Comment fonctionnent les unités Rooftop ou RTU. Comme leur nom l’indique, les unités de toit, ou RTU en abrégé, sont situées sur le toit des magasins et des petits bâtiments commerciaux pour fournir de la climatisation à des zones définies.
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Il s’agit d’unités de conditionnement d’air groupées et elles sont populaires parce qu’elles sont simples, compactes, autonomes, tout en un, des unités CVC.
Le but d’une unité de toit est de distribuer l’air conditionné dans les zones définies d’un bâtiment. Les unités de toit sont connectées à des conduits qui fournissent un itinéraire défini pour l’air conditionné à parcourir.
Dans notre dernier tutoriel, nous avons examiné les centrales de traitement de l’air ou CTA. Je vous encourage à vérifier cela et à regarder le tutoriel vidéo, cliquez ici pour le voir. Si vous l’avez regardé, vous remarquerez que les unités sont très similaires. Les unités de toit sont un type de traitement de l’air, la principale différence est qu’elles sont généralement plus compactes et qu’elles sont toujours installées sur le toit. Elles doivent donc être plus robustes et plus résistantes aux intempéries pour faire face au soleil, à la pluie, à la neige, au vent, etc. De plus, les CTA sont souvent connectées à une installation centrale telle que des refroidisseurs et des chaudières pour fournir le chauffage et le refroidissement, mais les RTU sont autonomes et ont tout ce dont elles ont besoin dans une seule unité. C’est pourquoi on les appelle des climatiseurs monoblocs et nous allons regarder à l’intérieur de quelques unités modèles sous peu pour comprendre pourquoi.
Il existe de nombreux types d’unités Rooftop, et nous allons examiner quatre différentes versions typiques, en commençant par la plus basique. Cette première unité est uniquement de l’air frais, aucune recirculation ne se produit. Elle aspire 100 % d’air frais et le conditionne. L’air de retour est généralement évacué par un ventilateur d’extraction externe pour équilibrer la pression de l’air.
Pour commencer, nous avons le boîtier, celui-ci doit protéger tous les équipements mécaniques et électriques à l’intérieur de l’unité contre le soleil, le vent, la pluie, la neige, le gel, etc. Il y aura quelques panneaux d’accès intégrés à cela pour permettre aux ingénieurs d’accéder aux composants à l’intérieur et d’effectuer la maintenance.
À une extrémité, il y aura généralement un capot d’air. C’est là que l’air ambiant extérieur sera aspiré dans la machine. Le capot est formé de cette façon pour empêcher l’eau, la neige et les débris de pénétrer dans l’appareil. Il y aura généralement un filet en travers de l’entrée du capot d’air qui empêchera les animaux sauvages et les objets d’entrer, car cela provoquerait des blocages et endommagerait le ventilateur.
La prochaine chose que nous pourrions trouver sont des registres. Toutes les unités n’en sont pas équipées, mais les modèles plus récents en sont généralement dotés. Il s’agit essentiellement de feuilles de métal qui tournent ensemble. Ils s’ouvrent complètement pour permettre à l’air d’entrer dans l’unité ou ils se ferment pour sceller l’unité et empêcher l’air d’entrer ou de sortir. Certains peuvent varier leur position ouverte pour se situer quelque part entre complètement ouvert et complètement fermé, cela sera utilisé pour réguler la quantité d’air entrant dans l’unité depuis l’extérieur, surtout si la recirculation est utilisée et nous verrons cela plus tard dans la vidéo après ce modèle de base.
Après les registres, nous trouverons les filtres. Ceux-ci coulissent généralement hors de l’appareil par la porte de service. Leur but est de nettoyer l’air en capturant la saleté et la poussière qui sont contenues dans l’air frais extérieur entrant. Si nous n’avons pas de filtres installés alors le ventilateur, les échangeurs de chaleur, les composants mécaniques et les conduits vont être lentement recouverts par la poussière et son’ va réduire l’efficacité et le rendement de la machine et si trop s’accumule, cela va provoquer des pannes d’équipement après un certain temps.
Après les filtres, nous aurons des couronnes. Ces serpentins seront utilisés pour refroidir ou chauffer l’air en ajoutant ou en retirant de l’énergie thermique. En fonction de l’endroit du monde où se trouve la RTU et des conditions ambiantes auxquelles elle est confrontée, certaines unités seront uniquement de refroidissement, très occasionnellement elles seront uniquement de chauffage et certaines seront de chauffage et de refroidissement.
Si l’unité est uniquement de refroidissement alors elle aura typiquement une seule bobine connectée à une unité de réfrigération.
Si l’unité est uniquement de chauffage alors elle sera soit connectée à une pompe à chaleur, un brûleur à gaz ou un élément de chauffage électrique.
Si l’unité est de chauffage et de refroidissement, alors elle aura soit deux échangeurs de chaleur, où l’un sera un serpentin qui est connecté à une unité de réfrigération pour fournir le refroidissement et l’autre sera probablement un échangeur de chaleur tubulaire connecté à un brûleur à gaz ou un élément chauffant électrique pour fournir le chauffage.
Alternativement, une unité pourrait fournir à la fois le chauffage et le refroidissement en utilisant un seul serpentin qui est connecté à une pompe à chaleur. Nous avons couvert les pompes à chaleur dans une vidéo précédente, cliquez ici pour la voir.
La plupart des unités utiliseront un système de réfrigération pour fournir du refroidissement. Le compresseur, le condenseur, le ventilateur et les commandes sont généralement situés à l’arrière de l’unité ou sur le côté pour rejeter la chaleur et la maintenir éloignée de l’admission et de l’air conditionné à l’intérieur de l’unité.
Si vous voulez en savoir plus sur les différents types d’échangeurs de chaleur utilisés et leur fonctionnement, consultez notre autre vidéo sur les échangeurs de chaleur CVC, en cliquant ici.
Après les serpentins, nous trouverons ensuite le ventilateur. Il s’agit généralement d’un ventilateur de type centrifuge à entraînement par courroie mais il peut aussi s’agir d’un ventilateur de type EC qui sont plus économes en énergie. Le ventilateur tire l’air de l’extérieur puis à travers les registres, les filtres et les serpentins et il va ensuite pousser cet air dans les conduits pour être distribué dans le bâtiment.
C’est notre type le plus basique d’unité Rooftop. Alors que pourrions-nous trouver d’autre ?
Certaines unités pourraient recirculer l’air interne à travers un système de gaines de retour. Cela permet d’économiser de l’énergie, surtout en hiver lorsque l’air extérieur est très froid et que l’air de retour est chaud. Nous pouvons utiliser cela pour réduire la charge de chauffage en mélangeant un peu d’air de retour chaud avec l’air frais froid d’admission.
Dans cette conception, nous trouvons un registre de retour d’air dans l’unité. Il fonctionnera en synchronisation avec le registre d’admission et les deux varieront leur position pour modifier le mélange de la quantité d’air frais et de la quantité d’air de retour qui passe par l’unité. Il y aura toujours une certaine quantité d’air frais entrant dans ce type de système, sinon le bâtiment se remplira simplement de dioxyde de carbone et créera une atmosphère malsaine. Lorsque le clapet s’ouvre, l’aspiration du ventilateur fait entrer l’air par les conduits. Lorsque le clapet se ferme, aucun air ne sera aspiré.
Une autre version que nous rencontrerons, et ce type est très commun. Dans cette conception, nous avons à nouveau le registre de retour d’air, mais cette fois, une partie ou la totalité de l’air peut être rejetée dans l’atmosphère. La température de l’air extérieur et de l’air de retour, et parfois le niveau de CO2 de l’air de retour, dicteront la quantité d’air qui sera rejetée et celle qui sera mélangée et recirculée. Dans ce type d’unité, lorsque la température de l’air extérieur est inférieure ou proche de la température intérieure souhaitée, 100% de l’air frais peut être soufflé dans le bâtiment et aucun ne sera recyclé, tout sera rejeté au fur et à mesure que la demande de refroidissement est satisfaite, on parle de cycle de refroidissement libre ou de cycle économiseur côté air.
La dernière version que nous allons examiner comporte une roue thermique intégrée à l’unité. Ce système est de plus en plus populaire avec le besoin croissant d’efficacité énergétique dans les bâtiments pour réduire les émissions de CO2 mais aussi les coûts d’énergie et de services publics.
Cette unité attire d’abord l’air par la hotte, la quantité d’air entrant est contrôlée par le registre. L’air passe ensuite à travers un filtre pour attraper la poussière et la saleté et protéger la surface de la roue thermique, il passe ensuite à travers la roue thermique. La roue thermique est un échangeur de chaleur rotatif qui récupère la chaleur ou la fraîcheur perdue de l’air de retour et la transfère à l’air frais entrant sans que les deux flux d’air ne se mélangent. Ces roues de chaleur ne sont pas complètement étanches à l’air, donc un peu de mélange d’air se produira.
La roue de chaleur est utilisée pour compenser la demande de chauffage et parfois de refroidissement lorsque les conditions sont bonnes, ce qui permet d’économiser de l’énergie et des coûts de services publics. Après la roue thermique, l’air passe par un autre filtre. Juste avant le filtre, nous avons un clapet sur le flux d’air de retour. Cela nous permet de faire recirculer une partie de l’air de retour dans l’air frais et la quantité est modifiée à l’aide des clapets. Tous les rtu à roue de chaleur n’ont pas cette fonction, certains n’utilisent que l’air frais à 100% en entrée et en sortie. S’il n’a pas l’option de recirculation alors l’unité ne disposera probablement pas de ce deuxième banc de filtres.
Après cela, l’air circulera à travers les échangeurs de chaleur qui chauffent ou refroidissent l’air à la température souhaitée.
Le ventilateur distribuera ensuite l’air dans le bâtiment via les gaines aux endroits désignés.
L’air de retour est ensuite ramené dans la RTU par les gaines de retour. Une fois qu’il est rentré dans la RTU, il a la possibilité soit de recirculer une partie de l’air dans l’entrée d’air frais, sinon il passera tout à travers un filtre et ensuite à travers la roue thermique pour capturer la chaleur perdue.
Après la roue thermique, nous pourrions trouver un ventilateur d’extraction sinon la pression causée par le ventilateur d’alimentation principal peut être utilisée pour forcer l’air à sortir, dans certaines conceptions.
L’air passe ensuite par le registre d’extraction qui sert à faire varier le volume de mélange d’air de reprise ainsi que la pression à l’intérieur du bâtiment, après cela il passe par une grille qui empêche juste les objets et les animaux sauvages de pénétrer dans l’unité où ils seront ensuite éjectés du système dans l’atmosphère.
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