Système de circulation d’air de pointe à base de déshydratant liquide

Promoteur principal : Venmar CES, Inc.
Lieu : Saskatoon (Saskatchewan)
Contribution de l’Initiative : 1 388 000 $
Total du projet : 3 481 000 $

Contexte du projet

L’énergie employée pour fournir de l’air frais à un bâtiment représente une partie importante de l’énergie totale requise par le système de chauffage, ventilation et climatisation (CVC) d’un bâtiment. Cela est particulièrement préoccupant dans les environnements très ventilés comme les écoles, les immeubles de bureaux, les hôpitaux et les auditoriums. On sait depuis longtemps que les déshydratants liquides peuvent conditionner l’air, et ils sont donc utilisés dans certains systèmes commerciaux. Toutefois, les systèmes à contact direct avec un déshydratant liquide présentent un risque de transporter des gouttelettes aériennes vers le flux d’air entrant, ce qui peut engendrer des problèmes de santé pour les occupants et provoquer la corrosion de l’équipement en aval.

Nortek Air Solutions Canada Inc. (anciennement Venmar CES) est une compagnie se spécialisant dans les produits de CVC commerciaux et industriels et met particulièrement l’accent sur la récupération de l’énergie et de la chaleur. En collaboration avec l’Université de la Saskatchewan, Nortek a mené des recherches initiales visant à déterminer si les membranes perméables à la vapeur conviennent pour séparer le déshydratant liquide du flux d’air. Un échangeur à membrane à l’échelle du laboratoire a été construit et mis à l’essai, et les premiers résultats montrent d’excellentes capacités de transfert de chaleur. La prochaine étape consiste à incorporer en laboratoire l’échangeur à membrane dans un système spécialisé d’air extérieur (Dedicated Outdoor Air System – DOAS), un type de système de CVC qui fournit de l’air frais aux immeubles commerciaux. Nortek a construit un DOAS de laboratoire (appelé « smART A/C ») capable de traiter 200 pied cubes d’air par minute dans ses installations de Saskatoon, et a par la suite élaboré le projet « Système de circulation d’air de pointe à base de déshydratant liquide ». Le projet a reçu 1,388 millions de dollars de l’Initiative écoÉNERGIE sur l’innovation pour mettre à l’essai d’abord, puis valider la conception du système smART A/C en laboratoire, et enfin construire, mettre en service et mettre à l’essai sur le terrain trois systèmes smART A/C pleine grandeur.

Résultats

On a testé le rendement et la durabilité de divers composants du système smART A/C de laboratoire. En outre, une nouvelle séquence de contrôle a été conçue pour incorporer les composants liés au déshydratant liquide, comme les pompes et les valves, aux contrôles existants des composants comme le circuit de réfrigération, le volant de récupération d’énergie et les ventilateurs. On a d’abord conçu un programme informatique, que l’on a ensuite utilisé pour étudier les propriétés du système de laboratoire dans un vaste éventail de conditions de débit d’air et pour établir un modèle du comportement du système. La séquence de contrôle mise au point pouvait faire fonctionner le système de laboratoire, mais il reste du travail à faire pour optimiser les contrôles de manière à améliorer l’efficacité du système et la réaction du système aux conditions changeantes.

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Premier système de terrain smART A/C pleine grandeur

Version textuelle

La photo montre une vue frontale du premier système de terrain smART A/C pleine grandeur – les portes des 7 compartiments de l’unité où sont situés les différents composants du système, y compris les échangeurs à membrane, le panneau de contrôle, les volants de récupération d’énergie et les ventilateurs, etc. L’unité est installée sur des dalles de béton au sol près d’un immeuble, avec des connexions d’admission et d’échappement d’air en direction et en provenance du mur de l’immeuble, qui servent respectivement à l’approvisionnement en air et à l’évacuation de l’air.

Trois systèmes smART A/C pleine grandeur pour essais sur le terrain ont été construits. Leurs échangeurs à membrane ont été construits à Saskatoon et les châssis ont été construits dans les installations de Nortek à St-Léonard-d’Aston, au Québec. La construction de la première unité de terrain a été achevée en avril 2013, et cette unité a par la suite été mise à l’essai dans le laboratoire thermodynamique de Nortek. Le rendement de l’unité a dépassé des facteurs d’efficacité combinés (Combined Efficiency Factors – CEF) de 22 pour les conditions estivales définies par l’Air-conditioning, Heating & Refrigeration Institute (AHRI). Après mise à l’essai, cette unité a été installée dans les installations de fabrication de Saskatoon de Nortek.

La construction de la première unité de terrain a exigé la mise au point d’un processus de fabrication des échangeurs à membrane. Malgré d’importantes améliorations en matière de fabrication, la production du premier échangeur s’est avérée laborieuse. On a donc décidé que des techniques de fabrication avancées étaient nécessaires avant de construire la seconde unité de terrain, afin de produire des échangeurs à membrane de grande qualité dans un délai raisonnable. On a entre autres automatisé certaines portions de la production de l’échangeur et mis au point les moules et les poinçons nécessaires pour produire certaines pièces. En outre, un examen de la première unité d’essai sur le terrain a entraîné de nombreuses modifications à la conception et à la disposition avant la construction des systèmes d’essai 2 et 3. En septembre 2014, les deux systèmes étaient achevés puis installés et mis en service dans des immeubles commerciaux (l’un à Saskatoon, l’autre au Minnesota). Le rendement et la fiabilité de tous les systèmes d’essai sur le terrain sont surveillés.

Avantages pour le Canada

Les essais sur le terrain des trois systèmes smART A/C pleine grandeur représente un grand pas vers la commercialisation d’un produit qui a le potentiel de révolutionner l’industrie du CVC en offrant d’importantes économies d’énergie dans la ventilation des immeubles, une précision de contrôle et une efficacité inégalées.

Prochaines étapes

Nortek poursuivra les essais sur le cycle de vie de l’échangeur à membrane, l’installation d’une chaîne de fabrication entièrement automatisée pour la production des échangeurs à membrane de même que la construction de systèmes de démonstration supplémentaires, dans le but ultime de commercialiser pleinement les systèmes smART A/C.

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