10 points relatifs au système hydraulique des installations frigorifiques
9.4 Régulation du côté évaporateur
La puissance du compresseur est régu-lée en fonction de la température de sor-tie de l’évaporateur (TF-Sor). Si la valeur réelle de la TF-Sor est supérieure à la va-leur de consigne, la puissance du com-presseur est augmentée et vice versa.
Pour permettre à la régulation de la puis-sance du compresseur de réagir plus ra-pidement aux changements, la tempéra-ture d’entrée de l’évaporateur (TF-Ent) est souvent utilisée comme variable auxi-liaire.
Le choix du mode de régulation dépend de l’écart admissible. Le suivi de la tem-pérature s’effectue en ajustant la puis-sance du compresseur en continu (avec un CF) ou par paliers. (p. ex. une régula-tion à 4 étages pour l’eau glacée 14/8 °C, correspondant à une différence de 1,5 K par étage).
Régulation de la température de sor-tie (côté évaporateur)
La régulation de la température à la sor-tie de l’évaporateur est principalement utilisée dans les systèmes avec régula-tion progressive de la puissance car il y a un contrôle rétroactif: après avoir modi-fié la spécification de la puissance du compresseur, la température de sortie de l’eau glacée (TF-Sor) change.
Caractéristiques spécifiques – Faible déviation de la régulation par
rapport à la valeur de consigne1 – Sensible aux fluctuations de
tempéra-ture à la sortie de l’évaporateur. En particulier pour les systèmes ayant une petite «capacité de stockage (de froid) de l’évaporateur».
Commande de la puissance
Dans les installations avec commutation EN/HORS des compresseurs indivi-duels, l’installation frigorifique est avan-tageusement contrôlée en fonction de la température d’entrée de l’évaporateur.
Dans ce cas, le réseau hydraulique d’eau glacée – grâce à sa teneur en eau – a un effet d’amortissement. Par conséquent, le compresseur se met en marche et s’arrête moins souvent – ou a des pé-riodes de fonctionnement et d’arrêt plus longues.
Avec une solution incluant une mesure de la température à la sortie de l’évapo-rateur, en revanche, la température chute immédiatement après la mise en marche d’un étage de compresseur – ce qui peut conduire au redémarrage de l’étage et ainsi augmenter la fréquence de commutation.
En option, il est possible de prévoir une limitation de la température de sortie.
Caractéristiques spécifiques:
– Le réseau de froid a un effet d’amortis-sement
1 Un régulateur PI (régulateur proportionnel-in-tégral) est utilisé à cet effet. Cela permet de ré-gler exactement la valeur de consigne sans dé-viation de la régulation.
+
Illustration 9.7:
Régulation de la température de
sor-tie de l’évaporateur, compresseur avec régulation progres-sive de la puissance (20 à 100 %).
Illustration 9.8:
Commande de la température d’entrée de l’évaporateur.
TF-Sor Température de sortie de l’évaporateur W Valeur de consigne (valeur par défaut
sur le régulateur)
TF-Ent Température d’entrée de l’évaporateur W Valeur de consigne (valeur par défaut
sur le régulateur)
– Présente un plus grand écart de régu-lation, surtout si la différence entre les températures de condensation et d’évaporation est faible. Dans ce cas, la puissance du compresseur aug-mente, ce qui entraîne une plus grande différence de température par palier de puissance.
Combinaison de la régulation de la température d’entrée et de sortie Lorsqu’une régulation plus précise de la température de l’eau glacée est néces-saire pour les systèmes à forte demande, la régulation de la puissance peut être complétée par une modulation pour le maintien de la valeur de consigne.
Dans ce cas, la puissance est régulée en fonction des températures de sortie et d’entrée de l’évaporateur. La limitation de la température d’entrée de l’évapora-teur garantit le respect de la valeur de consigne. Lorsque cette valeur est dé-passée dans le réseau, la vanne de mé-lange s’ouvre davantage en fonction de la limitation de la température d’entrée dans la position de déviation. Cela en-traîne une baisse de la température de sortie de la machine frigorifique. Lorsque la valeur de consigne est atteinte, la
vanne est ouverte pleinement. Cette op-tion permet de réduire les perturbaop-tions causées par le dépassement de la tem-pérature de consigne dans le réseau.
Elle est complétée par une régulation permettant de limiter la température d’entrée de l’évaporateur.
Remarque relative au côté évaporateur Le circuit de mélange (vanne à 3 voies) est recommandé pour le système avec accumulateur et pour les installations où la température souhaitée de sortie de l’évaporateur doit être maintenue à tout moment. Cela s’applique également au démarrage de la machine frigorifique lorsque la température du réseau est élevée (p. ex. après le week-end). L’ins-tallation du circuit de mélange entraîne toutefois des coûts supplémentaires.
Comme alternative un peu moins coû-teuse, il est possible de réduire le débit volumique à une température d’entrée élevée de l’évaporateur au moyen d’une pompe à vitesse contrôlée afin d’obtenir le même effet. Toutefois, cette variante ne peut être réalisée qu’avec l’accord du fournisseur de la machine. Ces considé-rations s’appliquent également au côté condenseur.
Limitation de la température maxi-male à l’entrée de l’évaporateur (R4) La limitation maximale permet d’éviter des températures de sortie trop élevées à la sortie de l’évaporateur ainsi que d’éventuels dysfonctionnements lors du démarrage de la machine frigorifique. Il faut clarifier avec le fournisseur de la machine frigorifique quelle est la tempé-rature maximale admissible de l’entrée d’eau de l’évaporateur et pendant com-bien de temps elle peut être dépassée.
Cette limitation est particulièrement né-cessaire pour:
– Circuit de l’accumulateur, afin qu’il soit chargé à une température régulière.
– Installations avec une grande quantité d’eau glacée: le problème se pose ici lors du démarrage de l’installation avec des températures moyennes élevées (20 à 25 °C) après un arrêt prolongé.
Illustration 9.9:
Combinaison de la régulation de la
tem-pérature d’entrée et de sortie.
R3 Régule la puissance en fonction de la température d’entrée et de sortie de l’évaporateur.
R4 Régulateur pour la limitation de température
TF-Sor Température de sortie de l’évapora-teur
TF-Ent Température d’entrée de l’évapora-teur
TCF-Dép Limitation de la température de sortie vers le réseau d’eau froide W Valeur de consigne (valeur par
défaut sur le régulateur)
Exemple 1: Régulation séquentielle de la puissance de la machine frigori-fique par le biais du débit volumique.
Pour les systèmes avec des débits volu-miques variables via l’évaporateur, il faut respecter les spécifications des fabri-cants. La plupart d’entre eux n’autorisent qu’une réduction maximale du débit vo-lumique de 30 %. Cela est dû au fait que le transfert de chaleur dans les échan-geurs à plaques change avec un débit volumique considérablement réduit. Il en résulte des conditions de fonctionne-ment incontrôlables.
Exemple 2: Débit volumique
«consigne»: fixé par le système de niveau supérieur
La régulation de niveau supérieur (p. ex. la gestion technique du bâtiment) spécifie le débit volumique en fonction des condi-tions hydrauliques et du besoin de puis-sance (VGTB). En outre, le débit volumique est réduit lorsque la température de sor-tie de consigne (TF-Sor) est dépassée.
Dans la pratique, il a été démontré que la gestion technique du bâtiment (GTB) de-vrait idéalement signaler uniquement le besoin à la machine frigorifique. Il faut éviter que la GTB intervienne directe-ment dans la régulation de la machine (p. ex. en spécifiant la puissance de re-froidissement requise). La machine doit toujours s’autoréguler.
Le système décrit ci-dessus – en parti-culier la spécification par la GTB – doit donc être bien pris en compte afin d’évi-ter les problèmes lors de l’exploitation de l’installation. Cette solution impose des exigences plus élevées tant au planifica-teur qu’à l’installaplanifica-teur.
Décalage de la valeur de consigne après l’augmentation de la tempéra-ture de sortie de l’évaporateur
Lorsque la température de sortie de l’éva-porateur est augmentée, par exemple de 2 K, les valeurs de consigne pour la tem-pérature d’entrée de l’évaporateur et du condenseur, ainsi que diverses autres va-leurs – telles que les températures de stockage dans le régulateur de niveau supérieur – doivent également être aug-mentées simultanément de 2 K.
Il est donc judicieux de fonctionner avec un ∆T à la valeur de base définie dans chaque cas et d’y associer toutes les autres valeurs de consigne. La mise en œuvre de cette option dans la phase de planification n’entraîne qu’un surcoût mi-nime. En revanche, une adaptation ulté-rieure du logiciel sera plus coûteuse.
Remarque relative à la commande des pompes
La pompe et la surveillance de la tempé-rature de l’évaporateur sont régulées de manière à fonctionner après l’arrêt du compresseur et à évacuer le «froid rési-duel» (cela s’applique surtout aux évapo-rateurs noyés).
Régulation de la puissance en combi-naison avec un débit volumique va-riable
En cas d’utilisation d’une pompe à vi-tesse de rotation régulée du côté de l’évaporateur, plusieurs variantes de combinaison sont possibles. Deux exemples sont donnés ci-dessous:
w Illustration 9.10:
Régulation assurant une température de sortie constante (TF-Sor). Afin de
main-tenir la température de sortie constante, on règle d’abord la puissance du com-presseur, puis le dé-bit volumique en sé-quence (l’un après l’autre), si le
fournis-seur de froid le per-met (R9).
Illustration 9.11:
Régulation de la température de sor-tie combinée au point de consigne de l’automation du bâti-ment (R9).
Limitation de la température minimale à l’entrée du condenseur (R5)
La limitation de la température minimale à l’entrée du condenseur empêche que celle-ci soit trop basse. Une différence minimale doit être assurée entre la pérature de condensation Tc et la tem-pérature d’évaporation T0.
La différence de température minimale (Tc – T0) doit être clarifiée avec le fournis-seur de la machine. Elle est souvent de 12 à 15 K, dans des cas exceptionnels environ 10 K. Cela signifie que lorsque la température de sortie de l’évaporateur est élevée, la température d’entrée du