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Dans les
installations
HVAC, l’eau est
généralement
utilisée comme
fluide
caloporteur.
Elle apporte
l’énergie chaude
ou froide des
générateurs de
chaud ou de
froid au
consommateur
correspondant.
Comme toutes les
substances,
l’eau obéit à
des lois
physiques. Si la
voie est libre,
l’eau coulera
toujours d’un
lieu à haute
pression à un
lieu à basse
pression et
prend le chemin
qui offre le
moins de
résistance. Si
la nature ne
fournit pas
d’elle-même la
différence de
pression
nécessaire à ce
que l’eau
circule dans la
direction
désirée, une
pompe de taille
correspondante
est utilisée.
|
Fonctions
du
distributeur :
|
Si deux ou
plusieurs
consommateurs
sont connectés à
une centrale de
production de
chaud ou de
froid, un
distributeur
hydraulique est
alors placé
entre la
production
d’énergie et les
consommateurs
d’énergie. Ce
distributeur
doit être réglé
de manière à ce
que la commande
ainsi que la
régulation du
rendement, la
production de
chaleur et les
différentes
installations de
chauffage des
consommateurs
fonctionnent
correctement et
sans
perturbations
mutuelles.
Ce
chapitre devrait
aider à
différencier les
quatre types de
distributeurs
utilisables et
montrer où et
pourquoi les
différents types
devraient être
utilisés.
Fig.9-1 Le
distributeur
comme lien entre
la production
d’énergie et les
nombreux
consommateurs
d’énergie
A : Production
de
chauffage/refroidissement
B : Distribution
de
chauffage/refroidissement
C :
Consommateurs de
chauffage/refroidissement
|
Fonctions
des
circuits
hydrauliques
du
consommateur
|
Au consommateur,
il faut créer la
possibilité de
doser l’émission
d’énergie chaude
ou froide entre
0 et 100 % de la
capacité totale
de charge
calculée.
Ce dosage
s’effectue en
changeant la
course des
vannes de
commande entre 0
et 100% à la
vanne de
commande qui est
intégrée dans le
circuit
hydraulique du
consommateur.
Cela entraîne un
changement de
flux volumique à
une température
de départ
constante
(régulation
d’écoulement) ou
à un changement
de température
de départ à flux
volumique
constant
(régulation de
mélange). Pour
cela, la
technologie HVAC
applique un des
4 circuits
hydrauliques
suivants :
|
Pour
la
régulation
du
flux
volumique
conviennent :
|
–
le circuit à
débit variable,
et
–
le circuit de
distribution
Fig 9-2 :
Régulation du
flux volumique
gauche
: avec
circuit à débit
variable
droite : avec
circuit de
distribution
|
Pour
la
régulation
de
mélange
conviennent :
|
–
le circuit de
mélange, et
–
le circuit à
injection
Fig 9-3 :
Régulation de
mélange
a) avec circuit
de mélange
b) avec circuit
à injection
Un distributeur
fonctionne
toujours comme
un lien entre la
production
d’énergie et
plusieurs
consommateurs
d’énergie. Un
régulateur –
serait-ce le
plus moderne des
régulateurs
numériques – ne
peut rien faire
d’autre que
fermer et ouvrir
des vannes. Et
s’il doit
réguler
correctement,
les rapports de
pression au
distributeur
doivent être
exacts.
Auparavant, on
ne veillez
pratiquement
qu’aux rapports
de pression
souhaités pour
la régulation du
consommateur.
Cependant,
aujourd’hui, ce
sont aussi les
générateurs
d’énergie qui
posent
différentes
exigences à leur
circuit
concernant leur
température de
départ et de
retour.
Si les exigences
peuvent être
satisfaites des
deux côtés,
alors les quatre
types de
distributeurs
suivants sont
requis :
Distributeur
sans pompe
principale, pour
groupes de
consommateur
dans des
circuits de
mélange et
chargement de la
chaudière avec
pompes de
charge.
Distributeur
avec pompe
principale pour
groupes de
consommateurs
dans des
circuits
d’étranglement
ou des circuits
à injection avec
vannes de
passage.
Distributeur
avec pompe
principale pour
groupes de
consommateurs
dans des
circuits de
répartition ou
des circuits à
injection avec
vannes à trois
voies.
Distributeur
avec pompe
principale pour
connexion de
consommateur
sans différence
de pression dans
les circuits de
mélange.
Si par exemple
la production de
chaleur demande
une température
de retour la
plus basse
possible (pompe
à chaleur ou
chaudière avec
condensateur à
gaz évacué),
seuls les types
de distributeurs
1 et 2
conviennent.
D’un autre côté,
si la production
de chaleur
demande la plus
haute
température de
retour possible
(chaudière avec
une limite
minimum de
température de
retour pour
éviter la
condensation du
gaz évacué dans
la chambre de
combustion),
alors seuls les
types de
distributeurs 3
et 4
conviennent.
Le choix entre
le type 1 ou 2
et le type 3 ou
4 est basé sur
les rapports de
pression dans
les circuits du
consommateur
connectés
(Concepts clés :
autorité de
vanne, pression
de la pompe)
couverts dans le
module du cours
« Hydraulique
A » (CBT). Après
avoir vu les
exigences
principales des
distributeurs et
considéré les
circuits
hydrauliques du
consommateur,
nous voulons
maintenant
étudier les
différences
hydrauliques et
les cas
d’application
spécifiques des
différents types
de distributeur.
Ce distributeur
convient pour
les petites
installations
ayant des
canalisations
courtes entre le
générateur
d’énergie et le
distributeur. Il
apporte aussi en
fonctionnement
de charge
partielle du
consommateur de
basses
températures de
retour au
générateur de
chaleur. Cela
signifie que la
perte maximale
de pression dans
le circuit
chaudière et
donc la
différence
maximale de
pression aux
connexions des
différents
groupes de
consommateurs ne
doit pas
dépasser 20% de
la pression
d’extraction la
plus basse des
pompes de
groupes. Une
aspiration trop
forte des
différentes
pompes de
groupes
provoquerait des
influences
mutuelles
indésirables.
fig. 9-4
Distributeur
sans pompe
principale pour
groupes de
consommateurs
dans un circuit
de mélange
La perte de
pression dans le
circuit
chaudière est le
facteur décisif
pour le
fonctionnement
de la vanne. Si
la perte est
trop importante,
alors les vannes
de groupes
doivent être
dimensionnées
proportionnellement
avec des pertes
de pression plus
élevées. Chaque
circuit de
consommateur
nécessite une
vanne
d’équilibrage
pour que la
différence de
température
calculée à
pleine charge
puisse être
réglée en
adaptant
(équilibrant) la
quantité
constante de
flux par le
consommateur.
A l’aide d’une
pompe principale
au distributeur,
il est possible
d’éviter les
problèmes qui
pourraient
surgir aux
distributeurs
sans pompe
principale dans
les circuits de
consommateur
ayant un circuit
de mélange quand
la perte de
pression dans le
circuit
chaudière est
trop grande et
que les vannes
sont
surdimensionnées
en faveur d’une
basse pression
de pompage. Si
le générateur
nécessite des
températures de
retour plus
basses, le
groupe de
consommateurs
peut être
uniquement
commandé avec un
circuit
d’étranglement
ou un circuit à
injection avec
vanne de
passage. Les
groupes de
consommateurs
ayant des
circuits
d’étranglement
n’ont pas besoin
d’une pompe de
groupe excepté
dans le cas où
une perte de
pression dans le
circuit du
consommateur
concerné le
justifie.
Ne pas utiliser
de charge d’eau
sanitaire avec
des échangeurs
thermiques
internes car la
température de
retour augmente
avec la
température de
charge.
D’un autre côté,
avec un
échangeur
thermique
externe – et la
conception
appropriée – les
températures de
retour peuvent
atteindre 20°C
et ainsi
augmenter
l’efficacité
d’une pompe à
chaleur ou d’une
chaudière avec
condensateur à
gaz évacué.
fig. 9-5
Distributeur
avec pompe
principale pour
groupes de
consommateurs
dans un circuit
d’étranglement
ou un circuit à
injection avec
vanne de
passage.
Un inconvénient
de ce type de
distributeur est
le flux variable
de l’eau au sein
du circuit
chaudière, qui
dans un cas
extrême peut
même
s’immobiliser.
Afin d’éviter
ceci, un by-pass
entre le départ
et le retour de
la chaudière est
installé à
l’entrée du
distributeur. Ce
by-pass a un
étranglement
réglable pour
fournir un
niveau minimal
de circulation
d’eau. Pourquoi
à l’entrée du
distributeur ?
Pour ne pas
devoir maintenir
inutilement le
distributeur à
température lors
d’un
fonctionnement
en charge nulle
et ainsi éviter
des pertes de
chaleur. Il est
possible de
renoncer à
l’étranglement
réglable pour
une circulation
minimale. Il
faut alors
ajouter des
contacts de fin
de course dans
les servomoteurs
de vannes quand
toutes les
vannes sont
fermées. Dans
cette situation,
la pompe
principale est
désactivée.
Dans de grandes
installations,
une meilleure
solution est
l’installation
d’une pompe
principale à
vitesse
commandée. Cette
pompe aide à
maintenir
constante la
différence de
pression à
l’entrée du
distributeur et
de réduire aussi
simultanément la
consommation
d’énergie de la
pompe. La
régulation de la
différence de
pression au
distributeur
ainsi que la
taille de la
vanne offrent
aussi des
avantages
décisifs pour
les groupes de
consommateurs.
Les groupes de
consommateurs
connectés au
distributeur de
pression doivent
être équipés
d’une vanne
d’équilibrage.
Cette vanne est
utilisée pour
régler le flux
volumique
secondaire
pendant un
fonctionnement à
pleine charge de
manière à ce que
la différence de
température
calculée puisse
être respectée
pour les groupes
de
consommateurs.
Des groupes de
consommateurs
ayant une
régulation de
mélange, tels
que les groupes
de chauffage ou
des
préchauffeurs
pour les
installations de
ventilation et
de
climatisation,
sont connectés
ici dans un
circuit à
injection avec
vannes à trois
voies. Sont
inclus ceux
ayant une
régulation du
débit tels que
les chaudières,
les
refroidisseurs
d’air et les
réchauffeurs
dans les
circuits de
répartition qui
n’ont donc plus
besoin de pompes
de groupe. Dans
ces deux
circuits
hydrauliques,
l’eau de départ
ne circulant pas
dans le groupe
du consommateur
est mélangée
avec l’eau de
retour. Par
conséquent, la
température de
retour de la
chaudière reste
toujours élevée
même pour un
fonctionnement à
basse charge.
Cela donne des
rapports
constants de
flux d’eau et de
pression pas
seulement dans
le circuit du
générateur mais
aussi aux points
de connexion des
différents
groupes.
Fig.9-6
Distributeur
avec pompe
principale pour
connexion de
consommateurs
dans des
circuits de
répartition ou
des circuits à
injection avec
vanne à trois
voies.
Il est vrai que
ce type de
distributeur
demande beaucoup
de temps pour la
mise en service
car tous les
circuits d’eau
constants pour
les deux côtés
du consommateur
et de la
production
doivent être
équilibrés.
Malheureusement,
en pratique, cet
équilibrage
hydraulique
n’est souvent
pas effectué
assez
soigneusement
dans le but
d’économiser du
temps, et donc
de l’argent. Il
en résulte alors
un mauvais
comportement de
régulation et
une mauvaise
circulation.
Ce distributeur
appelé
« distributeur
sans pression »
évite certains
des problèmes
mentionnés
ci-dessus grâce
à un découplage
hydraulique
clair entre les
circuits du
générateur et du
consommateur. En
principe, le
circuit du
générateur est
une
« canalisation
circulaire »
très large, dont
la pompe de
circulation n’a
besoin de
surmonter que sa
propre perte de
pression,
générant une
différence de
pression
maximale de 0.5
kPa entre le
distributeur de
départ et le
collecteur de
retour. Les
groupes de
consommateur
peuvent être
connectés au
distributeur
dans un circuit
de mélange. Dans
ce cas, leurs
pompes ne
servent qu’à la
circulation de
l’eau « à partir
du
distributeur ».
Cela vaut aussi
pour les pompes
de charge de la
chaudière dans
le circuit
d’étranglement,
qui ne peut plus
influencer ou
seulement de
manière non
significative
les rapports de
pression dans le
distributeur et
ainsi aux points
de connexion des
groupes
restants.
L’évitement
d’influences
hydrauliques
mutuelles parmi
les groupes de
consommateurs
est donc
l’avantage
décisif de ce
distributeur. De
plus,
l’installation
est simple : pas
de vannes
d’équilibrage
dans le circuit
du générateur,
pas de problèmes
de fuites dus
aux différences
de pression
élevées et pas
de problèmes
d’équilibrage
pendant la mise
en service.
Fig. 9-7
Distributeur
avec pompe
principale pour
connexion de
consommateur
sans différence
de pression dans
un circuit de
mélange.
Dans un
fonctionnement à
charge partielle
du circuit du
consommateur,
l’eau de départ
du générateur
dont on a pas
besoin circule
par le by-pass
du distributeur
vers le
collecteur de
retour,
maintenant la
température de
retour à la
chaudière à un
niveau élevé
dans le cas
d’une
installation de
chauffage. Comme
il a déjà été
dit, ce type de
distributeur ne
convient pas
quand de basses
températures de
retour aux
générateurs de
chaleur sont
requises.
Ce distributeur
convient aussi
très bien pour
la connexion
d’une ligne
urbaine, dont
les pompes n’ont
qu’à surmonter
la perte de
pression entre
le distributeur
principal et les
sous-distributeurs
également « sans
pression ». |
