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Découplage hydraulique sur réseaux d’eau glacée et change over

Par Robert PELZER - Président du BET BETEC



Si la fameuse bouteille de découplage peut s'avérer intéressante sur le plan hydraulique en chauffage, ce type de découpleur hydraulique n'est pas toujours une bonne solution en régime d'eau glacée. Le problème se pose donc sur bons nombres d'installations de production qui sont réversibles (pompes à chaleur-groupes frigorifiques).




L'intérêt du découplage hydraulique sur un réseau d'eau glacée


Le découplage hydraulique permet  la séparation du circuit primaire et secondaire ce qui présente les avantages suivants :

  • Autoriser une meilleure maîtrise des débits dans chaque circuit (le réseau primaire est souvent constant alors que le réseau secondaire est à débit variable).
  • Faciliter l’adaptation des pompes aux débits et pertes de charge des circuits.
  • Permettre d’arrêter un circuit secondaire sans perturber le bon fonctionnement du reste de l’installation.
  • Permettre d’arrêter un groupe frigorifique ou plusieurs pendant la période de faible charge.
  • Permettre de créer des circuits de distribution avec des régimes de température différents.


Le découplage hydraulique est donc une technique présentant de nombreux avantages. Dans le milieu du génie climatique, il est d’usage d’associer le découplage hydraulique à la bouteille, or cette technique est contestable en particulier sur un réseau d’eau glacée. Il existe d’autres moyens de découplage hydraulique notamment le bipasse et le distributeur-collecteur à associer avec une déconnexion hydraulique.




Les inconvénients de la bouteille de découplage en eau glacée


Le fonctionnement chaud :



Fonctionnement de la bouteille de découplage en chaud

Figure 3. Fonctionnement de la bouteille de découplage en chaud



En plus du découplage hydraulique, la bouteille peut servir de pot de désembouage, de purge d’air.

Le fonctionnement en froid :


L’utilisation d’une bouteille, similaire à celle d’un circuit de chauffage, peut être remise en cause en ce qui concerne les réseaux d’eau glacée. Les élévations de températures, en usage dans les  installations de climatisation, sont souvent inferieures à 10 K : la différence de densité de l’eau devient trop faible pour éviter des circulations parasites. L’ordre des piquages dans une bouteille, fluides chaud en haut, fluides froids en bas n’a donc pas vraiment d’intérêt dans une bouteille de découplage installée dans un circuit d’eau glacée.



Dysfonctionnement de la bouteille de découplage en froid

Figure 4. Dysfonctionnement de la bouteille de découplage en froid



Les principaux dysfonctionnements du découplage hydraulique apparaissent lorsque les débits du primaire et du secondaire sont proches. Des mélanges indésirables semblent alors se produire et provoquer des pertes de température avec deux conséquences. Coté distribution, les terminaux ne reçoivent pas la puissance nécessaire et, côté production, chaque degré d'écart se paie en consommation d'électricité, car les performances des machines frigorifiques sont sensibles aux variations de température. Le mélange d'eau des circuits primaire et secondaire peut atteindre 40% ce qui provoque une diminution des performances des batteries froides.

Par ailleurs, les fonctions complémentaires de dégazage et de décantation perdent de l'importance en froid, ou le dégagement d'air est quasi-inexistant et la corrosion beaucoup plus limitée qu'en chauffage. La bouteille de découplage présente également le désavantage d'être un élément encombrant.




Les avantages du découpleur hydraulique (bipasse) en eau glacée


Dans la majorité des cas, pour un fonctionnement optimal du groupe froid le réseau primaire est à débit constant. Le réseau secondaire, quant à lui, a un fonctionnement optimal à débit variable. Le delta T du régime d’eau de la distribution doit être égal ou supérieur à celui de la production pour cela des vannes deux voies sur les réseaux à débits variables permettent d’ajuster les charges.

Une solution pour respecter ces trois points est d’installer un découpleur hydraulique (bipasse) qui permet la correction des débits entre le primaire et le secondaire.

Le bipasse permet d’assurer au même titre que la bouteille un découplage hydraulique, il permet d’assurer l’écoulement de la différence entre les débits primaire et secondaire. Il assure également le rôle de « casse-pression ». En revanche, l’aspect « mélange » néfaste dans un circuit d’eau glacée est limité.

La conduite de bipasse constitue le moyen le plus simple et le plus efficace pour éviter les  interférences hydrauliques. Placée entre les réseaux primaires et secondaires, elle a l’avantage d’être compacte et n’exige donc pas de grandes adaptations dans le tracé des réseaux.

Bien que le principe de la vanne 2 voies et du circulateur à débit variable soit souvent le plus optimal (Figure 1). L’application la plus courante est la régulation des terminaux par une vanne trois voies de régulation (Figure 2). Ce principe présente l’avantage de pouvoir réaliser un unique équilibrage avec des organes de réglage simple, en revanche les performances du groupe froid sont diminuées. En effet, les températures de retour sont variables, or le retour à une température plus basse que prévue amoindri les performances du refroidisseur car cela l’empêche de développer toute sa puissance.



Schéma de principe d'une installation d'eau glacée optimisée

Figure 1. Schéma de principe d'une installation d'eau glacée optimisée



Schéma de principe d'une installation courante d'eau glacée

Figure 2. Schéma de principe d'une installation courante d'eau glacée




Dimensionnement et positionnement du découpleur hydraulique


Les deux paramètres de dimensionnement du bipasse sont le diamètre et la longueur minimale. Il est préconisé d’installer une longueur variant entre 6 et 10 diamètres. La création d’un coude dans le bipasse permet d’uniformiser le flux.

Lorsque plusieurs circuits sont desservis au secondaire, ils sont raccordés au dispositif de découplage par deux conduites : le distributeur, pour les départs, et le collecteur pour les retours.

Le distributeur-collecteur doit présenter une résistance hydraulique minimale. Aussi, pour diminuer les pertes de charge locales, il est courant d’en doubler le diamètre. Ce surdimensionnement doit tout de même observer certaines précautions. Une vitesse inférieure à 0,1 m/s favorise le dégazage et la décantation (problème négligeable sur un réseau d’eau glacée).

Dans le cas d’une déconnexion hydraulique amont, positionnée en tête de distribution, le distributeur-collecteur est dit passif : son débit s’annule lorsque les pompes des circuits secondaires sont mises à l’arrêt.



Schéma de principe d'une installation avec distributeur-collecteur passif

Figure 5. Schéma de principe d'une installation avec distributeur-collecteur passif



Dans le cas d'une déconnexion hydraulique aval le distributeur-collecteur est dit actif : son débit ne s'annule pas. Cette déconnexion se rencontre quand la résistance hydraulique du distributeur-collecteur ne peut plus être considérée comme négligeable ; par exemple, si le linéaire de conduite est important.



Schéma de principe d'une installation avec distributeur-collecteur actif

Figure 6. Schéma de principe d'une installation avec distributeur-collecteur actif



Les deux configurations ont un fonctionnement équivalent tant que la compatibilité des débits est respectée.






Robert PELZER - Président du BET BETEC
Robert PELZER, Ingénieur ENSAIS spécialisé génie thermique, dirige le bureau d'études technique parisien BETEC. Il intervient dans des opérations importantes de réhabilitation de bureaux et de surfaces commerciales à caractéristiques basse consommation. www.betecsa.com







Sources & liens





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Commentaires

  • aref
    21/06/2016

    Bonjour, merci pour cette occasion de poser les questions. je veux bien savoir qu'elle impact sur l’arrêt des pompes de circulation d'eau glacée pour 8 h/jours, sachant que le circuit est fermée mais l'eau n'est ni traité ni adoucie. merci d'avance.

  • Vincent
    17/02/2016

    Petite erreur : La densité de l'eau ne diminue pas à diminution de température, c'est tout l'inverse : elle augmente. Les gradients de température sont bien plus forts dans une bouteille de découplage dans le chaud que dans le froid. Alors comment expliquer les échanges parasites dans une bouteille sur réseau froid ? C'est simplement un rapport d'efficacité. Sur du chaud on est sur du DT aujourd'hui 20K voire 40K, sur du froid on est toujours inférieur à 10K voir 5 K. Ainsi 1K de moins sur du chaud ce n'est "que" 2 à 5% de baisse d'efficacité. Sur du froid c'est tout de suite 20%. La bouteille de découplage en froid est donc à proscrire, un bon équilibrage dynamique (débit variable) ou un échange thermique (si découplage nécessaire) via échangeur seront toujours plus efficaces.

  • Halim
    28/10/2015

    Effectivement, selon les différentes expériences vécues la méthode qui donne de meilleurs résultats est la suivante 1- un débimètre pour mesurer le total du réseau d'eau 2- une valve de modulation sur le by pass (normalement ouverte) 3- on maintien au moyen des contrôles le débit total minimum requis (pour le nombre de refroidisseurs en marche) par la modulation, de la valve à 2 voies sur le by pass. cette façon permet de fournir la température de l'eau aux serpentins selon la conception, augmente (Eau ref) ou diminue (eau ch.) la température de retour. et évite que le débit secondaire dépasse celui du secondaire. merci de faire vos commentaires. Salutations J'ai utilisé cette méthode de contrôles dans plusieurs projets

  • 28/02/2013

    Bonjour, Quel dommage que cette article n'expose pas les avantages des circuits VPF qui permettent de supprimer un jeu de pompe, et de ce fait de baisser le coût d'installation et la facture énergétiques des productions d'eau glacée.

  • 28/02/2013

    Bonjour, Quel dommage que cette article n'expose pas les avantages des circuits VPF qui permettent de supprimer un jeu de pompe, et de ce fait de baisser le coût d'installation et la facture énergétiques des productions d'eau glacée.

  • 12/02/2013

    Pour sûr que si, il faut une vanne différentierlle, ou 'pressostatique', en l'occurrence un détendeur différentiel. Car, en toute logique, le débit Réseaux étant variable, pour optimiser le delta T Départ/Retour, la consigne pression du variateur de vitesse pompe réseaux abaissera le delta P Réseaux si le débit réseaux consommé chute. (Consigne de pression = fonction du débit.) pour éviter dans ce cas le risque d'insuffisance du débit allant aux groupes de Froid (risque de déclenchement ('gel' par sécurité Bas débit), undétendeur différentiel s'ouvrira tant que le delta P sera insuffisanr, créant un bipasse entre le départ et le retour. Puis il se fermera quand le delta P augmentera, donc évitera le mélnge départ/retour.

  • 01/02/2013

    Ne pourrait-on pas optimiser le bypass en y plaçant une vanne a pression différentielle? De cette manière, il possible de contrôler de façon précise la température de départ...

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