Une installation CVAC sur toiture conçue pour protéger la membrane et alimenter trois zones distinctes
À Sainte-Anne-de-Bellevue, dans l’Ouest-de-l’Île de Montréal, nous avons réalisé l’installation d’une thermopompe multizone triple zone HITACHI airHome Multi sur le toit plat d’un bâtiment résidentiel. Ce projet demandait une approche très différente d’une installation conventionnelle au sol ou sur supports muraux : l’unité extérieure devait être stable, surélevée, accessible pour l’entretien et installée sans compromettre l’intégrité de la membrane de toiture.
La photo du chantier montre un appareil extérieur HITACHI airHome HeatForce installé sur un support métallique autoportant. Les pattes du support reposent sur de longues pièces de bois disposées sur la toiture. Ce détail peut sembler simple, mais il joue un rôle important dans la répartition du poids et dans la protection de la membrane.
Autour de la thermopompe, plusieurs éléments propres aux toits plats sont visibles : évents de plomberie, sorties mécaniques, conduits, autres appareils de climatisation, parapets et surfaces de toiture à différents niveaux. L’emplacement ne pouvait donc pas être déterminé uniquement en fonction de l’espace libre. Nous devions aussi tenir compte :
- de la circulation de l’air autour de l’unité;
- des accès techniques;
- du parcours des trois liaisons frigorifiques;
- des accumulations de neige;
- de l’eau produite pendant le dégivrage;
- de l’exposition au vent;
- des zones de drainage du toit;
- de la capacité à effectuer un futur entretien CVAC sans déplacer l’équipement.
Le résultat est une installation ordonnée, surélevée et adaptée aux contraintes d’un toit montréalais.
Pourquoi une thermopompe triple zone était la bonne solution
Le bâtiment devait recevoir du chauffage et de la climatisation dans trois espaces distincts. L’installation de trois systèmes simple zone aurait exigé trois unités extérieures sur le toit, avec trois supports, trois alimentations principales et davantage de tuyauterie exposée.
En choisissant une thermopompe multizone triple zone, nous avons pu raccorder trois unités intérieures à un seul groupe extérieur.
Chaque zone peut être utilisée avec :
- une température de consigne indépendante;
- une vitesse de ventilation adaptée;
- une programmation différente;
- un fonctionnement correspondant à l’occupation de la pièce;
- la possibilité d’être arrêtée lorsque l’espace n’est pas utilisé.
Dans la gamme HITACHI airHome Multi, l’unité extérieure triple zone RAM-G24N3HAA possède trois connexions intérieures. Sa capacité nominale est de 24 000 BTU/h en climatisation et de 24 000 BTU/h en chauffage. En configuration sans conduits, sa modulation peut atteindre une plage de 7 000 à 28 000 BTU/h en climatisation et de 9 000 à 26 200 BTU/h en chauffage.
Cette capacité n’est pas divisée automatiquement en trois portions identiques. Le système Inverter module sa production et répartit la capacité disponible entre les unités intérieures actives. Une petite pièce fermée peut donc recevoir une unité de capacité différente de celle installée dans une grande aire de vie.
Trois commandes indépendantes, mais un mode principal commun
Le terme « triple zone » signifie que trois unités intérieures peuvent être commandées séparément. Il ne signifie pas que le système peut produire du chauffage et de la climatisation simultanément.
En été, les unités intérieures peuvent fonctionner en :
- climatisation;
- déshumidification;
- ventilation.
En hiver, elles peuvent être réglées en :
- chauffage;
- ventilation.
Il demeure possible de programmer des températures différentes dans les trois espaces et d’arrêter certaines unités. Toutefois, une unité ne peut pas chauffer pendant qu’une autre climatise avec le même groupe extérieur. La documentation HITACHI précise que les unités doivent utiliser des modes compatibles selon la saison.
Cette explication fait partie de notre mise en service. Elle est particulièrement importante pendant les journées printanières ou automnales, lorsque le soleil réchauffe fortement une pièce pendant qu’une autre demeure fraîche.
Le choix du toit : une solution logique dans un environnement urbain
Dans plusieurs bâtiments de Montréal, l’espace disponible au niveau du sol est limité. Les cours peuvent être étroites, les façades soumises à des contraintes architecturales et les passages utilisés par les occupants.
À Sainte-Anne-de-Bellevue, l’installation sur le toit permettait de :
- libérer entièrement l’espace au sol;
- éloigner l’unité des zones de circulation;
- regrouper l’équipement avec les autres installations mécaniques;
- réduire l’impact visuel depuis la rue;
- simplifier le trajet vers des unités intérieures situées aux étages supérieurs.
Une installation sur toiture demeure toutefois plus exigeante. L’appareil ne doit jamais être simplement déposé sur la membrane. Son poids doit être réparti, son support doit demeurer stable et les techniciens doivent pouvoir y accéder de façon sécuritaire.
Les détails techniques qui rendent cette installation sur toit fiable
Un support autoportant sans ancrage visible dans la membrane
L’unité extérieure repose sur un support métallique à quatre pattes. Sous ce support, deux longues pièces de bois sont placées parallèlement sur la toiture.
Cette configuration permet de répartir la charge sur une surface plus grande que celle offerte par quatre petits pieds directement posés sur la membrane. Elle contribue également à stabiliser le support.
La photo ne montre pas de fixation traversant la toiture au niveau des bases. Cette approche évite de multiplier inutilement les pénétrations dans la membrane. Toute perforation d’un toit plat doit être planifiée, étanchéifiée et réalisée selon une méthode compatible avec le système de toiture.
Les pièces de bois jouent plusieurs rôles :
- répartir le poids de la thermopompe et du support;
- limiter la pression concentrée sur la membrane;
- créer une base rectiligne;
- améliorer la stabilité de l’ensemble;
- maintenir les pieds métalliques loin d’un contact direct avec la toiture;
- faciliter une future intervention sous le support.
Le bois extérieur doit néanmoins être surveillé avec le temps. Il doit demeurer stable et ne pas se déformer au point de modifier le niveau de l’unité.
Des appuis antivibrations sous la thermopompe
Entre les pieds de l’appareil et la traverse supérieure du support, nous pouvons voir des appuis antivibrations.
Même si une thermopompe Inverter fonctionne souvent à vitesse réduite, son compresseur et son ventilateur produisent des mouvements mécaniques. Sur une toiture, ces vibrations peuvent être transmises à la structure et devenir perceptibles dans les logements situés sous l’appareil.
Les appuis contribuent à :
- limiter la transmission à la charpente;
- réduire les bourdonnements intérieurs;
- protéger les raccords contre les vibrations répétées;
- améliorer le confort acoustique;
- éviter le contact métal sur métal.
Leur efficacité dépend également du nivellement du support. Si une seule patte reprend une trop grande partie du poids, le système peut vibrer davantage et exercer une contrainte inégale sur le châssis.
Une hauteur suffisante pour la neige et le dégivrage
La thermopompe a été installée nettement au-dessus de la surface du toit. Cette surélévation est essentielle dans le climat de Sainte-Anne-de-Bellevue.
Sur un toit plat, la neige ne s’accumule pas toujours uniformément. Le vent peut créer des bancs importants près des parapets, des sorties mécaniques et des appareils. Une thermopompe placée trop bas peut être entourée de neige même si la profondeur moyenne sur le toit semble raisonnable.
La hauteur du support aide à maintenir :
- l’entrée d’air arrière dégagée;
- le ventilateur frontal au-dessus de la neige;
- un espace libre sous le plateau inférieur;
- une zone d’écoulement pour l’eau de dégivrage;
- un accès permettant de retirer la glace.
En mode chauffage, le serpentin extérieur peut accumuler du givre. Le système lance alors un cycle de dégivrage, durant lequel une quantité parfois importante d’eau est libérée. Cette eau peut geler sur la toiture.
L’espace sous l’appareil permet à cette glace de se former sans atteindre immédiatement le châssis. Il demeure néanmoins nécessaire de vérifier la zone en hiver et de retirer les accumulations susceptibles de nuire au fonctionnement.
Une façade de ventilation orientée vers un espace ouvert
Le ventilateur est dirigé vers une partie dégagée de la toiture. Aucun parapet élevé ni autre appareil ne se trouve directement devant la grille.
Cette orientation réduit le risque de recirculation. En climatisation, l’air chaud rejeté doit pouvoir s’éloigner de l’unité. En chauffage, l’air froid évacué ne doit pas revenir immédiatement vers l’échangeur.
Une recirculation excessive peut entraîner :
- une diminution du rendement;
- des pressions de fonctionnement défavorables;
- des cycles plus longs;
- davantage de dégivrage;
- une usure prématurée;
- une consommation électrique accrue.
Sur une toiture comportant plusieurs équipements, nous devons également éviter que le rejet d’un appareil soit aspiré par un autre système situé à proximité.
Le parcours horizontal des liaisons frigorifiques
Une conduite isolée est visible à l’avant du support. Elle suit la toiture vers les pénétrations ou vers les autres sections du parcours.
Une installation triple zone comprend trois ensembles de conduites frigorifiques. Pour le modèle RAM-G24N3HAA, HITACHI indique :
- trois raccordements de liquide de 1/4 po;
- trois raccordements de gaz de 3/8 po;
- une longueur totale maximale de tuyauterie de 200 pieds;
- une longueur maximale de 82 pieds entre unités;
- une hauteur totale maximale de 66 pieds;
- une longueur minimale totale de 16 pieds;
- un dénivelé maximal de 16 pieds entre les unités intérieures.
Sur un toit, le parcours des conduites doit être protégé contre :
- les rayons ultraviolets;
- l’eau stagnante;
- les déplacements dus au vent;
- les travaux futurs sur la toiture;
- les outils des couvreurs;
- la neige et la glace;
- la détérioration de l’isolant.
L’isolant noir visible autour des conduites limite les gains ou pertes de chaleur et empêche la condensation sur la conduite de gaz. Il doit demeurer continu et en bon état.
Nous veillons aussi à ne pas poser les conduites dans les principaux chemins de circulation utilisés par les techniciens ou les couvreurs.
Les pénétrations de toiture demandent une coordination précise
Les conduites doivent éventuellement traverser l’enveloppe du bâtiment. Sur une toiture plate, ce passage doit être étanche et organisé de façon à ne pas créer un point faible.
Une pénétration mal réalisée peut causer des infiltrations bien après l’installation de la thermopompe. Nous devons donc coordonner :
- l’emplacement du passage;
- le type de manchon;
- la hauteur au-dessus du toit;
- l’étanchéité;
- la protection contre la neige;
- la possibilité de remplacer la membrane;
- le rayon de courbure des conduites.
Nous évitons de faire pénétrer les liaisons directement dans une zone où l’eau de pluie s’accumule. Les conduites doivent également être soutenues pour que leur poids ne tire pas sur le point d’entrée.
Une installation exposée au vent
Le toit est généralement plus exposé que le niveau du sol. Les rafales peuvent être importantes près des parapets et entre les bâtiments.
Le support doit donc présenter une stabilité suffisante pour résister aux mouvements. L’appareil lui-même offre une grande surface verticale, particulièrement lorsqu’il est surélevé.
Nous considérons :
- le poids de l’unité;
- la largeur du support;
- la longueur des bases;
- la répartition de la charge;
- la direction dominante du vent;
- la hauteur des parapets;
- les exigences propres au bâtiment.
Le modèle triple zone RAM-G24N3HAA présente un poids net d’environ 121 lb et des dimensions de 33,5 po de largeur, 31,5 po de hauteur et 11,7 po de profondeur.
Ces données influencent le choix du support et la méthode de stabilisation. Une structure conçue pour une petite unité simple zone ne convient pas automatiquement à un appareil multizone.
Une toiture déjà occupée par plusieurs systèmes
La photo montre d’autres unités et plusieurs sorties mécaniques autour de l’installation. Cette densité impose une planification détaillée.
Nous devons conserver :
- l’accès aux évents;
- les passages utilisés par les techniciens;
- les zones requises par les autres appareils;
- les drains de toiture;
- la possibilité de refaire la membrane;
- une distance appropriée des sources d’évacuation.
Une thermopompe ne devrait pas être placée devant une sortie susceptible de projeter de l’air contaminé, gras ou très humide vers son échangeur.
L’emplacement retenu offre une façade dégagée et une zone d’intervention raisonnable autour du côté technique.
Rendement et confort du système HITACHI airHome Multi triple zone
Un rendement saisonnier adapté à un système sans conduits
Pour la configuration triple zone sans conduits RAM-G24N3HAA, la documentation HITACHI indique :
- un TRÉ2 de 12,5;
- un TRÉS2 de 22,0;
- un CPSC2 de 9,5 en région 4;
- un CPSC2 de 7,8 en région 5;
- un COP de 3,5 à 8 °C.
Le TRÉS2 représente l’efficacité saisonnière en climatisation, tandis que le CPSC2 permet de comparer le rendement saisonnier en chauffage.
Ces valeurs sont utiles pour comparer les appareils, mais la consommation réelle dépend de nombreux facteurs :
- l’isolation du bâtiment;
- la température demandée dans chaque zone;
- le nombre d’unités utilisées simultanément;
- l’exposition au soleil;
- l’étanchéité des fenêtres;
- la fréquence de nettoyage des filtres;
- l’état de l’échangeur extérieur;
- les conditions hivernales sur le toit.
Fonctionnement en chauffage jusqu’à -20 °C
La gamme airHome Multi peut fonctionner en chauffage jusqu’à -20 °C. Pour le modèle triple zone, la capacité maximale indiquée est de 18 500 BTU/h à -15 °C et de 13 000 BTU/h à -20 °C.
Ces valeurs montrent pourquoi une thermopompe ne doit pas être dimensionnée uniquement selon sa capacité nominale de 24 000 BTU/h. Lorsque la température extérieure baisse, la capacité disponible diminue.
Sur un toit, l’exposition au vent peut également accentuer les pertes thermiques du bâtiment. Nous devons donc considérer les besoins réels des trois zones et la présence d’un chauffage complémentaire pour les périodes les plus froides.
Plusieurs formats d’unités intérieures
La gamme airHome Multi permet de combiner différents styles d’unités intérieures :
- airHome 400 murale;
- airHome 650 murale;
- console airHome Floor;
- airHome Mini Cassette;
- unité airHome Gainable.
Les capacités disponibles varient généralement de 7 000 à 24 000 BTU/h, selon le format.
Cette flexibilité est intéressante pour un bâtiment à trois zones. Il n’est pas nécessaire d’installer trois appareils intérieurs identiques. Une grande aire commune peut recevoir davantage de capacité, tandis qu’un bureau ou une chambre peut être desservi par une unité plus petite.
Le dimensionnement doit tenir compte :
- de la superficie;
- de la fenestration;
- de l’orientation;
- du niveau dans le bâtiment;
- de la hauteur du plafond;
- des gains solaires;
- de l’usage de la pièce.
Des niveaux sonores compatibles avec un usage résidentiel
Le modèle triple zone présente un niveau sonore extérieur maximal indiqué de 54 dB(A).
La perception sonore sur une toiture dépend toutefois de la structure, des appuis et de la position par rapport aux pièces occupées. Un appareil mal isolé peut transmettre des vibrations à travers la charpente, même lorsque le bruit extérieur semble faible.
Les supports antivibrations et les bases réparties contribuent donc autant au confort que les caractéristiques acoustiques de l’appareil.
FrostWash et Mold Guard pour les unités intérieures compatibles
Selon les unités intérieures sélectionnées, la gamme peut offrir la technologie FrostWash. Celle-ci utilise un cycle de gel et de fonte pour entraîner une partie des contaminants présents sur le serpentin intérieur.
La fonction Mold Guard fait circuler de l’air pendant environ 60 minutes après certaines opérations de climatisation ou de déshumidification afin d’assécher les composants internes.
Ces fonctions peuvent contribuer à maintenir l’appareil, mais elles ne remplacent pas :
- le nettoyage des filtres;
- la vérification des drains;
- le nettoyage du ventilateur;
- l’inspection du serpentin;
- un entretien CVAC professionnel périodique.
Filtration et surveillance du réfrigérant R32
Le système utilise du réfrigérant R32. Selon le type d’unité intérieure, la gamme peut intégrer un capteur de fuite accompagné d’une alarme visuelle ou sonore.
Les unités compatibles peuvent également offrir :
- un filtre à charbon actif PM2.5;
- un filtre ViroSense S;
- une alarme de fuite intégrée;
- une interface de commande optionnelle.
L’installation d’un système au R32 exige des raccords évasés précis, un test d’étanchéité rigoureux et un tirage au vide effectué avec l’équipement approprié.
Contrôle optionnel avec airCloud Go
Une interface Wi-Fi optionnelle permet d’utiliser l’application airCloud Go. Cette fonction est pratique dans un bâtiment à trois zones, particulièrement lorsque les unités sont réparties sur plusieurs étages.
Elle permet notamment de :
- modifier les températures;
- programmer les heures de fonctionnement;
- arrêter une zone non utilisée;
- préparer le bâtiment avant l’arrivée des occupants;
- surveiller certains paramètres de fonctionnement.
Les unités demeurent contrôlables séparément, tout en respectant le mode commun de chauffage ou de climatisation.
Données électriques du système triple zone
Le modèle RAM-G24N3HAA utilise une alimentation de 208 à 230 volts, monophasée, 60 Hz. La documentation indique :
- une ampacité minimale de circuit de 19 A;
- une protection maximale contre les surintensités de 35 A.
Sur une toiture, le parcours électrique doit être protégé contre les intempéries et installé de manière à ne pas créer un obstacle. Le dispositif de coupure doit également demeurer accessible à proximité de l’appareil.
Nous vérifions avant la mise en service :
- la tension;
- le calibre des conducteurs;
- la protection du circuit;
- la mise à la terre;
- le câblage de communication;
- le serrage des bornes;
- le fonctionnement de chaque zone.
Admissibilité aux subventions : la combinaison complète doit être validée
La brochure HITACHI indique que la gamme airHome Multi peut être admissible à la plupart des incitatifs provinciaux pour thermopompes. Cela ne signifie pas que chaque combinaison reçoit automatiquement la même aide financière.
L’admissibilité dépend notamment :
- du modèle extérieur;
- des trois modèles intérieurs;
- de la combinaison certifiée;
- de la capacité reconnue;
- du type de bâtiment;
- des exigences du programme;
- de la date de l’installation.
Nous validons donc la combinaison exacte avant de confirmer un montant.
Les erreurs à éviter lors d’une installation sur toit plat
Déposer l’unité directement sur la membrane
Le poids serait concentré sous les pieds et les vibrations seraient transmises directement à la toiture.
Utiliser un support trop bas
La neige et la glace pourraient atteindre rapidement le châssis et réduire la circulation de l’air.
Placer l’appareil près d’un drain
La structure et les bases ne doivent pas empêcher l’eau de pluie de circuler vers les points de drainage.
Bloquer l’accès à d’autres équipements
Les couvreurs et techniciens doivent pouvoir intervenir sur les évents et les appareils voisins.
Laisser les conduites sans support
Le vent et les travaux sur le toit peuvent les déplacer ou endommager leur isolation.
Installer l’appareil face à un parapet rapproché
L’air rejeté pourrait revenir vers l’échangeur et nuire au rendement.
Négliger l’eau de dégivrage
Une importante couche de glace peut se former sous la thermopompe pendant l’hiver.
Oublier les futurs travaux de toiture
L’installation doit permettre le remplacement ou la réparation de la membrane sans imposer le démontage complet de toutes les conduites.
Un entretien de toiture différent d’un entretien au sol
Une thermopompe installée sur un toit doit être inspectée avec une attention particulière.
Nous recommandons de vérifier périodiquement :
- l’état des appuis;
- le niveau du support;
- la condition des bases en bois;
- la membrane sous l’installation;
- la stabilité des conduites;
- les accumulations de neige et de glace;
- la propreté de l’échangeur;
- les dégagements autour du ventilateur.
L’accès au toit doit toujours être sécuritaire. Le propriétaire ne devrait pas s’approcher d’un bord non protégé ni intervenir sur l’appareil sans l’équipement nécessaire.
Le résultat final à Sainte-Anne-de-Bellevue
Cette installation de thermopompe multizone à Sainte-Anne-de-Bellevue permet maintenant de chauffer et de climatiser trois zones intérieures avec une seule unité extérieure HITACHI.
Le projet comprend :
- une thermopompe triple zone HITACHI airHome Multi;
- une unité extérieure de 24 000 BTU/h adaptée à trois connexions;
- un support métallique autoportant;
- des appuis antivibrations;
- de longues bases répartissant la charge sur la toiture;
- une surélévation adaptée à la neige et au dégivrage;
- un ventilateur orienté vers un espace dégagé;
- des conduites protégées et acheminées horizontalement;
- un accès conservé pour le futur entretien;
- une intégration cohérente parmi les autres équipements du toit.
Ce chantier démontre qu’une installation sur toiture ne doit jamais être traitée comme une simple solution de remplacement lorsque l’espace manque au sol. Elle exige une analyse complète de la membrane, du vent, de la neige, du drainage, du poids et de l’accessibilité.
Chez AirGreen, nous adaptons chaque installation CVAC à son environnement, qu’elle soit réalisée sur un toit plat à Montréal, sur supports muraux à Laval, sur un balcon à Longueuil, ou au sol sur la Rive-Nord et la Rive-Sud.