Réseaux de chaleur et de froid urbains

Un réseau à débit variable est un réseau équipé d’organes de régulation tels que des vannes deux voies motorisées, robinets thermostatiques permettant de moduler le débit des terminaux en fonction des besoins.
La réduction du débit se fait ainsi par la fermeture des organes de régulation des terminaux.

Le débit variable présente de nombreux avantages :

• Consommation électrique réduite des pompes
• Temps de fonctionnement des moteurs plus faible, ce qui assure une plus grande fiabilité et durée de vie
• Diminution du bruit dans les réseaux par la variation de vitesse des pompes
• Une meilleure régulation
• Augmentation du rendement des chaudières à condensation ou des groupes de froid
• Diminution des déperditions de la tuyauterie
   

Profil de charge

Chauffage : profil de charge Blue Angel

Compte tenu des charges variables et afin de déterminer les consommations des circulateurs, un profil de charge moyen représentatif pour les circulateurs à travers l’Europe a été développé. Dans la pratique, on utilise le profil de charge standardisé défini par Europump.

L’étude Europump « Classification of Circulators » a examiné les profils de charge des circulateurs et a défini le profil tel qu’il est utilisé dans le système Allemand d’étiquetage énergétique, « Blauer Engel » (Blue Angel).  Ce profil a été jugé valable pour tous les États membres de l’Union Européenne des 27.

On suppose que le profil de distribution temporelle reste le même, indépendamment du nombre total d’heures de fonctionnement, des conditions climatiques ou de la puissance de chauffage. Le profil de charge Blue Angel, commun à tous les constructeurs de pompes, permet d’identifier les besoins réels de puissance hydraulique en chauffage sur une année pour apporter les calories nécessaires au confort de vie dans un bâtiment.   

Le dimensionnement d’un circulateur ou d’une pompe est toujours réalisé pour répondre aux besoins calorifiques ou frigorifiques les plus extrêmes. Toutefois, les besoins en puissance calorifique sont  maximums (100%) seulement 6% de l’année alors que 44% de l’année, ils sont inférieurs à 25%.

Eau glacée : profil de charge défini par  l’ESEER

Au début des années 2000, Eurovent a adopté une méthode de détermination des ESEER (European Seasonal Energy Efficiency Ratio) pour les groupes de froid. L’ESEER (European Seasonal Energy Efficiency Ratio) est un coefficient d’efficacité frigorifique saisonnier. Il part du principe que le groupe de froid fonctionne une certaine fraction de temps à charge partielle. L’ESEER est la somme de quatre valeurs basées sur un EER (Energy Efficiency Ratio) à puissance partielle.

Relation puissance émise et débit

La puissance calorifique émise par un corps  de chauffe donné dépend :

• de la température de l’eau l’alimentant,
• de son débit d’irrigation,
• de la température ambiante.
   

La puissance d’un émetteur varie en fonction  de son débit. Si le débit dans l’échangeur est abaissé à  75% de son débit nominal, on diminue de  8% la puissance émise. Si le débit dans l'échangeur est abaissé à  20% de son débit nominal, on diminue de  50% la puissance émise.

Sur un besoin à puissance nominale, si 92%  de la puissance est émise, soit une diminution de la puissance émise de 8%, la perte de température ambiante ne sera que de 1°C.

Association pompes VEV et vannes d’équilibrage automatique

Grâce au contrôle de la pression différentielle entre les points A et B le couple échangeur/vanne de régulation est indépendant de toute variation de pression en amont de ces points. L’ouverture ou la fermeture d’autres échangeurs sur ce même réseau sont possibles sans perturber le fonctionnement. 

En installant un régulateur de pression différentielle associé à une vanne d’équilibrage, la différence de pression entre les points A et B est maintenue constante. Ainsi, il est aisé d’obtenir une autorité de la vanne de régulation à 2 voies proche de 0,50.

Une pompe à vitesse variable adapte sa vitesse en fonction des besoins de l’installation (ouverture, fermeture de vannes deux voies) tout en maintenant une pression constante à ses bornes. Avec une régulation en pression (∆p) la pompe limite les interactions entre les différentes sous-stations et optimisera le fonctionnement des vannes deux voies.

Quant aux vannes d’équilibrage automatique, elles n’ont pas d’action directe sur le débit. Elles ne font qu’accompagner la fermeture des vannes 2 voies de régulation pour leur assurer un fonctionnement parfait et une autorité de régulation idéale. 

Schéma simplifié de sous-stations de réseau de chaleur avec système de régulation de la température et vanne d’équilibrage à pression différentielle constante.

Autrement dit, la pompe agit de manière centralisée alors que les vannes d’équilibrage automatiques agissent de manière décentralisée. Ces deux équipements sont parfaitement complémentaires.

Variante : régulation de Δp et vanne de régulation combinés.