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LA CLIMATISATION 3

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1 LA CLIMATISATION 3 le Ven 9 Mar - 18:06

Admin


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Comme on peut le voir, le groupe froid est alimenté en eau de ville. Il refroidit ensuite cette eau de ville pour arriver à une température généralement situé entre 5°C et 8°C (j’ai souvent vu 6-7°C). Cette température est choisit par un technicien qui adapte le point de consigne en fonction de la température dont il a besoin pour ses climatisations. Il faut également bien comprendre que le réseau d’eau est un circuit fermé, alors, on a besoin de l’arrivée de l’eau de ville uniquement la première fois ou lorsqu’on fait une vidange du circuit (ce qui arrive très très rarement) ou pour faire un appoint d’eau lorsqu’il y a une fuite.

Une fois l’eau entre 5°C et 8°C (appeler eau glacée) elle est transmise à la climatisation par l’intermédiaire de tuyaux. La climatisation qui est régulée, peut soit être en demande de froid, dans ce cas, elle commande l’électrovanne sur le tuyau d’arrivée d’eau glacée et l’eau glacée arrive dans l’échangeur de la climatisation. Si elle est demande de chaud, l’électrovanne reste ouverte et l’eau glacée est stoppée. Elle peut également être en soufflage, dans ce cas, elle n’apporte ni chaud ni froid, elle brasse juste l’air. Bien sur, il faut prendre en compte qu’il n’y a pas qu’une climatisation branchée sur le groupe froid, et qu’il est nécessaire de mettre des pompes de circulation mais on verra çà un peu plus bas dans le dossier.

LA REGULATION

Maintenant, entamons les choses sérieuses, attention, la complexité augmente un peu, des connaissances en électroniques, informatiques, et automatismes sont requises.
Pour mieux illustrer le tout, je vais prendre un régulateur choisit au hasard et vous en expliquer, le câblage etc... Maintenant, les régulations sont tellement différentes d’un constructeur à l’autre que je ne peux, hélas, toutes les faires. Cependant, sur le principe elle fonctionne toute pareil au moins pour le câblage primaire, alors, n’apprenez pas cela par cœur mais déduisant plutôt le fonctionnant ce qui vous permettra de vous adapter après à n’importe climatisation wink

DEFINITION :

La régulation est un dispositif permettant de maintenir une grandeur physique (température par exemple) a une valeur appelée point de consigne alors que l'environnement varie .La régulation compare cette grandeur a réglée (la consigne) a la grandeur mesurée par un organe de détection (sonde) et agit de façon a faire diminuer cette écart et a atteindre le point de consigne.
De nos jours, grâce à l’évolution des technologies, dans un endroit ou l’on trouve plusieurs dizaines, centaines ou milliers de climatisation, les climatisations communiquent entres elles grâce à l’organe de régulation. Ceci est très pratique pour modifier le point de consigne d’une climatisation à partir d’un serveur ou pour faire des systèmes « maitres / esclaves » ce qui permet de commander plusieurs climatisations avec une seule commande. Il aide également beaucoup pour la maintenance, mais nous verrons cela un peu plus tard wink

La régulation est assez simple sur ce type de climatisations, il y a 3 modes de fonctionnement :

Demande de froid
Demande de chaud
Brassage d’air

En demande de froid, le régulateur alimente l’électrovanne ou le servomoteur ce qui a pour effet de laisser passer l’eau glacée dans l’échangeur. Et donc faire du froid.

En demande de chaud, le régulateur n’alimente plus l’électrovanne donc plus de circulations d’eau glacée et alimente soit l’électrovanne d’arrivée d’eau chaude, soit une résistance électrique.
Lorsque la sonde donne la température du point de consigne, deux choses peuvent se produire et cela en fonction de la configuration du régulateur.

La climatisation est configurée en arrêt complet, dans ce cas, après la période de post ventilation, le moteur s’arrête. C’est très bien, mais cela à un inconvénient, pour les clims ayant une sonde d’ambiance incorporée à la climatisation, si par exemple on a un point de consigne à 21°C, vu qu’il n’y a pas de brassage d’air, il faut en réalité qu’il y ait quelque chose comme 23 ou 24°C pour que la sonde capte qu’il fasse plus que le point de consigne dans la pièce et se mette en route.
La climatisation est configurée en marche petite vitesse tout le temps. Dans ce cas, il y a toujours un brassage d’air et la sonde voit la température réelle de la pièce. Si la température égale le point de consigne, elle brasse juste l’air, elle ne fait ni de chaud, ni de froid. La aussi il y a un inconvénient, et pas qu’un. Dans un premier temps, en parlant juste technique, le moteur s’use plus vite car il tourne toujours au moins en petite vitesse. Deuxièmement, le bruit peut gêner s’il y a un opérateur juste à côté qui essaye de se concentrer. Troisièmement, et plus d’ordre financier, la facture d’électricité est salée quand un moteur tourne toujours malgré qu’il consomme en moyenne que 60 watts en petite vitesse pour les petits ventilo-convecteurs et split. Et je ne parle pas des clims de salle serveur qui peuvent consommer jusqu’à 4kw en petite vitesse ! (Attention, je ne parle pas de la clim de monsieur tout le monde là, je parle de la bonne grosse clim aux caractéristiques industrielles).


Voici un exemple de régulateur :


Je pense que tous cela méritent des explications...

Les bornes A et B pour le LON

Le LON, qu’est-ce ? Le "lon" est une marque en fait, c’est le fabricant d’un système nommé LonNetworks et qui comme vous vous doutez sert à faire un réseau uniquement composé de régulateur compatible LON. On utilise généralement cette option sur les sites ou il y a au minimum une centaine de clims. La structure du Lon est simple. Le "lon" est un bus. Il peut être monté soit en FCC soit en FT… FCC ? Késako ? Hé bien le FCC et le FT se différencie par une seule chose, quand on monte un réseau en "Lon" mode FCC, on doit câble tous les "lon" de tous les régulateurs en série parallèle. Le série-parallèle ? Qu’est-ce ? Hé bien, pour mieux comprendre, voici un schéma :



J’ai bien dit série parallèle, car qu’elle que soit l’état du régulateur 1, le NEA communique avec les autres régulateurs.
Alors qu’avec le FT (comprenez Free Topology) c’est comme vous voulez, vous câblez vos régulateurs comme bon vous semble. Petit inconvénient tout de même, les longueurs entre le NEA est le dernier régulateur est limité et on ne peut pas mettre autant de régulateur sur le même bus que si il était en monde FCC.
Dans ce genre de réseau, le NEA est ensuite relié à un serveur, dans lequel on trouve des logiciels qui communique avec lui et donc, avec chaque régulateur.
Il est important de retenir 2, 3 petites choses concernant ce genre de réseau.

1°) Le bus est un câble, attention, on n’utilise pas du 1,5 mm² ou autre en cuivre comme on peut le faire en électrotechnique, non, là, on utilise du câble BELDEN. Le même que l’on utilise généralement pour la communication entre appareil électronique lorsque l’on a une liaison en RS422 ou RS485. Ce câble a la particularité d’être très conducteur et ainsi, ne perds aucune donnée (mot binaire) que l’on utilise pour la communication entre clim ou avec le serveur.
Grâce à ce type de régulateur et au « lon » on peut configurer le régulateur à distance, voir et modifier le point de consigne, la vitesse de soufflage, si il est en auto ou en marché forcé, si il fait du chaud, du froid ou du brassage, la température de la pièce, l’état du contact de fenêtre et bien d’autres choses encore.
2°) La liaison entre les régulateur et le NEA, on l’a vu est assuré par un bus fait en câble BELDEN. Maintenant, la liaison entre le NEA et le serveur est fait avec des câbles réseau RJ45 droit. On utilise donc le mode de communication TCP/IP. C’est bien important d’assimiler cela, vous verrez un peu plus bas pourquoi. Lorsque l’on est sur un site ou il beaucoup de clim, généralement, les câbles RJ45 partant des NEA sont branchés à un SWITCH (comprenez interrupteur en anglais). Ce switch sur lequel sont branché de multiples câbles RJ45 venant de plusieurs NEA transforme ces informations en signal lumineux. C’est là qu’intervient la fibre optique, on transmet toutes ces infos via fibre optique à un switch à proximité du serveur, qui lui retransforme les informations sous forme de signal lumineux en mot binaire et donc en RJ45 et est relié au serveur. Pourquoi utilise-t-on la fibre optique alors que l’on pourrait utiliser un long câble RJ45 ? ET bien simplement car lorsque le câble RJ45 est trop long, il y a des pertes d’informations, en plus de cela, la fibre optique augmente la vitesse de transfert. On peut obtenir une vitesse de transfert de l’ordre de 1Gb/s.

3°) Sur le réseau en BELDEN, il ne faut bien sur pas emprunter le chemin de câble de courant fort car si on a un câble BT qui passe à côté dans lequel passe une grande intensité, ça créer un champ magnétique et apporte des interférence sur notre bus (On dit que l’on a de la friture sur la ligne lol). Même en faisant une distinction de chemin de câble, il peut arriver que l’on ait d’infimes interférences sur le réseau, c’est pour cette raison qu’à la fin de chaque bus, on met une résistance de fin de ligne chargée d’absorber ces interférences.

Commun et entrée flotteur

En fait, je mens un peu lorsque je vous dis, commun et entrée flotteur. Cette entrée est appelé AUX INPUT (comprenez entrée auxiliaire), c’est un variable d’entrée grâce à laquelle on peut choisir la mise en marche ou l’arrêt de la clim. Elle peut être soit à 0 soit à 1 pour que la clim fonctionne ou pas, tout dépend comme on l’a configuré. On branche souvent le flotteur dessus. En résumé, lorsque le flotteur a son contact fermé, la climatisation fonctionne, lorsqu’il ouvre son contact, ce qui signifie que l’évacuation des condensats est mal faite, il arrête la cassette pour éviter les fuites. Sur les ventilo convecteurs, vu qu’il n’y a pas de pompe d’évacuation des condensats, soit il n’est pas câble soit il est shunte selon la configuration.

Commun et entrée contact fenêtre

Il en va de soit, lorsque la fenêtre du bureau est ouvert, le clim ne sert à rien, c’est pour cela que l’on y insert un capteur. On place ce capteur sur la fenêtre, ainsi, lorsque la fenêtre est ouverte, la clim s’arrête, et, lorsque la fenêtre est fermée la clim se remet en service. Comme pour le contact du flotteur, le commun envoie un 5V si on a 5V à l’entrée, ça signifie que la fenêtre est fermé (car on utilise le contact NF du capteur) est donc le clim se met en route.

Commun pour sonde d’ambiance et entrée sonde d’ambiance

Ça me parait clair, le commun envoie une tension, disons 5 volts, et en fonction de la température de la pièce, la sonde est plus ou moins résistante donc, à la sortie de la sonde, on a une tension qui varie entre 0 et 5 volts selon la température.

Entrée potentiomètre réglage vitesse et variation de température

Pour ce type de régulateur, on utilise un boitier de commande dans ce style là :


D’après le schéma, on peut voir qu’il y a un potentiomètre pour le choix du mode de fonctionnement (auto, arrêt, marche forcée vitesse1, 2 et 3). Il y a également un potentiomètre de choix de la température. On leur applique une tension de 5V. Selon leurs positions, ils envoient une tension à leurs entrées respectives, c’est comme çà que la clim sait ce que veut l’opérateur.

Petite remarque cependant, on voit + ou – sur le potentiomètre de choix de température. C’est en fait un décalage autorisé du point de consigne par l’opérateur. Quézako ? Et bien, prenons un point de consigne de 21°C par exemple, lorsque la clim est en position AUTO et le potentiomètre de choix de température au milieu, le point de consigne effectif sera de 21°C.
Maintenant, imaginons que nous ayons à faire à une personne frileuse, elle va vouloir disons, 23°C. Dans ce cas, pas besoin d’intervenir sur le programme pour modifier le point de consigne, grâce au potentiomètre elle a le choix d’un décalage de +/- 3°C par rapport au point de consigne programmé. En gros, si on a un point de consigne à 21°C, on peut choisir son point de consigne effectif entre 18°C et 24°C grâce au potentiomètre de choix de température, ce n’est pas beau ça monsieur ? Lol

Le bouton d’adressage NEURON ID

C’est la que l’on a besoin des infos que je vous ai donné en haut concernant les réseaux TCP/IP, RS422 et RS485. Nous le savons, le réseau fonctionne grâce à un protocole TCP/IP entre les NEA et le serveur. Or comme dans chaque réseau TCP/IP chaque appareil doit comporter une « adresse mac » qui lui est unique. C’est ce qui permet au serveur de reconnaitre les régulateurs et bien dialogué avec le bon. Là, nous savons que sur le réseau constitué de câble BELDEN le protocole n’est pas TCP/IP mais le protocole LON qui fonctionne à quelques choses près comme un réseau TCP/IP. Là, on n’a pas l’IP mais on conserve la détection de chaque régulateur à l’aide d’une adresse mac. Le neuron ID correspond à l’adresse mac du régulateur. Lorsque que l’on veut changer le point de consigne d’un régulateur, on relève son numéro de neuron ID et, on le recherche sur le serveur et on peut modifier le point de consigne, le serveur sait de quel régulateur on parle. Ce bouton sert à ne pas chercher sur le serveur selon le numéro de neuron ID. Pour cela, il faut être deux, un sur le serveur, et l’autre, devant le régulateur, lorsque le second appuie sur ce bouton, le premier voit sur le serveur duquel régulateur on parle et affiche l’écran les variable le concernant. (Température, vitesse de soufflage etc...)

Alimentation 230V pour résistance et contact de résistance

Sur une borne on apporte du 230 qui vient directement du porte fusible ou disjoncteur, donc, tout le temps alimenté. Des que la clim est en demande de chaud, elle ferme le contact et alimente en 230V le contact de la résistance. Sur celui-ci est câblé la phase de la résistance, la neutre de celle-ci étant câblé directement sur le disjoncteur ou porte fusible d’alimentation de la clim.

Commun 0v et sortie 230v pour alimentation électrovanne vanne chaud.

Supposons que nous n’ayons pas une résistance électrique mais un réseau d’eau chaude pour faire du chaud. Dans ce cas, il faut alimenter une électrovanne pour laisser passer l’eau chaude dans l’échangeur pour chauffer l’air.

CAS 1 : C’est une sortie qui est alimenté quand la clim n’est pas en demande de chaud.
CAS 2 : C’est une sortie qui est alimenté quand la clim est en demande chaud.

On choisit le CAS 1 ou 2 pour le câblage en fonction de l’électrovanne que l’on a, si elle marche à manque de courant ou au contraire, si elle fonctionne grâce au courant.
Généralement, on utilise le CAS 2 car le gros problème est que, si il vient à ne plus avoir de jus pour une raison ou une autre, vu que l’électrovanne pour le circuit d’eau glacée fonctionne pareil, aucune des deux n’est alimentée et est donc passante, dans ce cas, on se trouve avec un mélange eau chaude, eau froide dans l’échangeur, limite ce n’est pas grave. Mais le problème vient après au niveau du retour des 2 réseaux. Si on met de l’eau glacée dans le circuit d’eau chaude, elle se refroidit et la chaudière qui chauffe l’eau va consommer plus sans compter le fait que les autres clims aussi auront de l’eau tiède en guise d’eau chaude. Il en va de même pour le réseau d’eau glacée, si on y injecte de l’eau chaude, le groupe froid va s’affoler pour faire baisser la température de l’eau entre l’entrée et la sortie.

Commun 230v et alimentation du moteur en vitesse 1, 2 et 3.

Lorsque le régulateur donne l’ordre au moteur de fonctionnait en vitesse 2 par exemple, il ferme le contact entre le comme 230v et donc alimente la borne vitesse 1 et vitesse 2 en 230. Une fois ceci fait, les fils arrivent sur un autotransformateur. Pour l’auto transfo, il y a 4 états logiques :
V1 = 0 ; V2 =0 ; V3 = 0, dans ce cas l’autotransformateur n’alimente pas le moteur
V1 = 1 V2 = 0 V3 = 0, dans ce cas, l’autotransformateur alimente le moteur qu’avec 100 volts par Exemple :
V1= 1 ; V2= 1 ; V3=0, dans ce cas, l’autotransformateur alimente le moteur qu’avec 180 volts par Exemple :
V1 = 1 ; V2 = 1 ; V3 = 1, dans ce cas, l’autotransformateur alimente le moteur en 230 volts.
C’est ce qu’il permet de faire la variation de vitesse de soufflage.
LE RESEAU D’EAU GLACEE

Le réseau est assez simple comme on peut le voir :

Comme on peut le voir, l’eau arrive dans le groupe froid, elle est refroidit, prenons pour exemple à 6°C, ensuite, elle va aller dans chaque étage ou elle va passer dans l’échangeur de chaque climatisation puis, repartir sur le réseau d’eau glacée retour à une température d’environ 9°C pour l’exemple, ensuite, elle va passer par les pompes de relevage pour revenir au groupe froid et ainsi de suite.

Il est intéressant de remarquer quelques détails du schéma.

1°) On met à chaque 2 pompes tout en bas de l’immeuble, si c’est un immeuble qu’il faut alimenter par exemple, et 2 pompes au même niveau que le groupe froid ou a peu près. Pourquoi y a-t-il 2 pompes allez-vous me demander ? Il y a 2 explications à cela. Premièrement, si l’une tombe en panne, on peut toujours se servir de l’autre pompe comme secours. Maintenant, d’un point de vue plus technique, on est d’accord sur le fait de dire, plus j’ai de climatisation en demande de froid et plus l’eau sur mon réseau de retour d’eau glacée sera chaude ? Alors, dans ce cas, on peut asservir les 2nd pompes à la température de l’eau. On peut par exemple, dire que si l’eau glacée retour dépasse 11°C je mets en route mes 2èmes pompes. Et cela pourquoi ? Bien pour assurer une meilleure circulation de l’eau et ainsi, éviter que l’eau arrive dans les échangeurs à 8°C car le groupe froid n’est pas assez puissant par exemple.

2°) L’équilibrage du réseau : Pour l’exemple, on va prendre une clim ayant besoin de 200l/s en eau glacée pour fonctionner de façon optimale. Si on lui apporte 100l/s elle ne fera pas autant de froid qu’elle devrait en faire, par contre, si on lui apporte 500l/s l’eau n’aura même pas le temps de passer dans l’échangeur qu’elle en sera déjà repartit. Elle ne gagnera donc pas de calorie et la température du réseau d’eau glacée pourrait être de 7°C. (Delta température =1°C (7-6)) Donc, le groupe froid fonctionnerait pour gagner 1°C. D’autre part, on sait que les groupes froid n’aiment pas les démarrages intempestifs ce qui use fortement la mécanique. L’équilibrage d’un réseau hydraulique est donc essentiel pour lisser la courbe de consommation d’énergie ainsi que préserver la mécanique du groupe froid. Pour cela que l’on utilise de vannes pour limiter le débit d’eau glacée passant dans une branche en fonction du nombre de clims sur la branche. Le réglage se fait à l’aide de vanne de réglage, le plus souvent de type TA :

Ce n’est pas tout à fait comme ça, mais ça y ressemble fortement. On sert donc la vis rouge pour réduire le débit de la branche, on peut à l’inverse, desserrer la vis pour augmenter le débit. Celui, ne sera bien sur jamais supérieur au débit d’entrée. Lorsqu’un réseau hydraulique est correctement équilibré, on un delta T au groupe froid d’environ 4 ou 5°C. Le delta T du groupe froid ? Késako ? Et bien c’est la différence entre la température de l’eau du réseau retour au niveau du groupe froid et la température de l’eau lorsqu’elle sort du groupe froid. Si on sort une eau à 6°C du groupe froid, si le réseau est correctement équilibré, on doit avoir 10 ou 11°C en température de retour. Ainsi, le groupe froid ne fonctionne pas par intermittence avec des démarrages intempestifs ce qui permet de lisser la courbe de consommation d’énergie et d’augmenter la longévité de vie du groupe.

3°) Plus on s’approche de la fin de la boucle d’alimentation en eau glacée, plus la section du tuyau est petite. Il est facilement compréhensible que l’on n’a pas besoin du même diamètre pour alimenter 200 clims en eau glacée ou 40. L’équilibrage peut donc être fait naturellement grâce à la section des tuyaux. Sur chaque clims, se trouvent généralement ce que l’on appelle des tés de réglage qui servent à limiter le débit si la section du tuyau ne serait pas assez précise pour faire notre équilibrage.

4°) Mentionnons également que chaque tuyaux est calorifugé ? Hein, c’est quoi encore ce truc ? Hé bien, lorsqu’on dit qu’un tuyau est calorifugé, c’est qu’autour de celui-ci, on a placé du calorifuge. Le calorifuge est une sorte de mousse qui a la propriété d’être un très mauvais conducteur thermique et donc, un bon isolant thermique. On fait cela pour éviter que l’eau glacée chauffe à cause des tuyaux qui passent ou l’air ambiant est autour de 20°C et ne réchauffe l’eau glacée circulant dans les tuyaux. En terme scientifique, on dit pour éviter la dissipation des frigories (l’inverse de calorie).

5°) Il peut arriver que l’on mette un suppresseur pour remettre de l’eau en pression dans le circuit lorsque celui-ci a des fuites.
Pour les réseaux d’eau chaude, c’est la même chose sauf qu’à la place du groupe froid, il y a une chaudière.

LES CLIMATISEURS FONCTIONNANT AVEC UN RÉFRIGÉRANT

Elles sont complètement indépendantes de tous réseaux, la régulation est la même que pour une clim qui fonctionnerait avec un réseau d’eau glacée et/ou d’eau chaude à quelques choses prêt.
D’abord définissons ce que nous entendons par réfrigérant. Un fluide frigorigène (ou réfrigérant) est un fluide pur ou un mélange de fluides purs présents en phase liquide, gazeuse ou les deux à la fois en fonction de la température et de la pression de celui-ci. La principale propriété des fluides frigorigènes est de s'évaporer à une faible température sous pression atmosphérique. Les fluides frigorigènes sont utilisés dans les systèmes de production de froid (climatisation, congélateur, réfrigérateur,...).

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