Comment le convertisseur de fréquence est-il utilisé dans le système de climatisation centrale ?

Introduction

Les systèmes centraux de climatisation sont une pierre angulaire de la gestion moderne des bâtiments, car ils assurent le confort et le contrôle du climat dans divers espaces commerciaux et résidentiels. L'intégration d'un convertisseur de fréquence, également connu sous le nom de entraînement à fréquence variable (EFV)a révolutionné le fonctionnement de ces systèmes. En optimisant la consommation d'énergie et en améliorant les performances du système, convertisseurs à fréquence variable ou variateurs de vitesse jouent un rôle essentiel dans l'amélioration de l'efficacité des systèmes de climatisation centraux.

Principe de fonctionnement et structure du système de climatisation centrale

Les systèmes de climatisation centrale se composent principalement de trois parties : l'unité principale, le système de circulation de l'eau glacée et le système de circulation de l'eau de refroidissement. En fonction du type de charge, les systèmes centraux de climatisation peuvent être classés en deux catégories principales :

Charges à couple constant: Les compresseurs frigorifiques à vis ou centrifuges, qui nécessitent un couple de sortie minimal et présentent une relation presque linéaire entre la vitesse et la puissance, en sont des exemples.

Charges à couple variable: Les exemples incluent les systèmes de circulation d'eau de refroidissement, les systèmes de circulation d'eau réfrigérante (systèmes de circulation d'eau des pompes à chaleur), les systèmes de ventilation des tours de refroidissement et les systèmes de ventilation des serpentins. Les charges de ces ventilateurs et pompes ont une relation cubique entre la puissance de l'arbre et la vitesse, ce qui permet de réaliser d'importantes économies d'énergie.

Principe d'économie d'énergie des compresseurs frigorifiques

Par exemple, dans un cycle de réfrigération à compression de vapeur, le processus de refroidissement peut être régulé à l'aide d'une commande à fréquence variable pour ajuster la vitesse du compresseur à vis. La puissance de sortie d'un compresseur à vis peut être réglée en continu de 10% à 100%. Les données montrent que lorsque la charge du compresseur à vis dépasse 50%, sa puissance est linéairement proportionnelle à la charge, mais qu'en dessous de 40%, la consommation d'énergie réelle dépasse les calculs théoriques. Par conséquent, la technologie à fréquence variable ne permet pas de réaliser des économies d'énergie optimales sur l'ensemble de la plage de charge, ce qui limite son application pour la modernisation des compresseurs en vue d'économiser de l'énergie.

Principe d'économie d'énergie des ventilateurs et des pompes

Selon la mécanique des fluides, le débit de sortie (Q) d'un équipement de transmission de fluide centrifuge (par exemple, pompes et ventilateurs centrifuges) est directement proportionnel à sa vitesse (n) ; la pression de sortie (P) ou la hauteur de chute est proportionnelle au carré de sa vitesse ; et la puissance de sortie (N) est proportionnelle au cube de sa vitesse.

En raison des caractéristiques uniques des systèmes de climatisation centraux, deux facteurs doivent être pris en compte : les spécifications de débit et de hauteur de refoulement de la pompe elle-même et l'écart entre le différentiel de température d'alimentation réel ou les exigences de pression et les spécifications standard de l'unité. Par exemple, l'utilisation de la collecte de données de température en temps réel et de régulateurs de température intelligents pour contrôler les réglages du variateur de fréquence peut optimiser le fonctionnement du système de pompe frigorifique tout en évitant des phénomènes tels que la "pompe morte" ou l'"interruption du débit".

Conditions réelles de l'équipement

• Contrôle en boucle fermée d'un système de pompe à eau réfrigérée (surveillance de la différence de température de l'eau à l'entrée et à la sortie)

Les systèmes de climatisation centrale ont une température d'eau réfrigérée standard de 12°C à l'entrée et de 7°C à la sortie, avec une différence de température autorisée de 5°C pour le condenseur. Si la différence de température réelle est de 2°C, la demande réelle d'eau réfrigérée n'est que de 40% de la capacité d'approvisionnement. Dans des conditions de fréquence variable, la vitesse de la pompe n'a besoin de fonctionner qu'à 40% de la vitesse nominale, ce qui réduit la consommation d'énergie à moins de 10% de l'énergie nominale. Le potentiel d'économies d'énergie est donc considérable.

Pour garantir un débit d'eau glacée suffisant vers l'équipement terminal le plus éloigné, la fréquence minimale de fonctionnement de l'inverseur de la pompe à eau glacée doit être réglée (généralement 25 Hz), en bloquant la vitesse minimale de la pompe. Un régulateur de température intelligent surveille la différence de température de l'eau réfrigérée pour contrôler la fréquence du variateur, en l'augmentant si nécessaire lorsque la température de l'eau de retour dépasse la valeur définie.

• Contrôle en boucle fermée d'un système de pompe à eau glacée en mode chauffage (surveillance de la différence de température de l'eau à l'entrée et à la sortie)

Ce mode est similaire au mode de refroidissement et s'applique pendant les opérations de chauffage (automne et hiver).

• Contrôle en boucle ouverte de la pompe de circulation de l'eau de refroidissement (surveillance de la différence de température de l'eau à l'entrée et à la sortie)

La différence de température standard pour la circulation de l'eau de refroidissement dans les systèmes centraux de climatisation est de 4°C à 8°C, et de 3°C à 5°C pour les tours de refroidissement. Le système se compose de pompes de refroidissement, de tours de refroidissement et de condenseurs. Le système de circulation de l'eau de refroidissement est influencé à la fois par les températures extérieures et les charges thermiques intérieures. Par conséquent, l'installation d'un capteur de différence de température entre les conduites principales d'alimentation et de retour constitue une approche rationnelle en matière d'économie d'énergie.

Dans des conditions extérieures stables, une grande différence de température indique une charge thermique intérieure élevée, nécessitant une augmentation de la vitesse de la pompe de refroidissement pour améliorer la circulation. Inversement, une différence de température plus faible permet de réduire la vitesse de la pompe. Cette approche permet d'économiser 5-10% plus d'énergie que la seule mesure de la température de l'eau de retour.

Par conséquent, lors de l'évaluation des conditions de fonctionnement réelles, le fait de se baser uniquement sur le courant du moteur peut conduire à des conclusions erronées sur le potentiel d'économie d'énergie. Il est essentiel de prendre en compte les données opérationnelles réelles, telles que la sélection de la capacité du système, les changements saisonniers et les variations de charge. La plupart des systèmes s'écartent des spécifications standard, subissant souvent de petites différences de température, des hauteurs de chute et des débits excessifs. L'utilisation de la technologie à fréquence variable peut permettre d'économiser le débit et la hauteur de chute excessifs, ce qui permet au système de fonctionner efficacement, de répondre aux exigences du système tout en minimisant la consommation d'énergie.

• Contrôle des systèmes de ventilation des serpentins

Chaque pièce est équipée d'un ventilo-convecteur (0,40 kW, 220V) avec une différence de température maximale de l'air de 10°C à 15°C (généralement 8°C). Le système de ventilo-convecteurs utilise l'eau et l'air pour transférer la chaleur de la charge intérieure, la majeure partie de la charge de refroidissement ou de chauffage étant assurée par le fluide frigorigène ou l'eau du fluide caloporteur du ventilo-convecteur. Les ventilateurs répondent principalement aux besoins de ventilation pour améliorer le confort de la pièce et gérer certaines charges de chauffage ou de refroidissement.

À l'origine, le fonctionnement du ventilateur était contrôlé manuellement à l'aide d'un commutateur à trois vitesses, mais une commande à fréquence variable a été mise en place. Après modification, les températures ambiantes, surtout en hiver, sont stables à 17°C ± 1°C, ce qui permet d'économiser en moyenne 80% de consommation d'énergie par rapport à un fonctionnement à fréquence fixe, soit plus de 60% de puissance nominale. En outre, les niveaux de bruit se sont considérablement améliorés.

• Contrôle du ventilateur de la tour de refroidissement

Les tours de refroidissement sont généralement équipées de deux ventilateurs et fonctionnent avec une commande de démarrage direct à pleine vitesse. Les deux ventilateurs tournent à pleine vitesse, ce qui ne permet pas de détecter efficacement l'effet de refroidissement et d'économiser de l'énergie dans des conditions de refroidissement naturel. En particulier, au printemps, en automne et en hiver, la commande manuelle ne peut pas réagir rapidement aux changements de température à la sortie de la tour de refroidissement, ce qui entraîne un gaspillage d'énergie.

Pendant la rénovation, les ventilateurs sont réglés pour démarrer à 35°C et s'arrêter à 30°C, la plage de 35°C à 30°C étant utilisée pour l'ajustement de la fréquence basé sur le contrôle de volume variable PID de la température. Les résultats des essais montrent que la consommation d'énergie avec le contrôle de volume variable est d'environ 40% par rapport au fonctionnement à fréquence fixe, ce qui permet d'éviter le gaspillage associé au contrôle manuel du démarrage et de l'arrêt. D'après les données issues de rénovations réussies de systèmes centraux de climatisation, les systèmes de tours de refroidissement permettent de réaliser des économies d'énergie de plus de 40%, certains systèmes dotés de réservoirs de tour de refroidissement de grande capacité permettant de réaliser des économies de plus de 50%.

Caractéristiques du système d'économie d'énergie par conversion de fréquence

L'interface du convertisseur de fréquence est dotée d'écrans LED avec des paramètres de surveillance complets et une présentation simple et conviviale.

Les capteurs de température/différentiel sont dotés d'un affichage numérique à double écran LED, ce qui facilite le réglage des paramètres de température et en facilite le contrôle.

Les convertisseurs de fréquence sont équipés de protections électroniques contre les surintensités, les surcharges, les surtensions et les surchauffes, ainsi que d'alarmes de défaillance étendues, qui protègent efficacement le système d'approvisionnement en eau.

L'installation de convertisseurs de fréquence permet aux moteurs d'effectuer des démarrages progressifs et des ajustements de vitesse en continu, ce qui réduit considérablement l'usure mécanique des pompes et des moteurs, prolongeant ainsi la durée de vie du système de tuyauterie.

Le système permet une régulation de la température en boucle fermée (PID), ce qui garantit des changements de température intérieure en douceur et améliore grandement le confort.

Conclusion

L'incorporation d'un convertisseur de fréquenceou entraînement à fréquence variable (EFV)La mise en place de systèmes de climatisation centralisée à l'aide d'un moteur à combustion interne marque une avancée significative dans la technologie des systèmes de chauffage, de ventilation et de climatisation (CVC). En adaptant la vitesse des moteurs aux fluctuations de la demande, ces systèmes améliorent l'efficacité énergétique, réduisent les coûts d'exploitation et prolongent la durée de vie des équipements. Alors que la technologie continue d'évoluer, le rôle des variateurs de vitesse dans les systèmes de chauffage, de ventilation et de climatisation est sur le point de devenir encore plus importante pour obtenir des solutions durables et efficaces en matière de contrôle du climat.