Déshumidificateurs autonomes HRC

HRC – Climatiseurs déshumidificateurs autonomes à haut rendement pour piscines intérieures

Les climatiseurs HRC de Borealis sont des pompes à chaleur autonomes conçues pour être utilisées comme climatiseurs déshumidificateurs pour piscines intérieures.

Ces appareils se composent d’une unité de refroidissement par pompe à chaleur couplée à une unité de traitement de l’air à récupération d’énergie statique et à haut rendement. La section de traitement de l’air est équipée d’un système de régénération pour le récupérateur et le circuit de la batterie. Les unités HRC comprennent un système de contrôle programmable complet, personnalisable par l’utilisateur, avec communication Modbus et IP.

Description


QUELS SONT LES USAGES DES UNITÉS HRC

Les unités HRC sont conçues pour le conditionnement thermique, hygrométrique et sanitaire de l’air dans les enceintes de piscines intérieures.
Les unités HRC se caractérisent par leur autonomie totale tout au long du processus de déshumidification et de chauffage de l’enceinte de la piscine intérieure, et n’ont pas besoin de systèmes thermiques auxiliaires ou d’autres pompes à chaleur de soutien pour accomplir leur fonction.

Les unités HRC sont capables d’accomplir leur fonction de déshumidification à travers trois systèmes différents et complémentaires :
a) réfrigération via son évaporateur ; b) échange de chaleur dans les récupérateurs, et c) remplacement par de l’air extérieur. La coopération des trois systèmes offre une grande capacité de séchage avec une consommation minimale.

De plus, et aussi important que ce qui précède, il convient de noter que la disposition des éléments internes de l’HRC est conçue pour maximiser les performances, car l’évaporateur fonctionne principalement avec de la chaleur latente.
Ce sont des machines conçues autour de l’efficacité thermique : obtenir des performances maximales avec une consommation d’énergie minimale. Elles ont également été conçues pour être durables et faciles à entretenir à un coût raisonnable.

BESOIN D'UNE APPROCHE PLUS EFFICACE POUR LA DÉSHUMIDIFICATION DES PISCINES INTÉRIEURES

La piscine intérieure, un bâtiment à consommation énergétique particulièrement élevée

Comme les exploitants de piscines intérieures le savent très bien, le coût énergétique de ce type d’installations est très élevé. Les besoins annuels en énergie d’une piscine municipale typique, par exemple, sont d’environ un million de kilowattheures, ce qui équivaut à la consommation énergétique de 100 foyers typiques.
Contrairement à ce qui peut sembler au premier abord, le poste de dépense le plus important dans ces établissements est le chauffage de l’air, et non le chauffage de l’eau ou la déshumidification. Cela a du sens : un grand espace, généralement avec une grande surface vitrée et à une température de 28 à 30 °C, présente des pertes hivernales très élevées.

D’autre part, l’abandon progressif des systèmes de chauffage à combustion au profit de ceux basés sur les pompes à chaleur est inéluctable. L’électricité, qu’elle soit générée par des technologies actuelles (centrales thermiques, nucléaires ou renouvelables) ou futures (réacteurs à fusion, hydrogène), est destinée à devenir la seule source d’énergie du futur dans le domaine du conditionnement d’air.

L’approche de Borealis au problème du contrôle climatique des piscines intérieures a toujours été axée sur l’obtention de l’efficacité globale la plus élevée possible. Borealis a été pionnier dans notre pays en intégrant des systèmes frigorifiques régénératifs dans les pompes à chaleur déshumidifiantes, réalisant des économies de plus de 35 % par rapport à la technologie précédente. De même, le système de déshumidification gratuite par injection d’air extérieur est présent dans les gammes Borealis depuis des décennies.

Maintenant, Borealis franchit une nouvelle étape dans le domaine de l’efficacité énergétique en lançant la gamme HRC de déshumidificateurs autonomes, où l’efficacité s’étend à l’unité de réfrigération en intégrant une pompe à chaleur dédiée au chauffage de l’enceinte de la piscine et à la déshumidification active. De cette manière, les unités HRC ont été conçues comme des machines autonomes haute efficacité spécialisées dans le contrôle climatique des piscines intérieures, et présentent les principales caractéristiques suivantes :

  • Pompe à chaleur intégrée, qui fournit l’énergie thermique pour le contrôle climatique de l’enceinte de la piscine.
  • Une section de traitement de l’air fabriquée selon la norme UNE-EN 1886, c’est-à-dire avec les mêmes paramètres que les climatiseurs.
  • Un système de déshumidification passive par séchage gratuit, mais aussi une section de déshumidification active effectuée par un évaporateur, alimenté par la pompe à chaleur intégrée.
  • Un échangeur de chaleur air-air haute performance (plus de 73 % conforme à ErP 2018) qui récupère non seulement l’énergie de l’air extrait avec une efficacité très élevée, mais joue également un rôle actif dans la déshumidification, comme décrit ci-dessous.
  • Une disposition des éléments du système qui optimise les performances de l’unité, en maximisant le fonctionnement en mode chaleur latente de la batterie frigorifique.
  • Un circuit d’air qui permet un flux optimal d’air soufflé, de retour, de recyclage et d’air extérieur dans chaque situation (recyclage total, partiel, ouverture complète…).
  • Un système de contrôle parfaitement intégré responsable de maintenir l’équilibre des diverses fonctions de l’unité dans chaque condition climatique et à chaque point de fonctionnement.

QUELS ÉLÉMENTS COMPOSENT UNE UNITÉ HRC

Les unités HRC, comme tout l’équipement fabriqué par Borealis, peuvent être personnalisées avec les éléments requis par le client, à condition qu’ils puissent être installés techniquement. D’autres possibilités non décrites précédemment incluent :

  • Construction modulaire au lieu de compacte.
  • Débit et pression disponibles dans le circuit intérieur différents des standards.
  • Tension différente des standards.
  • Intégration dans des systèmes de contrôle différents des standards.
  • Etc.

SYSTÈMES DE CONTRÔLE

Les unités HRC sont livrées de série avec un contrôle iPro, programmé directement par Borealis pour cette application spécifique.

L’iPro est un matériel fabriqué par le groupe Emerson avec contrôle proportionnel et communication IP et MODBUS intégrée. Il intègre un serveur web avec une page où les paramètres de fonctionnement de la machine peuvent être consultés et modifiés directement. Il peut être connecté directement au routeur du bâtiment sans aucun coût supplémentaire autre que le câble de connexion et peut être surveillé à partir de n’importe quel ordinateur ou appareil mobile (téléphone, tablette, etc.)

Le logiciel est conçu et implémenté sur mesure par Borealis, nous permettant un contrôle total du processus et permettant des améliorations et mises à jour continues et agiles. De plus, il inclut un enregistrement des paramètres de fonctionnement utiles pour diagnostiquer d’éventuelles pannes.

L’électronique contrôle :

  • La température et l’humidité intérieures de l’enceinte.
  • Le fonctionnement de l’unité de réfrigération.
  • Le débit minimum d’air extérieur et celui utilisé pour la déshumidification par remplacement avec de l’air extérieur via des lectures d’humidité absolue.
  • Les priorités de fonctionnement de l’air extérieur – séchage par batteries – séchage par échange croisé dans les récupérateurs.
  • Le contrôle constant du débit des ventilateurs, en variant en fonction du niveau de saleté des filtres avec une alarme de filtre sale programmable.
  • Bypass du récupérateur pour le refroidissement gratuit.
  • Calendrier et horaire de fonctionnement.
  • Modes de fonctionnement personnalisables par le client.
  • Etc.

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Chez Borealis, nous pouvons vous offrir une large gamme de solutions et d’équipements pour le contrôle climatique des piscines et les économies d’énergie

PRINCIPAUX MODES DE FONCTIONNEMENT

RECIRCULATION AVEC DÉSHUMIDIFICATION

En mode de recirculation, la condensation de l’eau se produit à la fois dans la batterie froide et dans le récupérateur air-air en raison de l’échange entre l’air chaud et humide provenant de la piscine et l’air froid venant de la batterie elle-même.

Ce mode de fonctionnement ne pourrait se produire que lorsque la piscine est inoccupée, par exemple pendant la nuit, car avec un local occupé, il y aura toujours un apport d’air extérieur.

De plus, c’est dans ce mode que nous fournissons la capacité de séchage dans des conditions cataloguées, permettant de comparer avec les déshumidificateurs conventionnels.

DÉSHUMIDIFICATION AVEC MÉLANGE, SAISON HIVERNALE

En mode de mélange, la condensation de l’eau se produit dans le récupérateur air-air, comme dans le cas de la recirculation, mais en plus, une certaine quantité d’air extérieur est introduite. Pendant la majeure partie de l’année, cela contribue à la capacité de séchage, car l’humidité absolue de l’air extérieur est généralement inférieure à celle de l’intérieur du local.

Les vannes régulent la quantité d’air extérieur qui permet de sécher correctement le local grâce à leur ouverture proportionnelle. Le pourcentage d’air extérieur peut atteindre 100 %, selon l’humidité absolue et l’enthalpie intérieure et extérieure, mais on essaie toujours de la réduire au minimum pour économiser un maximum d’énergie de chauffage.

De plus, il y aura toujours un débit minimal d’air extérieur pour assurer la qualité de l’environnement intérieur. Ce débit minimal peut être fixe et prédéfini, ou bien déterminé par une sonde de CO2.

Pendant la période hivernale, il n’est généralement pas nécessaire que la batterie évaporatrice participe au séchage, car l’humidité spécifique extérieure est faible et un débit partiel de mélange suffit généralement pour sécher.

100% AIR EXTERIEUR

Ce mode de fonctionnement implique un échange d’air avec l’extérieur à 100 %. Il peut arriver que le contrôle électronique décide que la combinaison du mode de mélange décrit précédemment est moins efficace que de prendre 100 % d’air extérieur, auquel cas ce mode est activé. Cela pourrait également se produire lorsqu’il y a une commande de la sonde de qualité de l’air (optionnelle) indiquant une concentration excessive de CO2 dans l’environnement.

De nombreux fabricants fournissent la capacité cataloguée dans ce mode de fonctionnement, avec un pourcentage plus ou moins élevé d’air extérieur dans des conditions de température et d’humidité déterminées par le fabricant ou par des normes, comme la norme allemande VDI 2089.

La participation de la batterie frigorifique peut avoir lieu ou non, selon les conditions d’humidité dans le flux d’impulsion et dans l’environnement de la salle de piscine.

DÉSHUMIDIFICATION AVEC MÉLANGE, SAISON CHAUDE

Ce mode de fonctionnement peut survenir lorsque l’humidité spécifique extérieure est élevée. Alors, le débit d’air extérieur, au lieu d’aider à la déshumidification, nuit au processus, de sorte qu’il est réduit au minimum fixé par programmation ou par la sonde de CO2.

Les besoins de déshumidification dans ce cas seraient couverts par la batterie de réfrigération, qui est positionnée de manière à pouvoir aspirer l’air depuis la sortie des récupérateurs (système régénératif) pour maximiser le rendement du séchage, mais aussi depuis l’entrée d’air extérieur afin de sécher cette partie de l’air du processus.

Le passage par le récupérateur air-air restitue la chaleur cédée par l’air de retour.

REFROIDISSEMENT AVEC DÉSHUMIDIFICATION

Ce mode de fonctionnement est standard dans les équipements Borealis HRC. L’objectif est de réduire la température excessive qui peut survenir dans certains locaux de piscines pendant l’été.

La fonction de refroidissement par défaut recirculera l’air du local, sauf pour le débit minimal de renouvellement. De cette manière, l’équilibre entre déshumidification et puissance frigorifique nette intérieure est optimal. Déshumidifier à l’aide d’air extérieur en été est possible, selon le climat, mais dans ces cas, on obtient généralement moins de puissance frigorifique nette.

CHAUFFAGE AVEC APPORT D'AIR EXTERIEUR

Fonction de chauffage dans laquelle la machine entrera lorsque le point de consigne d’humidité sera atteint et qu’il y aura besoin de chaleur dans le local. La machine fournira de la puissance calorifique et réalisera le renouvellement d’air programmé par le client, ou indiqué par la sonde de qualité de l’air, si elle est installée.

Ce mode peut également être sélectionné manuellement.

RECIRCULATION MODE CHALEUR

Mode de fonctionnement adapté au maintien de la température à des moments où la piscine est inoccupée et ne nécessite ni apport d’air extérieur ni fonctionnement de la batterie froide pour la déshumidification.

MODE HAUT DÉBIT (OPTIONNEL)

Parfois, la configuration du local de la piscine nécessite un débit supérieur à celui fourni de série par la HRC sélectionnée. Dans ces cas, il est possible d’augmenter le débit d’impulsion et de retour avec un by-pass optionnel entre les deux.

Le fonctionnement est pratiquement le même que dans les cas précédents, avec la différence que le débit intérieur est augmenté grâce à des ventilateurs plus puissants et au by-pass impulsion-retour. De cette manière, un débit supérieur peut être obtenu dans le local afin de garantir un taux d’air (mouvements/heure) adéquat, sans avoir à installer un système de séchage plus puissant.

TECHNOLOGIES UTILISÉES PAR LE HRC

Exemples de configurations courantes des équipements AB

DÉSHUMIDIFICATION PAR ÉCOULEMENT CROISÉ

Outre leur fonction en tant que récupérateurs d’énergie, les échangeurs air-air équipant l’unité HRC ont deux fonctions supplémentaires : la réduction du besoin de puissance frigorifique sensible à l’entrée de la batterie froide, décrite plus loin, et la capacité de déshumidification par écoulement d’air croisé.

Il est bien connu que le croisement de deux flux d’air dans l’échangeur produit de la condensation d’eau si la température de l’un d’eux descend en dessous de son point de rosée. En fait, il est nécessaire de prévoir cette situation lors de l’installation d’échangeurs, par exemple dans une UTA, et de disposer un bac de condensat sous eux.

Plus la différence de température entre les flux d’air est grande et plus l’efficacité du récupérateur est élevée, plus le séchage produit sera important.

Les HRC exploitent cette circonstance pour augmenter leur rendement. Les récupérateurs et la batterie froide sont disposés de manière à ce que le croisement des flux d’air se fasse entre l’air de la piscine et l’air sortant de la batterie froide, c’est-à-dire l’air le plus froid de la machine. De cette façon, la déshumidification produite est augmentée dans les échangeurs.

RÉDUCTION DU BESOIN DE PUISSANCE FRIGORIFIQUE SENSIBLE POUR LE SÉCHAGE FRIGORIFIQUE

Les déshumidificateurs conventionnels n’utilisent que l’évaporateur du groupe frigorifique pour réduire la température de l’air de retour et provoquer la condensation de l’eau et le séchage consécutif de l’air.

Le point de rosée de l’air à 28 °C et 65 % d’humidité relative est de 20,8 °C et son humidité spécifique est de 15,5 g/kg, et à partir de ce point, la température de l’air doit être réduite jusqu’à obtenir la condensation souhaitée.

La puissance requise pour amener la température de l’air de retour au point de rosée, dans le cas d’une déshumidificatrice conventionnelle, doit être fournie par l’évaporateur et donc les compresseurs, consommant de l’énergie.

Cependant, l’échange air-air décrit précédemment a pour deuxième conséquence que l’air entrant dans la batterie froide est déjà au point de rosée ou même en dessous, de sorte que simplement le croisement des flux dans les échangeurs réduit la température de 28 °C à 20,8 °C, presque sans consommation d’énergie.

Cette seule puissance sensible représente 1,2 x 0,28 x (28 – 20,8) ≈ 2,42 kW thermiques par mètre cube d’air, soit 48,4 kW dans le cas d’une HRC-200 avec 20 000 m³/h d’air comparée à un équipement conventionnel. L’économie annuelle sur 5 000 heures de fonctionnement à 0,20 €/kWh serait de plus de 16 000 euros.

 

RÉCUPÉRATEURS DE TRÈS HAUTE EFFICACITÉ

Les récupérateurs statiques air-air équipant les unités HRC sont dimensionnés pour 100 % du débit et avec une efficacité minimale de 73 % à sec et dans des conditions ErP 2018. Cependant, le processus de séchage qui a lieu dans l’échangeur lui-même représente un travail utile et une économie d’énergie, de sorte que le rendement réel de l’échangeur est total (sec plus humide), dépassant 85 % dans des conditions standard.

Outre l’utilisation des récupérateurs comme complément à la déshumidification dans le flux d’air provenant de la piscine déjà décrit, ces échangeurs ont une deuxième fonction très importante : restituer la chaleur prélevée de l’air de retour à l’air de mélange, ainsi que préchauffer l’air de ventilation pris à l’extérieur.

SÉCHAGE AVEC APPUI DE L'AIR EXTÉRIEUR

Un mélange d’air intérieur/extérieur injecté dans l’enceinte de la piscine est capable d’absorber une partie de la masse d’eau générée à l’intérieur, tant que l’humidité spécifique de l’air injecté est inférieure à celle de l’enceinte d’une valeur qui dépend du débit d’air et de l’humidité spécifique de l’environnement. Il peut même absorber toute la masse d’eau générée si le débit est suffisant et que l’humidité spécifique extérieure est suffisamment basse.

Nous pouvons affirmer qu’il est pratiquement possible de déshumidifier totalement ou partiellement avec de l’air extérieur pendant plus de 90 % des 8 760 heures d’une année dans toute l’Espagne.

Il est évident que l’introduction d’air extérieur peut avoir un effet négatif sur la température de l’air des locaux pendant la période froide. Par conséquent, l’utilisation de ce système doit être basée sur l’incorporation d’un système de récupération de chaleur haute efficacité, ainsi que sur l’intervention d’un système de contrôle chargé de réguler l’introduction d’air extérieur en fonction du moindre coût énergétique.

Les unités HRC utilisent l’air extérieur comme principal agent déshydratant aux moments où son humidité spécifique est inférieure à celle de l’ambiance de la piscine, en l’injectant à travers leur récupérateur air-air haute efficacité, de manière à ce que la faible dépense en déshumidification compense les pertes minimes de chaleur de l’air expulsé. Le système de contrôle numérique intégré effectue cette fonction automatiquement, en variant proportionnellement le débit apporté en fonction des conditions extérieures.

 

Dans ce graphique, l’état de l’air a été représenté pour chacune des 8 760 heures annuelles dans les conditions climatiques de référence pour le CTE de la zone B4 (Alicante, Huelva, Cordoue, Séville…). Comme on peut le constater, dans ces zones, qui sont parmi les plus humides d’Espagne, la déshumidification par air extérieur est possible totalement ou partiellement tout au long de l’année.