Point technique sur les bouteilles de découplage hydraulique

Par Olivier BROGGI - Responsable efficacité énergétique Tertiaire – GRDF Cegibat

La bouteille de découplage hydraulique ou bouteille casse-pression ou bouteille de mélange hydraulique n’est plus forcément utile aujourd’hui en fonction des nouveaux générateurs tels que chaudières à condensation et des schémas hydraulique associés. Si toutefois cette bouteille de découplage devait être prescrite, une vigilance particulière devra être portée pour assurer la condensation des chaudières.

Bouteille d’équilibre, bouteille casse-pression, bouteille de mélange, bouteille de découplage, sous ces différents vocabulaires, la fonction de cette bouteille est toujours le même : réaliser un point de pression neutre entre le réseau primaire de chauffage et les réseaux secondaires vers les circuits de chauffage régulés et de production d’eau chaude sanitaire. Ce même raisonnement étant valable pour des générateurs de production de froid soit d’eau glacée avec différents départs hydrauliques

1. Une bouteille casse-pression fonctionne en découplage si le débit primaire est supérieur au débit secondaire. L’objectif est d’avoir une température de départ chaudières toujours égale à la température de départ chauffage.
2. Une bouteille casse-pression fonctionne en mélange si le débit secondaire est supérieur au débit primaire. Initialement, ce fonctionnement a été créé dans le but de limiter les diamètres des réseaux primaires pour les montages comprenant des sous-stations.

Principe de fonctionnement d'une bouteille de découplage hydraulique de chauffage

L'utilisation d’une bouteille de découplage est-elle toujours nécessaire dans une chaufferie équipée d’une ou de plusieurs chaudières à condensation ?
Le sujet fait débat auprès des professionnels du chauffage. Certains préconisent toujours ce mode d’installation pour améliorer la durabilité des générateurs. Pour d’autres, cette solution serait une habitude qui n’est plus forcément justifiée en raison des alternatives techniques que proposent certaines chaudières de nouvelle génération.

2.1 APPARITION DES BOUTEILLES CASSE-PRESSION
La bouteille casse-pression est apparue au tournant des années 1950-1960, avec le développement du chauffage central à eau chaude, des chaufferies collectives dans les centres urbains et les immeubles collectifs. A l’époque, les chaudières n’étaient pas à technologie à condensation et connaissaient de nombreux dommages.

En pleine saison de chauffe, tout allait bien avec des régimes de température de 90/70°C, les retours d’eau chaude vers les chaudières affichaient systématiquement un niveau de température assez haut et de débit cohérent avec ce que pouvaient supporter les corps de chauffe (70, voire 85 °C).

En revanche, ont été constaté des dysfonctionnements en mi-saison. En raison de la loi d’eau et à plus faibles débits, ces retours beaucoup moins chauds avaient pour conséquence de produire deux phénomènes dommageables pour les corps de chauffe des chaudières :
1. Des chocs thermiques qui pouvaient les fissurer (les chaudières, à l’époque, fonctionnaient à température constante)
2. Une condensation de la vapeur contenue dans les fumées qui les corrodaient en raison des ruissellements acides (H2SO4).

Des solutions pour prévenir ces dysfonctionnements récurrents et coûteux ont alors été recherchés. Un bypass hydraulique entre départ et retour de la chaudière, avec un circulateur pour réchauffer les retours et garantir un débit minimum de circulation dans la chaudière, s’est très vite imposé. Ce court-circuit présentait pourtant deux inconvénients :
1. Son dimensionnement était, au mieux, délicat, au pire, empirique, et il pouvait occasionner de l’inconfort en période de forte demande de chauffage.
2. L’addition de ce débit de recyclage au débit de chauffage engendrait une trop forte perte de charge dans la chaudière. Cette perte de charge faisait donc chuter les deux débits et ne permettait plus d’assurer le confort attendu. La solution consistait alors à stopper le circulateur de recyclage en pleine période de chauffage… et à le remettre impérativement en marche à la mi-saison, pour éviter les dégâts décrits précédemment. Une gestion souvent manuelle et tributaire à la rigueur des exploitants !

2.2 ARRIVÉE DES CHAUDIÈRES À FAIBLE VOLUME D'EAU
L’arrivée de chaudières à faible volume d’eau (souvent en acier) et à température glissante, au début des années 1980, a aggravé le problème. Si les précédents modèles affichaient des contenances en eau de plusieurs litres par kW, ceux-ci se limitent à environ 1 litre/kW. Ainsi, leur passage d’eau augmentait leur perte de charge interne et le circulateur de recyclage pouvait être trop puissant au regard de ceux destinés à l’alimentation des circuits de chauffage.

Ces chaudières à moindre volume d’eau devaient, de plus, être constamment irriguées par un certain débit minimum lors de leur fonctionnement : il devenait urgent de repenser la configuration hydraulique des chaufferies. Face à cela, et très vite, les industriels ont préféré la mise en place d’une bouteille de découplage pour séparer l’installation en deux : un circuit primaire entre la ou les chaudières et la bouteille, un circuit secondaire entre la bouteille et les différents réseaux de chauffage et d’ECS.

Les avantages étaient considérables, à l’époque. Les règles d’installation étaient simples à comprendre et à appliquer : le débit primaire devait être supérieur au débit secondaire, afin de garantir que la température en sortie de bouteille soit égale à la température de production. La bouteille fonctionnait alors en découplage. Cette méthode garantissait également un débit d’eau minimal de circulation dans la chaudière. Enfin, sont apparus les récupérateurs-condenseurs sur les fumées, récupérateurs intégrés ou non dans une chaudière qui ne condensait toujours pas.

2.3 ARRIVEE DES CHAUDIÈRES À CONDENSATION
Le développement des chaudières à condensation, à partir des années 1980, change à nouveau la donne. Ces générateurs donnent leur plein potentiel avec des retours froids, c’est-à-dire inférieurs à 50 °C soit sous le point de rosée. Ils acceptent n’importe quelle température de retour et ne se détériorent plus avec la condensation avec des échangeurs résistants à la corrosion notamment en inox.

Aujourd’hui, 2 choix sont donc possibles :
1. Si la chaudière n’a pas de contrainte de débit ou si elle a une forte contenance en eau, la mise en place d’une bouteille casse-pression n’est plus nécessaire.
2. En revanche, si la chaudière présente une contrainte de débit (un débit minimum pour l’irriguer) car elle a une faible contenance en eau, la mise en place d’une bouteille casse-pression ou d’un système de régulation qui s’y substitue reste nécessaire.

Pourtant, l’usage des bouteilles casse-pression ou bouteilles de découplage reste trop systématique. L’argument le plus souvent avancé est celui de la protection de la chaudière, et l’habitude reste tenace.

Dans ce cas, comment concilier rendement des systèmes à condensation gaz et bouteille de découplage qui peut permettre au départ chaudière de réchauffer les retours ? Comment empêcher cette bouteille de fonctionner en découplage ? Voici quelques recommandations d’utilisation d’une bouteille de découplage.

Dans certains cas précis, l’installation d’une bouteille casse-pression peut malgré tout s’imposer. Une attention particulière doit alors être portée lors de la conception pour assurer la condensation des chaudières.

3.1 CHOISIR DES LOIS D’EAU FAVORABLES À LA CONDENSATION
Les lois d’eau basses favorisent la condensation, cela va sans dire. Aussi, autant les choisir de manière à rester le plus longtemps possible sous la barre des 55 °C, et ce, même si une partie du départ chaudière recircule malencontreusement dans la bouteille vers le retour chaudière. Une loi d’eau radiateur 60/40 °C ou une CTA, mais fonctionnant avec une loi d’eau et un talon bas, rentrent dans ce cadre.

Bouteille de découplage hydraulique et dénomination des réseaux primaire et secondaire

3.2 ÉQUIPER LA BOUTEILLE CASSE-PRESSION DE SONDES DE TEMPÉRATURE
Ces deux sondes assurent la régulation de la chaudière : elles seules voient la réelle température de départ chauffage et la réelle température de retour. En effet, si la bouteille casse-pression se met à fonctionner en mélange, le départ chauffage est refroidi par le retour chauffage. Ces deux sondes remplacent donc les deux sondes qui sont normalement sur la ou les chaudières. Chez certains industriels, une seule sonde est utilisée, celle sur le départ secondaire. La régulation continue alors d’utiliser la sonde de retour présente dans chaque chaudière.

Emplacement des sondes de température

3.3 BIEN RÉGLER LE CIRCULATEUR QUI ALIMENTE LA BOUTEILLE DE DECOUPLAGE
En pratique, certains fabricants préconisent un ΔT de 2 à 5 °C supérieur au ΔT des émetteurs. Chez d’autres industriels, c’est la régulation générale des chaudières qui adapte en permanence les débits, la température et la puissance des chaudières, pour faire en sorte que le débit primaire soit toujours égal au débit secondaire.

Circulateur associé à la bouteille casse pression

Dans le schéma ci-dessus, l’objectif est de créer une sorte de stratification dans la bouteille en « épuisant » le chaud via le circuit de chauffage haute température et l’eau chaude sanitaire avant d’utiliser la chaleur restante sur le circuit de chauffage basse température.

L’emplacement de la sonde sur la bouteille de découplage est crucial dans ce cas, car la régulation des chaudières pilote l’installation tantôt sur la température de départ du circuit basse température, tantôt sur la température de retour des circuits haute température.

Pour s’assurer de la condensation de la chaudière, la bouteille de découplage peut également être remplacée par un ballon primaire, et l’on s’efforcera, en plaçant judicieusement les piquages, voire par un jeu de vannes chez certains fabricants, de conserver un bas de ballon le plus froid possible.

Une attention particulière devra être portée par le concepteur à la taille du ballon « de découplage » à mettre en œuvre mais aussi aux réglages initiaux des vannes (pour les montages équipés de vannes) et à leur maintien dans le temps…

Aujourd’hui, les schémas hydrauliques doivent être étudiés en fonction de la typologie des chaudières mises en œuvre ayant un fort ou un faible volume d’eau, et deux choix sont donc possibles !

Exemple de schéma hydraulique d'une chaufferie gaz

Fait par Olivier BROGGI - responsable Efficacité Energétique, GRDF Cegibat, avec la contribution deux 2 bureaux d’études : Michel Lefèvre (Nath Ingénierie) et Philippe Baudouin (Acuna Consultants) ainsi que les fabricants Chappée et Elco.

SOURCE ET LIEN

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