Climatisation : « Bundled Water Solution », l’offre de York pour remplacer le DRV
Johnson Controls York distribue dans toute l’Europe depuis peu, une solution à base d’eau glacée capable de remplacer les mini-DRV et les DRV
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Le DRV (Débit de Réfrigérant Variable) est une solution de climatisation à détente directe, centralisée. Depuis 20 ans, le DRV a connu une popularité croissante au détriment des systèmes à eau glacée, principalement en raison de sa souplesse d’installation et de ses performances thermiques, notamment en ce qui concerne les systèmes dits « 3 tubes », conçus pour la récupération de chaleur.
Mais voilà, le Règlement européen F-Gaz est passé par là. Il vise à réduire l’impact des fluides frigorigènes sur le réchauffement planétaire en organisant une réduction graduelle (Phase down) de l’effet des fluides frigorigènes sur l’effet de serre.
Cet impact est exprimé par le GWP (Global Warming Potential) ou PRP (Potentiel de Réchauffement Planétaire) : plus il est élevé, plus l’effet du fluide considéré est potentiellement important. Les DRV utilisent principalement du R410A. Son GWP atteint 2100, ce qui le condamne à moyen terme.
L’idée de Johnson Controls York : imiter le DRV, mais en eau glacée
Les fabricants de DRV et de mini-DRV s’orientent pour l’instant vers un remplacement du R410A par le R32 dans leurs systèmes. Le R32 présente un GWP de 675. Bien inférieur à celui du R410A, mais cependant encore trop élevé puisque le Règlement F-Gaz vise un GWP moyen des fluides utilisés dans le parc des appareils de climatisation installés de 400 seulement à l’horizon 2030.
Le R32 est donc une solution de transition et il présente l’inconvénient supplémentaire d’être classé A2L ou légèrement inflammable. Ce qui a conduit la France et d’autres pays dans le monde à exiger des mesures de sécurité particulières pour avoir le droit d’installer des systèmes au R32 dans les bâtiments recevant du public, par exemple. Le remède considéré comme universel, mais jusqu’à présent peu pratique, consiste à revenir à des solutions de climatisation basées sur l’eau glacée, dans lesquelles le fluide est confiné dans les groupes de climatisation, tandis que seule de l’eau circule dans le bâtiment.
Johnson Controls, qui est devenu en quelques années un groupe important en climatisation et réfrigération dans le monde, grâce à l’acquisition de York, de Sabroe, … et à une joint-venture avec Hitachi, a développé une nouvelle solution eau glacée sous sa marque York. Baptisée « Bundled Water Solution » (BWS), elle est commercialisée à travers toute l’Europe depuis quelques semaines.
L’idée consiste à imiter les différents aspects d’une installation DRV : multiplicité des types d’unités intérieures, thermostats numériques pour piloter chaque unité intérieure, bus de terrain pour connecter toutes les unités intérieures et les thermostats, pompes à chaleur réversibles air/eau cascadables, …
BWS est composé de pompes à chaleur, de contrôleurs utilisant des protocoles de communication ouverts et de ventiloconvecteurs de divers types. ©Johnson Controls York
Les pompes à chaleur réversibles YORK AMICHI – S
Le cœur du système BWS est la pompe à chaleur air/eau AMICHI-S Series – YVAG qui porte un nom compliqué comme souvent chez les fabricants de climatisation, mais ce sont des Pac réversibles disponibles en 4 puissances de 11,2 à 18 kW en froid et de 12,4 à 20,3 en chauffage. Elles sont disponibles en monophasé en standard, en triphasé en option, et sont cascadables jusqu’à 4 appareils avec un maître et trois esclaves, pour atteindre une puissance maximale de 72 kW en froid et de 81,3 en chauffage. ©Johnson Controls York
Pour des besoins plus importants, il est toujours possible de multiplier les cascades. Ces Pac sont équipées de compresseurs Scroll à variation de vitesse et régulées par inverter. Leur puissance varie de 15 à 120% de la puissance nominale. Elles fonctionnent pour des températures extérieures de -20 à +48°C et offrent une température de départ d’eau de 52°C en chauffage, avec des émissions acoustiques de 54 dB(A) à puissance nominale, qui descendent à 40 dB(A) à charge partielle.
Pour l’instant, ces Pac fonctionnent au R410A et en contiennent de 2,8 à 4 kg selon les modèles. Conformément à la Directive ecoDesign, elles sont optimisées pour un fonctionnement à charge partielle et, grâce à leur rendement annuel de 140 à 148% selon les modèles, elles sont déjà prêtes pour le pallier suivant de la Directive ecoDesign.
Pilotage et contrôle de l’installation
Mises en cascades, ces Pac communiquent entre elles par protocole Modbus sur une interface RS485 jusqu’au « Master Controller » SC120. Installé à l’intérieur, le SC120 connecte les Pac avec les diverses unités intérieures. Son écran de 5 pouces permet de contrôler le fonctionnement et de piloter chaque unité raccordée : jusqu’à 4 Pac et jusqu’à 25 unités intérieures (cassettes, ventiloconvecteurs en console, ventiloconvecteur gainable, ventiloconvecteur mural ressemblant à une unité de climatisation murale, etc.). ©Johnson Controls York
Depuis le SC120, les unités intérieures peuvent être pilotées indépendamment les unes des autres, ce qui revient à créer un maximum de 25 zones de régulation différentes. Ou bien, elles peuvent être regroupées à plusieurs (de 2 à 24) pour créer des zones homogènes. Le SC120 communique en WiFi avec un routeur internet ou une box internet pour être relié au Cloud Johnson Controls. Ce qui permet de piloter l’installation depuis n’importe quel point du monde et donne accès aux données de fonctionnement à l’entreprise de maintenance grâce à une application sur PC ou sur Smartphone.
En aval, le « Master Controller » SC120 est connecté par un bus BACnet MS/TP – remarquez que Modbus et BACnet MS/TP, les deux protocoles utilisés sont des bus ouverts, pas de protocole exotique et propriétaire – jusqu’à chacun des thermostats T8800 qui pilotent chaque unité intérieure. Ces thermostats offrent toutes les fonctionnalités habituelles des thermostats électroniques décentralisés, y compris des modes économie d’énergie quand la pièce est inoccupée et des fonctions verrouillables pour les espaces accessibles au public. ©Johnson Controls York
Si le bâtiment est pourvu d’une GTB, celle-ci assure le pilotage de l’installation, remonte les dysfonctionnements et les données d’exploitation du système par le bus BACnet MS/TP.
Unités intérieures : six vitesses ou pilotage par moteur à courant continu
Les unités intérieures du systèmes BWS de York sont des ventiloconvecteurs deux ou quatre tubes, muraux, en allège, en plafond, gainables à haute pression statique, carrossés ou non et des cassettes. Leurs puissances varient de 0,6 à 9,6 kW. Au total, plus d’une centaine de modèles différents sont disponibles. ©Johnson Controls York
Un système BWS ne sait pas – encore – fonctionner en quatre tubes, c’est-à-dire en produisant et distribuant simultanément de l’eau glacée et de l’eau chaude. Les ventiloconvecteurs associés à un système BWS fonctionnent donc en change-over, soit en chauffage, soit en rafraîchissement.
Ces appareils sont disponibles, soit avec moteurs à 6 vitesses qui assurent une économie d’électricité de 40% par rapport aux moteurs à 3 vitesses, soit avec des moteurs brushless à courant continu qui offrent jusqu’à 70% d’économie d’énergie par rapport au standard 3 vitesses.
Dans une installation, sauf équipement spécifique, l’unité intérieure la plus éloignée ne peut pas se trouver à plus de 20 m plus haut que les pompes à chaleur. Ce qui représente tout de même 5 à 7 niveaux dans un bâtiment de bureaux, selon ses hauteurs sous plafond.
Johnson Controls York destine son système BWS à la fois au domestique et au petit tertiaire. La présence d’un bus BACnet MS/TP, le nombre important d’unités intérieures – jusqu’à 25 –, leur esthétique et les puissances élevées qu’il peut atteindre orientent cependant la solution BWS vers le tertiaire.
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