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Opération d’équilibrage par mesure de températures de retour

Par Patrick Delpech, ingénieur ENSAIS

Le dossier présenté ci-dessous présente un exemple d’opération d’équilibrage par mesure de température de retour réalisé par la Société Dalkia en Ile de France. Il a été présenté dans le cadre des trophées ICO-CFP de l’ingénierie performante lors d’Interclima 2013.

Le but de l'opération était un rééquilibrage à la suite d’une opération de réhabilitation et de 2 tentatives précédemment infructueuses.
L’opération réalisée en Ile de France a porté sur le rééquilibrage du circuit de chauffage d’une résidence de 380 logements équipés de panneaux de sol. 40 vannes de bâtiments de type volumétriques (DN 50 à DN125) en sous-sol et 796 Tés de réglage en cage d’escalier ont été réglées.
Les températures ambiantes ont été ramenées d’une fourchette de 18 à 26 °C par grands froids à une fourchette de 20 à 21 °C.
L’opération a été réalisée par le service équilibrage de la société Dalkia en Ile de France par égalisation des températures de retour selon le procédé élaboré et breveté par le GMTI94 (ex GEFEN).
Monsieur Patrick DELPECH ingénieur ENSAIS et inventeur du procédé est intervenu sur l’opération en tant que conseil.

L’opération d’un montant de 60 k€ HT, s’est déroulée de février à avril 2013 et a nécessité l’intervention de 4 techniciens spécialisés.
Son temps de retour peut être estimé de 1,8 à 2,6 ans selon qu’il soit intégré ou non à son cours actuel, le nombre de kWhCUMAC généré dans le cadre du dispositif des certificats d’économie d’énergie.

Dans la mesure où sur ce site le fournisseur (et donc le vendeur) de l’énergie consommée se trouve être lui même l’initiateur des futures économies d’énergie, le chantier se trouve parfaitement illustrer le dispositif des certificats d’économies d’énergie.

Nature du chantier

Le chantier a porté sur le rééquilibrage de la distribution d’eau de chauffage de la résidence X. Il a consisté au rétablissement d’une distribution homogène de l’eau de chauffage entre 796 nappes de plancher chauffant.

Cette cité, construite dans les années 70, comprend 380 logements sociaux de type F3/F4 d’une surface moyenne de 75 m2. L’opération réalisée fait suite à une réhabilitation qui incluait le remplacement des robinetteries d’équilibrage. La résidence est équipée de panneaux de sol chauffants. Le réseau de chauffage est alimenté par 3 sous-stations raccordées à un réseau de chaleur urbain géré par Dalkia IdF. Le réseau secondaire de la résidence est également géré par Dalkia.

rééquilibrage de la distribution d’eau de chauffage de la résidence X

Le rééquilibrage réalisé fait suite à deux tentatives infructueuses.


On peut ainsi lire dans les comptes rendu des réunions en mairie :

2009
(...) Monsieur le Directeur des services techniques de la ville prend comme exemple la résidence X dont la consommation est en hausse malgré le quasi achèvement des tableaux de requalification. Ceci est dû au fait que l’équilibrage des réseaux de chauffage n’a pas encore été réalisé. (...)
(...) Monsieur le Directeur du site de production et du réseau primaire (Dalkia) précise que la résidence X n’est pas la seule concernée, la résidence Y l’est aussi, car des travaux ont été fait mais pas les équilibrages. Ce n’est pas du fait de la société Dalkia si une entreprise intervient pour des travaux et ne réalise pas l’équilibrage. Cette opération est pourtant indispensable pour avoir un résultat probant. (...)

2010
(...) Monsieur le représentant de la résidence X fait remarquer qu’il y a toujours une sous-station qui dépasse toujours les autres en consommation. Le bailleur a procédé en 2009 aux travaux de remplacement des vannes de réglage sur les installations secondaires. L’opération d’équilibrage reste toutefois à réaliser. (...)

2011
(...) Un habitant explique que dans la résidence X les logements sont trop chauffés et qu’il n’y a pas de baisse de température la nuit.
Monsieur le Directeur des services techniques de la ville indique que la situation est particulière. Lors des travaux de réhabilitation, le bailleur avait été incité à équilibrer ses installations, malheureusement cette demande n’avait pas été suivie.
Depuis le bailleur a désigné une entreprise pour effectuer cet équilibrage. Ces travaux se dérouleront sur 2 saisons de chauffe. Il semble que les premiers résultats soient déjà perceptibles. (...)

Mais les résultats attendus n’ont pas été au rendez-vous. En 2013, à la demande du bailleur, Dalkia a établi en urgence le devis d’intervention de son service d’équilibrage pour un montant de 60 k€ HT soit 150 € HT par logement.

L’opération s’est déroulée de février à avril 2013 et a donné toute satisfaction en termes de confort. Le bilan énergétique sera quant a lui établi sur la saison 2013 / 2014, mais ses perspectives sont exposées plus loin.

L’enjeu du projet consistait à la suite de 2 tentatives échouées, à réussir le rééquilibrage dans un délai réduit et sans études préalables.
La méthode d’équilibrage par mesure des températures de retour brevetée et optimisée par le GEFEN-MTI94 permettait le respect des contraintes imposées. Le principe de l’équilibrage par égalisation des températures de retour est connu depuis toujours, mais il nécessitait de nombreuses itérations et de longs temps d’attente de stabilisation thermique des réseaux traités.

Le procédé mis au point permet la conversion directe des mesures de température de retour en nombre de tours de réglage et la possibilité de travailler sans temps d’attente de l’établissement de l’équilibre thermique.
Le service équilibrage de Dalkia (1 ingénieur et 10 techniciens) a été le premier service à mettre en œuvre cette méthode brevetée en 2004 et l’essentiel de ses réalisations s’effectue selon ce procédé(*).

La méthodologie peut toujours être considérée comme innovante dans la mesure où l’équilibrage par mesure des températures de retour reste profondément considéré comme « simpliste » et réservé aux installations de chauffages individuels.

Difficultés techniques particulières

Il s’agissait, en l’absence de toutes données techniques sur le circuit de chauffage (puissances et débits, métré de la distribution, pertes de charge des équipements, etc.) de réaliser le réglage de 840 robinets dont 796 non volumétriques.

réglage de 840 robinets

Un des principaux avantages de la méthode d’équilibrage par mesure des températures de retour est de pouvoir s’affranchir de toutes études thermiques ou hydrauliques lorsque les installations ont été à l’origine correctement dimensionnées et lorsque les opérations successives de réhabilitations thermiques ont été suffisamment homogènes (*).

(*) En 1ère approche, les opérations d’isolation des façades et les remplacements de fenêtres peuvent-être considérées comme thermiquement homogènes lorsqu’elles portent respectivement sur la totalité des murs extérieurs et la totalité des vitrages.

Comme pour toute opération d’équilibrage la collaboration du maître d’ouvrage et de l’exploitant a été prépondérante en termes de repérage de la distribution et d’accès aux robinets à régler (40 vannes de bâtiments de type volumétriques (DN 50 à DN125) en sous-sol et 796 Tés de réglage en cage d’escalier).
Au-delà l’adhésion du technicien en charge du réglage progressif de la loi de chauffe est indispensable pour l’obtention optimale des économies d’énergies et leur pérennisation.

L’établissement du plan opératif auquel j’ai participé a de ce fait été facilité dans la mesure où équipes de techniciens d’équilibrage et de techniciens d’exploitation appartenaient à la même entreprise.

Le rééquilibrage des distributions de chauffage à eau chaude repose sur l’utilisation du logiciel EQUILOG que je développe et qui est diffusé par la Ste Maggympex.

Ce logiciel permet la conversion des mesures de températures de retour en nombre de tour de réglage. Il permet par ailleurs la comptabilisation des droits d’utilisation des brevets déposés et des royalties correspondantes.

L’opération de réhabilitation initiale qui intégrait isolation et remplacement des robinetteries d’équilibrage a été réalisée dans le cadre d’un vaste plan de rénovation urbaine cofinancé par la ville, les bailleurs sociaux, le Conseil général, le Conseil régional et l’ANRU (Agence nationale pour la rénovation urbaine).

Visant globalement l’amélioration de la qualité de vie urbaine, le volet énergétique n’a été qu’un des éléments de ce plan.

Mesure des températures de retour

Mesure des températures de retour

Solutions techniques et énergétiques utilisées

L’équilibrage par mesure des températures de retour vise, par l’égalisation(*) des températures de retour d’eau à hauteur des robinets d’équilibrage, à rétablir une uniformisation de la température moyenne des antennes alimentées.

La méthode d’équilibrage est la seule à prendre en compte et à compenser les chutes de températures dues aux pertes en ligne, très importantes sur les anciennes distributions et parfois sur les nouvelles installations où les débits distribués sont faibles.

Exemples de résultats de réglages dans la résidence X :

Exemples de résultats de réglages dans la résidence X

La méthode d’équilibrage par mesure des températures de retour a fait l’objet de nombreuses publications dans la revue CFP notamment dans les n°664 et n°676. On pourra également prendre connaissance de son principe dans le CVC n°879 et sur le site Xpair.com rubrique équilibrage https://formation.xpair.com/equi.htm.

La méthode n’est actuellement, pour l’essentiel, utilisée que par la société Dalkia, en Ile de France et en Région Est.
Suite à 2 décisions du Conseil d’Etat (affaires n° 347825 et n° 365209), le procédé devrait cependant être amené à se diffuser plus largement dans le cadre du dispositif des certificats d’économies d’énergie.
On pourra consulter sur le sujet l’article en ligne sur Xpair.com:
https://conseils.xpair.com/actualite_experts/equilibrage-hydraulique-methode-simple.htm

(*) Les températures réglées peuvent être différentes lorsqu’il y a lieu de corriger l’émission thermique des antennes à régler, du fait d’erreurs de dimensionnement des émetteurs ou d’opérations d’isolations inhomogènes.

Résultats obtenus

L’amélioration du confort dans la résidence X est manifeste et s’est progressivement rétabli tout au long de l’opération de rééquilibrage.
Les surchauffes de logement à plus de 25°C dans la résidence par grand froid ont notamment totalement disparues.

Le résultat énergétique ne pourra être évalué que sur la saison de chauffe 2013/2014. Le % d’économie d’énergie attendu pour ce type d’opération peut être considéré en moyenne de 10%. Ce % a été établi à la suite d’une étude réalisée par le COSTIC à la demande de l’ADEME pour définir l’attribution des Certificats d’Economie d’énergie (Promoclim n°70, nov 2012). Les 2/3 des opérations répertoriées dans cette étude ont été réalisées par Dalkia IdF selon la méthodologie du GEFEN-MTI94.

Sur cette base, pour un cout du chantier de 60000 €HT pour 380 logements, pour un coût du P1 de 600 €HT/an logement, pour une économie d’énergie de 10 %, le temps de retour de l’opération sera respectivement pour le client entre 1,8 et 2,6 ans selon que l’on intègre ou pas cette opération au dispositif des certificats d’économie d’énergie, au cour actuel du kWh CUMAC de 0,0035 €.

Innovation principale

L’essentiel des opérations de rééquilibrage réalisées par le service d’équilibrage de Dalkia IdF s’effectue à la demande de ses secteurs d’exploitation, sur les bâtiments pour lesquels Dalkia est financièrement en charge de l’approvisionnement en combustible ou en énergie. Le coût de l’opération est couvert sur fonds propres et l’amortissement directement lié aux économies de combustible réalisées par Dalkia.

L’opération présentée est une des premières demandée et financée directement par le client en charge de ses propres achats de combustible ou d’énergie.
Dans la mesure où sur ce site le fournisseur (et donc le vendeur) de l’énergie consommée se trouve être lui même l’initiateur des futures économies d’énergie, le chantier se trouve parfaitement illustrer le dispositif des certificats d’économies d’énergie.

Pour le service Equilibrage de Dalkia IdF, ce type d’opération devrait se développer du moins si la forte demande interne à son service d’équilibrage laisse place à la demande externe.

Faire progresser les bâtiments en terme d’efficacité énergétique

Il est inutile de rappeler ici l’importance et le besoin d’équilibrage hydraulique sur nos anciennes installations de chauffage à eau chaude et la difficulté que présentent dans ce domaine les plus récentes. La conduite de ces installations est par ailleurs de plus en plus délicate. Les professionnels de l’exploitation constatent une désaffection des nouvelles générations et une perte régulière de leur technicité. L’équilibrage serait une bonne façon d’intégrer sur le terrain une nouvelle génération de techniciens spécialisés sur une technique difficile à mettre en œuvre, mais parfaitement maitrisable aux plus faibles, pour autant qu’ils y soient affectés à temps plein, condition essentielle à la bonne réalisation des équilibrages.

La mise en place d’un plan national de rééquilibrage de nos anciens circuits de chauffage serait utile à tous et profitable à l’ensemble de la profession, particulièrement aux industriels dans le secteur de l’hydraulique.

Beaucoup plus facile à élaborer, il pourrait très valablement précéder et accompagner les grands plans d’isolation envisagés.

Reste en premier lieu à corriger l’image dégradée de ce secteur d’activité. Ainsi l’ADEME est sur le sujet de l’équilibrage plus qu’interrogative quant aux capacités des entreprises à véritablement savoir résoudre le problème et à mettre en place un dispositif de qualification et de contrôle des méthodologies utilisées. On peut la comprendre dans la mesure où le défaut connu de tous, semble malgré l’excellente technologie des nouvelles générations de robinetterie et les efforts des fabricants pour la formation des techniciens, rester aussi permanent que l’utilisation du chauffage à eau chaude.

Texte

Dans ce contexte, la cohésion des intervenants dans le secteur de l’équilibrage et de l’hydraulique devrait être absolue et la mise en relief de toutes les opérations réussies une priorité.

CONTACT

Dalkia Ile-de-France
Monsieur Christophe Tillay
Service Equilibrage
Immeuble "Le Vermont"
28 Boulevard de Pesaro
92 751 NANTERRE CEDEX

Tel: 01 55 67 68 97 - 06 23 82 30 69

→ Pour aller plus loin

ANNEXE

Types des robinets d’équilibrage traités dans la résidence X:
Position hydrauliquement moyenne et nombre de tours maximal

Tableau réglage vannes

Loi de chauffe de la résidence X :

Loi de chauffe de la résidence X

Principe de l’évaluation des opérations d’équilibrage réalisées par égalisation des températures de retour

Le critère d'évaluation d'une opération d'équilibrage réalisée consiste à calculer le rapport entre le plus grand écart de température et le plus faible présenté par les antennes que l'on a équilibrées.

rapport entre le plus grand écart de température et le plus faible


Evolution DeltaT
Source Cofely

  • Avant l'opération d'équilibrage ci-dessus, la colonne la moins bien irriguée est la colonne n°7 avec un ΔT de 22 °C.
  • Avant l'opération d'équilibrage, la colonne la mieux irriguée est la colonne n°19 avec un ΔT de 5 °C.
  • Avant équilibrage, le coefficient d’évaluation R est de : 22/5 = 4,4
  • Après l'opération d'équilibrage ci-dessus, la colonne la moins bien irriguée est la colonne n°16 avec un ΔT de 12 °C.
  • Après l'opération d'équilibrage, la colonne la mieux irriguée est la colonne n°10 avec un ΔT de 9 °C.
  • Après équilibrage, le coefficient d’évaluation R est de : 12/9 = 1,3

On pourra sur le sujet consulter le site Eformation Xpair Equilibrage https://formation.xpair.com/equi.htm
On y verra que pour l’opération ci-dessus on peut espérer un gain énergétique de 11%.

Coefficients d’évaluation de l’équilibrage par mesure de température de retour de la résidence X

Sous-station B1

Sous-station B1

Sous-station B2

Sous-station B2

Sous-station B3

Sous-station B3

Exemples de relevés : bâtiment 4

SST B4


Bâtiment 5 : avant équilibrage, le coefficient d’évaluation R est de : 22/5 = 2,6


Bâtiment 5 : après équilibrage, le coefficient d’évaluation R est de : 12/9 = 1,2

Bâtiment 5 : avant équilibrage, le coefficient d’évaluation R est de : 22/5 = 2,6
Bâtiment 5 : après équilibrage, le coefficient d’évaluation R est de : 12/9 = 1,2

Exemple de relevés : bâtiment 5

SST B5


Bâtiment 5 : avant équilibrage, le coefficient d’évaluation R est de : 4,4


Bâtiment 5 : après équilibrage, le coefficient d’évaluation R est de : 1,2

Bâtiment 5 : avant équilibrage, le coefficient d’évaluation R est de : 4,4
Bâtiment 5 : après équilibrage, le coefficient d’évaluation R est de : 1,2

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.

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Commentaires

  • Dov
    02/12/2013

    Beau travaille de la part de l'équipe de Dalkia Mr Tillay. Effectivement belle méthode. Je souhaite qu'on nous la montre

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