutebit trop faible entraicircne des capaciteacutes de chauffage faibles Des circulateurs hydroniques sont offerts avec trois vitesses seacutelectionnables et des deacutebits de pompe nominaux Par contre les moteurs utiliseacutes dans les circulateurs types agrave plusieurs vitesses ne sont pas aussi efficaces que les moteurs agrave CE Des circulateurs agrave vitesse variable eacutequipeacutes de moteurs agrave CE font leur apparition sur le marcheacute mais ils ne sont pas encore couramment utiliseacutes dans les applications combineacutees

Ideacutealement les pompes de circulation des systegravemes combineacutes eacutevolueacutes devraient consister en un concept agrave modulation agrave vitesse variable capable drsquoameacuteliorer le rendement et de compenser les diffeacuterentes configurations de canalisation Ce type de concept est deacutejagrave disponible et pourrait ecirctre mis en œuvre degraves maintenant il pourrait aussi ecirctre mis de cocircteacute jusqursquoagrave ce que la prochaine geacuteneacuteration de systegravemes de chauffage combineacutes eacutevolueacutes soit mise au point Les premiers reacutesultats drsquoessais en laboratoire ont montreacute qursquoil est possible drsquoobtenir de bonnes performances conformes agrave la norme CSA P9 sans utiliser des pompes de circulation agrave vitesse variable et des commandes auxiliaires coucircteuses Agrave lrsquoavenir agrave mesure que le coucirct des circulateurs agrave vitesse variable doteacutes de moteurs agrave CE baissera et que les commandes inteacutegreacutees seront mieux accepteacutees leur utilisation dans des applications de chauffage combineacute sera plus rentable

85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)

Si lrsquoon conccediloit le reacuteseau de plomberie de maniegravere agrave pouvoir y installer des bouchons de controcircle de tempeacuterature drsquoeau et de pression les essais internes et les mesures de mise en service seront simplifieacutes De plus il sera plus facile de purger lrsquoair des circuits

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hydroniques Il est possible drsquoutiliser des sondes de tempeacuteratures monteacutees agrave lrsquoexteacuterieur pour effectuer les mesures de mise en service sur le terrain si des sections de conduites de cuivre ameacutenageacutees dans des endroits strateacutegiques sont prises en compte lors de la conception

86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau

Certains chauffe-eau agrave la demande de type chaudiegravere possegravedent des points de consignes et des algorithmes de controcircle distincts pour le chauffage des locaux et celui de lrsquoeau Drsquoautres ont besoin de savoir si la charge concerne le chauffage des locaux ou celui de lrsquoeau potable Dans ce cas on peut utiliser divers capteurs et surveiller eacutegalement les signaux transmis par un deacutebitmegravetre drsquoeau installeacute dans le reacuteseau drsquoeau potable ou un deacutebitmegravetre installeacute dans le circuit de chauffage des locaux Bon nombre de chauffe-eau agrave la demande utilisent de tels capteurs dans leurs circuits de commande de brucircleur afin de faire coiumlncider les allures de chauffe avec les chargesDans les applications combineacutees lrsquoutilisation de commandes capables de diffeacuterencier les charges deacutepend de la logique de controcircle prioritaire de demande drsquoeau chaude domestique

87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes

Les canalisations drsquoeau ameacutenageacutees entre le geacuteneacuterateur de chaleur et le systegraveme combineacute devraient ecirctre dimensionneacutees de maniegravere agrave eacuteviter des baisses de pression excessives

Toutes les canalisations en cuivre exteacuterieures doivent ecirctre isoleacutees conformeacutement aux pratiques de lrsquoindustrie Il se peut que les avantages lieacutes agrave lrsquoisolation des canalisations drsquointerraccordement ne soient pas tregraves importants si les sections de conduites sont courtes et si elles contiennent des tuyaux en polyeacutethylegravene reacuteticuleacute ou un type de conduite similaire preacutesentant moins de perte de chaleur que les conduites en cuivre

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9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes

La preacutesente section contient des directives et certaines observations agrave lrsquointention des fabricants de systegravemes de chauffage combineacutes dans le but drsquoaider ces derniers agrave mettre agrave lrsquoessai leurs systegravemes agrave lrsquointerne Lrsquoexeacutecution drsquoessais agrave lrsquointerne en utilisant un montage simplifieacute permettra aux fabricants de mieux cerner les performances de leurs concepts et commandes prototypes lorsqursquoils sont mis agrave lrsquoessai dans une installation indeacutependante conformeacutement agrave la norme CSA P9 (P10 pour les fabricants de SMI) Les essais en question ne doivent pas forceacutement ecirctre conccedilus pour geacuteneacuterer des reacutesultats de performance preacutecis agrave 100 mais ils sont consideacutereacutes comme indispensables pour le deacuteveloppement et le cycle drsquooptimisation du produit les avantages drsquoun concept et drsquoun fonctionnement de systegraveme ameacutelioreacutes pouvant rapidement sauter aux yeux lorsque lrsquoon compare les reacutesultats des essais reacutealiseacutes laquo avant raquo et laquo apregraves raquo

En geacuteneacuteral il nrsquoest pas rentable de payer un laboratoire drsquoessais indeacutependant pour proceacuteder agrave la premiegravere eacutevaluation drsquoun systegraveme de chauffage combineacute complet Les coucircts lieacutes au laboratoire et les deacutefis lieacutes aux ingeacutenieurs concepteurs qui prescrivent des reacuteglages lorsqursquoils ne sont pas sur place rendent cette option probleacutematique Des essais simplifieacutes reacutealiseacutes dans les propres locaux du fabricant permettent de srsquoassurer que les reacutesultats sont dans la plage approprieacutee degraves le deacutebut

Un scheacutema de montage drsquoessai suggeacutereacute utilisable pour effectuer des mesures conformeacutement agrave la norme CSA P9 est preacutesenteacute dans cette norme La figure 6 ci-dessous illustre une version simplifieacutee de ce scheacutema

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de la piegravece

combineacutes

Appareilsdeconditionnement

Eacutevents pour produits de combustion Appareils de

conditionnement de la piegravece

Salle drsquoessai

Isolant

Meacutelangeur

Approvisionnement en eau

Eacutevents pour air de combustion Conduite drsquoalimentation en combustible

Uniteacute drsquoessai des

systegravemes

Thermocouples Porte Fenecirctre

Mesure de la tempeacuterature et du deacutebit de lrsquoeau

Conduite drsquoair de retour

Thermocouples

Mesure de la tempeacuterature et de lrsquohumiditeacute de lrsquoair

Air drsquoappoint

Mesure du deacutebit drsquoair

Figure 6 Scheacutema simplifieacute illustrant le montage utiliseacute pour exeacutecuter les essais conformeacutement agrave la norme P9 (composants individuels du systegraveme combineacute non illustreacutes)

Le scheacutema preacutesente un dispositif de mesure de lrsquoenthalpie de lrsquoair dans un tunnel baseacute Vsur la norme ASHRAE 37 Lrsquoappareil de mesure de lrsquoair illustreacute sur la figure de la norme utilise un ajutage et un ventilateur drsquoeacutequilibrage pour pouvoir appliquer une technique de mesure du deacutebit drsquoair neacutecessitant une pression diffeacuterentielle eacuteleveacutee (entre 1 et 4 pouces drsquoeau) dans lrsquoajutage Lorsqursquoil est utiliseacute avec des manomegravetres preacutecis cet appareil offre une preacutecision de mesure eacuteleveacutee de lrsquoordre de 1 agrave 2 du deacutebit drsquoair et il geacutenegravere un deacutebit drsquoair bien meacutelangeacute qui permet de mesurer avec preacutecision la tempeacuterature du deacutebit de lrsquoair drsquoalimentation

La norme P9 preacutecise que lrsquoajutage inteacutegreacute agrave lrsquoappareil de mesure de lrsquoenthalpie de lrsquoair en tunnel constitue une meacutethode acceptable pour mesurer le deacutebit drsquoair tout en approuvant expresseacutement (article 36) lrsquoapplication drsquoautres processus de mesure du deacutebit drsquoair agrave condition que les limites de preacutecision mentionneacutees dans la norme soient satisfaites Ceci donne la possibiliteacute drsquoutiliser une technique de mesure du deacutebit drsquoair plus directe ne neacutecessitant pas lrsquoutilisation drsquoun appareil comportant un ventilateur drsquoeacutequilibrage Dans certains cas lrsquoutilisation drsquoune chambre de mesure de deacutebit avec un ventilateur drsquoeacutequilibrage pour reacutegler la pression statique de la conduite drsquoair drsquoalimentation a impliqueacute des problegravemes de stabiliteacute avec des moteurs agrave CE qui ont eacuteteacute

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programmeacutes pour un deacutebit drsquoair constant il est donc avantageux drsquoeacuteviter les ventilateurs drsquoeacutequilibrage

91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz

De nombreux fabricants concevant des systegravemes combineacutes eacutevolueacutes integravegreront des instruments conccedilus pour mesurer la consommation drsquoeacutenergie eacutelectrique la consommation du combustible les performances de combustion la tempeacuterature et la pression (pression du collecteur de gaz pression statique des conduites etc) Si de tels eacutequipements de mesure ne sont pas offerts ilest recommandeacute de les preacutevoirLes compteurs de facturation des compagnies de gaz et drsquoeacutelectriciteacute devraient offrir une preacutecision et une reacutesolution suffisantes pour les essais de deacuteveloppement du produit

92 Enregistreur de donneacutees

Les fabricants devront eacutegalement avoir accegraves agrave un systegraveme drsquoenregistrement de donneacutees dans le cadre de leur travail Il est conseilleacute de preacutevoir un enregistreur qui offre une preacutecision et un nombre de canaux de mesures suffisants pour les tacircches agrave accomplir On estime qursquoil faudra environ huit (8) canaux pour mesurer la tempeacuterature plus quelques canaux analogiques ou numeacuteriques pour prendre en compte les donneacutees des deacutebitmegravetres des transducteurs de pression etc (analogiques ou numeacuteriques selon lrsquoinstrument de mesure seacutelectionneacute) De nombreux fournisseurs proposent un large eacuteventail drsquoenregistreurs de donneacutees Campbell Scientific Fluke Instruments Omega et Measurement Computing (personal DAQ) figurent parmi les fabricants qui proposent des enregistreurs de donneacutees de petite eacutechelle pouvant ecirctre pris en compte Il est recommandeacute de se pencher sur lrsquoassistant logiciel de lrsquoenregistreur de donneacutees seacutelectionneacute au moment drsquoeacutevaluer lrsquoeacutequipement Si le fabricant ne souhaite pas investir dans un enregistreur de donneacutees la location demeure une option mecircme si les eacuteconomies preacutevues dans le cas drsquoune location agrave court terme semblent ecirctre faibles

93 Deacutebit drsquoair

Pour mesurer le deacutebit drsquoair pendant les essais agrave lrsquointerne il est recommandeacute drsquoutiliser une grille de deacutebit drsquoair avec eacutetablissement de moyenne installeacutee dans la conduite drsquoair drsquoalimentation en conjonction avec un manomegravetre diffeacuterentiel de preacutecision De nombreux fournisseurs proposent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans un large eacuteventail de tailles et ces deacutebitmegravetres sont relativement peu chers car ils sont souvent utiliseacutes dans des systegravemes commerciaux de chauffage et de refroidissement agrave deacutebit drsquoair variable Si lrsquoon fait une recherche dans Google en utilisant le segment laquo deacutebitmegravetres drsquoair raquo on trouve plusieurs fournisseurs et liens permettant

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drsquoobtenir de plus amples informations sur le sujet Nailor Industries Inc et Dwyer Instruments sont deux socieacuteteacutes quioffrent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans une grande varieacuteteacute de tailles de conduites

94 Manomegravetres

On trouve eacutegalement de nombreux manomegravetres diffeacuterentiels sur le marcheacute dont les modegraveles varient des manomegravetres agrave tube inclineacute aux transducteurs numeacuteriques de preacutecision Il est important de bien faire correspondre la plage de mesure du transducteur ou du manomegravetre avec la pression fournie par le deacutebitmegravetre sur la plage de deacutebits drsquoair preacutevue Dans le cas des transducteurs numeacuteriques des instruments capacitifs sont reacuteputeacutes bien fonctionner dans la plage de pression diffeacuterentielle basse qui serait normalement prescrite (environ 05 pouce de diffeacuterence de colonne drsquoeau) Setra Instruments MKS Instruments (Baratron) Dwyer Instruments et drsquoautres socieacuteteacutes proposent des transducteurs de pression diffeacuterentielle capacitifs plage basse adapteacutes

95 Tempeacuteratures

Les tempeacuteratures drsquoair drsquoarriveacutee et de sortie peuvent ecirctre mesureacutees en utilisant des thermocouples des thermistances ou des capteurs de conduite geacuteneacuterant une valeur moyenne Du fait de son bas coucirct de sa faciliteacute drsquoutilisation et de sa preacutesence agrave grande eacutechelle sur le marcheacute le thermocouple semble ecirctre lrsquoinstrument approprieacute pour cette application Il est possible de fabriquer un reacuteseau de thermocouples agrave partir drsquoune bobine de fil de thermocouple et de les raccorder entre eux en parallegravele de maniegravere agrave geacuteneacuterer une seule donneacutee repreacutesentant la valeur moyenne De nombreux fournisseurs offrent des fils agrave thermocouple notamment les socieacuteteacutes Thermo Electric Company Inc Omega Inc Watlow Inc etc Il est eacutegalement possible de fabriquer des sondes de tempeacuterature agrave partir des mecircmes fils de thermocouple pour surveiller drsquoautres paramegravetres tels que les tempeacuteratures drsquoeau Il est important de bien utiliser un fil agrave thermocouple plutocirct qursquoun fil de rallonge de lrsquoeacutechelle de mesure identique mais moins preacutecis

96 Mesures du cocircteacute eau

Pour effectuer des mesures du cocircteacute eau dans les serpentins il est neacutecessaire de posseacuteder un deacutebitmegravetre et des sondes de tempeacuterature Ces mesures pourraient ecirctre reacutealiseacutees en utilisant des capteurs distincts (deacutebitmegravetre drsquoeau et sondes de tempeacuterature distinctes par exemple) Il est important de srsquoassurer que lrsquoinsertion drsquoun deacutebitmegravetre dans la boucle drsquoeau ne modifie pas le deacutebit de la pompe de circulation Cela est particuliegraverement important avec des circulateurs agrave faible puissance geacuteneacuteralement utiliseacutes dans des applications combineacutees pour lesquelles lrsquoinstallation drsquoun deacutebitmegravetre agrave turbine conventionnel agrave baisse de pression eacuteleveacutee peut restreindre le deacutebit drsquoeau Ilexiste des deacutebitmegravetres preacutecis sans perte de pression eacuteleveacutee Certains appareils

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peuvent ecirctre acheteacutes deacutejagrave conditionneacutes avec des sondes de tempeacuterature en guise de laquo compteurs drsquoeacutenergie raquo Ils mesurent simultaneacutement les tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de lrsquoeau de retour ainsi que le deacutebit de lrsquoeau et calculent directement le flux drsquoeacutenergie en srsquoappuyant sur ces mesuresKamstrup Siemens Badger Meters Elster Metering ABB Meters et drsquoautres socieacuteteacutes offrent ce type drsquoappareils Les compteurs drsquoeacutenergie autonomes sont habituellement configureacutes avec certains dispositifs permettant de lire les diffeacuterents paramegravetres ainsi que les flux drsquoeacutenergie calculeacutes La plupart offre une fonction de stockage des donneacutees internes etou des sorties numeacuteriques pouvant ecirctre interfaceacutees avec des enregistreurs de donneacutees externes

97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne

La norme CSA P9 exige que le chauffage des locaux soit deacutefini en utilisant deux mesures (cocircteacute air et cocircteacute eau) avec une entente dans une toleacuterance acceptable pour la mise agrave lrsquoessai du systegraveme de chauffage de locaux agrave pleine capaciteacute constant Dans le cas des mesures agrave lrsquointerne entreprises par un fabricant dans le cadre drsquoun projet de deacuteveloppement de produit cibleacute lrsquoentente entre les mesures du cocircteacute air et du cocircteacute eau nrsquoest pas forceacutement requise On suggegravere aux fabricants de se concentrer sur les mesures qui ciblent la strateacutegie de controcircle ou de composant propre agrave lrsquoeacutetude Par exemple si des strateacutegies diffeacuterentes de temporisation du ventilateur ou laquo apregraves fonctionnement raquo sont eacutevalueacutees il est bien plus important de se concentrer sur les mesures du cocircteacute air que drsquoessayer drsquoatteindre un eacutequilibre entre le cocircteacute air et le cocircteacute eau Selon la quantiteacute drsquoeacutenergie laisseacutee dans le serpentin drsquoeau lorsque le ventilateur de soufflante srsquoarrecircte et drsquoautres pertes drsquoeacutenergie du systegraveme il est possible qursquoil nrsquoy ait pas drsquoeacutequilibre drsquoeacutenergie entre les mesures du cocircteacute air et les mesures du cocircteacute eau mecircme avec un instrument des mesures et des calculs laquo parfaits raquo

La norme CSA P9 exige une mesure du deacutebit drsquoair et des tempeacuteratures au moins toutes les cinq (5) secondes Dans le cas des essais agrave lrsquointerne cette freacutequence pourrait ecirctre assouplie pour certaines eacutetapes drsquoessai Par ailleurs une conformiteacute totale agrave la norme P9 suppose un controcircle preacutecis de la tempeacuterature de la salle drsquoessai ougrave se trouve le systegraveme combineacute en vue des essais ainsiqursquoun controcircle preacutecis de la tempeacuterature de lrsquoeau de la ville Dans le cas des essais de deacuteveloppement agrave lrsquointerne ces exigences peuvent eacutegalement ecirctre assouplies agrave condition que les tempeacuteratures ne varient pas trop pendant les essais Un espace commercial conditionneacute ayant une dimension raisonnable ferait lrsquoaffaire au moins pour les phases drsquoessai et de deacuteveloppement initiales

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Flue(combustionmeasurements)

SupplyAirtoSpaceHeatingPlenum

(optionalzonedampers)

ReturnAir

CityWater

TanklessWaterHeater

HotWaterSupplyfromWaterHeater

DHW

CoolWaterreturntoWaterheater

Temperaturemeasurementpoints

Fuelmeter

Flowmeter

Electricalmeteringnotshown

Circulator

98 Agencement des instruments

La figure 7 preacutesente un scheacutema simplifieacute permettant drsquoillustrer lrsquoagencement geacuteneacuteral des emplacements et des paramegravetres de mesure en vue de la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute de chauffe-eau instantaneacute agrave condensation Le deacutebit drsquoair qui traverse la conduite drsquoalimentation du systegraveme de traitement drsquoair sera surveilleacute en utilisant un deacutebitmegravetre agrave valeur moyenne et un manomegravetre (non illustreacute) tel que cela est deacutecrit agrave lrsquoarticle 73

T

T

T T

T T

Alimentation en eau chaude provenant du chauffe-eau

Conduit (mesures de combustion)

Eau chaude domestique

Systegraveme de mesure du combustible

Air dereprise

Retourde lrsquoeau froide vers lechauffe-eau

Chauffe-eau instantaneacute

Air drsquoalimentation achemineacute versle pleacutenum de chauffage(registres de zone facultatifs)

Eau municipale

Deacutebitmegravetre

T

(compteur eacutelectrique non illustreacute)

Points de mesure de la tempeacuterature Circulateur

Figure 8 Scheacutema de mesure simplifieacute applicable agrave la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute baseacute sur un chauffe-eau instantaneacute

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CanmetEacuteNERGIE CanmetEacuteNERGIE de Ressources naturelles Canada est un chef de file canadien dans le domaine de la recherche et deacuteveloppement en eacutenergie propre Les travaux de nos speacutecialistes portent sur lrsquoapprovisionnement drsquoeacutenergie propre agrave partir de combustibles fossiles et de sources renouvelables la gestion de lrsquoeacutenergie et les systegravemes de distribution ainsi que sur les technologies et processus avanceacutes pour les utilisations finales En veillant agrave ce que le Canada soit agrave la fine pointe des technologies sur lrsquoeacutenergie propre nous ameacuteliorons la qualiteacute de vie des Canadiens en creacuteant un avantage durable en matiegravere de ressources

Bureau central Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) 580 rue Booth 1 promenade Oil Patch 1 promenade Haanel 161 boulevard Lionel-Boulet Ottawa (Ontario) Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) Canada Canada Canada Canada K1A 0E4 T9G 1A8 K1A 1M1 J3X 1S6

  • Guide pour les fabricants drsquoappareils de chauffage combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessai conformeacutement agrave la norme CSA P9
    • Remerciements
    • 1 Reacutesumeacute
    • 2 Systegravemes agrave zones
    • Table des matiegraveres
    • Liste des tableaux et figures
    • 3 Contexte
      • 31 Objet
      • 32 Public cible
      • 33 Marcheacute
      • 34 Pratiques en vigueur dans lrsquoindustrie
      • 35 Expeacuterience en matiegravere drsquoeacutevaluation
      • 36 Deacutefi principal Utiliser des chauffe-eau pour chauffer des locaux de maniegravere eacuteconergeacutetique
      • 37 Approche par eacutetapes
        • 4 Charges de calcul ndash performances selon la norme CSA p9
          • 41 Facteur de performance thermique (FPT)
          • 42 Chauffage de lrsquoeau
          • 43 Chauffage des locaux
          • 44 Importance relative des charges de chauffage des locaux et de lrsquoeau
            • 5 Chauffage de lrsquoeau domestique
            • 6 Conception des systegravemes combineacutes
              • 61 Incidence des pondeacuterations de charge
                • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                • Reacuteduction des tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour
                  • 62 Strateacutegies de conception
                  • 63 Strateacutegie 1 Tempeacuterature drsquoeau constante
                    • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                    • Serpentin(s) de chauffage des locaux
                    • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                    • Illustration des performances selon la norme P9
                    • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                      • 64 Strateacutegie 2 Tempeacuterature drsquoeau variable
                        • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                        • Serpentin(s) de chauffage de locaux
                        • Conditions de chauffage de locaux en charge partielle
                        • Illustration des performances P9
                        • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                            • 7 Commandes
                              • Commandes indirectes baseacutees sur la tempeacuterature
                              • Commandes indirectes baseacutees sur le minuteur
                              • Controcircle direct
                              • Chauffe-eau -Mode de chauffage de lrsquoeau du robinet
                                • 8 Composants
                                  • 81 Systegraveme de traitement drsquoair
                                  • 82 Serpentins de chauffage de locaux
                                  • 83 Moteur de ventilateur
                                  • 84 Circulateurpompe
                                  • 85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)
                                  • 86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau
                                  • 87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes
                                    • 9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes
                                      • 91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz
                                      • 92 Enregistreur de donneacutees
                                      • 93 Deacutebit drsquoair
                                      • 94 Manomegravetres
                                      • 95 Tempeacuteratures
                                      • 96 Mesures du cocircteacute eau
                                      • 97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne
                                      • 98 Agencement des instruments
Page 27: Guide pour les fabricants d’appareils de chauffage ...€¦ · Le présent rapport explique comment la norme d’essai P.9 pondère le rendement dans différents modes de fonctionnement

64 Strateacutegie 2 Tempeacuterature drsquoeau variable

Cette meacutethode est identique agrave celle appliqueacutee dans les appareils de chauffage agrave air chaud multieacutetage Le principe consiste agrave faire fonctionner le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair ensemble pour optimiser le rendement eacutenergeacutetique tout en reacuteduisant au minimum le coucirct et la complexiteacute des composants

Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair Cette strateacutegie consiste agrave exploiter avantageusement la capaciteacute inteacutegreacutee du chauffe-eau pour faire varier la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation La tempeacuterature du point de consigne du chauffe-eau varie en fonction de la charge de chauffage des locaux On utilise des reacuteglages de tempeacuterature drsquoeau drsquoalimentation faibles pour satisfaire aux conditions de chauffage des locaux en charge partielle On fait eacutegalement varier les vitesses du ventilateur du systegraveme de traitement drsquoair en srsquoappuyant sur un principe de controcircle de reacuteglage exteacuterieur ou de minuterie pour augmenter les paramegravetres Lorsqursquoune demande de chaleur a eacuteteacute satisfaite le ventilateur continue de fonctionner agrave des vitesses reacuteduites pour eacuteviter les problegravemes lieacutes aux courants froids et au bruit Du coup le serpentin et les conduites retiennent moins de chaleur et on deacuteplore moins de perte de chaleur par la suite compareacute au premier cas de figure Le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair doivent tous deux cerner la demande qursquoils sont censeacutes satisfaire Leurs commandes ne doivent pas pour autant ecirctre physiquement inteacutegreacutees drsquoune faccedilon ou drsquoune autre Cette strateacutegie de controcircle est traiteacutee plus en deacutetail agrave la section 40

Serpentin(s) de chauffage de locaux Pour simplifier la comparaison nous partirons du principe que des serpentins laquo surdimensionneacutes raquo similaires sont utiliseacutes comme dans le premier cas de figure de sorte que les performances du chauffage de pointe des locaux soient identiques dans les deux cas

Conditions de chauffage de locaux en charge partielle Le chauffe-eau relegraveve une demande de chauffage de locaux et se met en route en acheminant une eau drsquoalimentation agrave basse tempeacuterature au systegraveme de traitement drsquoair Si la demande de chauffage nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute le chauffe-eau augmente progressivement la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation Le systegraveme de traitement drsquoair surveille la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation et augmente progressivement la vitesse du ventilateur lorsque la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation est plus eacuteleveacutee

Illustration des performances P9 Le tableau 6 donne une preacutesentation theacuteorique du type de rendement que lrsquoon peut obtenir en appliquant une strateacutegie de controcircle simple mettant en œuvre des

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tempeacuteratures drsquoeau et des vitesses de ventilateur variables Les tempeacuteratures et les deacutebits drsquoair du ventilateur preacutesenteacutes dans le tableau 6 ont eacuteteacute choisis agrave titre indicatif uniquement Ils ne repreacutesentent pas des reacuteglages pleinement optimiseacutes applicables agrave un systegraveme de chauffage combineacute

Tableau 6 Performances drsquoun systegraveme de chauffage combineacute theacuteorique offrant une puissance de chauffage des locaux de 10 kW en utilisant une strateacutegie de controcircle de tempeacuteratures drsquoeau et de vitesses de ventilateur variables (variation de la capaciteacute de chauffage des locaux par modulation du deacutebit drsquoair et de la tempeacuterature de lrsquoeau)

Mode de fonctionne -ment

Pondeacuter-ation

Temp de lrsquoeau drsquoalimen-tation (degF)

Temp de lrsquoeau de retour du reacuteseau principal (degF)

Deacutebit du systegraveme de traitement drsquoair (pi3min)

Mesure de la performance eacutenergeacutetique mode activeacute deacutesactiveacute ()

Contribution FPT

Chauffage des locaux 100

8 140 120 800 85 007

Chauffage des locaux 40

49 110 102 600 92 045

Chauffage des locaux 15

25 90 87 500 94 023

Chauffage de lrsquoeau

18 140 58 --- 92 016

Total 100 092

Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables bull Performances globales Une cote de facteur de performance totale (FPT) de 092

placerait le systegraveme combineacute dans la plage des performances eacuteleveacutees

bull Performances en mode de chauffage de lrsquoeau Comme dans le cas du sceacutenario impliquant un point de consigne de tempeacuterature unique le systegraveme assure une condensation en mode de chauffage de lrsquoeau avec un FPCE de 92 Il serait possible drsquoameacuteliorer leacutegegraverement lrsquoefficaciteacute du systegraveme de chauffage de lrsquoeau si un point de consigne de tempeacuterature de lrsquoeau infeacuterieur agrave la valeur de 140 degF utiliseacutee dans le premier cas de figure eacutetait appliqueacute La norme P9 permet drsquoutiliser un point de

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consigne pouvant descendre jusqursquoagrave 120 degF dans le cas de lrsquoeau potable La tempeacuterature de consigne nrsquoa plus besoin drsquoecirctre la mecircme que celle requise pour une charge de chauffage de locaux maximale il est donc possible de la reacuteduire agrave la plage de 120 degF Pour simplifier la comparaison des deux systegravemes dans les tableaux 5 et 6 aucun point de consigne de systegraveme de chauffage drsquoeau potable reacuteduit nrsquoa pas eacuteteacute inclus dans le tableau 6

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge totale Dans ce mode le rendement eacutenergeacutetique est plus faible La tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation doit ecirctre au plus haut pour satisfaire la charge la tempeacuterature de lrsquoeau de retour sera donc elle aussi plus eacuteleveacutee dans ce mode Comme le systegraveme fonctionnera rarement dans ce mode cette mauvaise performance ne repreacutesente qursquoune petite fraction de la pondeacuteration FPT

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge partielle Les tempeacuteratures drsquoalimentation du systegraveme de chauffage de lrsquoeau sont abaisseacutees progressivement pour satisfaire des demandes en charge partielle moindres Les tempeacuteratures peuvent ecirctre abaisseacutees bien en deccedilagrave du reacuteglage preacutevu pour le chauffage de lrsquoeau du robinet Cette condition se traduit par des tempeacuteratures drsquoeau de retour plus basses qursquoen conditions de charge totale Ces deux facteurs font que lrsquoefficaciteacute est plus importante en conditions de charge partielle qursquoen conditions de charge totale Le chauffe-eau fonctionnera en mode de condensation pour les deux points de charge de chauffage de locaux (40 et 15 )

bull Vitesse de ventilateur Eacutetant donneacute que la puissance de chauffage requise diminue la vitesse de ventilateur diminue aussiCela se traduit par un niveau sonore reacuteduit un fonctionnement du ventilateur plus long avec des cycles moins freacutequents et une reacuteduction importante de la consommation drsquoeacutenergie Cette condition peut aussi reacuteduire les plaintes lieacutees au confort le fonctionnement plus long agrave des deacutebits drsquoair reacuteduits ameacuteliorant la reacutepartition de lrsquoair chaud pendant les saisons intermeacutediaires

bull Controcircle de la tempeacuterature de lrsquoair inteacuterieur Le fait de moduler la puissance de chauffage en faisant varier la tempeacuterature de lrsquoeau et la vitesse du ventilateur peut se traduire par une tempeacuterature drsquoair inteacuterieur plus homogegravene avec des eacutecarts de tempeacuteratures moins grands au-dessus et au-dessous des points de consigne du thermostat

La strateacutegie 2 (tempeacuterature drsquoeau variable) peut donner lieu agrave lrsquoeacutelaboration drsquoun systegraveme de chauffage combineacute efficace preacutesentant de bonnes performances lorsqursquoil est mis agrave lrsquoessai selon la norme CSA P9 et lorsqursquoil est installeacute dans une vraie reacutesidence Les niveaux de performance varieront en fonction des composants seacutelectionneacutes et des speacutecificiteacutes de lrsquoordonnancement des commandes

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7 Commandes

Les commandes geacuteneacuteriques exigeacutees pour mettre en œuvre la strateacutegie privileacutegieacutee impliquant une tempeacuterature variable quia eacuteteacute deacutecrite dans la derniegravere section peuvent srsquoaveacuterer relativement simples Quelques chauffe-eau agrave la demande proposent deacutejagrave des commandes de reacuteglage de tempeacuterature Les commandes de tempeacuterature des chauffe-eau agrave la demande types ne sont toutefois pas systeacutematiquement configureacutees pour offrir une fonction de reacuteglage de tempeacuterature baseacutee sur la charge Quasiment tous les chauffe-eau agrave la demande actuellement disponibles sont eacutequipeacutes pour accueillir des commandes de tempeacuterature inteacutegreacutees ou monteacutees agrave distance permettant agrave lrsquoutilisateur de reacutegler manuellement la tempeacuterature drsquoalimentation agrave partir du chauffe-eau

En principe il devrait ecirctre possible de concevoir un module drsquointerface de commande simple qui viendrait se brancher dans les fiches de connexion de la commande de tempeacuterature existante La nouvelle commande simulerait lrsquoaction du controcircleur de tempeacuterature standard reacutegleacute manuellement de maniegravere agrave offrir une fonction de reacuteinitialisation de tempeacuterature automatique du chauffe-eau Toutes les commandes de seacutecuriteacute resteraient fonctionnelles

Une strateacutegie de controcircle simple peut offrir des performances eacuteleveacutees Les facteurs cleacutes agrave prendre en compte sont les suivants

bull deacuteterminer si une demande tient compte des besoins en chauffage drsquoeau chaude domestique

bull en mode de chauffage des locaux uniquement utiliser une minuterie ou un controcircle de reacuteglage exteacuterieur (ou un capteur de charge infeacuterentielle similaire) pour faire augmenter progressivement la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation

bull preacutevoir un systegraveme de traitement drsquoair faisant varier le deacutebit drsquoair en fonction de la tempeacuterature de lrsquoeau qui arrive dans lrsquoappareil du deacutelai pendant lequel une demande de chauffage perdure ou drsquoun signal direct du capteur de commande de charge

Ilest inteacuteressant de souligner que le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair nrsquoont pas besoin de communiquer directement ni de posseacuteder des commandes communes pour mettre en œuvre certaines des strateacutegies de controcircle deacutecrites

Lorsque les commandes du systegraveme deacutetectent qursquoune demande de chauffage a eacuteteacute satisfaite le systegraveme de traitement drsquoair devrait continuer de fonctionner suffisamment longtemps pour extraire toute la chaleur reacutesiduelle du serpentin et la transfeacuterer vers le courant drsquoair Pour eacuteviter les problegravemes de confort thermique il est souhaitable de reacuteduire la vitesse du ventilateur pendant cette peacuteriode de temporisation de la

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ventilation Le fonctionnement continu du ventilateur avec un reacuteglage de vitesse faible offrira automatiquement cette fonctionnaliteacute sans neacutecessiter de quelconques commandes intelligentes Cette option aurait lrsquoavantage suppleacutementaire drsquoassurer une reacutepartition de la tempeacuterature uniforme agrave lrsquointeacuterieur de la reacutesidence Elle serait eacutegalement utile pour reacutepartir lrsquoair frais si le systegraveme combineacute est installeacute avec un ventilateur-reacutecupeacuterateur de chaleur (VRC) ou un autre type de systegraveme de ventilation

Des commandes soigneusement conccedilues contribueront en bout de ligne agrave assurer ou reacutetablir lrsquoefficaciteacute du systegraveme combineacute Les commandes devraient ecirctre en mesure de deacuteterminer srsquoil y a une demande de chauffage des locaux ou de chauffage de lrsquoeau ou une demande concernant les deux modes Les commandes devront deacuteterminer lrsquoamplitude de chaque charge et reacutepondre de maniegravere approprieacutee en faisant varier certains paramegravetres agrave la fois pour le systegraveme de chauffage des locaux (systegraveme de traitement drsquoair par exemple) et pour le geacuteneacuterateur de chaleur (notamment si la source de chauffage est un chauffe-eau agrave la demande) En cas de demande de chauffage drsquoeau eacuteleveacutee il se peut qursquoune solution de commande prioritaire drsquoeau chaude domestique constitue la meilleure option Les commandes peuvent deacuteduire lrsquoamplitude des charges de chauffage des locaux au moyen de divers meacutecanismes y compris en surveillant les cycles de fonctionnement du thermostat et de signaux drsquoentreacutes directs transmis par une commande de charge infeacuterentielle telle qursquoune commande de reacuteglage exteacuterieur

La figure 3 preacutesente un algorithme simplifieacute de commandes geacuteneacuteriques pour la section chauffe-eau drsquoun systegraveme combineacute utilisant quatre eacutetapes de reacuteglage de tempeacuterature drsquoeau pour le chauffage des locaux et une seule pour le chauffage de lrsquoeau

La logique de commande illustreacutee agrave la figure 3 constitue uniquement un exemple de strateacutegie de controcircle rudimentaire qui pourrait ecirctre utiliseacutee pour assurer des performances eacuteleveacutees dans des modes de chauffage de locaux sans neacutecessiter lrsquoutilisation de composants oneacutereuxLrsquoalgorithme de commande pourrait ecirctre ameacutelioreacute si le controcircleur avait lrsquointelligence neacutecessaire pour lui permettre drsquoassimiler les eacutetapes de chauffage requises en surveillant la dureacutee des demandes de chauffage des locaux sur plusieurs cycles de chauffage reacutecents

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e

Mode drsquoattente Chauffe-eauagrave la demande en attente de signal

Demande de chauffage (lrsquoeaucircule dans le chauffe-eau)

Demandedrsquoeauchaude

domestique

Activationdu chauffagede lrsquoeacutetape 1 THERM90 ordmF Ventilateur Vitesse 1 Deacuteclencherle minuteursur 5 min

Demandesatisfaite avantlrsquoexpiration

du deacutelaiduminuteur

Oui

Oui

No

Reacuteglage du THERM sur le point de consigne de lrsquoeau chaude domestique THERM = 140 degF Couperlecirculateurde chauffagedelocaux (facultatif) Attendre lafin de la demande drsquoeau chaude domestique

Demande de

chauffage satisfait

Non

Oui

Activation du chauffage de lrsquoeacutetape 2 THERM = 105 degF Ventilateur Vitesse 2 Deacuteclencher le minuteur sur3 min

Activation du chauffage de lrsquoeacutetape 3 THERM = 120 degF Ventilateur Vitesse 3 Deacuteclencher le minuteur sur3 min

Activation du chauffage MAX THERM = 140 degF Ventilateur Vitesse 4 Mettrefin agravelademande de chauffage

Figure 3 Logique de lrsquoalgorithme simplifieacute de commande de chauffe-eau pour unsceacutenario de chauffage en quatre eacutetapes

Voici trois options de commande de vitesse de ventilateur de systegraveme de traitement drsquoair associeacutees agrave la meacutethode de chauffage drsquoeau illustreacutee agrave la figure 3

Commandes indirectes baseacutees sur la tempeacuteratureRaccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont bien distinctes les unes des autres mais elles fonctionnement de maniegravere compleacutementaire

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Principe de fonctionnement Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetecte la tempeacuterature de lrsquoeau chaude drsquoadmissionPlus la tempeacuterature de lrsquoeau est eacuteleveacutee plus les commandes du systegraveme de traitement drsquoair augmentent le deacutebit drsquoair

Discussion Les commandes du chauffe-eau augmentent la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque la demande nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetecte la tempeacuterature plus eacuteleveacutee et fait circuler plus drsquoair dans les serpentins pour lrsquoutiliser

Aspect meacutecanique Un puits de tempeacuterature est installeacute dans la conduite drsquoeau drsquoalimentation drsquoarriveacutee agrave lrsquointeacuterieur du systegraveme de traitement drsquoairLe reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur serait ajusteacute en installant un module de commande de systegraveme de traitement drsquoair qui mesure la tempeacuterature de lrsquoeau achemineacutee au systegraveme de traitement drsquoair depuis le chauffe-eau pendant une demande de chauffage de locaux transmise au systegraveme de traitement drsquoair La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signal de commande transmis au panneau de controcircle du systegraveme de traitement drsquoair par le thermostat du systegraveme de CVCA

Commandes indirectes baseacutees sur le minuteur Raccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont bien distinctes les unes des autres mais elles fonctionnement de maniegravere compleacutementaire

Principe de fonctionnement Le deacutebit drsquoair du systegraveme de traitement drsquoair varie en fonction de la dureacutee de la demande de chauffage afin de coiumlncider avec les minutages de commande de tempeacuterature indiqueacutes agrave la figure 3

Discussion Les commandes du chauffe-eau augmentent la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque la demande nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetermine la dureacutee de la demande de chauffage et fait circuler plus drsquoair dans les serpentins afin de se conformer aux eacutetapes de tempeacuterature programmeacutees

Aspect meacutecanique Le reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur serait ajusteacute en installant un module de commande de systegraveme de traitement drsquoair qui reacutegule le deacutebit drsquoair en fonction de la dureacutee de la demande de chauffage La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signalde commande transmis au panneau de controcircle du systegraveme de traitement drsquoair par le thermostat du systegraveme de CVCA

Controcircle direct Raccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont toutes deux controcircleacutees au moyen drsquoun nouveau controcircleur combineacute inteacutegreacute posseacutedant une interface directe avec le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair

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Principe de fonctionnement Le nouveau controcircleur fait varier le deacutebit drsquoair du systegraveme de traitement drsquoair et la tempeacuterature de lrsquoeau de maniegravere agrave optimiser le rendement du chauffage

Discussion Cette strateacutegie de controcircle direct suppose le deacuteveloppement drsquoun nouveau composant de commande Le controcircleur peut utiliser des reacuteglages de fonctionnement plus sophistiqueacutes afin drsquoameacuteliorer le rendement dans tous les modes de fonctionnement

Aspect meacutecanique Le reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur et la tempeacuterature de lrsquoeau achemineacutee au systegraveme de traitement drsquoair seraient directement controcircleacutes par un nouveau controcircleur combineacute inteacutegreacute La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signal de commande transmis au controcircleur par le thermostat du systegraveme de CVCA

Chauffe-eau - Mode de chauffage de lrsquoeau du robinet Les algorithmes de chauffage de lrsquoeau du robinet ne changent pas par rapport agrave ceux du module de commande standard La seule diffeacuterence reacuteside dans le fait que le chauffe-eau utilise un contacteur de deacutebit ou un deacutebitmegravetre pour repeacuterer un tirage drsquoeau chaude (ou une arriveacutee drsquoeau froide) et comprendre qursquoune demande de chauffage drsquoeau a eacuteteacute faite Si une demande de chauffage de locaux intervient simultaneacutement le chauffe-eau pourrait honorer les deux demandes en tenant compte du reacuteglage de tempeacuterature de sortie requise de lrsquoeau du robinet Une autre option consisterait agrave prendre en compte par deacutefaut le reacuteglage du mode de chauffage de lrsquoeau Un mode de controcircle plus sophistiqueacute pourrait potentiellement temporiser le chauffage des locaux lorsque cela srsquoavegravere neacutecessaire pour reacutepondre agrave des demandes de chauffage drsquoeau eacuteleveacutees ou pour activer la distribution de chauffage des locaux en utilisant des reacuteglages de tempeacuterature optimiseacutes Ce cas de figure est illustreacute agrave la figure 4

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8 Composants

Pour bien fonctionner les systegravemes de chauffage combineacutes doivent ecirctre doteacutes de composants haute performance que ce soit dans une configuration dite laquo installeacutee raquo ou dans une configuration drsquoessai selon la norme CSA P9 La preacutesente section a pour objectif drsquoaider les fabricants de chauffe-eau agrave la demande

bull agrave concevoir leur propre systegraveme de traitement drsquoair

bull agrave eacutetablir un partenariat avec un autre fabricant qui fournirait un systegraveme de traitement drsquoair pour leur systegraveme apregraves avoir deacutetermineacute

ndash les composants requis

ndash la mesure dans laquelle un modegravele de systegraveme de traitement drsquoair existant aurait besoin drsquoecirctre affineacute pour reacutepondre agrave leurs besoins

bull agrave eacutetablir les modifications qursquoil faut apporter au systegraveme monobloc dans son ensemble pour ameacuteliorer les performances

81 Systegraveme de traitement drsquoair

Le systegraveme de traitement drsquoair doit inclure les composants neacutecessaires pour fournir de la chaleur et faire circuler de lrsquoair Les eacuteleacutements agrave prendre en compte sont des serpentins de chauffage de locaux un moteur de ventilateur une pompe et un puits de tempeacuterature Ces eacuteleacutements sont deacutecrits plus en deacutetail ci-dessous

82 Serpentins de chauffage de locaux

Les serpentins de chauffage de locaux doivent ecirctre dimensionneacutes de maniegravere approprieacutee pour que le chauffage des locaux puisse avoir lieu avec une tempeacuterature drsquoalimentation suffisamment basse et une baisse de tempeacuterature de lrsquoeau suffisante pour favoriser la condensation dans le geacuteneacuterateur de chaleur lorsque le systegraveme fonctionne en conditions de charge partielle (et ideacutealement en conditions de pleine charge eacutegalement)

Geacuteneacuteralement les serpentins quiextraient la chaleur de lrsquoeau sont conccedilus et choisis en tenant compte drsquoune baisse de tempeacuterature de lrsquoeau drsquoenviron 11 degC (20 degF) le long des serpentins aux conditions de chauffage nominales La seacutelection preacutealable du serpentin peut ecirctre faite en utilisant un logiciel deacutejagrave proposeacute par divers fabricants de serpentins Dans la plupart des cas le modegravele logiciel calcule la puissance de chauffage drsquoun

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serpentin de chauffage agrave eau chaude en se fondant sur la mesure des performances du conditionnement drsquoair pour des serpentins ayant une construction et des geacuteomeacutetries similaires Du coup la puissance de chauffage reacuteelle pour une condition nominale donneacutee peut diffeacuterer leacutegegraverement de celle preacutedite par le logiciel

Ilest recommandeacute de veacuterifier la performance reacuteelle du serpentin choisi (puissance de chauffage baisse de la tempeacuterature de lrsquoeau baisse de la pression statique sur le cocircteacute air et eau) en effectuant des essais internes Lorsque cette eacutetape a eacuteteacute exeacutecuteacutee le modegravele logiciel peut fournir une aide preacutecieuse pour seacutelectionner le serpentin et devrait proposer des indications plutocirct fiables concernant les changements de performance du serpentin aux diffeacuterentes conditions projeteacutees Les informations ainsi collecteacutees devraient ecirctre utiles pour concevoir et affiner des reacuteglages et des strateacutegies de controcircle plus eacutevolueacutes en vue drsquooptimiser le rendement du systegraveme en conditions de chauffage en charge partielle

Voici les eacuteleacutements agrave prendre en compte

Diamegravetre du serpentin drsquoeau et nombre de spires ndash Un grand diamegravetre de canalisation reacuteduira au minimum la baisse de pression de lrsquoeau ainsi que lrsquoeacutenergie utiliseacutee par le systegraveme de circulation drsquoeau Un petit diamegravetre de canalisation permettra drsquoopter pour un serpentin moins oneacutereux eacutetant donneacute qursquoil faudra moins de cuivre dans le serpentin Cependant des petits tubes neacutecessiteront une eacutenergie de pompage supeacuterieure et feront augmenter les pheacutenomegravenes drsquousure et drsquoeacuterosion des tubes si une puissance de pompe suffisante est appliqueacutee pour offrir le deacutebit drsquoeau nominal Concregravetement le fait drsquoutiliser un serpentin avec des tubes trop petits reacuteduira la puissance de chauffage fournie par le serpentin En effet le fabricant utilisera vraisemblablement le mecircme circulateur standard quel que soit le serpentin retenu Les TECA hydronic and combo guideline (Directives sur les systegravemes hydroniques et combineacutes de la TECA)1

(article 814) preacutecisent que le deacutebit de lrsquoeau qui traverse le systegraveme de chauffage ne doit pas deacutepasser quatre (4) pieds par seconde

Nombre drsquoailettes par pouce ndash Plus le nombre drsquoailettes par pouce est eacuteleveacute plus la surface de transmission de chaleur et la puissance de chauffage augmentent cela creacutee cependant une baisse de pression supeacuterieure sur le cocircteacute air du serpentin Un certain degreacute de perte de pression dans le serpentin est utile pour assurer un deacutebit drsquoair homogegravene dans le serpentin notamment dans une configuration de laquo purge raquo qui est couramment utiliseacutee dans les ventilo-convecteurs combineacutes servant au chauffage des locauxLes speacutecifications des serpentins de chauffage peuvent faire eacutetat drsquoun nombre drsquoailettes variant de 6 ailettes par pouce agrave 14 ailettes par pouce Les serpentins de chauffage hydronique standard comportent 12 ou 14 ailettes par pouce Les serpentins doteacutes drsquoun grand nombre drsquoailettes sont plus facilement encrasseacutes par de la poussiegravere

1 Thermal Environmental Comfort Association (TECA) Surrey (C-B) Hydronic amp Combo Guidelines for the Design and Installation of Hot Water Heating Systems and Combination Hot Water amp Space Heating Systems 8th Edition August 2009 (Directives concernant les systegravemes hydroniques et combineacutes conception et installation de systegravemes de chauffage drsquoeau chaude et de systegravemes combineacutes de chauffage drsquoeau chaude et de locaux 8e eacutedition aoucirct 2009) [wwwtecaca]

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ou des deacutebris Selon les reacutesultats du logiciel de modeacutelisation du serpentin la preacutesence de 12 ailettes ou mecircme 14 semble ecirctre un choix raisonnable pour un serpentin de chauffage de locaux haute performance agrave condition que le serpentin soit choisi avec une surface suffisamment importante pour maintenir la vitesse frontale de lrsquoair faible agrave la puissance de chauffage theacuteorique

Figure 5 Exemple de serpentin de chauffage de locaux laquo surdimensionneacute raquo utiliseacute dans une application de systegraveme de traitement drsquoair hydronique

83 Moteur de ventilateur

Le systegraveme de traitement drsquoair devrait utiliser un moteur de ventilateur agrave commutation eacutelectronique (MCE) et ecirctre exploiteacute en utilisant un systegraveme de controcircle agrave vitesse multiple ou agrave vitesse variable Cette option permettrait de moduler le deacutebit drsquoair et la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque le systegraveme fonctionne agrave une puissance infeacuterieure agrave sa puissance de chauffage nominale maximaleLa capaciteacute agrave utiliser un mode de circulation continu agrave faible puissance et faible vitesse serait particuliegraverement utile en cas de fonctionnement aux points de consigne de 15 et 40 pour lesquels il est primordial de collecter et de distribuer toute la chaleur reacutesiduelle des serpentins de chauffage la norme P9 tenant compte uniquement de la chaleur qui est reacuteellement transfeacutereacutee dans le courant drsquoair

La modulation du deacutebit drsquoair et de la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation permettra drsquoobtenir des tempeacuteratures drsquoair distribueacute confortables ainsi que des performances de chauffage eacuteleveacutees

Un MCE doteacute drsquoune programmation de deacutebit drsquoair constant surclassera vraisemblablement un MCE qui utilise une programmation de couple constant car le

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systegraveme compensera au moins partiellement les diffeacuterences entre les pressions statiques nominales et les pressions statiques reacuteellement eacutetablies Cette solution peut srsquoaveacuterer indispensable pour srsquoassurer que les performances de la combustion dans des conditions reacuteelles variables correspondent aux performances obtenues lors drsquoessais dans le laboratoire

Une programmation de deacutebit drsquoair constant sera probablement essentielle pour obtenir des performances acceptables dans le cas drsquoun systegraveme combineacute reacuteparti

84 Circulateurpompe

Ilest important de choisir le bon circulateur pour acheminer le deacutebit approprieacute en fonction de la pression statique eacutetablie qui sera en vigueur Les pertes de pression dans les diffeacuterents chauffe-eau agrave la demande varient Le fait drsquoutiliser un circulateur qui fournit un deacutebit trop important se traduira par une petite baisse de tempeacuterature dans le circuit drsquoeau qui traverse le serpentin et par une tempeacuterature drsquoeau de retour eacuteleveacutee vers le chauffe-eau Un deacutebit trop faible entraicircne des capaciteacutes de chauffage faibles Des circulateurs hydroniques sont offerts avec trois vitesses seacutelectionnables et des deacutebits de pompe nominaux Par contre les moteurs utiliseacutes dans les circulateurs types agrave plusieurs vitesses ne sont pas aussi efficaces que les moteurs agrave CE Des circulateurs agrave vitesse variable eacutequipeacutes de moteurs agrave CE font leur apparition sur le marcheacute mais ils ne sont pas encore couramment utiliseacutes dans les applications combineacutees

Ideacutealement les pompes de circulation des systegravemes combineacutes eacutevolueacutes devraient consister en un concept agrave modulation agrave vitesse variable capable drsquoameacuteliorer le rendement et de compenser les diffeacuterentes configurations de canalisation Ce type de concept est deacutejagrave disponible et pourrait ecirctre mis en œuvre degraves maintenant il pourrait aussi ecirctre mis de cocircteacute jusqursquoagrave ce que la prochaine geacuteneacuteration de systegravemes de chauffage combineacutes eacutevolueacutes soit mise au point Les premiers reacutesultats drsquoessais en laboratoire ont montreacute qursquoil est possible drsquoobtenir de bonnes performances conformes agrave la norme CSA P9 sans utiliser des pompes de circulation agrave vitesse variable et des commandes auxiliaires coucircteuses Agrave lrsquoavenir agrave mesure que le coucirct des circulateurs agrave vitesse variable doteacutes de moteurs agrave CE baissera et que les commandes inteacutegreacutees seront mieux accepteacutees leur utilisation dans des applications de chauffage combineacute sera plus rentable

85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)

Si lrsquoon conccediloit le reacuteseau de plomberie de maniegravere agrave pouvoir y installer des bouchons de controcircle de tempeacuterature drsquoeau et de pression les essais internes et les mesures de mise en service seront simplifieacutes De plus il sera plus facile de purger lrsquoair des circuits

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hydroniques Il est possible drsquoutiliser des sondes de tempeacuteratures monteacutees agrave lrsquoexteacuterieur pour effectuer les mesures de mise en service sur le terrain si des sections de conduites de cuivre ameacutenageacutees dans des endroits strateacutegiques sont prises en compte lors de la conception

86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau

Certains chauffe-eau agrave la demande de type chaudiegravere possegravedent des points de consignes et des algorithmes de controcircle distincts pour le chauffage des locaux et celui de lrsquoeau Drsquoautres ont besoin de savoir si la charge concerne le chauffage des locaux ou celui de lrsquoeau potable Dans ce cas on peut utiliser divers capteurs et surveiller eacutegalement les signaux transmis par un deacutebitmegravetre drsquoeau installeacute dans le reacuteseau drsquoeau potable ou un deacutebitmegravetre installeacute dans le circuit de chauffage des locaux Bon nombre de chauffe-eau agrave la demande utilisent de tels capteurs dans leurs circuits de commande de brucircleur afin de faire coiumlncider les allures de chauffe avec les chargesDans les applications combineacutees lrsquoutilisation de commandes capables de diffeacuterencier les charges deacutepend de la logique de controcircle prioritaire de demande drsquoeau chaude domestique

87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes

Les canalisations drsquoeau ameacutenageacutees entre le geacuteneacuterateur de chaleur et le systegraveme combineacute devraient ecirctre dimensionneacutees de maniegravere agrave eacuteviter des baisses de pression excessives

Toutes les canalisations en cuivre exteacuterieures doivent ecirctre isoleacutees conformeacutement aux pratiques de lrsquoindustrie Il se peut que les avantages lieacutes agrave lrsquoisolation des canalisations drsquointerraccordement ne soient pas tregraves importants si les sections de conduites sont courtes et si elles contiennent des tuyaux en polyeacutethylegravene reacuteticuleacute ou un type de conduite similaire preacutesentant moins de perte de chaleur que les conduites en cuivre

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9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes

La preacutesente section contient des directives et certaines observations agrave lrsquointention des fabricants de systegravemes de chauffage combineacutes dans le but drsquoaider ces derniers agrave mettre agrave lrsquoessai leurs systegravemes agrave lrsquointerne Lrsquoexeacutecution drsquoessais agrave lrsquointerne en utilisant un montage simplifieacute permettra aux fabricants de mieux cerner les performances de leurs concepts et commandes prototypes lorsqursquoils sont mis agrave lrsquoessai dans une installation indeacutependante conformeacutement agrave la norme CSA P9 (P10 pour les fabricants de SMI) Les essais en question ne doivent pas forceacutement ecirctre conccedilus pour geacuteneacuterer des reacutesultats de performance preacutecis agrave 100 mais ils sont consideacutereacutes comme indispensables pour le deacuteveloppement et le cycle drsquooptimisation du produit les avantages drsquoun concept et drsquoun fonctionnement de systegraveme ameacutelioreacutes pouvant rapidement sauter aux yeux lorsque lrsquoon compare les reacutesultats des essais reacutealiseacutes laquo avant raquo et laquo apregraves raquo

En geacuteneacuteral il nrsquoest pas rentable de payer un laboratoire drsquoessais indeacutependant pour proceacuteder agrave la premiegravere eacutevaluation drsquoun systegraveme de chauffage combineacute complet Les coucircts lieacutes au laboratoire et les deacutefis lieacutes aux ingeacutenieurs concepteurs qui prescrivent des reacuteglages lorsqursquoils ne sont pas sur place rendent cette option probleacutematique Des essais simplifieacutes reacutealiseacutes dans les propres locaux du fabricant permettent de srsquoassurer que les reacutesultats sont dans la plage approprieacutee degraves le deacutebut

Un scheacutema de montage drsquoessai suggeacutereacute utilisable pour effectuer des mesures conformeacutement agrave la norme CSA P9 est preacutesenteacute dans cette norme La figure 6 ci-dessous illustre une version simplifieacutee de ce scheacutema

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de la piegravece

combineacutes

Appareilsdeconditionnement

Eacutevents pour produits de combustion Appareils de

conditionnement de la piegravece

Salle drsquoessai

Isolant

Meacutelangeur

Approvisionnement en eau

Eacutevents pour air de combustion Conduite drsquoalimentation en combustible

Uniteacute drsquoessai des

systegravemes

Thermocouples Porte Fenecirctre

Mesure de la tempeacuterature et du deacutebit de lrsquoeau

Conduite drsquoair de retour

Thermocouples

Mesure de la tempeacuterature et de lrsquohumiditeacute de lrsquoair

Air drsquoappoint

Mesure du deacutebit drsquoair

Figure 6 Scheacutema simplifieacute illustrant le montage utiliseacute pour exeacutecuter les essais conformeacutement agrave la norme P9 (composants individuels du systegraveme combineacute non illustreacutes)

Le scheacutema preacutesente un dispositif de mesure de lrsquoenthalpie de lrsquoair dans un tunnel baseacute Vsur la norme ASHRAE 37 Lrsquoappareil de mesure de lrsquoair illustreacute sur la figure de la norme utilise un ajutage et un ventilateur drsquoeacutequilibrage pour pouvoir appliquer une technique de mesure du deacutebit drsquoair neacutecessitant une pression diffeacuterentielle eacuteleveacutee (entre 1 et 4 pouces drsquoeau) dans lrsquoajutage Lorsqursquoil est utiliseacute avec des manomegravetres preacutecis cet appareil offre une preacutecision de mesure eacuteleveacutee de lrsquoordre de 1 agrave 2 du deacutebit drsquoair et il geacutenegravere un deacutebit drsquoair bien meacutelangeacute qui permet de mesurer avec preacutecision la tempeacuterature du deacutebit de lrsquoair drsquoalimentation

La norme P9 preacutecise que lrsquoajutage inteacutegreacute agrave lrsquoappareil de mesure de lrsquoenthalpie de lrsquoair en tunnel constitue une meacutethode acceptable pour mesurer le deacutebit drsquoair tout en approuvant expresseacutement (article 36) lrsquoapplication drsquoautres processus de mesure du deacutebit drsquoair agrave condition que les limites de preacutecision mentionneacutees dans la norme soient satisfaites Ceci donne la possibiliteacute drsquoutiliser une technique de mesure du deacutebit drsquoair plus directe ne neacutecessitant pas lrsquoutilisation drsquoun appareil comportant un ventilateur drsquoeacutequilibrage Dans certains cas lrsquoutilisation drsquoune chambre de mesure de deacutebit avec un ventilateur drsquoeacutequilibrage pour reacutegler la pression statique de la conduite drsquoair drsquoalimentation a impliqueacute des problegravemes de stabiliteacute avec des moteurs agrave CE qui ont eacuteteacute

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programmeacutes pour un deacutebit drsquoair constant il est donc avantageux drsquoeacuteviter les ventilateurs drsquoeacutequilibrage

91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz

De nombreux fabricants concevant des systegravemes combineacutes eacutevolueacutes integravegreront des instruments conccedilus pour mesurer la consommation drsquoeacutenergie eacutelectrique la consommation du combustible les performances de combustion la tempeacuterature et la pression (pression du collecteur de gaz pression statique des conduites etc) Si de tels eacutequipements de mesure ne sont pas offerts ilest recommandeacute de les preacutevoirLes compteurs de facturation des compagnies de gaz et drsquoeacutelectriciteacute devraient offrir une preacutecision et une reacutesolution suffisantes pour les essais de deacuteveloppement du produit

92 Enregistreur de donneacutees

Les fabricants devront eacutegalement avoir accegraves agrave un systegraveme drsquoenregistrement de donneacutees dans le cadre de leur travail Il est conseilleacute de preacutevoir un enregistreur qui offre une preacutecision et un nombre de canaux de mesures suffisants pour les tacircches agrave accomplir On estime qursquoil faudra environ huit (8) canaux pour mesurer la tempeacuterature plus quelques canaux analogiques ou numeacuteriques pour prendre en compte les donneacutees des deacutebitmegravetres des transducteurs de pression etc (analogiques ou numeacuteriques selon lrsquoinstrument de mesure seacutelectionneacute) De nombreux fournisseurs proposent un large eacuteventail drsquoenregistreurs de donneacutees Campbell Scientific Fluke Instruments Omega et Measurement Computing (personal DAQ) figurent parmi les fabricants qui proposent des enregistreurs de donneacutees de petite eacutechelle pouvant ecirctre pris en compte Il est recommandeacute de se pencher sur lrsquoassistant logiciel de lrsquoenregistreur de donneacutees seacutelectionneacute au moment drsquoeacutevaluer lrsquoeacutequipement Si le fabricant ne souhaite pas investir dans un enregistreur de donneacutees la location demeure une option mecircme si les eacuteconomies preacutevues dans le cas drsquoune location agrave court terme semblent ecirctre faibles

93 Deacutebit drsquoair

Pour mesurer le deacutebit drsquoair pendant les essais agrave lrsquointerne il est recommandeacute drsquoutiliser une grille de deacutebit drsquoair avec eacutetablissement de moyenne installeacutee dans la conduite drsquoair drsquoalimentation en conjonction avec un manomegravetre diffeacuterentiel de preacutecision De nombreux fournisseurs proposent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans un large eacuteventail de tailles et ces deacutebitmegravetres sont relativement peu chers car ils sont souvent utiliseacutes dans des systegravemes commerciaux de chauffage et de refroidissement agrave deacutebit drsquoair variable Si lrsquoon fait une recherche dans Google en utilisant le segment laquo deacutebitmegravetres drsquoair raquo on trouve plusieurs fournisseurs et liens permettant

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drsquoobtenir de plus amples informations sur le sujet Nailor Industries Inc et Dwyer Instruments sont deux socieacuteteacutes quioffrent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans une grande varieacuteteacute de tailles de conduites

94 Manomegravetres

On trouve eacutegalement de nombreux manomegravetres diffeacuterentiels sur le marcheacute dont les modegraveles varient des manomegravetres agrave tube inclineacute aux transducteurs numeacuteriques de preacutecision Il est important de bien faire correspondre la plage de mesure du transducteur ou du manomegravetre avec la pression fournie par le deacutebitmegravetre sur la plage de deacutebits drsquoair preacutevue Dans le cas des transducteurs numeacuteriques des instruments capacitifs sont reacuteputeacutes bien fonctionner dans la plage de pression diffeacuterentielle basse qui serait normalement prescrite (environ 05 pouce de diffeacuterence de colonne drsquoeau) Setra Instruments MKS Instruments (Baratron) Dwyer Instruments et drsquoautres socieacuteteacutes proposent des transducteurs de pression diffeacuterentielle capacitifs plage basse adapteacutes

95 Tempeacuteratures

Les tempeacuteratures drsquoair drsquoarriveacutee et de sortie peuvent ecirctre mesureacutees en utilisant des thermocouples des thermistances ou des capteurs de conduite geacuteneacuterant une valeur moyenne Du fait de son bas coucirct de sa faciliteacute drsquoutilisation et de sa preacutesence agrave grande eacutechelle sur le marcheacute le thermocouple semble ecirctre lrsquoinstrument approprieacute pour cette application Il est possible de fabriquer un reacuteseau de thermocouples agrave partir drsquoune bobine de fil de thermocouple et de les raccorder entre eux en parallegravele de maniegravere agrave geacuteneacuterer une seule donneacutee repreacutesentant la valeur moyenne De nombreux fournisseurs offrent des fils agrave thermocouple notamment les socieacuteteacutes Thermo Electric Company Inc Omega Inc Watlow Inc etc Il est eacutegalement possible de fabriquer des sondes de tempeacuterature agrave partir des mecircmes fils de thermocouple pour surveiller drsquoautres paramegravetres tels que les tempeacuteratures drsquoeau Il est important de bien utiliser un fil agrave thermocouple plutocirct qursquoun fil de rallonge de lrsquoeacutechelle de mesure identique mais moins preacutecis

96 Mesures du cocircteacute eau

Pour effectuer des mesures du cocircteacute eau dans les serpentins il est neacutecessaire de posseacuteder un deacutebitmegravetre et des sondes de tempeacuterature Ces mesures pourraient ecirctre reacutealiseacutees en utilisant des capteurs distincts (deacutebitmegravetre drsquoeau et sondes de tempeacuterature distinctes par exemple) Il est important de srsquoassurer que lrsquoinsertion drsquoun deacutebitmegravetre dans la boucle drsquoeau ne modifie pas le deacutebit de la pompe de circulation Cela est particuliegraverement important avec des circulateurs agrave faible puissance geacuteneacuteralement utiliseacutes dans des applications combineacutees pour lesquelles lrsquoinstallation drsquoun deacutebitmegravetre agrave turbine conventionnel agrave baisse de pression eacuteleveacutee peut restreindre le deacutebit drsquoeau Ilexiste des deacutebitmegravetres preacutecis sans perte de pression eacuteleveacutee Certains appareils

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peuvent ecirctre acheteacutes deacutejagrave conditionneacutes avec des sondes de tempeacuterature en guise de laquo compteurs drsquoeacutenergie raquo Ils mesurent simultaneacutement les tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de lrsquoeau de retour ainsi que le deacutebit de lrsquoeau et calculent directement le flux drsquoeacutenergie en srsquoappuyant sur ces mesuresKamstrup Siemens Badger Meters Elster Metering ABB Meters et drsquoautres socieacuteteacutes offrent ce type drsquoappareils Les compteurs drsquoeacutenergie autonomes sont habituellement configureacutes avec certains dispositifs permettant de lire les diffeacuterents paramegravetres ainsi que les flux drsquoeacutenergie calculeacutes La plupart offre une fonction de stockage des donneacutees internes etou des sorties numeacuteriques pouvant ecirctre interfaceacutees avec des enregistreurs de donneacutees externes

97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne

La norme CSA P9 exige que le chauffage des locaux soit deacutefini en utilisant deux mesures (cocircteacute air et cocircteacute eau) avec une entente dans une toleacuterance acceptable pour la mise agrave lrsquoessai du systegraveme de chauffage de locaux agrave pleine capaciteacute constant Dans le cas des mesures agrave lrsquointerne entreprises par un fabricant dans le cadre drsquoun projet de deacuteveloppement de produit cibleacute lrsquoentente entre les mesures du cocircteacute air et du cocircteacute eau nrsquoest pas forceacutement requise On suggegravere aux fabricants de se concentrer sur les mesures qui ciblent la strateacutegie de controcircle ou de composant propre agrave lrsquoeacutetude Par exemple si des strateacutegies diffeacuterentes de temporisation du ventilateur ou laquo apregraves fonctionnement raquo sont eacutevalueacutees il est bien plus important de se concentrer sur les mesures du cocircteacute air que drsquoessayer drsquoatteindre un eacutequilibre entre le cocircteacute air et le cocircteacute eau Selon la quantiteacute drsquoeacutenergie laisseacutee dans le serpentin drsquoeau lorsque le ventilateur de soufflante srsquoarrecircte et drsquoautres pertes drsquoeacutenergie du systegraveme il est possible qursquoil nrsquoy ait pas drsquoeacutequilibre drsquoeacutenergie entre les mesures du cocircteacute air et les mesures du cocircteacute eau mecircme avec un instrument des mesures et des calculs laquo parfaits raquo

La norme CSA P9 exige une mesure du deacutebit drsquoair et des tempeacuteratures au moins toutes les cinq (5) secondes Dans le cas des essais agrave lrsquointerne cette freacutequence pourrait ecirctre assouplie pour certaines eacutetapes drsquoessai Par ailleurs une conformiteacute totale agrave la norme P9 suppose un controcircle preacutecis de la tempeacuterature de la salle drsquoessai ougrave se trouve le systegraveme combineacute en vue des essais ainsiqursquoun controcircle preacutecis de la tempeacuterature de lrsquoeau de la ville Dans le cas des essais de deacuteveloppement agrave lrsquointerne ces exigences peuvent eacutegalement ecirctre assouplies agrave condition que les tempeacuteratures ne varient pas trop pendant les essais Un espace commercial conditionneacute ayant une dimension raisonnable ferait lrsquoaffaire au moins pour les phases drsquoessai et de deacuteveloppement initiales

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Flue(combustionmeasurements)

SupplyAirtoSpaceHeatingPlenum

(optionalzonedampers)

ReturnAir

CityWater

TanklessWaterHeater

HotWaterSupplyfromWaterHeater

DHW

CoolWaterreturntoWaterheater

Temperaturemeasurementpoints

Fuelmeter

Flowmeter

Electricalmeteringnotshown

Circulator

98 Agencement des instruments

La figure 7 preacutesente un scheacutema simplifieacute permettant drsquoillustrer lrsquoagencement geacuteneacuteral des emplacements et des paramegravetres de mesure en vue de la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute de chauffe-eau instantaneacute agrave condensation Le deacutebit drsquoair qui traverse la conduite drsquoalimentation du systegraveme de traitement drsquoair sera surveilleacute en utilisant un deacutebitmegravetre agrave valeur moyenne et un manomegravetre (non illustreacute) tel que cela est deacutecrit agrave lrsquoarticle 73

T

T

T T

T T

Alimentation en eau chaude provenant du chauffe-eau

Conduit (mesures de combustion)

Eau chaude domestique

Systegraveme de mesure du combustible

Air dereprise

Retourde lrsquoeau froide vers lechauffe-eau

Chauffe-eau instantaneacute

Air drsquoalimentation achemineacute versle pleacutenum de chauffage(registres de zone facultatifs)

Eau municipale

Deacutebitmegravetre

T

(compteur eacutelectrique non illustreacute)

Points de mesure de la tempeacuterature Circulateur

Figure 8 Scheacutema de mesure simplifieacute applicable agrave la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute baseacute sur un chauffe-eau instantaneacute

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CanmetEacuteNERGIE CanmetEacuteNERGIE de Ressources naturelles Canada est un chef de file canadien dans le domaine de la recherche et deacuteveloppement en eacutenergie propre Les travaux de nos speacutecialistes portent sur lrsquoapprovisionnement drsquoeacutenergie propre agrave partir de combustibles fossiles et de sources renouvelables la gestion de lrsquoeacutenergie et les systegravemes de distribution ainsi que sur les technologies et processus avanceacutes pour les utilisations finales En veillant agrave ce que le Canada soit agrave la fine pointe des technologies sur lrsquoeacutenergie propre nous ameacuteliorons la qualiteacute de vie des Canadiens en creacuteant un avantage durable en matiegravere de ressources

Bureau central Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) 580 rue Booth 1 promenade Oil Patch 1 promenade Haanel 161 boulevard Lionel-Boulet Ottawa (Ontario) Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) Canada Canada Canada Canada K1A 0E4 T9G 1A8 K1A 1M1 J3X 1S6

  • Guide pour les fabricants drsquoappareils de chauffage combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessai conformeacutement agrave la norme CSA P9
    • Remerciements
    • 1 Reacutesumeacute
    • 2 Systegravemes agrave zones
    • Table des matiegraveres
    • Liste des tableaux et figures
    • 3 Contexte
      • 31 Objet
      • 32 Public cible
      • 33 Marcheacute
      • 34 Pratiques en vigueur dans lrsquoindustrie
      • 35 Expeacuterience en matiegravere drsquoeacutevaluation
      • 36 Deacutefi principal Utiliser des chauffe-eau pour chauffer des locaux de maniegravere eacuteconergeacutetique
      • 37 Approche par eacutetapes
        • 4 Charges de calcul ndash performances selon la norme CSA p9
          • 41 Facteur de performance thermique (FPT)
          • 42 Chauffage de lrsquoeau
          • 43 Chauffage des locaux
          • 44 Importance relative des charges de chauffage des locaux et de lrsquoeau
            • 5 Chauffage de lrsquoeau domestique
            • 6 Conception des systegravemes combineacutes
              • 61 Incidence des pondeacuterations de charge
                • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                • Reacuteduction des tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour
                  • 62 Strateacutegies de conception
                  • 63 Strateacutegie 1 Tempeacuterature drsquoeau constante
                    • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                    • Serpentin(s) de chauffage des locaux
                    • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                    • Illustration des performances selon la norme P9
                    • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                      • 64 Strateacutegie 2 Tempeacuterature drsquoeau variable
                        • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                        • Serpentin(s) de chauffage de locaux
                        • Conditions de chauffage de locaux en charge partielle
                        • Illustration des performances P9
                        • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                            • 7 Commandes
                              • Commandes indirectes baseacutees sur la tempeacuterature
                              • Commandes indirectes baseacutees sur le minuteur
                              • Controcircle direct
                              • Chauffe-eau -Mode de chauffage de lrsquoeau du robinet
                                • 8 Composants
                                  • 81 Systegraveme de traitement drsquoair
                                  • 82 Serpentins de chauffage de locaux
                                  • 83 Moteur de ventilateur
                                  • 84 Circulateurpompe
                                  • 85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)
                                  • 86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau
                                  • 87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes
                                    • 9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes
                                      • 91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz
                                      • 92 Enregistreur de donneacutees
                                      • 93 Deacutebit drsquoair
                                      • 94 Manomegravetres
                                      • 95 Tempeacuteratures
                                      • 96 Mesures du cocircteacute eau
                                      • 97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne
                                      • 98 Agencement des instruments
Page 28: Guide pour les fabricants d’appareils de chauffage ...€¦ · Le présent rapport explique comment la norme d’essai P.9 pondère le rendement dans différents modes de fonctionnement

tempeacuteratures drsquoeau et des vitesses de ventilateur variables Les tempeacuteratures et les deacutebits drsquoair du ventilateur preacutesenteacutes dans le tableau 6 ont eacuteteacute choisis agrave titre indicatif uniquement Ils ne repreacutesentent pas des reacuteglages pleinement optimiseacutes applicables agrave un systegraveme de chauffage combineacute

Tableau 6 Performances drsquoun systegraveme de chauffage combineacute theacuteorique offrant une puissance de chauffage des locaux de 10 kW en utilisant une strateacutegie de controcircle de tempeacuteratures drsquoeau et de vitesses de ventilateur variables (variation de la capaciteacute de chauffage des locaux par modulation du deacutebit drsquoair et de la tempeacuterature de lrsquoeau)

Mode de fonctionne -ment

Pondeacuter-ation

Temp de lrsquoeau drsquoalimen-tation (degF)

Temp de lrsquoeau de retour du reacuteseau principal (degF)

Deacutebit du systegraveme de traitement drsquoair (pi3min)

Mesure de la performance eacutenergeacutetique mode activeacute deacutesactiveacute ()

Contribution FPT

Chauffage des locaux 100

8 140 120 800 85 007

Chauffage des locaux 40

49 110 102 600 92 045

Chauffage des locaux 15

25 90 87 500 94 023

Chauffage de lrsquoeau

18 140 58 --- 92 016

Total 100 092

Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables bull Performances globales Une cote de facteur de performance totale (FPT) de 092

placerait le systegraveme combineacute dans la plage des performances eacuteleveacutees

bull Performances en mode de chauffage de lrsquoeau Comme dans le cas du sceacutenario impliquant un point de consigne de tempeacuterature unique le systegraveme assure une condensation en mode de chauffage de lrsquoeau avec un FPCE de 92 Il serait possible drsquoameacuteliorer leacutegegraverement lrsquoefficaciteacute du systegraveme de chauffage de lrsquoeau si un point de consigne de tempeacuterature de lrsquoeau infeacuterieur agrave la valeur de 140 degF utiliseacutee dans le premier cas de figure eacutetait appliqueacute La norme P9 permet drsquoutiliser un point de

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consigne pouvant descendre jusqursquoagrave 120 degF dans le cas de lrsquoeau potable La tempeacuterature de consigne nrsquoa plus besoin drsquoecirctre la mecircme que celle requise pour une charge de chauffage de locaux maximale il est donc possible de la reacuteduire agrave la plage de 120 degF Pour simplifier la comparaison des deux systegravemes dans les tableaux 5 et 6 aucun point de consigne de systegraveme de chauffage drsquoeau potable reacuteduit nrsquoa pas eacuteteacute inclus dans le tableau 6

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge totale Dans ce mode le rendement eacutenergeacutetique est plus faible La tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation doit ecirctre au plus haut pour satisfaire la charge la tempeacuterature de lrsquoeau de retour sera donc elle aussi plus eacuteleveacutee dans ce mode Comme le systegraveme fonctionnera rarement dans ce mode cette mauvaise performance ne repreacutesente qursquoune petite fraction de la pondeacuteration FPT

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge partielle Les tempeacuteratures drsquoalimentation du systegraveme de chauffage de lrsquoeau sont abaisseacutees progressivement pour satisfaire des demandes en charge partielle moindres Les tempeacuteratures peuvent ecirctre abaisseacutees bien en deccedilagrave du reacuteglage preacutevu pour le chauffage de lrsquoeau du robinet Cette condition se traduit par des tempeacuteratures drsquoeau de retour plus basses qursquoen conditions de charge totale Ces deux facteurs font que lrsquoefficaciteacute est plus importante en conditions de charge partielle qursquoen conditions de charge totale Le chauffe-eau fonctionnera en mode de condensation pour les deux points de charge de chauffage de locaux (40 et 15 )

bull Vitesse de ventilateur Eacutetant donneacute que la puissance de chauffage requise diminue la vitesse de ventilateur diminue aussiCela se traduit par un niveau sonore reacuteduit un fonctionnement du ventilateur plus long avec des cycles moins freacutequents et une reacuteduction importante de la consommation drsquoeacutenergie Cette condition peut aussi reacuteduire les plaintes lieacutees au confort le fonctionnement plus long agrave des deacutebits drsquoair reacuteduits ameacuteliorant la reacutepartition de lrsquoair chaud pendant les saisons intermeacutediaires

bull Controcircle de la tempeacuterature de lrsquoair inteacuterieur Le fait de moduler la puissance de chauffage en faisant varier la tempeacuterature de lrsquoeau et la vitesse du ventilateur peut se traduire par une tempeacuterature drsquoair inteacuterieur plus homogegravene avec des eacutecarts de tempeacuteratures moins grands au-dessus et au-dessous des points de consigne du thermostat

La strateacutegie 2 (tempeacuterature drsquoeau variable) peut donner lieu agrave lrsquoeacutelaboration drsquoun systegraveme de chauffage combineacute efficace preacutesentant de bonnes performances lorsqursquoil est mis agrave lrsquoessai selon la norme CSA P9 et lorsqursquoil est installeacute dans une vraie reacutesidence Les niveaux de performance varieront en fonction des composants seacutelectionneacutes et des speacutecificiteacutes de lrsquoordonnancement des commandes

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7 Commandes

Les commandes geacuteneacuteriques exigeacutees pour mettre en œuvre la strateacutegie privileacutegieacutee impliquant une tempeacuterature variable quia eacuteteacute deacutecrite dans la derniegravere section peuvent srsquoaveacuterer relativement simples Quelques chauffe-eau agrave la demande proposent deacutejagrave des commandes de reacuteglage de tempeacuterature Les commandes de tempeacuterature des chauffe-eau agrave la demande types ne sont toutefois pas systeacutematiquement configureacutees pour offrir une fonction de reacuteglage de tempeacuterature baseacutee sur la charge Quasiment tous les chauffe-eau agrave la demande actuellement disponibles sont eacutequipeacutes pour accueillir des commandes de tempeacuterature inteacutegreacutees ou monteacutees agrave distance permettant agrave lrsquoutilisateur de reacutegler manuellement la tempeacuterature drsquoalimentation agrave partir du chauffe-eau

En principe il devrait ecirctre possible de concevoir un module drsquointerface de commande simple qui viendrait se brancher dans les fiches de connexion de la commande de tempeacuterature existante La nouvelle commande simulerait lrsquoaction du controcircleur de tempeacuterature standard reacutegleacute manuellement de maniegravere agrave offrir une fonction de reacuteinitialisation de tempeacuterature automatique du chauffe-eau Toutes les commandes de seacutecuriteacute resteraient fonctionnelles

Une strateacutegie de controcircle simple peut offrir des performances eacuteleveacutees Les facteurs cleacutes agrave prendre en compte sont les suivants

bull deacuteterminer si une demande tient compte des besoins en chauffage drsquoeau chaude domestique

bull en mode de chauffage des locaux uniquement utiliser une minuterie ou un controcircle de reacuteglage exteacuterieur (ou un capteur de charge infeacuterentielle similaire) pour faire augmenter progressivement la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation

bull preacutevoir un systegraveme de traitement drsquoair faisant varier le deacutebit drsquoair en fonction de la tempeacuterature de lrsquoeau qui arrive dans lrsquoappareil du deacutelai pendant lequel une demande de chauffage perdure ou drsquoun signal direct du capteur de commande de charge

Ilest inteacuteressant de souligner que le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair nrsquoont pas besoin de communiquer directement ni de posseacuteder des commandes communes pour mettre en œuvre certaines des strateacutegies de controcircle deacutecrites

Lorsque les commandes du systegraveme deacutetectent qursquoune demande de chauffage a eacuteteacute satisfaite le systegraveme de traitement drsquoair devrait continuer de fonctionner suffisamment longtemps pour extraire toute la chaleur reacutesiduelle du serpentin et la transfeacuterer vers le courant drsquoair Pour eacuteviter les problegravemes de confort thermique il est souhaitable de reacuteduire la vitesse du ventilateur pendant cette peacuteriode de temporisation de la

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ventilation Le fonctionnement continu du ventilateur avec un reacuteglage de vitesse faible offrira automatiquement cette fonctionnaliteacute sans neacutecessiter de quelconques commandes intelligentes Cette option aurait lrsquoavantage suppleacutementaire drsquoassurer une reacutepartition de la tempeacuterature uniforme agrave lrsquointeacuterieur de la reacutesidence Elle serait eacutegalement utile pour reacutepartir lrsquoair frais si le systegraveme combineacute est installeacute avec un ventilateur-reacutecupeacuterateur de chaleur (VRC) ou un autre type de systegraveme de ventilation

Des commandes soigneusement conccedilues contribueront en bout de ligne agrave assurer ou reacutetablir lrsquoefficaciteacute du systegraveme combineacute Les commandes devraient ecirctre en mesure de deacuteterminer srsquoil y a une demande de chauffage des locaux ou de chauffage de lrsquoeau ou une demande concernant les deux modes Les commandes devront deacuteterminer lrsquoamplitude de chaque charge et reacutepondre de maniegravere approprieacutee en faisant varier certains paramegravetres agrave la fois pour le systegraveme de chauffage des locaux (systegraveme de traitement drsquoair par exemple) et pour le geacuteneacuterateur de chaleur (notamment si la source de chauffage est un chauffe-eau agrave la demande) En cas de demande de chauffage drsquoeau eacuteleveacutee il se peut qursquoune solution de commande prioritaire drsquoeau chaude domestique constitue la meilleure option Les commandes peuvent deacuteduire lrsquoamplitude des charges de chauffage des locaux au moyen de divers meacutecanismes y compris en surveillant les cycles de fonctionnement du thermostat et de signaux drsquoentreacutes directs transmis par une commande de charge infeacuterentielle telle qursquoune commande de reacuteglage exteacuterieur

La figure 3 preacutesente un algorithme simplifieacute de commandes geacuteneacuteriques pour la section chauffe-eau drsquoun systegraveme combineacute utilisant quatre eacutetapes de reacuteglage de tempeacuterature drsquoeau pour le chauffage des locaux et une seule pour le chauffage de lrsquoeau

La logique de commande illustreacutee agrave la figure 3 constitue uniquement un exemple de strateacutegie de controcircle rudimentaire qui pourrait ecirctre utiliseacutee pour assurer des performances eacuteleveacutees dans des modes de chauffage de locaux sans neacutecessiter lrsquoutilisation de composants oneacutereuxLrsquoalgorithme de commande pourrait ecirctre ameacutelioreacute si le controcircleur avait lrsquointelligence neacutecessaire pour lui permettre drsquoassimiler les eacutetapes de chauffage requises en surveillant la dureacutee des demandes de chauffage des locaux sur plusieurs cycles de chauffage reacutecents

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e

Mode drsquoattente Chauffe-eauagrave la demande en attente de signal

Demande de chauffage (lrsquoeaucircule dans le chauffe-eau)

Demandedrsquoeauchaude

domestique

Activationdu chauffagede lrsquoeacutetape 1 THERM90 ordmF Ventilateur Vitesse 1 Deacuteclencherle minuteursur 5 min

Demandesatisfaite avantlrsquoexpiration

du deacutelaiduminuteur

Oui

Oui

No

Reacuteglage du THERM sur le point de consigne de lrsquoeau chaude domestique THERM = 140 degF Couperlecirculateurde chauffagedelocaux (facultatif) Attendre lafin de la demande drsquoeau chaude domestique

Demande de

chauffage satisfait

Non

Oui

Activation du chauffage de lrsquoeacutetape 2 THERM = 105 degF Ventilateur Vitesse 2 Deacuteclencher le minuteur sur3 min

Activation du chauffage de lrsquoeacutetape 3 THERM = 120 degF Ventilateur Vitesse 3 Deacuteclencher le minuteur sur3 min

Activation du chauffage MAX THERM = 140 degF Ventilateur Vitesse 4 Mettrefin agravelademande de chauffage

Figure 3 Logique de lrsquoalgorithme simplifieacute de commande de chauffe-eau pour unsceacutenario de chauffage en quatre eacutetapes

Voici trois options de commande de vitesse de ventilateur de systegraveme de traitement drsquoair associeacutees agrave la meacutethode de chauffage drsquoeau illustreacutee agrave la figure 3

Commandes indirectes baseacutees sur la tempeacuteratureRaccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont bien distinctes les unes des autres mais elles fonctionnement de maniegravere compleacutementaire

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Principe de fonctionnement Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetecte la tempeacuterature de lrsquoeau chaude drsquoadmissionPlus la tempeacuterature de lrsquoeau est eacuteleveacutee plus les commandes du systegraveme de traitement drsquoair augmentent le deacutebit drsquoair

Discussion Les commandes du chauffe-eau augmentent la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque la demande nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetecte la tempeacuterature plus eacuteleveacutee et fait circuler plus drsquoair dans les serpentins pour lrsquoutiliser

Aspect meacutecanique Un puits de tempeacuterature est installeacute dans la conduite drsquoeau drsquoalimentation drsquoarriveacutee agrave lrsquointeacuterieur du systegraveme de traitement drsquoairLe reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur serait ajusteacute en installant un module de commande de systegraveme de traitement drsquoair qui mesure la tempeacuterature de lrsquoeau achemineacutee au systegraveme de traitement drsquoair depuis le chauffe-eau pendant une demande de chauffage de locaux transmise au systegraveme de traitement drsquoair La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signal de commande transmis au panneau de controcircle du systegraveme de traitement drsquoair par le thermostat du systegraveme de CVCA

Commandes indirectes baseacutees sur le minuteur Raccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont bien distinctes les unes des autres mais elles fonctionnement de maniegravere compleacutementaire

Principe de fonctionnement Le deacutebit drsquoair du systegraveme de traitement drsquoair varie en fonction de la dureacutee de la demande de chauffage afin de coiumlncider avec les minutages de commande de tempeacuterature indiqueacutes agrave la figure 3

Discussion Les commandes du chauffe-eau augmentent la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque la demande nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetermine la dureacutee de la demande de chauffage et fait circuler plus drsquoair dans les serpentins afin de se conformer aux eacutetapes de tempeacuterature programmeacutees

Aspect meacutecanique Le reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur serait ajusteacute en installant un module de commande de systegraveme de traitement drsquoair qui reacutegule le deacutebit drsquoair en fonction de la dureacutee de la demande de chauffage La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signalde commande transmis au panneau de controcircle du systegraveme de traitement drsquoair par le thermostat du systegraveme de CVCA

Controcircle direct Raccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont toutes deux controcircleacutees au moyen drsquoun nouveau controcircleur combineacute inteacutegreacute posseacutedant une interface directe avec le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair

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Principe de fonctionnement Le nouveau controcircleur fait varier le deacutebit drsquoair du systegraveme de traitement drsquoair et la tempeacuterature de lrsquoeau de maniegravere agrave optimiser le rendement du chauffage

Discussion Cette strateacutegie de controcircle direct suppose le deacuteveloppement drsquoun nouveau composant de commande Le controcircleur peut utiliser des reacuteglages de fonctionnement plus sophistiqueacutes afin drsquoameacuteliorer le rendement dans tous les modes de fonctionnement

Aspect meacutecanique Le reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur et la tempeacuterature de lrsquoeau achemineacutee au systegraveme de traitement drsquoair seraient directement controcircleacutes par un nouveau controcircleur combineacute inteacutegreacute La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signal de commande transmis au controcircleur par le thermostat du systegraveme de CVCA

Chauffe-eau - Mode de chauffage de lrsquoeau du robinet Les algorithmes de chauffage de lrsquoeau du robinet ne changent pas par rapport agrave ceux du module de commande standard La seule diffeacuterence reacuteside dans le fait que le chauffe-eau utilise un contacteur de deacutebit ou un deacutebitmegravetre pour repeacuterer un tirage drsquoeau chaude (ou une arriveacutee drsquoeau froide) et comprendre qursquoune demande de chauffage drsquoeau a eacuteteacute faite Si une demande de chauffage de locaux intervient simultaneacutement le chauffe-eau pourrait honorer les deux demandes en tenant compte du reacuteglage de tempeacuterature de sortie requise de lrsquoeau du robinet Une autre option consisterait agrave prendre en compte par deacutefaut le reacuteglage du mode de chauffage de lrsquoeau Un mode de controcircle plus sophistiqueacute pourrait potentiellement temporiser le chauffage des locaux lorsque cela srsquoavegravere neacutecessaire pour reacutepondre agrave des demandes de chauffage drsquoeau eacuteleveacutees ou pour activer la distribution de chauffage des locaux en utilisant des reacuteglages de tempeacuterature optimiseacutes Ce cas de figure est illustreacute agrave la figure 4

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8 Composants

Pour bien fonctionner les systegravemes de chauffage combineacutes doivent ecirctre doteacutes de composants haute performance que ce soit dans une configuration dite laquo installeacutee raquo ou dans une configuration drsquoessai selon la norme CSA P9 La preacutesente section a pour objectif drsquoaider les fabricants de chauffe-eau agrave la demande

bull agrave concevoir leur propre systegraveme de traitement drsquoair

bull agrave eacutetablir un partenariat avec un autre fabricant qui fournirait un systegraveme de traitement drsquoair pour leur systegraveme apregraves avoir deacutetermineacute

ndash les composants requis

ndash la mesure dans laquelle un modegravele de systegraveme de traitement drsquoair existant aurait besoin drsquoecirctre affineacute pour reacutepondre agrave leurs besoins

bull agrave eacutetablir les modifications qursquoil faut apporter au systegraveme monobloc dans son ensemble pour ameacuteliorer les performances

81 Systegraveme de traitement drsquoair

Le systegraveme de traitement drsquoair doit inclure les composants neacutecessaires pour fournir de la chaleur et faire circuler de lrsquoair Les eacuteleacutements agrave prendre en compte sont des serpentins de chauffage de locaux un moteur de ventilateur une pompe et un puits de tempeacuterature Ces eacuteleacutements sont deacutecrits plus en deacutetail ci-dessous

82 Serpentins de chauffage de locaux

Les serpentins de chauffage de locaux doivent ecirctre dimensionneacutes de maniegravere approprieacutee pour que le chauffage des locaux puisse avoir lieu avec une tempeacuterature drsquoalimentation suffisamment basse et une baisse de tempeacuterature de lrsquoeau suffisante pour favoriser la condensation dans le geacuteneacuterateur de chaleur lorsque le systegraveme fonctionne en conditions de charge partielle (et ideacutealement en conditions de pleine charge eacutegalement)

Geacuteneacuteralement les serpentins quiextraient la chaleur de lrsquoeau sont conccedilus et choisis en tenant compte drsquoune baisse de tempeacuterature de lrsquoeau drsquoenviron 11 degC (20 degF) le long des serpentins aux conditions de chauffage nominales La seacutelection preacutealable du serpentin peut ecirctre faite en utilisant un logiciel deacutejagrave proposeacute par divers fabricants de serpentins Dans la plupart des cas le modegravele logiciel calcule la puissance de chauffage drsquoun

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serpentin de chauffage agrave eau chaude en se fondant sur la mesure des performances du conditionnement drsquoair pour des serpentins ayant une construction et des geacuteomeacutetries similaires Du coup la puissance de chauffage reacuteelle pour une condition nominale donneacutee peut diffeacuterer leacutegegraverement de celle preacutedite par le logiciel

Ilest recommandeacute de veacuterifier la performance reacuteelle du serpentin choisi (puissance de chauffage baisse de la tempeacuterature de lrsquoeau baisse de la pression statique sur le cocircteacute air et eau) en effectuant des essais internes Lorsque cette eacutetape a eacuteteacute exeacutecuteacutee le modegravele logiciel peut fournir une aide preacutecieuse pour seacutelectionner le serpentin et devrait proposer des indications plutocirct fiables concernant les changements de performance du serpentin aux diffeacuterentes conditions projeteacutees Les informations ainsi collecteacutees devraient ecirctre utiles pour concevoir et affiner des reacuteglages et des strateacutegies de controcircle plus eacutevolueacutes en vue drsquooptimiser le rendement du systegraveme en conditions de chauffage en charge partielle

Voici les eacuteleacutements agrave prendre en compte

Diamegravetre du serpentin drsquoeau et nombre de spires ndash Un grand diamegravetre de canalisation reacuteduira au minimum la baisse de pression de lrsquoeau ainsi que lrsquoeacutenergie utiliseacutee par le systegraveme de circulation drsquoeau Un petit diamegravetre de canalisation permettra drsquoopter pour un serpentin moins oneacutereux eacutetant donneacute qursquoil faudra moins de cuivre dans le serpentin Cependant des petits tubes neacutecessiteront une eacutenergie de pompage supeacuterieure et feront augmenter les pheacutenomegravenes drsquousure et drsquoeacuterosion des tubes si une puissance de pompe suffisante est appliqueacutee pour offrir le deacutebit drsquoeau nominal Concregravetement le fait drsquoutiliser un serpentin avec des tubes trop petits reacuteduira la puissance de chauffage fournie par le serpentin En effet le fabricant utilisera vraisemblablement le mecircme circulateur standard quel que soit le serpentin retenu Les TECA hydronic and combo guideline (Directives sur les systegravemes hydroniques et combineacutes de la TECA)1

(article 814) preacutecisent que le deacutebit de lrsquoeau qui traverse le systegraveme de chauffage ne doit pas deacutepasser quatre (4) pieds par seconde

Nombre drsquoailettes par pouce ndash Plus le nombre drsquoailettes par pouce est eacuteleveacute plus la surface de transmission de chaleur et la puissance de chauffage augmentent cela creacutee cependant une baisse de pression supeacuterieure sur le cocircteacute air du serpentin Un certain degreacute de perte de pression dans le serpentin est utile pour assurer un deacutebit drsquoair homogegravene dans le serpentin notamment dans une configuration de laquo purge raquo qui est couramment utiliseacutee dans les ventilo-convecteurs combineacutes servant au chauffage des locauxLes speacutecifications des serpentins de chauffage peuvent faire eacutetat drsquoun nombre drsquoailettes variant de 6 ailettes par pouce agrave 14 ailettes par pouce Les serpentins de chauffage hydronique standard comportent 12 ou 14 ailettes par pouce Les serpentins doteacutes drsquoun grand nombre drsquoailettes sont plus facilement encrasseacutes par de la poussiegravere

1 Thermal Environmental Comfort Association (TECA) Surrey (C-B) Hydronic amp Combo Guidelines for the Design and Installation of Hot Water Heating Systems and Combination Hot Water amp Space Heating Systems 8th Edition August 2009 (Directives concernant les systegravemes hydroniques et combineacutes conception et installation de systegravemes de chauffage drsquoeau chaude et de systegravemes combineacutes de chauffage drsquoeau chaude et de locaux 8e eacutedition aoucirct 2009) [wwwtecaca]

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ou des deacutebris Selon les reacutesultats du logiciel de modeacutelisation du serpentin la preacutesence de 12 ailettes ou mecircme 14 semble ecirctre un choix raisonnable pour un serpentin de chauffage de locaux haute performance agrave condition que le serpentin soit choisi avec une surface suffisamment importante pour maintenir la vitesse frontale de lrsquoair faible agrave la puissance de chauffage theacuteorique

Figure 5 Exemple de serpentin de chauffage de locaux laquo surdimensionneacute raquo utiliseacute dans une application de systegraveme de traitement drsquoair hydronique

83 Moteur de ventilateur

Le systegraveme de traitement drsquoair devrait utiliser un moteur de ventilateur agrave commutation eacutelectronique (MCE) et ecirctre exploiteacute en utilisant un systegraveme de controcircle agrave vitesse multiple ou agrave vitesse variable Cette option permettrait de moduler le deacutebit drsquoair et la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque le systegraveme fonctionne agrave une puissance infeacuterieure agrave sa puissance de chauffage nominale maximaleLa capaciteacute agrave utiliser un mode de circulation continu agrave faible puissance et faible vitesse serait particuliegraverement utile en cas de fonctionnement aux points de consigne de 15 et 40 pour lesquels il est primordial de collecter et de distribuer toute la chaleur reacutesiduelle des serpentins de chauffage la norme P9 tenant compte uniquement de la chaleur qui est reacuteellement transfeacutereacutee dans le courant drsquoair

La modulation du deacutebit drsquoair et de la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation permettra drsquoobtenir des tempeacuteratures drsquoair distribueacute confortables ainsi que des performances de chauffage eacuteleveacutees

Un MCE doteacute drsquoune programmation de deacutebit drsquoair constant surclassera vraisemblablement un MCE qui utilise une programmation de couple constant car le

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systegraveme compensera au moins partiellement les diffeacuterences entre les pressions statiques nominales et les pressions statiques reacuteellement eacutetablies Cette solution peut srsquoaveacuterer indispensable pour srsquoassurer que les performances de la combustion dans des conditions reacuteelles variables correspondent aux performances obtenues lors drsquoessais dans le laboratoire

Une programmation de deacutebit drsquoair constant sera probablement essentielle pour obtenir des performances acceptables dans le cas drsquoun systegraveme combineacute reacuteparti

84 Circulateurpompe

Ilest important de choisir le bon circulateur pour acheminer le deacutebit approprieacute en fonction de la pression statique eacutetablie qui sera en vigueur Les pertes de pression dans les diffeacuterents chauffe-eau agrave la demande varient Le fait drsquoutiliser un circulateur qui fournit un deacutebit trop important se traduira par une petite baisse de tempeacuterature dans le circuit drsquoeau qui traverse le serpentin et par une tempeacuterature drsquoeau de retour eacuteleveacutee vers le chauffe-eau Un deacutebit trop faible entraicircne des capaciteacutes de chauffage faibles Des circulateurs hydroniques sont offerts avec trois vitesses seacutelectionnables et des deacutebits de pompe nominaux Par contre les moteurs utiliseacutes dans les circulateurs types agrave plusieurs vitesses ne sont pas aussi efficaces que les moteurs agrave CE Des circulateurs agrave vitesse variable eacutequipeacutes de moteurs agrave CE font leur apparition sur le marcheacute mais ils ne sont pas encore couramment utiliseacutes dans les applications combineacutees

Ideacutealement les pompes de circulation des systegravemes combineacutes eacutevolueacutes devraient consister en un concept agrave modulation agrave vitesse variable capable drsquoameacuteliorer le rendement et de compenser les diffeacuterentes configurations de canalisation Ce type de concept est deacutejagrave disponible et pourrait ecirctre mis en œuvre degraves maintenant il pourrait aussi ecirctre mis de cocircteacute jusqursquoagrave ce que la prochaine geacuteneacuteration de systegravemes de chauffage combineacutes eacutevolueacutes soit mise au point Les premiers reacutesultats drsquoessais en laboratoire ont montreacute qursquoil est possible drsquoobtenir de bonnes performances conformes agrave la norme CSA P9 sans utiliser des pompes de circulation agrave vitesse variable et des commandes auxiliaires coucircteuses Agrave lrsquoavenir agrave mesure que le coucirct des circulateurs agrave vitesse variable doteacutes de moteurs agrave CE baissera et que les commandes inteacutegreacutees seront mieux accepteacutees leur utilisation dans des applications de chauffage combineacute sera plus rentable

85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)

Si lrsquoon conccediloit le reacuteseau de plomberie de maniegravere agrave pouvoir y installer des bouchons de controcircle de tempeacuterature drsquoeau et de pression les essais internes et les mesures de mise en service seront simplifieacutes De plus il sera plus facile de purger lrsquoair des circuits

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hydroniques Il est possible drsquoutiliser des sondes de tempeacuteratures monteacutees agrave lrsquoexteacuterieur pour effectuer les mesures de mise en service sur le terrain si des sections de conduites de cuivre ameacutenageacutees dans des endroits strateacutegiques sont prises en compte lors de la conception

86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau

Certains chauffe-eau agrave la demande de type chaudiegravere possegravedent des points de consignes et des algorithmes de controcircle distincts pour le chauffage des locaux et celui de lrsquoeau Drsquoautres ont besoin de savoir si la charge concerne le chauffage des locaux ou celui de lrsquoeau potable Dans ce cas on peut utiliser divers capteurs et surveiller eacutegalement les signaux transmis par un deacutebitmegravetre drsquoeau installeacute dans le reacuteseau drsquoeau potable ou un deacutebitmegravetre installeacute dans le circuit de chauffage des locaux Bon nombre de chauffe-eau agrave la demande utilisent de tels capteurs dans leurs circuits de commande de brucircleur afin de faire coiumlncider les allures de chauffe avec les chargesDans les applications combineacutees lrsquoutilisation de commandes capables de diffeacuterencier les charges deacutepend de la logique de controcircle prioritaire de demande drsquoeau chaude domestique

87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes

Les canalisations drsquoeau ameacutenageacutees entre le geacuteneacuterateur de chaleur et le systegraveme combineacute devraient ecirctre dimensionneacutees de maniegravere agrave eacuteviter des baisses de pression excessives

Toutes les canalisations en cuivre exteacuterieures doivent ecirctre isoleacutees conformeacutement aux pratiques de lrsquoindustrie Il se peut que les avantages lieacutes agrave lrsquoisolation des canalisations drsquointerraccordement ne soient pas tregraves importants si les sections de conduites sont courtes et si elles contiennent des tuyaux en polyeacutethylegravene reacuteticuleacute ou un type de conduite similaire preacutesentant moins de perte de chaleur que les conduites en cuivre

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9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes

La preacutesente section contient des directives et certaines observations agrave lrsquointention des fabricants de systegravemes de chauffage combineacutes dans le but drsquoaider ces derniers agrave mettre agrave lrsquoessai leurs systegravemes agrave lrsquointerne Lrsquoexeacutecution drsquoessais agrave lrsquointerne en utilisant un montage simplifieacute permettra aux fabricants de mieux cerner les performances de leurs concepts et commandes prototypes lorsqursquoils sont mis agrave lrsquoessai dans une installation indeacutependante conformeacutement agrave la norme CSA P9 (P10 pour les fabricants de SMI) Les essais en question ne doivent pas forceacutement ecirctre conccedilus pour geacuteneacuterer des reacutesultats de performance preacutecis agrave 100 mais ils sont consideacutereacutes comme indispensables pour le deacuteveloppement et le cycle drsquooptimisation du produit les avantages drsquoun concept et drsquoun fonctionnement de systegraveme ameacutelioreacutes pouvant rapidement sauter aux yeux lorsque lrsquoon compare les reacutesultats des essais reacutealiseacutes laquo avant raquo et laquo apregraves raquo

En geacuteneacuteral il nrsquoest pas rentable de payer un laboratoire drsquoessais indeacutependant pour proceacuteder agrave la premiegravere eacutevaluation drsquoun systegraveme de chauffage combineacute complet Les coucircts lieacutes au laboratoire et les deacutefis lieacutes aux ingeacutenieurs concepteurs qui prescrivent des reacuteglages lorsqursquoils ne sont pas sur place rendent cette option probleacutematique Des essais simplifieacutes reacutealiseacutes dans les propres locaux du fabricant permettent de srsquoassurer que les reacutesultats sont dans la plage approprieacutee degraves le deacutebut

Un scheacutema de montage drsquoessai suggeacutereacute utilisable pour effectuer des mesures conformeacutement agrave la norme CSA P9 est preacutesenteacute dans cette norme La figure 6 ci-dessous illustre une version simplifieacutee de ce scheacutema

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de la piegravece

combineacutes

Appareilsdeconditionnement

Eacutevents pour produits de combustion Appareils de

conditionnement de la piegravece

Salle drsquoessai

Isolant

Meacutelangeur

Approvisionnement en eau

Eacutevents pour air de combustion Conduite drsquoalimentation en combustible

Uniteacute drsquoessai des

systegravemes

Thermocouples Porte Fenecirctre

Mesure de la tempeacuterature et du deacutebit de lrsquoeau

Conduite drsquoair de retour

Thermocouples

Mesure de la tempeacuterature et de lrsquohumiditeacute de lrsquoair

Air drsquoappoint

Mesure du deacutebit drsquoair

Figure 6 Scheacutema simplifieacute illustrant le montage utiliseacute pour exeacutecuter les essais conformeacutement agrave la norme P9 (composants individuels du systegraveme combineacute non illustreacutes)

Le scheacutema preacutesente un dispositif de mesure de lrsquoenthalpie de lrsquoair dans un tunnel baseacute Vsur la norme ASHRAE 37 Lrsquoappareil de mesure de lrsquoair illustreacute sur la figure de la norme utilise un ajutage et un ventilateur drsquoeacutequilibrage pour pouvoir appliquer une technique de mesure du deacutebit drsquoair neacutecessitant une pression diffeacuterentielle eacuteleveacutee (entre 1 et 4 pouces drsquoeau) dans lrsquoajutage Lorsqursquoil est utiliseacute avec des manomegravetres preacutecis cet appareil offre une preacutecision de mesure eacuteleveacutee de lrsquoordre de 1 agrave 2 du deacutebit drsquoair et il geacutenegravere un deacutebit drsquoair bien meacutelangeacute qui permet de mesurer avec preacutecision la tempeacuterature du deacutebit de lrsquoair drsquoalimentation

La norme P9 preacutecise que lrsquoajutage inteacutegreacute agrave lrsquoappareil de mesure de lrsquoenthalpie de lrsquoair en tunnel constitue une meacutethode acceptable pour mesurer le deacutebit drsquoair tout en approuvant expresseacutement (article 36) lrsquoapplication drsquoautres processus de mesure du deacutebit drsquoair agrave condition que les limites de preacutecision mentionneacutees dans la norme soient satisfaites Ceci donne la possibiliteacute drsquoutiliser une technique de mesure du deacutebit drsquoair plus directe ne neacutecessitant pas lrsquoutilisation drsquoun appareil comportant un ventilateur drsquoeacutequilibrage Dans certains cas lrsquoutilisation drsquoune chambre de mesure de deacutebit avec un ventilateur drsquoeacutequilibrage pour reacutegler la pression statique de la conduite drsquoair drsquoalimentation a impliqueacute des problegravemes de stabiliteacute avec des moteurs agrave CE qui ont eacuteteacute

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programmeacutes pour un deacutebit drsquoair constant il est donc avantageux drsquoeacuteviter les ventilateurs drsquoeacutequilibrage

91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz

De nombreux fabricants concevant des systegravemes combineacutes eacutevolueacutes integravegreront des instruments conccedilus pour mesurer la consommation drsquoeacutenergie eacutelectrique la consommation du combustible les performances de combustion la tempeacuterature et la pression (pression du collecteur de gaz pression statique des conduites etc) Si de tels eacutequipements de mesure ne sont pas offerts ilest recommandeacute de les preacutevoirLes compteurs de facturation des compagnies de gaz et drsquoeacutelectriciteacute devraient offrir une preacutecision et une reacutesolution suffisantes pour les essais de deacuteveloppement du produit

92 Enregistreur de donneacutees

Les fabricants devront eacutegalement avoir accegraves agrave un systegraveme drsquoenregistrement de donneacutees dans le cadre de leur travail Il est conseilleacute de preacutevoir un enregistreur qui offre une preacutecision et un nombre de canaux de mesures suffisants pour les tacircches agrave accomplir On estime qursquoil faudra environ huit (8) canaux pour mesurer la tempeacuterature plus quelques canaux analogiques ou numeacuteriques pour prendre en compte les donneacutees des deacutebitmegravetres des transducteurs de pression etc (analogiques ou numeacuteriques selon lrsquoinstrument de mesure seacutelectionneacute) De nombreux fournisseurs proposent un large eacuteventail drsquoenregistreurs de donneacutees Campbell Scientific Fluke Instruments Omega et Measurement Computing (personal DAQ) figurent parmi les fabricants qui proposent des enregistreurs de donneacutees de petite eacutechelle pouvant ecirctre pris en compte Il est recommandeacute de se pencher sur lrsquoassistant logiciel de lrsquoenregistreur de donneacutees seacutelectionneacute au moment drsquoeacutevaluer lrsquoeacutequipement Si le fabricant ne souhaite pas investir dans un enregistreur de donneacutees la location demeure une option mecircme si les eacuteconomies preacutevues dans le cas drsquoune location agrave court terme semblent ecirctre faibles

93 Deacutebit drsquoair

Pour mesurer le deacutebit drsquoair pendant les essais agrave lrsquointerne il est recommandeacute drsquoutiliser une grille de deacutebit drsquoair avec eacutetablissement de moyenne installeacutee dans la conduite drsquoair drsquoalimentation en conjonction avec un manomegravetre diffeacuterentiel de preacutecision De nombreux fournisseurs proposent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans un large eacuteventail de tailles et ces deacutebitmegravetres sont relativement peu chers car ils sont souvent utiliseacutes dans des systegravemes commerciaux de chauffage et de refroidissement agrave deacutebit drsquoair variable Si lrsquoon fait une recherche dans Google en utilisant le segment laquo deacutebitmegravetres drsquoair raquo on trouve plusieurs fournisseurs et liens permettant

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drsquoobtenir de plus amples informations sur le sujet Nailor Industries Inc et Dwyer Instruments sont deux socieacuteteacutes quioffrent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans une grande varieacuteteacute de tailles de conduites

94 Manomegravetres

On trouve eacutegalement de nombreux manomegravetres diffeacuterentiels sur le marcheacute dont les modegraveles varient des manomegravetres agrave tube inclineacute aux transducteurs numeacuteriques de preacutecision Il est important de bien faire correspondre la plage de mesure du transducteur ou du manomegravetre avec la pression fournie par le deacutebitmegravetre sur la plage de deacutebits drsquoair preacutevue Dans le cas des transducteurs numeacuteriques des instruments capacitifs sont reacuteputeacutes bien fonctionner dans la plage de pression diffeacuterentielle basse qui serait normalement prescrite (environ 05 pouce de diffeacuterence de colonne drsquoeau) Setra Instruments MKS Instruments (Baratron) Dwyer Instruments et drsquoautres socieacuteteacutes proposent des transducteurs de pression diffeacuterentielle capacitifs plage basse adapteacutes

95 Tempeacuteratures

Les tempeacuteratures drsquoair drsquoarriveacutee et de sortie peuvent ecirctre mesureacutees en utilisant des thermocouples des thermistances ou des capteurs de conduite geacuteneacuterant une valeur moyenne Du fait de son bas coucirct de sa faciliteacute drsquoutilisation et de sa preacutesence agrave grande eacutechelle sur le marcheacute le thermocouple semble ecirctre lrsquoinstrument approprieacute pour cette application Il est possible de fabriquer un reacuteseau de thermocouples agrave partir drsquoune bobine de fil de thermocouple et de les raccorder entre eux en parallegravele de maniegravere agrave geacuteneacuterer une seule donneacutee repreacutesentant la valeur moyenne De nombreux fournisseurs offrent des fils agrave thermocouple notamment les socieacuteteacutes Thermo Electric Company Inc Omega Inc Watlow Inc etc Il est eacutegalement possible de fabriquer des sondes de tempeacuterature agrave partir des mecircmes fils de thermocouple pour surveiller drsquoautres paramegravetres tels que les tempeacuteratures drsquoeau Il est important de bien utiliser un fil agrave thermocouple plutocirct qursquoun fil de rallonge de lrsquoeacutechelle de mesure identique mais moins preacutecis

96 Mesures du cocircteacute eau

Pour effectuer des mesures du cocircteacute eau dans les serpentins il est neacutecessaire de posseacuteder un deacutebitmegravetre et des sondes de tempeacuterature Ces mesures pourraient ecirctre reacutealiseacutees en utilisant des capteurs distincts (deacutebitmegravetre drsquoeau et sondes de tempeacuterature distinctes par exemple) Il est important de srsquoassurer que lrsquoinsertion drsquoun deacutebitmegravetre dans la boucle drsquoeau ne modifie pas le deacutebit de la pompe de circulation Cela est particuliegraverement important avec des circulateurs agrave faible puissance geacuteneacuteralement utiliseacutes dans des applications combineacutees pour lesquelles lrsquoinstallation drsquoun deacutebitmegravetre agrave turbine conventionnel agrave baisse de pression eacuteleveacutee peut restreindre le deacutebit drsquoeau Ilexiste des deacutebitmegravetres preacutecis sans perte de pression eacuteleveacutee Certains appareils

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peuvent ecirctre acheteacutes deacutejagrave conditionneacutes avec des sondes de tempeacuterature en guise de laquo compteurs drsquoeacutenergie raquo Ils mesurent simultaneacutement les tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de lrsquoeau de retour ainsi que le deacutebit de lrsquoeau et calculent directement le flux drsquoeacutenergie en srsquoappuyant sur ces mesuresKamstrup Siemens Badger Meters Elster Metering ABB Meters et drsquoautres socieacuteteacutes offrent ce type drsquoappareils Les compteurs drsquoeacutenergie autonomes sont habituellement configureacutes avec certains dispositifs permettant de lire les diffeacuterents paramegravetres ainsi que les flux drsquoeacutenergie calculeacutes La plupart offre une fonction de stockage des donneacutees internes etou des sorties numeacuteriques pouvant ecirctre interfaceacutees avec des enregistreurs de donneacutees externes

97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne

La norme CSA P9 exige que le chauffage des locaux soit deacutefini en utilisant deux mesures (cocircteacute air et cocircteacute eau) avec une entente dans une toleacuterance acceptable pour la mise agrave lrsquoessai du systegraveme de chauffage de locaux agrave pleine capaciteacute constant Dans le cas des mesures agrave lrsquointerne entreprises par un fabricant dans le cadre drsquoun projet de deacuteveloppement de produit cibleacute lrsquoentente entre les mesures du cocircteacute air et du cocircteacute eau nrsquoest pas forceacutement requise On suggegravere aux fabricants de se concentrer sur les mesures qui ciblent la strateacutegie de controcircle ou de composant propre agrave lrsquoeacutetude Par exemple si des strateacutegies diffeacuterentes de temporisation du ventilateur ou laquo apregraves fonctionnement raquo sont eacutevalueacutees il est bien plus important de se concentrer sur les mesures du cocircteacute air que drsquoessayer drsquoatteindre un eacutequilibre entre le cocircteacute air et le cocircteacute eau Selon la quantiteacute drsquoeacutenergie laisseacutee dans le serpentin drsquoeau lorsque le ventilateur de soufflante srsquoarrecircte et drsquoautres pertes drsquoeacutenergie du systegraveme il est possible qursquoil nrsquoy ait pas drsquoeacutequilibre drsquoeacutenergie entre les mesures du cocircteacute air et les mesures du cocircteacute eau mecircme avec un instrument des mesures et des calculs laquo parfaits raquo

La norme CSA P9 exige une mesure du deacutebit drsquoair et des tempeacuteratures au moins toutes les cinq (5) secondes Dans le cas des essais agrave lrsquointerne cette freacutequence pourrait ecirctre assouplie pour certaines eacutetapes drsquoessai Par ailleurs une conformiteacute totale agrave la norme P9 suppose un controcircle preacutecis de la tempeacuterature de la salle drsquoessai ougrave se trouve le systegraveme combineacute en vue des essais ainsiqursquoun controcircle preacutecis de la tempeacuterature de lrsquoeau de la ville Dans le cas des essais de deacuteveloppement agrave lrsquointerne ces exigences peuvent eacutegalement ecirctre assouplies agrave condition que les tempeacuteratures ne varient pas trop pendant les essais Un espace commercial conditionneacute ayant une dimension raisonnable ferait lrsquoaffaire au moins pour les phases drsquoessai et de deacuteveloppement initiales

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Flue(combustionmeasurements)

SupplyAirtoSpaceHeatingPlenum

(optionalzonedampers)

ReturnAir

CityWater

TanklessWaterHeater

HotWaterSupplyfromWaterHeater

DHW

CoolWaterreturntoWaterheater

Temperaturemeasurementpoints

Fuelmeter

Flowmeter

Electricalmeteringnotshown

Circulator

98 Agencement des instruments

La figure 7 preacutesente un scheacutema simplifieacute permettant drsquoillustrer lrsquoagencement geacuteneacuteral des emplacements et des paramegravetres de mesure en vue de la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute de chauffe-eau instantaneacute agrave condensation Le deacutebit drsquoair qui traverse la conduite drsquoalimentation du systegraveme de traitement drsquoair sera surveilleacute en utilisant un deacutebitmegravetre agrave valeur moyenne et un manomegravetre (non illustreacute) tel que cela est deacutecrit agrave lrsquoarticle 73

T

T

T T

T T

Alimentation en eau chaude provenant du chauffe-eau

Conduit (mesures de combustion)

Eau chaude domestique

Systegraveme de mesure du combustible

Air dereprise

Retourde lrsquoeau froide vers lechauffe-eau

Chauffe-eau instantaneacute

Air drsquoalimentation achemineacute versle pleacutenum de chauffage(registres de zone facultatifs)

Eau municipale

Deacutebitmegravetre

T

(compteur eacutelectrique non illustreacute)

Points de mesure de la tempeacuterature Circulateur

Figure 8 Scheacutema de mesure simplifieacute applicable agrave la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute baseacute sur un chauffe-eau instantaneacute

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CanmetEacuteNERGIE CanmetEacuteNERGIE de Ressources naturelles Canada est un chef de file canadien dans le domaine de la recherche et deacuteveloppement en eacutenergie propre Les travaux de nos speacutecialistes portent sur lrsquoapprovisionnement drsquoeacutenergie propre agrave partir de combustibles fossiles et de sources renouvelables la gestion de lrsquoeacutenergie et les systegravemes de distribution ainsi que sur les technologies et processus avanceacutes pour les utilisations finales En veillant agrave ce que le Canada soit agrave la fine pointe des technologies sur lrsquoeacutenergie propre nous ameacuteliorons la qualiteacute de vie des Canadiens en creacuteant un avantage durable en matiegravere de ressources

Bureau central Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) 580 rue Booth 1 promenade Oil Patch 1 promenade Haanel 161 boulevard Lionel-Boulet Ottawa (Ontario) Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) Canada Canada Canada Canada K1A 0E4 T9G 1A8 K1A 1M1 J3X 1S6

  • Guide pour les fabricants drsquoappareils de chauffage combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessai conformeacutement agrave la norme CSA P9
    • Remerciements
    • 1 Reacutesumeacute
    • 2 Systegravemes agrave zones
    • Table des matiegraveres
    • Liste des tableaux et figures
    • 3 Contexte
      • 31 Objet
      • 32 Public cible
      • 33 Marcheacute
      • 34 Pratiques en vigueur dans lrsquoindustrie
      • 35 Expeacuterience en matiegravere drsquoeacutevaluation
      • 36 Deacutefi principal Utiliser des chauffe-eau pour chauffer des locaux de maniegravere eacuteconergeacutetique
      • 37 Approche par eacutetapes
        • 4 Charges de calcul ndash performances selon la norme CSA p9
          • 41 Facteur de performance thermique (FPT)
          • 42 Chauffage de lrsquoeau
          • 43 Chauffage des locaux
          • 44 Importance relative des charges de chauffage des locaux et de lrsquoeau
            • 5 Chauffage de lrsquoeau domestique
            • 6 Conception des systegravemes combineacutes
              • 61 Incidence des pondeacuterations de charge
                • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                • Reacuteduction des tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour
                  • 62 Strateacutegies de conception
                  • 63 Strateacutegie 1 Tempeacuterature drsquoeau constante
                    • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                    • Serpentin(s) de chauffage des locaux
                    • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                    • Illustration des performances selon la norme P9
                    • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                      • 64 Strateacutegie 2 Tempeacuterature drsquoeau variable
                        • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                        • Serpentin(s) de chauffage de locaux
                        • Conditions de chauffage de locaux en charge partielle
                        • Illustration des performances P9
                        • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                            • 7 Commandes
                              • Commandes indirectes baseacutees sur la tempeacuterature
                              • Commandes indirectes baseacutees sur le minuteur
                              • Controcircle direct
                              • Chauffe-eau -Mode de chauffage de lrsquoeau du robinet
                                • 8 Composants
                                  • 81 Systegraveme de traitement drsquoair
                                  • 82 Serpentins de chauffage de locaux
                                  • 83 Moteur de ventilateur
                                  • 84 Circulateurpompe
                                  • 85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)
                                  • 86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau
                                  • 87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes
                                    • 9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes
                                      • 91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz
                                      • 92 Enregistreur de donneacutees
                                      • 93 Deacutebit drsquoair
                                      • 94 Manomegravetres
                                      • 95 Tempeacuteratures
                                      • 96 Mesures du cocircteacute eau
                                      • 97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne
                                      • 98 Agencement des instruments
Page 29: Guide pour les fabricants d’appareils de chauffage ...€¦ · Le présent rapport explique comment la norme d’essai P.9 pondère le rendement dans différents modes de fonctionnement

consigne pouvant descendre jusqursquoagrave 120 degF dans le cas de lrsquoeau potable La tempeacuterature de consigne nrsquoa plus besoin drsquoecirctre la mecircme que celle requise pour une charge de chauffage de locaux maximale il est donc possible de la reacuteduire agrave la plage de 120 degF Pour simplifier la comparaison des deux systegravemes dans les tableaux 5 et 6 aucun point de consigne de systegraveme de chauffage drsquoeau potable reacuteduit nrsquoa pas eacuteteacute inclus dans le tableau 6

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge totale Dans ce mode le rendement eacutenergeacutetique est plus faible La tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation doit ecirctre au plus haut pour satisfaire la charge la tempeacuterature de lrsquoeau de retour sera donc elle aussi plus eacuteleveacutee dans ce mode Comme le systegraveme fonctionnera rarement dans ce mode cette mauvaise performance ne repreacutesente qursquoune petite fraction de la pondeacuteration FPT

bull Performances en conditions de chauffage des locaux en charge partielle Les tempeacuteratures drsquoalimentation du systegraveme de chauffage de lrsquoeau sont abaisseacutees progressivement pour satisfaire des demandes en charge partielle moindres Les tempeacuteratures peuvent ecirctre abaisseacutees bien en deccedilagrave du reacuteglage preacutevu pour le chauffage de lrsquoeau du robinet Cette condition se traduit par des tempeacuteratures drsquoeau de retour plus basses qursquoen conditions de charge totale Ces deux facteurs font que lrsquoefficaciteacute est plus importante en conditions de charge partielle qursquoen conditions de charge totale Le chauffe-eau fonctionnera en mode de condensation pour les deux points de charge de chauffage de locaux (40 et 15 )

bull Vitesse de ventilateur Eacutetant donneacute que la puissance de chauffage requise diminue la vitesse de ventilateur diminue aussiCela se traduit par un niveau sonore reacuteduit un fonctionnement du ventilateur plus long avec des cycles moins freacutequents et une reacuteduction importante de la consommation drsquoeacutenergie Cette condition peut aussi reacuteduire les plaintes lieacutees au confort le fonctionnement plus long agrave des deacutebits drsquoair reacuteduits ameacuteliorant la reacutepartition de lrsquoair chaud pendant les saisons intermeacutediaires

bull Controcircle de la tempeacuterature de lrsquoair inteacuterieur Le fait de moduler la puissance de chauffage en faisant varier la tempeacuterature de lrsquoeau et la vitesse du ventilateur peut se traduire par une tempeacuterature drsquoair inteacuterieur plus homogegravene avec des eacutecarts de tempeacuteratures moins grands au-dessus et au-dessous des points de consigne du thermostat

La strateacutegie 2 (tempeacuterature drsquoeau variable) peut donner lieu agrave lrsquoeacutelaboration drsquoun systegraveme de chauffage combineacute efficace preacutesentant de bonnes performances lorsqursquoil est mis agrave lrsquoessai selon la norme CSA P9 et lorsqursquoil est installeacute dans une vraie reacutesidence Les niveaux de performance varieront en fonction des composants seacutelectionneacutes et des speacutecificiteacutes de lrsquoordonnancement des commandes

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7 Commandes

Les commandes geacuteneacuteriques exigeacutees pour mettre en œuvre la strateacutegie privileacutegieacutee impliquant une tempeacuterature variable quia eacuteteacute deacutecrite dans la derniegravere section peuvent srsquoaveacuterer relativement simples Quelques chauffe-eau agrave la demande proposent deacutejagrave des commandes de reacuteglage de tempeacuterature Les commandes de tempeacuterature des chauffe-eau agrave la demande types ne sont toutefois pas systeacutematiquement configureacutees pour offrir une fonction de reacuteglage de tempeacuterature baseacutee sur la charge Quasiment tous les chauffe-eau agrave la demande actuellement disponibles sont eacutequipeacutes pour accueillir des commandes de tempeacuterature inteacutegreacutees ou monteacutees agrave distance permettant agrave lrsquoutilisateur de reacutegler manuellement la tempeacuterature drsquoalimentation agrave partir du chauffe-eau

En principe il devrait ecirctre possible de concevoir un module drsquointerface de commande simple qui viendrait se brancher dans les fiches de connexion de la commande de tempeacuterature existante La nouvelle commande simulerait lrsquoaction du controcircleur de tempeacuterature standard reacutegleacute manuellement de maniegravere agrave offrir une fonction de reacuteinitialisation de tempeacuterature automatique du chauffe-eau Toutes les commandes de seacutecuriteacute resteraient fonctionnelles

Une strateacutegie de controcircle simple peut offrir des performances eacuteleveacutees Les facteurs cleacutes agrave prendre en compte sont les suivants

bull deacuteterminer si une demande tient compte des besoins en chauffage drsquoeau chaude domestique

bull en mode de chauffage des locaux uniquement utiliser une minuterie ou un controcircle de reacuteglage exteacuterieur (ou un capteur de charge infeacuterentielle similaire) pour faire augmenter progressivement la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation

bull preacutevoir un systegraveme de traitement drsquoair faisant varier le deacutebit drsquoair en fonction de la tempeacuterature de lrsquoeau qui arrive dans lrsquoappareil du deacutelai pendant lequel une demande de chauffage perdure ou drsquoun signal direct du capteur de commande de charge

Ilest inteacuteressant de souligner que le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair nrsquoont pas besoin de communiquer directement ni de posseacuteder des commandes communes pour mettre en œuvre certaines des strateacutegies de controcircle deacutecrites

Lorsque les commandes du systegraveme deacutetectent qursquoune demande de chauffage a eacuteteacute satisfaite le systegraveme de traitement drsquoair devrait continuer de fonctionner suffisamment longtemps pour extraire toute la chaleur reacutesiduelle du serpentin et la transfeacuterer vers le courant drsquoair Pour eacuteviter les problegravemes de confort thermique il est souhaitable de reacuteduire la vitesse du ventilateur pendant cette peacuteriode de temporisation de la

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ventilation Le fonctionnement continu du ventilateur avec un reacuteglage de vitesse faible offrira automatiquement cette fonctionnaliteacute sans neacutecessiter de quelconques commandes intelligentes Cette option aurait lrsquoavantage suppleacutementaire drsquoassurer une reacutepartition de la tempeacuterature uniforme agrave lrsquointeacuterieur de la reacutesidence Elle serait eacutegalement utile pour reacutepartir lrsquoair frais si le systegraveme combineacute est installeacute avec un ventilateur-reacutecupeacuterateur de chaleur (VRC) ou un autre type de systegraveme de ventilation

Des commandes soigneusement conccedilues contribueront en bout de ligne agrave assurer ou reacutetablir lrsquoefficaciteacute du systegraveme combineacute Les commandes devraient ecirctre en mesure de deacuteterminer srsquoil y a une demande de chauffage des locaux ou de chauffage de lrsquoeau ou une demande concernant les deux modes Les commandes devront deacuteterminer lrsquoamplitude de chaque charge et reacutepondre de maniegravere approprieacutee en faisant varier certains paramegravetres agrave la fois pour le systegraveme de chauffage des locaux (systegraveme de traitement drsquoair par exemple) et pour le geacuteneacuterateur de chaleur (notamment si la source de chauffage est un chauffe-eau agrave la demande) En cas de demande de chauffage drsquoeau eacuteleveacutee il se peut qursquoune solution de commande prioritaire drsquoeau chaude domestique constitue la meilleure option Les commandes peuvent deacuteduire lrsquoamplitude des charges de chauffage des locaux au moyen de divers meacutecanismes y compris en surveillant les cycles de fonctionnement du thermostat et de signaux drsquoentreacutes directs transmis par une commande de charge infeacuterentielle telle qursquoune commande de reacuteglage exteacuterieur

La figure 3 preacutesente un algorithme simplifieacute de commandes geacuteneacuteriques pour la section chauffe-eau drsquoun systegraveme combineacute utilisant quatre eacutetapes de reacuteglage de tempeacuterature drsquoeau pour le chauffage des locaux et une seule pour le chauffage de lrsquoeau

La logique de commande illustreacutee agrave la figure 3 constitue uniquement un exemple de strateacutegie de controcircle rudimentaire qui pourrait ecirctre utiliseacutee pour assurer des performances eacuteleveacutees dans des modes de chauffage de locaux sans neacutecessiter lrsquoutilisation de composants oneacutereuxLrsquoalgorithme de commande pourrait ecirctre ameacutelioreacute si le controcircleur avait lrsquointelligence neacutecessaire pour lui permettre drsquoassimiler les eacutetapes de chauffage requises en surveillant la dureacutee des demandes de chauffage des locaux sur plusieurs cycles de chauffage reacutecents

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e

Mode drsquoattente Chauffe-eauagrave la demande en attente de signal

Demande de chauffage (lrsquoeaucircule dans le chauffe-eau)

Demandedrsquoeauchaude

domestique

Activationdu chauffagede lrsquoeacutetape 1 THERM90 ordmF Ventilateur Vitesse 1 Deacuteclencherle minuteursur 5 min

Demandesatisfaite avantlrsquoexpiration

du deacutelaiduminuteur

Oui

Oui

No

Reacuteglage du THERM sur le point de consigne de lrsquoeau chaude domestique THERM = 140 degF Couperlecirculateurde chauffagedelocaux (facultatif) Attendre lafin de la demande drsquoeau chaude domestique

Demande de

chauffage satisfait

Non

Oui

Activation du chauffage de lrsquoeacutetape 2 THERM = 105 degF Ventilateur Vitesse 2 Deacuteclencher le minuteur sur3 min

Activation du chauffage de lrsquoeacutetape 3 THERM = 120 degF Ventilateur Vitesse 3 Deacuteclencher le minuteur sur3 min

Activation du chauffage MAX THERM = 140 degF Ventilateur Vitesse 4 Mettrefin agravelademande de chauffage

Figure 3 Logique de lrsquoalgorithme simplifieacute de commande de chauffe-eau pour unsceacutenario de chauffage en quatre eacutetapes

Voici trois options de commande de vitesse de ventilateur de systegraveme de traitement drsquoair associeacutees agrave la meacutethode de chauffage drsquoeau illustreacutee agrave la figure 3

Commandes indirectes baseacutees sur la tempeacuteratureRaccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont bien distinctes les unes des autres mais elles fonctionnement de maniegravere compleacutementaire

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Principe de fonctionnement Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetecte la tempeacuterature de lrsquoeau chaude drsquoadmissionPlus la tempeacuterature de lrsquoeau est eacuteleveacutee plus les commandes du systegraveme de traitement drsquoair augmentent le deacutebit drsquoair

Discussion Les commandes du chauffe-eau augmentent la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque la demande nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetecte la tempeacuterature plus eacuteleveacutee et fait circuler plus drsquoair dans les serpentins pour lrsquoutiliser

Aspect meacutecanique Un puits de tempeacuterature est installeacute dans la conduite drsquoeau drsquoalimentation drsquoarriveacutee agrave lrsquointeacuterieur du systegraveme de traitement drsquoairLe reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur serait ajusteacute en installant un module de commande de systegraveme de traitement drsquoair qui mesure la tempeacuterature de lrsquoeau achemineacutee au systegraveme de traitement drsquoair depuis le chauffe-eau pendant une demande de chauffage de locaux transmise au systegraveme de traitement drsquoair La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signal de commande transmis au panneau de controcircle du systegraveme de traitement drsquoair par le thermostat du systegraveme de CVCA

Commandes indirectes baseacutees sur le minuteur Raccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont bien distinctes les unes des autres mais elles fonctionnement de maniegravere compleacutementaire

Principe de fonctionnement Le deacutebit drsquoair du systegraveme de traitement drsquoair varie en fonction de la dureacutee de la demande de chauffage afin de coiumlncider avec les minutages de commande de tempeacuterature indiqueacutes agrave la figure 3

Discussion Les commandes du chauffe-eau augmentent la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque la demande nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetermine la dureacutee de la demande de chauffage et fait circuler plus drsquoair dans les serpentins afin de se conformer aux eacutetapes de tempeacuterature programmeacutees

Aspect meacutecanique Le reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur serait ajusteacute en installant un module de commande de systegraveme de traitement drsquoair qui reacutegule le deacutebit drsquoair en fonction de la dureacutee de la demande de chauffage La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signalde commande transmis au panneau de controcircle du systegraveme de traitement drsquoair par le thermostat du systegraveme de CVCA

Controcircle direct Raccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont toutes deux controcircleacutees au moyen drsquoun nouveau controcircleur combineacute inteacutegreacute posseacutedant une interface directe avec le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair

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Principe de fonctionnement Le nouveau controcircleur fait varier le deacutebit drsquoair du systegraveme de traitement drsquoair et la tempeacuterature de lrsquoeau de maniegravere agrave optimiser le rendement du chauffage

Discussion Cette strateacutegie de controcircle direct suppose le deacuteveloppement drsquoun nouveau composant de commande Le controcircleur peut utiliser des reacuteglages de fonctionnement plus sophistiqueacutes afin drsquoameacuteliorer le rendement dans tous les modes de fonctionnement

Aspect meacutecanique Le reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur et la tempeacuterature de lrsquoeau achemineacutee au systegraveme de traitement drsquoair seraient directement controcircleacutes par un nouveau controcircleur combineacute inteacutegreacute La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signal de commande transmis au controcircleur par le thermostat du systegraveme de CVCA

Chauffe-eau - Mode de chauffage de lrsquoeau du robinet Les algorithmes de chauffage de lrsquoeau du robinet ne changent pas par rapport agrave ceux du module de commande standard La seule diffeacuterence reacuteside dans le fait que le chauffe-eau utilise un contacteur de deacutebit ou un deacutebitmegravetre pour repeacuterer un tirage drsquoeau chaude (ou une arriveacutee drsquoeau froide) et comprendre qursquoune demande de chauffage drsquoeau a eacuteteacute faite Si une demande de chauffage de locaux intervient simultaneacutement le chauffe-eau pourrait honorer les deux demandes en tenant compte du reacuteglage de tempeacuterature de sortie requise de lrsquoeau du robinet Une autre option consisterait agrave prendre en compte par deacutefaut le reacuteglage du mode de chauffage de lrsquoeau Un mode de controcircle plus sophistiqueacute pourrait potentiellement temporiser le chauffage des locaux lorsque cela srsquoavegravere neacutecessaire pour reacutepondre agrave des demandes de chauffage drsquoeau eacuteleveacutees ou pour activer la distribution de chauffage des locaux en utilisant des reacuteglages de tempeacuterature optimiseacutes Ce cas de figure est illustreacute agrave la figure 4

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8 Composants

Pour bien fonctionner les systegravemes de chauffage combineacutes doivent ecirctre doteacutes de composants haute performance que ce soit dans une configuration dite laquo installeacutee raquo ou dans une configuration drsquoessai selon la norme CSA P9 La preacutesente section a pour objectif drsquoaider les fabricants de chauffe-eau agrave la demande

bull agrave concevoir leur propre systegraveme de traitement drsquoair

bull agrave eacutetablir un partenariat avec un autre fabricant qui fournirait un systegraveme de traitement drsquoair pour leur systegraveme apregraves avoir deacutetermineacute

ndash les composants requis

ndash la mesure dans laquelle un modegravele de systegraveme de traitement drsquoair existant aurait besoin drsquoecirctre affineacute pour reacutepondre agrave leurs besoins

bull agrave eacutetablir les modifications qursquoil faut apporter au systegraveme monobloc dans son ensemble pour ameacuteliorer les performances

81 Systegraveme de traitement drsquoair

Le systegraveme de traitement drsquoair doit inclure les composants neacutecessaires pour fournir de la chaleur et faire circuler de lrsquoair Les eacuteleacutements agrave prendre en compte sont des serpentins de chauffage de locaux un moteur de ventilateur une pompe et un puits de tempeacuterature Ces eacuteleacutements sont deacutecrits plus en deacutetail ci-dessous

82 Serpentins de chauffage de locaux

Les serpentins de chauffage de locaux doivent ecirctre dimensionneacutes de maniegravere approprieacutee pour que le chauffage des locaux puisse avoir lieu avec une tempeacuterature drsquoalimentation suffisamment basse et une baisse de tempeacuterature de lrsquoeau suffisante pour favoriser la condensation dans le geacuteneacuterateur de chaleur lorsque le systegraveme fonctionne en conditions de charge partielle (et ideacutealement en conditions de pleine charge eacutegalement)

Geacuteneacuteralement les serpentins quiextraient la chaleur de lrsquoeau sont conccedilus et choisis en tenant compte drsquoune baisse de tempeacuterature de lrsquoeau drsquoenviron 11 degC (20 degF) le long des serpentins aux conditions de chauffage nominales La seacutelection preacutealable du serpentin peut ecirctre faite en utilisant un logiciel deacutejagrave proposeacute par divers fabricants de serpentins Dans la plupart des cas le modegravele logiciel calcule la puissance de chauffage drsquoun

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serpentin de chauffage agrave eau chaude en se fondant sur la mesure des performances du conditionnement drsquoair pour des serpentins ayant une construction et des geacuteomeacutetries similaires Du coup la puissance de chauffage reacuteelle pour une condition nominale donneacutee peut diffeacuterer leacutegegraverement de celle preacutedite par le logiciel

Ilest recommandeacute de veacuterifier la performance reacuteelle du serpentin choisi (puissance de chauffage baisse de la tempeacuterature de lrsquoeau baisse de la pression statique sur le cocircteacute air et eau) en effectuant des essais internes Lorsque cette eacutetape a eacuteteacute exeacutecuteacutee le modegravele logiciel peut fournir une aide preacutecieuse pour seacutelectionner le serpentin et devrait proposer des indications plutocirct fiables concernant les changements de performance du serpentin aux diffeacuterentes conditions projeteacutees Les informations ainsi collecteacutees devraient ecirctre utiles pour concevoir et affiner des reacuteglages et des strateacutegies de controcircle plus eacutevolueacutes en vue drsquooptimiser le rendement du systegraveme en conditions de chauffage en charge partielle

Voici les eacuteleacutements agrave prendre en compte

Diamegravetre du serpentin drsquoeau et nombre de spires ndash Un grand diamegravetre de canalisation reacuteduira au minimum la baisse de pression de lrsquoeau ainsi que lrsquoeacutenergie utiliseacutee par le systegraveme de circulation drsquoeau Un petit diamegravetre de canalisation permettra drsquoopter pour un serpentin moins oneacutereux eacutetant donneacute qursquoil faudra moins de cuivre dans le serpentin Cependant des petits tubes neacutecessiteront une eacutenergie de pompage supeacuterieure et feront augmenter les pheacutenomegravenes drsquousure et drsquoeacuterosion des tubes si une puissance de pompe suffisante est appliqueacutee pour offrir le deacutebit drsquoeau nominal Concregravetement le fait drsquoutiliser un serpentin avec des tubes trop petits reacuteduira la puissance de chauffage fournie par le serpentin En effet le fabricant utilisera vraisemblablement le mecircme circulateur standard quel que soit le serpentin retenu Les TECA hydronic and combo guideline (Directives sur les systegravemes hydroniques et combineacutes de la TECA)1

(article 814) preacutecisent que le deacutebit de lrsquoeau qui traverse le systegraveme de chauffage ne doit pas deacutepasser quatre (4) pieds par seconde

Nombre drsquoailettes par pouce ndash Plus le nombre drsquoailettes par pouce est eacuteleveacute plus la surface de transmission de chaleur et la puissance de chauffage augmentent cela creacutee cependant une baisse de pression supeacuterieure sur le cocircteacute air du serpentin Un certain degreacute de perte de pression dans le serpentin est utile pour assurer un deacutebit drsquoair homogegravene dans le serpentin notamment dans une configuration de laquo purge raquo qui est couramment utiliseacutee dans les ventilo-convecteurs combineacutes servant au chauffage des locauxLes speacutecifications des serpentins de chauffage peuvent faire eacutetat drsquoun nombre drsquoailettes variant de 6 ailettes par pouce agrave 14 ailettes par pouce Les serpentins de chauffage hydronique standard comportent 12 ou 14 ailettes par pouce Les serpentins doteacutes drsquoun grand nombre drsquoailettes sont plus facilement encrasseacutes par de la poussiegravere

1 Thermal Environmental Comfort Association (TECA) Surrey (C-B) Hydronic amp Combo Guidelines for the Design and Installation of Hot Water Heating Systems and Combination Hot Water amp Space Heating Systems 8th Edition August 2009 (Directives concernant les systegravemes hydroniques et combineacutes conception et installation de systegravemes de chauffage drsquoeau chaude et de systegravemes combineacutes de chauffage drsquoeau chaude et de locaux 8e eacutedition aoucirct 2009) [wwwtecaca]

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ou des deacutebris Selon les reacutesultats du logiciel de modeacutelisation du serpentin la preacutesence de 12 ailettes ou mecircme 14 semble ecirctre un choix raisonnable pour un serpentin de chauffage de locaux haute performance agrave condition que le serpentin soit choisi avec une surface suffisamment importante pour maintenir la vitesse frontale de lrsquoair faible agrave la puissance de chauffage theacuteorique

Figure 5 Exemple de serpentin de chauffage de locaux laquo surdimensionneacute raquo utiliseacute dans une application de systegraveme de traitement drsquoair hydronique

83 Moteur de ventilateur

Le systegraveme de traitement drsquoair devrait utiliser un moteur de ventilateur agrave commutation eacutelectronique (MCE) et ecirctre exploiteacute en utilisant un systegraveme de controcircle agrave vitesse multiple ou agrave vitesse variable Cette option permettrait de moduler le deacutebit drsquoair et la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque le systegraveme fonctionne agrave une puissance infeacuterieure agrave sa puissance de chauffage nominale maximaleLa capaciteacute agrave utiliser un mode de circulation continu agrave faible puissance et faible vitesse serait particuliegraverement utile en cas de fonctionnement aux points de consigne de 15 et 40 pour lesquels il est primordial de collecter et de distribuer toute la chaleur reacutesiduelle des serpentins de chauffage la norme P9 tenant compte uniquement de la chaleur qui est reacuteellement transfeacutereacutee dans le courant drsquoair

La modulation du deacutebit drsquoair et de la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation permettra drsquoobtenir des tempeacuteratures drsquoair distribueacute confortables ainsi que des performances de chauffage eacuteleveacutees

Un MCE doteacute drsquoune programmation de deacutebit drsquoair constant surclassera vraisemblablement un MCE qui utilise une programmation de couple constant car le

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systegraveme compensera au moins partiellement les diffeacuterences entre les pressions statiques nominales et les pressions statiques reacuteellement eacutetablies Cette solution peut srsquoaveacuterer indispensable pour srsquoassurer que les performances de la combustion dans des conditions reacuteelles variables correspondent aux performances obtenues lors drsquoessais dans le laboratoire

Une programmation de deacutebit drsquoair constant sera probablement essentielle pour obtenir des performances acceptables dans le cas drsquoun systegraveme combineacute reacuteparti

84 Circulateurpompe

Ilest important de choisir le bon circulateur pour acheminer le deacutebit approprieacute en fonction de la pression statique eacutetablie qui sera en vigueur Les pertes de pression dans les diffeacuterents chauffe-eau agrave la demande varient Le fait drsquoutiliser un circulateur qui fournit un deacutebit trop important se traduira par une petite baisse de tempeacuterature dans le circuit drsquoeau qui traverse le serpentin et par une tempeacuterature drsquoeau de retour eacuteleveacutee vers le chauffe-eau Un deacutebit trop faible entraicircne des capaciteacutes de chauffage faibles Des circulateurs hydroniques sont offerts avec trois vitesses seacutelectionnables et des deacutebits de pompe nominaux Par contre les moteurs utiliseacutes dans les circulateurs types agrave plusieurs vitesses ne sont pas aussi efficaces que les moteurs agrave CE Des circulateurs agrave vitesse variable eacutequipeacutes de moteurs agrave CE font leur apparition sur le marcheacute mais ils ne sont pas encore couramment utiliseacutes dans les applications combineacutees

Ideacutealement les pompes de circulation des systegravemes combineacutes eacutevolueacutes devraient consister en un concept agrave modulation agrave vitesse variable capable drsquoameacuteliorer le rendement et de compenser les diffeacuterentes configurations de canalisation Ce type de concept est deacutejagrave disponible et pourrait ecirctre mis en œuvre degraves maintenant il pourrait aussi ecirctre mis de cocircteacute jusqursquoagrave ce que la prochaine geacuteneacuteration de systegravemes de chauffage combineacutes eacutevolueacutes soit mise au point Les premiers reacutesultats drsquoessais en laboratoire ont montreacute qursquoil est possible drsquoobtenir de bonnes performances conformes agrave la norme CSA P9 sans utiliser des pompes de circulation agrave vitesse variable et des commandes auxiliaires coucircteuses Agrave lrsquoavenir agrave mesure que le coucirct des circulateurs agrave vitesse variable doteacutes de moteurs agrave CE baissera et que les commandes inteacutegreacutees seront mieux accepteacutees leur utilisation dans des applications de chauffage combineacute sera plus rentable

85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)

Si lrsquoon conccediloit le reacuteseau de plomberie de maniegravere agrave pouvoir y installer des bouchons de controcircle de tempeacuterature drsquoeau et de pression les essais internes et les mesures de mise en service seront simplifieacutes De plus il sera plus facile de purger lrsquoair des circuits

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hydroniques Il est possible drsquoutiliser des sondes de tempeacuteratures monteacutees agrave lrsquoexteacuterieur pour effectuer les mesures de mise en service sur le terrain si des sections de conduites de cuivre ameacutenageacutees dans des endroits strateacutegiques sont prises en compte lors de la conception

86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau

Certains chauffe-eau agrave la demande de type chaudiegravere possegravedent des points de consignes et des algorithmes de controcircle distincts pour le chauffage des locaux et celui de lrsquoeau Drsquoautres ont besoin de savoir si la charge concerne le chauffage des locaux ou celui de lrsquoeau potable Dans ce cas on peut utiliser divers capteurs et surveiller eacutegalement les signaux transmis par un deacutebitmegravetre drsquoeau installeacute dans le reacuteseau drsquoeau potable ou un deacutebitmegravetre installeacute dans le circuit de chauffage des locaux Bon nombre de chauffe-eau agrave la demande utilisent de tels capteurs dans leurs circuits de commande de brucircleur afin de faire coiumlncider les allures de chauffe avec les chargesDans les applications combineacutees lrsquoutilisation de commandes capables de diffeacuterencier les charges deacutepend de la logique de controcircle prioritaire de demande drsquoeau chaude domestique

87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes

Les canalisations drsquoeau ameacutenageacutees entre le geacuteneacuterateur de chaleur et le systegraveme combineacute devraient ecirctre dimensionneacutees de maniegravere agrave eacuteviter des baisses de pression excessives

Toutes les canalisations en cuivre exteacuterieures doivent ecirctre isoleacutees conformeacutement aux pratiques de lrsquoindustrie Il se peut que les avantages lieacutes agrave lrsquoisolation des canalisations drsquointerraccordement ne soient pas tregraves importants si les sections de conduites sont courtes et si elles contiennent des tuyaux en polyeacutethylegravene reacuteticuleacute ou un type de conduite similaire preacutesentant moins de perte de chaleur que les conduites en cuivre

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9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes

La preacutesente section contient des directives et certaines observations agrave lrsquointention des fabricants de systegravemes de chauffage combineacutes dans le but drsquoaider ces derniers agrave mettre agrave lrsquoessai leurs systegravemes agrave lrsquointerne Lrsquoexeacutecution drsquoessais agrave lrsquointerne en utilisant un montage simplifieacute permettra aux fabricants de mieux cerner les performances de leurs concepts et commandes prototypes lorsqursquoils sont mis agrave lrsquoessai dans une installation indeacutependante conformeacutement agrave la norme CSA P9 (P10 pour les fabricants de SMI) Les essais en question ne doivent pas forceacutement ecirctre conccedilus pour geacuteneacuterer des reacutesultats de performance preacutecis agrave 100 mais ils sont consideacutereacutes comme indispensables pour le deacuteveloppement et le cycle drsquooptimisation du produit les avantages drsquoun concept et drsquoun fonctionnement de systegraveme ameacutelioreacutes pouvant rapidement sauter aux yeux lorsque lrsquoon compare les reacutesultats des essais reacutealiseacutes laquo avant raquo et laquo apregraves raquo

En geacuteneacuteral il nrsquoest pas rentable de payer un laboratoire drsquoessais indeacutependant pour proceacuteder agrave la premiegravere eacutevaluation drsquoun systegraveme de chauffage combineacute complet Les coucircts lieacutes au laboratoire et les deacutefis lieacutes aux ingeacutenieurs concepteurs qui prescrivent des reacuteglages lorsqursquoils ne sont pas sur place rendent cette option probleacutematique Des essais simplifieacutes reacutealiseacutes dans les propres locaux du fabricant permettent de srsquoassurer que les reacutesultats sont dans la plage approprieacutee degraves le deacutebut

Un scheacutema de montage drsquoessai suggeacutereacute utilisable pour effectuer des mesures conformeacutement agrave la norme CSA P9 est preacutesenteacute dans cette norme La figure 6 ci-dessous illustre une version simplifieacutee de ce scheacutema

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de la piegravece

combineacutes

Appareilsdeconditionnement

Eacutevents pour produits de combustion Appareils de

conditionnement de la piegravece

Salle drsquoessai

Isolant

Meacutelangeur

Approvisionnement en eau

Eacutevents pour air de combustion Conduite drsquoalimentation en combustible

Uniteacute drsquoessai des

systegravemes

Thermocouples Porte Fenecirctre

Mesure de la tempeacuterature et du deacutebit de lrsquoeau

Conduite drsquoair de retour

Thermocouples

Mesure de la tempeacuterature et de lrsquohumiditeacute de lrsquoair

Air drsquoappoint

Mesure du deacutebit drsquoair

Figure 6 Scheacutema simplifieacute illustrant le montage utiliseacute pour exeacutecuter les essais conformeacutement agrave la norme P9 (composants individuels du systegraveme combineacute non illustreacutes)

Le scheacutema preacutesente un dispositif de mesure de lrsquoenthalpie de lrsquoair dans un tunnel baseacute Vsur la norme ASHRAE 37 Lrsquoappareil de mesure de lrsquoair illustreacute sur la figure de la norme utilise un ajutage et un ventilateur drsquoeacutequilibrage pour pouvoir appliquer une technique de mesure du deacutebit drsquoair neacutecessitant une pression diffeacuterentielle eacuteleveacutee (entre 1 et 4 pouces drsquoeau) dans lrsquoajutage Lorsqursquoil est utiliseacute avec des manomegravetres preacutecis cet appareil offre une preacutecision de mesure eacuteleveacutee de lrsquoordre de 1 agrave 2 du deacutebit drsquoair et il geacutenegravere un deacutebit drsquoair bien meacutelangeacute qui permet de mesurer avec preacutecision la tempeacuterature du deacutebit de lrsquoair drsquoalimentation

La norme P9 preacutecise que lrsquoajutage inteacutegreacute agrave lrsquoappareil de mesure de lrsquoenthalpie de lrsquoair en tunnel constitue une meacutethode acceptable pour mesurer le deacutebit drsquoair tout en approuvant expresseacutement (article 36) lrsquoapplication drsquoautres processus de mesure du deacutebit drsquoair agrave condition que les limites de preacutecision mentionneacutees dans la norme soient satisfaites Ceci donne la possibiliteacute drsquoutiliser une technique de mesure du deacutebit drsquoair plus directe ne neacutecessitant pas lrsquoutilisation drsquoun appareil comportant un ventilateur drsquoeacutequilibrage Dans certains cas lrsquoutilisation drsquoune chambre de mesure de deacutebit avec un ventilateur drsquoeacutequilibrage pour reacutegler la pression statique de la conduite drsquoair drsquoalimentation a impliqueacute des problegravemes de stabiliteacute avec des moteurs agrave CE qui ont eacuteteacute

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programmeacutes pour un deacutebit drsquoair constant il est donc avantageux drsquoeacuteviter les ventilateurs drsquoeacutequilibrage

91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz

De nombreux fabricants concevant des systegravemes combineacutes eacutevolueacutes integravegreront des instruments conccedilus pour mesurer la consommation drsquoeacutenergie eacutelectrique la consommation du combustible les performances de combustion la tempeacuterature et la pression (pression du collecteur de gaz pression statique des conduites etc) Si de tels eacutequipements de mesure ne sont pas offerts ilest recommandeacute de les preacutevoirLes compteurs de facturation des compagnies de gaz et drsquoeacutelectriciteacute devraient offrir une preacutecision et une reacutesolution suffisantes pour les essais de deacuteveloppement du produit

92 Enregistreur de donneacutees

Les fabricants devront eacutegalement avoir accegraves agrave un systegraveme drsquoenregistrement de donneacutees dans le cadre de leur travail Il est conseilleacute de preacutevoir un enregistreur qui offre une preacutecision et un nombre de canaux de mesures suffisants pour les tacircches agrave accomplir On estime qursquoil faudra environ huit (8) canaux pour mesurer la tempeacuterature plus quelques canaux analogiques ou numeacuteriques pour prendre en compte les donneacutees des deacutebitmegravetres des transducteurs de pression etc (analogiques ou numeacuteriques selon lrsquoinstrument de mesure seacutelectionneacute) De nombreux fournisseurs proposent un large eacuteventail drsquoenregistreurs de donneacutees Campbell Scientific Fluke Instruments Omega et Measurement Computing (personal DAQ) figurent parmi les fabricants qui proposent des enregistreurs de donneacutees de petite eacutechelle pouvant ecirctre pris en compte Il est recommandeacute de se pencher sur lrsquoassistant logiciel de lrsquoenregistreur de donneacutees seacutelectionneacute au moment drsquoeacutevaluer lrsquoeacutequipement Si le fabricant ne souhaite pas investir dans un enregistreur de donneacutees la location demeure une option mecircme si les eacuteconomies preacutevues dans le cas drsquoune location agrave court terme semblent ecirctre faibles

93 Deacutebit drsquoair

Pour mesurer le deacutebit drsquoair pendant les essais agrave lrsquointerne il est recommandeacute drsquoutiliser une grille de deacutebit drsquoair avec eacutetablissement de moyenne installeacutee dans la conduite drsquoair drsquoalimentation en conjonction avec un manomegravetre diffeacuterentiel de preacutecision De nombreux fournisseurs proposent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans un large eacuteventail de tailles et ces deacutebitmegravetres sont relativement peu chers car ils sont souvent utiliseacutes dans des systegravemes commerciaux de chauffage et de refroidissement agrave deacutebit drsquoair variable Si lrsquoon fait une recherche dans Google en utilisant le segment laquo deacutebitmegravetres drsquoair raquo on trouve plusieurs fournisseurs et liens permettant

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drsquoobtenir de plus amples informations sur le sujet Nailor Industries Inc et Dwyer Instruments sont deux socieacuteteacutes quioffrent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans une grande varieacuteteacute de tailles de conduites

94 Manomegravetres

On trouve eacutegalement de nombreux manomegravetres diffeacuterentiels sur le marcheacute dont les modegraveles varient des manomegravetres agrave tube inclineacute aux transducteurs numeacuteriques de preacutecision Il est important de bien faire correspondre la plage de mesure du transducteur ou du manomegravetre avec la pression fournie par le deacutebitmegravetre sur la plage de deacutebits drsquoair preacutevue Dans le cas des transducteurs numeacuteriques des instruments capacitifs sont reacuteputeacutes bien fonctionner dans la plage de pression diffeacuterentielle basse qui serait normalement prescrite (environ 05 pouce de diffeacuterence de colonne drsquoeau) Setra Instruments MKS Instruments (Baratron) Dwyer Instruments et drsquoautres socieacuteteacutes proposent des transducteurs de pression diffeacuterentielle capacitifs plage basse adapteacutes

95 Tempeacuteratures

Les tempeacuteratures drsquoair drsquoarriveacutee et de sortie peuvent ecirctre mesureacutees en utilisant des thermocouples des thermistances ou des capteurs de conduite geacuteneacuterant une valeur moyenne Du fait de son bas coucirct de sa faciliteacute drsquoutilisation et de sa preacutesence agrave grande eacutechelle sur le marcheacute le thermocouple semble ecirctre lrsquoinstrument approprieacute pour cette application Il est possible de fabriquer un reacuteseau de thermocouples agrave partir drsquoune bobine de fil de thermocouple et de les raccorder entre eux en parallegravele de maniegravere agrave geacuteneacuterer une seule donneacutee repreacutesentant la valeur moyenne De nombreux fournisseurs offrent des fils agrave thermocouple notamment les socieacuteteacutes Thermo Electric Company Inc Omega Inc Watlow Inc etc Il est eacutegalement possible de fabriquer des sondes de tempeacuterature agrave partir des mecircmes fils de thermocouple pour surveiller drsquoautres paramegravetres tels que les tempeacuteratures drsquoeau Il est important de bien utiliser un fil agrave thermocouple plutocirct qursquoun fil de rallonge de lrsquoeacutechelle de mesure identique mais moins preacutecis

96 Mesures du cocircteacute eau

Pour effectuer des mesures du cocircteacute eau dans les serpentins il est neacutecessaire de posseacuteder un deacutebitmegravetre et des sondes de tempeacuterature Ces mesures pourraient ecirctre reacutealiseacutees en utilisant des capteurs distincts (deacutebitmegravetre drsquoeau et sondes de tempeacuterature distinctes par exemple) Il est important de srsquoassurer que lrsquoinsertion drsquoun deacutebitmegravetre dans la boucle drsquoeau ne modifie pas le deacutebit de la pompe de circulation Cela est particuliegraverement important avec des circulateurs agrave faible puissance geacuteneacuteralement utiliseacutes dans des applications combineacutees pour lesquelles lrsquoinstallation drsquoun deacutebitmegravetre agrave turbine conventionnel agrave baisse de pression eacuteleveacutee peut restreindre le deacutebit drsquoeau Ilexiste des deacutebitmegravetres preacutecis sans perte de pression eacuteleveacutee Certains appareils

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peuvent ecirctre acheteacutes deacutejagrave conditionneacutes avec des sondes de tempeacuterature en guise de laquo compteurs drsquoeacutenergie raquo Ils mesurent simultaneacutement les tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de lrsquoeau de retour ainsi que le deacutebit de lrsquoeau et calculent directement le flux drsquoeacutenergie en srsquoappuyant sur ces mesuresKamstrup Siemens Badger Meters Elster Metering ABB Meters et drsquoautres socieacuteteacutes offrent ce type drsquoappareils Les compteurs drsquoeacutenergie autonomes sont habituellement configureacutes avec certains dispositifs permettant de lire les diffeacuterents paramegravetres ainsi que les flux drsquoeacutenergie calculeacutes La plupart offre une fonction de stockage des donneacutees internes etou des sorties numeacuteriques pouvant ecirctre interfaceacutees avec des enregistreurs de donneacutees externes

97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne

La norme CSA P9 exige que le chauffage des locaux soit deacutefini en utilisant deux mesures (cocircteacute air et cocircteacute eau) avec une entente dans une toleacuterance acceptable pour la mise agrave lrsquoessai du systegraveme de chauffage de locaux agrave pleine capaciteacute constant Dans le cas des mesures agrave lrsquointerne entreprises par un fabricant dans le cadre drsquoun projet de deacuteveloppement de produit cibleacute lrsquoentente entre les mesures du cocircteacute air et du cocircteacute eau nrsquoest pas forceacutement requise On suggegravere aux fabricants de se concentrer sur les mesures qui ciblent la strateacutegie de controcircle ou de composant propre agrave lrsquoeacutetude Par exemple si des strateacutegies diffeacuterentes de temporisation du ventilateur ou laquo apregraves fonctionnement raquo sont eacutevalueacutees il est bien plus important de se concentrer sur les mesures du cocircteacute air que drsquoessayer drsquoatteindre un eacutequilibre entre le cocircteacute air et le cocircteacute eau Selon la quantiteacute drsquoeacutenergie laisseacutee dans le serpentin drsquoeau lorsque le ventilateur de soufflante srsquoarrecircte et drsquoautres pertes drsquoeacutenergie du systegraveme il est possible qursquoil nrsquoy ait pas drsquoeacutequilibre drsquoeacutenergie entre les mesures du cocircteacute air et les mesures du cocircteacute eau mecircme avec un instrument des mesures et des calculs laquo parfaits raquo

La norme CSA P9 exige une mesure du deacutebit drsquoair et des tempeacuteratures au moins toutes les cinq (5) secondes Dans le cas des essais agrave lrsquointerne cette freacutequence pourrait ecirctre assouplie pour certaines eacutetapes drsquoessai Par ailleurs une conformiteacute totale agrave la norme P9 suppose un controcircle preacutecis de la tempeacuterature de la salle drsquoessai ougrave se trouve le systegraveme combineacute en vue des essais ainsiqursquoun controcircle preacutecis de la tempeacuterature de lrsquoeau de la ville Dans le cas des essais de deacuteveloppement agrave lrsquointerne ces exigences peuvent eacutegalement ecirctre assouplies agrave condition que les tempeacuteratures ne varient pas trop pendant les essais Un espace commercial conditionneacute ayant une dimension raisonnable ferait lrsquoaffaire au moins pour les phases drsquoessai et de deacuteveloppement initiales

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Flue(combustionmeasurements)

SupplyAirtoSpaceHeatingPlenum

(optionalzonedampers)

ReturnAir

CityWater

TanklessWaterHeater

HotWaterSupplyfromWaterHeater

DHW

CoolWaterreturntoWaterheater

Temperaturemeasurementpoints

Fuelmeter

Flowmeter

Electricalmeteringnotshown

Circulator

98 Agencement des instruments

La figure 7 preacutesente un scheacutema simplifieacute permettant drsquoillustrer lrsquoagencement geacuteneacuteral des emplacements et des paramegravetres de mesure en vue de la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute de chauffe-eau instantaneacute agrave condensation Le deacutebit drsquoair qui traverse la conduite drsquoalimentation du systegraveme de traitement drsquoair sera surveilleacute en utilisant un deacutebitmegravetre agrave valeur moyenne et un manomegravetre (non illustreacute) tel que cela est deacutecrit agrave lrsquoarticle 73

T

T

T T

T T

Alimentation en eau chaude provenant du chauffe-eau

Conduit (mesures de combustion)

Eau chaude domestique

Systegraveme de mesure du combustible

Air dereprise

Retourde lrsquoeau froide vers lechauffe-eau

Chauffe-eau instantaneacute

Air drsquoalimentation achemineacute versle pleacutenum de chauffage(registres de zone facultatifs)

Eau municipale

Deacutebitmegravetre

T

(compteur eacutelectrique non illustreacute)

Points de mesure de la tempeacuterature Circulateur

Figure 8 Scheacutema de mesure simplifieacute applicable agrave la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute baseacute sur un chauffe-eau instantaneacute

Ressources naturelles Canada CanmetEacuteNERGIE 41 Guide agrave lrsquoattention des fabricants drsquoappareils de chauffage combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessai conformeacutement agrave la norme CSA P9

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CanmetEacuteNERGIE CanmetEacuteNERGIE de Ressources naturelles Canada est un chef de file canadien dans le domaine de la recherche et deacuteveloppement en eacutenergie propre Les travaux de nos speacutecialistes portent sur lrsquoapprovisionnement drsquoeacutenergie propre agrave partir de combustibles fossiles et de sources renouvelables la gestion de lrsquoeacutenergie et les systegravemes de distribution ainsi que sur les technologies et processus avanceacutes pour les utilisations finales En veillant agrave ce que le Canada soit agrave la fine pointe des technologies sur lrsquoeacutenergie propre nous ameacuteliorons la qualiteacute de vie des Canadiens en creacuteant un avantage durable en matiegravere de ressources

Bureau central Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) 580 rue Booth 1 promenade Oil Patch 1 promenade Haanel 161 boulevard Lionel-Boulet Ottawa (Ontario) Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) Canada Canada Canada Canada K1A 0E4 T9G 1A8 K1A 1M1 J3X 1S6

  • Guide pour les fabricants drsquoappareils de chauffage combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessai conformeacutement agrave la norme CSA P9
    • Remerciements
    • 1 Reacutesumeacute
    • 2 Systegravemes agrave zones
    • Table des matiegraveres
    • Liste des tableaux et figures
    • 3 Contexte
      • 31 Objet
      • 32 Public cible
      • 33 Marcheacute
      • 34 Pratiques en vigueur dans lrsquoindustrie
      • 35 Expeacuterience en matiegravere drsquoeacutevaluation
      • 36 Deacutefi principal Utiliser des chauffe-eau pour chauffer des locaux de maniegravere eacuteconergeacutetique
      • 37 Approche par eacutetapes
        • 4 Charges de calcul ndash performances selon la norme CSA p9
          • 41 Facteur de performance thermique (FPT)
          • 42 Chauffage de lrsquoeau
          • 43 Chauffage des locaux
          • 44 Importance relative des charges de chauffage des locaux et de lrsquoeau
            • 5 Chauffage de lrsquoeau domestique
            • 6 Conception des systegravemes combineacutes
              • 61 Incidence des pondeacuterations de charge
                • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                • Reacuteduction des tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour
                  • 62 Strateacutegies de conception
                  • 63 Strateacutegie 1 Tempeacuterature drsquoeau constante
                    • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                    • Serpentin(s) de chauffage des locaux
                    • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                    • Illustration des performances selon la norme P9
                    • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                      • 64 Strateacutegie 2 Tempeacuterature drsquoeau variable
                        • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                        • Serpentin(s) de chauffage de locaux
                        • Conditions de chauffage de locaux en charge partielle
                        • Illustration des performances P9
                        • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                            • 7 Commandes
                              • Commandes indirectes baseacutees sur la tempeacuterature
                              • Commandes indirectes baseacutees sur le minuteur
                              • Controcircle direct
                              • Chauffe-eau -Mode de chauffage de lrsquoeau du robinet
                                • 8 Composants
                                  • 81 Systegraveme de traitement drsquoair
                                  • 82 Serpentins de chauffage de locaux
                                  • 83 Moteur de ventilateur
                                  • 84 Circulateurpompe
                                  • 85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)
                                  • 86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau
                                  • 87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes
                                    • 9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes
                                      • 91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz
                                      • 92 Enregistreur de donneacutees
                                      • 93 Deacutebit drsquoair
                                      • 94 Manomegravetres
                                      • 95 Tempeacuteratures
                                      • 96 Mesures du cocircteacute eau
                                      • 97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne
                                      • 98 Agencement des instruments
Page 30: Guide pour les fabricants d’appareils de chauffage ...€¦ · Le présent rapport explique comment la norme d’essai P.9 pondère le rendement dans différents modes de fonctionnement

7 Commandes

Les commandes geacuteneacuteriques exigeacutees pour mettre en œuvre la strateacutegie privileacutegieacutee impliquant une tempeacuterature variable quia eacuteteacute deacutecrite dans la derniegravere section peuvent srsquoaveacuterer relativement simples Quelques chauffe-eau agrave la demande proposent deacutejagrave des commandes de reacuteglage de tempeacuterature Les commandes de tempeacuterature des chauffe-eau agrave la demande types ne sont toutefois pas systeacutematiquement configureacutees pour offrir une fonction de reacuteglage de tempeacuterature baseacutee sur la charge Quasiment tous les chauffe-eau agrave la demande actuellement disponibles sont eacutequipeacutes pour accueillir des commandes de tempeacuterature inteacutegreacutees ou monteacutees agrave distance permettant agrave lrsquoutilisateur de reacutegler manuellement la tempeacuterature drsquoalimentation agrave partir du chauffe-eau

En principe il devrait ecirctre possible de concevoir un module drsquointerface de commande simple qui viendrait se brancher dans les fiches de connexion de la commande de tempeacuterature existante La nouvelle commande simulerait lrsquoaction du controcircleur de tempeacuterature standard reacutegleacute manuellement de maniegravere agrave offrir une fonction de reacuteinitialisation de tempeacuterature automatique du chauffe-eau Toutes les commandes de seacutecuriteacute resteraient fonctionnelles

Une strateacutegie de controcircle simple peut offrir des performances eacuteleveacutees Les facteurs cleacutes agrave prendre en compte sont les suivants

bull deacuteterminer si une demande tient compte des besoins en chauffage drsquoeau chaude domestique

bull en mode de chauffage des locaux uniquement utiliser une minuterie ou un controcircle de reacuteglage exteacuterieur (ou un capteur de charge infeacuterentielle similaire) pour faire augmenter progressivement la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation

bull preacutevoir un systegraveme de traitement drsquoair faisant varier le deacutebit drsquoair en fonction de la tempeacuterature de lrsquoeau qui arrive dans lrsquoappareil du deacutelai pendant lequel une demande de chauffage perdure ou drsquoun signal direct du capteur de commande de charge

Ilest inteacuteressant de souligner que le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair nrsquoont pas besoin de communiquer directement ni de posseacuteder des commandes communes pour mettre en œuvre certaines des strateacutegies de controcircle deacutecrites

Lorsque les commandes du systegraveme deacutetectent qursquoune demande de chauffage a eacuteteacute satisfaite le systegraveme de traitement drsquoair devrait continuer de fonctionner suffisamment longtemps pour extraire toute la chaleur reacutesiduelle du serpentin et la transfeacuterer vers le courant drsquoair Pour eacuteviter les problegravemes de confort thermique il est souhaitable de reacuteduire la vitesse du ventilateur pendant cette peacuteriode de temporisation de la

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ventilation Le fonctionnement continu du ventilateur avec un reacuteglage de vitesse faible offrira automatiquement cette fonctionnaliteacute sans neacutecessiter de quelconques commandes intelligentes Cette option aurait lrsquoavantage suppleacutementaire drsquoassurer une reacutepartition de la tempeacuterature uniforme agrave lrsquointeacuterieur de la reacutesidence Elle serait eacutegalement utile pour reacutepartir lrsquoair frais si le systegraveme combineacute est installeacute avec un ventilateur-reacutecupeacuterateur de chaleur (VRC) ou un autre type de systegraveme de ventilation

Des commandes soigneusement conccedilues contribueront en bout de ligne agrave assurer ou reacutetablir lrsquoefficaciteacute du systegraveme combineacute Les commandes devraient ecirctre en mesure de deacuteterminer srsquoil y a une demande de chauffage des locaux ou de chauffage de lrsquoeau ou une demande concernant les deux modes Les commandes devront deacuteterminer lrsquoamplitude de chaque charge et reacutepondre de maniegravere approprieacutee en faisant varier certains paramegravetres agrave la fois pour le systegraveme de chauffage des locaux (systegraveme de traitement drsquoair par exemple) et pour le geacuteneacuterateur de chaleur (notamment si la source de chauffage est un chauffe-eau agrave la demande) En cas de demande de chauffage drsquoeau eacuteleveacutee il se peut qursquoune solution de commande prioritaire drsquoeau chaude domestique constitue la meilleure option Les commandes peuvent deacuteduire lrsquoamplitude des charges de chauffage des locaux au moyen de divers meacutecanismes y compris en surveillant les cycles de fonctionnement du thermostat et de signaux drsquoentreacutes directs transmis par une commande de charge infeacuterentielle telle qursquoune commande de reacuteglage exteacuterieur

La figure 3 preacutesente un algorithme simplifieacute de commandes geacuteneacuteriques pour la section chauffe-eau drsquoun systegraveme combineacute utilisant quatre eacutetapes de reacuteglage de tempeacuterature drsquoeau pour le chauffage des locaux et une seule pour le chauffage de lrsquoeau

La logique de commande illustreacutee agrave la figure 3 constitue uniquement un exemple de strateacutegie de controcircle rudimentaire qui pourrait ecirctre utiliseacutee pour assurer des performances eacuteleveacutees dans des modes de chauffage de locaux sans neacutecessiter lrsquoutilisation de composants oneacutereuxLrsquoalgorithme de commande pourrait ecirctre ameacutelioreacute si le controcircleur avait lrsquointelligence neacutecessaire pour lui permettre drsquoassimiler les eacutetapes de chauffage requises en surveillant la dureacutee des demandes de chauffage des locaux sur plusieurs cycles de chauffage reacutecents

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e

Mode drsquoattente Chauffe-eauagrave la demande en attente de signal

Demande de chauffage (lrsquoeaucircule dans le chauffe-eau)

Demandedrsquoeauchaude

domestique

Activationdu chauffagede lrsquoeacutetape 1 THERM90 ordmF Ventilateur Vitesse 1 Deacuteclencherle minuteursur 5 min

Demandesatisfaite avantlrsquoexpiration

du deacutelaiduminuteur

Oui

Oui

No

Reacuteglage du THERM sur le point de consigne de lrsquoeau chaude domestique THERM = 140 degF Couperlecirculateurde chauffagedelocaux (facultatif) Attendre lafin de la demande drsquoeau chaude domestique

Demande de

chauffage satisfait

Non

Oui

Activation du chauffage de lrsquoeacutetape 2 THERM = 105 degF Ventilateur Vitesse 2 Deacuteclencher le minuteur sur3 min

Activation du chauffage de lrsquoeacutetape 3 THERM = 120 degF Ventilateur Vitesse 3 Deacuteclencher le minuteur sur3 min

Activation du chauffage MAX THERM = 140 degF Ventilateur Vitesse 4 Mettrefin agravelademande de chauffage

Figure 3 Logique de lrsquoalgorithme simplifieacute de commande de chauffe-eau pour unsceacutenario de chauffage en quatre eacutetapes

Voici trois options de commande de vitesse de ventilateur de systegraveme de traitement drsquoair associeacutees agrave la meacutethode de chauffage drsquoeau illustreacutee agrave la figure 3

Commandes indirectes baseacutees sur la tempeacuteratureRaccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont bien distinctes les unes des autres mais elles fonctionnement de maniegravere compleacutementaire

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Principe de fonctionnement Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetecte la tempeacuterature de lrsquoeau chaude drsquoadmissionPlus la tempeacuterature de lrsquoeau est eacuteleveacutee plus les commandes du systegraveme de traitement drsquoair augmentent le deacutebit drsquoair

Discussion Les commandes du chauffe-eau augmentent la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque la demande nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetecte la tempeacuterature plus eacuteleveacutee et fait circuler plus drsquoair dans les serpentins pour lrsquoutiliser

Aspect meacutecanique Un puits de tempeacuterature est installeacute dans la conduite drsquoeau drsquoalimentation drsquoarriveacutee agrave lrsquointeacuterieur du systegraveme de traitement drsquoairLe reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur serait ajusteacute en installant un module de commande de systegraveme de traitement drsquoair qui mesure la tempeacuterature de lrsquoeau achemineacutee au systegraveme de traitement drsquoair depuis le chauffe-eau pendant une demande de chauffage de locaux transmise au systegraveme de traitement drsquoair La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signal de commande transmis au panneau de controcircle du systegraveme de traitement drsquoair par le thermostat du systegraveme de CVCA

Commandes indirectes baseacutees sur le minuteur Raccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont bien distinctes les unes des autres mais elles fonctionnement de maniegravere compleacutementaire

Principe de fonctionnement Le deacutebit drsquoair du systegraveme de traitement drsquoair varie en fonction de la dureacutee de la demande de chauffage afin de coiumlncider avec les minutages de commande de tempeacuterature indiqueacutes agrave la figure 3

Discussion Les commandes du chauffe-eau augmentent la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque la demande nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetermine la dureacutee de la demande de chauffage et fait circuler plus drsquoair dans les serpentins afin de se conformer aux eacutetapes de tempeacuterature programmeacutees

Aspect meacutecanique Le reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur serait ajusteacute en installant un module de commande de systegraveme de traitement drsquoair qui reacutegule le deacutebit drsquoair en fonction de la dureacutee de la demande de chauffage La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signalde commande transmis au panneau de controcircle du systegraveme de traitement drsquoair par le thermostat du systegraveme de CVCA

Controcircle direct Raccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont toutes deux controcircleacutees au moyen drsquoun nouveau controcircleur combineacute inteacutegreacute posseacutedant une interface directe avec le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair

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Principe de fonctionnement Le nouveau controcircleur fait varier le deacutebit drsquoair du systegraveme de traitement drsquoair et la tempeacuterature de lrsquoeau de maniegravere agrave optimiser le rendement du chauffage

Discussion Cette strateacutegie de controcircle direct suppose le deacuteveloppement drsquoun nouveau composant de commande Le controcircleur peut utiliser des reacuteglages de fonctionnement plus sophistiqueacutes afin drsquoameacuteliorer le rendement dans tous les modes de fonctionnement

Aspect meacutecanique Le reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur et la tempeacuterature de lrsquoeau achemineacutee au systegraveme de traitement drsquoair seraient directement controcircleacutes par un nouveau controcircleur combineacute inteacutegreacute La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signal de commande transmis au controcircleur par le thermostat du systegraveme de CVCA

Chauffe-eau - Mode de chauffage de lrsquoeau du robinet Les algorithmes de chauffage de lrsquoeau du robinet ne changent pas par rapport agrave ceux du module de commande standard La seule diffeacuterence reacuteside dans le fait que le chauffe-eau utilise un contacteur de deacutebit ou un deacutebitmegravetre pour repeacuterer un tirage drsquoeau chaude (ou une arriveacutee drsquoeau froide) et comprendre qursquoune demande de chauffage drsquoeau a eacuteteacute faite Si une demande de chauffage de locaux intervient simultaneacutement le chauffe-eau pourrait honorer les deux demandes en tenant compte du reacuteglage de tempeacuterature de sortie requise de lrsquoeau du robinet Une autre option consisterait agrave prendre en compte par deacutefaut le reacuteglage du mode de chauffage de lrsquoeau Un mode de controcircle plus sophistiqueacute pourrait potentiellement temporiser le chauffage des locaux lorsque cela srsquoavegravere neacutecessaire pour reacutepondre agrave des demandes de chauffage drsquoeau eacuteleveacutees ou pour activer la distribution de chauffage des locaux en utilisant des reacuteglages de tempeacuterature optimiseacutes Ce cas de figure est illustreacute agrave la figure 4

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8 Composants

Pour bien fonctionner les systegravemes de chauffage combineacutes doivent ecirctre doteacutes de composants haute performance que ce soit dans une configuration dite laquo installeacutee raquo ou dans une configuration drsquoessai selon la norme CSA P9 La preacutesente section a pour objectif drsquoaider les fabricants de chauffe-eau agrave la demande

bull agrave concevoir leur propre systegraveme de traitement drsquoair

bull agrave eacutetablir un partenariat avec un autre fabricant qui fournirait un systegraveme de traitement drsquoair pour leur systegraveme apregraves avoir deacutetermineacute

ndash les composants requis

ndash la mesure dans laquelle un modegravele de systegraveme de traitement drsquoair existant aurait besoin drsquoecirctre affineacute pour reacutepondre agrave leurs besoins

bull agrave eacutetablir les modifications qursquoil faut apporter au systegraveme monobloc dans son ensemble pour ameacuteliorer les performances

81 Systegraveme de traitement drsquoair

Le systegraveme de traitement drsquoair doit inclure les composants neacutecessaires pour fournir de la chaleur et faire circuler de lrsquoair Les eacuteleacutements agrave prendre en compte sont des serpentins de chauffage de locaux un moteur de ventilateur une pompe et un puits de tempeacuterature Ces eacuteleacutements sont deacutecrits plus en deacutetail ci-dessous

82 Serpentins de chauffage de locaux

Les serpentins de chauffage de locaux doivent ecirctre dimensionneacutes de maniegravere approprieacutee pour que le chauffage des locaux puisse avoir lieu avec une tempeacuterature drsquoalimentation suffisamment basse et une baisse de tempeacuterature de lrsquoeau suffisante pour favoriser la condensation dans le geacuteneacuterateur de chaleur lorsque le systegraveme fonctionne en conditions de charge partielle (et ideacutealement en conditions de pleine charge eacutegalement)

Geacuteneacuteralement les serpentins quiextraient la chaleur de lrsquoeau sont conccedilus et choisis en tenant compte drsquoune baisse de tempeacuterature de lrsquoeau drsquoenviron 11 degC (20 degF) le long des serpentins aux conditions de chauffage nominales La seacutelection preacutealable du serpentin peut ecirctre faite en utilisant un logiciel deacutejagrave proposeacute par divers fabricants de serpentins Dans la plupart des cas le modegravele logiciel calcule la puissance de chauffage drsquoun

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serpentin de chauffage agrave eau chaude en se fondant sur la mesure des performances du conditionnement drsquoair pour des serpentins ayant une construction et des geacuteomeacutetries similaires Du coup la puissance de chauffage reacuteelle pour une condition nominale donneacutee peut diffeacuterer leacutegegraverement de celle preacutedite par le logiciel

Ilest recommandeacute de veacuterifier la performance reacuteelle du serpentin choisi (puissance de chauffage baisse de la tempeacuterature de lrsquoeau baisse de la pression statique sur le cocircteacute air et eau) en effectuant des essais internes Lorsque cette eacutetape a eacuteteacute exeacutecuteacutee le modegravele logiciel peut fournir une aide preacutecieuse pour seacutelectionner le serpentin et devrait proposer des indications plutocirct fiables concernant les changements de performance du serpentin aux diffeacuterentes conditions projeteacutees Les informations ainsi collecteacutees devraient ecirctre utiles pour concevoir et affiner des reacuteglages et des strateacutegies de controcircle plus eacutevolueacutes en vue drsquooptimiser le rendement du systegraveme en conditions de chauffage en charge partielle

Voici les eacuteleacutements agrave prendre en compte

Diamegravetre du serpentin drsquoeau et nombre de spires ndash Un grand diamegravetre de canalisation reacuteduira au minimum la baisse de pression de lrsquoeau ainsi que lrsquoeacutenergie utiliseacutee par le systegraveme de circulation drsquoeau Un petit diamegravetre de canalisation permettra drsquoopter pour un serpentin moins oneacutereux eacutetant donneacute qursquoil faudra moins de cuivre dans le serpentin Cependant des petits tubes neacutecessiteront une eacutenergie de pompage supeacuterieure et feront augmenter les pheacutenomegravenes drsquousure et drsquoeacuterosion des tubes si une puissance de pompe suffisante est appliqueacutee pour offrir le deacutebit drsquoeau nominal Concregravetement le fait drsquoutiliser un serpentin avec des tubes trop petits reacuteduira la puissance de chauffage fournie par le serpentin En effet le fabricant utilisera vraisemblablement le mecircme circulateur standard quel que soit le serpentin retenu Les TECA hydronic and combo guideline (Directives sur les systegravemes hydroniques et combineacutes de la TECA)1

(article 814) preacutecisent que le deacutebit de lrsquoeau qui traverse le systegraveme de chauffage ne doit pas deacutepasser quatre (4) pieds par seconde

Nombre drsquoailettes par pouce ndash Plus le nombre drsquoailettes par pouce est eacuteleveacute plus la surface de transmission de chaleur et la puissance de chauffage augmentent cela creacutee cependant une baisse de pression supeacuterieure sur le cocircteacute air du serpentin Un certain degreacute de perte de pression dans le serpentin est utile pour assurer un deacutebit drsquoair homogegravene dans le serpentin notamment dans une configuration de laquo purge raquo qui est couramment utiliseacutee dans les ventilo-convecteurs combineacutes servant au chauffage des locauxLes speacutecifications des serpentins de chauffage peuvent faire eacutetat drsquoun nombre drsquoailettes variant de 6 ailettes par pouce agrave 14 ailettes par pouce Les serpentins de chauffage hydronique standard comportent 12 ou 14 ailettes par pouce Les serpentins doteacutes drsquoun grand nombre drsquoailettes sont plus facilement encrasseacutes par de la poussiegravere

1 Thermal Environmental Comfort Association (TECA) Surrey (C-B) Hydronic amp Combo Guidelines for the Design and Installation of Hot Water Heating Systems and Combination Hot Water amp Space Heating Systems 8th Edition August 2009 (Directives concernant les systegravemes hydroniques et combineacutes conception et installation de systegravemes de chauffage drsquoeau chaude et de systegravemes combineacutes de chauffage drsquoeau chaude et de locaux 8e eacutedition aoucirct 2009) [wwwtecaca]

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ou des deacutebris Selon les reacutesultats du logiciel de modeacutelisation du serpentin la preacutesence de 12 ailettes ou mecircme 14 semble ecirctre un choix raisonnable pour un serpentin de chauffage de locaux haute performance agrave condition que le serpentin soit choisi avec une surface suffisamment importante pour maintenir la vitesse frontale de lrsquoair faible agrave la puissance de chauffage theacuteorique

Figure 5 Exemple de serpentin de chauffage de locaux laquo surdimensionneacute raquo utiliseacute dans une application de systegraveme de traitement drsquoair hydronique

83 Moteur de ventilateur

Le systegraveme de traitement drsquoair devrait utiliser un moteur de ventilateur agrave commutation eacutelectronique (MCE) et ecirctre exploiteacute en utilisant un systegraveme de controcircle agrave vitesse multiple ou agrave vitesse variable Cette option permettrait de moduler le deacutebit drsquoair et la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque le systegraveme fonctionne agrave une puissance infeacuterieure agrave sa puissance de chauffage nominale maximaleLa capaciteacute agrave utiliser un mode de circulation continu agrave faible puissance et faible vitesse serait particuliegraverement utile en cas de fonctionnement aux points de consigne de 15 et 40 pour lesquels il est primordial de collecter et de distribuer toute la chaleur reacutesiduelle des serpentins de chauffage la norme P9 tenant compte uniquement de la chaleur qui est reacuteellement transfeacutereacutee dans le courant drsquoair

La modulation du deacutebit drsquoair et de la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation permettra drsquoobtenir des tempeacuteratures drsquoair distribueacute confortables ainsi que des performances de chauffage eacuteleveacutees

Un MCE doteacute drsquoune programmation de deacutebit drsquoair constant surclassera vraisemblablement un MCE qui utilise une programmation de couple constant car le

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systegraveme compensera au moins partiellement les diffeacuterences entre les pressions statiques nominales et les pressions statiques reacuteellement eacutetablies Cette solution peut srsquoaveacuterer indispensable pour srsquoassurer que les performances de la combustion dans des conditions reacuteelles variables correspondent aux performances obtenues lors drsquoessais dans le laboratoire

Une programmation de deacutebit drsquoair constant sera probablement essentielle pour obtenir des performances acceptables dans le cas drsquoun systegraveme combineacute reacuteparti

84 Circulateurpompe

Ilest important de choisir le bon circulateur pour acheminer le deacutebit approprieacute en fonction de la pression statique eacutetablie qui sera en vigueur Les pertes de pression dans les diffeacuterents chauffe-eau agrave la demande varient Le fait drsquoutiliser un circulateur qui fournit un deacutebit trop important se traduira par une petite baisse de tempeacuterature dans le circuit drsquoeau qui traverse le serpentin et par une tempeacuterature drsquoeau de retour eacuteleveacutee vers le chauffe-eau Un deacutebit trop faible entraicircne des capaciteacutes de chauffage faibles Des circulateurs hydroniques sont offerts avec trois vitesses seacutelectionnables et des deacutebits de pompe nominaux Par contre les moteurs utiliseacutes dans les circulateurs types agrave plusieurs vitesses ne sont pas aussi efficaces que les moteurs agrave CE Des circulateurs agrave vitesse variable eacutequipeacutes de moteurs agrave CE font leur apparition sur le marcheacute mais ils ne sont pas encore couramment utiliseacutes dans les applications combineacutees

Ideacutealement les pompes de circulation des systegravemes combineacutes eacutevolueacutes devraient consister en un concept agrave modulation agrave vitesse variable capable drsquoameacuteliorer le rendement et de compenser les diffeacuterentes configurations de canalisation Ce type de concept est deacutejagrave disponible et pourrait ecirctre mis en œuvre degraves maintenant il pourrait aussi ecirctre mis de cocircteacute jusqursquoagrave ce que la prochaine geacuteneacuteration de systegravemes de chauffage combineacutes eacutevolueacutes soit mise au point Les premiers reacutesultats drsquoessais en laboratoire ont montreacute qursquoil est possible drsquoobtenir de bonnes performances conformes agrave la norme CSA P9 sans utiliser des pompes de circulation agrave vitesse variable et des commandes auxiliaires coucircteuses Agrave lrsquoavenir agrave mesure que le coucirct des circulateurs agrave vitesse variable doteacutes de moteurs agrave CE baissera et que les commandes inteacutegreacutees seront mieux accepteacutees leur utilisation dans des applications de chauffage combineacute sera plus rentable

85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)

Si lrsquoon conccediloit le reacuteseau de plomberie de maniegravere agrave pouvoir y installer des bouchons de controcircle de tempeacuterature drsquoeau et de pression les essais internes et les mesures de mise en service seront simplifieacutes De plus il sera plus facile de purger lrsquoair des circuits

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hydroniques Il est possible drsquoutiliser des sondes de tempeacuteratures monteacutees agrave lrsquoexteacuterieur pour effectuer les mesures de mise en service sur le terrain si des sections de conduites de cuivre ameacutenageacutees dans des endroits strateacutegiques sont prises en compte lors de la conception

86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau

Certains chauffe-eau agrave la demande de type chaudiegravere possegravedent des points de consignes et des algorithmes de controcircle distincts pour le chauffage des locaux et celui de lrsquoeau Drsquoautres ont besoin de savoir si la charge concerne le chauffage des locaux ou celui de lrsquoeau potable Dans ce cas on peut utiliser divers capteurs et surveiller eacutegalement les signaux transmis par un deacutebitmegravetre drsquoeau installeacute dans le reacuteseau drsquoeau potable ou un deacutebitmegravetre installeacute dans le circuit de chauffage des locaux Bon nombre de chauffe-eau agrave la demande utilisent de tels capteurs dans leurs circuits de commande de brucircleur afin de faire coiumlncider les allures de chauffe avec les chargesDans les applications combineacutees lrsquoutilisation de commandes capables de diffeacuterencier les charges deacutepend de la logique de controcircle prioritaire de demande drsquoeau chaude domestique

87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes

Les canalisations drsquoeau ameacutenageacutees entre le geacuteneacuterateur de chaleur et le systegraveme combineacute devraient ecirctre dimensionneacutees de maniegravere agrave eacuteviter des baisses de pression excessives

Toutes les canalisations en cuivre exteacuterieures doivent ecirctre isoleacutees conformeacutement aux pratiques de lrsquoindustrie Il se peut que les avantages lieacutes agrave lrsquoisolation des canalisations drsquointerraccordement ne soient pas tregraves importants si les sections de conduites sont courtes et si elles contiennent des tuyaux en polyeacutethylegravene reacuteticuleacute ou un type de conduite similaire preacutesentant moins de perte de chaleur que les conduites en cuivre

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9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes

La preacutesente section contient des directives et certaines observations agrave lrsquointention des fabricants de systegravemes de chauffage combineacutes dans le but drsquoaider ces derniers agrave mettre agrave lrsquoessai leurs systegravemes agrave lrsquointerne Lrsquoexeacutecution drsquoessais agrave lrsquointerne en utilisant un montage simplifieacute permettra aux fabricants de mieux cerner les performances de leurs concepts et commandes prototypes lorsqursquoils sont mis agrave lrsquoessai dans une installation indeacutependante conformeacutement agrave la norme CSA P9 (P10 pour les fabricants de SMI) Les essais en question ne doivent pas forceacutement ecirctre conccedilus pour geacuteneacuterer des reacutesultats de performance preacutecis agrave 100 mais ils sont consideacutereacutes comme indispensables pour le deacuteveloppement et le cycle drsquooptimisation du produit les avantages drsquoun concept et drsquoun fonctionnement de systegraveme ameacutelioreacutes pouvant rapidement sauter aux yeux lorsque lrsquoon compare les reacutesultats des essais reacutealiseacutes laquo avant raquo et laquo apregraves raquo

En geacuteneacuteral il nrsquoest pas rentable de payer un laboratoire drsquoessais indeacutependant pour proceacuteder agrave la premiegravere eacutevaluation drsquoun systegraveme de chauffage combineacute complet Les coucircts lieacutes au laboratoire et les deacutefis lieacutes aux ingeacutenieurs concepteurs qui prescrivent des reacuteglages lorsqursquoils ne sont pas sur place rendent cette option probleacutematique Des essais simplifieacutes reacutealiseacutes dans les propres locaux du fabricant permettent de srsquoassurer que les reacutesultats sont dans la plage approprieacutee degraves le deacutebut

Un scheacutema de montage drsquoessai suggeacutereacute utilisable pour effectuer des mesures conformeacutement agrave la norme CSA P9 est preacutesenteacute dans cette norme La figure 6 ci-dessous illustre une version simplifieacutee de ce scheacutema

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de la piegravece

combineacutes

Appareilsdeconditionnement

Eacutevents pour produits de combustion Appareils de

conditionnement de la piegravece

Salle drsquoessai

Isolant

Meacutelangeur

Approvisionnement en eau

Eacutevents pour air de combustion Conduite drsquoalimentation en combustible

Uniteacute drsquoessai des

systegravemes

Thermocouples Porte Fenecirctre

Mesure de la tempeacuterature et du deacutebit de lrsquoeau

Conduite drsquoair de retour

Thermocouples

Mesure de la tempeacuterature et de lrsquohumiditeacute de lrsquoair

Air drsquoappoint

Mesure du deacutebit drsquoair

Figure 6 Scheacutema simplifieacute illustrant le montage utiliseacute pour exeacutecuter les essais conformeacutement agrave la norme P9 (composants individuels du systegraveme combineacute non illustreacutes)

Le scheacutema preacutesente un dispositif de mesure de lrsquoenthalpie de lrsquoair dans un tunnel baseacute Vsur la norme ASHRAE 37 Lrsquoappareil de mesure de lrsquoair illustreacute sur la figure de la norme utilise un ajutage et un ventilateur drsquoeacutequilibrage pour pouvoir appliquer une technique de mesure du deacutebit drsquoair neacutecessitant une pression diffeacuterentielle eacuteleveacutee (entre 1 et 4 pouces drsquoeau) dans lrsquoajutage Lorsqursquoil est utiliseacute avec des manomegravetres preacutecis cet appareil offre une preacutecision de mesure eacuteleveacutee de lrsquoordre de 1 agrave 2 du deacutebit drsquoair et il geacutenegravere un deacutebit drsquoair bien meacutelangeacute qui permet de mesurer avec preacutecision la tempeacuterature du deacutebit de lrsquoair drsquoalimentation

La norme P9 preacutecise que lrsquoajutage inteacutegreacute agrave lrsquoappareil de mesure de lrsquoenthalpie de lrsquoair en tunnel constitue une meacutethode acceptable pour mesurer le deacutebit drsquoair tout en approuvant expresseacutement (article 36) lrsquoapplication drsquoautres processus de mesure du deacutebit drsquoair agrave condition que les limites de preacutecision mentionneacutees dans la norme soient satisfaites Ceci donne la possibiliteacute drsquoutiliser une technique de mesure du deacutebit drsquoair plus directe ne neacutecessitant pas lrsquoutilisation drsquoun appareil comportant un ventilateur drsquoeacutequilibrage Dans certains cas lrsquoutilisation drsquoune chambre de mesure de deacutebit avec un ventilateur drsquoeacutequilibrage pour reacutegler la pression statique de la conduite drsquoair drsquoalimentation a impliqueacute des problegravemes de stabiliteacute avec des moteurs agrave CE qui ont eacuteteacute

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programmeacutes pour un deacutebit drsquoair constant il est donc avantageux drsquoeacuteviter les ventilateurs drsquoeacutequilibrage

91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz

De nombreux fabricants concevant des systegravemes combineacutes eacutevolueacutes integravegreront des instruments conccedilus pour mesurer la consommation drsquoeacutenergie eacutelectrique la consommation du combustible les performances de combustion la tempeacuterature et la pression (pression du collecteur de gaz pression statique des conduites etc) Si de tels eacutequipements de mesure ne sont pas offerts ilest recommandeacute de les preacutevoirLes compteurs de facturation des compagnies de gaz et drsquoeacutelectriciteacute devraient offrir une preacutecision et une reacutesolution suffisantes pour les essais de deacuteveloppement du produit

92 Enregistreur de donneacutees

Les fabricants devront eacutegalement avoir accegraves agrave un systegraveme drsquoenregistrement de donneacutees dans le cadre de leur travail Il est conseilleacute de preacutevoir un enregistreur qui offre une preacutecision et un nombre de canaux de mesures suffisants pour les tacircches agrave accomplir On estime qursquoil faudra environ huit (8) canaux pour mesurer la tempeacuterature plus quelques canaux analogiques ou numeacuteriques pour prendre en compte les donneacutees des deacutebitmegravetres des transducteurs de pression etc (analogiques ou numeacuteriques selon lrsquoinstrument de mesure seacutelectionneacute) De nombreux fournisseurs proposent un large eacuteventail drsquoenregistreurs de donneacutees Campbell Scientific Fluke Instruments Omega et Measurement Computing (personal DAQ) figurent parmi les fabricants qui proposent des enregistreurs de donneacutees de petite eacutechelle pouvant ecirctre pris en compte Il est recommandeacute de se pencher sur lrsquoassistant logiciel de lrsquoenregistreur de donneacutees seacutelectionneacute au moment drsquoeacutevaluer lrsquoeacutequipement Si le fabricant ne souhaite pas investir dans un enregistreur de donneacutees la location demeure une option mecircme si les eacuteconomies preacutevues dans le cas drsquoune location agrave court terme semblent ecirctre faibles

93 Deacutebit drsquoair

Pour mesurer le deacutebit drsquoair pendant les essais agrave lrsquointerne il est recommandeacute drsquoutiliser une grille de deacutebit drsquoair avec eacutetablissement de moyenne installeacutee dans la conduite drsquoair drsquoalimentation en conjonction avec un manomegravetre diffeacuterentiel de preacutecision De nombreux fournisseurs proposent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans un large eacuteventail de tailles et ces deacutebitmegravetres sont relativement peu chers car ils sont souvent utiliseacutes dans des systegravemes commerciaux de chauffage et de refroidissement agrave deacutebit drsquoair variable Si lrsquoon fait une recherche dans Google en utilisant le segment laquo deacutebitmegravetres drsquoair raquo on trouve plusieurs fournisseurs et liens permettant

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drsquoobtenir de plus amples informations sur le sujet Nailor Industries Inc et Dwyer Instruments sont deux socieacuteteacutes quioffrent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans une grande varieacuteteacute de tailles de conduites

94 Manomegravetres

On trouve eacutegalement de nombreux manomegravetres diffeacuterentiels sur le marcheacute dont les modegraveles varient des manomegravetres agrave tube inclineacute aux transducteurs numeacuteriques de preacutecision Il est important de bien faire correspondre la plage de mesure du transducteur ou du manomegravetre avec la pression fournie par le deacutebitmegravetre sur la plage de deacutebits drsquoair preacutevue Dans le cas des transducteurs numeacuteriques des instruments capacitifs sont reacuteputeacutes bien fonctionner dans la plage de pression diffeacuterentielle basse qui serait normalement prescrite (environ 05 pouce de diffeacuterence de colonne drsquoeau) Setra Instruments MKS Instruments (Baratron) Dwyer Instruments et drsquoautres socieacuteteacutes proposent des transducteurs de pression diffeacuterentielle capacitifs plage basse adapteacutes

95 Tempeacuteratures

Les tempeacuteratures drsquoair drsquoarriveacutee et de sortie peuvent ecirctre mesureacutees en utilisant des thermocouples des thermistances ou des capteurs de conduite geacuteneacuterant une valeur moyenne Du fait de son bas coucirct de sa faciliteacute drsquoutilisation et de sa preacutesence agrave grande eacutechelle sur le marcheacute le thermocouple semble ecirctre lrsquoinstrument approprieacute pour cette application Il est possible de fabriquer un reacuteseau de thermocouples agrave partir drsquoune bobine de fil de thermocouple et de les raccorder entre eux en parallegravele de maniegravere agrave geacuteneacuterer une seule donneacutee repreacutesentant la valeur moyenne De nombreux fournisseurs offrent des fils agrave thermocouple notamment les socieacuteteacutes Thermo Electric Company Inc Omega Inc Watlow Inc etc Il est eacutegalement possible de fabriquer des sondes de tempeacuterature agrave partir des mecircmes fils de thermocouple pour surveiller drsquoautres paramegravetres tels que les tempeacuteratures drsquoeau Il est important de bien utiliser un fil agrave thermocouple plutocirct qursquoun fil de rallonge de lrsquoeacutechelle de mesure identique mais moins preacutecis

96 Mesures du cocircteacute eau

Pour effectuer des mesures du cocircteacute eau dans les serpentins il est neacutecessaire de posseacuteder un deacutebitmegravetre et des sondes de tempeacuterature Ces mesures pourraient ecirctre reacutealiseacutees en utilisant des capteurs distincts (deacutebitmegravetre drsquoeau et sondes de tempeacuterature distinctes par exemple) Il est important de srsquoassurer que lrsquoinsertion drsquoun deacutebitmegravetre dans la boucle drsquoeau ne modifie pas le deacutebit de la pompe de circulation Cela est particuliegraverement important avec des circulateurs agrave faible puissance geacuteneacuteralement utiliseacutes dans des applications combineacutees pour lesquelles lrsquoinstallation drsquoun deacutebitmegravetre agrave turbine conventionnel agrave baisse de pression eacuteleveacutee peut restreindre le deacutebit drsquoeau Ilexiste des deacutebitmegravetres preacutecis sans perte de pression eacuteleveacutee Certains appareils

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peuvent ecirctre acheteacutes deacutejagrave conditionneacutes avec des sondes de tempeacuterature en guise de laquo compteurs drsquoeacutenergie raquo Ils mesurent simultaneacutement les tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de lrsquoeau de retour ainsi que le deacutebit de lrsquoeau et calculent directement le flux drsquoeacutenergie en srsquoappuyant sur ces mesuresKamstrup Siemens Badger Meters Elster Metering ABB Meters et drsquoautres socieacuteteacutes offrent ce type drsquoappareils Les compteurs drsquoeacutenergie autonomes sont habituellement configureacutes avec certains dispositifs permettant de lire les diffeacuterents paramegravetres ainsi que les flux drsquoeacutenergie calculeacutes La plupart offre une fonction de stockage des donneacutees internes etou des sorties numeacuteriques pouvant ecirctre interfaceacutees avec des enregistreurs de donneacutees externes

97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne

La norme CSA P9 exige que le chauffage des locaux soit deacutefini en utilisant deux mesures (cocircteacute air et cocircteacute eau) avec une entente dans une toleacuterance acceptable pour la mise agrave lrsquoessai du systegraveme de chauffage de locaux agrave pleine capaciteacute constant Dans le cas des mesures agrave lrsquointerne entreprises par un fabricant dans le cadre drsquoun projet de deacuteveloppement de produit cibleacute lrsquoentente entre les mesures du cocircteacute air et du cocircteacute eau nrsquoest pas forceacutement requise On suggegravere aux fabricants de se concentrer sur les mesures qui ciblent la strateacutegie de controcircle ou de composant propre agrave lrsquoeacutetude Par exemple si des strateacutegies diffeacuterentes de temporisation du ventilateur ou laquo apregraves fonctionnement raquo sont eacutevalueacutees il est bien plus important de se concentrer sur les mesures du cocircteacute air que drsquoessayer drsquoatteindre un eacutequilibre entre le cocircteacute air et le cocircteacute eau Selon la quantiteacute drsquoeacutenergie laisseacutee dans le serpentin drsquoeau lorsque le ventilateur de soufflante srsquoarrecircte et drsquoautres pertes drsquoeacutenergie du systegraveme il est possible qursquoil nrsquoy ait pas drsquoeacutequilibre drsquoeacutenergie entre les mesures du cocircteacute air et les mesures du cocircteacute eau mecircme avec un instrument des mesures et des calculs laquo parfaits raquo

La norme CSA P9 exige une mesure du deacutebit drsquoair et des tempeacuteratures au moins toutes les cinq (5) secondes Dans le cas des essais agrave lrsquointerne cette freacutequence pourrait ecirctre assouplie pour certaines eacutetapes drsquoessai Par ailleurs une conformiteacute totale agrave la norme P9 suppose un controcircle preacutecis de la tempeacuterature de la salle drsquoessai ougrave se trouve le systegraveme combineacute en vue des essais ainsiqursquoun controcircle preacutecis de la tempeacuterature de lrsquoeau de la ville Dans le cas des essais de deacuteveloppement agrave lrsquointerne ces exigences peuvent eacutegalement ecirctre assouplies agrave condition que les tempeacuteratures ne varient pas trop pendant les essais Un espace commercial conditionneacute ayant une dimension raisonnable ferait lrsquoaffaire au moins pour les phases drsquoessai et de deacuteveloppement initiales

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Flue(combustionmeasurements)

SupplyAirtoSpaceHeatingPlenum

(optionalzonedampers)

ReturnAir

CityWater

TanklessWaterHeater

HotWaterSupplyfromWaterHeater

DHW

CoolWaterreturntoWaterheater

Temperaturemeasurementpoints

Fuelmeter

Flowmeter

Electricalmeteringnotshown

Circulator

98 Agencement des instruments

La figure 7 preacutesente un scheacutema simplifieacute permettant drsquoillustrer lrsquoagencement geacuteneacuteral des emplacements et des paramegravetres de mesure en vue de la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute de chauffe-eau instantaneacute agrave condensation Le deacutebit drsquoair qui traverse la conduite drsquoalimentation du systegraveme de traitement drsquoair sera surveilleacute en utilisant un deacutebitmegravetre agrave valeur moyenne et un manomegravetre (non illustreacute) tel que cela est deacutecrit agrave lrsquoarticle 73

T

T

T T

T T

Alimentation en eau chaude provenant du chauffe-eau

Conduit (mesures de combustion)

Eau chaude domestique

Systegraveme de mesure du combustible

Air dereprise

Retourde lrsquoeau froide vers lechauffe-eau

Chauffe-eau instantaneacute

Air drsquoalimentation achemineacute versle pleacutenum de chauffage(registres de zone facultatifs)

Eau municipale

Deacutebitmegravetre

T

(compteur eacutelectrique non illustreacute)

Points de mesure de la tempeacuterature Circulateur

Figure 8 Scheacutema de mesure simplifieacute applicable agrave la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute baseacute sur un chauffe-eau instantaneacute

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CanmetEacuteNERGIE CanmetEacuteNERGIE de Ressources naturelles Canada est un chef de file canadien dans le domaine de la recherche et deacuteveloppement en eacutenergie propre Les travaux de nos speacutecialistes portent sur lrsquoapprovisionnement drsquoeacutenergie propre agrave partir de combustibles fossiles et de sources renouvelables la gestion de lrsquoeacutenergie et les systegravemes de distribution ainsi que sur les technologies et processus avanceacutes pour les utilisations finales En veillant agrave ce que le Canada soit agrave la fine pointe des technologies sur lrsquoeacutenergie propre nous ameacuteliorons la qualiteacute de vie des Canadiens en creacuteant un avantage durable en matiegravere de ressources

Bureau central Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) 580 rue Booth 1 promenade Oil Patch 1 promenade Haanel 161 boulevard Lionel-Boulet Ottawa (Ontario) Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) Canada Canada Canada Canada K1A 0E4 T9G 1A8 K1A 1M1 J3X 1S6

  • Guide pour les fabricants drsquoappareils de chauffage combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessai conformeacutement agrave la norme CSA P9
    • Remerciements
    • 1 Reacutesumeacute
    • 2 Systegravemes agrave zones
    • Table des matiegraveres
    • Liste des tableaux et figures
    • 3 Contexte
      • 31 Objet
      • 32 Public cible
      • 33 Marcheacute
      • 34 Pratiques en vigueur dans lrsquoindustrie
      • 35 Expeacuterience en matiegravere drsquoeacutevaluation
      • 36 Deacutefi principal Utiliser des chauffe-eau pour chauffer des locaux de maniegravere eacuteconergeacutetique
      • 37 Approche par eacutetapes
        • 4 Charges de calcul ndash performances selon la norme CSA p9
          • 41 Facteur de performance thermique (FPT)
          • 42 Chauffage de lrsquoeau
          • 43 Chauffage des locaux
          • 44 Importance relative des charges de chauffage des locaux et de lrsquoeau
            • 5 Chauffage de lrsquoeau domestique
            • 6 Conception des systegravemes combineacutes
              • 61 Incidence des pondeacuterations de charge
                • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                • Reacuteduction des tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour
                  • 62 Strateacutegies de conception
                  • 63 Strateacutegie 1 Tempeacuterature drsquoeau constante
                    • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                    • Serpentin(s) de chauffage des locaux
                    • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                    • Illustration des performances selon la norme P9
                    • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                      • 64 Strateacutegie 2 Tempeacuterature drsquoeau variable
                        • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                        • Serpentin(s) de chauffage de locaux
                        • Conditions de chauffage de locaux en charge partielle
                        • Illustration des performances P9
                        • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                            • 7 Commandes
                              • Commandes indirectes baseacutees sur la tempeacuterature
                              • Commandes indirectes baseacutees sur le minuteur
                              • Controcircle direct
                              • Chauffe-eau -Mode de chauffage de lrsquoeau du robinet
                                • 8 Composants
                                  • 81 Systegraveme de traitement drsquoair
                                  • 82 Serpentins de chauffage de locaux
                                  • 83 Moteur de ventilateur
                                  • 84 Circulateurpompe
                                  • 85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)
                                  • 86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau
                                  • 87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes
                                    • 9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes
                                      • 91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz
                                      • 92 Enregistreur de donneacutees
                                      • 93 Deacutebit drsquoair
                                      • 94 Manomegravetres
                                      • 95 Tempeacuteratures
                                      • 96 Mesures du cocircteacute eau
                                      • 97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne
                                      • 98 Agencement des instruments
Page 31: Guide pour les fabricants d’appareils de chauffage ...€¦ · Le présent rapport explique comment la norme d’essai P.9 pondère le rendement dans différents modes de fonctionnement

ventilation Le fonctionnement continu du ventilateur avec un reacuteglage de vitesse faible offrira automatiquement cette fonctionnaliteacute sans neacutecessiter de quelconques commandes intelligentes Cette option aurait lrsquoavantage suppleacutementaire drsquoassurer une reacutepartition de la tempeacuterature uniforme agrave lrsquointeacuterieur de la reacutesidence Elle serait eacutegalement utile pour reacutepartir lrsquoair frais si le systegraveme combineacute est installeacute avec un ventilateur-reacutecupeacuterateur de chaleur (VRC) ou un autre type de systegraveme de ventilation

Des commandes soigneusement conccedilues contribueront en bout de ligne agrave assurer ou reacutetablir lrsquoefficaciteacute du systegraveme combineacute Les commandes devraient ecirctre en mesure de deacuteterminer srsquoil y a une demande de chauffage des locaux ou de chauffage de lrsquoeau ou une demande concernant les deux modes Les commandes devront deacuteterminer lrsquoamplitude de chaque charge et reacutepondre de maniegravere approprieacutee en faisant varier certains paramegravetres agrave la fois pour le systegraveme de chauffage des locaux (systegraveme de traitement drsquoair par exemple) et pour le geacuteneacuterateur de chaleur (notamment si la source de chauffage est un chauffe-eau agrave la demande) En cas de demande de chauffage drsquoeau eacuteleveacutee il se peut qursquoune solution de commande prioritaire drsquoeau chaude domestique constitue la meilleure option Les commandes peuvent deacuteduire lrsquoamplitude des charges de chauffage des locaux au moyen de divers meacutecanismes y compris en surveillant les cycles de fonctionnement du thermostat et de signaux drsquoentreacutes directs transmis par une commande de charge infeacuterentielle telle qursquoune commande de reacuteglage exteacuterieur

La figure 3 preacutesente un algorithme simplifieacute de commandes geacuteneacuteriques pour la section chauffe-eau drsquoun systegraveme combineacute utilisant quatre eacutetapes de reacuteglage de tempeacuterature drsquoeau pour le chauffage des locaux et une seule pour le chauffage de lrsquoeau

La logique de commande illustreacutee agrave la figure 3 constitue uniquement un exemple de strateacutegie de controcircle rudimentaire qui pourrait ecirctre utiliseacutee pour assurer des performances eacuteleveacutees dans des modes de chauffage de locaux sans neacutecessiter lrsquoutilisation de composants oneacutereuxLrsquoalgorithme de commande pourrait ecirctre ameacutelioreacute si le controcircleur avait lrsquointelligence neacutecessaire pour lui permettre drsquoassimiler les eacutetapes de chauffage requises en surveillant la dureacutee des demandes de chauffage des locaux sur plusieurs cycles de chauffage reacutecents

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e

Mode drsquoattente Chauffe-eauagrave la demande en attente de signal

Demande de chauffage (lrsquoeaucircule dans le chauffe-eau)

Demandedrsquoeauchaude

domestique

Activationdu chauffagede lrsquoeacutetape 1 THERM90 ordmF Ventilateur Vitesse 1 Deacuteclencherle minuteursur 5 min

Demandesatisfaite avantlrsquoexpiration

du deacutelaiduminuteur

Oui

Oui

No

Reacuteglage du THERM sur le point de consigne de lrsquoeau chaude domestique THERM = 140 degF Couperlecirculateurde chauffagedelocaux (facultatif) Attendre lafin de la demande drsquoeau chaude domestique

Demande de

chauffage satisfait

Non

Oui

Activation du chauffage de lrsquoeacutetape 2 THERM = 105 degF Ventilateur Vitesse 2 Deacuteclencher le minuteur sur3 min

Activation du chauffage de lrsquoeacutetape 3 THERM = 120 degF Ventilateur Vitesse 3 Deacuteclencher le minuteur sur3 min

Activation du chauffage MAX THERM = 140 degF Ventilateur Vitesse 4 Mettrefin agravelademande de chauffage

Figure 3 Logique de lrsquoalgorithme simplifieacute de commande de chauffe-eau pour unsceacutenario de chauffage en quatre eacutetapes

Voici trois options de commande de vitesse de ventilateur de systegraveme de traitement drsquoair associeacutees agrave la meacutethode de chauffage drsquoeau illustreacutee agrave la figure 3

Commandes indirectes baseacutees sur la tempeacuteratureRaccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont bien distinctes les unes des autres mais elles fonctionnement de maniegravere compleacutementaire

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Principe de fonctionnement Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetecte la tempeacuterature de lrsquoeau chaude drsquoadmissionPlus la tempeacuterature de lrsquoeau est eacuteleveacutee plus les commandes du systegraveme de traitement drsquoair augmentent le deacutebit drsquoair

Discussion Les commandes du chauffe-eau augmentent la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque la demande nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetecte la tempeacuterature plus eacuteleveacutee et fait circuler plus drsquoair dans les serpentins pour lrsquoutiliser

Aspect meacutecanique Un puits de tempeacuterature est installeacute dans la conduite drsquoeau drsquoalimentation drsquoarriveacutee agrave lrsquointeacuterieur du systegraveme de traitement drsquoairLe reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur serait ajusteacute en installant un module de commande de systegraveme de traitement drsquoair qui mesure la tempeacuterature de lrsquoeau achemineacutee au systegraveme de traitement drsquoair depuis le chauffe-eau pendant une demande de chauffage de locaux transmise au systegraveme de traitement drsquoair La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signal de commande transmis au panneau de controcircle du systegraveme de traitement drsquoair par le thermostat du systegraveme de CVCA

Commandes indirectes baseacutees sur le minuteur Raccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont bien distinctes les unes des autres mais elles fonctionnement de maniegravere compleacutementaire

Principe de fonctionnement Le deacutebit drsquoair du systegraveme de traitement drsquoair varie en fonction de la dureacutee de la demande de chauffage afin de coiumlncider avec les minutages de commande de tempeacuterature indiqueacutes agrave la figure 3

Discussion Les commandes du chauffe-eau augmentent la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque la demande nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetermine la dureacutee de la demande de chauffage et fait circuler plus drsquoair dans les serpentins afin de se conformer aux eacutetapes de tempeacuterature programmeacutees

Aspect meacutecanique Le reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur serait ajusteacute en installant un module de commande de systegraveme de traitement drsquoair qui reacutegule le deacutebit drsquoair en fonction de la dureacutee de la demande de chauffage La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signalde commande transmis au panneau de controcircle du systegraveme de traitement drsquoair par le thermostat du systegraveme de CVCA

Controcircle direct Raccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont toutes deux controcircleacutees au moyen drsquoun nouveau controcircleur combineacute inteacutegreacute posseacutedant une interface directe avec le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair

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Principe de fonctionnement Le nouveau controcircleur fait varier le deacutebit drsquoair du systegraveme de traitement drsquoair et la tempeacuterature de lrsquoeau de maniegravere agrave optimiser le rendement du chauffage

Discussion Cette strateacutegie de controcircle direct suppose le deacuteveloppement drsquoun nouveau composant de commande Le controcircleur peut utiliser des reacuteglages de fonctionnement plus sophistiqueacutes afin drsquoameacuteliorer le rendement dans tous les modes de fonctionnement

Aspect meacutecanique Le reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur et la tempeacuterature de lrsquoeau achemineacutee au systegraveme de traitement drsquoair seraient directement controcircleacutes par un nouveau controcircleur combineacute inteacutegreacute La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signal de commande transmis au controcircleur par le thermostat du systegraveme de CVCA

Chauffe-eau - Mode de chauffage de lrsquoeau du robinet Les algorithmes de chauffage de lrsquoeau du robinet ne changent pas par rapport agrave ceux du module de commande standard La seule diffeacuterence reacuteside dans le fait que le chauffe-eau utilise un contacteur de deacutebit ou un deacutebitmegravetre pour repeacuterer un tirage drsquoeau chaude (ou une arriveacutee drsquoeau froide) et comprendre qursquoune demande de chauffage drsquoeau a eacuteteacute faite Si une demande de chauffage de locaux intervient simultaneacutement le chauffe-eau pourrait honorer les deux demandes en tenant compte du reacuteglage de tempeacuterature de sortie requise de lrsquoeau du robinet Une autre option consisterait agrave prendre en compte par deacutefaut le reacuteglage du mode de chauffage de lrsquoeau Un mode de controcircle plus sophistiqueacute pourrait potentiellement temporiser le chauffage des locaux lorsque cela srsquoavegravere neacutecessaire pour reacutepondre agrave des demandes de chauffage drsquoeau eacuteleveacutees ou pour activer la distribution de chauffage des locaux en utilisant des reacuteglages de tempeacuterature optimiseacutes Ce cas de figure est illustreacute agrave la figure 4

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8 Composants

Pour bien fonctionner les systegravemes de chauffage combineacutes doivent ecirctre doteacutes de composants haute performance que ce soit dans une configuration dite laquo installeacutee raquo ou dans une configuration drsquoessai selon la norme CSA P9 La preacutesente section a pour objectif drsquoaider les fabricants de chauffe-eau agrave la demande

bull agrave concevoir leur propre systegraveme de traitement drsquoair

bull agrave eacutetablir un partenariat avec un autre fabricant qui fournirait un systegraveme de traitement drsquoair pour leur systegraveme apregraves avoir deacutetermineacute

ndash les composants requis

ndash la mesure dans laquelle un modegravele de systegraveme de traitement drsquoair existant aurait besoin drsquoecirctre affineacute pour reacutepondre agrave leurs besoins

bull agrave eacutetablir les modifications qursquoil faut apporter au systegraveme monobloc dans son ensemble pour ameacuteliorer les performances

81 Systegraveme de traitement drsquoair

Le systegraveme de traitement drsquoair doit inclure les composants neacutecessaires pour fournir de la chaleur et faire circuler de lrsquoair Les eacuteleacutements agrave prendre en compte sont des serpentins de chauffage de locaux un moteur de ventilateur une pompe et un puits de tempeacuterature Ces eacuteleacutements sont deacutecrits plus en deacutetail ci-dessous

82 Serpentins de chauffage de locaux

Les serpentins de chauffage de locaux doivent ecirctre dimensionneacutes de maniegravere approprieacutee pour que le chauffage des locaux puisse avoir lieu avec une tempeacuterature drsquoalimentation suffisamment basse et une baisse de tempeacuterature de lrsquoeau suffisante pour favoriser la condensation dans le geacuteneacuterateur de chaleur lorsque le systegraveme fonctionne en conditions de charge partielle (et ideacutealement en conditions de pleine charge eacutegalement)

Geacuteneacuteralement les serpentins quiextraient la chaleur de lrsquoeau sont conccedilus et choisis en tenant compte drsquoune baisse de tempeacuterature de lrsquoeau drsquoenviron 11 degC (20 degF) le long des serpentins aux conditions de chauffage nominales La seacutelection preacutealable du serpentin peut ecirctre faite en utilisant un logiciel deacutejagrave proposeacute par divers fabricants de serpentins Dans la plupart des cas le modegravele logiciel calcule la puissance de chauffage drsquoun

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serpentin de chauffage agrave eau chaude en se fondant sur la mesure des performances du conditionnement drsquoair pour des serpentins ayant une construction et des geacuteomeacutetries similaires Du coup la puissance de chauffage reacuteelle pour une condition nominale donneacutee peut diffeacuterer leacutegegraverement de celle preacutedite par le logiciel

Ilest recommandeacute de veacuterifier la performance reacuteelle du serpentin choisi (puissance de chauffage baisse de la tempeacuterature de lrsquoeau baisse de la pression statique sur le cocircteacute air et eau) en effectuant des essais internes Lorsque cette eacutetape a eacuteteacute exeacutecuteacutee le modegravele logiciel peut fournir une aide preacutecieuse pour seacutelectionner le serpentin et devrait proposer des indications plutocirct fiables concernant les changements de performance du serpentin aux diffeacuterentes conditions projeteacutees Les informations ainsi collecteacutees devraient ecirctre utiles pour concevoir et affiner des reacuteglages et des strateacutegies de controcircle plus eacutevolueacutes en vue drsquooptimiser le rendement du systegraveme en conditions de chauffage en charge partielle

Voici les eacuteleacutements agrave prendre en compte

Diamegravetre du serpentin drsquoeau et nombre de spires ndash Un grand diamegravetre de canalisation reacuteduira au minimum la baisse de pression de lrsquoeau ainsi que lrsquoeacutenergie utiliseacutee par le systegraveme de circulation drsquoeau Un petit diamegravetre de canalisation permettra drsquoopter pour un serpentin moins oneacutereux eacutetant donneacute qursquoil faudra moins de cuivre dans le serpentin Cependant des petits tubes neacutecessiteront une eacutenergie de pompage supeacuterieure et feront augmenter les pheacutenomegravenes drsquousure et drsquoeacuterosion des tubes si une puissance de pompe suffisante est appliqueacutee pour offrir le deacutebit drsquoeau nominal Concregravetement le fait drsquoutiliser un serpentin avec des tubes trop petits reacuteduira la puissance de chauffage fournie par le serpentin En effet le fabricant utilisera vraisemblablement le mecircme circulateur standard quel que soit le serpentin retenu Les TECA hydronic and combo guideline (Directives sur les systegravemes hydroniques et combineacutes de la TECA)1

(article 814) preacutecisent que le deacutebit de lrsquoeau qui traverse le systegraveme de chauffage ne doit pas deacutepasser quatre (4) pieds par seconde

Nombre drsquoailettes par pouce ndash Plus le nombre drsquoailettes par pouce est eacuteleveacute plus la surface de transmission de chaleur et la puissance de chauffage augmentent cela creacutee cependant une baisse de pression supeacuterieure sur le cocircteacute air du serpentin Un certain degreacute de perte de pression dans le serpentin est utile pour assurer un deacutebit drsquoair homogegravene dans le serpentin notamment dans une configuration de laquo purge raquo qui est couramment utiliseacutee dans les ventilo-convecteurs combineacutes servant au chauffage des locauxLes speacutecifications des serpentins de chauffage peuvent faire eacutetat drsquoun nombre drsquoailettes variant de 6 ailettes par pouce agrave 14 ailettes par pouce Les serpentins de chauffage hydronique standard comportent 12 ou 14 ailettes par pouce Les serpentins doteacutes drsquoun grand nombre drsquoailettes sont plus facilement encrasseacutes par de la poussiegravere

1 Thermal Environmental Comfort Association (TECA) Surrey (C-B) Hydronic amp Combo Guidelines for the Design and Installation of Hot Water Heating Systems and Combination Hot Water amp Space Heating Systems 8th Edition August 2009 (Directives concernant les systegravemes hydroniques et combineacutes conception et installation de systegravemes de chauffage drsquoeau chaude et de systegravemes combineacutes de chauffage drsquoeau chaude et de locaux 8e eacutedition aoucirct 2009) [wwwtecaca]

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ou des deacutebris Selon les reacutesultats du logiciel de modeacutelisation du serpentin la preacutesence de 12 ailettes ou mecircme 14 semble ecirctre un choix raisonnable pour un serpentin de chauffage de locaux haute performance agrave condition que le serpentin soit choisi avec une surface suffisamment importante pour maintenir la vitesse frontale de lrsquoair faible agrave la puissance de chauffage theacuteorique

Figure 5 Exemple de serpentin de chauffage de locaux laquo surdimensionneacute raquo utiliseacute dans une application de systegraveme de traitement drsquoair hydronique

83 Moteur de ventilateur

Le systegraveme de traitement drsquoair devrait utiliser un moteur de ventilateur agrave commutation eacutelectronique (MCE) et ecirctre exploiteacute en utilisant un systegraveme de controcircle agrave vitesse multiple ou agrave vitesse variable Cette option permettrait de moduler le deacutebit drsquoair et la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque le systegraveme fonctionne agrave une puissance infeacuterieure agrave sa puissance de chauffage nominale maximaleLa capaciteacute agrave utiliser un mode de circulation continu agrave faible puissance et faible vitesse serait particuliegraverement utile en cas de fonctionnement aux points de consigne de 15 et 40 pour lesquels il est primordial de collecter et de distribuer toute la chaleur reacutesiduelle des serpentins de chauffage la norme P9 tenant compte uniquement de la chaleur qui est reacuteellement transfeacutereacutee dans le courant drsquoair

La modulation du deacutebit drsquoair et de la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation permettra drsquoobtenir des tempeacuteratures drsquoair distribueacute confortables ainsi que des performances de chauffage eacuteleveacutees

Un MCE doteacute drsquoune programmation de deacutebit drsquoair constant surclassera vraisemblablement un MCE qui utilise une programmation de couple constant car le

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systegraveme compensera au moins partiellement les diffeacuterences entre les pressions statiques nominales et les pressions statiques reacuteellement eacutetablies Cette solution peut srsquoaveacuterer indispensable pour srsquoassurer que les performances de la combustion dans des conditions reacuteelles variables correspondent aux performances obtenues lors drsquoessais dans le laboratoire

Une programmation de deacutebit drsquoair constant sera probablement essentielle pour obtenir des performances acceptables dans le cas drsquoun systegraveme combineacute reacuteparti

84 Circulateurpompe

Ilest important de choisir le bon circulateur pour acheminer le deacutebit approprieacute en fonction de la pression statique eacutetablie qui sera en vigueur Les pertes de pression dans les diffeacuterents chauffe-eau agrave la demande varient Le fait drsquoutiliser un circulateur qui fournit un deacutebit trop important se traduira par une petite baisse de tempeacuterature dans le circuit drsquoeau qui traverse le serpentin et par une tempeacuterature drsquoeau de retour eacuteleveacutee vers le chauffe-eau Un deacutebit trop faible entraicircne des capaciteacutes de chauffage faibles Des circulateurs hydroniques sont offerts avec trois vitesses seacutelectionnables et des deacutebits de pompe nominaux Par contre les moteurs utiliseacutes dans les circulateurs types agrave plusieurs vitesses ne sont pas aussi efficaces que les moteurs agrave CE Des circulateurs agrave vitesse variable eacutequipeacutes de moteurs agrave CE font leur apparition sur le marcheacute mais ils ne sont pas encore couramment utiliseacutes dans les applications combineacutees

Ideacutealement les pompes de circulation des systegravemes combineacutes eacutevolueacutes devraient consister en un concept agrave modulation agrave vitesse variable capable drsquoameacuteliorer le rendement et de compenser les diffeacuterentes configurations de canalisation Ce type de concept est deacutejagrave disponible et pourrait ecirctre mis en œuvre degraves maintenant il pourrait aussi ecirctre mis de cocircteacute jusqursquoagrave ce que la prochaine geacuteneacuteration de systegravemes de chauffage combineacutes eacutevolueacutes soit mise au point Les premiers reacutesultats drsquoessais en laboratoire ont montreacute qursquoil est possible drsquoobtenir de bonnes performances conformes agrave la norme CSA P9 sans utiliser des pompes de circulation agrave vitesse variable et des commandes auxiliaires coucircteuses Agrave lrsquoavenir agrave mesure que le coucirct des circulateurs agrave vitesse variable doteacutes de moteurs agrave CE baissera et que les commandes inteacutegreacutees seront mieux accepteacutees leur utilisation dans des applications de chauffage combineacute sera plus rentable

85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)

Si lrsquoon conccediloit le reacuteseau de plomberie de maniegravere agrave pouvoir y installer des bouchons de controcircle de tempeacuterature drsquoeau et de pression les essais internes et les mesures de mise en service seront simplifieacutes De plus il sera plus facile de purger lrsquoair des circuits

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hydroniques Il est possible drsquoutiliser des sondes de tempeacuteratures monteacutees agrave lrsquoexteacuterieur pour effectuer les mesures de mise en service sur le terrain si des sections de conduites de cuivre ameacutenageacutees dans des endroits strateacutegiques sont prises en compte lors de la conception

86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau

Certains chauffe-eau agrave la demande de type chaudiegravere possegravedent des points de consignes et des algorithmes de controcircle distincts pour le chauffage des locaux et celui de lrsquoeau Drsquoautres ont besoin de savoir si la charge concerne le chauffage des locaux ou celui de lrsquoeau potable Dans ce cas on peut utiliser divers capteurs et surveiller eacutegalement les signaux transmis par un deacutebitmegravetre drsquoeau installeacute dans le reacuteseau drsquoeau potable ou un deacutebitmegravetre installeacute dans le circuit de chauffage des locaux Bon nombre de chauffe-eau agrave la demande utilisent de tels capteurs dans leurs circuits de commande de brucircleur afin de faire coiumlncider les allures de chauffe avec les chargesDans les applications combineacutees lrsquoutilisation de commandes capables de diffeacuterencier les charges deacutepend de la logique de controcircle prioritaire de demande drsquoeau chaude domestique

87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes

Les canalisations drsquoeau ameacutenageacutees entre le geacuteneacuterateur de chaleur et le systegraveme combineacute devraient ecirctre dimensionneacutees de maniegravere agrave eacuteviter des baisses de pression excessives

Toutes les canalisations en cuivre exteacuterieures doivent ecirctre isoleacutees conformeacutement aux pratiques de lrsquoindustrie Il se peut que les avantages lieacutes agrave lrsquoisolation des canalisations drsquointerraccordement ne soient pas tregraves importants si les sections de conduites sont courtes et si elles contiennent des tuyaux en polyeacutethylegravene reacuteticuleacute ou un type de conduite similaire preacutesentant moins de perte de chaleur que les conduites en cuivre

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9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes

La preacutesente section contient des directives et certaines observations agrave lrsquointention des fabricants de systegravemes de chauffage combineacutes dans le but drsquoaider ces derniers agrave mettre agrave lrsquoessai leurs systegravemes agrave lrsquointerne Lrsquoexeacutecution drsquoessais agrave lrsquointerne en utilisant un montage simplifieacute permettra aux fabricants de mieux cerner les performances de leurs concepts et commandes prototypes lorsqursquoils sont mis agrave lrsquoessai dans une installation indeacutependante conformeacutement agrave la norme CSA P9 (P10 pour les fabricants de SMI) Les essais en question ne doivent pas forceacutement ecirctre conccedilus pour geacuteneacuterer des reacutesultats de performance preacutecis agrave 100 mais ils sont consideacutereacutes comme indispensables pour le deacuteveloppement et le cycle drsquooptimisation du produit les avantages drsquoun concept et drsquoun fonctionnement de systegraveme ameacutelioreacutes pouvant rapidement sauter aux yeux lorsque lrsquoon compare les reacutesultats des essais reacutealiseacutes laquo avant raquo et laquo apregraves raquo

En geacuteneacuteral il nrsquoest pas rentable de payer un laboratoire drsquoessais indeacutependant pour proceacuteder agrave la premiegravere eacutevaluation drsquoun systegraveme de chauffage combineacute complet Les coucircts lieacutes au laboratoire et les deacutefis lieacutes aux ingeacutenieurs concepteurs qui prescrivent des reacuteglages lorsqursquoils ne sont pas sur place rendent cette option probleacutematique Des essais simplifieacutes reacutealiseacutes dans les propres locaux du fabricant permettent de srsquoassurer que les reacutesultats sont dans la plage approprieacutee degraves le deacutebut

Un scheacutema de montage drsquoessai suggeacutereacute utilisable pour effectuer des mesures conformeacutement agrave la norme CSA P9 est preacutesenteacute dans cette norme La figure 6 ci-dessous illustre une version simplifieacutee de ce scheacutema

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de la piegravece

combineacutes

Appareilsdeconditionnement

Eacutevents pour produits de combustion Appareils de

conditionnement de la piegravece

Salle drsquoessai

Isolant

Meacutelangeur

Approvisionnement en eau

Eacutevents pour air de combustion Conduite drsquoalimentation en combustible

Uniteacute drsquoessai des

systegravemes

Thermocouples Porte Fenecirctre

Mesure de la tempeacuterature et du deacutebit de lrsquoeau

Conduite drsquoair de retour

Thermocouples

Mesure de la tempeacuterature et de lrsquohumiditeacute de lrsquoair

Air drsquoappoint

Mesure du deacutebit drsquoair

Figure 6 Scheacutema simplifieacute illustrant le montage utiliseacute pour exeacutecuter les essais conformeacutement agrave la norme P9 (composants individuels du systegraveme combineacute non illustreacutes)

Le scheacutema preacutesente un dispositif de mesure de lrsquoenthalpie de lrsquoair dans un tunnel baseacute Vsur la norme ASHRAE 37 Lrsquoappareil de mesure de lrsquoair illustreacute sur la figure de la norme utilise un ajutage et un ventilateur drsquoeacutequilibrage pour pouvoir appliquer une technique de mesure du deacutebit drsquoair neacutecessitant une pression diffeacuterentielle eacuteleveacutee (entre 1 et 4 pouces drsquoeau) dans lrsquoajutage Lorsqursquoil est utiliseacute avec des manomegravetres preacutecis cet appareil offre une preacutecision de mesure eacuteleveacutee de lrsquoordre de 1 agrave 2 du deacutebit drsquoair et il geacutenegravere un deacutebit drsquoair bien meacutelangeacute qui permet de mesurer avec preacutecision la tempeacuterature du deacutebit de lrsquoair drsquoalimentation

La norme P9 preacutecise que lrsquoajutage inteacutegreacute agrave lrsquoappareil de mesure de lrsquoenthalpie de lrsquoair en tunnel constitue une meacutethode acceptable pour mesurer le deacutebit drsquoair tout en approuvant expresseacutement (article 36) lrsquoapplication drsquoautres processus de mesure du deacutebit drsquoair agrave condition que les limites de preacutecision mentionneacutees dans la norme soient satisfaites Ceci donne la possibiliteacute drsquoutiliser une technique de mesure du deacutebit drsquoair plus directe ne neacutecessitant pas lrsquoutilisation drsquoun appareil comportant un ventilateur drsquoeacutequilibrage Dans certains cas lrsquoutilisation drsquoune chambre de mesure de deacutebit avec un ventilateur drsquoeacutequilibrage pour reacutegler la pression statique de la conduite drsquoair drsquoalimentation a impliqueacute des problegravemes de stabiliteacute avec des moteurs agrave CE qui ont eacuteteacute

Ressources naturelles Canada CanmetEacuteNERGIE 37 Guide agrave lrsquoattention des fabricants drsquoappareils de chauffage combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessai conformeacutement agrave la norme CSA P9

programmeacutes pour un deacutebit drsquoair constant il est donc avantageux drsquoeacuteviter les ventilateurs drsquoeacutequilibrage

91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz

De nombreux fabricants concevant des systegravemes combineacutes eacutevolueacutes integravegreront des instruments conccedilus pour mesurer la consommation drsquoeacutenergie eacutelectrique la consommation du combustible les performances de combustion la tempeacuterature et la pression (pression du collecteur de gaz pression statique des conduites etc) Si de tels eacutequipements de mesure ne sont pas offerts ilest recommandeacute de les preacutevoirLes compteurs de facturation des compagnies de gaz et drsquoeacutelectriciteacute devraient offrir une preacutecision et une reacutesolution suffisantes pour les essais de deacuteveloppement du produit

92 Enregistreur de donneacutees

Les fabricants devront eacutegalement avoir accegraves agrave un systegraveme drsquoenregistrement de donneacutees dans le cadre de leur travail Il est conseilleacute de preacutevoir un enregistreur qui offre une preacutecision et un nombre de canaux de mesures suffisants pour les tacircches agrave accomplir On estime qursquoil faudra environ huit (8) canaux pour mesurer la tempeacuterature plus quelques canaux analogiques ou numeacuteriques pour prendre en compte les donneacutees des deacutebitmegravetres des transducteurs de pression etc (analogiques ou numeacuteriques selon lrsquoinstrument de mesure seacutelectionneacute) De nombreux fournisseurs proposent un large eacuteventail drsquoenregistreurs de donneacutees Campbell Scientific Fluke Instruments Omega et Measurement Computing (personal DAQ) figurent parmi les fabricants qui proposent des enregistreurs de donneacutees de petite eacutechelle pouvant ecirctre pris en compte Il est recommandeacute de se pencher sur lrsquoassistant logiciel de lrsquoenregistreur de donneacutees seacutelectionneacute au moment drsquoeacutevaluer lrsquoeacutequipement Si le fabricant ne souhaite pas investir dans un enregistreur de donneacutees la location demeure une option mecircme si les eacuteconomies preacutevues dans le cas drsquoune location agrave court terme semblent ecirctre faibles

93 Deacutebit drsquoair

Pour mesurer le deacutebit drsquoair pendant les essais agrave lrsquointerne il est recommandeacute drsquoutiliser une grille de deacutebit drsquoair avec eacutetablissement de moyenne installeacutee dans la conduite drsquoair drsquoalimentation en conjonction avec un manomegravetre diffeacuterentiel de preacutecision De nombreux fournisseurs proposent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans un large eacuteventail de tailles et ces deacutebitmegravetres sont relativement peu chers car ils sont souvent utiliseacutes dans des systegravemes commerciaux de chauffage et de refroidissement agrave deacutebit drsquoair variable Si lrsquoon fait une recherche dans Google en utilisant le segment laquo deacutebitmegravetres drsquoair raquo on trouve plusieurs fournisseurs et liens permettant

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drsquoobtenir de plus amples informations sur le sujet Nailor Industries Inc et Dwyer Instruments sont deux socieacuteteacutes quioffrent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans une grande varieacuteteacute de tailles de conduites

94 Manomegravetres

On trouve eacutegalement de nombreux manomegravetres diffeacuterentiels sur le marcheacute dont les modegraveles varient des manomegravetres agrave tube inclineacute aux transducteurs numeacuteriques de preacutecision Il est important de bien faire correspondre la plage de mesure du transducteur ou du manomegravetre avec la pression fournie par le deacutebitmegravetre sur la plage de deacutebits drsquoair preacutevue Dans le cas des transducteurs numeacuteriques des instruments capacitifs sont reacuteputeacutes bien fonctionner dans la plage de pression diffeacuterentielle basse qui serait normalement prescrite (environ 05 pouce de diffeacuterence de colonne drsquoeau) Setra Instruments MKS Instruments (Baratron) Dwyer Instruments et drsquoautres socieacuteteacutes proposent des transducteurs de pression diffeacuterentielle capacitifs plage basse adapteacutes

95 Tempeacuteratures

Les tempeacuteratures drsquoair drsquoarriveacutee et de sortie peuvent ecirctre mesureacutees en utilisant des thermocouples des thermistances ou des capteurs de conduite geacuteneacuterant une valeur moyenne Du fait de son bas coucirct de sa faciliteacute drsquoutilisation et de sa preacutesence agrave grande eacutechelle sur le marcheacute le thermocouple semble ecirctre lrsquoinstrument approprieacute pour cette application Il est possible de fabriquer un reacuteseau de thermocouples agrave partir drsquoune bobine de fil de thermocouple et de les raccorder entre eux en parallegravele de maniegravere agrave geacuteneacuterer une seule donneacutee repreacutesentant la valeur moyenne De nombreux fournisseurs offrent des fils agrave thermocouple notamment les socieacuteteacutes Thermo Electric Company Inc Omega Inc Watlow Inc etc Il est eacutegalement possible de fabriquer des sondes de tempeacuterature agrave partir des mecircmes fils de thermocouple pour surveiller drsquoautres paramegravetres tels que les tempeacuteratures drsquoeau Il est important de bien utiliser un fil agrave thermocouple plutocirct qursquoun fil de rallonge de lrsquoeacutechelle de mesure identique mais moins preacutecis

96 Mesures du cocircteacute eau

Pour effectuer des mesures du cocircteacute eau dans les serpentins il est neacutecessaire de posseacuteder un deacutebitmegravetre et des sondes de tempeacuterature Ces mesures pourraient ecirctre reacutealiseacutees en utilisant des capteurs distincts (deacutebitmegravetre drsquoeau et sondes de tempeacuterature distinctes par exemple) Il est important de srsquoassurer que lrsquoinsertion drsquoun deacutebitmegravetre dans la boucle drsquoeau ne modifie pas le deacutebit de la pompe de circulation Cela est particuliegraverement important avec des circulateurs agrave faible puissance geacuteneacuteralement utiliseacutes dans des applications combineacutees pour lesquelles lrsquoinstallation drsquoun deacutebitmegravetre agrave turbine conventionnel agrave baisse de pression eacuteleveacutee peut restreindre le deacutebit drsquoeau Ilexiste des deacutebitmegravetres preacutecis sans perte de pression eacuteleveacutee Certains appareils

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peuvent ecirctre acheteacutes deacutejagrave conditionneacutes avec des sondes de tempeacuterature en guise de laquo compteurs drsquoeacutenergie raquo Ils mesurent simultaneacutement les tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de lrsquoeau de retour ainsi que le deacutebit de lrsquoeau et calculent directement le flux drsquoeacutenergie en srsquoappuyant sur ces mesuresKamstrup Siemens Badger Meters Elster Metering ABB Meters et drsquoautres socieacuteteacutes offrent ce type drsquoappareils Les compteurs drsquoeacutenergie autonomes sont habituellement configureacutes avec certains dispositifs permettant de lire les diffeacuterents paramegravetres ainsi que les flux drsquoeacutenergie calculeacutes La plupart offre une fonction de stockage des donneacutees internes etou des sorties numeacuteriques pouvant ecirctre interfaceacutees avec des enregistreurs de donneacutees externes

97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne

La norme CSA P9 exige que le chauffage des locaux soit deacutefini en utilisant deux mesures (cocircteacute air et cocircteacute eau) avec une entente dans une toleacuterance acceptable pour la mise agrave lrsquoessai du systegraveme de chauffage de locaux agrave pleine capaciteacute constant Dans le cas des mesures agrave lrsquointerne entreprises par un fabricant dans le cadre drsquoun projet de deacuteveloppement de produit cibleacute lrsquoentente entre les mesures du cocircteacute air et du cocircteacute eau nrsquoest pas forceacutement requise On suggegravere aux fabricants de se concentrer sur les mesures qui ciblent la strateacutegie de controcircle ou de composant propre agrave lrsquoeacutetude Par exemple si des strateacutegies diffeacuterentes de temporisation du ventilateur ou laquo apregraves fonctionnement raquo sont eacutevalueacutees il est bien plus important de se concentrer sur les mesures du cocircteacute air que drsquoessayer drsquoatteindre un eacutequilibre entre le cocircteacute air et le cocircteacute eau Selon la quantiteacute drsquoeacutenergie laisseacutee dans le serpentin drsquoeau lorsque le ventilateur de soufflante srsquoarrecircte et drsquoautres pertes drsquoeacutenergie du systegraveme il est possible qursquoil nrsquoy ait pas drsquoeacutequilibre drsquoeacutenergie entre les mesures du cocircteacute air et les mesures du cocircteacute eau mecircme avec un instrument des mesures et des calculs laquo parfaits raquo

La norme CSA P9 exige une mesure du deacutebit drsquoair et des tempeacuteratures au moins toutes les cinq (5) secondes Dans le cas des essais agrave lrsquointerne cette freacutequence pourrait ecirctre assouplie pour certaines eacutetapes drsquoessai Par ailleurs une conformiteacute totale agrave la norme P9 suppose un controcircle preacutecis de la tempeacuterature de la salle drsquoessai ougrave se trouve le systegraveme combineacute en vue des essais ainsiqursquoun controcircle preacutecis de la tempeacuterature de lrsquoeau de la ville Dans le cas des essais de deacuteveloppement agrave lrsquointerne ces exigences peuvent eacutegalement ecirctre assouplies agrave condition que les tempeacuteratures ne varient pas trop pendant les essais Un espace commercial conditionneacute ayant une dimension raisonnable ferait lrsquoaffaire au moins pour les phases drsquoessai et de deacuteveloppement initiales

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Flue(combustionmeasurements)

SupplyAirtoSpaceHeatingPlenum

(optionalzonedampers)

ReturnAir

CityWater

TanklessWaterHeater

HotWaterSupplyfromWaterHeater

DHW

CoolWaterreturntoWaterheater

Temperaturemeasurementpoints

Fuelmeter

Flowmeter

Electricalmeteringnotshown

Circulator

98 Agencement des instruments

La figure 7 preacutesente un scheacutema simplifieacute permettant drsquoillustrer lrsquoagencement geacuteneacuteral des emplacements et des paramegravetres de mesure en vue de la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute de chauffe-eau instantaneacute agrave condensation Le deacutebit drsquoair qui traverse la conduite drsquoalimentation du systegraveme de traitement drsquoair sera surveilleacute en utilisant un deacutebitmegravetre agrave valeur moyenne et un manomegravetre (non illustreacute) tel que cela est deacutecrit agrave lrsquoarticle 73

T

T

T T

T T

Alimentation en eau chaude provenant du chauffe-eau

Conduit (mesures de combustion)

Eau chaude domestique

Systegraveme de mesure du combustible

Air dereprise

Retourde lrsquoeau froide vers lechauffe-eau

Chauffe-eau instantaneacute

Air drsquoalimentation achemineacute versle pleacutenum de chauffage(registres de zone facultatifs)

Eau municipale

Deacutebitmegravetre

T

(compteur eacutelectrique non illustreacute)

Points de mesure de la tempeacuterature Circulateur

Figure 8 Scheacutema de mesure simplifieacute applicable agrave la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute baseacute sur un chauffe-eau instantaneacute

Ressources naturelles Canada CanmetEacuteNERGIE 41 Guide agrave lrsquoattention des fabricants drsquoappareils de chauffage combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessai conformeacutement agrave la norme CSA P9

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CanmetEacuteNERGIE CanmetEacuteNERGIE de Ressources naturelles Canada est un chef de file canadien dans le domaine de la recherche et deacuteveloppement en eacutenergie propre Les travaux de nos speacutecialistes portent sur lrsquoapprovisionnement drsquoeacutenergie propre agrave partir de combustibles fossiles et de sources renouvelables la gestion de lrsquoeacutenergie et les systegravemes de distribution ainsi que sur les technologies et processus avanceacutes pour les utilisations finales En veillant agrave ce que le Canada soit agrave la fine pointe des technologies sur lrsquoeacutenergie propre nous ameacuteliorons la qualiteacute de vie des Canadiens en creacuteant un avantage durable en matiegravere de ressources

Bureau central Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) 580 rue Booth 1 promenade Oil Patch 1 promenade Haanel 161 boulevard Lionel-Boulet Ottawa (Ontario) Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) Canada Canada Canada Canada K1A 0E4 T9G 1A8 K1A 1M1 J3X 1S6

  • Guide pour les fabricants drsquoappareils de chauffage combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessai conformeacutement agrave la norme CSA P9
    • Remerciements
    • 1 Reacutesumeacute
    • 2 Systegravemes agrave zones
    • Table des matiegraveres
    • Liste des tableaux et figures
    • 3 Contexte
      • 31 Objet
      • 32 Public cible
      • 33 Marcheacute
      • 34 Pratiques en vigueur dans lrsquoindustrie
      • 35 Expeacuterience en matiegravere drsquoeacutevaluation
      • 36 Deacutefi principal Utiliser des chauffe-eau pour chauffer des locaux de maniegravere eacuteconergeacutetique
      • 37 Approche par eacutetapes
        • 4 Charges de calcul ndash performances selon la norme CSA p9
          • 41 Facteur de performance thermique (FPT)
          • 42 Chauffage de lrsquoeau
          • 43 Chauffage des locaux
          • 44 Importance relative des charges de chauffage des locaux et de lrsquoeau
            • 5 Chauffage de lrsquoeau domestique
            • 6 Conception des systegravemes combineacutes
              • 61 Incidence des pondeacuterations de charge
                • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                • Reacuteduction des tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour
                  • 62 Strateacutegies de conception
                  • 63 Strateacutegie 1 Tempeacuterature drsquoeau constante
                    • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                    • Serpentin(s) de chauffage des locaux
                    • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                    • Illustration des performances selon la norme P9
                    • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                      • 64 Strateacutegie 2 Tempeacuterature drsquoeau variable
                        • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                        • Serpentin(s) de chauffage de locaux
                        • Conditions de chauffage de locaux en charge partielle
                        • Illustration des performances P9
                        • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                            • 7 Commandes
                              • Commandes indirectes baseacutees sur la tempeacuterature
                              • Commandes indirectes baseacutees sur le minuteur
                              • Controcircle direct
                              • Chauffe-eau -Mode de chauffage de lrsquoeau du robinet
                                • 8 Composants
                                  • 81 Systegraveme de traitement drsquoair
                                  • 82 Serpentins de chauffage de locaux
                                  • 83 Moteur de ventilateur
                                  • 84 Circulateurpompe
                                  • 85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)
                                  • 86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau
                                  • 87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes
                                    • 9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes
                                      • 91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz
                                      • 92 Enregistreur de donneacutees
                                      • 93 Deacutebit drsquoair
                                      • 94 Manomegravetres
                                      • 95 Tempeacuteratures
                                      • 96 Mesures du cocircteacute eau
                                      • 97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne
                                      • 98 Agencement des instruments
Page 32: Guide pour les fabricants d’appareils de chauffage ...€¦ · Le présent rapport explique comment la norme d’essai P.9 pondère le rendement dans différents modes de fonctionnement

e

Mode drsquoattente Chauffe-eauagrave la demande en attente de signal

Demande de chauffage (lrsquoeaucircule dans le chauffe-eau)

Demandedrsquoeauchaude

domestique

Activationdu chauffagede lrsquoeacutetape 1 THERM90 ordmF Ventilateur Vitesse 1 Deacuteclencherle minuteursur 5 min

Demandesatisfaite avantlrsquoexpiration

du deacutelaiduminuteur

Oui

Oui

No

Reacuteglage du THERM sur le point de consigne de lrsquoeau chaude domestique THERM = 140 degF Couperlecirculateurde chauffagedelocaux (facultatif) Attendre lafin de la demande drsquoeau chaude domestique

Demande de

chauffage satisfait

Non

Oui

Activation du chauffage de lrsquoeacutetape 2 THERM = 105 degF Ventilateur Vitesse 2 Deacuteclencher le minuteur sur3 min

Activation du chauffage de lrsquoeacutetape 3 THERM = 120 degF Ventilateur Vitesse 3 Deacuteclencher le minuteur sur3 min

Activation du chauffage MAX THERM = 140 degF Ventilateur Vitesse 4 Mettrefin agravelademande de chauffage

Figure 3 Logique de lrsquoalgorithme simplifieacute de commande de chauffe-eau pour unsceacutenario de chauffage en quatre eacutetapes

Voici trois options de commande de vitesse de ventilateur de systegraveme de traitement drsquoair associeacutees agrave la meacutethode de chauffage drsquoeau illustreacutee agrave la figure 3

Commandes indirectes baseacutees sur la tempeacuteratureRaccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont bien distinctes les unes des autres mais elles fonctionnement de maniegravere compleacutementaire

Ressources naturelles Canada CanmetEacuteNERGIE 27 Guide agrave lrsquoattention des fabricants drsquoappareils de chauffage combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessai conformeacutement agrave la norme CSA P9

Principe de fonctionnement Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetecte la tempeacuterature de lrsquoeau chaude drsquoadmissionPlus la tempeacuterature de lrsquoeau est eacuteleveacutee plus les commandes du systegraveme de traitement drsquoair augmentent le deacutebit drsquoair

Discussion Les commandes du chauffe-eau augmentent la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque la demande nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetecte la tempeacuterature plus eacuteleveacutee et fait circuler plus drsquoair dans les serpentins pour lrsquoutiliser

Aspect meacutecanique Un puits de tempeacuterature est installeacute dans la conduite drsquoeau drsquoalimentation drsquoarriveacutee agrave lrsquointeacuterieur du systegraveme de traitement drsquoairLe reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur serait ajusteacute en installant un module de commande de systegraveme de traitement drsquoair qui mesure la tempeacuterature de lrsquoeau achemineacutee au systegraveme de traitement drsquoair depuis le chauffe-eau pendant une demande de chauffage de locaux transmise au systegraveme de traitement drsquoair La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signal de commande transmis au panneau de controcircle du systegraveme de traitement drsquoair par le thermostat du systegraveme de CVCA

Commandes indirectes baseacutees sur le minuteur Raccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont bien distinctes les unes des autres mais elles fonctionnement de maniegravere compleacutementaire

Principe de fonctionnement Le deacutebit drsquoair du systegraveme de traitement drsquoair varie en fonction de la dureacutee de la demande de chauffage afin de coiumlncider avec les minutages de commande de tempeacuterature indiqueacutes agrave la figure 3

Discussion Les commandes du chauffe-eau augmentent la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque la demande nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetermine la dureacutee de la demande de chauffage et fait circuler plus drsquoair dans les serpentins afin de se conformer aux eacutetapes de tempeacuterature programmeacutees

Aspect meacutecanique Le reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur serait ajusteacute en installant un module de commande de systegraveme de traitement drsquoair qui reacutegule le deacutebit drsquoair en fonction de la dureacutee de la demande de chauffage La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signalde commande transmis au panneau de controcircle du systegraveme de traitement drsquoair par le thermostat du systegraveme de CVCA

Controcircle direct Raccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont toutes deux controcircleacutees au moyen drsquoun nouveau controcircleur combineacute inteacutegreacute posseacutedant une interface directe avec le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair

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Principe de fonctionnement Le nouveau controcircleur fait varier le deacutebit drsquoair du systegraveme de traitement drsquoair et la tempeacuterature de lrsquoeau de maniegravere agrave optimiser le rendement du chauffage

Discussion Cette strateacutegie de controcircle direct suppose le deacuteveloppement drsquoun nouveau composant de commande Le controcircleur peut utiliser des reacuteglages de fonctionnement plus sophistiqueacutes afin drsquoameacuteliorer le rendement dans tous les modes de fonctionnement

Aspect meacutecanique Le reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur et la tempeacuterature de lrsquoeau achemineacutee au systegraveme de traitement drsquoair seraient directement controcircleacutes par un nouveau controcircleur combineacute inteacutegreacute La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signal de commande transmis au controcircleur par le thermostat du systegraveme de CVCA

Chauffe-eau - Mode de chauffage de lrsquoeau du robinet Les algorithmes de chauffage de lrsquoeau du robinet ne changent pas par rapport agrave ceux du module de commande standard La seule diffeacuterence reacuteside dans le fait que le chauffe-eau utilise un contacteur de deacutebit ou un deacutebitmegravetre pour repeacuterer un tirage drsquoeau chaude (ou une arriveacutee drsquoeau froide) et comprendre qursquoune demande de chauffage drsquoeau a eacuteteacute faite Si une demande de chauffage de locaux intervient simultaneacutement le chauffe-eau pourrait honorer les deux demandes en tenant compte du reacuteglage de tempeacuterature de sortie requise de lrsquoeau du robinet Une autre option consisterait agrave prendre en compte par deacutefaut le reacuteglage du mode de chauffage de lrsquoeau Un mode de controcircle plus sophistiqueacute pourrait potentiellement temporiser le chauffage des locaux lorsque cela srsquoavegravere neacutecessaire pour reacutepondre agrave des demandes de chauffage drsquoeau eacuteleveacutees ou pour activer la distribution de chauffage des locaux en utilisant des reacuteglages de tempeacuterature optimiseacutes Ce cas de figure est illustreacute agrave la figure 4

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8 Composants

Pour bien fonctionner les systegravemes de chauffage combineacutes doivent ecirctre doteacutes de composants haute performance que ce soit dans une configuration dite laquo installeacutee raquo ou dans une configuration drsquoessai selon la norme CSA P9 La preacutesente section a pour objectif drsquoaider les fabricants de chauffe-eau agrave la demande

bull agrave concevoir leur propre systegraveme de traitement drsquoair

bull agrave eacutetablir un partenariat avec un autre fabricant qui fournirait un systegraveme de traitement drsquoair pour leur systegraveme apregraves avoir deacutetermineacute

ndash les composants requis

ndash la mesure dans laquelle un modegravele de systegraveme de traitement drsquoair existant aurait besoin drsquoecirctre affineacute pour reacutepondre agrave leurs besoins

bull agrave eacutetablir les modifications qursquoil faut apporter au systegraveme monobloc dans son ensemble pour ameacuteliorer les performances

81 Systegraveme de traitement drsquoair

Le systegraveme de traitement drsquoair doit inclure les composants neacutecessaires pour fournir de la chaleur et faire circuler de lrsquoair Les eacuteleacutements agrave prendre en compte sont des serpentins de chauffage de locaux un moteur de ventilateur une pompe et un puits de tempeacuterature Ces eacuteleacutements sont deacutecrits plus en deacutetail ci-dessous

82 Serpentins de chauffage de locaux

Les serpentins de chauffage de locaux doivent ecirctre dimensionneacutes de maniegravere approprieacutee pour que le chauffage des locaux puisse avoir lieu avec une tempeacuterature drsquoalimentation suffisamment basse et une baisse de tempeacuterature de lrsquoeau suffisante pour favoriser la condensation dans le geacuteneacuterateur de chaleur lorsque le systegraveme fonctionne en conditions de charge partielle (et ideacutealement en conditions de pleine charge eacutegalement)

Geacuteneacuteralement les serpentins quiextraient la chaleur de lrsquoeau sont conccedilus et choisis en tenant compte drsquoune baisse de tempeacuterature de lrsquoeau drsquoenviron 11 degC (20 degF) le long des serpentins aux conditions de chauffage nominales La seacutelection preacutealable du serpentin peut ecirctre faite en utilisant un logiciel deacutejagrave proposeacute par divers fabricants de serpentins Dans la plupart des cas le modegravele logiciel calcule la puissance de chauffage drsquoun

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serpentin de chauffage agrave eau chaude en se fondant sur la mesure des performances du conditionnement drsquoair pour des serpentins ayant une construction et des geacuteomeacutetries similaires Du coup la puissance de chauffage reacuteelle pour une condition nominale donneacutee peut diffeacuterer leacutegegraverement de celle preacutedite par le logiciel

Ilest recommandeacute de veacuterifier la performance reacuteelle du serpentin choisi (puissance de chauffage baisse de la tempeacuterature de lrsquoeau baisse de la pression statique sur le cocircteacute air et eau) en effectuant des essais internes Lorsque cette eacutetape a eacuteteacute exeacutecuteacutee le modegravele logiciel peut fournir une aide preacutecieuse pour seacutelectionner le serpentin et devrait proposer des indications plutocirct fiables concernant les changements de performance du serpentin aux diffeacuterentes conditions projeteacutees Les informations ainsi collecteacutees devraient ecirctre utiles pour concevoir et affiner des reacuteglages et des strateacutegies de controcircle plus eacutevolueacutes en vue drsquooptimiser le rendement du systegraveme en conditions de chauffage en charge partielle

Voici les eacuteleacutements agrave prendre en compte

Diamegravetre du serpentin drsquoeau et nombre de spires ndash Un grand diamegravetre de canalisation reacuteduira au minimum la baisse de pression de lrsquoeau ainsi que lrsquoeacutenergie utiliseacutee par le systegraveme de circulation drsquoeau Un petit diamegravetre de canalisation permettra drsquoopter pour un serpentin moins oneacutereux eacutetant donneacute qursquoil faudra moins de cuivre dans le serpentin Cependant des petits tubes neacutecessiteront une eacutenergie de pompage supeacuterieure et feront augmenter les pheacutenomegravenes drsquousure et drsquoeacuterosion des tubes si une puissance de pompe suffisante est appliqueacutee pour offrir le deacutebit drsquoeau nominal Concregravetement le fait drsquoutiliser un serpentin avec des tubes trop petits reacuteduira la puissance de chauffage fournie par le serpentin En effet le fabricant utilisera vraisemblablement le mecircme circulateur standard quel que soit le serpentin retenu Les TECA hydronic and combo guideline (Directives sur les systegravemes hydroniques et combineacutes de la TECA)1

(article 814) preacutecisent que le deacutebit de lrsquoeau qui traverse le systegraveme de chauffage ne doit pas deacutepasser quatre (4) pieds par seconde

Nombre drsquoailettes par pouce ndash Plus le nombre drsquoailettes par pouce est eacuteleveacute plus la surface de transmission de chaleur et la puissance de chauffage augmentent cela creacutee cependant une baisse de pression supeacuterieure sur le cocircteacute air du serpentin Un certain degreacute de perte de pression dans le serpentin est utile pour assurer un deacutebit drsquoair homogegravene dans le serpentin notamment dans une configuration de laquo purge raquo qui est couramment utiliseacutee dans les ventilo-convecteurs combineacutes servant au chauffage des locauxLes speacutecifications des serpentins de chauffage peuvent faire eacutetat drsquoun nombre drsquoailettes variant de 6 ailettes par pouce agrave 14 ailettes par pouce Les serpentins de chauffage hydronique standard comportent 12 ou 14 ailettes par pouce Les serpentins doteacutes drsquoun grand nombre drsquoailettes sont plus facilement encrasseacutes par de la poussiegravere

1 Thermal Environmental Comfort Association (TECA) Surrey (C-B) Hydronic amp Combo Guidelines for the Design and Installation of Hot Water Heating Systems and Combination Hot Water amp Space Heating Systems 8th Edition August 2009 (Directives concernant les systegravemes hydroniques et combineacutes conception et installation de systegravemes de chauffage drsquoeau chaude et de systegravemes combineacutes de chauffage drsquoeau chaude et de locaux 8e eacutedition aoucirct 2009) [wwwtecaca]

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ou des deacutebris Selon les reacutesultats du logiciel de modeacutelisation du serpentin la preacutesence de 12 ailettes ou mecircme 14 semble ecirctre un choix raisonnable pour un serpentin de chauffage de locaux haute performance agrave condition que le serpentin soit choisi avec une surface suffisamment importante pour maintenir la vitesse frontale de lrsquoair faible agrave la puissance de chauffage theacuteorique

Figure 5 Exemple de serpentin de chauffage de locaux laquo surdimensionneacute raquo utiliseacute dans une application de systegraveme de traitement drsquoair hydronique

83 Moteur de ventilateur

Le systegraveme de traitement drsquoair devrait utiliser un moteur de ventilateur agrave commutation eacutelectronique (MCE) et ecirctre exploiteacute en utilisant un systegraveme de controcircle agrave vitesse multiple ou agrave vitesse variable Cette option permettrait de moduler le deacutebit drsquoair et la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque le systegraveme fonctionne agrave une puissance infeacuterieure agrave sa puissance de chauffage nominale maximaleLa capaciteacute agrave utiliser un mode de circulation continu agrave faible puissance et faible vitesse serait particuliegraverement utile en cas de fonctionnement aux points de consigne de 15 et 40 pour lesquels il est primordial de collecter et de distribuer toute la chaleur reacutesiduelle des serpentins de chauffage la norme P9 tenant compte uniquement de la chaleur qui est reacuteellement transfeacutereacutee dans le courant drsquoair

La modulation du deacutebit drsquoair et de la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation permettra drsquoobtenir des tempeacuteratures drsquoair distribueacute confortables ainsi que des performances de chauffage eacuteleveacutees

Un MCE doteacute drsquoune programmation de deacutebit drsquoair constant surclassera vraisemblablement un MCE qui utilise une programmation de couple constant car le

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systegraveme compensera au moins partiellement les diffeacuterences entre les pressions statiques nominales et les pressions statiques reacuteellement eacutetablies Cette solution peut srsquoaveacuterer indispensable pour srsquoassurer que les performances de la combustion dans des conditions reacuteelles variables correspondent aux performances obtenues lors drsquoessais dans le laboratoire

Une programmation de deacutebit drsquoair constant sera probablement essentielle pour obtenir des performances acceptables dans le cas drsquoun systegraveme combineacute reacuteparti

84 Circulateurpompe

Ilest important de choisir le bon circulateur pour acheminer le deacutebit approprieacute en fonction de la pression statique eacutetablie qui sera en vigueur Les pertes de pression dans les diffeacuterents chauffe-eau agrave la demande varient Le fait drsquoutiliser un circulateur qui fournit un deacutebit trop important se traduira par une petite baisse de tempeacuterature dans le circuit drsquoeau qui traverse le serpentin et par une tempeacuterature drsquoeau de retour eacuteleveacutee vers le chauffe-eau Un deacutebit trop faible entraicircne des capaciteacutes de chauffage faibles Des circulateurs hydroniques sont offerts avec trois vitesses seacutelectionnables et des deacutebits de pompe nominaux Par contre les moteurs utiliseacutes dans les circulateurs types agrave plusieurs vitesses ne sont pas aussi efficaces que les moteurs agrave CE Des circulateurs agrave vitesse variable eacutequipeacutes de moteurs agrave CE font leur apparition sur le marcheacute mais ils ne sont pas encore couramment utiliseacutes dans les applications combineacutees

Ideacutealement les pompes de circulation des systegravemes combineacutes eacutevolueacutes devraient consister en un concept agrave modulation agrave vitesse variable capable drsquoameacuteliorer le rendement et de compenser les diffeacuterentes configurations de canalisation Ce type de concept est deacutejagrave disponible et pourrait ecirctre mis en œuvre degraves maintenant il pourrait aussi ecirctre mis de cocircteacute jusqursquoagrave ce que la prochaine geacuteneacuteration de systegravemes de chauffage combineacutes eacutevolueacutes soit mise au point Les premiers reacutesultats drsquoessais en laboratoire ont montreacute qursquoil est possible drsquoobtenir de bonnes performances conformes agrave la norme CSA P9 sans utiliser des pompes de circulation agrave vitesse variable et des commandes auxiliaires coucircteuses Agrave lrsquoavenir agrave mesure que le coucirct des circulateurs agrave vitesse variable doteacutes de moteurs agrave CE baissera et que les commandes inteacutegreacutees seront mieux accepteacutees leur utilisation dans des applications de chauffage combineacute sera plus rentable

85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)

Si lrsquoon conccediloit le reacuteseau de plomberie de maniegravere agrave pouvoir y installer des bouchons de controcircle de tempeacuterature drsquoeau et de pression les essais internes et les mesures de mise en service seront simplifieacutes De plus il sera plus facile de purger lrsquoair des circuits

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hydroniques Il est possible drsquoutiliser des sondes de tempeacuteratures monteacutees agrave lrsquoexteacuterieur pour effectuer les mesures de mise en service sur le terrain si des sections de conduites de cuivre ameacutenageacutees dans des endroits strateacutegiques sont prises en compte lors de la conception

86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau

Certains chauffe-eau agrave la demande de type chaudiegravere possegravedent des points de consignes et des algorithmes de controcircle distincts pour le chauffage des locaux et celui de lrsquoeau Drsquoautres ont besoin de savoir si la charge concerne le chauffage des locaux ou celui de lrsquoeau potable Dans ce cas on peut utiliser divers capteurs et surveiller eacutegalement les signaux transmis par un deacutebitmegravetre drsquoeau installeacute dans le reacuteseau drsquoeau potable ou un deacutebitmegravetre installeacute dans le circuit de chauffage des locaux Bon nombre de chauffe-eau agrave la demande utilisent de tels capteurs dans leurs circuits de commande de brucircleur afin de faire coiumlncider les allures de chauffe avec les chargesDans les applications combineacutees lrsquoutilisation de commandes capables de diffeacuterencier les charges deacutepend de la logique de controcircle prioritaire de demande drsquoeau chaude domestique

87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes

Les canalisations drsquoeau ameacutenageacutees entre le geacuteneacuterateur de chaleur et le systegraveme combineacute devraient ecirctre dimensionneacutees de maniegravere agrave eacuteviter des baisses de pression excessives

Toutes les canalisations en cuivre exteacuterieures doivent ecirctre isoleacutees conformeacutement aux pratiques de lrsquoindustrie Il se peut que les avantages lieacutes agrave lrsquoisolation des canalisations drsquointerraccordement ne soient pas tregraves importants si les sections de conduites sont courtes et si elles contiennent des tuyaux en polyeacutethylegravene reacuteticuleacute ou un type de conduite similaire preacutesentant moins de perte de chaleur que les conduites en cuivre

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9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes

La preacutesente section contient des directives et certaines observations agrave lrsquointention des fabricants de systegravemes de chauffage combineacutes dans le but drsquoaider ces derniers agrave mettre agrave lrsquoessai leurs systegravemes agrave lrsquointerne Lrsquoexeacutecution drsquoessais agrave lrsquointerne en utilisant un montage simplifieacute permettra aux fabricants de mieux cerner les performances de leurs concepts et commandes prototypes lorsqursquoils sont mis agrave lrsquoessai dans une installation indeacutependante conformeacutement agrave la norme CSA P9 (P10 pour les fabricants de SMI) Les essais en question ne doivent pas forceacutement ecirctre conccedilus pour geacuteneacuterer des reacutesultats de performance preacutecis agrave 100 mais ils sont consideacutereacutes comme indispensables pour le deacuteveloppement et le cycle drsquooptimisation du produit les avantages drsquoun concept et drsquoun fonctionnement de systegraveme ameacutelioreacutes pouvant rapidement sauter aux yeux lorsque lrsquoon compare les reacutesultats des essais reacutealiseacutes laquo avant raquo et laquo apregraves raquo

En geacuteneacuteral il nrsquoest pas rentable de payer un laboratoire drsquoessais indeacutependant pour proceacuteder agrave la premiegravere eacutevaluation drsquoun systegraveme de chauffage combineacute complet Les coucircts lieacutes au laboratoire et les deacutefis lieacutes aux ingeacutenieurs concepteurs qui prescrivent des reacuteglages lorsqursquoils ne sont pas sur place rendent cette option probleacutematique Des essais simplifieacutes reacutealiseacutes dans les propres locaux du fabricant permettent de srsquoassurer que les reacutesultats sont dans la plage approprieacutee degraves le deacutebut

Un scheacutema de montage drsquoessai suggeacutereacute utilisable pour effectuer des mesures conformeacutement agrave la norme CSA P9 est preacutesenteacute dans cette norme La figure 6 ci-dessous illustre une version simplifieacutee de ce scheacutema

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de la piegravece

combineacutes

Appareilsdeconditionnement

Eacutevents pour produits de combustion Appareils de

conditionnement de la piegravece

Salle drsquoessai

Isolant

Meacutelangeur

Approvisionnement en eau

Eacutevents pour air de combustion Conduite drsquoalimentation en combustible

Uniteacute drsquoessai des

systegravemes

Thermocouples Porte Fenecirctre

Mesure de la tempeacuterature et du deacutebit de lrsquoeau

Conduite drsquoair de retour

Thermocouples

Mesure de la tempeacuterature et de lrsquohumiditeacute de lrsquoair

Air drsquoappoint

Mesure du deacutebit drsquoair

Figure 6 Scheacutema simplifieacute illustrant le montage utiliseacute pour exeacutecuter les essais conformeacutement agrave la norme P9 (composants individuels du systegraveme combineacute non illustreacutes)

Le scheacutema preacutesente un dispositif de mesure de lrsquoenthalpie de lrsquoair dans un tunnel baseacute Vsur la norme ASHRAE 37 Lrsquoappareil de mesure de lrsquoair illustreacute sur la figure de la norme utilise un ajutage et un ventilateur drsquoeacutequilibrage pour pouvoir appliquer une technique de mesure du deacutebit drsquoair neacutecessitant une pression diffeacuterentielle eacuteleveacutee (entre 1 et 4 pouces drsquoeau) dans lrsquoajutage Lorsqursquoil est utiliseacute avec des manomegravetres preacutecis cet appareil offre une preacutecision de mesure eacuteleveacutee de lrsquoordre de 1 agrave 2 du deacutebit drsquoair et il geacutenegravere un deacutebit drsquoair bien meacutelangeacute qui permet de mesurer avec preacutecision la tempeacuterature du deacutebit de lrsquoair drsquoalimentation

La norme P9 preacutecise que lrsquoajutage inteacutegreacute agrave lrsquoappareil de mesure de lrsquoenthalpie de lrsquoair en tunnel constitue une meacutethode acceptable pour mesurer le deacutebit drsquoair tout en approuvant expresseacutement (article 36) lrsquoapplication drsquoautres processus de mesure du deacutebit drsquoair agrave condition que les limites de preacutecision mentionneacutees dans la norme soient satisfaites Ceci donne la possibiliteacute drsquoutiliser une technique de mesure du deacutebit drsquoair plus directe ne neacutecessitant pas lrsquoutilisation drsquoun appareil comportant un ventilateur drsquoeacutequilibrage Dans certains cas lrsquoutilisation drsquoune chambre de mesure de deacutebit avec un ventilateur drsquoeacutequilibrage pour reacutegler la pression statique de la conduite drsquoair drsquoalimentation a impliqueacute des problegravemes de stabiliteacute avec des moteurs agrave CE qui ont eacuteteacute

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programmeacutes pour un deacutebit drsquoair constant il est donc avantageux drsquoeacuteviter les ventilateurs drsquoeacutequilibrage

91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz

De nombreux fabricants concevant des systegravemes combineacutes eacutevolueacutes integravegreront des instruments conccedilus pour mesurer la consommation drsquoeacutenergie eacutelectrique la consommation du combustible les performances de combustion la tempeacuterature et la pression (pression du collecteur de gaz pression statique des conduites etc) Si de tels eacutequipements de mesure ne sont pas offerts ilest recommandeacute de les preacutevoirLes compteurs de facturation des compagnies de gaz et drsquoeacutelectriciteacute devraient offrir une preacutecision et une reacutesolution suffisantes pour les essais de deacuteveloppement du produit

92 Enregistreur de donneacutees

Les fabricants devront eacutegalement avoir accegraves agrave un systegraveme drsquoenregistrement de donneacutees dans le cadre de leur travail Il est conseilleacute de preacutevoir un enregistreur qui offre une preacutecision et un nombre de canaux de mesures suffisants pour les tacircches agrave accomplir On estime qursquoil faudra environ huit (8) canaux pour mesurer la tempeacuterature plus quelques canaux analogiques ou numeacuteriques pour prendre en compte les donneacutees des deacutebitmegravetres des transducteurs de pression etc (analogiques ou numeacuteriques selon lrsquoinstrument de mesure seacutelectionneacute) De nombreux fournisseurs proposent un large eacuteventail drsquoenregistreurs de donneacutees Campbell Scientific Fluke Instruments Omega et Measurement Computing (personal DAQ) figurent parmi les fabricants qui proposent des enregistreurs de donneacutees de petite eacutechelle pouvant ecirctre pris en compte Il est recommandeacute de se pencher sur lrsquoassistant logiciel de lrsquoenregistreur de donneacutees seacutelectionneacute au moment drsquoeacutevaluer lrsquoeacutequipement Si le fabricant ne souhaite pas investir dans un enregistreur de donneacutees la location demeure une option mecircme si les eacuteconomies preacutevues dans le cas drsquoune location agrave court terme semblent ecirctre faibles

93 Deacutebit drsquoair

Pour mesurer le deacutebit drsquoair pendant les essais agrave lrsquointerne il est recommandeacute drsquoutiliser une grille de deacutebit drsquoair avec eacutetablissement de moyenne installeacutee dans la conduite drsquoair drsquoalimentation en conjonction avec un manomegravetre diffeacuterentiel de preacutecision De nombreux fournisseurs proposent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans un large eacuteventail de tailles et ces deacutebitmegravetres sont relativement peu chers car ils sont souvent utiliseacutes dans des systegravemes commerciaux de chauffage et de refroidissement agrave deacutebit drsquoair variable Si lrsquoon fait une recherche dans Google en utilisant le segment laquo deacutebitmegravetres drsquoair raquo on trouve plusieurs fournisseurs et liens permettant

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drsquoobtenir de plus amples informations sur le sujet Nailor Industries Inc et Dwyer Instruments sont deux socieacuteteacutes quioffrent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans une grande varieacuteteacute de tailles de conduites

94 Manomegravetres

On trouve eacutegalement de nombreux manomegravetres diffeacuterentiels sur le marcheacute dont les modegraveles varient des manomegravetres agrave tube inclineacute aux transducteurs numeacuteriques de preacutecision Il est important de bien faire correspondre la plage de mesure du transducteur ou du manomegravetre avec la pression fournie par le deacutebitmegravetre sur la plage de deacutebits drsquoair preacutevue Dans le cas des transducteurs numeacuteriques des instruments capacitifs sont reacuteputeacutes bien fonctionner dans la plage de pression diffeacuterentielle basse qui serait normalement prescrite (environ 05 pouce de diffeacuterence de colonne drsquoeau) Setra Instruments MKS Instruments (Baratron) Dwyer Instruments et drsquoautres socieacuteteacutes proposent des transducteurs de pression diffeacuterentielle capacitifs plage basse adapteacutes

95 Tempeacuteratures

Les tempeacuteratures drsquoair drsquoarriveacutee et de sortie peuvent ecirctre mesureacutees en utilisant des thermocouples des thermistances ou des capteurs de conduite geacuteneacuterant une valeur moyenne Du fait de son bas coucirct de sa faciliteacute drsquoutilisation et de sa preacutesence agrave grande eacutechelle sur le marcheacute le thermocouple semble ecirctre lrsquoinstrument approprieacute pour cette application Il est possible de fabriquer un reacuteseau de thermocouples agrave partir drsquoune bobine de fil de thermocouple et de les raccorder entre eux en parallegravele de maniegravere agrave geacuteneacuterer une seule donneacutee repreacutesentant la valeur moyenne De nombreux fournisseurs offrent des fils agrave thermocouple notamment les socieacuteteacutes Thermo Electric Company Inc Omega Inc Watlow Inc etc Il est eacutegalement possible de fabriquer des sondes de tempeacuterature agrave partir des mecircmes fils de thermocouple pour surveiller drsquoautres paramegravetres tels que les tempeacuteratures drsquoeau Il est important de bien utiliser un fil agrave thermocouple plutocirct qursquoun fil de rallonge de lrsquoeacutechelle de mesure identique mais moins preacutecis

96 Mesures du cocircteacute eau

Pour effectuer des mesures du cocircteacute eau dans les serpentins il est neacutecessaire de posseacuteder un deacutebitmegravetre et des sondes de tempeacuterature Ces mesures pourraient ecirctre reacutealiseacutees en utilisant des capteurs distincts (deacutebitmegravetre drsquoeau et sondes de tempeacuterature distinctes par exemple) Il est important de srsquoassurer que lrsquoinsertion drsquoun deacutebitmegravetre dans la boucle drsquoeau ne modifie pas le deacutebit de la pompe de circulation Cela est particuliegraverement important avec des circulateurs agrave faible puissance geacuteneacuteralement utiliseacutes dans des applications combineacutees pour lesquelles lrsquoinstallation drsquoun deacutebitmegravetre agrave turbine conventionnel agrave baisse de pression eacuteleveacutee peut restreindre le deacutebit drsquoeau Ilexiste des deacutebitmegravetres preacutecis sans perte de pression eacuteleveacutee Certains appareils

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peuvent ecirctre acheteacutes deacutejagrave conditionneacutes avec des sondes de tempeacuterature en guise de laquo compteurs drsquoeacutenergie raquo Ils mesurent simultaneacutement les tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de lrsquoeau de retour ainsi que le deacutebit de lrsquoeau et calculent directement le flux drsquoeacutenergie en srsquoappuyant sur ces mesuresKamstrup Siemens Badger Meters Elster Metering ABB Meters et drsquoautres socieacuteteacutes offrent ce type drsquoappareils Les compteurs drsquoeacutenergie autonomes sont habituellement configureacutes avec certains dispositifs permettant de lire les diffeacuterents paramegravetres ainsi que les flux drsquoeacutenergie calculeacutes La plupart offre une fonction de stockage des donneacutees internes etou des sorties numeacuteriques pouvant ecirctre interfaceacutees avec des enregistreurs de donneacutees externes

97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne

La norme CSA P9 exige que le chauffage des locaux soit deacutefini en utilisant deux mesures (cocircteacute air et cocircteacute eau) avec une entente dans une toleacuterance acceptable pour la mise agrave lrsquoessai du systegraveme de chauffage de locaux agrave pleine capaciteacute constant Dans le cas des mesures agrave lrsquointerne entreprises par un fabricant dans le cadre drsquoun projet de deacuteveloppement de produit cibleacute lrsquoentente entre les mesures du cocircteacute air et du cocircteacute eau nrsquoest pas forceacutement requise On suggegravere aux fabricants de se concentrer sur les mesures qui ciblent la strateacutegie de controcircle ou de composant propre agrave lrsquoeacutetude Par exemple si des strateacutegies diffeacuterentes de temporisation du ventilateur ou laquo apregraves fonctionnement raquo sont eacutevalueacutees il est bien plus important de se concentrer sur les mesures du cocircteacute air que drsquoessayer drsquoatteindre un eacutequilibre entre le cocircteacute air et le cocircteacute eau Selon la quantiteacute drsquoeacutenergie laisseacutee dans le serpentin drsquoeau lorsque le ventilateur de soufflante srsquoarrecircte et drsquoautres pertes drsquoeacutenergie du systegraveme il est possible qursquoil nrsquoy ait pas drsquoeacutequilibre drsquoeacutenergie entre les mesures du cocircteacute air et les mesures du cocircteacute eau mecircme avec un instrument des mesures et des calculs laquo parfaits raquo

La norme CSA P9 exige une mesure du deacutebit drsquoair et des tempeacuteratures au moins toutes les cinq (5) secondes Dans le cas des essais agrave lrsquointerne cette freacutequence pourrait ecirctre assouplie pour certaines eacutetapes drsquoessai Par ailleurs une conformiteacute totale agrave la norme P9 suppose un controcircle preacutecis de la tempeacuterature de la salle drsquoessai ougrave se trouve le systegraveme combineacute en vue des essais ainsiqursquoun controcircle preacutecis de la tempeacuterature de lrsquoeau de la ville Dans le cas des essais de deacuteveloppement agrave lrsquointerne ces exigences peuvent eacutegalement ecirctre assouplies agrave condition que les tempeacuteratures ne varient pas trop pendant les essais Un espace commercial conditionneacute ayant une dimension raisonnable ferait lrsquoaffaire au moins pour les phases drsquoessai et de deacuteveloppement initiales

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Flue(combustionmeasurements)

SupplyAirtoSpaceHeatingPlenum

(optionalzonedampers)

ReturnAir

CityWater

TanklessWaterHeater

HotWaterSupplyfromWaterHeater

DHW

CoolWaterreturntoWaterheater

Temperaturemeasurementpoints

Fuelmeter

Flowmeter

Electricalmeteringnotshown

Circulator

98 Agencement des instruments

La figure 7 preacutesente un scheacutema simplifieacute permettant drsquoillustrer lrsquoagencement geacuteneacuteral des emplacements et des paramegravetres de mesure en vue de la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute de chauffe-eau instantaneacute agrave condensation Le deacutebit drsquoair qui traverse la conduite drsquoalimentation du systegraveme de traitement drsquoair sera surveilleacute en utilisant un deacutebitmegravetre agrave valeur moyenne et un manomegravetre (non illustreacute) tel que cela est deacutecrit agrave lrsquoarticle 73

T

T

T T

T T

Alimentation en eau chaude provenant du chauffe-eau

Conduit (mesures de combustion)

Eau chaude domestique

Systegraveme de mesure du combustible

Air dereprise

Retourde lrsquoeau froide vers lechauffe-eau

Chauffe-eau instantaneacute

Air drsquoalimentation achemineacute versle pleacutenum de chauffage(registres de zone facultatifs)

Eau municipale

Deacutebitmegravetre

T

(compteur eacutelectrique non illustreacute)

Points de mesure de la tempeacuterature Circulateur

Figure 8 Scheacutema de mesure simplifieacute applicable agrave la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute baseacute sur un chauffe-eau instantaneacute

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CanmetEacuteNERGIE CanmetEacuteNERGIE de Ressources naturelles Canada est un chef de file canadien dans le domaine de la recherche et deacuteveloppement en eacutenergie propre Les travaux de nos speacutecialistes portent sur lrsquoapprovisionnement drsquoeacutenergie propre agrave partir de combustibles fossiles et de sources renouvelables la gestion de lrsquoeacutenergie et les systegravemes de distribution ainsi que sur les technologies et processus avanceacutes pour les utilisations finales En veillant agrave ce que le Canada soit agrave la fine pointe des technologies sur lrsquoeacutenergie propre nous ameacuteliorons la qualiteacute de vie des Canadiens en creacuteant un avantage durable en matiegravere de ressources

Bureau central Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) 580 rue Booth 1 promenade Oil Patch 1 promenade Haanel 161 boulevard Lionel-Boulet Ottawa (Ontario) Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) Canada Canada Canada Canada K1A 0E4 T9G 1A8 K1A 1M1 J3X 1S6

  • Guide pour les fabricants drsquoappareils de chauffage combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessai conformeacutement agrave la norme CSA P9
    • Remerciements
    • 1 Reacutesumeacute
    • 2 Systegravemes agrave zones
    • Table des matiegraveres
    • Liste des tableaux et figures
    • 3 Contexte
      • 31 Objet
      • 32 Public cible
      • 33 Marcheacute
      • 34 Pratiques en vigueur dans lrsquoindustrie
      • 35 Expeacuterience en matiegravere drsquoeacutevaluation
      • 36 Deacutefi principal Utiliser des chauffe-eau pour chauffer des locaux de maniegravere eacuteconergeacutetique
      • 37 Approche par eacutetapes
        • 4 Charges de calcul ndash performances selon la norme CSA p9
          • 41 Facteur de performance thermique (FPT)
          • 42 Chauffage de lrsquoeau
          • 43 Chauffage des locaux
          • 44 Importance relative des charges de chauffage des locaux et de lrsquoeau
            • 5 Chauffage de lrsquoeau domestique
            • 6 Conception des systegravemes combineacutes
              • 61 Incidence des pondeacuterations de charge
                • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                • Reacuteduction des tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour
                  • 62 Strateacutegies de conception
                  • 63 Strateacutegie 1 Tempeacuterature drsquoeau constante
                    • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                    • Serpentin(s) de chauffage des locaux
                    • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                    • Illustration des performances selon la norme P9
                    • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                      • 64 Strateacutegie 2 Tempeacuterature drsquoeau variable
                        • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                        • Serpentin(s) de chauffage de locaux
                        • Conditions de chauffage de locaux en charge partielle
                        • Illustration des performances P9
                        • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                            • 7 Commandes
                              • Commandes indirectes baseacutees sur la tempeacuterature
                              • Commandes indirectes baseacutees sur le minuteur
                              • Controcircle direct
                              • Chauffe-eau -Mode de chauffage de lrsquoeau du robinet
                                • 8 Composants
                                  • 81 Systegraveme de traitement drsquoair
                                  • 82 Serpentins de chauffage de locaux
                                  • 83 Moteur de ventilateur
                                  • 84 Circulateurpompe
                                  • 85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)
                                  • 86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau
                                  • 87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes
                                    • 9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes
                                      • 91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz
                                      • 92 Enregistreur de donneacutees
                                      • 93 Deacutebit drsquoair
                                      • 94 Manomegravetres
                                      • 95 Tempeacuteratures
                                      • 96 Mesures du cocircteacute eau
                                      • 97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne
                                      • 98 Agencement des instruments
Page 33: Guide pour les fabricants d’appareils de chauffage ...€¦ · Le présent rapport explique comment la norme d’essai P.9 pondère le rendement dans différents modes de fonctionnement

Principe de fonctionnement Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetecte la tempeacuterature de lrsquoeau chaude drsquoadmissionPlus la tempeacuterature de lrsquoeau est eacuteleveacutee plus les commandes du systegraveme de traitement drsquoair augmentent le deacutebit drsquoair

Discussion Les commandes du chauffe-eau augmentent la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque la demande nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetecte la tempeacuterature plus eacuteleveacutee et fait circuler plus drsquoair dans les serpentins pour lrsquoutiliser

Aspect meacutecanique Un puits de tempeacuterature est installeacute dans la conduite drsquoeau drsquoalimentation drsquoarriveacutee agrave lrsquointeacuterieur du systegraveme de traitement drsquoairLe reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur serait ajusteacute en installant un module de commande de systegraveme de traitement drsquoair qui mesure la tempeacuterature de lrsquoeau achemineacutee au systegraveme de traitement drsquoair depuis le chauffe-eau pendant une demande de chauffage de locaux transmise au systegraveme de traitement drsquoair La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signal de commande transmis au panneau de controcircle du systegraveme de traitement drsquoair par le thermostat du systegraveme de CVCA

Commandes indirectes baseacutees sur le minuteur Raccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont bien distinctes les unes des autres mais elles fonctionnement de maniegravere compleacutementaire

Principe de fonctionnement Le deacutebit drsquoair du systegraveme de traitement drsquoair varie en fonction de la dureacutee de la demande de chauffage afin de coiumlncider avec les minutages de commande de tempeacuterature indiqueacutes agrave la figure 3

Discussion Les commandes du chauffe-eau augmentent la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque la demande nrsquoa pas eacuteteacute satisfaite dans un deacutelai donneacute Le systegraveme de traitement drsquoair deacutetermine la dureacutee de la demande de chauffage et fait circuler plus drsquoair dans les serpentins afin de se conformer aux eacutetapes de tempeacuterature programmeacutees

Aspect meacutecanique Le reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur serait ajusteacute en installant un module de commande de systegraveme de traitement drsquoair qui reacutegule le deacutebit drsquoair en fonction de la dureacutee de la demande de chauffage La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signalde commande transmis au panneau de controcircle du systegraveme de traitement drsquoair par le thermostat du systegraveme de CVCA

Controcircle direct Raccordement des commandes Les commandes du chauffe-eau et du systegraveme de traitement drsquoair sont toutes deux controcircleacutees au moyen drsquoun nouveau controcircleur combineacute inteacutegreacute posseacutedant une interface directe avec le chauffe-eau et le systegraveme de traitement drsquoair

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Principe de fonctionnement Le nouveau controcircleur fait varier le deacutebit drsquoair du systegraveme de traitement drsquoair et la tempeacuterature de lrsquoeau de maniegravere agrave optimiser le rendement du chauffage

Discussion Cette strateacutegie de controcircle direct suppose le deacuteveloppement drsquoun nouveau composant de commande Le controcircleur peut utiliser des reacuteglages de fonctionnement plus sophistiqueacutes afin drsquoameacuteliorer le rendement dans tous les modes de fonctionnement

Aspect meacutecanique Le reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur et la tempeacuterature de lrsquoeau achemineacutee au systegraveme de traitement drsquoair seraient directement controcircleacutes par un nouveau controcircleur combineacute inteacutegreacute La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signal de commande transmis au controcircleur par le thermostat du systegraveme de CVCA

Chauffe-eau - Mode de chauffage de lrsquoeau du robinet Les algorithmes de chauffage de lrsquoeau du robinet ne changent pas par rapport agrave ceux du module de commande standard La seule diffeacuterence reacuteside dans le fait que le chauffe-eau utilise un contacteur de deacutebit ou un deacutebitmegravetre pour repeacuterer un tirage drsquoeau chaude (ou une arriveacutee drsquoeau froide) et comprendre qursquoune demande de chauffage drsquoeau a eacuteteacute faite Si une demande de chauffage de locaux intervient simultaneacutement le chauffe-eau pourrait honorer les deux demandes en tenant compte du reacuteglage de tempeacuterature de sortie requise de lrsquoeau du robinet Une autre option consisterait agrave prendre en compte par deacutefaut le reacuteglage du mode de chauffage de lrsquoeau Un mode de controcircle plus sophistiqueacute pourrait potentiellement temporiser le chauffage des locaux lorsque cela srsquoavegravere neacutecessaire pour reacutepondre agrave des demandes de chauffage drsquoeau eacuteleveacutees ou pour activer la distribution de chauffage des locaux en utilisant des reacuteglages de tempeacuterature optimiseacutes Ce cas de figure est illustreacute agrave la figure 4

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8 Composants

Pour bien fonctionner les systegravemes de chauffage combineacutes doivent ecirctre doteacutes de composants haute performance que ce soit dans une configuration dite laquo installeacutee raquo ou dans une configuration drsquoessai selon la norme CSA P9 La preacutesente section a pour objectif drsquoaider les fabricants de chauffe-eau agrave la demande

bull agrave concevoir leur propre systegraveme de traitement drsquoair

bull agrave eacutetablir un partenariat avec un autre fabricant qui fournirait un systegraveme de traitement drsquoair pour leur systegraveme apregraves avoir deacutetermineacute

ndash les composants requis

ndash la mesure dans laquelle un modegravele de systegraveme de traitement drsquoair existant aurait besoin drsquoecirctre affineacute pour reacutepondre agrave leurs besoins

bull agrave eacutetablir les modifications qursquoil faut apporter au systegraveme monobloc dans son ensemble pour ameacuteliorer les performances

81 Systegraveme de traitement drsquoair

Le systegraveme de traitement drsquoair doit inclure les composants neacutecessaires pour fournir de la chaleur et faire circuler de lrsquoair Les eacuteleacutements agrave prendre en compte sont des serpentins de chauffage de locaux un moteur de ventilateur une pompe et un puits de tempeacuterature Ces eacuteleacutements sont deacutecrits plus en deacutetail ci-dessous

82 Serpentins de chauffage de locaux

Les serpentins de chauffage de locaux doivent ecirctre dimensionneacutes de maniegravere approprieacutee pour que le chauffage des locaux puisse avoir lieu avec une tempeacuterature drsquoalimentation suffisamment basse et une baisse de tempeacuterature de lrsquoeau suffisante pour favoriser la condensation dans le geacuteneacuterateur de chaleur lorsque le systegraveme fonctionne en conditions de charge partielle (et ideacutealement en conditions de pleine charge eacutegalement)

Geacuteneacuteralement les serpentins quiextraient la chaleur de lrsquoeau sont conccedilus et choisis en tenant compte drsquoune baisse de tempeacuterature de lrsquoeau drsquoenviron 11 degC (20 degF) le long des serpentins aux conditions de chauffage nominales La seacutelection preacutealable du serpentin peut ecirctre faite en utilisant un logiciel deacutejagrave proposeacute par divers fabricants de serpentins Dans la plupart des cas le modegravele logiciel calcule la puissance de chauffage drsquoun

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serpentin de chauffage agrave eau chaude en se fondant sur la mesure des performances du conditionnement drsquoair pour des serpentins ayant une construction et des geacuteomeacutetries similaires Du coup la puissance de chauffage reacuteelle pour une condition nominale donneacutee peut diffeacuterer leacutegegraverement de celle preacutedite par le logiciel

Ilest recommandeacute de veacuterifier la performance reacuteelle du serpentin choisi (puissance de chauffage baisse de la tempeacuterature de lrsquoeau baisse de la pression statique sur le cocircteacute air et eau) en effectuant des essais internes Lorsque cette eacutetape a eacuteteacute exeacutecuteacutee le modegravele logiciel peut fournir une aide preacutecieuse pour seacutelectionner le serpentin et devrait proposer des indications plutocirct fiables concernant les changements de performance du serpentin aux diffeacuterentes conditions projeteacutees Les informations ainsi collecteacutees devraient ecirctre utiles pour concevoir et affiner des reacuteglages et des strateacutegies de controcircle plus eacutevolueacutes en vue drsquooptimiser le rendement du systegraveme en conditions de chauffage en charge partielle

Voici les eacuteleacutements agrave prendre en compte

Diamegravetre du serpentin drsquoeau et nombre de spires ndash Un grand diamegravetre de canalisation reacuteduira au minimum la baisse de pression de lrsquoeau ainsi que lrsquoeacutenergie utiliseacutee par le systegraveme de circulation drsquoeau Un petit diamegravetre de canalisation permettra drsquoopter pour un serpentin moins oneacutereux eacutetant donneacute qursquoil faudra moins de cuivre dans le serpentin Cependant des petits tubes neacutecessiteront une eacutenergie de pompage supeacuterieure et feront augmenter les pheacutenomegravenes drsquousure et drsquoeacuterosion des tubes si une puissance de pompe suffisante est appliqueacutee pour offrir le deacutebit drsquoeau nominal Concregravetement le fait drsquoutiliser un serpentin avec des tubes trop petits reacuteduira la puissance de chauffage fournie par le serpentin En effet le fabricant utilisera vraisemblablement le mecircme circulateur standard quel que soit le serpentin retenu Les TECA hydronic and combo guideline (Directives sur les systegravemes hydroniques et combineacutes de la TECA)1

(article 814) preacutecisent que le deacutebit de lrsquoeau qui traverse le systegraveme de chauffage ne doit pas deacutepasser quatre (4) pieds par seconde

Nombre drsquoailettes par pouce ndash Plus le nombre drsquoailettes par pouce est eacuteleveacute plus la surface de transmission de chaleur et la puissance de chauffage augmentent cela creacutee cependant une baisse de pression supeacuterieure sur le cocircteacute air du serpentin Un certain degreacute de perte de pression dans le serpentin est utile pour assurer un deacutebit drsquoair homogegravene dans le serpentin notamment dans une configuration de laquo purge raquo qui est couramment utiliseacutee dans les ventilo-convecteurs combineacutes servant au chauffage des locauxLes speacutecifications des serpentins de chauffage peuvent faire eacutetat drsquoun nombre drsquoailettes variant de 6 ailettes par pouce agrave 14 ailettes par pouce Les serpentins de chauffage hydronique standard comportent 12 ou 14 ailettes par pouce Les serpentins doteacutes drsquoun grand nombre drsquoailettes sont plus facilement encrasseacutes par de la poussiegravere

1 Thermal Environmental Comfort Association (TECA) Surrey (C-B) Hydronic amp Combo Guidelines for the Design and Installation of Hot Water Heating Systems and Combination Hot Water amp Space Heating Systems 8th Edition August 2009 (Directives concernant les systegravemes hydroniques et combineacutes conception et installation de systegravemes de chauffage drsquoeau chaude et de systegravemes combineacutes de chauffage drsquoeau chaude et de locaux 8e eacutedition aoucirct 2009) [wwwtecaca]

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ou des deacutebris Selon les reacutesultats du logiciel de modeacutelisation du serpentin la preacutesence de 12 ailettes ou mecircme 14 semble ecirctre un choix raisonnable pour un serpentin de chauffage de locaux haute performance agrave condition que le serpentin soit choisi avec une surface suffisamment importante pour maintenir la vitesse frontale de lrsquoair faible agrave la puissance de chauffage theacuteorique

Figure 5 Exemple de serpentin de chauffage de locaux laquo surdimensionneacute raquo utiliseacute dans une application de systegraveme de traitement drsquoair hydronique

83 Moteur de ventilateur

Le systegraveme de traitement drsquoair devrait utiliser un moteur de ventilateur agrave commutation eacutelectronique (MCE) et ecirctre exploiteacute en utilisant un systegraveme de controcircle agrave vitesse multiple ou agrave vitesse variable Cette option permettrait de moduler le deacutebit drsquoair et la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque le systegraveme fonctionne agrave une puissance infeacuterieure agrave sa puissance de chauffage nominale maximaleLa capaciteacute agrave utiliser un mode de circulation continu agrave faible puissance et faible vitesse serait particuliegraverement utile en cas de fonctionnement aux points de consigne de 15 et 40 pour lesquels il est primordial de collecter et de distribuer toute la chaleur reacutesiduelle des serpentins de chauffage la norme P9 tenant compte uniquement de la chaleur qui est reacuteellement transfeacutereacutee dans le courant drsquoair

La modulation du deacutebit drsquoair et de la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation permettra drsquoobtenir des tempeacuteratures drsquoair distribueacute confortables ainsi que des performances de chauffage eacuteleveacutees

Un MCE doteacute drsquoune programmation de deacutebit drsquoair constant surclassera vraisemblablement un MCE qui utilise une programmation de couple constant car le

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systegraveme compensera au moins partiellement les diffeacuterences entre les pressions statiques nominales et les pressions statiques reacuteellement eacutetablies Cette solution peut srsquoaveacuterer indispensable pour srsquoassurer que les performances de la combustion dans des conditions reacuteelles variables correspondent aux performances obtenues lors drsquoessais dans le laboratoire

Une programmation de deacutebit drsquoair constant sera probablement essentielle pour obtenir des performances acceptables dans le cas drsquoun systegraveme combineacute reacuteparti

84 Circulateurpompe

Ilest important de choisir le bon circulateur pour acheminer le deacutebit approprieacute en fonction de la pression statique eacutetablie qui sera en vigueur Les pertes de pression dans les diffeacuterents chauffe-eau agrave la demande varient Le fait drsquoutiliser un circulateur qui fournit un deacutebit trop important se traduira par une petite baisse de tempeacuterature dans le circuit drsquoeau qui traverse le serpentin et par une tempeacuterature drsquoeau de retour eacuteleveacutee vers le chauffe-eau Un deacutebit trop faible entraicircne des capaciteacutes de chauffage faibles Des circulateurs hydroniques sont offerts avec trois vitesses seacutelectionnables et des deacutebits de pompe nominaux Par contre les moteurs utiliseacutes dans les circulateurs types agrave plusieurs vitesses ne sont pas aussi efficaces que les moteurs agrave CE Des circulateurs agrave vitesse variable eacutequipeacutes de moteurs agrave CE font leur apparition sur le marcheacute mais ils ne sont pas encore couramment utiliseacutes dans les applications combineacutees

Ideacutealement les pompes de circulation des systegravemes combineacutes eacutevolueacutes devraient consister en un concept agrave modulation agrave vitesse variable capable drsquoameacuteliorer le rendement et de compenser les diffeacuterentes configurations de canalisation Ce type de concept est deacutejagrave disponible et pourrait ecirctre mis en œuvre degraves maintenant il pourrait aussi ecirctre mis de cocircteacute jusqursquoagrave ce que la prochaine geacuteneacuteration de systegravemes de chauffage combineacutes eacutevolueacutes soit mise au point Les premiers reacutesultats drsquoessais en laboratoire ont montreacute qursquoil est possible drsquoobtenir de bonnes performances conformes agrave la norme CSA P9 sans utiliser des pompes de circulation agrave vitesse variable et des commandes auxiliaires coucircteuses Agrave lrsquoavenir agrave mesure que le coucirct des circulateurs agrave vitesse variable doteacutes de moteurs agrave CE baissera et que les commandes inteacutegreacutees seront mieux accepteacutees leur utilisation dans des applications de chauffage combineacute sera plus rentable

85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)

Si lrsquoon conccediloit le reacuteseau de plomberie de maniegravere agrave pouvoir y installer des bouchons de controcircle de tempeacuterature drsquoeau et de pression les essais internes et les mesures de mise en service seront simplifieacutes De plus il sera plus facile de purger lrsquoair des circuits

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hydroniques Il est possible drsquoutiliser des sondes de tempeacuteratures monteacutees agrave lrsquoexteacuterieur pour effectuer les mesures de mise en service sur le terrain si des sections de conduites de cuivre ameacutenageacutees dans des endroits strateacutegiques sont prises en compte lors de la conception

86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau

Certains chauffe-eau agrave la demande de type chaudiegravere possegravedent des points de consignes et des algorithmes de controcircle distincts pour le chauffage des locaux et celui de lrsquoeau Drsquoautres ont besoin de savoir si la charge concerne le chauffage des locaux ou celui de lrsquoeau potable Dans ce cas on peut utiliser divers capteurs et surveiller eacutegalement les signaux transmis par un deacutebitmegravetre drsquoeau installeacute dans le reacuteseau drsquoeau potable ou un deacutebitmegravetre installeacute dans le circuit de chauffage des locaux Bon nombre de chauffe-eau agrave la demande utilisent de tels capteurs dans leurs circuits de commande de brucircleur afin de faire coiumlncider les allures de chauffe avec les chargesDans les applications combineacutees lrsquoutilisation de commandes capables de diffeacuterencier les charges deacutepend de la logique de controcircle prioritaire de demande drsquoeau chaude domestique

87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes

Les canalisations drsquoeau ameacutenageacutees entre le geacuteneacuterateur de chaleur et le systegraveme combineacute devraient ecirctre dimensionneacutees de maniegravere agrave eacuteviter des baisses de pression excessives

Toutes les canalisations en cuivre exteacuterieures doivent ecirctre isoleacutees conformeacutement aux pratiques de lrsquoindustrie Il se peut que les avantages lieacutes agrave lrsquoisolation des canalisations drsquointerraccordement ne soient pas tregraves importants si les sections de conduites sont courtes et si elles contiennent des tuyaux en polyeacutethylegravene reacuteticuleacute ou un type de conduite similaire preacutesentant moins de perte de chaleur que les conduites en cuivre

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9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes

La preacutesente section contient des directives et certaines observations agrave lrsquointention des fabricants de systegravemes de chauffage combineacutes dans le but drsquoaider ces derniers agrave mettre agrave lrsquoessai leurs systegravemes agrave lrsquointerne Lrsquoexeacutecution drsquoessais agrave lrsquointerne en utilisant un montage simplifieacute permettra aux fabricants de mieux cerner les performances de leurs concepts et commandes prototypes lorsqursquoils sont mis agrave lrsquoessai dans une installation indeacutependante conformeacutement agrave la norme CSA P9 (P10 pour les fabricants de SMI) Les essais en question ne doivent pas forceacutement ecirctre conccedilus pour geacuteneacuterer des reacutesultats de performance preacutecis agrave 100 mais ils sont consideacutereacutes comme indispensables pour le deacuteveloppement et le cycle drsquooptimisation du produit les avantages drsquoun concept et drsquoun fonctionnement de systegraveme ameacutelioreacutes pouvant rapidement sauter aux yeux lorsque lrsquoon compare les reacutesultats des essais reacutealiseacutes laquo avant raquo et laquo apregraves raquo

En geacuteneacuteral il nrsquoest pas rentable de payer un laboratoire drsquoessais indeacutependant pour proceacuteder agrave la premiegravere eacutevaluation drsquoun systegraveme de chauffage combineacute complet Les coucircts lieacutes au laboratoire et les deacutefis lieacutes aux ingeacutenieurs concepteurs qui prescrivent des reacuteglages lorsqursquoils ne sont pas sur place rendent cette option probleacutematique Des essais simplifieacutes reacutealiseacutes dans les propres locaux du fabricant permettent de srsquoassurer que les reacutesultats sont dans la plage approprieacutee degraves le deacutebut

Un scheacutema de montage drsquoessai suggeacutereacute utilisable pour effectuer des mesures conformeacutement agrave la norme CSA P9 est preacutesenteacute dans cette norme La figure 6 ci-dessous illustre une version simplifieacutee de ce scheacutema

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de la piegravece

combineacutes

Appareilsdeconditionnement

Eacutevents pour produits de combustion Appareils de

conditionnement de la piegravece

Salle drsquoessai

Isolant

Meacutelangeur

Approvisionnement en eau

Eacutevents pour air de combustion Conduite drsquoalimentation en combustible

Uniteacute drsquoessai des

systegravemes

Thermocouples Porte Fenecirctre

Mesure de la tempeacuterature et du deacutebit de lrsquoeau

Conduite drsquoair de retour

Thermocouples

Mesure de la tempeacuterature et de lrsquohumiditeacute de lrsquoair

Air drsquoappoint

Mesure du deacutebit drsquoair

Figure 6 Scheacutema simplifieacute illustrant le montage utiliseacute pour exeacutecuter les essais conformeacutement agrave la norme P9 (composants individuels du systegraveme combineacute non illustreacutes)

Le scheacutema preacutesente un dispositif de mesure de lrsquoenthalpie de lrsquoair dans un tunnel baseacute Vsur la norme ASHRAE 37 Lrsquoappareil de mesure de lrsquoair illustreacute sur la figure de la norme utilise un ajutage et un ventilateur drsquoeacutequilibrage pour pouvoir appliquer une technique de mesure du deacutebit drsquoair neacutecessitant une pression diffeacuterentielle eacuteleveacutee (entre 1 et 4 pouces drsquoeau) dans lrsquoajutage Lorsqursquoil est utiliseacute avec des manomegravetres preacutecis cet appareil offre une preacutecision de mesure eacuteleveacutee de lrsquoordre de 1 agrave 2 du deacutebit drsquoair et il geacutenegravere un deacutebit drsquoair bien meacutelangeacute qui permet de mesurer avec preacutecision la tempeacuterature du deacutebit de lrsquoair drsquoalimentation

La norme P9 preacutecise que lrsquoajutage inteacutegreacute agrave lrsquoappareil de mesure de lrsquoenthalpie de lrsquoair en tunnel constitue une meacutethode acceptable pour mesurer le deacutebit drsquoair tout en approuvant expresseacutement (article 36) lrsquoapplication drsquoautres processus de mesure du deacutebit drsquoair agrave condition que les limites de preacutecision mentionneacutees dans la norme soient satisfaites Ceci donne la possibiliteacute drsquoutiliser une technique de mesure du deacutebit drsquoair plus directe ne neacutecessitant pas lrsquoutilisation drsquoun appareil comportant un ventilateur drsquoeacutequilibrage Dans certains cas lrsquoutilisation drsquoune chambre de mesure de deacutebit avec un ventilateur drsquoeacutequilibrage pour reacutegler la pression statique de la conduite drsquoair drsquoalimentation a impliqueacute des problegravemes de stabiliteacute avec des moteurs agrave CE qui ont eacuteteacute

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programmeacutes pour un deacutebit drsquoair constant il est donc avantageux drsquoeacuteviter les ventilateurs drsquoeacutequilibrage

91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz

De nombreux fabricants concevant des systegravemes combineacutes eacutevolueacutes integravegreront des instruments conccedilus pour mesurer la consommation drsquoeacutenergie eacutelectrique la consommation du combustible les performances de combustion la tempeacuterature et la pression (pression du collecteur de gaz pression statique des conduites etc) Si de tels eacutequipements de mesure ne sont pas offerts ilest recommandeacute de les preacutevoirLes compteurs de facturation des compagnies de gaz et drsquoeacutelectriciteacute devraient offrir une preacutecision et une reacutesolution suffisantes pour les essais de deacuteveloppement du produit

92 Enregistreur de donneacutees

Les fabricants devront eacutegalement avoir accegraves agrave un systegraveme drsquoenregistrement de donneacutees dans le cadre de leur travail Il est conseilleacute de preacutevoir un enregistreur qui offre une preacutecision et un nombre de canaux de mesures suffisants pour les tacircches agrave accomplir On estime qursquoil faudra environ huit (8) canaux pour mesurer la tempeacuterature plus quelques canaux analogiques ou numeacuteriques pour prendre en compte les donneacutees des deacutebitmegravetres des transducteurs de pression etc (analogiques ou numeacuteriques selon lrsquoinstrument de mesure seacutelectionneacute) De nombreux fournisseurs proposent un large eacuteventail drsquoenregistreurs de donneacutees Campbell Scientific Fluke Instruments Omega et Measurement Computing (personal DAQ) figurent parmi les fabricants qui proposent des enregistreurs de donneacutees de petite eacutechelle pouvant ecirctre pris en compte Il est recommandeacute de se pencher sur lrsquoassistant logiciel de lrsquoenregistreur de donneacutees seacutelectionneacute au moment drsquoeacutevaluer lrsquoeacutequipement Si le fabricant ne souhaite pas investir dans un enregistreur de donneacutees la location demeure une option mecircme si les eacuteconomies preacutevues dans le cas drsquoune location agrave court terme semblent ecirctre faibles

93 Deacutebit drsquoair

Pour mesurer le deacutebit drsquoair pendant les essais agrave lrsquointerne il est recommandeacute drsquoutiliser une grille de deacutebit drsquoair avec eacutetablissement de moyenne installeacutee dans la conduite drsquoair drsquoalimentation en conjonction avec un manomegravetre diffeacuterentiel de preacutecision De nombreux fournisseurs proposent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans un large eacuteventail de tailles et ces deacutebitmegravetres sont relativement peu chers car ils sont souvent utiliseacutes dans des systegravemes commerciaux de chauffage et de refroidissement agrave deacutebit drsquoair variable Si lrsquoon fait une recherche dans Google en utilisant le segment laquo deacutebitmegravetres drsquoair raquo on trouve plusieurs fournisseurs et liens permettant

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drsquoobtenir de plus amples informations sur le sujet Nailor Industries Inc et Dwyer Instruments sont deux socieacuteteacutes quioffrent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans une grande varieacuteteacute de tailles de conduites

94 Manomegravetres

On trouve eacutegalement de nombreux manomegravetres diffeacuterentiels sur le marcheacute dont les modegraveles varient des manomegravetres agrave tube inclineacute aux transducteurs numeacuteriques de preacutecision Il est important de bien faire correspondre la plage de mesure du transducteur ou du manomegravetre avec la pression fournie par le deacutebitmegravetre sur la plage de deacutebits drsquoair preacutevue Dans le cas des transducteurs numeacuteriques des instruments capacitifs sont reacuteputeacutes bien fonctionner dans la plage de pression diffeacuterentielle basse qui serait normalement prescrite (environ 05 pouce de diffeacuterence de colonne drsquoeau) Setra Instruments MKS Instruments (Baratron) Dwyer Instruments et drsquoautres socieacuteteacutes proposent des transducteurs de pression diffeacuterentielle capacitifs plage basse adapteacutes

95 Tempeacuteratures

Les tempeacuteratures drsquoair drsquoarriveacutee et de sortie peuvent ecirctre mesureacutees en utilisant des thermocouples des thermistances ou des capteurs de conduite geacuteneacuterant une valeur moyenne Du fait de son bas coucirct de sa faciliteacute drsquoutilisation et de sa preacutesence agrave grande eacutechelle sur le marcheacute le thermocouple semble ecirctre lrsquoinstrument approprieacute pour cette application Il est possible de fabriquer un reacuteseau de thermocouples agrave partir drsquoune bobine de fil de thermocouple et de les raccorder entre eux en parallegravele de maniegravere agrave geacuteneacuterer une seule donneacutee repreacutesentant la valeur moyenne De nombreux fournisseurs offrent des fils agrave thermocouple notamment les socieacuteteacutes Thermo Electric Company Inc Omega Inc Watlow Inc etc Il est eacutegalement possible de fabriquer des sondes de tempeacuterature agrave partir des mecircmes fils de thermocouple pour surveiller drsquoautres paramegravetres tels que les tempeacuteratures drsquoeau Il est important de bien utiliser un fil agrave thermocouple plutocirct qursquoun fil de rallonge de lrsquoeacutechelle de mesure identique mais moins preacutecis

96 Mesures du cocircteacute eau

Pour effectuer des mesures du cocircteacute eau dans les serpentins il est neacutecessaire de posseacuteder un deacutebitmegravetre et des sondes de tempeacuterature Ces mesures pourraient ecirctre reacutealiseacutees en utilisant des capteurs distincts (deacutebitmegravetre drsquoeau et sondes de tempeacuterature distinctes par exemple) Il est important de srsquoassurer que lrsquoinsertion drsquoun deacutebitmegravetre dans la boucle drsquoeau ne modifie pas le deacutebit de la pompe de circulation Cela est particuliegraverement important avec des circulateurs agrave faible puissance geacuteneacuteralement utiliseacutes dans des applications combineacutees pour lesquelles lrsquoinstallation drsquoun deacutebitmegravetre agrave turbine conventionnel agrave baisse de pression eacuteleveacutee peut restreindre le deacutebit drsquoeau Ilexiste des deacutebitmegravetres preacutecis sans perte de pression eacuteleveacutee Certains appareils

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peuvent ecirctre acheteacutes deacutejagrave conditionneacutes avec des sondes de tempeacuterature en guise de laquo compteurs drsquoeacutenergie raquo Ils mesurent simultaneacutement les tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de lrsquoeau de retour ainsi que le deacutebit de lrsquoeau et calculent directement le flux drsquoeacutenergie en srsquoappuyant sur ces mesuresKamstrup Siemens Badger Meters Elster Metering ABB Meters et drsquoautres socieacuteteacutes offrent ce type drsquoappareils Les compteurs drsquoeacutenergie autonomes sont habituellement configureacutes avec certains dispositifs permettant de lire les diffeacuterents paramegravetres ainsi que les flux drsquoeacutenergie calculeacutes La plupart offre une fonction de stockage des donneacutees internes etou des sorties numeacuteriques pouvant ecirctre interfaceacutees avec des enregistreurs de donneacutees externes

97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne

La norme CSA P9 exige que le chauffage des locaux soit deacutefini en utilisant deux mesures (cocircteacute air et cocircteacute eau) avec une entente dans une toleacuterance acceptable pour la mise agrave lrsquoessai du systegraveme de chauffage de locaux agrave pleine capaciteacute constant Dans le cas des mesures agrave lrsquointerne entreprises par un fabricant dans le cadre drsquoun projet de deacuteveloppement de produit cibleacute lrsquoentente entre les mesures du cocircteacute air et du cocircteacute eau nrsquoest pas forceacutement requise On suggegravere aux fabricants de se concentrer sur les mesures qui ciblent la strateacutegie de controcircle ou de composant propre agrave lrsquoeacutetude Par exemple si des strateacutegies diffeacuterentes de temporisation du ventilateur ou laquo apregraves fonctionnement raquo sont eacutevalueacutees il est bien plus important de se concentrer sur les mesures du cocircteacute air que drsquoessayer drsquoatteindre un eacutequilibre entre le cocircteacute air et le cocircteacute eau Selon la quantiteacute drsquoeacutenergie laisseacutee dans le serpentin drsquoeau lorsque le ventilateur de soufflante srsquoarrecircte et drsquoautres pertes drsquoeacutenergie du systegraveme il est possible qursquoil nrsquoy ait pas drsquoeacutequilibre drsquoeacutenergie entre les mesures du cocircteacute air et les mesures du cocircteacute eau mecircme avec un instrument des mesures et des calculs laquo parfaits raquo

La norme CSA P9 exige une mesure du deacutebit drsquoair et des tempeacuteratures au moins toutes les cinq (5) secondes Dans le cas des essais agrave lrsquointerne cette freacutequence pourrait ecirctre assouplie pour certaines eacutetapes drsquoessai Par ailleurs une conformiteacute totale agrave la norme P9 suppose un controcircle preacutecis de la tempeacuterature de la salle drsquoessai ougrave se trouve le systegraveme combineacute en vue des essais ainsiqursquoun controcircle preacutecis de la tempeacuterature de lrsquoeau de la ville Dans le cas des essais de deacuteveloppement agrave lrsquointerne ces exigences peuvent eacutegalement ecirctre assouplies agrave condition que les tempeacuteratures ne varient pas trop pendant les essais Un espace commercial conditionneacute ayant une dimension raisonnable ferait lrsquoaffaire au moins pour les phases drsquoessai et de deacuteveloppement initiales

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Flue(combustionmeasurements)

SupplyAirtoSpaceHeatingPlenum

(optionalzonedampers)

ReturnAir

CityWater

TanklessWaterHeater

HotWaterSupplyfromWaterHeater

DHW

CoolWaterreturntoWaterheater

Temperaturemeasurementpoints

Fuelmeter

Flowmeter

Electricalmeteringnotshown

Circulator

98 Agencement des instruments

La figure 7 preacutesente un scheacutema simplifieacute permettant drsquoillustrer lrsquoagencement geacuteneacuteral des emplacements et des paramegravetres de mesure en vue de la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute de chauffe-eau instantaneacute agrave condensation Le deacutebit drsquoair qui traverse la conduite drsquoalimentation du systegraveme de traitement drsquoair sera surveilleacute en utilisant un deacutebitmegravetre agrave valeur moyenne et un manomegravetre (non illustreacute) tel que cela est deacutecrit agrave lrsquoarticle 73

T

T

T T

T T

Alimentation en eau chaude provenant du chauffe-eau

Conduit (mesures de combustion)

Eau chaude domestique

Systegraveme de mesure du combustible

Air dereprise

Retourde lrsquoeau froide vers lechauffe-eau

Chauffe-eau instantaneacute

Air drsquoalimentation achemineacute versle pleacutenum de chauffage(registres de zone facultatifs)

Eau municipale

Deacutebitmegravetre

T

(compteur eacutelectrique non illustreacute)

Points de mesure de la tempeacuterature Circulateur

Figure 8 Scheacutema de mesure simplifieacute applicable agrave la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute baseacute sur un chauffe-eau instantaneacute

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CanmetEacuteNERGIE CanmetEacuteNERGIE de Ressources naturelles Canada est un chef de file canadien dans le domaine de la recherche et deacuteveloppement en eacutenergie propre Les travaux de nos speacutecialistes portent sur lrsquoapprovisionnement drsquoeacutenergie propre agrave partir de combustibles fossiles et de sources renouvelables la gestion de lrsquoeacutenergie et les systegravemes de distribution ainsi que sur les technologies et processus avanceacutes pour les utilisations finales En veillant agrave ce que le Canada soit agrave la fine pointe des technologies sur lrsquoeacutenergie propre nous ameacuteliorons la qualiteacute de vie des Canadiens en creacuteant un avantage durable en matiegravere de ressources

Bureau central Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) 580 rue Booth 1 promenade Oil Patch 1 promenade Haanel 161 boulevard Lionel-Boulet Ottawa (Ontario) Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) Canada Canada Canada Canada K1A 0E4 T9G 1A8 K1A 1M1 J3X 1S6

  • Guide pour les fabricants drsquoappareils de chauffage combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessai conformeacutement agrave la norme CSA P9
    • Remerciements
    • 1 Reacutesumeacute
    • 2 Systegravemes agrave zones
    • Table des matiegraveres
    • Liste des tableaux et figures
    • 3 Contexte
      • 31 Objet
      • 32 Public cible
      • 33 Marcheacute
      • 34 Pratiques en vigueur dans lrsquoindustrie
      • 35 Expeacuterience en matiegravere drsquoeacutevaluation
      • 36 Deacutefi principal Utiliser des chauffe-eau pour chauffer des locaux de maniegravere eacuteconergeacutetique
      • 37 Approche par eacutetapes
        • 4 Charges de calcul ndash performances selon la norme CSA p9
          • 41 Facteur de performance thermique (FPT)
          • 42 Chauffage de lrsquoeau
          • 43 Chauffage des locaux
          • 44 Importance relative des charges de chauffage des locaux et de lrsquoeau
            • 5 Chauffage de lrsquoeau domestique
            • 6 Conception des systegravemes combineacutes
              • 61 Incidence des pondeacuterations de charge
                • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                • Reacuteduction des tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour
                  • 62 Strateacutegies de conception
                  • 63 Strateacutegie 1 Tempeacuterature drsquoeau constante
                    • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                    • Serpentin(s) de chauffage des locaux
                    • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                    • Illustration des performances selon la norme P9
                    • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                      • 64 Strateacutegie 2 Tempeacuterature drsquoeau variable
                        • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                        • Serpentin(s) de chauffage de locaux
                        • Conditions de chauffage de locaux en charge partielle
                        • Illustration des performances P9
                        • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                            • 7 Commandes
                              • Commandes indirectes baseacutees sur la tempeacuterature
                              • Commandes indirectes baseacutees sur le minuteur
                              • Controcircle direct
                              • Chauffe-eau -Mode de chauffage de lrsquoeau du robinet
                                • 8 Composants
                                  • 81 Systegraveme de traitement drsquoair
                                  • 82 Serpentins de chauffage de locaux
                                  • 83 Moteur de ventilateur
                                  • 84 Circulateurpompe
                                  • 85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)
                                  • 86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau
                                  • 87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes
                                    • 9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes
                                      • 91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz
                                      • 92 Enregistreur de donneacutees
                                      • 93 Deacutebit drsquoair
                                      • 94 Manomegravetres
                                      • 95 Tempeacuteratures
                                      • 96 Mesures du cocircteacute eau
                                      • 97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne
                                      • 98 Agencement des instruments
Page 34: Guide pour les fabricants d’appareils de chauffage ...€¦ · Le présent rapport explique comment la norme d’essai P.9 pondère le rendement dans différents modes de fonctionnement

Principe de fonctionnement Le nouveau controcircleur fait varier le deacutebit drsquoair du systegraveme de traitement drsquoair et la tempeacuterature de lrsquoeau de maniegravere agrave optimiser le rendement du chauffage

Discussion Cette strateacutegie de controcircle direct suppose le deacuteveloppement drsquoun nouveau composant de commande Le controcircleur peut utiliser des reacuteglages de fonctionnement plus sophistiqueacutes afin drsquoameacuteliorer le rendement dans tous les modes de fonctionnement

Aspect meacutecanique Le reacuteglage du deacutebit drsquoair du ventilateur et la tempeacuterature de lrsquoeau achemineacutee au systegraveme de traitement drsquoair seraient directement controcircleacutes par un nouveau controcircleur combineacute inteacutegreacute La demande de chauffage serait indiqueacutee au moyen drsquoun signal de commande transmis au controcircleur par le thermostat du systegraveme de CVCA

Chauffe-eau - Mode de chauffage de lrsquoeau du robinet Les algorithmes de chauffage de lrsquoeau du robinet ne changent pas par rapport agrave ceux du module de commande standard La seule diffeacuterence reacuteside dans le fait que le chauffe-eau utilise un contacteur de deacutebit ou un deacutebitmegravetre pour repeacuterer un tirage drsquoeau chaude (ou une arriveacutee drsquoeau froide) et comprendre qursquoune demande de chauffage drsquoeau a eacuteteacute faite Si une demande de chauffage de locaux intervient simultaneacutement le chauffe-eau pourrait honorer les deux demandes en tenant compte du reacuteglage de tempeacuterature de sortie requise de lrsquoeau du robinet Une autre option consisterait agrave prendre en compte par deacutefaut le reacuteglage du mode de chauffage de lrsquoeau Un mode de controcircle plus sophistiqueacute pourrait potentiellement temporiser le chauffage des locaux lorsque cela srsquoavegravere neacutecessaire pour reacutepondre agrave des demandes de chauffage drsquoeau eacuteleveacutees ou pour activer la distribution de chauffage des locaux en utilisant des reacuteglages de tempeacuterature optimiseacutes Ce cas de figure est illustreacute agrave la figure 4

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8 Composants

Pour bien fonctionner les systegravemes de chauffage combineacutes doivent ecirctre doteacutes de composants haute performance que ce soit dans une configuration dite laquo installeacutee raquo ou dans une configuration drsquoessai selon la norme CSA P9 La preacutesente section a pour objectif drsquoaider les fabricants de chauffe-eau agrave la demande

bull agrave concevoir leur propre systegraveme de traitement drsquoair

bull agrave eacutetablir un partenariat avec un autre fabricant qui fournirait un systegraveme de traitement drsquoair pour leur systegraveme apregraves avoir deacutetermineacute

ndash les composants requis

ndash la mesure dans laquelle un modegravele de systegraveme de traitement drsquoair existant aurait besoin drsquoecirctre affineacute pour reacutepondre agrave leurs besoins

bull agrave eacutetablir les modifications qursquoil faut apporter au systegraveme monobloc dans son ensemble pour ameacuteliorer les performances

81 Systegraveme de traitement drsquoair

Le systegraveme de traitement drsquoair doit inclure les composants neacutecessaires pour fournir de la chaleur et faire circuler de lrsquoair Les eacuteleacutements agrave prendre en compte sont des serpentins de chauffage de locaux un moteur de ventilateur une pompe et un puits de tempeacuterature Ces eacuteleacutements sont deacutecrits plus en deacutetail ci-dessous

82 Serpentins de chauffage de locaux

Les serpentins de chauffage de locaux doivent ecirctre dimensionneacutes de maniegravere approprieacutee pour que le chauffage des locaux puisse avoir lieu avec une tempeacuterature drsquoalimentation suffisamment basse et une baisse de tempeacuterature de lrsquoeau suffisante pour favoriser la condensation dans le geacuteneacuterateur de chaleur lorsque le systegraveme fonctionne en conditions de charge partielle (et ideacutealement en conditions de pleine charge eacutegalement)

Geacuteneacuteralement les serpentins quiextraient la chaleur de lrsquoeau sont conccedilus et choisis en tenant compte drsquoune baisse de tempeacuterature de lrsquoeau drsquoenviron 11 degC (20 degF) le long des serpentins aux conditions de chauffage nominales La seacutelection preacutealable du serpentin peut ecirctre faite en utilisant un logiciel deacutejagrave proposeacute par divers fabricants de serpentins Dans la plupart des cas le modegravele logiciel calcule la puissance de chauffage drsquoun

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serpentin de chauffage agrave eau chaude en se fondant sur la mesure des performances du conditionnement drsquoair pour des serpentins ayant une construction et des geacuteomeacutetries similaires Du coup la puissance de chauffage reacuteelle pour une condition nominale donneacutee peut diffeacuterer leacutegegraverement de celle preacutedite par le logiciel

Ilest recommandeacute de veacuterifier la performance reacuteelle du serpentin choisi (puissance de chauffage baisse de la tempeacuterature de lrsquoeau baisse de la pression statique sur le cocircteacute air et eau) en effectuant des essais internes Lorsque cette eacutetape a eacuteteacute exeacutecuteacutee le modegravele logiciel peut fournir une aide preacutecieuse pour seacutelectionner le serpentin et devrait proposer des indications plutocirct fiables concernant les changements de performance du serpentin aux diffeacuterentes conditions projeteacutees Les informations ainsi collecteacutees devraient ecirctre utiles pour concevoir et affiner des reacuteglages et des strateacutegies de controcircle plus eacutevolueacutes en vue drsquooptimiser le rendement du systegraveme en conditions de chauffage en charge partielle

Voici les eacuteleacutements agrave prendre en compte

Diamegravetre du serpentin drsquoeau et nombre de spires ndash Un grand diamegravetre de canalisation reacuteduira au minimum la baisse de pression de lrsquoeau ainsi que lrsquoeacutenergie utiliseacutee par le systegraveme de circulation drsquoeau Un petit diamegravetre de canalisation permettra drsquoopter pour un serpentin moins oneacutereux eacutetant donneacute qursquoil faudra moins de cuivre dans le serpentin Cependant des petits tubes neacutecessiteront une eacutenergie de pompage supeacuterieure et feront augmenter les pheacutenomegravenes drsquousure et drsquoeacuterosion des tubes si une puissance de pompe suffisante est appliqueacutee pour offrir le deacutebit drsquoeau nominal Concregravetement le fait drsquoutiliser un serpentin avec des tubes trop petits reacuteduira la puissance de chauffage fournie par le serpentin En effet le fabricant utilisera vraisemblablement le mecircme circulateur standard quel que soit le serpentin retenu Les TECA hydronic and combo guideline (Directives sur les systegravemes hydroniques et combineacutes de la TECA)1

(article 814) preacutecisent que le deacutebit de lrsquoeau qui traverse le systegraveme de chauffage ne doit pas deacutepasser quatre (4) pieds par seconde

Nombre drsquoailettes par pouce ndash Plus le nombre drsquoailettes par pouce est eacuteleveacute plus la surface de transmission de chaleur et la puissance de chauffage augmentent cela creacutee cependant une baisse de pression supeacuterieure sur le cocircteacute air du serpentin Un certain degreacute de perte de pression dans le serpentin est utile pour assurer un deacutebit drsquoair homogegravene dans le serpentin notamment dans une configuration de laquo purge raquo qui est couramment utiliseacutee dans les ventilo-convecteurs combineacutes servant au chauffage des locauxLes speacutecifications des serpentins de chauffage peuvent faire eacutetat drsquoun nombre drsquoailettes variant de 6 ailettes par pouce agrave 14 ailettes par pouce Les serpentins de chauffage hydronique standard comportent 12 ou 14 ailettes par pouce Les serpentins doteacutes drsquoun grand nombre drsquoailettes sont plus facilement encrasseacutes par de la poussiegravere

1 Thermal Environmental Comfort Association (TECA) Surrey (C-B) Hydronic amp Combo Guidelines for the Design and Installation of Hot Water Heating Systems and Combination Hot Water amp Space Heating Systems 8th Edition August 2009 (Directives concernant les systegravemes hydroniques et combineacutes conception et installation de systegravemes de chauffage drsquoeau chaude et de systegravemes combineacutes de chauffage drsquoeau chaude et de locaux 8e eacutedition aoucirct 2009) [wwwtecaca]

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ou des deacutebris Selon les reacutesultats du logiciel de modeacutelisation du serpentin la preacutesence de 12 ailettes ou mecircme 14 semble ecirctre un choix raisonnable pour un serpentin de chauffage de locaux haute performance agrave condition que le serpentin soit choisi avec une surface suffisamment importante pour maintenir la vitesse frontale de lrsquoair faible agrave la puissance de chauffage theacuteorique

Figure 5 Exemple de serpentin de chauffage de locaux laquo surdimensionneacute raquo utiliseacute dans une application de systegraveme de traitement drsquoair hydronique

83 Moteur de ventilateur

Le systegraveme de traitement drsquoair devrait utiliser un moteur de ventilateur agrave commutation eacutelectronique (MCE) et ecirctre exploiteacute en utilisant un systegraveme de controcircle agrave vitesse multiple ou agrave vitesse variable Cette option permettrait de moduler le deacutebit drsquoair et la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque le systegraveme fonctionne agrave une puissance infeacuterieure agrave sa puissance de chauffage nominale maximaleLa capaciteacute agrave utiliser un mode de circulation continu agrave faible puissance et faible vitesse serait particuliegraverement utile en cas de fonctionnement aux points de consigne de 15 et 40 pour lesquels il est primordial de collecter et de distribuer toute la chaleur reacutesiduelle des serpentins de chauffage la norme P9 tenant compte uniquement de la chaleur qui est reacuteellement transfeacutereacutee dans le courant drsquoair

La modulation du deacutebit drsquoair et de la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation permettra drsquoobtenir des tempeacuteratures drsquoair distribueacute confortables ainsi que des performances de chauffage eacuteleveacutees

Un MCE doteacute drsquoune programmation de deacutebit drsquoair constant surclassera vraisemblablement un MCE qui utilise une programmation de couple constant car le

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systegraveme compensera au moins partiellement les diffeacuterences entre les pressions statiques nominales et les pressions statiques reacuteellement eacutetablies Cette solution peut srsquoaveacuterer indispensable pour srsquoassurer que les performances de la combustion dans des conditions reacuteelles variables correspondent aux performances obtenues lors drsquoessais dans le laboratoire

Une programmation de deacutebit drsquoair constant sera probablement essentielle pour obtenir des performances acceptables dans le cas drsquoun systegraveme combineacute reacuteparti

84 Circulateurpompe

Ilest important de choisir le bon circulateur pour acheminer le deacutebit approprieacute en fonction de la pression statique eacutetablie qui sera en vigueur Les pertes de pression dans les diffeacuterents chauffe-eau agrave la demande varient Le fait drsquoutiliser un circulateur qui fournit un deacutebit trop important se traduira par une petite baisse de tempeacuterature dans le circuit drsquoeau qui traverse le serpentin et par une tempeacuterature drsquoeau de retour eacuteleveacutee vers le chauffe-eau Un deacutebit trop faible entraicircne des capaciteacutes de chauffage faibles Des circulateurs hydroniques sont offerts avec trois vitesses seacutelectionnables et des deacutebits de pompe nominaux Par contre les moteurs utiliseacutes dans les circulateurs types agrave plusieurs vitesses ne sont pas aussi efficaces que les moteurs agrave CE Des circulateurs agrave vitesse variable eacutequipeacutes de moteurs agrave CE font leur apparition sur le marcheacute mais ils ne sont pas encore couramment utiliseacutes dans les applications combineacutees

Ideacutealement les pompes de circulation des systegravemes combineacutes eacutevolueacutes devraient consister en un concept agrave modulation agrave vitesse variable capable drsquoameacuteliorer le rendement et de compenser les diffeacuterentes configurations de canalisation Ce type de concept est deacutejagrave disponible et pourrait ecirctre mis en œuvre degraves maintenant il pourrait aussi ecirctre mis de cocircteacute jusqursquoagrave ce que la prochaine geacuteneacuteration de systegravemes de chauffage combineacutes eacutevolueacutes soit mise au point Les premiers reacutesultats drsquoessais en laboratoire ont montreacute qursquoil est possible drsquoobtenir de bonnes performances conformes agrave la norme CSA P9 sans utiliser des pompes de circulation agrave vitesse variable et des commandes auxiliaires coucircteuses Agrave lrsquoavenir agrave mesure que le coucirct des circulateurs agrave vitesse variable doteacutes de moteurs agrave CE baissera et que les commandes inteacutegreacutees seront mieux accepteacutees leur utilisation dans des applications de chauffage combineacute sera plus rentable

85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)

Si lrsquoon conccediloit le reacuteseau de plomberie de maniegravere agrave pouvoir y installer des bouchons de controcircle de tempeacuterature drsquoeau et de pression les essais internes et les mesures de mise en service seront simplifieacutes De plus il sera plus facile de purger lrsquoair des circuits

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hydroniques Il est possible drsquoutiliser des sondes de tempeacuteratures monteacutees agrave lrsquoexteacuterieur pour effectuer les mesures de mise en service sur le terrain si des sections de conduites de cuivre ameacutenageacutees dans des endroits strateacutegiques sont prises en compte lors de la conception

86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau

Certains chauffe-eau agrave la demande de type chaudiegravere possegravedent des points de consignes et des algorithmes de controcircle distincts pour le chauffage des locaux et celui de lrsquoeau Drsquoautres ont besoin de savoir si la charge concerne le chauffage des locaux ou celui de lrsquoeau potable Dans ce cas on peut utiliser divers capteurs et surveiller eacutegalement les signaux transmis par un deacutebitmegravetre drsquoeau installeacute dans le reacuteseau drsquoeau potable ou un deacutebitmegravetre installeacute dans le circuit de chauffage des locaux Bon nombre de chauffe-eau agrave la demande utilisent de tels capteurs dans leurs circuits de commande de brucircleur afin de faire coiumlncider les allures de chauffe avec les chargesDans les applications combineacutees lrsquoutilisation de commandes capables de diffeacuterencier les charges deacutepend de la logique de controcircle prioritaire de demande drsquoeau chaude domestique

87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes

Les canalisations drsquoeau ameacutenageacutees entre le geacuteneacuterateur de chaleur et le systegraveme combineacute devraient ecirctre dimensionneacutees de maniegravere agrave eacuteviter des baisses de pression excessives

Toutes les canalisations en cuivre exteacuterieures doivent ecirctre isoleacutees conformeacutement aux pratiques de lrsquoindustrie Il se peut que les avantages lieacutes agrave lrsquoisolation des canalisations drsquointerraccordement ne soient pas tregraves importants si les sections de conduites sont courtes et si elles contiennent des tuyaux en polyeacutethylegravene reacuteticuleacute ou un type de conduite similaire preacutesentant moins de perte de chaleur que les conduites en cuivre

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9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes

La preacutesente section contient des directives et certaines observations agrave lrsquointention des fabricants de systegravemes de chauffage combineacutes dans le but drsquoaider ces derniers agrave mettre agrave lrsquoessai leurs systegravemes agrave lrsquointerne Lrsquoexeacutecution drsquoessais agrave lrsquointerne en utilisant un montage simplifieacute permettra aux fabricants de mieux cerner les performances de leurs concepts et commandes prototypes lorsqursquoils sont mis agrave lrsquoessai dans une installation indeacutependante conformeacutement agrave la norme CSA P9 (P10 pour les fabricants de SMI) Les essais en question ne doivent pas forceacutement ecirctre conccedilus pour geacuteneacuterer des reacutesultats de performance preacutecis agrave 100 mais ils sont consideacutereacutes comme indispensables pour le deacuteveloppement et le cycle drsquooptimisation du produit les avantages drsquoun concept et drsquoun fonctionnement de systegraveme ameacutelioreacutes pouvant rapidement sauter aux yeux lorsque lrsquoon compare les reacutesultats des essais reacutealiseacutes laquo avant raquo et laquo apregraves raquo

En geacuteneacuteral il nrsquoest pas rentable de payer un laboratoire drsquoessais indeacutependant pour proceacuteder agrave la premiegravere eacutevaluation drsquoun systegraveme de chauffage combineacute complet Les coucircts lieacutes au laboratoire et les deacutefis lieacutes aux ingeacutenieurs concepteurs qui prescrivent des reacuteglages lorsqursquoils ne sont pas sur place rendent cette option probleacutematique Des essais simplifieacutes reacutealiseacutes dans les propres locaux du fabricant permettent de srsquoassurer que les reacutesultats sont dans la plage approprieacutee degraves le deacutebut

Un scheacutema de montage drsquoessai suggeacutereacute utilisable pour effectuer des mesures conformeacutement agrave la norme CSA P9 est preacutesenteacute dans cette norme La figure 6 ci-dessous illustre une version simplifieacutee de ce scheacutema

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de la piegravece

combineacutes

Appareilsdeconditionnement

Eacutevents pour produits de combustion Appareils de

conditionnement de la piegravece

Salle drsquoessai

Isolant

Meacutelangeur

Approvisionnement en eau

Eacutevents pour air de combustion Conduite drsquoalimentation en combustible

Uniteacute drsquoessai des

systegravemes

Thermocouples Porte Fenecirctre

Mesure de la tempeacuterature et du deacutebit de lrsquoeau

Conduite drsquoair de retour

Thermocouples

Mesure de la tempeacuterature et de lrsquohumiditeacute de lrsquoair

Air drsquoappoint

Mesure du deacutebit drsquoair

Figure 6 Scheacutema simplifieacute illustrant le montage utiliseacute pour exeacutecuter les essais conformeacutement agrave la norme P9 (composants individuels du systegraveme combineacute non illustreacutes)

Le scheacutema preacutesente un dispositif de mesure de lrsquoenthalpie de lrsquoair dans un tunnel baseacute Vsur la norme ASHRAE 37 Lrsquoappareil de mesure de lrsquoair illustreacute sur la figure de la norme utilise un ajutage et un ventilateur drsquoeacutequilibrage pour pouvoir appliquer une technique de mesure du deacutebit drsquoair neacutecessitant une pression diffeacuterentielle eacuteleveacutee (entre 1 et 4 pouces drsquoeau) dans lrsquoajutage Lorsqursquoil est utiliseacute avec des manomegravetres preacutecis cet appareil offre une preacutecision de mesure eacuteleveacutee de lrsquoordre de 1 agrave 2 du deacutebit drsquoair et il geacutenegravere un deacutebit drsquoair bien meacutelangeacute qui permet de mesurer avec preacutecision la tempeacuterature du deacutebit de lrsquoair drsquoalimentation

La norme P9 preacutecise que lrsquoajutage inteacutegreacute agrave lrsquoappareil de mesure de lrsquoenthalpie de lrsquoair en tunnel constitue une meacutethode acceptable pour mesurer le deacutebit drsquoair tout en approuvant expresseacutement (article 36) lrsquoapplication drsquoautres processus de mesure du deacutebit drsquoair agrave condition que les limites de preacutecision mentionneacutees dans la norme soient satisfaites Ceci donne la possibiliteacute drsquoutiliser une technique de mesure du deacutebit drsquoair plus directe ne neacutecessitant pas lrsquoutilisation drsquoun appareil comportant un ventilateur drsquoeacutequilibrage Dans certains cas lrsquoutilisation drsquoune chambre de mesure de deacutebit avec un ventilateur drsquoeacutequilibrage pour reacutegler la pression statique de la conduite drsquoair drsquoalimentation a impliqueacute des problegravemes de stabiliteacute avec des moteurs agrave CE qui ont eacuteteacute

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programmeacutes pour un deacutebit drsquoair constant il est donc avantageux drsquoeacuteviter les ventilateurs drsquoeacutequilibrage

91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz

De nombreux fabricants concevant des systegravemes combineacutes eacutevolueacutes integravegreront des instruments conccedilus pour mesurer la consommation drsquoeacutenergie eacutelectrique la consommation du combustible les performances de combustion la tempeacuterature et la pression (pression du collecteur de gaz pression statique des conduites etc) Si de tels eacutequipements de mesure ne sont pas offerts ilest recommandeacute de les preacutevoirLes compteurs de facturation des compagnies de gaz et drsquoeacutelectriciteacute devraient offrir une preacutecision et une reacutesolution suffisantes pour les essais de deacuteveloppement du produit

92 Enregistreur de donneacutees

Les fabricants devront eacutegalement avoir accegraves agrave un systegraveme drsquoenregistrement de donneacutees dans le cadre de leur travail Il est conseilleacute de preacutevoir un enregistreur qui offre une preacutecision et un nombre de canaux de mesures suffisants pour les tacircches agrave accomplir On estime qursquoil faudra environ huit (8) canaux pour mesurer la tempeacuterature plus quelques canaux analogiques ou numeacuteriques pour prendre en compte les donneacutees des deacutebitmegravetres des transducteurs de pression etc (analogiques ou numeacuteriques selon lrsquoinstrument de mesure seacutelectionneacute) De nombreux fournisseurs proposent un large eacuteventail drsquoenregistreurs de donneacutees Campbell Scientific Fluke Instruments Omega et Measurement Computing (personal DAQ) figurent parmi les fabricants qui proposent des enregistreurs de donneacutees de petite eacutechelle pouvant ecirctre pris en compte Il est recommandeacute de se pencher sur lrsquoassistant logiciel de lrsquoenregistreur de donneacutees seacutelectionneacute au moment drsquoeacutevaluer lrsquoeacutequipement Si le fabricant ne souhaite pas investir dans un enregistreur de donneacutees la location demeure une option mecircme si les eacuteconomies preacutevues dans le cas drsquoune location agrave court terme semblent ecirctre faibles

93 Deacutebit drsquoair

Pour mesurer le deacutebit drsquoair pendant les essais agrave lrsquointerne il est recommandeacute drsquoutiliser une grille de deacutebit drsquoair avec eacutetablissement de moyenne installeacutee dans la conduite drsquoair drsquoalimentation en conjonction avec un manomegravetre diffeacuterentiel de preacutecision De nombreux fournisseurs proposent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans un large eacuteventail de tailles et ces deacutebitmegravetres sont relativement peu chers car ils sont souvent utiliseacutes dans des systegravemes commerciaux de chauffage et de refroidissement agrave deacutebit drsquoair variable Si lrsquoon fait une recherche dans Google en utilisant le segment laquo deacutebitmegravetres drsquoair raquo on trouve plusieurs fournisseurs et liens permettant

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drsquoobtenir de plus amples informations sur le sujet Nailor Industries Inc et Dwyer Instruments sont deux socieacuteteacutes quioffrent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans une grande varieacuteteacute de tailles de conduites

94 Manomegravetres

On trouve eacutegalement de nombreux manomegravetres diffeacuterentiels sur le marcheacute dont les modegraveles varient des manomegravetres agrave tube inclineacute aux transducteurs numeacuteriques de preacutecision Il est important de bien faire correspondre la plage de mesure du transducteur ou du manomegravetre avec la pression fournie par le deacutebitmegravetre sur la plage de deacutebits drsquoair preacutevue Dans le cas des transducteurs numeacuteriques des instruments capacitifs sont reacuteputeacutes bien fonctionner dans la plage de pression diffeacuterentielle basse qui serait normalement prescrite (environ 05 pouce de diffeacuterence de colonne drsquoeau) Setra Instruments MKS Instruments (Baratron) Dwyer Instruments et drsquoautres socieacuteteacutes proposent des transducteurs de pression diffeacuterentielle capacitifs plage basse adapteacutes

95 Tempeacuteratures

Les tempeacuteratures drsquoair drsquoarriveacutee et de sortie peuvent ecirctre mesureacutees en utilisant des thermocouples des thermistances ou des capteurs de conduite geacuteneacuterant une valeur moyenne Du fait de son bas coucirct de sa faciliteacute drsquoutilisation et de sa preacutesence agrave grande eacutechelle sur le marcheacute le thermocouple semble ecirctre lrsquoinstrument approprieacute pour cette application Il est possible de fabriquer un reacuteseau de thermocouples agrave partir drsquoune bobine de fil de thermocouple et de les raccorder entre eux en parallegravele de maniegravere agrave geacuteneacuterer une seule donneacutee repreacutesentant la valeur moyenne De nombreux fournisseurs offrent des fils agrave thermocouple notamment les socieacuteteacutes Thermo Electric Company Inc Omega Inc Watlow Inc etc Il est eacutegalement possible de fabriquer des sondes de tempeacuterature agrave partir des mecircmes fils de thermocouple pour surveiller drsquoautres paramegravetres tels que les tempeacuteratures drsquoeau Il est important de bien utiliser un fil agrave thermocouple plutocirct qursquoun fil de rallonge de lrsquoeacutechelle de mesure identique mais moins preacutecis

96 Mesures du cocircteacute eau

Pour effectuer des mesures du cocircteacute eau dans les serpentins il est neacutecessaire de posseacuteder un deacutebitmegravetre et des sondes de tempeacuterature Ces mesures pourraient ecirctre reacutealiseacutees en utilisant des capteurs distincts (deacutebitmegravetre drsquoeau et sondes de tempeacuterature distinctes par exemple) Il est important de srsquoassurer que lrsquoinsertion drsquoun deacutebitmegravetre dans la boucle drsquoeau ne modifie pas le deacutebit de la pompe de circulation Cela est particuliegraverement important avec des circulateurs agrave faible puissance geacuteneacuteralement utiliseacutes dans des applications combineacutees pour lesquelles lrsquoinstallation drsquoun deacutebitmegravetre agrave turbine conventionnel agrave baisse de pression eacuteleveacutee peut restreindre le deacutebit drsquoeau Ilexiste des deacutebitmegravetres preacutecis sans perte de pression eacuteleveacutee Certains appareils

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peuvent ecirctre acheteacutes deacutejagrave conditionneacutes avec des sondes de tempeacuterature en guise de laquo compteurs drsquoeacutenergie raquo Ils mesurent simultaneacutement les tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de lrsquoeau de retour ainsi que le deacutebit de lrsquoeau et calculent directement le flux drsquoeacutenergie en srsquoappuyant sur ces mesuresKamstrup Siemens Badger Meters Elster Metering ABB Meters et drsquoautres socieacuteteacutes offrent ce type drsquoappareils Les compteurs drsquoeacutenergie autonomes sont habituellement configureacutes avec certains dispositifs permettant de lire les diffeacuterents paramegravetres ainsi que les flux drsquoeacutenergie calculeacutes La plupart offre une fonction de stockage des donneacutees internes etou des sorties numeacuteriques pouvant ecirctre interfaceacutees avec des enregistreurs de donneacutees externes

97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne

La norme CSA P9 exige que le chauffage des locaux soit deacutefini en utilisant deux mesures (cocircteacute air et cocircteacute eau) avec une entente dans une toleacuterance acceptable pour la mise agrave lrsquoessai du systegraveme de chauffage de locaux agrave pleine capaciteacute constant Dans le cas des mesures agrave lrsquointerne entreprises par un fabricant dans le cadre drsquoun projet de deacuteveloppement de produit cibleacute lrsquoentente entre les mesures du cocircteacute air et du cocircteacute eau nrsquoest pas forceacutement requise On suggegravere aux fabricants de se concentrer sur les mesures qui ciblent la strateacutegie de controcircle ou de composant propre agrave lrsquoeacutetude Par exemple si des strateacutegies diffeacuterentes de temporisation du ventilateur ou laquo apregraves fonctionnement raquo sont eacutevalueacutees il est bien plus important de se concentrer sur les mesures du cocircteacute air que drsquoessayer drsquoatteindre un eacutequilibre entre le cocircteacute air et le cocircteacute eau Selon la quantiteacute drsquoeacutenergie laisseacutee dans le serpentin drsquoeau lorsque le ventilateur de soufflante srsquoarrecircte et drsquoautres pertes drsquoeacutenergie du systegraveme il est possible qursquoil nrsquoy ait pas drsquoeacutequilibre drsquoeacutenergie entre les mesures du cocircteacute air et les mesures du cocircteacute eau mecircme avec un instrument des mesures et des calculs laquo parfaits raquo

La norme CSA P9 exige une mesure du deacutebit drsquoair et des tempeacuteratures au moins toutes les cinq (5) secondes Dans le cas des essais agrave lrsquointerne cette freacutequence pourrait ecirctre assouplie pour certaines eacutetapes drsquoessai Par ailleurs une conformiteacute totale agrave la norme P9 suppose un controcircle preacutecis de la tempeacuterature de la salle drsquoessai ougrave se trouve le systegraveme combineacute en vue des essais ainsiqursquoun controcircle preacutecis de la tempeacuterature de lrsquoeau de la ville Dans le cas des essais de deacuteveloppement agrave lrsquointerne ces exigences peuvent eacutegalement ecirctre assouplies agrave condition que les tempeacuteratures ne varient pas trop pendant les essais Un espace commercial conditionneacute ayant une dimension raisonnable ferait lrsquoaffaire au moins pour les phases drsquoessai et de deacuteveloppement initiales

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Flue(combustionmeasurements)

SupplyAirtoSpaceHeatingPlenum

(optionalzonedampers)

ReturnAir

CityWater

TanklessWaterHeater

HotWaterSupplyfromWaterHeater

DHW

CoolWaterreturntoWaterheater

Temperaturemeasurementpoints

Fuelmeter

Flowmeter

Electricalmeteringnotshown

Circulator

98 Agencement des instruments

La figure 7 preacutesente un scheacutema simplifieacute permettant drsquoillustrer lrsquoagencement geacuteneacuteral des emplacements et des paramegravetres de mesure en vue de la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute de chauffe-eau instantaneacute agrave condensation Le deacutebit drsquoair qui traverse la conduite drsquoalimentation du systegraveme de traitement drsquoair sera surveilleacute en utilisant un deacutebitmegravetre agrave valeur moyenne et un manomegravetre (non illustreacute) tel que cela est deacutecrit agrave lrsquoarticle 73

T

T

T T

T T

Alimentation en eau chaude provenant du chauffe-eau

Conduit (mesures de combustion)

Eau chaude domestique

Systegraveme de mesure du combustible

Air dereprise

Retourde lrsquoeau froide vers lechauffe-eau

Chauffe-eau instantaneacute

Air drsquoalimentation achemineacute versle pleacutenum de chauffage(registres de zone facultatifs)

Eau municipale

Deacutebitmegravetre

T

(compteur eacutelectrique non illustreacute)

Points de mesure de la tempeacuterature Circulateur

Figure 8 Scheacutema de mesure simplifieacute applicable agrave la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute baseacute sur un chauffe-eau instantaneacute

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CanmetEacuteNERGIE CanmetEacuteNERGIE de Ressources naturelles Canada est un chef de file canadien dans le domaine de la recherche et deacuteveloppement en eacutenergie propre Les travaux de nos speacutecialistes portent sur lrsquoapprovisionnement drsquoeacutenergie propre agrave partir de combustibles fossiles et de sources renouvelables la gestion de lrsquoeacutenergie et les systegravemes de distribution ainsi que sur les technologies et processus avanceacutes pour les utilisations finales En veillant agrave ce que le Canada soit agrave la fine pointe des technologies sur lrsquoeacutenergie propre nous ameacuteliorons la qualiteacute de vie des Canadiens en creacuteant un avantage durable en matiegravere de ressources

Bureau central Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) 580 rue Booth 1 promenade Oil Patch 1 promenade Haanel 161 boulevard Lionel-Boulet Ottawa (Ontario) Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) Canada Canada Canada Canada K1A 0E4 T9G 1A8 K1A 1M1 J3X 1S6

  • Guide pour les fabricants drsquoappareils de chauffage combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessai conformeacutement agrave la norme CSA P9
    • Remerciements
    • 1 Reacutesumeacute
    • 2 Systegravemes agrave zones
    • Table des matiegraveres
    • Liste des tableaux et figures
    • 3 Contexte
      • 31 Objet
      • 32 Public cible
      • 33 Marcheacute
      • 34 Pratiques en vigueur dans lrsquoindustrie
      • 35 Expeacuterience en matiegravere drsquoeacutevaluation
      • 36 Deacutefi principal Utiliser des chauffe-eau pour chauffer des locaux de maniegravere eacuteconergeacutetique
      • 37 Approche par eacutetapes
        • 4 Charges de calcul ndash performances selon la norme CSA p9
          • 41 Facteur de performance thermique (FPT)
          • 42 Chauffage de lrsquoeau
          • 43 Chauffage des locaux
          • 44 Importance relative des charges de chauffage des locaux et de lrsquoeau
            • 5 Chauffage de lrsquoeau domestique
            • 6 Conception des systegravemes combineacutes
              • 61 Incidence des pondeacuterations de charge
                • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                • Reacuteduction des tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour
                  • 62 Strateacutegies de conception
                  • 63 Strateacutegie 1 Tempeacuterature drsquoeau constante
                    • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                    • Serpentin(s) de chauffage des locaux
                    • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                    • Illustration des performances selon la norme P9
                    • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                      • 64 Strateacutegie 2 Tempeacuterature drsquoeau variable
                        • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                        • Serpentin(s) de chauffage de locaux
                        • Conditions de chauffage de locaux en charge partielle
                        • Illustration des performances P9
                        • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                            • 7 Commandes
                              • Commandes indirectes baseacutees sur la tempeacuterature
                              • Commandes indirectes baseacutees sur le minuteur
                              • Controcircle direct
                              • Chauffe-eau -Mode de chauffage de lrsquoeau du robinet
                                • 8 Composants
                                  • 81 Systegraveme de traitement drsquoair
                                  • 82 Serpentins de chauffage de locaux
                                  • 83 Moteur de ventilateur
                                  • 84 Circulateurpompe
                                  • 85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)
                                  • 86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau
                                  • 87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes
                                    • 9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes
                                      • 91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz
                                      • 92 Enregistreur de donneacutees
                                      • 93 Deacutebit drsquoair
                                      • 94 Manomegravetres
                                      • 95 Tempeacuteratures
                                      • 96 Mesures du cocircteacute eau
                                      • 97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne
                                      • 98 Agencement des instruments
Page 35: Guide pour les fabricants d’appareils de chauffage ...€¦ · Le présent rapport explique comment la norme d’essai P.9 pondère le rendement dans différents modes de fonctionnement

8 Composants

Pour bien fonctionner les systegravemes de chauffage combineacutes doivent ecirctre doteacutes de composants haute performance que ce soit dans une configuration dite laquo installeacutee raquo ou dans une configuration drsquoessai selon la norme CSA P9 La preacutesente section a pour objectif drsquoaider les fabricants de chauffe-eau agrave la demande

bull agrave concevoir leur propre systegraveme de traitement drsquoair

bull agrave eacutetablir un partenariat avec un autre fabricant qui fournirait un systegraveme de traitement drsquoair pour leur systegraveme apregraves avoir deacutetermineacute

ndash les composants requis

ndash la mesure dans laquelle un modegravele de systegraveme de traitement drsquoair existant aurait besoin drsquoecirctre affineacute pour reacutepondre agrave leurs besoins

bull agrave eacutetablir les modifications qursquoil faut apporter au systegraveme monobloc dans son ensemble pour ameacuteliorer les performances

81 Systegraveme de traitement drsquoair

Le systegraveme de traitement drsquoair doit inclure les composants neacutecessaires pour fournir de la chaleur et faire circuler de lrsquoair Les eacuteleacutements agrave prendre en compte sont des serpentins de chauffage de locaux un moteur de ventilateur une pompe et un puits de tempeacuterature Ces eacuteleacutements sont deacutecrits plus en deacutetail ci-dessous

82 Serpentins de chauffage de locaux

Les serpentins de chauffage de locaux doivent ecirctre dimensionneacutes de maniegravere approprieacutee pour que le chauffage des locaux puisse avoir lieu avec une tempeacuterature drsquoalimentation suffisamment basse et une baisse de tempeacuterature de lrsquoeau suffisante pour favoriser la condensation dans le geacuteneacuterateur de chaleur lorsque le systegraveme fonctionne en conditions de charge partielle (et ideacutealement en conditions de pleine charge eacutegalement)

Geacuteneacuteralement les serpentins quiextraient la chaleur de lrsquoeau sont conccedilus et choisis en tenant compte drsquoune baisse de tempeacuterature de lrsquoeau drsquoenviron 11 degC (20 degF) le long des serpentins aux conditions de chauffage nominales La seacutelection preacutealable du serpentin peut ecirctre faite en utilisant un logiciel deacutejagrave proposeacute par divers fabricants de serpentins Dans la plupart des cas le modegravele logiciel calcule la puissance de chauffage drsquoun

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serpentin de chauffage agrave eau chaude en se fondant sur la mesure des performances du conditionnement drsquoair pour des serpentins ayant une construction et des geacuteomeacutetries similaires Du coup la puissance de chauffage reacuteelle pour une condition nominale donneacutee peut diffeacuterer leacutegegraverement de celle preacutedite par le logiciel

Ilest recommandeacute de veacuterifier la performance reacuteelle du serpentin choisi (puissance de chauffage baisse de la tempeacuterature de lrsquoeau baisse de la pression statique sur le cocircteacute air et eau) en effectuant des essais internes Lorsque cette eacutetape a eacuteteacute exeacutecuteacutee le modegravele logiciel peut fournir une aide preacutecieuse pour seacutelectionner le serpentin et devrait proposer des indications plutocirct fiables concernant les changements de performance du serpentin aux diffeacuterentes conditions projeteacutees Les informations ainsi collecteacutees devraient ecirctre utiles pour concevoir et affiner des reacuteglages et des strateacutegies de controcircle plus eacutevolueacutes en vue drsquooptimiser le rendement du systegraveme en conditions de chauffage en charge partielle

Voici les eacuteleacutements agrave prendre en compte

Diamegravetre du serpentin drsquoeau et nombre de spires ndash Un grand diamegravetre de canalisation reacuteduira au minimum la baisse de pression de lrsquoeau ainsi que lrsquoeacutenergie utiliseacutee par le systegraveme de circulation drsquoeau Un petit diamegravetre de canalisation permettra drsquoopter pour un serpentin moins oneacutereux eacutetant donneacute qursquoil faudra moins de cuivre dans le serpentin Cependant des petits tubes neacutecessiteront une eacutenergie de pompage supeacuterieure et feront augmenter les pheacutenomegravenes drsquousure et drsquoeacuterosion des tubes si une puissance de pompe suffisante est appliqueacutee pour offrir le deacutebit drsquoeau nominal Concregravetement le fait drsquoutiliser un serpentin avec des tubes trop petits reacuteduira la puissance de chauffage fournie par le serpentin En effet le fabricant utilisera vraisemblablement le mecircme circulateur standard quel que soit le serpentin retenu Les TECA hydronic and combo guideline (Directives sur les systegravemes hydroniques et combineacutes de la TECA)1

(article 814) preacutecisent que le deacutebit de lrsquoeau qui traverse le systegraveme de chauffage ne doit pas deacutepasser quatre (4) pieds par seconde

Nombre drsquoailettes par pouce ndash Plus le nombre drsquoailettes par pouce est eacuteleveacute plus la surface de transmission de chaleur et la puissance de chauffage augmentent cela creacutee cependant une baisse de pression supeacuterieure sur le cocircteacute air du serpentin Un certain degreacute de perte de pression dans le serpentin est utile pour assurer un deacutebit drsquoair homogegravene dans le serpentin notamment dans une configuration de laquo purge raquo qui est couramment utiliseacutee dans les ventilo-convecteurs combineacutes servant au chauffage des locauxLes speacutecifications des serpentins de chauffage peuvent faire eacutetat drsquoun nombre drsquoailettes variant de 6 ailettes par pouce agrave 14 ailettes par pouce Les serpentins de chauffage hydronique standard comportent 12 ou 14 ailettes par pouce Les serpentins doteacutes drsquoun grand nombre drsquoailettes sont plus facilement encrasseacutes par de la poussiegravere

1 Thermal Environmental Comfort Association (TECA) Surrey (C-B) Hydronic amp Combo Guidelines for the Design and Installation of Hot Water Heating Systems and Combination Hot Water amp Space Heating Systems 8th Edition August 2009 (Directives concernant les systegravemes hydroniques et combineacutes conception et installation de systegravemes de chauffage drsquoeau chaude et de systegravemes combineacutes de chauffage drsquoeau chaude et de locaux 8e eacutedition aoucirct 2009) [wwwtecaca]

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ou des deacutebris Selon les reacutesultats du logiciel de modeacutelisation du serpentin la preacutesence de 12 ailettes ou mecircme 14 semble ecirctre un choix raisonnable pour un serpentin de chauffage de locaux haute performance agrave condition que le serpentin soit choisi avec une surface suffisamment importante pour maintenir la vitesse frontale de lrsquoair faible agrave la puissance de chauffage theacuteorique

Figure 5 Exemple de serpentin de chauffage de locaux laquo surdimensionneacute raquo utiliseacute dans une application de systegraveme de traitement drsquoair hydronique

83 Moteur de ventilateur

Le systegraveme de traitement drsquoair devrait utiliser un moteur de ventilateur agrave commutation eacutelectronique (MCE) et ecirctre exploiteacute en utilisant un systegraveme de controcircle agrave vitesse multiple ou agrave vitesse variable Cette option permettrait de moduler le deacutebit drsquoair et la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque le systegraveme fonctionne agrave une puissance infeacuterieure agrave sa puissance de chauffage nominale maximaleLa capaciteacute agrave utiliser un mode de circulation continu agrave faible puissance et faible vitesse serait particuliegraverement utile en cas de fonctionnement aux points de consigne de 15 et 40 pour lesquels il est primordial de collecter et de distribuer toute la chaleur reacutesiduelle des serpentins de chauffage la norme P9 tenant compte uniquement de la chaleur qui est reacuteellement transfeacutereacutee dans le courant drsquoair

La modulation du deacutebit drsquoair et de la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation permettra drsquoobtenir des tempeacuteratures drsquoair distribueacute confortables ainsi que des performances de chauffage eacuteleveacutees

Un MCE doteacute drsquoune programmation de deacutebit drsquoair constant surclassera vraisemblablement un MCE qui utilise une programmation de couple constant car le

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systegraveme compensera au moins partiellement les diffeacuterences entre les pressions statiques nominales et les pressions statiques reacuteellement eacutetablies Cette solution peut srsquoaveacuterer indispensable pour srsquoassurer que les performances de la combustion dans des conditions reacuteelles variables correspondent aux performances obtenues lors drsquoessais dans le laboratoire

Une programmation de deacutebit drsquoair constant sera probablement essentielle pour obtenir des performances acceptables dans le cas drsquoun systegraveme combineacute reacuteparti

84 Circulateurpompe

Ilest important de choisir le bon circulateur pour acheminer le deacutebit approprieacute en fonction de la pression statique eacutetablie qui sera en vigueur Les pertes de pression dans les diffeacuterents chauffe-eau agrave la demande varient Le fait drsquoutiliser un circulateur qui fournit un deacutebit trop important se traduira par une petite baisse de tempeacuterature dans le circuit drsquoeau qui traverse le serpentin et par une tempeacuterature drsquoeau de retour eacuteleveacutee vers le chauffe-eau Un deacutebit trop faible entraicircne des capaciteacutes de chauffage faibles Des circulateurs hydroniques sont offerts avec trois vitesses seacutelectionnables et des deacutebits de pompe nominaux Par contre les moteurs utiliseacutes dans les circulateurs types agrave plusieurs vitesses ne sont pas aussi efficaces que les moteurs agrave CE Des circulateurs agrave vitesse variable eacutequipeacutes de moteurs agrave CE font leur apparition sur le marcheacute mais ils ne sont pas encore couramment utiliseacutes dans les applications combineacutees

Ideacutealement les pompes de circulation des systegravemes combineacutes eacutevolueacutes devraient consister en un concept agrave modulation agrave vitesse variable capable drsquoameacuteliorer le rendement et de compenser les diffeacuterentes configurations de canalisation Ce type de concept est deacutejagrave disponible et pourrait ecirctre mis en œuvre degraves maintenant il pourrait aussi ecirctre mis de cocircteacute jusqursquoagrave ce que la prochaine geacuteneacuteration de systegravemes de chauffage combineacutes eacutevolueacutes soit mise au point Les premiers reacutesultats drsquoessais en laboratoire ont montreacute qursquoil est possible drsquoobtenir de bonnes performances conformes agrave la norme CSA P9 sans utiliser des pompes de circulation agrave vitesse variable et des commandes auxiliaires coucircteuses Agrave lrsquoavenir agrave mesure que le coucirct des circulateurs agrave vitesse variable doteacutes de moteurs agrave CE baissera et que les commandes inteacutegreacutees seront mieux accepteacutees leur utilisation dans des applications de chauffage combineacute sera plus rentable

85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)

Si lrsquoon conccediloit le reacuteseau de plomberie de maniegravere agrave pouvoir y installer des bouchons de controcircle de tempeacuterature drsquoeau et de pression les essais internes et les mesures de mise en service seront simplifieacutes De plus il sera plus facile de purger lrsquoair des circuits

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hydroniques Il est possible drsquoutiliser des sondes de tempeacuteratures monteacutees agrave lrsquoexteacuterieur pour effectuer les mesures de mise en service sur le terrain si des sections de conduites de cuivre ameacutenageacutees dans des endroits strateacutegiques sont prises en compte lors de la conception

86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau

Certains chauffe-eau agrave la demande de type chaudiegravere possegravedent des points de consignes et des algorithmes de controcircle distincts pour le chauffage des locaux et celui de lrsquoeau Drsquoautres ont besoin de savoir si la charge concerne le chauffage des locaux ou celui de lrsquoeau potable Dans ce cas on peut utiliser divers capteurs et surveiller eacutegalement les signaux transmis par un deacutebitmegravetre drsquoeau installeacute dans le reacuteseau drsquoeau potable ou un deacutebitmegravetre installeacute dans le circuit de chauffage des locaux Bon nombre de chauffe-eau agrave la demande utilisent de tels capteurs dans leurs circuits de commande de brucircleur afin de faire coiumlncider les allures de chauffe avec les chargesDans les applications combineacutees lrsquoutilisation de commandes capables de diffeacuterencier les charges deacutepend de la logique de controcircle prioritaire de demande drsquoeau chaude domestique

87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes

Les canalisations drsquoeau ameacutenageacutees entre le geacuteneacuterateur de chaleur et le systegraveme combineacute devraient ecirctre dimensionneacutees de maniegravere agrave eacuteviter des baisses de pression excessives

Toutes les canalisations en cuivre exteacuterieures doivent ecirctre isoleacutees conformeacutement aux pratiques de lrsquoindustrie Il se peut que les avantages lieacutes agrave lrsquoisolation des canalisations drsquointerraccordement ne soient pas tregraves importants si les sections de conduites sont courtes et si elles contiennent des tuyaux en polyeacutethylegravene reacuteticuleacute ou un type de conduite similaire preacutesentant moins de perte de chaleur que les conduites en cuivre

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9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes

La preacutesente section contient des directives et certaines observations agrave lrsquointention des fabricants de systegravemes de chauffage combineacutes dans le but drsquoaider ces derniers agrave mettre agrave lrsquoessai leurs systegravemes agrave lrsquointerne Lrsquoexeacutecution drsquoessais agrave lrsquointerne en utilisant un montage simplifieacute permettra aux fabricants de mieux cerner les performances de leurs concepts et commandes prototypes lorsqursquoils sont mis agrave lrsquoessai dans une installation indeacutependante conformeacutement agrave la norme CSA P9 (P10 pour les fabricants de SMI) Les essais en question ne doivent pas forceacutement ecirctre conccedilus pour geacuteneacuterer des reacutesultats de performance preacutecis agrave 100 mais ils sont consideacutereacutes comme indispensables pour le deacuteveloppement et le cycle drsquooptimisation du produit les avantages drsquoun concept et drsquoun fonctionnement de systegraveme ameacutelioreacutes pouvant rapidement sauter aux yeux lorsque lrsquoon compare les reacutesultats des essais reacutealiseacutes laquo avant raquo et laquo apregraves raquo

En geacuteneacuteral il nrsquoest pas rentable de payer un laboratoire drsquoessais indeacutependant pour proceacuteder agrave la premiegravere eacutevaluation drsquoun systegraveme de chauffage combineacute complet Les coucircts lieacutes au laboratoire et les deacutefis lieacutes aux ingeacutenieurs concepteurs qui prescrivent des reacuteglages lorsqursquoils ne sont pas sur place rendent cette option probleacutematique Des essais simplifieacutes reacutealiseacutes dans les propres locaux du fabricant permettent de srsquoassurer que les reacutesultats sont dans la plage approprieacutee degraves le deacutebut

Un scheacutema de montage drsquoessai suggeacutereacute utilisable pour effectuer des mesures conformeacutement agrave la norme CSA P9 est preacutesenteacute dans cette norme La figure 6 ci-dessous illustre une version simplifieacutee de ce scheacutema

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de la piegravece

combineacutes

Appareilsdeconditionnement

Eacutevents pour produits de combustion Appareils de

conditionnement de la piegravece

Salle drsquoessai

Isolant

Meacutelangeur

Approvisionnement en eau

Eacutevents pour air de combustion Conduite drsquoalimentation en combustible

Uniteacute drsquoessai des

systegravemes

Thermocouples Porte Fenecirctre

Mesure de la tempeacuterature et du deacutebit de lrsquoeau

Conduite drsquoair de retour

Thermocouples

Mesure de la tempeacuterature et de lrsquohumiditeacute de lrsquoair

Air drsquoappoint

Mesure du deacutebit drsquoair

Figure 6 Scheacutema simplifieacute illustrant le montage utiliseacute pour exeacutecuter les essais conformeacutement agrave la norme P9 (composants individuels du systegraveme combineacute non illustreacutes)

Le scheacutema preacutesente un dispositif de mesure de lrsquoenthalpie de lrsquoair dans un tunnel baseacute Vsur la norme ASHRAE 37 Lrsquoappareil de mesure de lrsquoair illustreacute sur la figure de la norme utilise un ajutage et un ventilateur drsquoeacutequilibrage pour pouvoir appliquer une technique de mesure du deacutebit drsquoair neacutecessitant une pression diffeacuterentielle eacuteleveacutee (entre 1 et 4 pouces drsquoeau) dans lrsquoajutage Lorsqursquoil est utiliseacute avec des manomegravetres preacutecis cet appareil offre une preacutecision de mesure eacuteleveacutee de lrsquoordre de 1 agrave 2 du deacutebit drsquoair et il geacutenegravere un deacutebit drsquoair bien meacutelangeacute qui permet de mesurer avec preacutecision la tempeacuterature du deacutebit de lrsquoair drsquoalimentation

La norme P9 preacutecise que lrsquoajutage inteacutegreacute agrave lrsquoappareil de mesure de lrsquoenthalpie de lrsquoair en tunnel constitue une meacutethode acceptable pour mesurer le deacutebit drsquoair tout en approuvant expresseacutement (article 36) lrsquoapplication drsquoautres processus de mesure du deacutebit drsquoair agrave condition que les limites de preacutecision mentionneacutees dans la norme soient satisfaites Ceci donne la possibiliteacute drsquoutiliser une technique de mesure du deacutebit drsquoair plus directe ne neacutecessitant pas lrsquoutilisation drsquoun appareil comportant un ventilateur drsquoeacutequilibrage Dans certains cas lrsquoutilisation drsquoune chambre de mesure de deacutebit avec un ventilateur drsquoeacutequilibrage pour reacutegler la pression statique de la conduite drsquoair drsquoalimentation a impliqueacute des problegravemes de stabiliteacute avec des moteurs agrave CE qui ont eacuteteacute

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programmeacutes pour un deacutebit drsquoair constant il est donc avantageux drsquoeacuteviter les ventilateurs drsquoeacutequilibrage

91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz

De nombreux fabricants concevant des systegravemes combineacutes eacutevolueacutes integravegreront des instruments conccedilus pour mesurer la consommation drsquoeacutenergie eacutelectrique la consommation du combustible les performances de combustion la tempeacuterature et la pression (pression du collecteur de gaz pression statique des conduites etc) Si de tels eacutequipements de mesure ne sont pas offerts ilest recommandeacute de les preacutevoirLes compteurs de facturation des compagnies de gaz et drsquoeacutelectriciteacute devraient offrir une preacutecision et une reacutesolution suffisantes pour les essais de deacuteveloppement du produit

92 Enregistreur de donneacutees

Les fabricants devront eacutegalement avoir accegraves agrave un systegraveme drsquoenregistrement de donneacutees dans le cadre de leur travail Il est conseilleacute de preacutevoir un enregistreur qui offre une preacutecision et un nombre de canaux de mesures suffisants pour les tacircches agrave accomplir On estime qursquoil faudra environ huit (8) canaux pour mesurer la tempeacuterature plus quelques canaux analogiques ou numeacuteriques pour prendre en compte les donneacutees des deacutebitmegravetres des transducteurs de pression etc (analogiques ou numeacuteriques selon lrsquoinstrument de mesure seacutelectionneacute) De nombreux fournisseurs proposent un large eacuteventail drsquoenregistreurs de donneacutees Campbell Scientific Fluke Instruments Omega et Measurement Computing (personal DAQ) figurent parmi les fabricants qui proposent des enregistreurs de donneacutees de petite eacutechelle pouvant ecirctre pris en compte Il est recommandeacute de se pencher sur lrsquoassistant logiciel de lrsquoenregistreur de donneacutees seacutelectionneacute au moment drsquoeacutevaluer lrsquoeacutequipement Si le fabricant ne souhaite pas investir dans un enregistreur de donneacutees la location demeure une option mecircme si les eacuteconomies preacutevues dans le cas drsquoune location agrave court terme semblent ecirctre faibles

93 Deacutebit drsquoair

Pour mesurer le deacutebit drsquoair pendant les essais agrave lrsquointerne il est recommandeacute drsquoutiliser une grille de deacutebit drsquoair avec eacutetablissement de moyenne installeacutee dans la conduite drsquoair drsquoalimentation en conjonction avec un manomegravetre diffeacuterentiel de preacutecision De nombreux fournisseurs proposent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans un large eacuteventail de tailles et ces deacutebitmegravetres sont relativement peu chers car ils sont souvent utiliseacutes dans des systegravemes commerciaux de chauffage et de refroidissement agrave deacutebit drsquoair variable Si lrsquoon fait une recherche dans Google en utilisant le segment laquo deacutebitmegravetres drsquoair raquo on trouve plusieurs fournisseurs et liens permettant

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drsquoobtenir de plus amples informations sur le sujet Nailor Industries Inc et Dwyer Instruments sont deux socieacuteteacutes quioffrent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans une grande varieacuteteacute de tailles de conduites

94 Manomegravetres

On trouve eacutegalement de nombreux manomegravetres diffeacuterentiels sur le marcheacute dont les modegraveles varient des manomegravetres agrave tube inclineacute aux transducteurs numeacuteriques de preacutecision Il est important de bien faire correspondre la plage de mesure du transducteur ou du manomegravetre avec la pression fournie par le deacutebitmegravetre sur la plage de deacutebits drsquoair preacutevue Dans le cas des transducteurs numeacuteriques des instruments capacitifs sont reacuteputeacutes bien fonctionner dans la plage de pression diffeacuterentielle basse qui serait normalement prescrite (environ 05 pouce de diffeacuterence de colonne drsquoeau) Setra Instruments MKS Instruments (Baratron) Dwyer Instruments et drsquoautres socieacuteteacutes proposent des transducteurs de pression diffeacuterentielle capacitifs plage basse adapteacutes

95 Tempeacuteratures

Les tempeacuteratures drsquoair drsquoarriveacutee et de sortie peuvent ecirctre mesureacutees en utilisant des thermocouples des thermistances ou des capteurs de conduite geacuteneacuterant une valeur moyenne Du fait de son bas coucirct de sa faciliteacute drsquoutilisation et de sa preacutesence agrave grande eacutechelle sur le marcheacute le thermocouple semble ecirctre lrsquoinstrument approprieacute pour cette application Il est possible de fabriquer un reacuteseau de thermocouples agrave partir drsquoune bobine de fil de thermocouple et de les raccorder entre eux en parallegravele de maniegravere agrave geacuteneacuterer une seule donneacutee repreacutesentant la valeur moyenne De nombreux fournisseurs offrent des fils agrave thermocouple notamment les socieacuteteacutes Thermo Electric Company Inc Omega Inc Watlow Inc etc Il est eacutegalement possible de fabriquer des sondes de tempeacuterature agrave partir des mecircmes fils de thermocouple pour surveiller drsquoautres paramegravetres tels que les tempeacuteratures drsquoeau Il est important de bien utiliser un fil agrave thermocouple plutocirct qursquoun fil de rallonge de lrsquoeacutechelle de mesure identique mais moins preacutecis

96 Mesures du cocircteacute eau

Pour effectuer des mesures du cocircteacute eau dans les serpentins il est neacutecessaire de posseacuteder un deacutebitmegravetre et des sondes de tempeacuterature Ces mesures pourraient ecirctre reacutealiseacutees en utilisant des capteurs distincts (deacutebitmegravetre drsquoeau et sondes de tempeacuterature distinctes par exemple) Il est important de srsquoassurer que lrsquoinsertion drsquoun deacutebitmegravetre dans la boucle drsquoeau ne modifie pas le deacutebit de la pompe de circulation Cela est particuliegraverement important avec des circulateurs agrave faible puissance geacuteneacuteralement utiliseacutes dans des applications combineacutees pour lesquelles lrsquoinstallation drsquoun deacutebitmegravetre agrave turbine conventionnel agrave baisse de pression eacuteleveacutee peut restreindre le deacutebit drsquoeau Ilexiste des deacutebitmegravetres preacutecis sans perte de pression eacuteleveacutee Certains appareils

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peuvent ecirctre acheteacutes deacutejagrave conditionneacutes avec des sondes de tempeacuterature en guise de laquo compteurs drsquoeacutenergie raquo Ils mesurent simultaneacutement les tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de lrsquoeau de retour ainsi que le deacutebit de lrsquoeau et calculent directement le flux drsquoeacutenergie en srsquoappuyant sur ces mesuresKamstrup Siemens Badger Meters Elster Metering ABB Meters et drsquoautres socieacuteteacutes offrent ce type drsquoappareils Les compteurs drsquoeacutenergie autonomes sont habituellement configureacutes avec certains dispositifs permettant de lire les diffeacuterents paramegravetres ainsi que les flux drsquoeacutenergie calculeacutes La plupart offre une fonction de stockage des donneacutees internes etou des sorties numeacuteriques pouvant ecirctre interfaceacutees avec des enregistreurs de donneacutees externes

97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne

La norme CSA P9 exige que le chauffage des locaux soit deacutefini en utilisant deux mesures (cocircteacute air et cocircteacute eau) avec une entente dans une toleacuterance acceptable pour la mise agrave lrsquoessai du systegraveme de chauffage de locaux agrave pleine capaciteacute constant Dans le cas des mesures agrave lrsquointerne entreprises par un fabricant dans le cadre drsquoun projet de deacuteveloppement de produit cibleacute lrsquoentente entre les mesures du cocircteacute air et du cocircteacute eau nrsquoest pas forceacutement requise On suggegravere aux fabricants de se concentrer sur les mesures qui ciblent la strateacutegie de controcircle ou de composant propre agrave lrsquoeacutetude Par exemple si des strateacutegies diffeacuterentes de temporisation du ventilateur ou laquo apregraves fonctionnement raquo sont eacutevalueacutees il est bien plus important de se concentrer sur les mesures du cocircteacute air que drsquoessayer drsquoatteindre un eacutequilibre entre le cocircteacute air et le cocircteacute eau Selon la quantiteacute drsquoeacutenergie laisseacutee dans le serpentin drsquoeau lorsque le ventilateur de soufflante srsquoarrecircte et drsquoautres pertes drsquoeacutenergie du systegraveme il est possible qursquoil nrsquoy ait pas drsquoeacutequilibre drsquoeacutenergie entre les mesures du cocircteacute air et les mesures du cocircteacute eau mecircme avec un instrument des mesures et des calculs laquo parfaits raquo

La norme CSA P9 exige une mesure du deacutebit drsquoair et des tempeacuteratures au moins toutes les cinq (5) secondes Dans le cas des essais agrave lrsquointerne cette freacutequence pourrait ecirctre assouplie pour certaines eacutetapes drsquoessai Par ailleurs une conformiteacute totale agrave la norme P9 suppose un controcircle preacutecis de la tempeacuterature de la salle drsquoessai ougrave se trouve le systegraveme combineacute en vue des essais ainsiqursquoun controcircle preacutecis de la tempeacuterature de lrsquoeau de la ville Dans le cas des essais de deacuteveloppement agrave lrsquointerne ces exigences peuvent eacutegalement ecirctre assouplies agrave condition que les tempeacuteratures ne varient pas trop pendant les essais Un espace commercial conditionneacute ayant une dimension raisonnable ferait lrsquoaffaire au moins pour les phases drsquoessai et de deacuteveloppement initiales

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Flue(combustionmeasurements)

SupplyAirtoSpaceHeatingPlenum

(optionalzonedampers)

ReturnAir

CityWater

TanklessWaterHeater

HotWaterSupplyfromWaterHeater

DHW

CoolWaterreturntoWaterheater

Temperaturemeasurementpoints

Fuelmeter

Flowmeter

Electricalmeteringnotshown

Circulator

98 Agencement des instruments

La figure 7 preacutesente un scheacutema simplifieacute permettant drsquoillustrer lrsquoagencement geacuteneacuteral des emplacements et des paramegravetres de mesure en vue de la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute de chauffe-eau instantaneacute agrave condensation Le deacutebit drsquoair qui traverse la conduite drsquoalimentation du systegraveme de traitement drsquoair sera surveilleacute en utilisant un deacutebitmegravetre agrave valeur moyenne et un manomegravetre (non illustreacute) tel que cela est deacutecrit agrave lrsquoarticle 73

T

T

T T

T T

Alimentation en eau chaude provenant du chauffe-eau

Conduit (mesures de combustion)

Eau chaude domestique

Systegraveme de mesure du combustible

Air dereprise

Retourde lrsquoeau froide vers lechauffe-eau

Chauffe-eau instantaneacute

Air drsquoalimentation achemineacute versle pleacutenum de chauffage(registres de zone facultatifs)

Eau municipale

Deacutebitmegravetre

T

(compteur eacutelectrique non illustreacute)

Points de mesure de la tempeacuterature Circulateur

Figure 8 Scheacutema de mesure simplifieacute applicable agrave la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute baseacute sur un chauffe-eau instantaneacute

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CanmetEacuteNERGIE CanmetEacuteNERGIE de Ressources naturelles Canada est un chef de file canadien dans le domaine de la recherche et deacuteveloppement en eacutenergie propre Les travaux de nos speacutecialistes portent sur lrsquoapprovisionnement drsquoeacutenergie propre agrave partir de combustibles fossiles et de sources renouvelables la gestion de lrsquoeacutenergie et les systegravemes de distribution ainsi que sur les technologies et processus avanceacutes pour les utilisations finales En veillant agrave ce que le Canada soit agrave la fine pointe des technologies sur lrsquoeacutenergie propre nous ameacuteliorons la qualiteacute de vie des Canadiens en creacuteant un avantage durable en matiegravere de ressources

Bureau central Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) 580 rue Booth 1 promenade Oil Patch 1 promenade Haanel 161 boulevard Lionel-Boulet Ottawa (Ontario) Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) Canada Canada Canada Canada K1A 0E4 T9G 1A8 K1A 1M1 J3X 1S6

  • Guide pour les fabricants drsquoappareils de chauffage combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessai conformeacutement agrave la norme CSA P9
    • Remerciements
    • 1 Reacutesumeacute
    • 2 Systegravemes agrave zones
    • Table des matiegraveres
    • Liste des tableaux et figures
    • 3 Contexte
      • 31 Objet
      • 32 Public cible
      • 33 Marcheacute
      • 34 Pratiques en vigueur dans lrsquoindustrie
      • 35 Expeacuterience en matiegravere drsquoeacutevaluation
      • 36 Deacutefi principal Utiliser des chauffe-eau pour chauffer des locaux de maniegravere eacuteconergeacutetique
      • 37 Approche par eacutetapes
        • 4 Charges de calcul ndash performances selon la norme CSA p9
          • 41 Facteur de performance thermique (FPT)
          • 42 Chauffage de lrsquoeau
          • 43 Chauffage des locaux
          • 44 Importance relative des charges de chauffage des locaux et de lrsquoeau
            • 5 Chauffage de lrsquoeau domestique
            • 6 Conception des systegravemes combineacutes
              • 61 Incidence des pondeacuterations de charge
                • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                • Reacuteduction des tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour
                  • 62 Strateacutegies de conception
                  • 63 Strateacutegie 1 Tempeacuterature drsquoeau constante
                    • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                    • Serpentin(s) de chauffage des locaux
                    • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                    • Illustration des performances selon la norme P9
                    • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                      • 64 Strateacutegie 2 Tempeacuterature drsquoeau variable
                        • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                        • Serpentin(s) de chauffage de locaux
                        • Conditions de chauffage de locaux en charge partielle
                        • Illustration des performances P9
                        • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                            • 7 Commandes
                              • Commandes indirectes baseacutees sur la tempeacuterature
                              • Commandes indirectes baseacutees sur le minuteur
                              • Controcircle direct
                              • Chauffe-eau -Mode de chauffage de lrsquoeau du robinet
                                • 8 Composants
                                  • 81 Systegraveme de traitement drsquoair
                                  • 82 Serpentins de chauffage de locaux
                                  • 83 Moteur de ventilateur
                                  • 84 Circulateurpompe
                                  • 85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)
                                  • 86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau
                                  • 87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes
                                    • 9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes
                                      • 91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz
                                      • 92 Enregistreur de donneacutees
                                      • 93 Deacutebit drsquoair
                                      • 94 Manomegravetres
                                      • 95 Tempeacuteratures
                                      • 96 Mesures du cocircteacute eau
                                      • 97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne
                                      • 98 Agencement des instruments
Page 36: Guide pour les fabricants d’appareils de chauffage ...€¦ · Le présent rapport explique comment la norme d’essai P.9 pondère le rendement dans différents modes de fonctionnement

serpentin de chauffage agrave eau chaude en se fondant sur la mesure des performances du conditionnement drsquoair pour des serpentins ayant une construction et des geacuteomeacutetries similaires Du coup la puissance de chauffage reacuteelle pour une condition nominale donneacutee peut diffeacuterer leacutegegraverement de celle preacutedite par le logiciel

Ilest recommandeacute de veacuterifier la performance reacuteelle du serpentin choisi (puissance de chauffage baisse de la tempeacuterature de lrsquoeau baisse de la pression statique sur le cocircteacute air et eau) en effectuant des essais internes Lorsque cette eacutetape a eacuteteacute exeacutecuteacutee le modegravele logiciel peut fournir une aide preacutecieuse pour seacutelectionner le serpentin et devrait proposer des indications plutocirct fiables concernant les changements de performance du serpentin aux diffeacuterentes conditions projeteacutees Les informations ainsi collecteacutees devraient ecirctre utiles pour concevoir et affiner des reacuteglages et des strateacutegies de controcircle plus eacutevolueacutes en vue drsquooptimiser le rendement du systegraveme en conditions de chauffage en charge partielle

Voici les eacuteleacutements agrave prendre en compte

Diamegravetre du serpentin drsquoeau et nombre de spires ndash Un grand diamegravetre de canalisation reacuteduira au minimum la baisse de pression de lrsquoeau ainsi que lrsquoeacutenergie utiliseacutee par le systegraveme de circulation drsquoeau Un petit diamegravetre de canalisation permettra drsquoopter pour un serpentin moins oneacutereux eacutetant donneacute qursquoil faudra moins de cuivre dans le serpentin Cependant des petits tubes neacutecessiteront une eacutenergie de pompage supeacuterieure et feront augmenter les pheacutenomegravenes drsquousure et drsquoeacuterosion des tubes si une puissance de pompe suffisante est appliqueacutee pour offrir le deacutebit drsquoeau nominal Concregravetement le fait drsquoutiliser un serpentin avec des tubes trop petits reacuteduira la puissance de chauffage fournie par le serpentin En effet le fabricant utilisera vraisemblablement le mecircme circulateur standard quel que soit le serpentin retenu Les TECA hydronic and combo guideline (Directives sur les systegravemes hydroniques et combineacutes de la TECA)1

(article 814) preacutecisent que le deacutebit de lrsquoeau qui traverse le systegraveme de chauffage ne doit pas deacutepasser quatre (4) pieds par seconde

Nombre drsquoailettes par pouce ndash Plus le nombre drsquoailettes par pouce est eacuteleveacute plus la surface de transmission de chaleur et la puissance de chauffage augmentent cela creacutee cependant une baisse de pression supeacuterieure sur le cocircteacute air du serpentin Un certain degreacute de perte de pression dans le serpentin est utile pour assurer un deacutebit drsquoair homogegravene dans le serpentin notamment dans une configuration de laquo purge raquo qui est couramment utiliseacutee dans les ventilo-convecteurs combineacutes servant au chauffage des locauxLes speacutecifications des serpentins de chauffage peuvent faire eacutetat drsquoun nombre drsquoailettes variant de 6 ailettes par pouce agrave 14 ailettes par pouce Les serpentins de chauffage hydronique standard comportent 12 ou 14 ailettes par pouce Les serpentins doteacutes drsquoun grand nombre drsquoailettes sont plus facilement encrasseacutes par de la poussiegravere

1 Thermal Environmental Comfort Association (TECA) Surrey (C-B) Hydronic amp Combo Guidelines for the Design and Installation of Hot Water Heating Systems and Combination Hot Water amp Space Heating Systems 8th Edition August 2009 (Directives concernant les systegravemes hydroniques et combineacutes conception et installation de systegravemes de chauffage drsquoeau chaude et de systegravemes combineacutes de chauffage drsquoeau chaude et de locaux 8e eacutedition aoucirct 2009) [wwwtecaca]

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ou des deacutebris Selon les reacutesultats du logiciel de modeacutelisation du serpentin la preacutesence de 12 ailettes ou mecircme 14 semble ecirctre un choix raisonnable pour un serpentin de chauffage de locaux haute performance agrave condition que le serpentin soit choisi avec une surface suffisamment importante pour maintenir la vitesse frontale de lrsquoair faible agrave la puissance de chauffage theacuteorique

Figure 5 Exemple de serpentin de chauffage de locaux laquo surdimensionneacute raquo utiliseacute dans une application de systegraveme de traitement drsquoair hydronique

83 Moteur de ventilateur

Le systegraveme de traitement drsquoair devrait utiliser un moteur de ventilateur agrave commutation eacutelectronique (MCE) et ecirctre exploiteacute en utilisant un systegraveme de controcircle agrave vitesse multiple ou agrave vitesse variable Cette option permettrait de moduler le deacutebit drsquoair et la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque le systegraveme fonctionne agrave une puissance infeacuterieure agrave sa puissance de chauffage nominale maximaleLa capaciteacute agrave utiliser un mode de circulation continu agrave faible puissance et faible vitesse serait particuliegraverement utile en cas de fonctionnement aux points de consigne de 15 et 40 pour lesquels il est primordial de collecter et de distribuer toute la chaleur reacutesiduelle des serpentins de chauffage la norme P9 tenant compte uniquement de la chaleur qui est reacuteellement transfeacutereacutee dans le courant drsquoair

La modulation du deacutebit drsquoair et de la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation permettra drsquoobtenir des tempeacuteratures drsquoair distribueacute confortables ainsi que des performances de chauffage eacuteleveacutees

Un MCE doteacute drsquoune programmation de deacutebit drsquoair constant surclassera vraisemblablement un MCE qui utilise une programmation de couple constant car le

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systegraveme compensera au moins partiellement les diffeacuterences entre les pressions statiques nominales et les pressions statiques reacuteellement eacutetablies Cette solution peut srsquoaveacuterer indispensable pour srsquoassurer que les performances de la combustion dans des conditions reacuteelles variables correspondent aux performances obtenues lors drsquoessais dans le laboratoire

Une programmation de deacutebit drsquoair constant sera probablement essentielle pour obtenir des performances acceptables dans le cas drsquoun systegraveme combineacute reacuteparti

84 Circulateurpompe

Ilest important de choisir le bon circulateur pour acheminer le deacutebit approprieacute en fonction de la pression statique eacutetablie qui sera en vigueur Les pertes de pression dans les diffeacuterents chauffe-eau agrave la demande varient Le fait drsquoutiliser un circulateur qui fournit un deacutebit trop important se traduira par une petite baisse de tempeacuterature dans le circuit drsquoeau qui traverse le serpentin et par une tempeacuterature drsquoeau de retour eacuteleveacutee vers le chauffe-eau Un deacutebit trop faible entraicircne des capaciteacutes de chauffage faibles Des circulateurs hydroniques sont offerts avec trois vitesses seacutelectionnables et des deacutebits de pompe nominaux Par contre les moteurs utiliseacutes dans les circulateurs types agrave plusieurs vitesses ne sont pas aussi efficaces que les moteurs agrave CE Des circulateurs agrave vitesse variable eacutequipeacutes de moteurs agrave CE font leur apparition sur le marcheacute mais ils ne sont pas encore couramment utiliseacutes dans les applications combineacutees

Ideacutealement les pompes de circulation des systegravemes combineacutes eacutevolueacutes devraient consister en un concept agrave modulation agrave vitesse variable capable drsquoameacuteliorer le rendement et de compenser les diffeacuterentes configurations de canalisation Ce type de concept est deacutejagrave disponible et pourrait ecirctre mis en œuvre degraves maintenant il pourrait aussi ecirctre mis de cocircteacute jusqursquoagrave ce que la prochaine geacuteneacuteration de systegravemes de chauffage combineacutes eacutevolueacutes soit mise au point Les premiers reacutesultats drsquoessais en laboratoire ont montreacute qursquoil est possible drsquoobtenir de bonnes performances conformes agrave la norme CSA P9 sans utiliser des pompes de circulation agrave vitesse variable et des commandes auxiliaires coucircteuses Agrave lrsquoavenir agrave mesure que le coucirct des circulateurs agrave vitesse variable doteacutes de moteurs agrave CE baissera et que les commandes inteacutegreacutees seront mieux accepteacutees leur utilisation dans des applications de chauffage combineacute sera plus rentable

85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)

Si lrsquoon conccediloit le reacuteseau de plomberie de maniegravere agrave pouvoir y installer des bouchons de controcircle de tempeacuterature drsquoeau et de pression les essais internes et les mesures de mise en service seront simplifieacutes De plus il sera plus facile de purger lrsquoair des circuits

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hydroniques Il est possible drsquoutiliser des sondes de tempeacuteratures monteacutees agrave lrsquoexteacuterieur pour effectuer les mesures de mise en service sur le terrain si des sections de conduites de cuivre ameacutenageacutees dans des endroits strateacutegiques sont prises en compte lors de la conception

86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau

Certains chauffe-eau agrave la demande de type chaudiegravere possegravedent des points de consignes et des algorithmes de controcircle distincts pour le chauffage des locaux et celui de lrsquoeau Drsquoautres ont besoin de savoir si la charge concerne le chauffage des locaux ou celui de lrsquoeau potable Dans ce cas on peut utiliser divers capteurs et surveiller eacutegalement les signaux transmis par un deacutebitmegravetre drsquoeau installeacute dans le reacuteseau drsquoeau potable ou un deacutebitmegravetre installeacute dans le circuit de chauffage des locaux Bon nombre de chauffe-eau agrave la demande utilisent de tels capteurs dans leurs circuits de commande de brucircleur afin de faire coiumlncider les allures de chauffe avec les chargesDans les applications combineacutees lrsquoutilisation de commandes capables de diffeacuterencier les charges deacutepend de la logique de controcircle prioritaire de demande drsquoeau chaude domestique

87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes

Les canalisations drsquoeau ameacutenageacutees entre le geacuteneacuterateur de chaleur et le systegraveme combineacute devraient ecirctre dimensionneacutees de maniegravere agrave eacuteviter des baisses de pression excessives

Toutes les canalisations en cuivre exteacuterieures doivent ecirctre isoleacutees conformeacutement aux pratiques de lrsquoindustrie Il se peut que les avantages lieacutes agrave lrsquoisolation des canalisations drsquointerraccordement ne soient pas tregraves importants si les sections de conduites sont courtes et si elles contiennent des tuyaux en polyeacutethylegravene reacuteticuleacute ou un type de conduite similaire preacutesentant moins de perte de chaleur que les conduites en cuivre

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9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes

La preacutesente section contient des directives et certaines observations agrave lrsquointention des fabricants de systegravemes de chauffage combineacutes dans le but drsquoaider ces derniers agrave mettre agrave lrsquoessai leurs systegravemes agrave lrsquointerne Lrsquoexeacutecution drsquoessais agrave lrsquointerne en utilisant un montage simplifieacute permettra aux fabricants de mieux cerner les performances de leurs concepts et commandes prototypes lorsqursquoils sont mis agrave lrsquoessai dans une installation indeacutependante conformeacutement agrave la norme CSA P9 (P10 pour les fabricants de SMI) Les essais en question ne doivent pas forceacutement ecirctre conccedilus pour geacuteneacuterer des reacutesultats de performance preacutecis agrave 100 mais ils sont consideacutereacutes comme indispensables pour le deacuteveloppement et le cycle drsquooptimisation du produit les avantages drsquoun concept et drsquoun fonctionnement de systegraveme ameacutelioreacutes pouvant rapidement sauter aux yeux lorsque lrsquoon compare les reacutesultats des essais reacutealiseacutes laquo avant raquo et laquo apregraves raquo

En geacuteneacuteral il nrsquoest pas rentable de payer un laboratoire drsquoessais indeacutependant pour proceacuteder agrave la premiegravere eacutevaluation drsquoun systegraveme de chauffage combineacute complet Les coucircts lieacutes au laboratoire et les deacutefis lieacutes aux ingeacutenieurs concepteurs qui prescrivent des reacuteglages lorsqursquoils ne sont pas sur place rendent cette option probleacutematique Des essais simplifieacutes reacutealiseacutes dans les propres locaux du fabricant permettent de srsquoassurer que les reacutesultats sont dans la plage approprieacutee degraves le deacutebut

Un scheacutema de montage drsquoessai suggeacutereacute utilisable pour effectuer des mesures conformeacutement agrave la norme CSA P9 est preacutesenteacute dans cette norme La figure 6 ci-dessous illustre une version simplifieacutee de ce scheacutema

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de la piegravece

combineacutes

Appareilsdeconditionnement

Eacutevents pour produits de combustion Appareils de

conditionnement de la piegravece

Salle drsquoessai

Isolant

Meacutelangeur

Approvisionnement en eau

Eacutevents pour air de combustion Conduite drsquoalimentation en combustible

Uniteacute drsquoessai des

systegravemes

Thermocouples Porte Fenecirctre

Mesure de la tempeacuterature et du deacutebit de lrsquoeau

Conduite drsquoair de retour

Thermocouples

Mesure de la tempeacuterature et de lrsquohumiditeacute de lrsquoair

Air drsquoappoint

Mesure du deacutebit drsquoair

Figure 6 Scheacutema simplifieacute illustrant le montage utiliseacute pour exeacutecuter les essais conformeacutement agrave la norme P9 (composants individuels du systegraveme combineacute non illustreacutes)

Le scheacutema preacutesente un dispositif de mesure de lrsquoenthalpie de lrsquoair dans un tunnel baseacute Vsur la norme ASHRAE 37 Lrsquoappareil de mesure de lrsquoair illustreacute sur la figure de la norme utilise un ajutage et un ventilateur drsquoeacutequilibrage pour pouvoir appliquer une technique de mesure du deacutebit drsquoair neacutecessitant une pression diffeacuterentielle eacuteleveacutee (entre 1 et 4 pouces drsquoeau) dans lrsquoajutage Lorsqursquoil est utiliseacute avec des manomegravetres preacutecis cet appareil offre une preacutecision de mesure eacuteleveacutee de lrsquoordre de 1 agrave 2 du deacutebit drsquoair et il geacutenegravere un deacutebit drsquoair bien meacutelangeacute qui permet de mesurer avec preacutecision la tempeacuterature du deacutebit de lrsquoair drsquoalimentation

La norme P9 preacutecise que lrsquoajutage inteacutegreacute agrave lrsquoappareil de mesure de lrsquoenthalpie de lrsquoair en tunnel constitue une meacutethode acceptable pour mesurer le deacutebit drsquoair tout en approuvant expresseacutement (article 36) lrsquoapplication drsquoautres processus de mesure du deacutebit drsquoair agrave condition que les limites de preacutecision mentionneacutees dans la norme soient satisfaites Ceci donne la possibiliteacute drsquoutiliser une technique de mesure du deacutebit drsquoair plus directe ne neacutecessitant pas lrsquoutilisation drsquoun appareil comportant un ventilateur drsquoeacutequilibrage Dans certains cas lrsquoutilisation drsquoune chambre de mesure de deacutebit avec un ventilateur drsquoeacutequilibrage pour reacutegler la pression statique de la conduite drsquoair drsquoalimentation a impliqueacute des problegravemes de stabiliteacute avec des moteurs agrave CE qui ont eacuteteacute

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programmeacutes pour un deacutebit drsquoair constant il est donc avantageux drsquoeacuteviter les ventilateurs drsquoeacutequilibrage

91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz

De nombreux fabricants concevant des systegravemes combineacutes eacutevolueacutes integravegreront des instruments conccedilus pour mesurer la consommation drsquoeacutenergie eacutelectrique la consommation du combustible les performances de combustion la tempeacuterature et la pression (pression du collecteur de gaz pression statique des conduites etc) Si de tels eacutequipements de mesure ne sont pas offerts ilest recommandeacute de les preacutevoirLes compteurs de facturation des compagnies de gaz et drsquoeacutelectriciteacute devraient offrir une preacutecision et une reacutesolution suffisantes pour les essais de deacuteveloppement du produit

92 Enregistreur de donneacutees

Les fabricants devront eacutegalement avoir accegraves agrave un systegraveme drsquoenregistrement de donneacutees dans le cadre de leur travail Il est conseilleacute de preacutevoir un enregistreur qui offre une preacutecision et un nombre de canaux de mesures suffisants pour les tacircches agrave accomplir On estime qursquoil faudra environ huit (8) canaux pour mesurer la tempeacuterature plus quelques canaux analogiques ou numeacuteriques pour prendre en compte les donneacutees des deacutebitmegravetres des transducteurs de pression etc (analogiques ou numeacuteriques selon lrsquoinstrument de mesure seacutelectionneacute) De nombreux fournisseurs proposent un large eacuteventail drsquoenregistreurs de donneacutees Campbell Scientific Fluke Instruments Omega et Measurement Computing (personal DAQ) figurent parmi les fabricants qui proposent des enregistreurs de donneacutees de petite eacutechelle pouvant ecirctre pris en compte Il est recommandeacute de se pencher sur lrsquoassistant logiciel de lrsquoenregistreur de donneacutees seacutelectionneacute au moment drsquoeacutevaluer lrsquoeacutequipement Si le fabricant ne souhaite pas investir dans un enregistreur de donneacutees la location demeure une option mecircme si les eacuteconomies preacutevues dans le cas drsquoune location agrave court terme semblent ecirctre faibles

93 Deacutebit drsquoair

Pour mesurer le deacutebit drsquoair pendant les essais agrave lrsquointerne il est recommandeacute drsquoutiliser une grille de deacutebit drsquoair avec eacutetablissement de moyenne installeacutee dans la conduite drsquoair drsquoalimentation en conjonction avec un manomegravetre diffeacuterentiel de preacutecision De nombreux fournisseurs proposent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans un large eacuteventail de tailles et ces deacutebitmegravetres sont relativement peu chers car ils sont souvent utiliseacutes dans des systegravemes commerciaux de chauffage et de refroidissement agrave deacutebit drsquoair variable Si lrsquoon fait une recherche dans Google en utilisant le segment laquo deacutebitmegravetres drsquoair raquo on trouve plusieurs fournisseurs et liens permettant

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drsquoobtenir de plus amples informations sur le sujet Nailor Industries Inc et Dwyer Instruments sont deux socieacuteteacutes quioffrent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans une grande varieacuteteacute de tailles de conduites

94 Manomegravetres

On trouve eacutegalement de nombreux manomegravetres diffeacuterentiels sur le marcheacute dont les modegraveles varient des manomegravetres agrave tube inclineacute aux transducteurs numeacuteriques de preacutecision Il est important de bien faire correspondre la plage de mesure du transducteur ou du manomegravetre avec la pression fournie par le deacutebitmegravetre sur la plage de deacutebits drsquoair preacutevue Dans le cas des transducteurs numeacuteriques des instruments capacitifs sont reacuteputeacutes bien fonctionner dans la plage de pression diffeacuterentielle basse qui serait normalement prescrite (environ 05 pouce de diffeacuterence de colonne drsquoeau) Setra Instruments MKS Instruments (Baratron) Dwyer Instruments et drsquoautres socieacuteteacutes proposent des transducteurs de pression diffeacuterentielle capacitifs plage basse adapteacutes

95 Tempeacuteratures

Les tempeacuteratures drsquoair drsquoarriveacutee et de sortie peuvent ecirctre mesureacutees en utilisant des thermocouples des thermistances ou des capteurs de conduite geacuteneacuterant une valeur moyenne Du fait de son bas coucirct de sa faciliteacute drsquoutilisation et de sa preacutesence agrave grande eacutechelle sur le marcheacute le thermocouple semble ecirctre lrsquoinstrument approprieacute pour cette application Il est possible de fabriquer un reacuteseau de thermocouples agrave partir drsquoune bobine de fil de thermocouple et de les raccorder entre eux en parallegravele de maniegravere agrave geacuteneacuterer une seule donneacutee repreacutesentant la valeur moyenne De nombreux fournisseurs offrent des fils agrave thermocouple notamment les socieacuteteacutes Thermo Electric Company Inc Omega Inc Watlow Inc etc Il est eacutegalement possible de fabriquer des sondes de tempeacuterature agrave partir des mecircmes fils de thermocouple pour surveiller drsquoautres paramegravetres tels que les tempeacuteratures drsquoeau Il est important de bien utiliser un fil agrave thermocouple plutocirct qursquoun fil de rallonge de lrsquoeacutechelle de mesure identique mais moins preacutecis

96 Mesures du cocircteacute eau

Pour effectuer des mesures du cocircteacute eau dans les serpentins il est neacutecessaire de posseacuteder un deacutebitmegravetre et des sondes de tempeacuterature Ces mesures pourraient ecirctre reacutealiseacutees en utilisant des capteurs distincts (deacutebitmegravetre drsquoeau et sondes de tempeacuterature distinctes par exemple) Il est important de srsquoassurer que lrsquoinsertion drsquoun deacutebitmegravetre dans la boucle drsquoeau ne modifie pas le deacutebit de la pompe de circulation Cela est particuliegraverement important avec des circulateurs agrave faible puissance geacuteneacuteralement utiliseacutes dans des applications combineacutees pour lesquelles lrsquoinstallation drsquoun deacutebitmegravetre agrave turbine conventionnel agrave baisse de pression eacuteleveacutee peut restreindre le deacutebit drsquoeau Ilexiste des deacutebitmegravetres preacutecis sans perte de pression eacuteleveacutee Certains appareils

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peuvent ecirctre acheteacutes deacutejagrave conditionneacutes avec des sondes de tempeacuterature en guise de laquo compteurs drsquoeacutenergie raquo Ils mesurent simultaneacutement les tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de lrsquoeau de retour ainsi que le deacutebit de lrsquoeau et calculent directement le flux drsquoeacutenergie en srsquoappuyant sur ces mesuresKamstrup Siemens Badger Meters Elster Metering ABB Meters et drsquoautres socieacuteteacutes offrent ce type drsquoappareils Les compteurs drsquoeacutenergie autonomes sont habituellement configureacutes avec certains dispositifs permettant de lire les diffeacuterents paramegravetres ainsi que les flux drsquoeacutenergie calculeacutes La plupart offre une fonction de stockage des donneacutees internes etou des sorties numeacuteriques pouvant ecirctre interfaceacutees avec des enregistreurs de donneacutees externes

97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne

La norme CSA P9 exige que le chauffage des locaux soit deacutefini en utilisant deux mesures (cocircteacute air et cocircteacute eau) avec une entente dans une toleacuterance acceptable pour la mise agrave lrsquoessai du systegraveme de chauffage de locaux agrave pleine capaciteacute constant Dans le cas des mesures agrave lrsquointerne entreprises par un fabricant dans le cadre drsquoun projet de deacuteveloppement de produit cibleacute lrsquoentente entre les mesures du cocircteacute air et du cocircteacute eau nrsquoest pas forceacutement requise On suggegravere aux fabricants de se concentrer sur les mesures qui ciblent la strateacutegie de controcircle ou de composant propre agrave lrsquoeacutetude Par exemple si des strateacutegies diffeacuterentes de temporisation du ventilateur ou laquo apregraves fonctionnement raquo sont eacutevalueacutees il est bien plus important de se concentrer sur les mesures du cocircteacute air que drsquoessayer drsquoatteindre un eacutequilibre entre le cocircteacute air et le cocircteacute eau Selon la quantiteacute drsquoeacutenergie laisseacutee dans le serpentin drsquoeau lorsque le ventilateur de soufflante srsquoarrecircte et drsquoautres pertes drsquoeacutenergie du systegraveme il est possible qursquoil nrsquoy ait pas drsquoeacutequilibre drsquoeacutenergie entre les mesures du cocircteacute air et les mesures du cocircteacute eau mecircme avec un instrument des mesures et des calculs laquo parfaits raquo

La norme CSA P9 exige une mesure du deacutebit drsquoair et des tempeacuteratures au moins toutes les cinq (5) secondes Dans le cas des essais agrave lrsquointerne cette freacutequence pourrait ecirctre assouplie pour certaines eacutetapes drsquoessai Par ailleurs une conformiteacute totale agrave la norme P9 suppose un controcircle preacutecis de la tempeacuterature de la salle drsquoessai ougrave se trouve le systegraveme combineacute en vue des essais ainsiqursquoun controcircle preacutecis de la tempeacuterature de lrsquoeau de la ville Dans le cas des essais de deacuteveloppement agrave lrsquointerne ces exigences peuvent eacutegalement ecirctre assouplies agrave condition que les tempeacuteratures ne varient pas trop pendant les essais Un espace commercial conditionneacute ayant une dimension raisonnable ferait lrsquoaffaire au moins pour les phases drsquoessai et de deacuteveloppement initiales

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Flue(combustionmeasurements)

SupplyAirtoSpaceHeatingPlenum

(optionalzonedampers)

ReturnAir

CityWater

TanklessWaterHeater

HotWaterSupplyfromWaterHeater

DHW

CoolWaterreturntoWaterheater

Temperaturemeasurementpoints

Fuelmeter

Flowmeter

Electricalmeteringnotshown

Circulator

98 Agencement des instruments

La figure 7 preacutesente un scheacutema simplifieacute permettant drsquoillustrer lrsquoagencement geacuteneacuteral des emplacements et des paramegravetres de mesure en vue de la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute de chauffe-eau instantaneacute agrave condensation Le deacutebit drsquoair qui traverse la conduite drsquoalimentation du systegraveme de traitement drsquoair sera surveilleacute en utilisant un deacutebitmegravetre agrave valeur moyenne et un manomegravetre (non illustreacute) tel que cela est deacutecrit agrave lrsquoarticle 73

T

T

T T

T T

Alimentation en eau chaude provenant du chauffe-eau

Conduit (mesures de combustion)

Eau chaude domestique

Systegraveme de mesure du combustible

Air dereprise

Retourde lrsquoeau froide vers lechauffe-eau

Chauffe-eau instantaneacute

Air drsquoalimentation achemineacute versle pleacutenum de chauffage(registres de zone facultatifs)

Eau municipale

Deacutebitmegravetre

T

(compteur eacutelectrique non illustreacute)

Points de mesure de la tempeacuterature Circulateur

Figure 8 Scheacutema de mesure simplifieacute applicable agrave la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute baseacute sur un chauffe-eau instantaneacute

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CanmetEacuteNERGIE CanmetEacuteNERGIE de Ressources naturelles Canada est un chef de file canadien dans le domaine de la recherche et deacuteveloppement en eacutenergie propre Les travaux de nos speacutecialistes portent sur lrsquoapprovisionnement drsquoeacutenergie propre agrave partir de combustibles fossiles et de sources renouvelables la gestion de lrsquoeacutenergie et les systegravemes de distribution ainsi que sur les technologies et processus avanceacutes pour les utilisations finales En veillant agrave ce que le Canada soit agrave la fine pointe des technologies sur lrsquoeacutenergie propre nous ameacuteliorons la qualiteacute de vie des Canadiens en creacuteant un avantage durable en matiegravere de ressources

Bureau central Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) 580 rue Booth 1 promenade Oil Patch 1 promenade Haanel 161 boulevard Lionel-Boulet Ottawa (Ontario) Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) Canada Canada Canada Canada K1A 0E4 T9G 1A8 K1A 1M1 J3X 1S6

  • Guide pour les fabricants drsquoappareils de chauffage combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessai conformeacutement agrave la norme CSA P9
    • Remerciements
    • 1 Reacutesumeacute
    • 2 Systegravemes agrave zones
    • Table des matiegraveres
    • Liste des tableaux et figures
    • 3 Contexte
      • 31 Objet
      • 32 Public cible
      • 33 Marcheacute
      • 34 Pratiques en vigueur dans lrsquoindustrie
      • 35 Expeacuterience en matiegravere drsquoeacutevaluation
      • 36 Deacutefi principal Utiliser des chauffe-eau pour chauffer des locaux de maniegravere eacuteconergeacutetique
      • 37 Approche par eacutetapes
        • 4 Charges de calcul ndash performances selon la norme CSA p9
          • 41 Facteur de performance thermique (FPT)
          • 42 Chauffage de lrsquoeau
          • 43 Chauffage des locaux
          • 44 Importance relative des charges de chauffage des locaux et de lrsquoeau
            • 5 Chauffage de lrsquoeau domestique
            • 6 Conception des systegravemes combineacutes
              • 61 Incidence des pondeacuterations de charge
                • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                • Reacuteduction des tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour
                  • 62 Strateacutegies de conception
                  • 63 Strateacutegie 1 Tempeacuterature drsquoeau constante
                    • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                    • Serpentin(s) de chauffage des locaux
                    • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                    • Illustration des performances selon la norme P9
                    • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                      • 64 Strateacutegie 2 Tempeacuterature drsquoeau variable
                        • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                        • Serpentin(s) de chauffage de locaux
                        • Conditions de chauffage de locaux en charge partielle
                        • Illustration des performances P9
                        • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                            • 7 Commandes
                              • Commandes indirectes baseacutees sur la tempeacuterature
                              • Commandes indirectes baseacutees sur le minuteur
                              • Controcircle direct
                              • Chauffe-eau -Mode de chauffage de lrsquoeau du robinet
                                • 8 Composants
                                  • 81 Systegraveme de traitement drsquoair
                                  • 82 Serpentins de chauffage de locaux
                                  • 83 Moteur de ventilateur
                                  • 84 Circulateurpompe
                                  • 85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)
                                  • 86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau
                                  • 87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes
                                    • 9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes
                                      • 91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz
                                      • 92 Enregistreur de donneacutees
                                      • 93 Deacutebit drsquoair
                                      • 94 Manomegravetres
                                      • 95 Tempeacuteratures
                                      • 96 Mesures du cocircteacute eau
                                      • 97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne
                                      • 98 Agencement des instruments
Page 37: Guide pour les fabricants d’appareils de chauffage ...€¦ · Le présent rapport explique comment la norme d’essai P.9 pondère le rendement dans différents modes de fonctionnement

ou des deacutebris Selon les reacutesultats du logiciel de modeacutelisation du serpentin la preacutesence de 12 ailettes ou mecircme 14 semble ecirctre un choix raisonnable pour un serpentin de chauffage de locaux haute performance agrave condition que le serpentin soit choisi avec une surface suffisamment importante pour maintenir la vitesse frontale de lrsquoair faible agrave la puissance de chauffage theacuteorique

Figure 5 Exemple de serpentin de chauffage de locaux laquo surdimensionneacute raquo utiliseacute dans une application de systegraveme de traitement drsquoair hydronique

83 Moteur de ventilateur

Le systegraveme de traitement drsquoair devrait utiliser un moteur de ventilateur agrave commutation eacutelectronique (MCE) et ecirctre exploiteacute en utilisant un systegraveme de controcircle agrave vitesse multiple ou agrave vitesse variable Cette option permettrait de moduler le deacutebit drsquoair et la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation lorsque le systegraveme fonctionne agrave une puissance infeacuterieure agrave sa puissance de chauffage nominale maximaleLa capaciteacute agrave utiliser un mode de circulation continu agrave faible puissance et faible vitesse serait particuliegraverement utile en cas de fonctionnement aux points de consigne de 15 et 40 pour lesquels il est primordial de collecter et de distribuer toute la chaleur reacutesiduelle des serpentins de chauffage la norme P9 tenant compte uniquement de la chaleur qui est reacuteellement transfeacutereacutee dans le courant drsquoair

La modulation du deacutebit drsquoair et de la tempeacuterature de lrsquoeau drsquoalimentation permettra drsquoobtenir des tempeacuteratures drsquoair distribueacute confortables ainsi que des performances de chauffage eacuteleveacutees

Un MCE doteacute drsquoune programmation de deacutebit drsquoair constant surclassera vraisemblablement un MCE qui utilise une programmation de couple constant car le

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systegraveme compensera au moins partiellement les diffeacuterences entre les pressions statiques nominales et les pressions statiques reacuteellement eacutetablies Cette solution peut srsquoaveacuterer indispensable pour srsquoassurer que les performances de la combustion dans des conditions reacuteelles variables correspondent aux performances obtenues lors drsquoessais dans le laboratoire

Une programmation de deacutebit drsquoair constant sera probablement essentielle pour obtenir des performances acceptables dans le cas drsquoun systegraveme combineacute reacuteparti

84 Circulateurpompe

Ilest important de choisir le bon circulateur pour acheminer le deacutebit approprieacute en fonction de la pression statique eacutetablie qui sera en vigueur Les pertes de pression dans les diffeacuterents chauffe-eau agrave la demande varient Le fait drsquoutiliser un circulateur qui fournit un deacutebit trop important se traduira par une petite baisse de tempeacuterature dans le circuit drsquoeau qui traverse le serpentin et par une tempeacuterature drsquoeau de retour eacuteleveacutee vers le chauffe-eau Un deacutebit trop faible entraicircne des capaciteacutes de chauffage faibles Des circulateurs hydroniques sont offerts avec trois vitesses seacutelectionnables et des deacutebits de pompe nominaux Par contre les moteurs utiliseacutes dans les circulateurs types agrave plusieurs vitesses ne sont pas aussi efficaces que les moteurs agrave CE Des circulateurs agrave vitesse variable eacutequipeacutes de moteurs agrave CE font leur apparition sur le marcheacute mais ils ne sont pas encore couramment utiliseacutes dans les applications combineacutees

Ideacutealement les pompes de circulation des systegravemes combineacutes eacutevolueacutes devraient consister en un concept agrave modulation agrave vitesse variable capable drsquoameacuteliorer le rendement et de compenser les diffeacuterentes configurations de canalisation Ce type de concept est deacutejagrave disponible et pourrait ecirctre mis en œuvre degraves maintenant il pourrait aussi ecirctre mis de cocircteacute jusqursquoagrave ce que la prochaine geacuteneacuteration de systegravemes de chauffage combineacutes eacutevolueacutes soit mise au point Les premiers reacutesultats drsquoessais en laboratoire ont montreacute qursquoil est possible drsquoobtenir de bonnes performances conformes agrave la norme CSA P9 sans utiliser des pompes de circulation agrave vitesse variable et des commandes auxiliaires coucircteuses Agrave lrsquoavenir agrave mesure que le coucirct des circulateurs agrave vitesse variable doteacutes de moteurs agrave CE baissera et que les commandes inteacutegreacutees seront mieux accepteacutees leur utilisation dans des applications de chauffage combineacute sera plus rentable

85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)

Si lrsquoon conccediloit le reacuteseau de plomberie de maniegravere agrave pouvoir y installer des bouchons de controcircle de tempeacuterature drsquoeau et de pression les essais internes et les mesures de mise en service seront simplifieacutes De plus il sera plus facile de purger lrsquoair des circuits

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hydroniques Il est possible drsquoutiliser des sondes de tempeacuteratures monteacutees agrave lrsquoexteacuterieur pour effectuer les mesures de mise en service sur le terrain si des sections de conduites de cuivre ameacutenageacutees dans des endroits strateacutegiques sont prises en compte lors de la conception

86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau

Certains chauffe-eau agrave la demande de type chaudiegravere possegravedent des points de consignes et des algorithmes de controcircle distincts pour le chauffage des locaux et celui de lrsquoeau Drsquoautres ont besoin de savoir si la charge concerne le chauffage des locaux ou celui de lrsquoeau potable Dans ce cas on peut utiliser divers capteurs et surveiller eacutegalement les signaux transmis par un deacutebitmegravetre drsquoeau installeacute dans le reacuteseau drsquoeau potable ou un deacutebitmegravetre installeacute dans le circuit de chauffage des locaux Bon nombre de chauffe-eau agrave la demande utilisent de tels capteurs dans leurs circuits de commande de brucircleur afin de faire coiumlncider les allures de chauffe avec les chargesDans les applications combineacutees lrsquoutilisation de commandes capables de diffeacuterencier les charges deacutepend de la logique de controcircle prioritaire de demande drsquoeau chaude domestique

87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes

Les canalisations drsquoeau ameacutenageacutees entre le geacuteneacuterateur de chaleur et le systegraveme combineacute devraient ecirctre dimensionneacutees de maniegravere agrave eacuteviter des baisses de pression excessives

Toutes les canalisations en cuivre exteacuterieures doivent ecirctre isoleacutees conformeacutement aux pratiques de lrsquoindustrie Il se peut que les avantages lieacutes agrave lrsquoisolation des canalisations drsquointerraccordement ne soient pas tregraves importants si les sections de conduites sont courtes et si elles contiennent des tuyaux en polyeacutethylegravene reacuteticuleacute ou un type de conduite similaire preacutesentant moins de perte de chaleur que les conduites en cuivre

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9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes

La preacutesente section contient des directives et certaines observations agrave lrsquointention des fabricants de systegravemes de chauffage combineacutes dans le but drsquoaider ces derniers agrave mettre agrave lrsquoessai leurs systegravemes agrave lrsquointerne Lrsquoexeacutecution drsquoessais agrave lrsquointerne en utilisant un montage simplifieacute permettra aux fabricants de mieux cerner les performances de leurs concepts et commandes prototypes lorsqursquoils sont mis agrave lrsquoessai dans une installation indeacutependante conformeacutement agrave la norme CSA P9 (P10 pour les fabricants de SMI) Les essais en question ne doivent pas forceacutement ecirctre conccedilus pour geacuteneacuterer des reacutesultats de performance preacutecis agrave 100 mais ils sont consideacutereacutes comme indispensables pour le deacuteveloppement et le cycle drsquooptimisation du produit les avantages drsquoun concept et drsquoun fonctionnement de systegraveme ameacutelioreacutes pouvant rapidement sauter aux yeux lorsque lrsquoon compare les reacutesultats des essais reacutealiseacutes laquo avant raquo et laquo apregraves raquo

En geacuteneacuteral il nrsquoest pas rentable de payer un laboratoire drsquoessais indeacutependant pour proceacuteder agrave la premiegravere eacutevaluation drsquoun systegraveme de chauffage combineacute complet Les coucircts lieacutes au laboratoire et les deacutefis lieacutes aux ingeacutenieurs concepteurs qui prescrivent des reacuteglages lorsqursquoils ne sont pas sur place rendent cette option probleacutematique Des essais simplifieacutes reacutealiseacutes dans les propres locaux du fabricant permettent de srsquoassurer que les reacutesultats sont dans la plage approprieacutee degraves le deacutebut

Un scheacutema de montage drsquoessai suggeacutereacute utilisable pour effectuer des mesures conformeacutement agrave la norme CSA P9 est preacutesenteacute dans cette norme La figure 6 ci-dessous illustre une version simplifieacutee de ce scheacutema

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de la piegravece

combineacutes

Appareilsdeconditionnement

Eacutevents pour produits de combustion Appareils de

conditionnement de la piegravece

Salle drsquoessai

Isolant

Meacutelangeur

Approvisionnement en eau

Eacutevents pour air de combustion Conduite drsquoalimentation en combustible

Uniteacute drsquoessai des

systegravemes

Thermocouples Porte Fenecirctre

Mesure de la tempeacuterature et du deacutebit de lrsquoeau

Conduite drsquoair de retour

Thermocouples

Mesure de la tempeacuterature et de lrsquohumiditeacute de lrsquoair

Air drsquoappoint

Mesure du deacutebit drsquoair

Figure 6 Scheacutema simplifieacute illustrant le montage utiliseacute pour exeacutecuter les essais conformeacutement agrave la norme P9 (composants individuels du systegraveme combineacute non illustreacutes)

Le scheacutema preacutesente un dispositif de mesure de lrsquoenthalpie de lrsquoair dans un tunnel baseacute Vsur la norme ASHRAE 37 Lrsquoappareil de mesure de lrsquoair illustreacute sur la figure de la norme utilise un ajutage et un ventilateur drsquoeacutequilibrage pour pouvoir appliquer une technique de mesure du deacutebit drsquoair neacutecessitant une pression diffeacuterentielle eacuteleveacutee (entre 1 et 4 pouces drsquoeau) dans lrsquoajutage Lorsqursquoil est utiliseacute avec des manomegravetres preacutecis cet appareil offre une preacutecision de mesure eacuteleveacutee de lrsquoordre de 1 agrave 2 du deacutebit drsquoair et il geacutenegravere un deacutebit drsquoair bien meacutelangeacute qui permet de mesurer avec preacutecision la tempeacuterature du deacutebit de lrsquoair drsquoalimentation

La norme P9 preacutecise que lrsquoajutage inteacutegreacute agrave lrsquoappareil de mesure de lrsquoenthalpie de lrsquoair en tunnel constitue une meacutethode acceptable pour mesurer le deacutebit drsquoair tout en approuvant expresseacutement (article 36) lrsquoapplication drsquoautres processus de mesure du deacutebit drsquoair agrave condition que les limites de preacutecision mentionneacutees dans la norme soient satisfaites Ceci donne la possibiliteacute drsquoutiliser une technique de mesure du deacutebit drsquoair plus directe ne neacutecessitant pas lrsquoutilisation drsquoun appareil comportant un ventilateur drsquoeacutequilibrage Dans certains cas lrsquoutilisation drsquoune chambre de mesure de deacutebit avec un ventilateur drsquoeacutequilibrage pour reacutegler la pression statique de la conduite drsquoair drsquoalimentation a impliqueacute des problegravemes de stabiliteacute avec des moteurs agrave CE qui ont eacuteteacute

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programmeacutes pour un deacutebit drsquoair constant il est donc avantageux drsquoeacuteviter les ventilateurs drsquoeacutequilibrage

91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz

De nombreux fabricants concevant des systegravemes combineacutes eacutevolueacutes integravegreront des instruments conccedilus pour mesurer la consommation drsquoeacutenergie eacutelectrique la consommation du combustible les performances de combustion la tempeacuterature et la pression (pression du collecteur de gaz pression statique des conduites etc) Si de tels eacutequipements de mesure ne sont pas offerts ilest recommandeacute de les preacutevoirLes compteurs de facturation des compagnies de gaz et drsquoeacutelectriciteacute devraient offrir une preacutecision et une reacutesolution suffisantes pour les essais de deacuteveloppement du produit

92 Enregistreur de donneacutees

Les fabricants devront eacutegalement avoir accegraves agrave un systegraveme drsquoenregistrement de donneacutees dans le cadre de leur travail Il est conseilleacute de preacutevoir un enregistreur qui offre une preacutecision et un nombre de canaux de mesures suffisants pour les tacircches agrave accomplir On estime qursquoil faudra environ huit (8) canaux pour mesurer la tempeacuterature plus quelques canaux analogiques ou numeacuteriques pour prendre en compte les donneacutees des deacutebitmegravetres des transducteurs de pression etc (analogiques ou numeacuteriques selon lrsquoinstrument de mesure seacutelectionneacute) De nombreux fournisseurs proposent un large eacuteventail drsquoenregistreurs de donneacutees Campbell Scientific Fluke Instruments Omega et Measurement Computing (personal DAQ) figurent parmi les fabricants qui proposent des enregistreurs de donneacutees de petite eacutechelle pouvant ecirctre pris en compte Il est recommandeacute de se pencher sur lrsquoassistant logiciel de lrsquoenregistreur de donneacutees seacutelectionneacute au moment drsquoeacutevaluer lrsquoeacutequipement Si le fabricant ne souhaite pas investir dans un enregistreur de donneacutees la location demeure une option mecircme si les eacuteconomies preacutevues dans le cas drsquoune location agrave court terme semblent ecirctre faibles

93 Deacutebit drsquoair

Pour mesurer le deacutebit drsquoair pendant les essais agrave lrsquointerne il est recommandeacute drsquoutiliser une grille de deacutebit drsquoair avec eacutetablissement de moyenne installeacutee dans la conduite drsquoair drsquoalimentation en conjonction avec un manomegravetre diffeacuterentiel de preacutecision De nombreux fournisseurs proposent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans un large eacuteventail de tailles et ces deacutebitmegravetres sont relativement peu chers car ils sont souvent utiliseacutes dans des systegravemes commerciaux de chauffage et de refroidissement agrave deacutebit drsquoair variable Si lrsquoon fait une recherche dans Google en utilisant le segment laquo deacutebitmegravetres drsquoair raquo on trouve plusieurs fournisseurs et liens permettant

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drsquoobtenir de plus amples informations sur le sujet Nailor Industries Inc et Dwyer Instruments sont deux socieacuteteacutes quioffrent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans une grande varieacuteteacute de tailles de conduites

94 Manomegravetres

On trouve eacutegalement de nombreux manomegravetres diffeacuterentiels sur le marcheacute dont les modegraveles varient des manomegravetres agrave tube inclineacute aux transducteurs numeacuteriques de preacutecision Il est important de bien faire correspondre la plage de mesure du transducteur ou du manomegravetre avec la pression fournie par le deacutebitmegravetre sur la plage de deacutebits drsquoair preacutevue Dans le cas des transducteurs numeacuteriques des instruments capacitifs sont reacuteputeacutes bien fonctionner dans la plage de pression diffeacuterentielle basse qui serait normalement prescrite (environ 05 pouce de diffeacuterence de colonne drsquoeau) Setra Instruments MKS Instruments (Baratron) Dwyer Instruments et drsquoautres socieacuteteacutes proposent des transducteurs de pression diffeacuterentielle capacitifs plage basse adapteacutes

95 Tempeacuteratures

Les tempeacuteratures drsquoair drsquoarriveacutee et de sortie peuvent ecirctre mesureacutees en utilisant des thermocouples des thermistances ou des capteurs de conduite geacuteneacuterant une valeur moyenne Du fait de son bas coucirct de sa faciliteacute drsquoutilisation et de sa preacutesence agrave grande eacutechelle sur le marcheacute le thermocouple semble ecirctre lrsquoinstrument approprieacute pour cette application Il est possible de fabriquer un reacuteseau de thermocouples agrave partir drsquoune bobine de fil de thermocouple et de les raccorder entre eux en parallegravele de maniegravere agrave geacuteneacuterer une seule donneacutee repreacutesentant la valeur moyenne De nombreux fournisseurs offrent des fils agrave thermocouple notamment les socieacuteteacutes Thermo Electric Company Inc Omega Inc Watlow Inc etc Il est eacutegalement possible de fabriquer des sondes de tempeacuterature agrave partir des mecircmes fils de thermocouple pour surveiller drsquoautres paramegravetres tels que les tempeacuteratures drsquoeau Il est important de bien utiliser un fil agrave thermocouple plutocirct qursquoun fil de rallonge de lrsquoeacutechelle de mesure identique mais moins preacutecis

96 Mesures du cocircteacute eau

Pour effectuer des mesures du cocircteacute eau dans les serpentins il est neacutecessaire de posseacuteder un deacutebitmegravetre et des sondes de tempeacuterature Ces mesures pourraient ecirctre reacutealiseacutees en utilisant des capteurs distincts (deacutebitmegravetre drsquoeau et sondes de tempeacuterature distinctes par exemple) Il est important de srsquoassurer que lrsquoinsertion drsquoun deacutebitmegravetre dans la boucle drsquoeau ne modifie pas le deacutebit de la pompe de circulation Cela est particuliegraverement important avec des circulateurs agrave faible puissance geacuteneacuteralement utiliseacutes dans des applications combineacutees pour lesquelles lrsquoinstallation drsquoun deacutebitmegravetre agrave turbine conventionnel agrave baisse de pression eacuteleveacutee peut restreindre le deacutebit drsquoeau Ilexiste des deacutebitmegravetres preacutecis sans perte de pression eacuteleveacutee Certains appareils

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peuvent ecirctre acheteacutes deacutejagrave conditionneacutes avec des sondes de tempeacuterature en guise de laquo compteurs drsquoeacutenergie raquo Ils mesurent simultaneacutement les tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de lrsquoeau de retour ainsi que le deacutebit de lrsquoeau et calculent directement le flux drsquoeacutenergie en srsquoappuyant sur ces mesuresKamstrup Siemens Badger Meters Elster Metering ABB Meters et drsquoautres socieacuteteacutes offrent ce type drsquoappareils Les compteurs drsquoeacutenergie autonomes sont habituellement configureacutes avec certains dispositifs permettant de lire les diffeacuterents paramegravetres ainsi que les flux drsquoeacutenergie calculeacutes La plupart offre une fonction de stockage des donneacutees internes etou des sorties numeacuteriques pouvant ecirctre interfaceacutees avec des enregistreurs de donneacutees externes

97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne

La norme CSA P9 exige que le chauffage des locaux soit deacutefini en utilisant deux mesures (cocircteacute air et cocircteacute eau) avec une entente dans une toleacuterance acceptable pour la mise agrave lrsquoessai du systegraveme de chauffage de locaux agrave pleine capaciteacute constant Dans le cas des mesures agrave lrsquointerne entreprises par un fabricant dans le cadre drsquoun projet de deacuteveloppement de produit cibleacute lrsquoentente entre les mesures du cocircteacute air et du cocircteacute eau nrsquoest pas forceacutement requise On suggegravere aux fabricants de se concentrer sur les mesures qui ciblent la strateacutegie de controcircle ou de composant propre agrave lrsquoeacutetude Par exemple si des strateacutegies diffeacuterentes de temporisation du ventilateur ou laquo apregraves fonctionnement raquo sont eacutevalueacutees il est bien plus important de se concentrer sur les mesures du cocircteacute air que drsquoessayer drsquoatteindre un eacutequilibre entre le cocircteacute air et le cocircteacute eau Selon la quantiteacute drsquoeacutenergie laisseacutee dans le serpentin drsquoeau lorsque le ventilateur de soufflante srsquoarrecircte et drsquoautres pertes drsquoeacutenergie du systegraveme il est possible qursquoil nrsquoy ait pas drsquoeacutequilibre drsquoeacutenergie entre les mesures du cocircteacute air et les mesures du cocircteacute eau mecircme avec un instrument des mesures et des calculs laquo parfaits raquo

La norme CSA P9 exige une mesure du deacutebit drsquoair et des tempeacuteratures au moins toutes les cinq (5) secondes Dans le cas des essais agrave lrsquointerne cette freacutequence pourrait ecirctre assouplie pour certaines eacutetapes drsquoessai Par ailleurs une conformiteacute totale agrave la norme P9 suppose un controcircle preacutecis de la tempeacuterature de la salle drsquoessai ougrave se trouve le systegraveme combineacute en vue des essais ainsiqursquoun controcircle preacutecis de la tempeacuterature de lrsquoeau de la ville Dans le cas des essais de deacuteveloppement agrave lrsquointerne ces exigences peuvent eacutegalement ecirctre assouplies agrave condition que les tempeacuteratures ne varient pas trop pendant les essais Un espace commercial conditionneacute ayant une dimension raisonnable ferait lrsquoaffaire au moins pour les phases drsquoessai et de deacuteveloppement initiales

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Flue(combustionmeasurements)

SupplyAirtoSpaceHeatingPlenum

(optionalzonedampers)

ReturnAir

CityWater

TanklessWaterHeater

HotWaterSupplyfromWaterHeater

DHW

CoolWaterreturntoWaterheater

Temperaturemeasurementpoints

Fuelmeter

Flowmeter

Electricalmeteringnotshown

Circulator

98 Agencement des instruments

La figure 7 preacutesente un scheacutema simplifieacute permettant drsquoillustrer lrsquoagencement geacuteneacuteral des emplacements et des paramegravetres de mesure en vue de la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute de chauffe-eau instantaneacute agrave condensation Le deacutebit drsquoair qui traverse la conduite drsquoalimentation du systegraveme de traitement drsquoair sera surveilleacute en utilisant un deacutebitmegravetre agrave valeur moyenne et un manomegravetre (non illustreacute) tel que cela est deacutecrit agrave lrsquoarticle 73

T

T

T T

T T

Alimentation en eau chaude provenant du chauffe-eau

Conduit (mesures de combustion)

Eau chaude domestique

Systegraveme de mesure du combustible

Air dereprise

Retourde lrsquoeau froide vers lechauffe-eau

Chauffe-eau instantaneacute

Air drsquoalimentation achemineacute versle pleacutenum de chauffage(registres de zone facultatifs)

Eau municipale

Deacutebitmegravetre

T

(compteur eacutelectrique non illustreacute)

Points de mesure de la tempeacuterature Circulateur

Figure 8 Scheacutema de mesure simplifieacute applicable agrave la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute baseacute sur un chauffe-eau instantaneacute

Ressources naturelles Canada CanmetEacuteNERGIE 41 Guide agrave lrsquoattention des fabricants drsquoappareils de chauffage combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessai conformeacutement agrave la norme CSA P9

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CanmetEacuteNERGIE CanmetEacuteNERGIE de Ressources naturelles Canada est un chef de file canadien dans le domaine de la recherche et deacuteveloppement en eacutenergie propre Les travaux de nos speacutecialistes portent sur lrsquoapprovisionnement drsquoeacutenergie propre agrave partir de combustibles fossiles et de sources renouvelables la gestion de lrsquoeacutenergie et les systegravemes de distribution ainsi que sur les technologies et processus avanceacutes pour les utilisations finales En veillant agrave ce que le Canada soit agrave la fine pointe des technologies sur lrsquoeacutenergie propre nous ameacuteliorons la qualiteacute de vie des Canadiens en creacuteant un avantage durable en matiegravere de ressources

Bureau central Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) 580 rue Booth 1 promenade Oil Patch 1 promenade Haanel 161 boulevard Lionel-Boulet Ottawa (Ontario) Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) Canada Canada Canada Canada K1A 0E4 T9G 1A8 K1A 1M1 J3X 1S6

  • Guide pour les fabricants drsquoappareils de chauffage combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessai conformeacutement agrave la norme CSA P9
    • Remerciements
    • 1 Reacutesumeacute
    • 2 Systegravemes agrave zones
    • Table des matiegraveres
    • Liste des tableaux et figures
    • 3 Contexte
      • 31 Objet
      • 32 Public cible
      • 33 Marcheacute
      • 34 Pratiques en vigueur dans lrsquoindustrie
      • 35 Expeacuterience en matiegravere drsquoeacutevaluation
      • 36 Deacutefi principal Utiliser des chauffe-eau pour chauffer des locaux de maniegravere eacuteconergeacutetique
      • 37 Approche par eacutetapes
        • 4 Charges de calcul ndash performances selon la norme CSA p9
          • 41 Facteur de performance thermique (FPT)
          • 42 Chauffage de lrsquoeau
          • 43 Chauffage des locaux
          • 44 Importance relative des charges de chauffage des locaux et de lrsquoeau
            • 5 Chauffage de lrsquoeau domestique
            • 6 Conception des systegravemes combineacutes
              • 61 Incidence des pondeacuterations de charge
                • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                • Reacuteduction des tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour
                  • 62 Strateacutegies de conception
                  • 63 Strateacutegie 1 Tempeacuterature drsquoeau constante
                    • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                    • Serpentin(s) de chauffage des locaux
                    • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                    • Illustration des performances selon la norme P9
                    • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                      • 64 Strateacutegie 2 Tempeacuterature drsquoeau variable
                        • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                        • Serpentin(s) de chauffage de locaux
                        • Conditions de chauffage de locaux en charge partielle
                        • Illustration des performances P9
                        • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                            • 7 Commandes
                              • Commandes indirectes baseacutees sur la tempeacuterature
                              • Commandes indirectes baseacutees sur le minuteur
                              • Controcircle direct
                              • Chauffe-eau -Mode de chauffage de lrsquoeau du robinet
                                • 8 Composants
                                  • 81 Systegraveme de traitement drsquoair
                                  • 82 Serpentins de chauffage de locaux
                                  • 83 Moteur de ventilateur
                                  • 84 Circulateurpompe
                                  • 85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)
                                  • 86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau
                                  • 87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes
                                    • 9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes
                                      • 91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz
                                      • 92 Enregistreur de donneacutees
                                      • 93 Deacutebit drsquoair
                                      • 94 Manomegravetres
                                      • 95 Tempeacuteratures
                                      • 96 Mesures du cocircteacute eau
                                      • 97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne
                                      • 98 Agencement des instruments
Page 38: Guide pour les fabricants d’appareils de chauffage ...€¦ · Le présent rapport explique comment la norme d’essai P.9 pondère le rendement dans différents modes de fonctionnement

systegraveme compensera au moins partiellement les diffeacuterences entre les pressions statiques nominales et les pressions statiques reacuteellement eacutetablies Cette solution peut srsquoaveacuterer indispensable pour srsquoassurer que les performances de la combustion dans des conditions reacuteelles variables correspondent aux performances obtenues lors drsquoessais dans le laboratoire

Une programmation de deacutebit drsquoair constant sera probablement essentielle pour obtenir des performances acceptables dans le cas drsquoun systegraveme combineacute reacuteparti

84 Circulateurpompe

Ilest important de choisir le bon circulateur pour acheminer le deacutebit approprieacute en fonction de la pression statique eacutetablie qui sera en vigueur Les pertes de pression dans les diffeacuterents chauffe-eau agrave la demande varient Le fait drsquoutiliser un circulateur qui fournit un deacutebit trop important se traduira par une petite baisse de tempeacuterature dans le circuit drsquoeau qui traverse le serpentin et par une tempeacuterature drsquoeau de retour eacuteleveacutee vers le chauffe-eau Un deacutebit trop faible entraicircne des capaciteacutes de chauffage faibles Des circulateurs hydroniques sont offerts avec trois vitesses seacutelectionnables et des deacutebits de pompe nominaux Par contre les moteurs utiliseacutes dans les circulateurs types agrave plusieurs vitesses ne sont pas aussi efficaces que les moteurs agrave CE Des circulateurs agrave vitesse variable eacutequipeacutes de moteurs agrave CE font leur apparition sur le marcheacute mais ils ne sont pas encore couramment utiliseacutes dans les applications combineacutees

Ideacutealement les pompes de circulation des systegravemes combineacutes eacutevolueacutes devraient consister en un concept agrave modulation agrave vitesse variable capable drsquoameacuteliorer le rendement et de compenser les diffeacuterentes configurations de canalisation Ce type de concept est deacutejagrave disponible et pourrait ecirctre mis en œuvre degraves maintenant il pourrait aussi ecirctre mis de cocircteacute jusqursquoagrave ce que la prochaine geacuteneacuteration de systegravemes de chauffage combineacutes eacutevolueacutes soit mise au point Les premiers reacutesultats drsquoessais en laboratoire ont montreacute qursquoil est possible drsquoobtenir de bonnes performances conformes agrave la norme CSA P9 sans utiliser des pompes de circulation agrave vitesse variable et des commandes auxiliaires coucircteuses Agrave lrsquoavenir agrave mesure que le coucirct des circulateurs agrave vitesse variable doteacutes de moteurs agrave CE baissera et que les commandes inteacutegreacutees seront mieux accepteacutees leur utilisation dans des applications de chauffage combineacute sera plus rentable

85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)

Si lrsquoon conccediloit le reacuteseau de plomberie de maniegravere agrave pouvoir y installer des bouchons de controcircle de tempeacuterature drsquoeau et de pression les essais internes et les mesures de mise en service seront simplifieacutes De plus il sera plus facile de purger lrsquoair des circuits

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34

hydroniques Il est possible drsquoutiliser des sondes de tempeacuteratures monteacutees agrave lrsquoexteacuterieur pour effectuer les mesures de mise en service sur le terrain si des sections de conduites de cuivre ameacutenageacutees dans des endroits strateacutegiques sont prises en compte lors de la conception

86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau

Certains chauffe-eau agrave la demande de type chaudiegravere possegravedent des points de consignes et des algorithmes de controcircle distincts pour le chauffage des locaux et celui de lrsquoeau Drsquoautres ont besoin de savoir si la charge concerne le chauffage des locaux ou celui de lrsquoeau potable Dans ce cas on peut utiliser divers capteurs et surveiller eacutegalement les signaux transmis par un deacutebitmegravetre drsquoeau installeacute dans le reacuteseau drsquoeau potable ou un deacutebitmegravetre installeacute dans le circuit de chauffage des locaux Bon nombre de chauffe-eau agrave la demande utilisent de tels capteurs dans leurs circuits de commande de brucircleur afin de faire coiumlncider les allures de chauffe avec les chargesDans les applications combineacutees lrsquoutilisation de commandes capables de diffeacuterencier les charges deacutepend de la logique de controcircle prioritaire de demande drsquoeau chaude domestique

87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes

Les canalisations drsquoeau ameacutenageacutees entre le geacuteneacuterateur de chaleur et le systegraveme combineacute devraient ecirctre dimensionneacutees de maniegravere agrave eacuteviter des baisses de pression excessives

Toutes les canalisations en cuivre exteacuterieures doivent ecirctre isoleacutees conformeacutement aux pratiques de lrsquoindustrie Il se peut que les avantages lieacutes agrave lrsquoisolation des canalisations drsquointerraccordement ne soient pas tregraves importants si les sections de conduites sont courtes et si elles contiennent des tuyaux en polyeacutethylegravene reacuteticuleacute ou un type de conduite similaire preacutesentant moins de perte de chaleur que les conduites en cuivre

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9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes

La preacutesente section contient des directives et certaines observations agrave lrsquointention des fabricants de systegravemes de chauffage combineacutes dans le but drsquoaider ces derniers agrave mettre agrave lrsquoessai leurs systegravemes agrave lrsquointerne Lrsquoexeacutecution drsquoessais agrave lrsquointerne en utilisant un montage simplifieacute permettra aux fabricants de mieux cerner les performances de leurs concepts et commandes prototypes lorsqursquoils sont mis agrave lrsquoessai dans une installation indeacutependante conformeacutement agrave la norme CSA P9 (P10 pour les fabricants de SMI) Les essais en question ne doivent pas forceacutement ecirctre conccedilus pour geacuteneacuterer des reacutesultats de performance preacutecis agrave 100 mais ils sont consideacutereacutes comme indispensables pour le deacuteveloppement et le cycle drsquooptimisation du produit les avantages drsquoun concept et drsquoun fonctionnement de systegraveme ameacutelioreacutes pouvant rapidement sauter aux yeux lorsque lrsquoon compare les reacutesultats des essais reacutealiseacutes laquo avant raquo et laquo apregraves raquo

En geacuteneacuteral il nrsquoest pas rentable de payer un laboratoire drsquoessais indeacutependant pour proceacuteder agrave la premiegravere eacutevaluation drsquoun systegraveme de chauffage combineacute complet Les coucircts lieacutes au laboratoire et les deacutefis lieacutes aux ingeacutenieurs concepteurs qui prescrivent des reacuteglages lorsqursquoils ne sont pas sur place rendent cette option probleacutematique Des essais simplifieacutes reacutealiseacutes dans les propres locaux du fabricant permettent de srsquoassurer que les reacutesultats sont dans la plage approprieacutee degraves le deacutebut

Un scheacutema de montage drsquoessai suggeacutereacute utilisable pour effectuer des mesures conformeacutement agrave la norme CSA P9 est preacutesenteacute dans cette norme La figure 6 ci-dessous illustre une version simplifieacutee de ce scheacutema

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de la piegravece

combineacutes

Appareilsdeconditionnement

Eacutevents pour produits de combustion Appareils de

conditionnement de la piegravece

Salle drsquoessai

Isolant

Meacutelangeur

Approvisionnement en eau

Eacutevents pour air de combustion Conduite drsquoalimentation en combustible

Uniteacute drsquoessai des

systegravemes

Thermocouples Porte Fenecirctre

Mesure de la tempeacuterature et du deacutebit de lrsquoeau

Conduite drsquoair de retour

Thermocouples

Mesure de la tempeacuterature et de lrsquohumiditeacute de lrsquoair

Air drsquoappoint

Mesure du deacutebit drsquoair

Figure 6 Scheacutema simplifieacute illustrant le montage utiliseacute pour exeacutecuter les essais conformeacutement agrave la norme P9 (composants individuels du systegraveme combineacute non illustreacutes)

Le scheacutema preacutesente un dispositif de mesure de lrsquoenthalpie de lrsquoair dans un tunnel baseacute Vsur la norme ASHRAE 37 Lrsquoappareil de mesure de lrsquoair illustreacute sur la figure de la norme utilise un ajutage et un ventilateur drsquoeacutequilibrage pour pouvoir appliquer une technique de mesure du deacutebit drsquoair neacutecessitant une pression diffeacuterentielle eacuteleveacutee (entre 1 et 4 pouces drsquoeau) dans lrsquoajutage Lorsqursquoil est utiliseacute avec des manomegravetres preacutecis cet appareil offre une preacutecision de mesure eacuteleveacutee de lrsquoordre de 1 agrave 2 du deacutebit drsquoair et il geacutenegravere un deacutebit drsquoair bien meacutelangeacute qui permet de mesurer avec preacutecision la tempeacuterature du deacutebit de lrsquoair drsquoalimentation

La norme P9 preacutecise que lrsquoajutage inteacutegreacute agrave lrsquoappareil de mesure de lrsquoenthalpie de lrsquoair en tunnel constitue une meacutethode acceptable pour mesurer le deacutebit drsquoair tout en approuvant expresseacutement (article 36) lrsquoapplication drsquoautres processus de mesure du deacutebit drsquoair agrave condition que les limites de preacutecision mentionneacutees dans la norme soient satisfaites Ceci donne la possibiliteacute drsquoutiliser une technique de mesure du deacutebit drsquoair plus directe ne neacutecessitant pas lrsquoutilisation drsquoun appareil comportant un ventilateur drsquoeacutequilibrage Dans certains cas lrsquoutilisation drsquoune chambre de mesure de deacutebit avec un ventilateur drsquoeacutequilibrage pour reacutegler la pression statique de la conduite drsquoair drsquoalimentation a impliqueacute des problegravemes de stabiliteacute avec des moteurs agrave CE qui ont eacuteteacute

Ressources naturelles Canada CanmetEacuteNERGIE 37 Guide agrave lrsquoattention des fabricants drsquoappareils de chauffage combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessai conformeacutement agrave la norme CSA P9

programmeacutes pour un deacutebit drsquoair constant il est donc avantageux drsquoeacuteviter les ventilateurs drsquoeacutequilibrage

91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz

De nombreux fabricants concevant des systegravemes combineacutes eacutevolueacutes integravegreront des instruments conccedilus pour mesurer la consommation drsquoeacutenergie eacutelectrique la consommation du combustible les performances de combustion la tempeacuterature et la pression (pression du collecteur de gaz pression statique des conduites etc) Si de tels eacutequipements de mesure ne sont pas offerts ilest recommandeacute de les preacutevoirLes compteurs de facturation des compagnies de gaz et drsquoeacutelectriciteacute devraient offrir une preacutecision et une reacutesolution suffisantes pour les essais de deacuteveloppement du produit

92 Enregistreur de donneacutees

Les fabricants devront eacutegalement avoir accegraves agrave un systegraveme drsquoenregistrement de donneacutees dans le cadre de leur travail Il est conseilleacute de preacutevoir un enregistreur qui offre une preacutecision et un nombre de canaux de mesures suffisants pour les tacircches agrave accomplir On estime qursquoil faudra environ huit (8) canaux pour mesurer la tempeacuterature plus quelques canaux analogiques ou numeacuteriques pour prendre en compte les donneacutees des deacutebitmegravetres des transducteurs de pression etc (analogiques ou numeacuteriques selon lrsquoinstrument de mesure seacutelectionneacute) De nombreux fournisseurs proposent un large eacuteventail drsquoenregistreurs de donneacutees Campbell Scientific Fluke Instruments Omega et Measurement Computing (personal DAQ) figurent parmi les fabricants qui proposent des enregistreurs de donneacutees de petite eacutechelle pouvant ecirctre pris en compte Il est recommandeacute de se pencher sur lrsquoassistant logiciel de lrsquoenregistreur de donneacutees seacutelectionneacute au moment drsquoeacutevaluer lrsquoeacutequipement Si le fabricant ne souhaite pas investir dans un enregistreur de donneacutees la location demeure une option mecircme si les eacuteconomies preacutevues dans le cas drsquoune location agrave court terme semblent ecirctre faibles

93 Deacutebit drsquoair

Pour mesurer le deacutebit drsquoair pendant les essais agrave lrsquointerne il est recommandeacute drsquoutiliser une grille de deacutebit drsquoair avec eacutetablissement de moyenne installeacutee dans la conduite drsquoair drsquoalimentation en conjonction avec un manomegravetre diffeacuterentiel de preacutecision De nombreux fournisseurs proposent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans un large eacuteventail de tailles et ces deacutebitmegravetres sont relativement peu chers car ils sont souvent utiliseacutes dans des systegravemes commerciaux de chauffage et de refroidissement agrave deacutebit drsquoair variable Si lrsquoon fait une recherche dans Google en utilisant le segment laquo deacutebitmegravetres drsquoair raquo on trouve plusieurs fournisseurs et liens permettant

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drsquoobtenir de plus amples informations sur le sujet Nailor Industries Inc et Dwyer Instruments sont deux socieacuteteacutes quioffrent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans une grande varieacuteteacute de tailles de conduites

94 Manomegravetres

On trouve eacutegalement de nombreux manomegravetres diffeacuterentiels sur le marcheacute dont les modegraveles varient des manomegravetres agrave tube inclineacute aux transducteurs numeacuteriques de preacutecision Il est important de bien faire correspondre la plage de mesure du transducteur ou du manomegravetre avec la pression fournie par le deacutebitmegravetre sur la plage de deacutebits drsquoair preacutevue Dans le cas des transducteurs numeacuteriques des instruments capacitifs sont reacuteputeacutes bien fonctionner dans la plage de pression diffeacuterentielle basse qui serait normalement prescrite (environ 05 pouce de diffeacuterence de colonne drsquoeau) Setra Instruments MKS Instruments (Baratron) Dwyer Instruments et drsquoautres socieacuteteacutes proposent des transducteurs de pression diffeacuterentielle capacitifs plage basse adapteacutes

95 Tempeacuteratures

Les tempeacuteratures drsquoair drsquoarriveacutee et de sortie peuvent ecirctre mesureacutees en utilisant des thermocouples des thermistances ou des capteurs de conduite geacuteneacuterant une valeur moyenne Du fait de son bas coucirct de sa faciliteacute drsquoutilisation et de sa preacutesence agrave grande eacutechelle sur le marcheacute le thermocouple semble ecirctre lrsquoinstrument approprieacute pour cette application Il est possible de fabriquer un reacuteseau de thermocouples agrave partir drsquoune bobine de fil de thermocouple et de les raccorder entre eux en parallegravele de maniegravere agrave geacuteneacuterer une seule donneacutee repreacutesentant la valeur moyenne De nombreux fournisseurs offrent des fils agrave thermocouple notamment les socieacuteteacutes Thermo Electric Company Inc Omega Inc Watlow Inc etc Il est eacutegalement possible de fabriquer des sondes de tempeacuterature agrave partir des mecircmes fils de thermocouple pour surveiller drsquoautres paramegravetres tels que les tempeacuteratures drsquoeau Il est important de bien utiliser un fil agrave thermocouple plutocirct qursquoun fil de rallonge de lrsquoeacutechelle de mesure identique mais moins preacutecis

96 Mesures du cocircteacute eau

Pour effectuer des mesures du cocircteacute eau dans les serpentins il est neacutecessaire de posseacuteder un deacutebitmegravetre et des sondes de tempeacuterature Ces mesures pourraient ecirctre reacutealiseacutees en utilisant des capteurs distincts (deacutebitmegravetre drsquoeau et sondes de tempeacuterature distinctes par exemple) Il est important de srsquoassurer que lrsquoinsertion drsquoun deacutebitmegravetre dans la boucle drsquoeau ne modifie pas le deacutebit de la pompe de circulation Cela est particuliegraverement important avec des circulateurs agrave faible puissance geacuteneacuteralement utiliseacutes dans des applications combineacutees pour lesquelles lrsquoinstallation drsquoun deacutebitmegravetre agrave turbine conventionnel agrave baisse de pression eacuteleveacutee peut restreindre le deacutebit drsquoeau Ilexiste des deacutebitmegravetres preacutecis sans perte de pression eacuteleveacutee Certains appareils

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peuvent ecirctre acheteacutes deacutejagrave conditionneacutes avec des sondes de tempeacuterature en guise de laquo compteurs drsquoeacutenergie raquo Ils mesurent simultaneacutement les tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de lrsquoeau de retour ainsi que le deacutebit de lrsquoeau et calculent directement le flux drsquoeacutenergie en srsquoappuyant sur ces mesuresKamstrup Siemens Badger Meters Elster Metering ABB Meters et drsquoautres socieacuteteacutes offrent ce type drsquoappareils Les compteurs drsquoeacutenergie autonomes sont habituellement configureacutes avec certains dispositifs permettant de lire les diffeacuterents paramegravetres ainsi que les flux drsquoeacutenergie calculeacutes La plupart offre une fonction de stockage des donneacutees internes etou des sorties numeacuteriques pouvant ecirctre interfaceacutees avec des enregistreurs de donneacutees externes

97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne

La norme CSA P9 exige que le chauffage des locaux soit deacutefini en utilisant deux mesures (cocircteacute air et cocircteacute eau) avec une entente dans une toleacuterance acceptable pour la mise agrave lrsquoessai du systegraveme de chauffage de locaux agrave pleine capaciteacute constant Dans le cas des mesures agrave lrsquointerne entreprises par un fabricant dans le cadre drsquoun projet de deacuteveloppement de produit cibleacute lrsquoentente entre les mesures du cocircteacute air et du cocircteacute eau nrsquoest pas forceacutement requise On suggegravere aux fabricants de se concentrer sur les mesures qui ciblent la strateacutegie de controcircle ou de composant propre agrave lrsquoeacutetude Par exemple si des strateacutegies diffeacuterentes de temporisation du ventilateur ou laquo apregraves fonctionnement raquo sont eacutevalueacutees il est bien plus important de se concentrer sur les mesures du cocircteacute air que drsquoessayer drsquoatteindre un eacutequilibre entre le cocircteacute air et le cocircteacute eau Selon la quantiteacute drsquoeacutenergie laisseacutee dans le serpentin drsquoeau lorsque le ventilateur de soufflante srsquoarrecircte et drsquoautres pertes drsquoeacutenergie du systegraveme il est possible qursquoil nrsquoy ait pas drsquoeacutequilibre drsquoeacutenergie entre les mesures du cocircteacute air et les mesures du cocircteacute eau mecircme avec un instrument des mesures et des calculs laquo parfaits raquo

La norme CSA P9 exige une mesure du deacutebit drsquoair et des tempeacuteratures au moins toutes les cinq (5) secondes Dans le cas des essais agrave lrsquointerne cette freacutequence pourrait ecirctre assouplie pour certaines eacutetapes drsquoessai Par ailleurs une conformiteacute totale agrave la norme P9 suppose un controcircle preacutecis de la tempeacuterature de la salle drsquoessai ougrave se trouve le systegraveme combineacute en vue des essais ainsiqursquoun controcircle preacutecis de la tempeacuterature de lrsquoeau de la ville Dans le cas des essais de deacuteveloppement agrave lrsquointerne ces exigences peuvent eacutegalement ecirctre assouplies agrave condition que les tempeacuteratures ne varient pas trop pendant les essais Un espace commercial conditionneacute ayant une dimension raisonnable ferait lrsquoaffaire au moins pour les phases drsquoessai et de deacuteveloppement initiales

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Flue(combustionmeasurements)

SupplyAirtoSpaceHeatingPlenum

(optionalzonedampers)

ReturnAir

CityWater

TanklessWaterHeater

HotWaterSupplyfromWaterHeater

DHW

CoolWaterreturntoWaterheater

Temperaturemeasurementpoints

Fuelmeter

Flowmeter

Electricalmeteringnotshown

Circulator

98 Agencement des instruments

La figure 7 preacutesente un scheacutema simplifieacute permettant drsquoillustrer lrsquoagencement geacuteneacuteral des emplacements et des paramegravetres de mesure en vue de la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute de chauffe-eau instantaneacute agrave condensation Le deacutebit drsquoair qui traverse la conduite drsquoalimentation du systegraveme de traitement drsquoair sera surveilleacute en utilisant un deacutebitmegravetre agrave valeur moyenne et un manomegravetre (non illustreacute) tel que cela est deacutecrit agrave lrsquoarticle 73

T

T

T T

T T

Alimentation en eau chaude provenant du chauffe-eau

Conduit (mesures de combustion)

Eau chaude domestique

Systegraveme de mesure du combustible

Air dereprise

Retourde lrsquoeau froide vers lechauffe-eau

Chauffe-eau instantaneacute

Air drsquoalimentation achemineacute versle pleacutenum de chauffage(registres de zone facultatifs)

Eau municipale

Deacutebitmegravetre

T

(compteur eacutelectrique non illustreacute)

Points de mesure de la tempeacuterature Circulateur

Figure 8 Scheacutema de mesure simplifieacute applicable agrave la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute baseacute sur un chauffe-eau instantaneacute

Ressources naturelles Canada CanmetEacuteNERGIE 41 Guide agrave lrsquoattention des fabricants drsquoappareils de chauffage combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessai conformeacutement agrave la norme CSA P9

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CanmetEacuteNERGIE CanmetEacuteNERGIE de Ressources naturelles Canada est un chef de file canadien dans le domaine de la recherche et deacuteveloppement en eacutenergie propre Les travaux de nos speacutecialistes portent sur lrsquoapprovisionnement drsquoeacutenergie propre agrave partir de combustibles fossiles et de sources renouvelables la gestion de lrsquoeacutenergie et les systegravemes de distribution ainsi que sur les technologies et processus avanceacutes pour les utilisations finales En veillant agrave ce que le Canada soit agrave la fine pointe des technologies sur lrsquoeacutenergie propre nous ameacuteliorons la qualiteacute de vie des Canadiens en creacuteant un avantage durable en matiegravere de ressources

Bureau central Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) 580 rue Booth 1 promenade Oil Patch 1 promenade Haanel 161 boulevard Lionel-Boulet Ottawa (Ontario) Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) Canada Canada Canada Canada K1A 0E4 T9G 1A8 K1A 1M1 J3X 1S6

  • Guide pour les fabricants drsquoappareils de chauffage combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessai conformeacutement agrave la norme CSA P9
    • Remerciements
    • 1 Reacutesumeacute
    • 2 Systegravemes agrave zones
    • Table des matiegraveres
    • Liste des tableaux et figures
    • 3 Contexte
      • 31 Objet
      • 32 Public cible
      • 33 Marcheacute
      • 34 Pratiques en vigueur dans lrsquoindustrie
      • 35 Expeacuterience en matiegravere drsquoeacutevaluation
      • 36 Deacutefi principal Utiliser des chauffe-eau pour chauffer des locaux de maniegravere eacuteconergeacutetique
      • 37 Approche par eacutetapes
        • 4 Charges de calcul ndash performances selon la norme CSA p9
          • 41 Facteur de performance thermique (FPT)
          • 42 Chauffage de lrsquoeau
          • 43 Chauffage des locaux
          • 44 Importance relative des charges de chauffage des locaux et de lrsquoeau
            • 5 Chauffage de lrsquoeau domestique
            • 6 Conception des systegravemes combineacutes
              • 61 Incidence des pondeacuterations de charge
                • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                • Reacuteduction des tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour
                  • 62 Strateacutegies de conception
                  • 63 Strateacutegie 1 Tempeacuterature drsquoeau constante
                    • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                    • Serpentin(s) de chauffage des locaux
                    • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                    • Illustration des performances selon la norme P9
                    • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                      • 64 Strateacutegie 2 Tempeacuterature drsquoeau variable
                        • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                        • Serpentin(s) de chauffage de locaux
                        • Conditions de chauffage de locaux en charge partielle
                        • Illustration des performances P9
                        • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                            • 7 Commandes
                              • Commandes indirectes baseacutees sur la tempeacuterature
                              • Commandes indirectes baseacutees sur le minuteur
                              • Controcircle direct
                              • Chauffe-eau -Mode de chauffage de lrsquoeau du robinet
                                • 8 Composants
                                  • 81 Systegraveme de traitement drsquoair
                                  • 82 Serpentins de chauffage de locaux
                                  • 83 Moteur de ventilateur
                                  • 84 Circulateurpompe
                                  • 85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)
                                  • 86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau
                                  • 87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes
                                    • 9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes
                                      • 91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz
                                      • 92 Enregistreur de donneacutees
                                      • 93 Deacutebit drsquoair
                                      • 94 Manomegravetres
                                      • 95 Tempeacuteratures
                                      • 96 Mesures du cocircteacute eau
                                      • 97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne
                                      • 98 Agencement des instruments
Page 39: Guide pour les fabricants d’appareils de chauffage ...€¦ · Le présent rapport explique comment la norme d’essai P.9 pondère le rendement dans différents modes de fonctionnement

hydroniques Il est possible drsquoutiliser des sondes de tempeacuteratures monteacutees agrave lrsquoexteacuterieur pour effectuer les mesures de mise en service sur le terrain si des sections de conduites de cuivre ameacutenageacutees dans des endroits strateacutegiques sont prises en compte lors de la conception

86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau

Certains chauffe-eau agrave la demande de type chaudiegravere possegravedent des points de consignes et des algorithmes de controcircle distincts pour le chauffage des locaux et celui de lrsquoeau Drsquoautres ont besoin de savoir si la charge concerne le chauffage des locaux ou celui de lrsquoeau potable Dans ce cas on peut utiliser divers capteurs et surveiller eacutegalement les signaux transmis par un deacutebitmegravetre drsquoeau installeacute dans le reacuteseau drsquoeau potable ou un deacutebitmegravetre installeacute dans le circuit de chauffage des locaux Bon nombre de chauffe-eau agrave la demande utilisent de tels capteurs dans leurs circuits de commande de brucircleur afin de faire coiumlncider les allures de chauffe avec les chargesDans les applications combineacutees lrsquoutilisation de commandes capables de diffeacuterencier les charges deacutepend de la logique de controcircle prioritaire de demande drsquoeau chaude domestique

87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes

Les canalisations drsquoeau ameacutenageacutees entre le geacuteneacuterateur de chaleur et le systegraveme combineacute devraient ecirctre dimensionneacutees de maniegravere agrave eacuteviter des baisses de pression excessives

Toutes les canalisations en cuivre exteacuterieures doivent ecirctre isoleacutees conformeacutement aux pratiques de lrsquoindustrie Il se peut que les avantages lieacutes agrave lrsquoisolation des canalisations drsquointerraccordement ne soient pas tregraves importants si les sections de conduites sont courtes et si elles contiennent des tuyaux en polyeacutethylegravene reacuteticuleacute ou un type de conduite similaire preacutesentant moins de perte de chaleur que les conduites en cuivre

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35

9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes

La preacutesente section contient des directives et certaines observations agrave lrsquointention des fabricants de systegravemes de chauffage combineacutes dans le but drsquoaider ces derniers agrave mettre agrave lrsquoessai leurs systegravemes agrave lrsquointerne Lrsquoexeacutecution drsquoessais agrave lrsquointerne en utilisant un montage simplifieacute permettra aux fabricants de mieux cerner les performances de leurs concepts et commandes prototypes lorsqursquoils sont mis agrave lrsquoessai dans une installation indeacutependante conformeacutement agrave la norme CSA P9 (P10 pour les fabricants de SMI) Les essais en question ne doivent pas forceacutement ecirctre conccedilus pour geacuteneacuterer des reacutesultats de performance preacutecis agrave 100 mais ils sont consideacutereacutes comme indispensables pour le deacuteveloppement et le cycle drsquooptimisation du produit les avantages drsquoun concept et drsquoun fonctionnement de systegraveme ameacutelioreacutes pouvant rapidement sauter aux yeux lorsque lrsquoon compare les reacutesultats des essais reacutealiseacutes laquo avant raquo et laquo apregraves raquo

En geacuteneacuteral il nrsquoest pas rentable de payer un laboratoire drsquoessais indeacutependant pour proceacuteder agrave la premiegravere eacutevaluation drsquoun systegraveme de chauffage combineacute complet Les coucircts lieacutes au laboratoire et les deacutefis lieacutes aux ingeacutenieurs concepteurs qui prescrivent des reacuteglages lorsqursquoils ne sont pas sur place rendent cette option probleacutematique Des essais simplifieacutes reacutealiseacutes dans les propres locaux du fabricant permettent de srsquoassurer que les reacutesultats sont dans la plage approprieacutee degraves le deacutebut

Un scheacutema de montage drsquoessai suggeacutereacute utilisable pour effectuer des mesures conformeacutement agrave la norme CSA P9 est preacutesenteacute dans cette norme La figure 6 ci-dessous illustre une version simplifieacutee de ce scheacutema

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36

de la piegravece

combineacutes

Appareilsdeconditionnement

Eacutevents pour produits de combustion Appareils de

conditionnement de la piegravece

Salle drsquoessai

Isolant

Meacutelangeur

Approvisionnement en eau

Eacutevents pour air de combustion Conduite drsquoalimentation en combustible

Uniteacute drsquoessai des

systegravemes

Thermocouples Porte Fenecirctre

Mesure de la tempeacuterature et du deacutebit de lrsquoeau

Conduite drsquoair de retour

Thermocouples

Mesure de la tempeacuterature et de lrsquohumiditeacute de lrsquoair

Air drsquoappoint

Mesure du deacutebit drsquoair

Figure 6 Scheacutema simplifieacute illustrant le montage utiliseacute pour exeacutecuter les essais conformeacutement agrave la norme P9 (composants individuels du systegraveme combineacute non illustreacutes)

Le scheacutema preacutesente un dispositif de mesure de lrsquoenthalpie de lrsquoair dans un tunnel baseacute Vsur la norme ASHRAE 37 Lrsquoappareil de mesure de lrsquoair illustreacute sur la figure de la norme utilise un ajutage et un ventilateur drsquoeacutequilibrage pour pouvoir appliquer une technique de mesure du deacutebit drsquoair neacutecessitant une pression diffeacuterentielle eacuteleveacutee (entre 1 et 4 pouces drsquoeau) dans lrsquoajutage Lorsqursquoil est utiliseacute avec des manomegravetres preacutecis cet appareil offre une preacutecision de mesure eacuteleveacutee de lrsquoordre de 1 agrave 2 du deacutebit drsquoair et il geacutenegravere un deacutebit drsquoair bien meacutelangeacute qui permet de mesurer avec preacutecision la tempeacuterature du deacutebit de lrsquoair drsquoalimentation

La norme P9 preacutecise que lrsquoajutage inteacutegreacute agrave lrsquoappareil de mesure de lrsquoenthalpie de lrsquoair en tunnel constitue une meacutethode acceptable pour mesurer le deacutebit drsquoair tout en approuvant expresseacutement (article 36) lrsquoapplication drsquoautres processus de mesure du deacutebit drsquoair agrave condition que les limites de preacutecision mentionneacutees dans la norme soient satisfaites Ceci donne la possibiliteacute drsquoutiliser une technique de mesure du deacutebit drsquoair plus directe ne neacutecessitant pas lrsquoutilisation drsquoun appareil comportant un ventilateur drsquoeacutequilibrage Dans certains cas lrsquoutilisation drsquoune chambre de mesure de deacutebit avec un ventilateur drsquoeacutequilibrage pour reacutegler la pression statique de la conduite drsquoair drsquoalimentation a impliqueacute des problegravemes de stabiliteacute avec des moteurs agrave CE qui ont eacuteteacute

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programmeacutes pour un deacutebit drsquoair constant il est donc avantageux drsquoeacuteviter les ventilateurs drsquoeacutequilibrage

91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz

De nombreux fabricants concevant des systegravemes combineacutes eacutevolueacutes integravegreront des instruments conccedilus pour mesurer la consommation drsquoeacutenergie eacutelectrique la consommation du combustible les performances de combustion la tempeacuterature et la pression (pression du collecteur de gaz pression statique des conduites etc) Si de tels eacutequipements de mesure ne sont pas offerts ilest recommandeacute de les preacutevoirLes compteurs de facturation des compagnies de gaz et drsquoeacutelectriciteacute devraient offrir une preacutecision et une reacutesolution suffisantes pour les essais de deacuteveloppement du produit

92 Enregistreur de donneacutees

Les fabricants devront eacutegalement avoir accegraves agrave un systegraveme drsquoenregistrement de donneacutees dans le cadre de leur travail Il est conseilleacute de preacutevoir un enregistreur qui offre une preacutecision et un nombre de canaux de mesures suffisants pour les tacircches agrave accomplir On estime qursquoil faudra environ huit (8) canaux pour mesurer la tempeacuterature plus quelques canaux analogiques ou numeacuteriques pour prendre en compte les donneacutees des deacutebitmegravetres des transducteurs de pression etc (analogiques ou numeacuteriques selon lrsquoinstrument de mesure seacutelectionneacute) De nombreux fournisseurs proposent un large eacuteventail drsquoenregistreurs de donneacutees Campbell Scientific Fluke Instruments Omega et Measurement Computing (personal DAQ) figurent parmi les fabricants qui proposent des enregistreurs de donneacutees de petite eacutechelle pouvant ecirctre pris en compte Il est recommandeacute de se pencher sur lrsquoassistant logiciel de lrsquoenregistreur de donneacutees seacutelectionneacute au moment drsquoeacutevaluer lrsquoeacutequipement Si le fabricant ne souhaite pas investir dans un enregistreur de donneacutees la location demeure une option mecircme si les eacuteconomies preacutevues dans le cas drsquoune location agrave court terme semblent ecirctre faibles

93 Deacutebit drsquoair

Pour mesurer le deacutebit drsquoair pendant les essais agrave lrsquointerne il est recommandeacute drsquoutiliser une grille de deacutebit drsquoair avec eacutetablissement de moyenne installeacutee dans la conduite drsquoair drsquoalimentation en conjonction avec un manomegravetre diffeacuterentiel de preacutecision De nombreux fournisseurs proposent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans un large eacuteventail de tailles et ces deacutebitmegravetres sont relativement peu chers car ils sont souvent utiliseacutes dans des systegravemes commerciaux de chauffage et de refroidissement agrave deacutebit drsquoair variable Si lrsquoon fait une recherche dans Google en utilisant le segment laquo deacutebitmegravetres drsquoair raquo on trouve plusieurs fournisseurs et liens permettant

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drsquoobtenir de plus amples informations sur le sujet Nailor Industries Inc et Dwyer Instruments sont deux socieacuteteacutes quioffrent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans une grande varieacuteteacute de tailles de conduites

94 Manomegravetres

On trouve eacutegalement de nombreux manomegravetres diffeacuterentiels sur le marcheacute dont les modegraveles varient des manomegravetres agrave tube inclineacute aux transducteurs numeacuteriques de preacutecision Il est important de bien faire correspondre la plage de mesure du transducteur ou du manomegravetre avec la pression fournie par le deacutebitmegravetre sur la plage de deacutebits drsquoair preacutevue Dans le cas des transducteurs numeacuteriques des instruments capacitifs sont reacuteputeacutes bien fonctionner dans la plage de pression diffeacuterentielle basse qui serait normalement prescrite (environ 05 pouce de diffeacuterence de colonne drsquoeau) Setra Instruments MKS Instruments (Baratron) Dwyer Instruments et drsquoautres socieacuteteacutes proposent des transducteurs de pression diffeacuterentielle capacitifs plage basse adapteacutes

95 Tempeacuteratures

Les tempeacuteratures drsquoair drsquoarriveacutee et de sortie peuvent ecirctre mesureacutees en utilisant des thermocouples des thermistances ou des capteurs de conduite geacuteneacuterant une valeur moyenne Du fait de son bas coucirct de sa faciliteacute drsquoutilisation et de sa preacutesence agrave grande eacutechelle sur le marcheacute le thermocouple semble ecirctre lrsquoinstrument approprieacute pour cette application Il est possible de fabriquer un reacuteseau de thermocouples agrave partir drsquoune bobine de fil de thermocouple et de les raccorder entre eux en parallegravele de maniegravere agrave geacuteneacuterer une seule donneacutee repreacutesentant la valeur moyenne De nombreux fournisseurs offrent des fils agrave thermocouple notamment les socieacuteteacutes Thermo Electric Company Inc Omega Inc Watlow Inc etc Il est eacutegalement possible de fabriquer des sondes de tempeacuterature agrave partir des mecircmes fils de thermocouple pour surveiller drsquoautres paramegravetres tels que les tempeacuteratures drsquoeau Il est important de bien utiliser un fil agrave thermocouple plutocirct qursquoun fil de rallonge de lrsquoeacutechelle de mesure identique mais moins preacutecis

96 Mesures du cocircteacute eau

Pour effectuer des mesures du cocircteacute eau dans les serpentins il est neacutecessaire de posseacuteder un deacutebitmegravetre et des sondes de tempeacuterature Ces mesures pourraient ecirctre reacutealiseacutees en utilisant des capteurs distincts (deacutebitmegravetre drsquoeau et sondes de tempeacuterature distinctes par exemple) Il est important de srsquoassurer que lrsquoinsertion drsquoun deacutebitmegravetre dans la boucle drsquoeau ne modifie pas le deacutebit de la pompe de circulation Cela est particuliegraverement important avec des circulateurs agrave faible puissance geacuteneacuteralement utiliseacutes dans des applications combineacutees pour lesquelles lrsquoinstallation drsquoun deacutebitmegravetre agrave turbine conventionnel agrave baisse de pression eacuteleveacutee peut restreindre le deacutebit drsquoeau Ilexiste des deacutebitmegravetres preacutecis sans perte de pression eacuteleveacutee Certains appareils

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peuvent ecirctre acheteacutes deacutejagrave conditionneacutes avec des sondes de tempeacuterature en guise de laquo compteurs drsquoeacutenergie raquo Ils mesurent simultaneacutement les tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de lrsquoeau de retour ainsi que le deacutebit de lrsquoeau et calculent directement le flux drsquoeacutenergie en srsquoappuyant sur ces mesuresKamstrup Siemens Badger Meters Elster Metering ABB Meters et drsquoautres socieacuteteacutes offrent ce type drsquoappareils Les compteurs drsquoeacutenergie autonomes sont habituellement configureacutes avec certains dispositifs permettant de lire les diffeacuterents paramegravetres ainsi que les flux drsquoeacutenergie calculeacutes La plupart offre une fonction de stockage des donneacutees internes etou des sorties numeacuteriques pouvant ecirctre interfaceacutees avec des enregistreurs de donneacutees externes

97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne

La norme CSA P9 exige que le chauffage des locaux soit deacutefini en utilisant deux mesures (cocircteacute air et cocircteacute eau) avec une entente dans une toleacuterance acceptable pour la mise agrave lrsquoessai du systegraveme de chauffage de locaux agrave pleine capaciteacute constant Dans le cas des mesures agrave lrsquointerne entreprises par un fabricant dans le cadre drsquoun projet de deacuteveloppement de produit cibleacute lrsquoentente entre les mesures du cocircteacute air et du cocircteacute eau nrsquoest pas forceacutement requise On suggegravere aux fabricants de se concentrer sur les mesures qui ciblent la strateacutegie de controcircle ou de composant propre agrave lrsquoeacutetude Par exemple si des strateacutegies diffeacuterentes de temporisation du ventilateur ou laquo apregraves fonctionnement raquo sont eacutevalueacutees il est bien plus important de se concentrer sur les mesures du cocircteacute air que drsquoessayer drsquoatteindre un eacutequilibre entre le cocircteacute air et le cocircteacute eau Selon la quantiteacute drsquoeacutenergie laisseacutee dans le serpentin drsquoeau lorsque le ventilateur de soufflante srsquoarrecircte et drsquoautres pertes drsquoeacutenergie du systegraveme il est possible qursquoil nrsquoy ait pas drsquoeacutequilibre drsquoeacutenergie entre les mesures du cocircteacute air et les mesures du cocircteacute eau mecircme avec un instrument des mesures et des calculs laquo parfaits raquo

La norme CSA P9 exige une mesure du deacutebit drsquoair et des tempeacuteratures au moins toutes les cinq (5) secondes Dans le cas des essais agrave lrsquointerne cette freacutequence pourrait ecirctre assouplie pour certaines eacutetapes drsquoessai Par ailleurs une conformiteacute totale agrave la norme P9 suppose un controcircle preacutecis de la tempeacuterature de la salle drsquoessai ougrave se trouve le systegraveme combineacute en vue des essais ainsiqursquoun controcircle preacutecis de la tempeacuterature de lrsquoeau de la ville Dans le cas des essais de deacuteveloppement agrave lrsquointerne ces exigences peuvent eacutegalement ecirctre assouplies agrave condition que les tempeacuteratures ne varient pas trop pendant les essais Un espace commercial conditionneacute ayant une dimension raisonnable ferait lrsquoaffaire au moins pour les phases drsquoessai et de deacuteveloppement initiales

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Flue(combustionmeasurements)

SupplyAirtoSpaceHeatingPlenum

(optionalzonedampers)

ReturnAir

CityWater

TanklessWaterHeater

HotWaterSupplyfromWaterHeater

DHW

CoolWaterreturntoWaterheater

Temperaturemeasurementpoints

Fuelmeter

Flowmeter

Electricalmeteringnotshown

Circulator

98 Agencement des instruments

La figure 7 preacutesente un scheacutema simplifieacute permettant drsquoillustrer lrsquoagencement geacuteneacuteral des emplacements et des paramegravetres de mesure en vue de la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute de chauffe-eau instantaneacute agrave condensation Le deacutebit drsquoair qui traverse la conduite drsquoalimentation du systegraveme de traitement drsquoair sera surveilleacute en utilisant un deacutebitmegravetre agrave valeur moyenne et un manomegravetre (non illustreacute) tel que cela est deacutecrit agrave lrsquoarticle 73

T

T

T T

T T

Alimentation en eau chaude provenant du chauffe-eau

Conduit (mesures de combustion)

Eau chaude domestique

Systegraveme de mesure du combustible

Air dereprise

Retourde lrsquoeau froide vers lechauffe-eau

Chauffe-eau instantaneacute

Air drsquoalimentation achemineacute versle pleacutenum de chauffage(registres de zone facultatifs)

Eau municipale

Deacutebitmegravetre

T

(compteur eacutelectrique non illustreacute)

Points de mesure de la tempeacuterature Circulateur

Figure 8 Scheacutema de mesure simplifieacute applicable agrave la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute baseacute sur un chauffe-eau instantaneacute

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  • Guide pour les fabricants drsquoappareils de chauffage combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessai conformeacutement agrave la norme CSA P9
    • Remerciements
    • 1 Reacutesumeacute
    • 2 Systegravemes agrave zones
    • Table des matiegraveres
    • Liste des tableaux et figures
    • 3 Contexte
      • 31 Objet
      • 32 Public cible
      • 33 Marcheacute
      • 34 Pratiques en vigueur dans lrsquoindustrie
      • 35 Expeacuterience en matiegravere drsquoeacutevaluation
      • 36 Deacutefi principal Utiliser des chauffe-eau pour chauffer des locaux de maniegravere eacuteconergeacutetique
      • 37 Approche par eacutetapes
        • 4 Charges de calcul ndash performances selon la norme CSA p9
          • 41 Facteur de performance thermique (FPT)
          • 42 Chauffage de lrsquoeau
          • 43 Chauffage des locaux
          • 44 Importance relative des charges de chauffage des locaux et de lrsquoeau
            • 5 Chauffage de lrsquoeau domestique
            • 6 Conception des systegravemes combineacutes
              • 61 Incidence des pondeacuterations de charge
                • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                • Reacuteduction des tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour
                  • 62 Strateacutegies de conception
                  • 63 Strateacutegie 1 Tempeacuterature drsquoeau constante
                    • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                    • Serpentin(s) de chauffage des locaux
                    • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                    • Illustration des performances selon la norme P9
                    • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                      • 64 Strateacutegie 2 Tempeacuterature drsquoeau variable
                        • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                        • Serpentin(s) de chauffage de locaux
                        • Conditions de chauffage de locaux en charge partielle
                        • Illustration des performances P9
                        • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                            • 7 Commandes
                              • Commandes indirectes baseacutees sur la tempeacuterature
                              • Commandes indirectes baseacutees sur le minuteur
                              • Controcircle direct
                              • Chauffe-eau -Mode de chauffage de lrsquoeau du robinet
                                • 8 Composants
                                  • 81 Systegraveme de traitement drsquoair
                                  • 82 Serpentins de chauffage de locaux
                                  • 83 Moteur de ventilateur
                                  • 84 Circulateurpompe
                                  • 85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)
                                  • 86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau
                                  • 87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes
                                    • 9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes
                                      • 91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz
                                      • 92 Enregistreur de donneacutees
                                      • 93 Deacutebit drsquoair
                                      • 94 Manomegravetres
                                      • 95 Tempeacuteratures
                                      • 96 Mesures du cocircteacute eau
                                      • 97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne
                                      • 98 Agencement des instruments
Page 40: Guide pour les fabricants d’appareils de chauffage ...€¦ · Le présent rapport explique comment la norme d’essai P.9 pondère le rendement dans différents modes de fonctionnement

9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes

La preacutesente section contient des directives et certaines observations agrave lrsquointention des fabricants de systegravemes de chauffage combineacutes dans le but drsquoaider ces derniers agrave mettre agrave lrsquoessai leurs systegravemes agrave lrsquointerne Lrsquoexeacutecution drsquoessais agrave lrsquointerne en utilisant un montage simplifieacute permettra aux fabricants de mieux cerner les performances de leurs concepts et commandes prototypes lorsqursquoils sont mis agrave lrsquoessai dans une installation indeacutependante conformeacutement agrave la norme CSA P9 (P10 pour les fabricants de SMI) Les essais en question ne doivent pas forceacutement ecirctre conccedilus pour geacuteneacuterer des reacutesultats de performance preacutecis agrave 100 mais ils sont consideacutereacutes comme indispensables pour le deacuteveloppement et le cycle drsquooptimisation du produit les avantages drsquoun concept et drsquoun fonctionnement de systegraveme ameacutelioreacutes pouvant rapidement sauter aux yeux lorsque lrsquoon compare les reacutesultats des essais reacutealiseacutes laquo avant raquo et laquo apregraves raquo

En geacuteneacuteral il nrsquoest pas rentable de payer un laboratoire drsquoessais indeacutependant pour proceacuteder agrave la premiegravere eacutevaluation drsquoun systegraveme de chauffage combineacute complet Les coucircts lieacutes au laboratoire et les deacutefis lieacutes aux ingeacutenieurs concepteurs qui prescrivent des reacuteglages lorsqursquoils ne sont pas sur place rendent cette option probleacutematique Des essais simplifieacutes reacutealiseacutes dans les propres locaux du fabricant permettent de srsquoassurer que les reacutesultats sont dans la plage approprieacutee degraves le deacutebut

Un scheacutema de montage drsquoessai suggeacutereacute utilisable pour effectuer des mesures conformeacutement agrave la norme CSA P9 est preacutesenteacute dans cette norme La figure 6 ci-dessous illustre une version simplifieacutee de ce scheacutema

Ressources naturelles Canada CanmetEacuteNERGIE Guide agrave lrsquoattention des fabricants drsquoappareils de chauffage combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessai conformeacutement agrave la norme CSA P9

36

de la piegravece

combineacutes

Appareilsdeconditionnement

Eacutevents pour produits de combustion Appareils de

conditionnement de la piegravece

Salle drsquoessai

Isolant

Meacutelangeur

Approvisionnement en eau

Eacutevents pour air de combustion Conduite drsquoalimentation en combustible

Uniteacute drsquoessai des

systegravemes

Thermocouples Porte Fenecirctre

Mesure de la tempeacuterature et du deacutebit de lrsquoeau

Conduite drsquoair de retour

Thermocouples

Mesure de la tempeacuterature et de lrsquohumiditeacute de lrsquoair

Air drsquoappoint

Mesure du deacutebit drsquoair

Figure 6 Scheacutema simplifieacute illustrant le montage utiliseacute pour exeacutecuter les essais conformeacutement agrave la norme P9 (composants individuels du systegraveme combineacute non illustreacutes)

Le scheacutema preacutesente un dispositif de mesure de lrsquoenthalpie de lrsquoair dans un tunnel baseacute Vsur la norme ASHRAE 37 Lrsquoappareil de mesure de lrsquoair illustreacute sur la figure de la norme utilise un ajutage et un ventilateur drsquoeacutequilibrage pour pouvoir appliquer une technique de mesure du deacutebit drsquoair neacutecessitant une pression diffeacuterentielle eacuteleveacutee (entre 1 et 4 pouces drsquoeau) dans lrsquoajutage Lorsqursquoil est utiliseacute avec des manomegravetres preacutecis cet appareil offre une preacutecision de mesure eacuteleveacutee de lrsquoordre de 1 agrave 2 du deacutebit drsquoair et il geacutenegravere un deacutebit drsquoair bien meacutelangeacute qui permet de mesurer avec preacutecision la tempeacuterature du deacutebit de lrsquoair drsquoalimentation

La norme P9 preacutecise que lrsquoajutage inteacutegreacute agrave lrsquoappareil de mesure de lrsquoenthalpie de lrsquoair en tunnel constitue une meacutethode acceptable pour mesurer le deacutebit drsquoair tout en approuvant expresseacutement (article 36) lrsquoapplication drsquoautres processus de mesure du deacutebit drsquoair agrave condition que les limites de preacutecision mentionneacutees dans la norme soient satisfaites Ceci donne la possibiliteacute drsquoutiliser une technique de mesure du deacutebit drsquoair plus directe ne neacutecessitant pas lrsquoutilisation drsquoun appareil comportant un ventilateur drsquoeacutequilibrage Dans certains cas lrsquoutilisation drsquoune chambre de mesure de deacutebit avec un ventilateur drsquoeacutequilibrage pour reacutegler la pression statique de la conduite drsquoair drsquoalimentation a impliqueacute des problegravemes de stabiliteacute avec des moteurs agrave CE qui ont eacuteteacute

Ressources naturelles Canada CanmetEacuteNERGIE 37 Guide agrave lrsquoattention des fabricants drsquoappareils de chauffage combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessai conformeacutement agrave la norme CSA P9

programmeacutes pour un deacutebit drsquoair constant il est donc avantageux drsquoeacuteviter les ventilateurs drsquoeacutequilibrage

91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz

De nombreux fabricants concevant des systegravemes combineacutes eacutevolueacutes integravegreront des instruments conccedilus pour mesurer la consommation drsquoeacutenergie eacutelectrique la consommation du combustible les performances de combustion la tempeacuterature et la pression (pression du collecteur de gaz pression statique des conduites etc) Si de tels eacutequipements de mesure ne sont pas offerts ilest recommandeacute de les preacutevoirLes compteurs de facturation des compagnies de gaz et drsquoeacutelectriciteacute devraient offrir une preacutecision et une reacutesolution suffisantes pour les essais de deacuteveloppement du produit

92 Enregistreur de donneacutees

Les fabricants devront eacutegalement avoir accegraves agrave un systegraveme drsquoenregistrement de donneacutees dans le cadre de leur travail Il est conseilleacute de preacutevoir un enregistreur qui offre une preacutecision et un nombre de canaux de mesures suffisants pour les tacircches agrave accomplir On estime qursquoil faudra environ huit (8) canaux pour mesurer la tempeacuterature plus quelques canaux analogiques ou numeacuteriques pour prendre en compte les donneacutees des deacutebitmegravetres des transducteurs de pression etc (analogiques ou numeacuteriques selon lrsquoinstrument de mesure seacutelectionneacute) De nombreux fournisseurs proposent un large eacuteventail drsquoenregistreurs de donneacutees Campbell Scientific Fluke Instruments Omega et Measurement Computing (personal DAQ) figurent parmi les fabricants qui proposent des enregistreurs de donneacutees de petite eacutechelle pouvant ecirctre pris en compte Il est recommandeacute de se pencher sur lrsquoassistant logiciel de lrsquoenregistreur de donneacutees seacutelectionneacute au moment drsquoeacutevaluer lrsquoeacutequipement Si le fabricant ne souhaite pas investir dans un enregistreur de donneacutees la location demeure une option mecircme si les eacuteconomies preacutevues dans le cas drsquoune location agrave court terme semblent ecirctre faibles

93 Deacutebit drsquoair

Pour mesurer le deacutebit drsquoair pendant les essais agrave lrsquointerne il est recommandeacute drsquoutiliser une grille de deacutebit drsquoair avec eacutetablissement de moyenne installeacutee dans la conduite drsquoair drsquoalimentation en conjonction avec un manomegravetre diffeacuterentiel de preacutecision De nombreux fournisseurs proposent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans un large eacuteventail de tailles et ces deacutebitmegravetres sont relativement peu chers car ils sont souvent utiliseacutes dans des systegravemes commerciaux de chauffage et de refroidissement agrave deacutebit drsquoair variable Si lrsquoon fait une recherche dans Google en utilisant le segment laquo deacutebitmegravetres drsquoair raquo on trouve plusieurs fournisseurs et liens permettant

Ressources naturelles Canada CanmetEacuteNERGIE Guide agrave lrsquoattention des fabricants drsquoappareils de chauffage combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessai conformeacutement agrave la norme CSA P9

38

drsquoobtenir de plus amples informations sur le sujet Nailor Industries Inc et Dwyer Instruments sont deux socieacuteteacutes quioffrent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans une grande varieacuteteacute de tailles de conduites

94 Manomegravetres

On trouve eacutegalement de nombreux manomegravetres diffeacuterentiels sur le marcheacute dont les modegraveles varient des manomegravetres agrave tube inclineacute aux transducteurs numeacuteriques de preacutecision Il est important de bien faire correspondre la plage de mesure du transducteur ou du manomegravetre avec la pression fournie par le deacutebitmegravetre sur la plage de deacutebits drsquoair preacutevue Dans le cas des transducteurs numeacuteriques des instruments capacitifs sont reacuteputeacutes bien fonctionner dans la plage de pression diffeacuterentielle basse qui serait normalement prescrite (environ 05 pouce de diffeacuterence de colonne drsquoeau) Setra Instruments MKS Instruments (Baratron) Dwyer Instruments et drsquoautres socieacuteteacutes proposent des transducteurs de pression diffeacuterentielle capacitifs plage basse adapteacutes

95 Tempeacuteratures

Les tempeacuteratures drsquoair drsquoarriveacutee et de sortie peuvent ecirctre mesureacutees en utilisant des thermocouples des thermistances ou des capteurs de conduite geacuteneacuterant une valeur moyenne Du fait de son bas coucirct de sa faciliteacute drsquoutilisation et de sa preacutesence agrave grande eacutechelle sur le marcheacute le thermocouple semble ecirctre lrsquoinstrument approprieacute pour cette application Il est possible de fabriquer un reacuteseau de thermocouples agrave partir drsquoune bobine de fil de thermocouple et de les raccorder entre eux en parallegravele de maniegravere agrave geacuteneacuterer une seule donneacutee repreacutesentant la valeur moyenne De nombreux fournisseurs offrent des fils agrave thermocouple notamment les socieacuteteacutes Thermo Electric Company Inc Omega Inc Watlow Inc etc Il est eacutegalement possible de fabriquer des sondes de tempeacuterature agrave partir des mecircmes fils de thermocouple pour surveiller drsquoautres paramegravetres tels que les tempeacuteratures drsquoeau Il est important de bien utiliser un fil agrave thermocouple plutocirct qursquoun fil de rallonge de lrsquoeacutechelle de mesure identique mais moins preacutecis

96 Mesures du cocircteacute eau

Pour effectuer des mesures du cocircteacute eau dans les serpentins il est neacutecessaire de posseacuteder un deacutebitmegravetre et des sondes de tempeacuterature Ces mesures pourraient ecirctre reacutealiseacutees en utilisant des capteurs distincts (deacutebitmegravetre drsquoeau et sondes de tempeacuterature distinctes par exemple) Il est important de srsquoassurer que lrsquoinsertion drsquoun deacutebitmegravetre dans la boucle drsquoeau ne modifie pas le deacutebit de la pompe de circulation Cela est particuliegraverement important avec des circulateurs agrave faible puissance geacuteneacuteralement utiliseacutes dans des applications combineacutees pour lesquelles lrsquoinstallation drsquoun deacutebitmegravetre agrave turbine conventionnel agrave baisse de pression eacuteleveacutee peut restreindre le deacutebit drsquoeau Ilexiste des deacutebitmegravetres preacutecis sans perte de pression eacuteleveacutee Certains appareils

Ressources naturelles Canada CanmetEacuteNERGIE Guide agrave lrsquoattention des fabricants drsquoappareils de chauffage combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessai conformeacutement agrave la norme CSA P9

39

peuvent ecirctre acheteacutes deacutejagrave conditionneacutes avec des sondes de tempeacuterature en guise de laquo compteurs drsquoeacutenergie raquo Ils mesurent simultaneacutement les tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de lrsquoeau de retour ainsi que le deacutebit de lrsquoeau et calculent directement le flux drsquoeacutenergie en srsquoappuyant sur ces mesuresKamstrup Siemens Badger Meters Elster Metering ABB Meters et drsquoautres socieacuteteacutes offrent ce type drsquoappareils Les compteurs drsquoeacutenergie autonomes sont habituellement configureacutes avec certains dispositifs permettant de lire les diffeacuterents paramegravetres ainsi que les flux drsquoeacutenergie calculeacutes La plupart offre une fonction de stockage des donneacutees internes etou des sorties numeacuteriques pouvant ecirctre interfaceacutees avec des enregistreurs de donneacutees externes

97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne

La norme CSA P9 exige que le chauffage des locaux soit deacutefini en utilisant deux mesures (cocircteacute air et cocircteacute eau) avec une entente dans une toleacuterance acceptable pour la mise agrave lrsquoessai du systegraveme de chauffage de locaux agrave pleine capaciteacute constant Dans le cas des mesures agrave lrsquointerne entreprises par un fabricant dans le cadre drsquoun projet de deacuteveloppement de produit cibleacute lrsquoentente entre les mesures du cocircteacute air et du cocircteacute eau nrsquoest pas forceacutement requise On suggegravere aux fabricants de se concentrer sur les mesures qui ciblent la strateacutegie de controcircle ou de composant propre agrave lrsquoeacutetude Par exemple si des strateacutegies diffeacuterentes de temporisation du ventilateur ou laquo apregraves fonctionnement raquo sont eacutevalueacutees il est bien plus important de se concentrer sur les mesures du cocircteacute air que drsquoessayer drsquoatteindre un eacutequilibre entre le cocircteacute air et le cocircteacute eau Selon la quantiteacute drsquoeacutenergie laisseacutee dans le serpentin drsquoeau lorsque le ventilateur de soufflante srsquoarrecircte et drsquoautres pertes drsquoeacutenergie du systegraveme il est possible qursquoil nrsquoy ait pas drsquoeacutequilibre drsquoeacutenergie entre les mesures du cocircteacute air et les mesures du cocircteacute eau mecircme avec un instrument des mesures et des calculs laquo parfaits raquo

La norme CSA P9 exige une mesure du deacutebit drsquoair et des tempeacuteratures au moins toutes les cinq (5) secondes Dans le cas des essais agrave lrsquointerne cette freacutequence pourrait ecirctre assouplie pour certaines eacutetapes drsquoessai Par ailleurs une conformiteacute totale agrave la norme P9 suppose un controcircle preacutecis de la tempeacuterature de la salle drsquoessai ougrave se trouve le systegraveme combineacute en vue des essais ainsiqursquoun controcircle preacutecis de la tempeacuterature de lrsquoeau de la ville Dans le cas des essais de deacuteveloppement agrave lrsquointerne ces exigences peuvent eacutegalement ecirctre assouplies agrave condition que les tempeacuteratures ne varient pas trop pendant les essais Un espace commercial conditionneacute ayant une dimension raisonnable ferait lrsquoaffaire au moins pour les phases drsquoessai et de deacuteveloppement initiales

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40

Flue(combustionmeasurements)

SupplyAirtoSpaceHeatingPlenum

(optionalzonedampers)

ReturnAir

CityWater

TanklessWaterHeater

HotWaterSupplyfromWaterHeater

DHW

CoolWaterreturntoWaterheater

Temperaturemeasurementpoints

Fuelmeter

Flowmeter

Electricalmeteringnotshown

Circulator

98 Agencement des instruments

La figure 7 preacutesente un scheacutema simplifieacute permettant drsquoillustrer lrsquoagencement geacuteneacuteral des emplacements et des paramegravetres de mesure en vue de la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute de chauffe-eau instantaneacute agrave condensation Le deacutebit drsquoair qui traverse la conduite drsquoalimentation du systegraveme de traitement drsquoair sera surveilleacute en utilisant un deacutebitmegravetre agrave valeur moyenne et un manomegravetre (non illustreacute) tel que cela est deacutecrit agrave lrsquoarticle 73

T

T

T T

T T

Alimentation en eau chaude provenant du chauffe-eau

Conduit (mesures de combustion)

Eau chaude domestique

Systegraveme de mesure du combustible

Air dereprise

Retourde lrsquoeau froide vers lechauffe-eau

Chauffe-eau instantaneacute

Air drsquoalimentation achemineacute versle pleacutenum de chauffage(registres de zone facultatifs)

Eau municipale

Deacutebitmegravetre

T

(compteur eacutelectrique non illustreacute)

Points de mesure de la tempeacuterature Circulateur

Figure 8 Scheacutema de mesure simplifieacute applicable agrave la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute baseacute sur un chauffe-eau instantaneacute

Ressources naturelles Canada CanmetEacuteNERGIE 41 Guide agrave lrsquoattention des fabricants drsquoappareils de chauffage combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessai conformeacutement agrave la norme CSA P9

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CanmetEacuteNERGIE CanmetEacuteNERGIE de Ressources naturelles Canada est un chef de file canadien dans le domaine de la recherche et deacuteveloppement en eacutenergie propre Les travaux de nos speacutecialistes portent sur lrsquoapprovisionnement drsquoeacutenergie propre agrave partir de combustibles fossiles et de sources renouvelables la gestion de lrsquoeacutenergie et les systegravemes de distribution ainsi que sur les technologies et processus avanceacutes pour les utilisations finales En veillant agrave ce que le Canada soit agrave la fine pointe des technologies sur lrsquoeacutenergie propre nous ameacuteliorons la qualiteacute de vie des Canadiens en creacuteant un avantage durable en matiegravere de ressources

Bureau central Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) 580 rue Booth 1 promenade Oil Patch 1 promenade Haanel 161 boulevard Lionel-Boulet Ottawa (Ontario) Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) Canada Canada Canada Canada K1A 0E4 T9G 1A8 K1A 1M1 J3X 1S6

  • Guide pour les fabricants drsquoappareils de chauffage combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessai conformeacutement agrave la norme CSA P9
    • Remerciements
    • 1 Reacutesumeacute
    • 2 Systegravemes agrave zones
    • Table des matiegraveres
    • Liste des tableaux et figures
    • 3 Contexte
      • 31 Objet
      • 32 Public cible
      • 33 Marcheacute
      • 34 Pratiques en vigueur dans lrsquoindustrie
      • 35 Expeacuterience en matiegravere drsquoeacutevaluation
      • 36 Deacutefi principal Utiliser des chauffe-eau pour chauffer des locaux de maniegravere eacuteconergeacutetique
      • 37 Approche par eacutetapes
        • 4 Charges de calcul ndash performances selon la norme CSA p9
          • 41 Facteur de performance thermique (FPT)
          • 42 Chauffage de lrsquoeau
          • 43 Chauffage des locaux
          • 44 Importance relative des charges de chauffage des locaux et de lrsquoeau
            • 5 Chauffage de lrsquoeau domestique
            • 6 Conception des systegravemes combineacutes
              • 61 Incidence des pondeacuterations de charge
                • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                • Reacuteduction des tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour
                  • 62 Strateacutegies de conception
                  • 63 Strateacutegie 1 Tempeacuterature drsquoeau constante
                    • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                    • Serpentin(s) de chauffage des locaux
                    • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                    • Illustration des performances selon la norme P9
                    • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                      • 64 Strateacutegie 2 Tempeacuterature drsquoeau variable
                        • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                        • Serpentin(s) de chauffage de locaux
                        • Conditions de chauffage de locaux en charge partielle
                        • Illustration des performances P9
                        • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                            • 7 Commandes
                              • Commandes indirectes baseacutees sur la tempeacuterature
                              • Commandes indirectes baseacutees sur le minuteur
                              • Controcircle direct
                              • Chauffe-eau -Mode de chauffage de lrsquoeau du robinet
                                • 8 Composants
                                  • 81 Systegraveme de traitement drsquoair
                                  • 82 Serpentins de chauffage de locaux
                                  • 83 Moteur de ventilateur
                                  • 84 Circulateurpompe
                                  • 85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)
                                  • 86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau
                                  • 87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes
                                    • 9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes
                                      • 91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz
                                      • 92 Enregistreur de donneacutees
                                      • 93 Deacutebit drsquoair
                                      • 94 Manomegravetres
                                      • 95 Tempeacuteratures
                                      • 96 Mesures du cocircteacute eau
                                      • 97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne
                                      • 98 Agencement des instruments
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de la piegravece

combineacutes

Appareilsdeconditionnement

Eacutevents pour produits de combustion Appareils de

conditionnement de la piegravece

Salle drsquoessai

Isolant

Meacutelangeur

Approvisionnement en eau

Eacutevents pour air de combustion Conduite drsquoalimentation en combustible

Uniteacute drsquoessai des

systegravemes

Thermocouples Porte Fenecirctre

Mesure de la tempeacuterature et du deacutebit de lrsquoeau

Conduite drsquoair de retour

Thermocouples

Mesure de la tempeacuterature et de lrsquohumiditeacute de lrsquoair

Air drsquoappoint

Mesure du deacutebit drsquoair

Figure 6 Scheacutema simplifieacute illustrant le montage utiliseacute pour exeacutecuter les essais conformeacutement agrave la norme P9 (composants individuels du systegraveme combineacute non illustreacutes)

Le scheacutema preacutesente un dispositif de mesure de lrsquoenthalpie de lrsquoair dans un tunnel baseacute Vsur la norme ASHRAE 37 Lrsquoappareil de mesure de lrsquoair illustreacute sur la figure de la norme utilise un ajutage et un ventilateur drsquoeacutequilibrage pour pouvoir appliquer une technique de mesure du deacutebit drsquoair neacutecessitant une pression diffeacuterentielle eacuteleveacutee (entre 1 et 4 pouces drsquoeau) dans lrsquoajutage Lorsqursquoil est utiliseacute avec des manomegravetres preacutecis cet appareil offre une preacutecision de mesure eacuteleveacutee de lrsquoordre de 1 agrave 2 du deacutebit drsquoair et il geacutenegravere un deacutebit drsquoair bien meacutelangeacute qui permet de mesurer avec preacutecision la tempeacuterature du deacutebit de lrsquoair drsquoalimentation

La norme P9 preacutecise que lrsquoajutage inteacutegreacute agrave lrsquoappareil de mesure de lrsquoenthalpie de lrsquoair en tunnel constitue une meacutethode acceptable pour mesurer le deacutebit drsquoair tout en approuvant expresseacutement (article 36) lrsquoapplication drsquoautres processus de mesure du deacutebit drsquoair agrave condition que les limites de preacutecision mentionneacutees dans la norme soient satisfaites Ceci donne la possibiliteacute drsquoutiliser une technique de mesure du deacutebit drsquoair plus directe ne neacutecessitant pas lrsquoutilisation drsquoun appareil comportant un ventilateur drsquoeacutequilibrage Dans certains cas lrsquoutilisation drsquoune chambre de mesure de deacutebit avec un ventilateur drsquoeacutequilibrage pour reacutegler la pression statique de la conduite drsquoair drsquoalimentation a impliqueacute des problegravemes de stabiliteacute avec des moteurs agrave CE qui ont eacuteteacute

Ressources naturelles Canada CanmetEacuteNERGIE 37 Guide agrave lrsquoattention des fabricants drsquoappareils de chauffage combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessai conformeacutement agrave la norme CSA P9

programmeacutes pour un deacutebit drsquoair constant il est donc avantageux drsquoeacuteviter les ventilateurs drsquoeacutequilibrage

91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz

De nombreux fabricants concevant des systegravemes combineacutes eacutevolueacutes integravegreront des instruments conccedilus pour mesurer la consommation drsquoeacutenergie eacutelectrique la consommation du combustible les performances de combustion la tempeacuterature et la pression (pression du collecteur de gaz pression statique des conduites etc) Si de tels eacutequipements de mesure ne sont pas offerts ilest recommandeacute de les preacutevoirLes compteurs de facturation des compagnies de gaz et drsquoeacutelectriciteacute devraient offrir une preacutecision et une reacutesolution suffisantes pour les essais de deacuteveloppement du produit

92 Enregistreur de donneacutees

Les fabricants devront eacutegalement avoir accegraves agrave un systegraveme drsquoenregistrement de donneacutees dans le cadre de leur travail Il est conseilleacute de preacutevoir un enregistreur qui offre une preacutecision et un nombre de canaux de mesures suffisants pour les tacircches agrave accomplir On estime qursquoil faudra environ huit (8) canaux pour mesurer la tempeacuterature plus quelques canaux analogiques ou numeacuteriques pour prendre en compte les donneacutees des deacutebitmegravetres des transducteurs de pression etc (analogiques ou numeacuteriques selon lrsquoinstrument de mesure seacutelectionneacute) De nombreux fournisseurs proposent un large eacuteventail drsquoenregistreurs de donneacutees Campbell Scientific Fluke Instruments Omega et Measurement Computing (personal DAQ) figurent parmi les fabricants qui proposent des enregistreurs de donneacutees de petite eacutechelle pouvant ecirctre pris en compte Il est recommandeacute de se pencher sur lrsquoassistant logiciel de lrsquoenregistreur de donneacutees seacutelectionneacute au moment drsquoeacutevaluer lrsquoeacutequipement Si le fabricant ne souhaite pas investir dans un enregistreur de donneacutees la location demeure une option mecircme si les eacuteconomies preacutevues dans le cas drsquoune location agrave court terme semblent ecirctre faibles

93 Deacutebit drsquoair

Pour mesurer le deacutebit drsquoair pendant les essais agrave lrsquointerne il est recommandeacute drsquoutiliser une grille de deacutebit drsquoair avec eacutetablissement de moyenne installeacutee dans la conduite drsquoair drsquoalimentation en conjonction avec un manomegravetre diffeacuterentiel de preacutecision De nombreux fournisseurs proposent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans un large eacuteventail de tailles et ces deacutebitmegravetres sont relativement peu chers car ils sont souvent utiliseacutes dans des systegravemes commerciaux de chauffage et de refroidissement agrave deacutebit drsquoair variable Si lrsquoon fait une recherche dans Google en utilisant le segment laquo deacutebitmegravetres drsquoair raquo on trouve plusieurs fournisseurs et liens permettant

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drsquoobtenir de plus amples informations sur le sujet Nailor Industries Inc et Dwyer Instruments sont deux socieacuteteacutes quioffrent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans une grande varieacuteteacute de tailles de conduites

94 Manomegravetres

On trouve eacutegalement de nombreux manomegravetres diffeacuterentiels sur le marcheacute dont les modegraveles varient des manomegravetres agrave tube inclineacute aux transducteurs numeacuteriques de preacutecision Il est important de bien faire correspondre la plage de mesure du transducteur ou du manomegravetre avec la pression fournie par le deacutebitmegravetre sur la plage de deacutebits drsquoair preacutevue Dans le cas des transducteurs numeacuteriques des instruments capacitifs sont reacuteputeacutes bien fonctionner dans la plage de pression diffeacuterentielle basse qui serait normalement prescrite (environ 05 pouce de diffeacuterence de colonne drsquoeau) Setra Instruments MKS Instruments (Baratron) Dwyer Instruments et drsquoautres socieacuteteacutes proposent des transducteurs de pression diffeacuterentielle capacitifs plage basse adapteacutes

95 Tempeacuteratures

Les tempeacuteratures drsquoair drsquoarriveacutee et de sortie peuvent ecirctre mesureacutees en utilisant des thermocouples des thermistances ou des capteurs de conduite geacuteneacuterant une valeur moyenne Du fait de son bas coucirct de sa faciliteacute drsquoutilisation et de sa preacutesence agrave grande eacutechelle sur le marcheacute le thermocouple semble ecirctre lrsquoinstrument approprieacute pour cette application Il est possible de fabriquer un reacuteseau de thermocouples agrave partir drsquoune bobine de fil de thermocouple et de les raccorder entre eux en parallegravele de maniegravere agrave geacuteneacuterer une seule donneacutee repreacutesentant la valeur moyenne De nombreux fournisseurs offrent des fils agrave thermocouple notamment les socieacuteteacutes Thermo Electric Company Inc Omega Inc Watlow Inc etc Il est eacutegalement possible de fabriquer des sondes de tempeacuterature agrave partir des mecircmes fils de thermocouple pour surveiller drsquoautres paramegravetres tels que les tempeacuteratures drsquoeau Il est important de bien utiliser un fil agrave thermocouple plutocirct qursquoun fil de rallonge de lrsquoeacutechelle de mesure identique mais moins preacutecis

96 Mesures du cocircteacute eau

Pour effectuer des mesures du cocircteacute eau dans les serpentins il est neacutecessaire de posseacuteder un deacutebitmegravetre et des sondes de tempeacuterature Ces mesures pourraient ecirctre reacutealiseacutees en utilisant des capteurs distincts (deacutebitmegravetre drsquoeau et sondes de tempeacuterature distinctes par exemple) Il est important de srsquoassurer que lrsquoinsertion drsquoun deacutebitmegravetre dans la boucle drsquoeau ne modifie pas le deacutebit de la pompe de circulation Cela est particuliegraverement important avec des circulateurs agrave faible puissance geacuteneacuteralement utiliseacutes dans des applications combineacutees pour lesquelles lrsquoinstallation drsquoun deacutebitmegravetre agrave turbine conventionnel agrave baisse de pression eacuteleveacutee peut restreindre le deacutebit drsquoeau Ilexiste des deacutebitmegravetres preacutecis sans perte de pression eacuteleveacutee Certains appareils

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peuvent ecirctre acheteacutes deacutejagrave conditionneacutes avec des sondes de tempeacuterature en guise de laquo compteurs drsquoeacutenergie raquo Ils mesurent simultaneacutement les tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de lrsquoeau de retour ainsi que le deacutebit de lrsquoeau et calculent directement le flux drsquoeacutenergie en srsquoappuyant sur ces mesuresKamstrup Siemens Badger Meters Elster Metering ABB Meters et drsquoautres socieacuteteacutes offrent ce type drsquoappareils Les compteurs drsquoeacutenergie autonomes sont habituellement configureacutes avec certains dispositifs permettant de lire les diffeacuterents paramegravetres ainsi que les flux drsquoeacutenergie calculeacutes La plupart offre une fonction de stockage des donneacutees internes etou des sorties numeacuteriques pouvant ecirctre interfaceacutees avec des enregistreurs de donneacutees externes

97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne

La norme CSA P9 exige que le chauffage des locaux soit deacutefini en utilisant deux mesures (cocircteacute air et cocircteacute eau) avec une entente dans une toleacuterance acceptable pour la mise agrave lrsquoessai du systegraveme de chauffage de locaux agrave pleine capaciteacute constant Dans le cas des mesures agrave lrsquointerne entreprises par un fabricant dans le cadre drsquoun projet de deacuteveloppement de produit cibleacute lrsquoentente entre les mesures du cocircteacute air et du cocircteacute eau nrsquoest pas forceacutement requise On suggegravere aux fabricants de se concentrer sur les mesures qui ciblent la strateacutegie de controcircle ou de composant propre agrave lrsquoeacutetude Par exemple si des strateacutegies diffeacuterentes de temporisation du ventilateur ou laquo apregraves fonctionnement raquo sont eacutevalueacutees il est bien plus important de se concentrer sur les mesures du cocircteacute air que drsquoessayer drsquoatteindre un eacutequilibre entre le cocircteacute air et le cocircteacute eau Selon la quantiteacute drsquoeacutenergie laisseacutee dans le serpentin drsquoeau lorsque le ventilateur de soufflante srsquoarrecircte et drsquoautres pertes drsquoeacutenergie du systegraveme il est possible qursquoil nrsquoy ait pas drsquoeacutequilibre drsquoeacutenergie entre les mesures du cocircteacute air et les mesures du cocircteacute eau mecircme avec un instrument des mesures et des calculs laquo parfaits raquo

La norme CSA P9 exige une mesure du deacutebit drsquoair et des tempeacuteratures au moins toutes les cinq (5) secondes Dans le cas des essais agrave lrsquointerne cette freacutequence pourrait ecirctre assouplie pour certaines eacutetapes drsquoessai Par ailleurs une conformiteacute totale agrave la norme P9 suppose un controcircle preacutecis de la tempeacuterature de la salle drsquoessai ougrave se trouve le systegraveme combineacute en vue des essais ainsiqursquoun controcircle preacutecis de la tempeacuterature de lrsquoeau de la ville Dans le cas des essais de deacuteveloppement agrave lrsquointerne ces exigences peuvent eacutegalement ecirctre assouplies agrave condition que les tempeacuteratures ne varient pas trop pendant les essais Un espace commercial conditionneacute ayant une dimension raisonnable ferait lrsquoaffaire au moins pour les phases drsquoessai et de deacuteveloppement initiales

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Flue(combustionmeasurements)

SupplyAirtoSpaceHeatingPlenum

(optionalzonedampers)

ReturnAir

CityWater

TanklessWaterHeater

HotWaterSupplyfromWaterHeater

DHW

CoolWaterreturntoWaterheater

Temperaturemeasurementpoints

Fuelmeter

Flowmeter

Electricalmeteringnotshown

Circulator

98 Agencement des instruments

La figure 7 preacutesente un scheacutema simplifieacute permettant drsquoillustrer lrsquoagencement geacuteneacuteral des emplacements et des paramegravetres de mesure en vue de la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute de chauffe-eau instantaneacute agrave condensation Le deacutebit drsquoair qui traverse la conduite drsquoalimentation du systegraveme de traitement drsquoair sera surveilleacute en utilisant un deacutebitmegravetre agrave valeur moyenne et un manomegravetre (non illustreacute) tel que cela est deacutecrit agrave lrsquoarticle 73

T

T

T T

T T

Alimentation en eau chaude provenant du chauffe-eau

Conduit (mesures de combustion)

Eau chaude domestique

Systegraveme de mesure du combustible

Air dereprise

Retourde lrsquoeau froide vers lechauffe-eau

Chauffe-eau instantaneacute

Air drsquoalimentation achemineacute versle pleacutenum de chauffage(registres de zone facultatifs)

Eau municipale

Deacutebitmegravetre

T

(compteur eacutelectrique non illustreacute)

Points de mesure de la tempeacuterature Circulateur

Figure 8 Scheacutema de mesure simplifieacute applicable agrave la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute baseacute sur un chauffe-eau instantaneacute

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CanmetEacuteNERGIE CanmetEacuteNERGIE de Ressources naturelles Canada est un chef de file canadien dans le domaine de la recherche et deacuteveloppement en eacutenergie propre Les travaux de nos speacutecialistes portent sur lrsquoapprovisionnement drsquoeacutenergie propre agrave partir de combustibles fossiles et de sources renouvelables la gestion de lrsquoeacutenergie et les systegravemes de distribution ainsi que sur les technologies et processus avanceacutes pour les utilisations finales En veillant agrave ce que le Canada soit agrave la fine pointe des technologies sur lrsquoeacutenergie propre nous ameacuteliorons la qualiteacute de vie des Canadiens en creacuteant un avantage durable en matiegravere de ressources

Bureau central Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) 580 rue Booth 1 promenade Oil Patch 1 promenade Haanel 161 boulevard Lionel-Boulet Ottawa (Ontario) Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) Canada Canada Canada Canada K1A 0E4 T9G 1A8 K1A 1M1 J3X 1S6

  • Guide pour les fabricants drsquoappareils de chauffage combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessai conformeacutement agrave la norme CSA P9
    • Remerciements
    • 1 Reacutesumeacute
    • 2 Systegravemes agrave zones
    • Table des matiegraveres
    • Liste des tableaux et figures
    • 3 Contexte
      • 31 Objet
      • 32 Public cible
      • 33 Marcheacute
      • 34 Pratiques en vigueur dans lrsquoindustrie
      • 35 Expeacuterience en matiegravere drsquoeacutevaluation
      • 36 Deacutefi principal Utiliser des chauffe-eau pour chauffer des locaux de maniegravere eacuteconergeacutetique
      • 37 Approche par eacutetapes
        • 4 Charges de calcul ndash performances selon la norme CSA p9
          • 41 Facteur de performance thermique (FPT)
          • 42 Chauffage de lrsquoeau
          • 43 Chauffage des locaux
          • 44 Importance relative des charges de chauffage des locaux et de lrsquoeau
            • 5 Chauffage de lrsquoeau domestique
            • 6 Conception des systegravemes combineacutes
              • 61 Incidence des pondeacuterations de charge
                • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                • Reacuteduction des tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour
                  • 62 Strateacutegies de conception
                  • 63 Strateacutegie 1 Tempeacuterature drsquoeau constante
                    • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                    • Serpentin(s) de chauffage des locaux
                    • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                    • Illustration des performances selon la norme P9
                    • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                      • 64 Strateacutegie 2 Tempeacuterature drsquoeau variable
                        • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                        • Serpentin(s) de chauffage de locaux
                        • Conditions de chauffage de locaux en charge partielle
                        • Illustration des performances P9
                        • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                            • 7 Commandes
                              • Commandes indirectes baseacutees sur la tempeacuterature
                              • Commandes indirectes baseacutees sur le minuteur
                              • Controcircle direct
                              • Chauffe-eau -Mode de chauffage de lrsquoeau du robinet
                                • 8 Composants
                                  • 81 Systegraveme de traitement drsquoair
                                  • 82 Serpentins de chauffage de locaux
                                  • 83 Moteur de ventilateur
                                  • 84 Circulateurpompe
                                  • 85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)
                                  • 86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau
                                  • 87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes
                                    • 9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes
                                      • 91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz
                                      • 92 Enregistreur de donneacutees
                                      • 93 Deacutebit drsquoair
                                      • 94 Manomegravetres
                                      • 95 Tempeacuteratures
                                      • 96 Mesures du cocircteacute eau
                                      • 97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne
                                      • 98 Agencement des instruments
Page 42: Guide pour les fabricants d’appareils de chauffage ...€¦ · Le présent rapport explique comment la norme d’essai P.9 pondère le rendement dans différents modes de fonctionnement

programmeacutes pour un deacutebit drsquoair constant il est donc avantageux drsquoeacuteviter les ventilateurs drsquoeacutequilibrage

91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz

De nombreux fabricants concevant des systegravemes combineacutes eacutevolueacutes integravegreront des instruments conccedilus pour mesurer la consommation drsquoeacutenergie eacutelectrique la consommation du combustible les performances de combustion la tempeacuterature et la pression (pression du collecteur de gaz pression statique des conduites etc) Si de tels eacutequipements de mesure ne sont pas offerts ilest recommandeacute de les preacutevoirLes compteurs de facturation des compagnies de gaz et drsquoeacutelectriciteacute devraient offrir une preacutecision et une reacutesolution suffisantes pour les essais de deacuteveloppement du produit

92 Enregistreur de donneacutees

Les fabricants devront eacutegalement avoir accegraves agrave un systegraveme drsquoenregistrement de donneacutees dans le cadre de leur travail Il est conseilleacute de preacutevoir un enregistreur qui offre une preacutecision et un nombre de canaux de mesures suffisants pour les tacircches agrave accomplir On estime qursquoil faudra environ huit (8) canaux pour mesurer la tempeacuterature plus quelques canaux analogiques ou numeacuteriques pour prendre en compte les donneacutees des deacutebitmegravetres des transducteurs de pression etc (analogiques ou numeacuteriques selon lrsquoinstrument de mesure seacutelectionneacute) De nombreux fournisseurs proposent un large eacuteventail drsquoenregistreurs de donneacutees Campbell Scientific Fluke Instruments Omega et Measurement Computing (personal DAQ) figurent parmi les fabricants qui proposent des enregistreurs de donneacutees de petite eacutechelle pouvant ecirctre pris en compte Il est recommandeacute de se pencher sur lrsquoassistant logiciel de lrsquoenregistreur de donneacutees seacutelectionneacute au moment drsquoeacutevaluer lrsquoeacutequipement Si le fabricant ne souhaite pas investir dans un enregistreur de donneacutees la location demeure une option mecircme si les eacuteconomies preacutevues dans le cas drsquoune location agrave court terme semblent ecirctre faibles

93 Deacutebit drsquoair

Pour mesurer le deacutebit drsquoair pendant les essais agrave lrsquointerne il est recommandeacute drsquoutiliser une grille de deacutebit drsquoair avec eacutetablissement de moyenne installeacutee dans la conduite drsquoair drsquoalimentation en conjonction avec un manomegravetre diffeacuterentiel de preacutecision De nombreux fournisseurs proposent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans un large eacuteventail de tailles et ces deacutebitmegravetres sont relativement peu chers car ils sont souvent utiliseacutes dans des systegravemes commerciaux de chauffage et de refroidissement agrave deacutebit drsquoair variable Si lrsquoon fait une recherche dans Google en utilisant le segment laquo deacutebitmegravetres drsquoair raquo on trouve plusieurs fournisseurs et liens permettant

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drsquoobtenir de plus amples informations sur le sujet Nailor Industries Inc et Dwyer Instruments sont deux socieacuteteacutes quioffrent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans une grande varieacuteteacute de tailles de conduites

94 Manomegravetres

On trouve eacutegalement de nombreux manomegravetres diffeacuterentiels sur le marcheacute dont les modegraveles varient des manomegravetres agrave tube inclineacute aux transducteurs numeacuteriques de preacutecision Il est important de bien faire correspondre la plage de mesure du transducteur ou du manomegravetre avec la pression fournie par le deacutebitmegravetre sur la plage de deacutebits drsquoair preacutevue Dans le cas des transducteurs numeacuteriques des instruments capacitifs sont reacuteputeacutes bien fonctionner dans la plage de pression diffeacuterentielle basse qui serait normalement prescrite (environ 05 pouce de diffeacuterence de colonne drsquoeau) Setra Instruments MKS Instruments (Baratron) Dwyer Instruments et drsquoautres socieacuteteacutes proposent des transducteurs de pression diffeacuterentielle capacitifs plage basse adapteacutes

95 Tempeacuteratures

Les tempeacuteratures drsquoair drsquoarriveacutee et de sortie peuvent ecirctre mesureacutees en utilisant des thermocouples des thermistances ou des capteurs de conduite geacuteneacuterant une valeur moyenne Du fait de son bas coucirct de sa faciliteacute drsquoutilisation et de sa preacutesence agrave grande eacutechelle sur le marcheacute le thermocouple semble ecirctre lrsquoinstrument approprieacute pour cette application Il est possible de fabriquer un reacuteseau de thermocouples agrave partir drsquoune bobine de fil de thermocouple et de les raccorder entre eux en parallegravele de maniegravere agrave geacuteneacuterer une seule donneacutee repreacutesentant la valeur moyenne De nombreux fournisseurs offrent des fils agrave thermocouple notamment les socieacuteteacutes Thermo Electric Company Inc Omega Inc Watlow Inc etc Il est eacutegalement possible de fabriquer des sondes de tempeacuterature agrave partir des mecircmes fils de thermocouple pour surveiller drsquoautres paramegravetres tels que les tempeacuteratures drsquoeau Il est important de bien utiliser un fil agrave thermocouple plutocirct qursquoun fil de rallonge de lrsquoeacutechelle de mesure identique mais moins preacutecis

96 Mesures du cocircteacute eau

Pour effectuer des mesures du cocircteacute eau dans les serpentins il est neacutecessaire de posseacuteder un deacutebitmegravetre et des sondes de tempeacuterature Ces mesures pourraient ecirctre reacutealiseacutees en utilisant des capteurs distincts (deacutebitmegravetre drsquoeau et sondes de tempeacuterature distinctes par exemple) Il est important de srsquoassurer que lrsquoinsertion drsquoun deacutebitmegravetre dans la boucle drsquoeau ne modifie pas le deacutebit de la pompe de circulation Cela est particuliegraverement important avec des circulateurs agrave faible puissance geacuteneacuteralement utiliseacutes dans des applications combineacutees pour lesquelles lrsquoinstallation drsquoun deacutebitmegravetre agrave turbine conventionnel agrave baisse de pression eacuteleveacutee peut restreindre le deacutebit drsquoeau Ilexiste des deacutebitmegravetres preacutecis sans perte de pression eacuteleveacutee Certains appareils

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peuvent ecirctre acheteacutes deacutejagrave conditionneacutes avec des sondes de tempeacuterature en guise de laquo compteurs drsquoeacutenergie raquo Ils mesurent simultaneacutement les tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de lrsquoeau de retour ainsi que le deacutebit de lrsquoeau et calculent directement le flux drsquoeacutenergie en srsquoappuyant sur ces mesuresKamstrup Siemens Badger Meters Elster Metering ABB Meters et drsquoautres socieacuteteacutes offrent ce type drsquoappareils Les compteurs drsquoeacutenergie autonomes sont habituellement configureacutes avec certains dispositifs permettant de lire les diffeacuterents paramegravetres ainsi que les flux drsquoeacutenergie calculeacutes La plupart offre une fonction de stockage des donneacutees internes etou des sorties numeacuteriques pouvant ecirctre interfaceacutees avec des enregistreurs de donneacutees externes

97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne

La norme CSA P9 exige que le chauffage des locaux soit deacutefini en utilisant deux mesures (cocircteacute air et cocircteacute eau) avec une entente dans une toleacuterance acceptable pour la mise agrave lrsquoessai du systegraveme de chauffage de locaux agrave pleine capaciteacute constant Dans le cas des mesures agrave lrsquointerne entreprises par un fabricant dans le cadre drsquoun projet de deacuteveloppement de produit cibleacute lrsquoentente entre les mesures du cocircteacute air et du cocircteacute eau nrsquoest pas forceacutement requise On suggegravere aux fabricants de se concentrer sur les mesures qui ciblent la strateacutegie de controcircle ou de composant propre agrave lrsquoeacutetude Par exemple si des strateacutegies diffeacuterentes de temporisation du ventilateur ou laquo apregraves fonctionnement raquo sont eacutevalueacutees il est bien plus important de se concentrer sur les mesures du cocircteacute air que drsquoessayer drsquoatteindre un eacutequilibre entre le cocircteacute air et le cocircteacute eau Selon la quantiteacute drsquoeacutenergie laisseacutee dans le serpentin drsquoeau lorsque le ventilateur de soufflante srsquoarrecircte et drsquoautres pertes drsquoeacutenergie du systegraveme il est possible qursquoil nrsquoy ait pas drsquoeacutequilibre drsquoeacutenergie entre les mesures du cocircteacute air et les mesures du cocircteacute eau mecircme avec un instrument des mesures et des calculs laquo parfaits raquo

La norme CSA P9 exige une mesure du deacutebit drsquoair et des tempeacuteratures au moins toutes les cinq (5) secondes Dans le cas des essais agrave lrsquointerne cette freacutequence pourrait ecirctre assouplie pour certaines eacutetapes drsquoessai Par ailleurs une conformiteacute totale agrave la norme P9 suppose un controcircle preacutecis de la tempeacuterature de la salle drsquoessai ougrave se trouve le systegraveme combineacute en vue des essais ainsiqursquoun controcircle preacutecis de la tempeacuterature de lrsquoeau de la ville Dans le cas des essais de deacuteveloppement agrave lrsquointerne ces exigences peuvent eacutegalement ecirctre assouplies agrave condition que les tempeacuteratures ne varient pas trop pendant les essais Un espace commercial conditionneacute ayant une dimension raisonnable ferait lrsquoaffaire au moins pour les phases drsquoessai et de deacuteveloppement initiales

Ressources naturelles Canada CanmetEacuteNERGIE Guide agrave lrsquoattention des fabricants drsquoappareils de chauffage combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessai conformeacutement agrave la norme CSA P9

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Flue(combustionmeasurements)

SupplyAirtoSpaceHeatingPlenum

(optionalzonedampers)

ReturnAir

CityWater

TanklessWaterHeater

HotWaterSupplyfromWaterHeater

DHW

CoolWaterreturntoWaterheater

Temperaturemeasurementpoints

Fuelmeter

Flowmeter

Electricalmeteringnotshown

Circulator

98 Agencement des instruments

La figure 7 preacutesente un scheacutema simplifieacute permettant drsquoillustrer lrsquoagencement geacuteneacuteral des emplacements et des paramegravetres de mesure en vue de la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute de chauffe-eau instantaneacute agrave condensation Le deacutebit drsquoair qui traverse la conduite drsquoalimentation du systegraveme de traitement drsquoair sera surveilleacute en utilisant un deacutebitmegravetre agrave valeur moyenne et un manomegravetre (non illustreacute) tel que cela est deacutecrit agrave lrsquoarticle 73

T

T

T T

T T

Alimentation en eau chaude provenant du chauffe-eau

Conduit (mesures de combustion)

Eau chaude domestique

Systegraveme de mesure du combustible

Air dereprise

Retourde lrsquoeau froide vers lechauffe-eau

Chauffe-eau instantaneacute

Air drsquoalimentation achemineacute versle pleacutenum de chauffage(registres de zone facultatifs)

Eau municipale

Deacutebitmegravetre

T

(compteur eacutelectrique non illustreacute)

Points de mesure de la tempeacuterature Circulateur

Figure 8 Scheacutema de mesure simplifieacute applicable agrave la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute baseacute sur un chauffe-eau instantaneacute

Ressources naturelles Canada CanmetEacuteNERGIE 41 Guide agrave lrsquoattention des fabricants drsquoappareils de chauffage combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessai conformeacutement agrave la norme CSA P9

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CanmetEacuteNERGIE CanmetEacuteNERGIE de Ressources naturelles Canada est un chef de file canadien dans le domaine de la recherche et deacuteveloppement en eacutenergie propre Les travaux de nos speacutecialistes portent sur lrsquoapprovisionnement drsquoeacutenergie propre agrave partir de combustibles fossiles et de sources renouvelables la gestion de lrsquoeacutenergie et les systegravemes de distribution ainsi que sur les technologies et processus avanceacutes pour les utilisations finales En veillant agrave ce que le Canada soit agrave la fine pointe des technologies sur lrsquoeacutenergie propre nous ameacuteliorons la qualiteacute de vie des Canadiens en creacuteant un avantage durable en matiegravere de ressources

Bureau central Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) 580 rue Booth 1 promenade Oil Patch 1 promenade Haanel 161 boulevard Lionel-Boulet Ottawa (Ontario) Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) Canada Canada Canada Canada K1A 0E4 T9G 1A8 K1A 1M1 J3X 1S6

  • Guide pour les fabricants drsquoappareils de chauffage combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessai conformeacutement agrave la norme CSA P9
    • Remerciements
    • 1 Reacutesumeacute
    • 2 Systegravemes agrave zones
    • Table des matiegraveres
    • Liste des tableaux et figures
    • 3 Contexte
      • 31 Objet
      • 32 Public cible
      • 33 Marcheacute
      • 34 Pratiques en vigueur dans lrsquoindustrie
      • 35 Expeacuterience en matiegravere drsquoeacutevaluation
      • 36 Deacutefi principal Utiliser des chauffe-eau pour chauffer des locaux de maniegravere eacuteconergeacutetique
      • 37 Approche par eacutetapes
        • 4 Charges de calcul ndash performances selon la norme CSA p9
          • 41 Facteur de performance thermique (FPT)
          • 42 Chauffage de lrsquoeau
          • 43 Chauffage des locaux
          • 44 Importance relative des charges de chauffage des locaux et de lrsquoeau
            • 5 Chauffage de lrsquoeau domestique
            • 6 Conception des systegravemes combineacutes
              • 61 Incidence des pondeacuterations de charge
                • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                • Reacuteduction des tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour
                  • 62 Strateacutegies de conception
                  • 63 Strateacutegie 1 Tempeacuterature drsquoeau constante
                    • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                    • Serpentin(s) de chauffage des locaux
                    • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                    • Illustration des performances selon la norme P9
                    • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                      • 64 Strateacutegie 2 Tempeacuterature drsquoeau variable
                        • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                        • Serpentin(s) de chauffage de locaux
                        • Conditions de chauffage de locaux en charge partielle
                        • Illustration des performances P9
                        • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                            • 7 Commandes
                              • Commandes indirectes baseacutees sur la tempeacuterature
                              • Commandes indirectes baseacutees sur le minuteur
                              • Controcircle direct
                              • Chauffe-eau -Mode de chauffage de lrsquoeau du robinet
                                • 8 Composants
                                  • 81 Systegraveme de traitement drsquoair
                                  • 82 Serpentins de chauffage de locaux
                                  • 83 Moteur de ventilateur
                                  • 84 Circulateurpompe
                                  • 85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)
                                  • 86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau
                                  • 87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes
                                    • 9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes
                                      • 91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz
                                      • 92 Enregistreur de donneacutees
                                      • 93 Deacutebit drsquoair
                                      • 94 Manomegravetres
                                      • 95 Tempeacuteratures
                                      • 96 Mesures du cocircteacute eau
                                      • 97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne
                                      • 98 Agencement des instruments
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drsquoobtenir de plus amples informations sur le sujet Nailor Industries Inc et Dwyer Instruments sont deux socieacuteteacutes quioffrent des deacutebitmegravetres avec eacutetablissement drsquoune valeur moyenne dans une grande varieacuteteacute de tailles de conduites

94 Manomegravetres

On trouve eacutegalement de nombreux manomegravetres diffeacuterentiels sur le marcheacute dont les modegraveles varient des manomegravetres agrave tube inclineacute aux transducteurs numeacuteriques de preacutecision Il est important de bien faire correspondre la plage de mesure du transducteur ou du manomegravetre avec la pression fournie par le deacutebitmegravetre sur la plage de deacutebits drsquoair preacutevue Dans le cas des transducteurs numeacuteriques des instruments capacitifs sont reacuteputeacutes bien fonctionner dans la plage de pression diffeacuterentielle basse qui serait normalement prescrite (environ 05 pouce de diffeacuterence de colonne drsquoeau) Setra Instruments MKS Instruments (Baratron) Dwyer Instruments et drsquoautres socieacuteteacutes proposent des transducteurs de pression diffeacuterentielle capacitifs plage basse adapteacutes

95 Tempeacuteratures

Les tempeacuteratures drsquoair drsquoarriveacutee et de sortie peuvent ecirctre mesureacutees en utilisant des thermocouples des thermistances ou des capteurs de conduite geacuteneacuterant une valeur moyenne Du fait de son bas coucirct de sa faciliteacute drsquoutilisation et de sa preacutesence agrave grande eacutechelle sur le marcheacute le thermocouple semble ecirctre lrsquoinstrument approprieacute pour cette application Il est possible de fabriquer un reacuteseau de thermocouples agrave partir drsquoune bobine de fil de thermocouple et de les raccorder entre eux en parallegravele de maniegravere agrave geacuteneacuterer une seule donneacutee repreacutesentant la valeur moyenne De nombreux fournisseurs offrent des fils agrave thermocouple notamment les socieacuteteacutes Thermo Electric Company Inc Omega Inc Watlow Inc etc Il est eacutegalement possible de fabriquer des sondes de tempeacuterature agrave partir des mecircmes fils de thermocouple pour surveiller drsquoautres paramegravetres tels que les tempeacuteratures drsquoeau Il est important de bien utiliser un fil agrave thermocouple plutocirct qursquoun fil de rallonge de lrsquoeacutechelle de mesure identique mais moins preacutecis

96 Mesures du cocircteacute eau

Pour effectuer des mesures du cocircteacute eau dans les serpentins il est neacutecessaire de posseacuteder un deacutebitmegravetre et des sondes de tempeacuterature Ces mesures pourraient ecirctre reacutealiseacutees en utilisant des capteurs distincts (deacutebitmegravetre drsquoeau et sondes de tempeacuterature distinctes par exemple) Il est important de srsquoassurer que lrsquoinsertion drsquoun deacutebitmegravetre dans la boucle drsquoeau ne modifie pas le deacutebit de la pompe de circulation Cela est particuliegraverement important avec des circulateurs agrave faible puissance geacuteneacuteralement utiliseacutes dans des applications combineacutees pour lesquelles lrsquoinstallation drsquoun deacutebitmegravetre agrave turbine conventionnel agrave baisse de pression eacuteleveacutee peut restreindre le deacutebit drsquoeau Ilexiste des deacutebitmegravetres preacutecis sans perte de pression eacuteleveacutee Certains appareils

Ressources naturelles Canada CanmetEacuteNERGIE Guide agrave lrsquoattention des fabricants drsquoappareils de chauffage combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessai conformeacutement agrave la norme CSA P9

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peuvent ecirctre acheteacutes deacutejagrave conditionneacutes avec des sondes de tempeacuterature en guise de laquo compteurs drsquoeacutenergie raquo Ils mesurent simultaneacutement les tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de lrsquoeau de retour ainsi que le deacutebit de lrsquoeau et calculent directement le flux drsquoeacutenergie en srsquoappuyant sur ces mesuresKamstrup Siemens Badger Meters Elster Metering ABB Meters et drsquoautres socieacuteteacutes offrent ce type drsquoappareils Les compteurs drsquoeacutenergie autonomes sont habituellement configureacutes avec certains dispositifs permettant de lire les diffeacuterents paramegravetres ainsi que les flux drsquoeacutenergie calculeacutes La plupart offre une fonction de stockage des donneacutees internes etou des sorties numeacuteriques pouvant ecirctre interfaceacutees avec des enregistreurs de donneacutees externes

97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne

La norme CSA P9 exige que le chauffage des locaux soit deacutefini en utilisant deux mesures (cocircteacute air et cocircteacute eau) avec une entente dans une toleacuterance acceptable pour la mise agrave lrsquoessai du systegraveme de chauffage de locaux agrave pleine capaciteacute constant Dans le cas des mesures agrave lrsquointerne entreprises par un fabricant dans le cadre drsquoun projet de deacuteveloppement de produit cibleacute lrsquoentente entre les mesures du cocircteacute air et du cocircteacute eau nrsquoest pas forceacutement requise On suggegravere aux fabricants de se concentrer sur les mesures qui ciblent la strateacutegie de controcircle ou de composant propre agrave lrsquoeacutetude Par exemple si des strateacutegies diffeacuterentes de temporisation du ventilateur ou laquo apregraves fonctionnement raquo sont eacutevalueacutees il est bien plus important de se concentrer sur les mesures du cocircteacute air que drsquoessayer drsquoatteindre un eacutequilibre entre le cocircteacute air et le cocircteacute eau Selon la quantiteacute drsquoeacutenergie laisseacutee dans le serpentin drsquoeau lorsque le ventilateur de soufflante srsquoarrecircte et drsquoautres pertes drsquoeacutenergie du systegraveme il est possible qursquoil nrsquoy ait pas drsquoeacutequilibre drsquoeacutenergie entre les mesures du cocircteacute air et les mesures du cocircteacute eau mecircme avec un instrument des mesures et des calculs laquo parfaits raquo

La norme CSA P9 exige une mesure du deacutebit drsquoair et des tempeacuteratures au moins toutes les cinq (5) secondes Dans le cas des essais agrave lrsquointerne cette freacutequence pourrait ecirctre assouplie pour certaines eacutetapes drsquoessai Par ailleurs une conformiteacute totale agrave la norme P9 suppose un controcircle preacutecis de la tempeacuterature de la salle drsquoessai ougrave se trouve le systegraveme combineacute en vue des essais ainsiqursquoun controcircle preacutecis de la tempeacuterature de lrsquoeau de la ville Dans le cas des essais de deacuteveloppement agrave lrsquointerne ces exigences peuvent eacutegalement ecirctre assouplies agrave condition que les tempeacuteratures ne varient pas trop pendant les essais Un espace commercial conditionneacute ayant une dimension raisonnable ferait lrsquoaffaire au moins pour les phases drsquoessai et de deacuteveloppement initiales

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Flue(combustionmeasurements)

SupplyAirtoSpaceHeatingPlenum

(optionalzonedampers)

ReturnAir

CityWater

TanklessWaterHeater

HotWaterSupplyfromWaterHeater

DHW

CoolWaterreturntoWaterheater

Temperaturemeasurementpoints

Fuelmeter

Flowmeter

Electricalmeteringnotshown

Circulator

98 Agencement des instruments

La figure 7 preacutesente un scheacutema simplifieacute permettant drsquoillustrer lrsquoagencement geacuteneacuteral des emplacements et des paramegravetres de mesure en vue de la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute de chauffe-eau instantaneacute agrave condensation Le deacutebit drsquoair qui traverse la conduite drsquoalimentation du systegraveme de traitement drsquoair sera surveilleacute en utilisant un deacutebitmegravetre agrave valeur moyenne et un manomegravetre (non illustreacute) tel que cela est deacutecrit agrave lrsquoarticle 73

T

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Alimentation en eau chaude provenant du chauffe-eau

Conduit (mesures de combustion)

Eau chaude domestique

Systegraveme de mesure du combustible

Air dereprise

Retourde lrsquoeau froide vers lechauffe-eau

Chauffe-eau instantaneacute

Air drsquoalimentation achemineacute versle pleacutenum de chauffage(registres de zone facultatifs)

Eau municipale

Deacutebitmegravetre

T

(compteur eacutelectrique non illustreacute)

Points de mesure de la tempeacuterature Circulateur

Figure 8 Scheacutema de mesure simplifieacute applicable agrave la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute baseacute sur un chauffe-eau instantaneacute

Ressources naturelles Canada CanmetEacuteNERGIE 41 Guide agrave lrsquoattention des fabricants drsquoappareils de chauffage combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessai conformeacutement agrave la norme CSA P9

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CanmetEacuteNERGIE CanmetEacuteNERGIE de Ressources naturelles Canada est un chef de file canadien dans le domaine de la recherche et deacuteveloppement en eacutenergie propre Les travaux de nos speacutecialistes portent sur lrsquoapprovisionnement drsquoeacutenergie propre agrave partir de combustibles fossiles et de sources renouvelables la gestion de lrsquoeacutenergie et les systegravemes de distribution ainsi que sur les technologies et processus avanceacutes pour les utilisations finales En veillant agrave ce que le Canada soit agrave la fine pointe des technologies sur lrsquoeacutenergie propre nous ameacuteliorons la qualiteacute de vie des Canadiens en creacuteant un avantage durable en matiegravere de ressources

Bureau central Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) 580 rue Booth 1 promenade Oil Patch 1 promenade Haanel 161 boulevard Lionel-Boulet Ottawa (Ontario) Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) Canada Canada Canada Canada K1A 0E4 T9G 1A8 K1A 1M1 J3X 1S6

  • Guide pour les fabricants drsquoappareils de chauffage combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessai conformeacutement agrave la norme CSA P9
    • Remerciements
    • 1 Reacutesumeacute
    • 2 Systegravemes agrave zones
    • Table des matiegraveres
    • Liste des tableaux et figures
    • 3 Contexte
      • 31 Objet
      • 32 Public cible
      • 33 Marcheacute
      • 34 Pratiques en vigueur dans lrsquoindustrie
      • 35 Expeacuterience en matiegravere drsquoeacutevaluation
      • 36 Deacutefi principal Utiliser des chauffe-eau pour chauffer des locaux de maniegravere eacuteconergeacutetique
      • 37 Approche par eacutetapes
        • 4 Charges de calcul ndash performances selon la norme CSA p9
          • 41 Facteur de performance thermique (FPT)
          • 42 Chauffage de lrsquoeau
          • 43 Chauffage des locaux
          • 44 Importance relative des charges de chauffage des locaux et de lrsquoeau
            • 5 Chauffage de lrsquoeau domestique
            • 6 Conception des systegravemes combineacutes
              • 61 Incidence des pondeacuterations de charge
                • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                • Reacuteduction des tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour
                  • 62 Strateacutegies de conception
                  • 63 Strateacutegie 1 Tempeacuterature drsquoeau constante
                    • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                    • Serpentin(s) de chauffage des locaux
                    • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                    • Illustration des performances selon la norme P9
                    • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                      • 64 Strateacutegie 2 Tempeacuterature drsquoeau variable
                        • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                        • Serpentin(s) de chauffage de locaux
                        • Conditions de chauffage de locaux en charge partielle
                        • Illustration des performances P9
                        • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                            • 7 Commandes
                              • Commandes indirectes baseacutees sur la tempeacuterature
                              • Commandes indirectes baseacutees sur le minuteur
                              • Controcircle direct
                              • Chauffe-eau -Mode de chauffage de lrsquoeau du robinet
                                • 8 Composants
                                  • 81 Systegraveme de traitement drsquoair
                                  • 82 Serpentins de chauffage de locaux
                                  • 83 Moteur de ventilateur
                                  • 84 Circulateurpompe
                                  • 85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)
                                  • 86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau
                                  • 87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes
                                    • 9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes
                                      • 91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz
                                      • 92 Enregistreur de donneacutees
                                      • 93 Deacutebit drsquoair
                                      • 94 Manomegravetres
                                      • 95 Tempeacuteratures
                                      • 96 Mesures du cocircteacute eau
                                      • 97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne
                                      • 98 Agencement des instruments
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peuvent ecirctre acheteacutes deacutejagrave conditionneacutes avec des sondes de tempeacuterature en guise de laquo compteurs drsquoeacutenergie raquo Ils mesurent simultaneacutement les tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de lrsquoeau de retour ainsi que le deacutebit de lrsquoeau et calculent directement le flux drsquoeacutenergie en srsquoappuyant sur ces mesuresKamstrup Siemens Badger Meters Elster Metering ABB Meters et drsquoautres socieacuteteacutes offrent ce type drsquoappareils Les compteurs drsquoeacutenergie autonomes sont habituellement configureacutes avec certains dispositifs permettant de lire les diffeacuterents paramegravetres ainsi que les flux drsquoeacutenergie calculeacutes La plupart offre une fonction de stockage des donneacutees internes etou des sorties numeacuteriques pouvant ecirctre interfaceacutees avec des enregistreurs de donneacutees externes

97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne

La norme CSA P9 exige que le chauffage des locaux soit deacutefini en utilisant deux mesures (cocircteacute air et cocircteacute eau) avec une entente dans une toleacuterance acceptable pour la mise agrave lrsquoessai du systegraveme de chauffage de locaux agrave pleine capaciteacute constant Dans le cas des mesures agrave lrsquointerne entreprises par un fabricant dans le cadre drsquoun projet de deacuteveloppement de produit cibleacute lrsquoentente entre les mesures du cocircteacute air et du cocircteacute eau nrsquoest pas forceacutement requise On suggegravere aux fabricants de se concentrer sur les mesures qui ciblent la strateacutegie de controcircle ou de composant propre agrave lrsquoeacutetude Par exemple si des strateacutegies diffeacuterentes de temporisation du ventilateur ou laquo apregraves fonctionnement raquo sont eacutevalueacutees il est bien plus important de se concentrer sur les mesures du cocircteacute air que drsquoessayer drsquoatteindre un eacutequilibre entre le cocircteacute air et le cocircteacute eau Selon la quantiteacute drsquoeacutenergie laisseacutee dans le serpentin drsquoeau lorsque le ventilateur de soufflante srsquoarrecircte et drsquoautres pertes drsquoeacutenergie du systegraveme il est possible qursquoil nrsquoy ait pas drsquoeacutequilibre drsquoeacutenergie entre les mesures du cocircteacute air et les mesures du cocircteacute eau mecircme avec un instrument des mesures et des calculs laquo parfaits raquo

La norme CSA P9 exige une mesure du deacutebit drsquoair et des tempeacuteratures au moins toutes les cinq (5) secondes Dans le cas des essais agrave lrsquointerne cette freacutequence pourrait ecirctre assouplie pour certaines eacutetapes drsquoessai Par ailleurs une conformiteacute totale agrave la norme P9 suppose un controcircle preacutecis de la tempeacuterature de la salle drsquoessai ougrave se trouve le systegraveme combineacute en vue des essais ainsiqursquoun controcircle preacutecis de la tempeacuterature de lrsquoeau de la ville Dans le cas des essais de deacuteveloppement agrave lrsquointerne ces exigences peuvent eacutegalement ecirctre assouplies agrave condition que les tempeacuteratures ne varient pas trop pendant les essais Un espace commercial conditionneacute ayant une dimension raisonnable ferait lrsquoaffaire au moins pour les phases drsquoessai et de deacuteveloppement initiales

Ressources naturelles Canada CanmetEacuteNERGIE Guide agrave lrsquoattention des fabricants drsquoappareils de chauffage combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessai conformeacutement agrave la norme CSA P9

40

Flue(combustionmeasurements)

SupplyAirtoSpaceHeatingPlenum

(optionalzonedampers)

ReturnAir

CityWater

TanklessWaterHeater

HotWaterSupplyfromWaterHeater

DHW

CoolWaterreturntoWaterheater

Temperaturemeasurementpoints

Fuelmeter

Flowmeter

Electricalmeteringnotshown

Circulator

98 Agencement des instruments

La figure 7 preacutesente un scheacutema simplifieacute permettant drsquoillustrer lrsquoagencement geacuteneacuteral des emplacements et des paramegravetres de mesure en vue de la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute de chauffe-eau instantaneacute agrave condensation Le deacutebit drsquoair qui traverse la conduite drsquoalimentation du systegraveme de traitement drsquoair sera surveilleacute en utilisant un deacutebitmegravetre agrave valeur moyenne et un manomegravetre (non illustreacute) tel que cela est deacutecrit agrave lrsquoarticle 73

T

T

T T

T T

Alimentation en eau chaude provenant du chauffe-eau

Conduit (mesures de combustion)

Eau chaude domestique

Systegraveme de mesure du combustible

Air dereprise

Retourde lrsquoeau froide vers lechauffe-eau

Chauffe-eau instantaneacute

Air drsquoalimentation achemineacute versle pleacutenum de chauffage(registres de zone facultatifs)

Eau municipale

Deacutebitmegravetre

T

(compteur eacutelectrique non illustreacute)

Points de mesure de la tempeacuterature Circulateur

Figure 8 Scheacutema de mesure simplifieacute applicable agrave la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute baseacute sur un chauffe-eau instantaneacute

Ressources naturelles Canada CanmetEacuteNERGIE 41 Guide agrave lrsquoattention des fabricants drsquoappareils de chauffage combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessai conformeacutement agrave la norme CSA P9

Contact [Name of primary author] [Title] [Group] Natural Resources Canada CanmetENERGY [email]

CanmetEacuteNERGIE CanmetEacuteNERGIE de Ressources naturelles Canada est un chef de file canadien dans le domaine de la recherche et deacuteveloppement en eacutenergie propre Les travaux de nos speacutecialistes portent sur lrsquoapprovisionnement drsquoeacutenergie propre agrave partir de combustibles fossiles et de sources renouvelables la gestion de lrsquoeacutenergie et les systegravemes de distribution ainsi que sur les technologies et processus avanceacutes pour les utilisations finales En veillant agrave ce que le Canada soit agrave la fine pointe des technologies sur lrsquoeacutenergie propre nous ameacuteliorons la qualiteacute de vie des Canadiens en creacuteant un avantage durable en matiegravere de ressources

Bureau central Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) 580 rue Booth 1 promenade Oil Patch 1 promenade Haanel 161 boulevard Lionel-Boulet Ottawa (Ontario) Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) Canada Canada Canada Canada K1A 0E4 T9G 1A8 K1A 1M1 J3X 1S6

  • Guide pour les fabricants drsquoappareils de chauffage combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessai conformeacutement agrave la norme CSA P9
    • Remerciements
    • 1 Reacutesumeacute
    • 2 Systegravemes agrave zones
    • Table des matiegraveres
    • Liste des tableaux et figures
    • 3 Contexte
      • 31 Objet
      • 32 Public cible
      • 33 Marcheacute
      • 34 Pratiques en vigueur dans lrsquoindustrie
      • 35 Expeacuterience en matiegravere drsquoeacutevaluation
      • 36 Deacutefi principal Utiliser des chauffe-eau pour chauffer des locaux de maniegravere eacuteconergeacutetique
      • 37 Approche par eacutetapes
        • 4 Charges de calcul ndash performances selon la norme CSA p9
          • 41 Facteur de performance thermique (FPT)
          • 42 Chauffage de lrsquoeau
          • 43 Chauffage des locaux
          • 44 Importance relative des charges de chauffage des locaux et de lrsquoeau
            • 5 Chauffage de lrsquoeau domestique
            • 6 Conception des systegravemes combineacutes
              • 61 Incidence des pondeacuterations de charge
                • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                • Reacuteduction des tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour
                  • 62 Strateacutegies de conception
                  • 63 Strateacutegie 1 Tempeacuterature drsquoeau constante
                    • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                    • Serpentin(s) de chauffage des locaux
                    • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                    • Illustration des performances selon la norme P9
                    • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                      • 64 Strateacutegie 2 Tempeacuterature drsquoeau variable
                        • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                        • Serpentin(s) de chauffage de locaux
                        • Conditions de chauffage de locaux en charge partielle
                        • Illustration des performances P9
                        • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                            • 7 Commandes
                              • Commandes indirectes baseacutees sur la tempeacuterature
                              • Commandes indirectes baseacutees sur le minuteur
                              • Controcircle direct
                              • Chauffe-eau -Mode de chauffage de lrsquoeau du robinet
                                • 8 Composants
                                  • 81 Systegraveme de traitement drsquoair
                                  • 82 Serpentins de chauffage de locaux
                                  • 83 Moteur de ventilateur
                                  • 84 Circulateurpompe
                                  • 85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)
                                  • 86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau
                                  • 87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes
                                    • 9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes
                                      • 91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz
                                      • 92 Enregistreur de donneacutees
                                      • 93 Deacutebit drsquoair
                                      • 94 Manomegravetres
                                      • 95 Tempeacuteratures
                                      • 96 Mesures du cocircteacute eau
                                      • 97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne
                                      • 98 Agencement des instruments
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Flue(combustionmeasurements)

SupplyAirtoSpaceHeatingPlenum

(optionalzonedampers)

ReturnAir

CityWater

TanklessWaterHeater

HotWaterSupplyfromWaterHeater

DHW

CoolWaterreturntoWaterheater

Temperaturemeasurementpoints

Fuelmeter

Flowmeter

Electricalmeteringnotshown

Circulator

98 Agencement des instruments

La figure 7 preacutesente un scheacutema simplifieacute permettant drsquoillustrer lrsquoagencement geacuteneacuteral des emplacements et des paramegravetres de mesure en vue de la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute de chauffe-eau instantaneacute agrave condensation Le deacutebit drsquoair qui traverse la conduite drsquoalimentation du systegraveme de traitement drsquoair sera surveilleacute en utilisant un deacutebitmegravetre agrave valeur moyenne et un manomegravetre (non illustreacute) tel que cela est deacutecrit agrave lrsquoarticle 73

T

T

T T

T T

Alimentation en eau chaude provenant du chauffe-eau

Conduit (mesures de combustion)

Eau chaude domestique

Systegraveme de mesure du combustible

Air dereprise

Retourde lrsquoeau froide vers lechauffe-eau

Chauffe-eau instantaneacute

Air drsquoalimentation achemineacute versle pleacutenum de chauffage(registres de zone facultatifs)

Eau municipale

Deacutebitmegravetre

T

(compteur eacutelectrique non illustreacute)

Points de mesure de la tempeacuterature Circulateur

Figure 8 Scheacutema de mesure simplifieacute applicable agrave la mise agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne drsquoun systegraveme combineacute baseacute sur un chauffe-eau instantaneacute

Ressources naturelles Canada CanmetEacuteNERGIE 41 Guide agrave lrsquoattention des fabricants drsquoappareils de chauffage combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessai conformeacutement agrave la norme CSA P9

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Bureau central Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) 580 rue Booth 1 promenade Oil Patch 1 promenade Haanel 161 boulevard Lionel-Boulet Ottawa (Ontario) Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) Canada Canada Canada Canada K1A 0E4 T9G 1A8 K1A 1M1 J3X 1S6

  • Guide pour les fabricants drsquoappareils de chauffage combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessai conformeacutement agrave la norme CSA P9
    • Remerciements
    • 1 Reacutesumeacute
    • 2 Systegravemes agrave zones
    • Table des matiegraveres
    • Liste des tableaux et figures
    • 3 Contexte
      • 31 Objet
      • 32 Public cible
      • 33 Marcheacute
      • 34 Pratiques en vigueur dans lrsquoindustrie
      • 35 Expeacuterience en matiegravere drsquoeacutevaluation
      • 36 Deacutefi principal Utiliser des chauffe-eau pour chauffer des locaux de maniegravere eacuteconergeacutetique
      • 37 Approche par eacutetapes
        • 4 Charges de calcul ndash performances selon la norme CSA p9
          • 41 Facteur de performance thermique (FPT)
          • 42 Chauffage de lrsquoeau
          • 43 Chauffage des locaux
          • 44 Importance relative des charges de chauffage des locaux et de lrsquoeau
            • 5 Chauffage de lrsquoeau domestique
            • 6 Conception des systegravemes combineacutes
              • 61 Incidence des pondeacuterations de charge
                • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                • Reacuteduction des tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour
                  • 62 Strateacutegies de conception
                  • 63 Strateacutegie 1 Tempeacuterature drsquoeau constante
                    • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                    • Serpentin(s) de chauffage des locaux
                    • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                    • Illustration des performances selon la norme P9
                    • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                      • 64 Strateacutegie 2 Tempeacuterature drsquoeau variable
                        • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                        • Serpentin(s) de chauffage de locaux
                        • Conditions de chauffage de locaux en charge partielle
                        • Illustration des performances P9
                        • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                            • 7 Commandes
                              • Commandes indirectes baseacutees sur la tempeacuterature
                              • Commandes indirectes baseacutees sur le minuteur
                              • Controcircle direct
                              • Chauffe-eau -Mode de chauffage de lrsquoeau du robinet
                                • 8 Composants
                                  • 81 Systegraveme de traitement drsquoair
                                  • 82 Serpentins de chauffage de locaux
                                  • 83 Moteur de ventilateur
                                  • 84 Circulateurpompe
                                  • 85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)
                                  • 86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau
                                  • 87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes
                                    • 9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes
                                      • 91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz
                                      • 92 Enregistreur de donneacutees
                                      • 93 Deacutebit drsquoair
                                      • 94 Manomegravetres
                                      • 95 Tempeacuteratures
                                      • 96 Mesures du cocircteacute eau
                                      • 97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne
                                      • 98 Agencement des instruments
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Bureau central Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) 580 rue Booth 1 promenade Oil Patch 1 promenade Haanel 161 boulevard Lionel-Boulet Ottawa (Ontario) Devon (Alberta) Ottawa (Ontario) Varennes (Queacutebec) Canada Canada Canada Canada K1A 0E4 T9G 1A8 K1A 1M1 J3X 1S6

  • Guide pour les fabricants drsquoappareils de chauffage combineacutes haute performance mis agrave lrsquoessai conformeacutement agrave la norme CSA P9
    • Remerciements
    • 1 Reacutesumeacute
    • 2 Systegravemes agrave zones
    • Table des matiegraveres
    • Liste des tableaux et figures
    • 3 Contexte
      • 31 Objet
      • 32 Public cible
      • 33 Marcheacute
      • 34 Pratiques en vigueur dans lrsquoindustrie
      • 35 Expeacuterience en matiegravere drsquoeacutevaluation
      • 36 Deacutefi principal Utiliser des chauffe-eau pour chauffer des locaux de maniegravere eacuteconergeacutetique
      • 37 Approche par eacutetapes
        • 4 Charges de calcul ndash performances selon la norme CSA p9
          • 41 Facteur de performance thermique (FPT)
          • 42 Chauffage de lrsquoeau
          • 43 Chauffage des locaux
          • 44 Importance relative des charges de chauffage des locaux et de lrsquoeau
            • 5 Chauffage de lrsquoeau domestique
            • 6 Conception des systegravemes combineacutes
              • 61 Incidence des pondeacuterations de charge
                • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                • Reacuteduction des tempeacuteratures de lrsquoeau drsquoalimentation et de retour
                  • 62 Strateacutegies de conception
                  • 63 Strateacutegie 1 Tempeacuterature drsquoeau constante
                    • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                    • Serpentin(s) de chauffage des locaux
                    • Conditions de chauffage des locaux en charge partielle
                    • Illustration des performances selon la norme P9
                    • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                      • 64 Strateacutegie 2 Tempeacuterature drsquoeau variable
                        • Commandes de chauffe-eau et de systegraveme de traitement drsquoair
                        • Serpentin(s) de chauffage de locaux
                        • Conditions de chauffage de locaux en charge partielle
                        • Illustration des performances P9
                        • Remarques concernant la strateacutegie impliquant des tempeacuteraturesdrsquoalimentation variables
                            • 7 Commandes
                              • Commandes indirectes baseacutees sur la tempeacuterature
                              • Commandes indirectes baseacutees sur le minuteur
                              • Controcircle direct
                              • Chauffe-eau -Mode de chauffage de lrsquoeau du robinet
                                • 8 Composants
                                  • 81 Systegraveme de traitement drsquoair
                                  • 82 Serpentins de chauffage de locaux
                                  • 83 Moteur de ventilateur
                                  • 84 Circulateurpompe
                                  • 85 Orifices de mesure (puits de tempeacuterature et bouchons de mesure de pression laquo Petersquos Plug raquo)
                                  • 86 Deacutetection de la demande de chauffage des locaux ou drsquoeau du robinet par le chauffe-eau
                                  • 87 Robinets reacuteseau de canalisations drsquoeau et reacutegulateurs associeacutes
                                    • 9 Guide geacuteneacuteral agrave lrsquointention des fabricants qui veulent mettre agrave lrsquoessai agrave lrsquointerne des systegravemes de chauffage de locaux combineacutes ou meacutecaniques inteacutegreacutes
                                      • 91 Mesures de la consommation drsquoeacutelectriciteacute et de gaz
                                      • 92 Enregistreur de donneacutees
                                      • 93 Deacutebit drsquoair
                                      • 94 Manomegravetres
                                      • 95 Tempeacuteratures
                                      • 96 Mesures du cocircteacute eau
                                      • 97 Eacutecarts par rapport agrave la norme P9 dans le cas des travaux en interne
                                      • 98 Agencement des instruments