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L’intelligence hydraulique : « Guide pratique pour installations performantes »

Par Roland MESKEL, vice-président du syndicat ACR

Le bon fonctionnement des systèmes de chauffage par boucle à eau chaude est essentiel pour assurer le confort, la santé et la productivité attendus par les usagers tout en minimisant leur consommation énergétique. Les études montrent le gisement important d’économie d’énergie dans la rénovation des systèmes de chauffage et de production d’eau chaude sanitaire dans les secteurs du résidentiel individuel, collectif et du tertiaire en optimisant les réseaux hydrauliques : modernisation, équilibrage, désembouage, régulation. Ces gains ne peuvent être générés que lorsque les équipements de régulation et de circuits hydrauliques sont optimisés. Pour les bâtiments neufs, les exigences de la réglementation actuelle RT2012 mais aussi celles du label E+/C- et de la prochaine réglementation environnementale RE 2020 obligent également à une performance élevées des installations hydrauliques.


Guide Intelligence Hydraulique

C’est pourquoi le syndicat ACR et l’association PROFLUID publient ce guide réalisé par le COSTIC et le soutien d’Énergie & Avenir, association qui regroupe l’ensemble des acteurs de la boucle à eau chaude.

Destiné à devenir un ouvrage de référence, ce guide « L’intelligence hydraulique : Guide pratique pour installations performantes » s’adresse aux professionnels du génie climatique et plus particulièrement ceux qui interviennent sur les installations de boucles à eau chaude.

Le guide gratuit et disponible en téléchargement, il se décompose en 4 chapitres :

  • Rénovation des installations de chauffage et de climatisation : aide à la prescription, au dimensionnement et à la mise au point.
  • Conception des installations neuves de chauffage et de climatisation : aide à la prescription, au dimensionnement et à la mise au point
  • Installation de bouclage d’eau chaude sanitaire : aide à la conception
  • Les équipements de la boucle hydraulique

Nous aborderons plus particulièrement ci-dessous la partie 2 qui concerne la conception dans le neuf des installations hydrauliques de chauffage, ECS et climatisation.



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CRÉATION DES INSTALLATIONS DE CHAUFFAGE ET DE CLIMATISATION : AIDE À LA PRESCRIPTION, AU DIMENSIONNEMENT ET À LA MISE AU POINT

Cette partie présente les différentes configurations pouvant apparaitre lors de la création d’un réseau pour le chauffage et/ou pour le rafraichissement.

Les configurations traitées sont représentatives des installations courantes. Elles respectent les exigences de la RT 2012.

Type de distribution hydraulique Solution technique 1 Solution technique 2 Solution technique 3

Distribution 4 tubes
- Unités terminales 2 tubes

- Vannes 6 voies
- Vannes de régulation et d’équilibrage indépendantes de la pression
   
Distribution par gaines palières
- Point de pénétration unique dans le logement
- Radiateurs
- Régulateurs de pression différentielle en pied de colonne
- Robinets thermostatiques à pré-réglage
- Circulateur à vitesse variable
- Kit CIC ou MTA
- Robinets thermostatiques à pré-réglage
- Circulateur à vitesse variable
- Robinets thermostatiques auto-équilibrants
- Circulateur à vitesse variable

2

DISTRIBUTION 4 TUBES – UNITÉS TERMINALES 2 TUBES

Vannes 6 voies, vannes motorisées de régulation et d’équilibrage indépendantes de la pression, circulateurs à vitesse variable

Schéma Installation chauffage
Légende schémaInstallation chauffage
Confort - Confort atteint à la température de consigne, en chaud et en froid
- Capacité de modulation de la puissance d'émission
- Température intérieure stable grâce à la régulation
★★★★★
Performance énergétique - Bonne performance de l'installation grâce à des températures de retour adaptées
- Adaptation des débits aux besoins grâce aux circulateurs
★★★★☆
Facilité de mise en oeuvre - Moins de vannes à installer que dans une solution de change over classique
- Réglage du débit nominal directement sur la vanne de régulation
★★★★★
Coût global - Reduction des pannes et interventions de maintenance : séparateur d'air, desemboueur, purgeurs, absence de grippage circulateur
- Consommation des circulateurs optimisée
- Moins de vannes à entretenir
★★★★☆
Environnement - Exploitation de toute l'énergie produite (Tretour basse donc condensation des chaudières et optimisation des performances des groupe frigorifique (EER)
- Bilan carbone plus faible
★★★★☆
Valorisation du patrimoine - Pérennité du réseau (qualité d'eau maintenue) ★★★★☆

Argumentaire :

Le plus communément, les vannes 6 voies assurent simplement la permutation entre les réseaux chaud et froid d’un émetteur réversible (change over). La mise en place de ces vannes permet de diminuer le nombre de vannes nécessaires pour la permutation entre les circuits (1 au lieu de 4). La régulation et l’équilibrage sont réalisés par l’intermédiaire de vannes 2 voies de régulation et d’équilibrage indépendantes de la pression. L’emploi de ces vannes permet d’améliorer la performance énergétique de l’installation grâce à des températures de retour optimales et une réduction des consommations électriques des circulateurs. L’installation est à débit variable car les vannes 2 voies s’ouvrent et se ferment, la variation des débits engendre des variations de pression qu’il convient de maitriser.

L’installation d’une pompe à vitesse variable permet le fonctionnement du réseau à hauteur manométrique constante ou décroissante en fonction du débit. La fonction « limiteur de débit » intégrée dans les vannes de régulation et d’équilibrage indépendantes de la pression permet de rendre le débit dans l’émetteur indépendant des variations de pression différentielle. La performance énergétique est assurée car :

  • Grâce aux débits variables, les températures de retour sont les plus basses possibles : meilleure performance des générateurs à condensation et des groupes de production d’eau glacée,
  • La consommation électrique du circulateur est optimale : la fermeture des vannes entraine une réduction du débit. La HMT du circulateur reste constante ou diminue, la consommation diminue.

Le réglage du débit directement sur chaque émetteur permet un très important gain de temps lors de l’installation et de la mise au point.

Sélection, dimensionnement & réglage

Vannes 6 voies : ces vannes sont destinées à une application très spécifique, les fabricants proposent généralement une seule référence.

Vannes de régulation et d’équilibrage indépendantes de la pression : Sélectionnée simplement en fonction de la plage de réglage de débit de la vanne. Le débit à régler est défini par calcul :

Calcul débit vanne

Fonctionnement dans une plage de pression définie par le fabricant. Il est nécessaire que la vanne de la batterie la plus défavorisée soit soumise à la pression minimale de fonctionnement (entre 15 et 35 kPa en fonction des modèles et des débits). La pression différentielle appliquée sur cette vanne peut être vérifiée grâce aux prises de pression qui l’équipent.

Si la pression sur la vanne est trop faible, la HMT du circulateur doit être augmentée. Il doit également être vérifié que la HMT du circulateur ne dépasse pas la pression différentielle maximum admissible des vannes (généralement 400 kPa). Des vannes d’équilibrage statiques doivent être installées. Elles permettent d’isoler les colonnes, de mesurer les débits et d’être conforme à la RT 2012.

Circulateur à vitesse variable : Le point de fonctionnement nominal de l’installation doit être situé dans la zone de fonctionnement du circulateur.

La perte de charge à considérer est celle du circuit le plus défavorisé. Le débit est déterminé selon la puissance globale et le ∆T de l’installation :

Calcul puissance globale

Le circulateur peut être paramétré en HMT constante ou HMT variable.

FOCUS : Le débit d’irrigation des émetteurs est plus important en mode rafraichissement qu’en chauffage. La régulation doit être en mesure de prendre en compte cette différence. Certains fabricants proposent des vannes 6 voies qui possèdent des capacités intégrées de régulation.


3

DISTRIBUTION PAR GAINES PALIÈRES – EMISSION PAR RADIATEURS.

Robinets thermostatiques à préréglage, régulateurs de pression différentielle, circulateur à vitesse variable

Schéma distribution 4 tubes
Légende distribution 4 tubes
Confort - Température souhaitée pièce / pièce (équilibrage + robinets thermostatiques)
- Disparition du bruit (régulateurs de pression différentielle + circulateur à vitesse variable + separateur d'air)
★★★★☆
Performance énergétique - Adaptation de la consommation aux besoins (circulateur + robinets thermostatiques)
- Prise en compte des apports gratuits (robinets thermostatiques)
- Tretour plus basse donc meilleure performance du générateur
★★★★☆
Facilité de mise en oeuvre - L'emplacement des régulateurs de pression différentielle permet de limiter les calculs pour le dimensionnement et le réglage ★★★★☆
Coût global - Reduction des pannes et interventions de maintenance : séparateur d'air, desemboueur, purgeurs, absence de grippage circulateur
- Consommation du circulateur optimisée
★★★★☆
Environnement - Exploitation de toute l'énergie produite (Tretour basse donc condensation des chaudières et optimisation des performances des pompes à chaleur)
- Bilan carbone plus faible
★★★★☆
Valorisation du patrimoine - Pérennité du réseau (qualité d'eau maintenue) ★★★★☆

Argumentaire :

La mise en place de robinets thermostatiques à pré-réglage permet d’assurer le confort thermique des occupants et la performance énergétique du bâtiment. Ils permettent en effet la régulation de la température ambiante pièce par pièce et une bonne répartition des débits (équilibrage) dans les radiateurs.

L’installation est à débit variable car les robinets thermostatiques s’ouvrent et se ferment. La variation des débits engendre des variations de pression qu’il convient de maitriser.

L’installation d’une pompe à vitesse variable permet le fonctionnement du réseau à hauteur manométrique constante ou décroissante.

L’installation d’un kit CIC ou d’un MTA avec régulateurs de pression différentielle en entrée de chaque appartement permet de contrôler et maintenir les pressions au plus près des robinets thermostatiques. De plus, du point de vu de la pression, chaque logement est indépendant.

La performance énergétique est assurée car :

  • Le débit varie pour s’adapter aux besoins : la puissance produite est intégralement utilisée
  • Les températures de retour sont les plus basses possibles : période de condensation plus longue sur les générateurs à condensation (+15%) et optimisation des performances des PAC
  • La consommation électrique du circulateur est optimale : la fermeture des robinets entraine une réduction du débit. La HMT du circulateur reste constante ou diminue, la consommation diminue.

Le confort acoustique est également assuré car la pression différentielle appliquée aux robinets thermostatiques est régulée par appartement. Cette configuration est bien adaptée à la pose de compteur d’énergie en entrée d’appartement, solution préférable aux répartiteurs de frais de chauffage lorsque des systèmes d’individualisation doivent être installés.

Sélection, dimensionnement & réglage

Robinet thermostatique à pré-réglage intégré : les positions de réglage sont définies par calcul. La méthode des « 10 kPa » peut être appliquée sur les colonnes dont le nombre de radiateurs est faible. Cette méthode consiste à régler la position de chaque robinet thermostatique de façon à ce que la perte de charge de chaque tronçon (robinet + radiateur + té) soit identique.

Régulateur de pression différentielle : les régulateurs qui équipent les kits CIC ou MTA sont adaptés aux pressions différentielles pouvant apparaitre à l’échelle d’un logement. Réglage du débit appartement par appartement à l’aide d’un appareil d’équilibrage, avec les têtes thermostatiques ouvertes en grand.

Des vannes d’équilibrage statiques permettent d’isoler les colonnes, de mesurer les débits et d’être conforme à la RT2012.

Circulateur à vitesse variable : Le point de fonctionnement nominal de l’installation doit être situé dans la zone de fonctionnement du circulateur.

La perte de charge à considérer est celle du circuit le plus défavorisé. Le débit est déterminé selon la puissance globale et le ∆T de l’installation :

Calcul puissance globale

Le circulateur peut être paramétré en HMT constante ou HMT variable.

FOCUS : Lorsque les travaux portent sur l’installation de MTA, une attention particulière doit être portée sur la puissance de l’échangeur ECS. Pour plus de détail, voir le « Guide technique pour la mise en œuvre des modules thermiques d’appartements ». Un débit minimum doit être maintenu pour répondre rapidement aux besoins d’ECS.


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DISTRIBUTION PAR GAINES PALIÈRES – EMISSION PAR RADIATEURS

Robinets thermostatiques auto-équilibrant, circulateur à vitesse variable

Schéma distribution 4 tubes
Légende distribution 4 tubes
Confort - Température souhaitée pièce / pièce (équilibrage + robinets thermostatiques)
- Disparition du bruit (régulateurs de pression différentielle + circulateur à vitesse variable + separateur d'air)
- Confort individuel garanti
★★★★★
Performance énergétique - Adaptation de la consommation aux besoins (circulateur + robinets thermostatiques)
- Prise en compte des apports gratuits (robinets thermostatiques)
- Tretour plus basse donc meilleure performance du générateur
★★★★☆
Facilité de mise en oeuvre - Grande facilté de mise en œuvre. Dans la plupart des cas, pas de calcul de perte de charge ★★★★★
Coût global - Reduction des pannes et interventions de maintenance : séparateur d'air, desemboueur, purgeurs, absence de grippage circulateur
- Consommation du circulateur optimisé
★★★★☆
Environnement - Exploitation de toute l'énergie produite (Tretour basse donc condensation des chaudières et optimisation des performances des pompes à chaleur)
- Bilan carbone plus faible
★★★★☆
Valorisation du patrimoine - Pérennité du réseau (qualité d'eau maintenue) ★★★★☆

Argumentaire :

La mise en place de robinets thermostatiques à auto-équilibrants permet d’assurer le confort thermique des occupants et la performance énergétique du bâtiment. Ils permettent en effet la régulation de la température ambiante pièce par pièce et une bonne répartition des débits (équilibrage dynamique) dans les radiateurs.

L’installation est à débit variable car les robinets s’ouvrent et se ferment, la variation des débits engendre des variations de pression qu’il convient de maitriser. L’installation d’une pompe à vitesse variable permet le fonctionnement du réseau à hauteur manométrique constante ou décroissante.

La fonction « limiteur de débit » intégrée dans les robinets thermostatiques autoéquilibrant permet de rendre le débit du robinet indépendant des variations de pression différentielle du réseau.

La performance énergétique est assurée car :

  • Le débit varie : la puissance produite est intégralement utilisée
  • Les températures de retour sont les plus basses possibles : période de condensation plus longue sur les générateurs à condensation (+15%) et optimisation des performances des PAC
  • La consommation électrique du circulateur est optimale : la fermeture des robinets entraine une réduction du débit. La HMT du circulateur reste constante ou diminue, la consommation diminue

Le réglage du débit à chaque émetteur et la fonction limiteur de débit des robinets permet un très important gain de temps lors de l’installation et de la mise au point. La fonction limiteur de débit permet d’éviter les nuisances sonores.

Cette configuration est bien adaptée à la pose de compteur d’énergie en entrée d’appartement.

Sélection, dimensionnement & réglage

Robinet thermostatique auto-équilibrants : Le débit à régler est défini par calcul :

Calcul débit robinet thermostatique

Le bon fonctionnement est assuré dans une plage de pression définie par le fabricant. Il est nécessaire que le robinet du radiateur le plus défavorisé soit soumis à la pression minimale de fonctionnement (généralement 10 kPa). Pour s’en assurer, deux possibilités : calcul des pertes de charge de l’installation (très long) ou utilisation d’un outil de mesure de la pression différentielle proposé par le fabricant du robinet. Si la pression au robinet est trop faible, la HMT du circulateur doit être augmentée.

Il doit également être vérifié que la HMT du circulateur ne dépasse pas la pression différentielle maximum admissible des robinets (généralement 60 kPa).

Les vannes d’équilibrage statiques permettent d’isoler les colonnes, de mesurer les débits et d’être conforme à la RT 2012.

Circulateur à vitesse variable : Le point de fonctionnement nominal de l’installation doit être situé dans la zone de fonctionnement du circulateur.

La perte de charge à considérer est celle du circuit le plus défavorisé. Le débit est déterminé selon la puissance globale et le ∆T de l’installation :

Calcul débit circulateur vitesse variable

Le circulateur peut être paramétré en HMT constante ou HMT variable


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Question – réponses à Roland MESKEL, vice-président du syndicat ACR

L’équilibrage par vannes automatiques, quel est l’avantage majeur ?

Comme son nom l’indique, avec ce type de vanne (PICV), l’équilibrage qui est un élément très important dans le bon fonctionnement d’une installation performante et économe en énergie est réalisé automatiquement.

Le réglage très simple du débit souhaité est la seule opération nécessaire.

Equilibrage vanne
Le traitement des réseaux, boues, …, quel est votre recommandation ?

Les circulateurs à vitesse variable peuvent engendrer des faibles vitesses favorables aux dépôts. Un traitement en continu de ces dépôts par un « pots de décantation » est indispensable pour éviter la corrosion par aération différentielle et le colmatage des accessoires présent sur un réseau. Ils sont le garant de la « bonne santé » d’une installation dans le temps.

Circulateur
Les boues sont engendrées par la corrosion due à la présence d’oxygène dans l’eau. Pour réduire ce phénomène la pose d’un séparateur d’air doit venir en complément du pot de décantation.

Produits combinés air et décantation

Produits combinés air et décantation

Par Roland MESKEL, vice-président du syndicat ACR


SOURCES ET LIENS

Le guide L’INTELLIGENCE HYDRAULIQUE, Guide pratique pour des installations performantes a été rédigé par le COSTIC avec le soutien des associations ACR, Profluid et Energie&Avenir. Ce guide a été élaboré avec la contribution de Thierry Aubert (Danfoss), Denis Bazin (IMI), Thierry Canillieri (Wilo), Thibaut Delabarre (Wilo), Laure Helard (Profluid), Julien Chalet (Profluid), Raphaël Gomez (Belimo), Roland Meskel (Caleffi), Caroline Oviguian (Honeywell), Benoit Smagghe (Comap), Cédric Lanaud (Comap), Florent Trochu (ACR).

logo ACR logo Profluid logo Costic logo Energie Avenir

Le Syndicat ACR
www.acr-regulation.com
Contact: Florent TROCHU, Tél. : 06 84 86 39 52, email : florent.trochu(a)acr-regulation.com


PROFLUID www.profluid.org
Contact: Nadia LOUBAR, Tél. : 01 47 17 62 98, email : nloubar(a)profluid.org


Énergies et Avenir http://www.energies-avenir.fr
Contact: Tania CHEMTOB, Tél. : 01 47 70 43 78, email : tania.chemtob(a)cohnwolfe.com



Commentaires

  • THOMAS
    25/07/2018

    Bonjour. Quelque soit les débit primaire et secondaire, la pression dynamique provenant du primaire est bien ''cassée'' en arrivant dans la bouteille.. Les secondaires deviennent ''libre'' , avec un point de fonctionnement HM/QV déterminé et adapté aux secondaires..

  • Bernard
    28/06/2018

    Bjr Petite précision: le nom générique de la bouteille casse pression ou de mélange est la BOUTEILLE de DECOUPLAGE HYDRAULIQUE. Elle est casse pression quand le débit primaire est supérieur au débit secondaire, elle devient bouteille de mélange dès lors que le débit secondaire est supérieur à celui du primaire. Cdt

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