Transcript RESEAUX de chauffage : éléments de technologie

RESEAUX de chauffage : éléments de technologie
1. Différents types de distributions vers les émetteurs
1.1. Distribution bitube
La distribution bitube est la plus courante : les émetteurs sont raccordés en parallèle, ils reçoivent
tous de l'eau à la même température, ils sont tous dimensionnés pour le même ∆θ sur l'eau
On doit assurer pour chacun un débit compatible avec la puissance à émettre :
q m=

C p⋅Te−Ts
Schéma d'une distribution par colonnes montantes :
Ce type d'installation bitube est le plus traditionnel : il permet une
distribution facile à intégrer dans les immeubles.
Cela nécessite un réglage du débit de chaque émetteur, par
l'intermédiaire de robinets de réglage.
En général les appartements superposés sont sensiblement
identiques : les émetteurs d'une même colonne seront donc eux
aussi identiques.
Une colonne chauffera les séjours, une autre les chambres, l'autre
les cuisines.
On trouve assez souvent deux émetteurs raccordés à une colonne
à chaque niveau
1
Schéma de principe des
réglages de débit d'une
installation à colonnes
montantes
1'
1"
Niveaux 1, 1', 1" : réglages de débits à
l'intérieur d'une colonne
Niveau 2 : réglage des débits entre les
différentes colonnes
Niveau 3 : réglage du débit global de
l'installation
2
3
Schéma de principe d'une distribution bitube
appartement par appartement
Les émetteurs sont toujours raccordés en
parallèle, mais sont ici groupés par appartements,
cela peut permettre de compter plus facilement
l'énergie qui est distribuée dans chaque
appartement et donc de répartir les charges de
chauffage (ce qui est une obligation
réglementaire depuis 1993 ! )
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Distribution de type CIC
Une bouteille vient assurer un découplage
hydraulique entre l'installation collective et
l'installation de chaque appartement.
Cela permet une régulation simple du
chauffage de chaque appartement ou son
arrêt, sans affecter le fonctionnement de la
partie commune ou des autres
appartements.
Module de découplage d'un appartement alimenté selon
le principe du CIC.
Distribution bitube d'un appartement, réalisation de type "hydrocablée"
Un collecteur assure la distribution vers
chaque émetteur, un deuxième collecteur
est placé sur le retour.
Les liaisons aller-retour entre les
collecteurs et chaque émetteur sont
réalisées en tubes cuivre ou PER insérés
dans la chape sous carrelages.
Ce mode de pose est avantageux du fait
de la rapidité de pose, de la discrétion de
l'installation. On réalise beaucoup ce type
de distributions dans les installations
individuelles, en maisons ou
appartements, elle est aussi assez
intéressante en collectif pour la
distribution à l'intérieur des appartements
Dans tous les raccordements parallèle
(bitube) il faut bien différencier le robinet
d'équilibrage que l'on règle une fois pour
toutes et qui sert à fixer le débit nominal
de l'émetteur et le robinet de commande qui est à la disposition de l'usager et qui lui sert à régler la puissance émise.
Eléments de technologie pour distribution hydrocâblée
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Montage de collecteurs pour distribution hydrocablée ou pour planchers chauffants
Robinets intégrés aux collecteurs pour équilibrage des réseaux raccordés
Collecteurs de distribution avec accessoires
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1.2. Distribution monotube
Ce type de distribution a été inventé pour économiser du tube. Une installation est découpée en plusieurs boucles
monotubes (une par étage, ou une par appartement) ces boucles sont raccordées en parallèle sur l'installation de
distribution principale.
Ces installations ont surtout été réalisées dans les années 70, aujourd'hui c'est beaucoup plus rare.
a) monotube deux voies (ou monotube série)
Les différents corps de chauffe sont placés en série, ils reçoivent tous le même débit.
On ne peut pas interrompre la circulation d'eau sur un radiateur…. sans l'interrompre sur tous.
Un radiateur placé en fin de boucle reçoit l'eau déjà partiellement refroidie par les radiateurs placés avant lui…
Le dimensionnement et l'exploitation de ces installations n'est donc pas très simple….
Utilisé dans les années 70-80 pour des installations peu chères avec des convecteurs comportant un volet sur l’air, ce système n'est
plus du tout d'actualité, il a fait la preuve de ses défauts...
b) monotube 4 voies (ou monotube dérivé)
Robinetterie 4 voies pour montage monotube dérivé.
Les installations "monotube dérivé" présentent l'avantage de pouvoir réguler chaque radiateur sans modifier le débit d'eau
traversant les autres radiateurs de la boucle.
On est tout de même dans un système monotube et un radiateur refroidit toujours l'eau qui circulera ensuite dans les
radiateurs suivants, l'interdépendance est inévitable.
Ce type d'installation se rencontre assez peu en France du fait du coût élevé de la robinetterie, il est utilisé de manière
beaucoup plus régulière dans les pays nordiques
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Schéma d'une boucle monotube dérivé pour appartement
Doc. Thermexel
Exemple de fiche de calcul d'une installation monotube dérivée sur tableur dédié
Doc. Thermexel
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2. Réseaux en chaufferies
2.1. Bouteille de découplage hydraulique
Ce type de bouteille sert à séparer hydrauliquement le réseau
primaire et les réseaux secondaires.
q p∑ q si
3d
d
3d
La température de départ au secondaire est égale à la température
d'entrée de l'eau au primaire de la bouteille
Les variations de débit au secondaire sont sans effet sur le primaire
et réciproquement.
En effet les pertes de charge de la bouteille sont négligeables, et
les entrées-sorties du primaire et du secondaire sont décalées.
3d
N.B. Les « anciens » appellent cela une bouteille casse pression, il
faut entendre « casse pression dynamique »
2.2. Bouteille de mélange
Une bouteille de mélange a le même effet hydraulique de séparation
que la bouteille de découplage, mais surtout elle permet un
abaissement de température entre primaire et secondaire
Il faut pour cela
q p q s
Ce type de bouteille est surtout utilisé dans les grands réseaux où les
boucles de distribution primaires se font à haute température, ces
bouteilles peuvent alors être utilisées en sous stations de bâtiments.
Il ne peut y avoir qu'un départ à une bouteille de mélange ainsi
dessinée, sinon ils ne sont pas à la même température.
La construction de la bouteille de mélange et celle de la bouteille de découplage sont similaires, c’est uniquement leur
utilisation (les débits primaire et secondaire) qui fixent leur mode de fonctionnement
Attention donc aux réglages de débit…..
Un mauvais réglage de débit au secondaire (augmentation du débit pour compenser un problème d'équilibrage
hydraulique) conduit souvent à l'effet inverse en transformant la bouteille de découplage en bouteille de mélange
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3. Montages hydrauliques les plus courants en chaufferies
Ce chapitre concerne les chaudières de construction standard, hors condensation.
On rencontre quatre grandes familles de montages en chaufferie en fonction de la présence ou non d'une bouteille de
découplage et du mode d'alimentation des chaudières.
Impératifs principaux :
1. Chaque chaudière doit pouvoir être isolée
2. Un débit minimal doit être assuré sur une chaudière lorsque le brûleur fonctionne (delta T < 45K)
3. Une température d'entrée minimale en chaudière doit être garantie (50 à 60 °C pour éviter la condensation)
a) Chaufferie sans bouteille de découplage
➢
➢
➢
➢
➢
➢
Le débit des collecteurs chaudières est assuré par
les pompes des circuits de distribution.
Ces collecteurs sont donc à débit variable.
Une pompe de recyclage (par chaudière ou pour le
groupe) est indispensable pour assurer le débit minimal
demandé par les constructeurs.
Ce type de montage est le plus difficile à bien gérer
du point de vue hydraulique, car les chaudières sont
alimentées à débit variable sous l'effet des différentes
pompes.
L'équilibrage hydraulique entre chaudières doit être particulièrement soigné.
Cette solution traditionnelle est de plus en plus abandonnée dans les chaufferies modernes, sauf technologies
particulières.
b) Chaufferie avec bouteille de découplage et pompe commune à toutes les chaudières (souvent pompe
double)
➢
➢
➢
Le débit de la pompe est déterminé pour
les trois chaudières en fonctionnement, Il y
a augmentation de débit dans la (ou les)
chaudière en fonctionnement lorsqu'on
ferme la V2V des autres, la pompe de
boucle assure le recyclage sur les
chaudières.
Le circuit primaire doit être parfaitement équilibré, cela sera assuré par une boucle de Tickelmann, si les
chaudières sont identiques.
Le principe de la boucle de Tickelmann est d'assurer une longueur de parcours équivalente au fluide lorsqu'il
circule dans la boucle primaire, qu'il passe par l'une ou l'autre des chaudières, ainsi si les chaudières sont identiques
les pertes de charge des différents parcours en parallèle sont identiques.
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c) Chaufferie avec bouteille de découplage, une pompe de charge par chaudière , des clapets anti-retour
assurent l'isolement des chaudières non utilisées.
Une pompe par chaudière permet d'assurer un débit fixe dans chaque chaudière.
C'est une solution très courante dans les chaufferies modernes
Pour les deux schémas ci-dessus : La
limitation des retours froids dans les
chaudières est assurée en fonctionnement
courant par recirculation sur la bouteille, et en
situations de relance après un arrêt (eau
froide dans les circuits) par une limitation
d'ouverture des vannes des circuits
utilisateurs.
d) Chaufferie avec bouteille de découplage, une pompe de charge par chaudière, une V3V régulée de
recyclage par chaudière.
Ce dispositif est à adopter lorsqu'il y a
de forts risques de corrosion des
chaudières liés aux retours froids.
La solution d'une pompe de charge
par chaudière assure un débit fixe
dans les corps de chauffe.
On ne rencontre ce schéma (onéreux)
que pour de très grosses chaufferies
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Schéma global d'une installation
Chaufferie d’un ensemble d’hébergement collectif (maison de retraite) les salles communes du rez-de-chaussée sont chauffées par planchers rayonnants, les chambres des
résidents sont chauffées par radiateurs, l’eau chaude sanitaire est produite de manière « instantanée » par un échangeur à plaques
Une cascade de deux chaudières assure la production de chaleur, une bouteille de découplage assure l’indépendance hydraulique du primaire (production) et du secondaire
(distribution)
Des vannes de réglage en pied de colonne des radiateurs assurent l’équilibrage hydraulique du réseau radiateurs
Un bypass permanent assure une limite haute de température en entrée plancher chauffant
Vase d’expansion à membrane et pression variable d’azote
Autre schéma de principe
Installation de chauffage et production ECS pour habitat collectif
Chaudières 1 et 2 en cascade, chaudière 3 en secours (mise en service par le technicien)
Pas de bouteille de découplage mais une pompe de recyclage commune aux trois chaudières
Production d’ECS semi-instantanée (avec stock correspondant à 1/ heure d’utilisation environ) munie d’une boucle de maintien en température
Système d’expansion dit « à maintien de pression » par pompe et vanne déverseuse raccordées à une « bâche » ouverte à la pression atmosphérique
4. Montages hydrauliques pour chaudières à condensation
Une chaudière à condensation de forte puissance comporte toujours deux échangeurs
–
–
L'échangeur principal en acier ou en fonte, ne résistant pas particulièrement à la corrosion et qui doit donc être alimenté avec une eau à T° > 50 °C
Le condenseur, réalisé en acier inox ou en céramique, particulièrement résistant à la corrosion et que l'on alimentera avec de l'eau la plus froide possible pour favoriser la
condensation.
Les deux échangeurs peuvent être raccordés en série (chaudières comportant trois raccordements ) ou être raccordés de manière complètement indépendante : chaudières
comportant 4 raccordements)
Il est aussi possible de rajouter un condenseur sur le conduit de fumées d'une chaudière standard
EXEMPLE DE SCHEMA AVEC CONDENSEUR INDEPENDANT