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Equilibrage hydraulique, du nouveau pour une méthode simple

Par Patrick Delpech, formateur au GEFEN

Une décision du Conseil d'Etat ouvre de nouvelles perspectives

Deux arrêts du Conseil d'Etat ouvrent de nouvelles perspectives

Le 20/03/13 à son niveau juridique le plus élevé (3 juges) et à nouveau le 25 juillet dernier , le Conseil d'Etat a demandé au ministère des finances et au ministère de l'écologie la modification des fiches BAR-SE-04 (arrêté du 15/12/10) et BAT-SE-03 (arrêté du 31/10/2012) consacrées à l'attribution des Certificats d'Economie d'Energie dans le cadre des opérations de rééquilibrage des installations de chauffage, pour y intégrer les opérations réalisées sans remplacement des robinetteries existantes.

Ces décisions font suites à 2 requêtes déposée en 2011 et 2013 par le GEFEN (*) établissement public et Monsieur Patrick Delpech un de ses formateurs. Il a été plaidé qu'en l'état de leurs rédactions les fiches BAR-SE-04 et BAT-SE-03  écartaient du bénéfice des CEE les opérations de rééquilibrage réalisées selon leur méthodologie (équilibrage par mesure des températures de retour en pieds de colonne), ce qui leur était directement préjudiciable. Il a ainsi été fourni au Conseil d'Etat des attestations de rééquilibrage sans remplacement des robinetteries pour 48000 logements sur 163 sites entre 2011 et 2010. Par ailleurs, il a été communiqué des bilans énergétiques sur plusieurs années montrant une baisse moyenne des consommations de 10%.

Les juges ont estimé qu'en la matière l'administration avait fait preuve d'excès de pouvoir dans la mesure où elle n'a pu, dans le cadre de la procédure, démontrer l'intérêt général de la limitation initiale du champ d'application contesté.

Bien que largement diffusés dans la presse technique, les travaux du GEFEN dans le domaine de l'équilibrage restent peu connus. Ces travaux permettent d'exploiter de façon méthodique l'abaissement des températures de retour des antennes mal irriguées des circuits de chauffage. Ce symptôme est connu, mais sa traduction en « nombre de tours de réglage » est une nouveauté. Cette chronique expose de nouveau cette méthode simple et peu coûteuse à l'attention des maîtres d'ouvrage, bureaux d'études et exploitants. Rappelons qu'elle est désormais reconnue dans le cadre du dispositif des CEE !

Equilibrage et contre-vérités

La méthode du GEFEN apparaît contradictoire avec les usages et les technologies actuels dans le domaine de l'équilibrage voire pire, avec les recherches poursuivies dans le secteur depuis 30 ans. Aussi, les rares évocations de ces travaux les qualifient au mieux de simplistes voire les caricaturent et les dénaturent.

Nous commencerons cet article en évoquant quelques contre vérité usuelles :
« L'équilibrage par mesure des températures de retour ne concerne que les radiateurs et les petits circuits.»

Un premier fait d'évidence est que dans le domaine du rééquilibrage il n'est pas de méthodologie « qui ouvrent les portes des logements occupés ». Aussi, les 200 à 300 opérations aujourd'hui réalisées selon la méthode du GEFEN l'ont été en pied de colonne, en tête de ligne ou sur des circuits planchers chauffants dont la robinetterie d'équilibrage se trouve en cage d'escalier ou en gaine technique sur des sites allant jusqu'à 700 logements…


« L'équilibrage par mesure d'écart de température (ou de température de retour) n'est pas réaliste car la température de départ des circuits de chauffage varie avec la température extérieure. »

Un élément clef de la procédure établie est évidemment la stabilisation de la température de départ dans ce que l'on appelle une « passe d'équilibrage ». On expliquera plus loin que tout circuit normalement équipé permet son découpage en « unités » limitant le temps de chaque passe élémentaire à quelques heures et qu'à défaut il a été élaboré des stratégies de repli qui éliminent cette difficulté.


« L'équilibrage par mesure des températures de retour n'est pas réaliste car l'inertie des émetteurs ou des circuits nécessite une attente entre chaque réglage de robinetterie. »

C'est évidemment une des principales contraintes que le GEFEN a levé. La méthodologie élaborée permet de s'affranchir de toute attente en cours de passe. Il est seulement impératif que les circuits soient parfaitement stabilisés en température au début de chaque passe.


« Les mesures de température sur tuyauterie au moyen de thermomètre infrarouge ne sont pas fiables. »
Dans le cas de l'équilibrage par mesure de température, il ne s'agit pas de mesurer une valeur absolue, mais d'effectuer des comparaisons entre les valeurs mesurées. Avec un peu d'habitude, on peut effectuer des comparaisons parfaitement juste à +/- 0,1 °C.

On pourra visionner le sujet en consultant l'e-formation Xpair : La mesure des températures de retour

Une méthode d'équilibrage basée sur de nombreux essais

En fait les recherches effectués par le GEFEN et Monsieur Patrick Delpech ont dans un premier temps permis d'établir (ou de confirmer) :

  • Que lorsque l'on manœuvre un robinet, l'écart de pression qui l'irrigue reste d'autant plus constant que le circuit comporte de nombreuses antennes en parallèle.

Ce point essentiel connu de tous les spécialistes du secteur permet de considérer que la courbe de Kv d'un robinet est une bonne représentation de l'évolution de son débit d'irrigation lorsqu'on le manœuvre, à condition que la résistance hydraulique de l'antenne concernée soit faible devant celle du robinet.

  • Que du fait des pertes de températures en ligne (très importantes sur les antennes terminales des anciens réseaux déséquilibrés), il ne fallait pas se préoccuper des écarts de température aux bornes des émetteurs ou des antennes, mais seulement exploiter leur température de retour.

Ainsi, malgré des écarts de températures identiques, du fait des pertes en ligne, le réseau ci-dessous est très déséquilibré.

Une meilleure vision du défaut d'équilibrage consiste à comparer les températures de retour à la température d'entrée du circuit, ce qui permet par ailleurs de prendre en compte les pertes en ligne :

A ce stade des recherches, la procédure établie par le GEFEN consistait à comparer les écarts de températures tels que définis ci-dessus à l'écart de température dit « de référence » mesuré en tête de circuit, pour en déduire la variation de débit à effectuer :

Mais, le résultat alors obtenu était encore mauvais. Il a fallu à la suite d'essais sur simulateur et sur le terrain amplifier l'analyse effectuée en calculant les rapports d'irrigation selon la formule :

A la suite de ces premiers travaux, la méthodologie fonctionnait pour l'équilibrage des émetteurs à faible résistance hydraulique tels que les radiateurs, mais ne donnait toujours pas satisfaction sur les planchers chauffants, les pieds de colonne et d'une façon générale sur les circuits dont les antennes présentaient une forte résistance par rapport à celle du robinet d'équilibrage.

Un premier brevet fut néanmoins déposé, limité au réglage des radiateurs. Ce fût une erreur car 13 ans plus tard il se dit encore que la méthode se limite à leur traitement…

Il restait en fait à intégrer le poids de la résistance hydraulique des antennes à forte pertes de charge devant celle du robinet, source de déformation de leur réponse hydraulique.

Cette déformation fut étudiée par une succession de calculs et de mesures sur le terrain permettant l'établissement de valeurs forfaitaires complétées de dispositifs d'itération pour l'adaptation de la méthodologie du GEFEN à tous types de circuits. Un brevet généralisant la procédure fut déposé en France en 2004 et en Europe en 2005.

Des réalisations concrètes ? Oui, 60000 équivalents logements

A ce jour, selon cette méthodologie 60000 équivalents logements ont été traités essentiellement en Ile de France et dans la région Est par la société Dalkia dans de bonnes conditions de rentabilité.

De son coté COFELY a également testé la méthode avec succès et les résultats ci-dessous sont extraits d'un de ses rapports.





On pourra étudier le détail de la méthodologie du GEFEN dans l'e-formation Xpair, rubrique équilibrage ou en parcourant plus loin l'extrait pdf en fin d'article et un exemple d’opération est présentée dans la rubrique Conseil  « Exemple d’opération d’équilibrage réalisée par mesure des températures de retour ».

Une décision juste pour une méthode simple et prometteuse

La décision du Conseil d'Etat est indéniablement un fort encouragement au secteur de l'équilibrage hydraulique et permet d'envisager un plan ambitieux et peu coûteux de rééquilibrage des anciennes distributions de chauffage collectif à condition de reconnaitre l'intérêt de procéder par mesure des températures de retour, ce qui n'enlève rien à l'intérêt de procéder également par mesure de débit dans de nombreux cas de figure.

Si depuis 30 ans, seul le calcul et la mesure des débits ou des pressions sous-tendent la recherche et le développement du secteur de l'équilibrage, il faut noter qu'il n'y a rien de plus proche du problème à résoudre que la température des émetteurs à régler. Nos aînés l'avaient bien compris (ils n'avaient d'ailleurs pas le choix) et ils étaient sans doute très informés de l'importance des baisses de température de l'eau distribuée dans les extrémités des circuits déséquilibrés anciens. Seul un équilibrage par mesure des températures de retour permet véritablement de traiter ces chutes de températures en ligne par une suralimentation contrôlée des antennes terminales.

Et pour ce qui concerne les sites sur lesquels les puissances distribuées doivent être corrigées de façons spécifiques du fait par exemple d'opération locales d'isolation ou d'erreur de dimensionnement, sommes-nous vraiment conscients de la grande incertitude qui prévôt à l'établissement des variations locales de débits à effectuer ? La détermination des nouvelles températures de retour à régler est quant à elle d'autant plus simple à résoudre que l'on travaille sur le principal paramètre d'évolution de la puissance des émetteurs.

La puissance des émetteurs est fonction de leur température, et leur débit d'irrigation n'est qu'un paramètre indirect beaucoup plus difficile à maîtriser.

Mais si les réticences à la prise en compte des températures de retour se lèvent, reste à résoudre le véritable frein au développement d'un plan national et ambitieux de rééquilibrage des réseaux de chauffage collectif anciens profitable à tous les intervenants du secteur.

Seules les deux grandes sociétés d'exploitation DALKIA et COFELY se sont intéressées au procédé du GEFEN. Cela devrait sembler naturel et ce fut pourtant remarquable. On pourra en effet lire dans un article de CFP consacré à l'équilibrage que : Producteurs et distributeurs d'énergie n'ont pas vraiment de raisons économiques de diminuer les consommations. En revanche, les contrats de type « forfaitaires » ou « garantie de température » et dans une moindre mesure à « intéressement » invitent les gestionnaires d'installation à agir sur les consommations. Malheureusement ce type de contrat représente une part trop faible du volume des affaires (CFP 664 Janvier 2004).

Dans l'intérêt bien compris de notre facture énergétique, de l'écologie, et donc au final de tous, en préservant l'intérêt des sociétés d'exploitation dont la finalité n'est évidemment pas la philanthropie, il y aurait effectivement lieu de promouvoir pleinement ces types de contrat, sous condition d'une totale transparence lors de leur renouvellement.

Si l'on prend par exemple le champ d'attribution des CEE, les contrats de type CPE sont complexes à mettre en œuvre. Il serait sans doute plus efficace d'y substituer l'attribution de certificats pour tous nouveaux contrats de type « marchés forfaitaires » ou « marchés température »souscrits…

Enfin, dans le domaine de l'équilibrage par mesure des températures de retour, rappelons qu'il a été déposé en 2005 un brevet européen qui reste à exploiter.

Par Patrick Delpech
Patrick Delpech est ingénieur ENSAIS et auteur de nombreux ouvrages et logiciels de génie climatique. Il est rédacteur sur l'e-formation XPair et pilote le comité de rédaction.

On pourra aussi consulter sur le sujet :

Commentaires

  • Patrick
    30/06/2015

    Je viens seulement de voir l'email de Jean et j'y répond avec plus d'un an de retard... Il faut que nos amis d'Xpair automatisent ces contacts entre auteur et lecteurs qd ils auront un moment, ce qui est surement difficile à trouver. Pour répondre à Jean: Question : Qu'elle est la taille minimum en nombre d'appartement ou d'étage sur une colonne en dessous de laquelle la méthode ne fonctionne pas? Réponse: il n'y a pas de limite de ce type, mais on a intérêt à ce que le nombre d'émetteurs derrière un robinet d'équilibrage accessible ne soit pas trop important, de telle sorte que l'équilibrage soit suffisamment "raffiné". 5 à 10 émetteur par pied de colonne ou tête de ligne est idéal. Question : Car vous citez 250 log/opération. Ce qui n'est pas petit comme ensemble immobilier. Quid de 100 ou 50 ou 30 ??4 Réponse ; aucun problème sinon le prix relatif de l'opération qui est évidemment d'autant "plus faible" que le nombre de robinet à régler est important. Question : Faut il demander a tout le monde d'ouvrir exceptionnellement son radiateur ? Quid des thermostatiques sur la colonne ? Excellente question que l'on ne pose pas souvent alors qu'elle est importante pour toutes les techniques d'équilibrage et particulièrement pour ceux qui souhaitent travailler en été (et je n'ai pas de réponse ds ce cas). Si on travaille en saison de chauffe (ce que je préconise), il faut au minimum prévenir, via le gardien et par voie d'affichage dans les parties communes et les ascenseurs, de l'opération quelques jours auparavant, pour demander à tous d'ouvrir tous les robinets d'entrée des émetteurs, y compris les robinets thermostatiques", sous "menace" d'être ultérieurement mal chauffé si on ne le fait pas (petit mensonge). Au delà, lorsque l'on travaille par uniformisation des températures, les lois de chauffe sont volontairement un peu abaissées durant l'opération pour encourager les occupants à ouvrir les émetteurs. Question : Comment savoir si une prestation d'équilibrage va apporter les bénéfices attendus? Réponse: Si l'on travaille par uniformisation des températures, un relevé initial de toutes les températures de retour permet d'estimer l'économie d'énergie que l'on peut attendre (elle est évidemment variable selon l'ampleur du déséquilibre initial). Cependant l'économie ne sera effective que si la loi de chauffe est ajustée pour abaisser la température des logements initialement généreusement chauffé et non pour amener les logement initialement juste chauffé vers la situation des autres logements! A ce sujet il est tout à fait indispensable que le technicien qui gère l'installation soit associé d'une façon ou d'une autre à l'opération et qu'il ne la considère pas effectuée à son détriment. Sur toutes ces questions, on pourra également contacter l'entreprise MAPSEC (située à Montreuil) qui exploite aujourd'hui la méthode pour le compte de presque toutes les grandes sociétés d'exploitation. J'espère que nos amis d'Xpair préviendront Jean de cette réponse bien tardive! Merci à eux Patrick Delpech

  • jean
    06/04/2015

    Qu'elle est la taille minimum en nombre d'appartement ou d'étage sur une colonne en dessous de laquelle la méthode ne fonctionne pas. Car vous citez 250 log/opération. Ce qui n'est pas petit comme ensemble immobilier. Quid de 100 ou 50 ou 30 ?? Faut il demander a tout le monde d'ouvrir exceptionnellement son radiateur ? Quid des thermostatiques sur la colonne ? Comment savoir si une prestation d'équilibrage va apporter les bénéfices attendus?

  • Patrick
    06/04/2014

    Excellente question, de celles qui permettent de progresser. Je ne développerai pas à l'instant ma réponse mais à chaud les 4 inconvénients qui me viennent à l'esprit sont: - la nécessité d'intervenir par des températures extérieures inférieures à 12 °C si les locaux sont occupés (mais par n'importe quelle température s'ils ne le sont pas) - la nécessité de ne pas voir intervenir des régulations locales agissant sur le débit (même pb pour toutes les méthodologies) - la probable difficulté d'utilisation sur les réseaux d'eau glacée du fait des pbs de condensation et de calorifugeage - la possibilité de pouvoir démontrer scientifiquement que la méthodologie ne peut pas donner de bons résultats et ne concernera jamais que les petits circuits, qd bien même les 350 chantiers aujourd'hui réalisés portent sur en moyenne 250 logts/opération...(la science, un peu comme le droit peut sur certains sujets permettre de démontrer une chose et son contraire, seule la réalité a au final le dernier mot) A suivre, si une discussion s'engage Patrick Delpech Je trouverai surement d'autres défauts...

  • Joseph
    15/01/2014

    Cet article présente que les bons cotés de cette méthode. Néanmoins n'aurait elle pas quelques inconvénients? Sa mise en oeuvre et dans quelles conditions ?

  • ROBERT
    04/04/2013

    Bravo pour cet article détaillé sur l'équilibrage et qui ouvre d'autres horizons que le simple remplacement de robinets. Je suis d'accord avec Sébastien, il faut réglementer les opérations d'équilibrage, faute de quoi une non qualité de la performance sera de mise dans la majorité des cas, et là adieu la "basse consommation"!

  • Sébastien
    03/04/2013

    Les équilibrages des installations hydrauliques sont malheureusement souvent bâclés ou faits empiriquement. Cela est irresponsable et dommageable pour l'éthique de la profession; une majorité de litiges en sont à l'origine. Une réglementation et un bon de réception devrait en concrétiser sa réalisation pour limiter les contre références qu'elles provoquent.

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