Equilibrage hydraulique

Deux concepts de circuit sont maintenant envisageables. Les circuits dits statiques et ceux avec compensation de pression dynamique associant les notions collectives et privatives. L’ingénieur Patrick Delpech évoque ces derniers circuits en ces termes : « Il est advenu une révolution technique sur la chaine du réglage hydraulique. Sans échéance réglementaire particulière, sans directive européenne contraignante, les industriels fabricants de vannes hydrauliques ont pourtant fortement amélioré les services rendus par leurs produits destinés aux circuits à débit variable ».  Doit-on se réjouir de cette innovation et espérer un virage vers une meilleure cohabitation entre le collectif et le privatif avec ce type de circuits. Nous verrons. Quoiqu’il en soit l’orientation regrettable des constructeurs vers la commercialisation de composants plutôt que des systèmes, l’absence de coupe fonctionnelle avec explication du principe de fonctionnement de la valve voire des schémas hydrauliques incorrects au niveau des raccordement n’augure rien de bon. Rien d’étonnant dans ces conditions qu’un constructeur de ce type de valves estime que seulement 20% des réseaux d’alimentation hydrauliques alimentant les radiateurs ou les planchers chauffants hydrauliques sont correctement effectués. Il faut dire que l’hydraulique industrielle est une technique particulière à laquelle les Maîtres d’œuvre en charge de l’implantation des chaufferies ne sont pas toujours bien préparés. La revue Chaud Froid Performance No 817 de janvier 2018 fait ci-dessous le point des différents types de valves disponibles sur le marché. Une bonne dizaine de constructeurs sont présent sur ce marché. Malheureusement la présentation de toutes ces valves « en vrac » par la revue CFP du mois de décembre 2017 reprise ci-dessous est source de mauvaise compréhension sur leur utilisation et leur insertion dans un circuit :

Il faudra que ce secteur industriel communique une coupe fonctionnelle de ces valves avec texte associé à la figure permettant de comprendre leur principe de marche et comment elles réagissent dans le circuit. Un document réalisé par le COSTIC qui commence à prendre ce problème au sérieux vient heureusement de paraître*. Il évoque la notion d’équilibrage à la vertical (colonnes montante et descendante) et à l’horizontal (gaines palières) avec en complément une explication du circuit de la boucle d’eau chaude ECS. 

Il faudra nécessairement passer par une meilleure compréhension des notions de partie privative et partie commune et dissocier au préalable les valves dans les documents selon que leur fonction est d’assurer la compensation de pression dynamique d’un collectif ou statique d’un radiateur privatif. Ceci aussi en associant le comportement de l’émetteur thermique qu’il s’agisse d’un radiateur ou d’un plancher chauffant hydraulique au dispositif d’équilibrage.

 

*On ne peut qu’approuver la formule reprise de très nombreuses fois qui est valable que l’émetteur thermique soit un radiateur ou un plancher chauffant hydraulique

Cependant concernant la coupe fonctionnelle des valves on ne peut que regretter le focus en bleu de la RT et la mauvaise compréhension de la compensation de pression dynamique 

Avec ces valves à membrane dites "dynamiques" utilisées seules si l'on modifie un ou plusieurs réglages privatifs le débit reste inchangé dans les autres logements de la même colonne ou dans les autres pièces du même palier. Ceci de telle sorte que chacun d'entre nous consomme l'énergie thermique chez lui comme il l'entend sans affecter son voisin. Par contre le débit dans la colonne change vu qu'il est égal à la somme des débits privatifs. On observe à ce sujet que les deux systèmes ne semblent pas faire bon ménage. Pour cette raison ressort que le dispositif des vannes à membrane est à lui seul suffisant sans qu’il soit souhaitable de rajouter un deuxième organe d’équilibrage au pied de la colonne. Les pertes de charges sur le circuit sont ainsi plus faibles, le circuit moins couteux et les valves mieux adaptées à l'isolement des circuits évitant les entrées d'air dans le circuit lors d’une intervention sur celui-ci et les problèmes qui en résultent. Une perte de charge plus faible signifie aussi une vitesse plus faible sur les pompes centrifuges de circulation et un circuit moins bruyant. Cela signifie aussi une chute de température dans le circuit de chauffage plus importante avec des températures de retour un peu plus faibles ce qui est préférable lors du fonctionnement de la chaufferie hybride en mode thermodynamique. Les valves à membrane associés à de simples valves d’obturation moins couteuses semblent bien répondre au controversé décret sur l'individualisation des frais de chauffage. Ceci par le fait que les appartements communiquent entre eux sur le plan thermique et que les circuits qui voient le débit circulant dans les radiateurs de ceux qui n'ont pas les moyens de partir en vacances en hiver augmenter va à contrario du décret sur l'individualisation des frais de chauffage et ne semble pas très juste sur le plan social. Le raccordement du capillaire est différent de celui indiqué sur le document COSTIC

Contrôle de la taille de l’orifice pour l’eau (1000 kg/m3)

Avec le nouveau concept d’équilibrage dynamique décrit précédemment les robinets privatifs actuels situés à l’entrée des radiateurs doivent être remplacés. Ceci pour adapter le débit circulant dans le radiateur au nouveau besoin. Ces nouvelles vannes constituées d’un simple orifice en paroi mince réglable ne devront pas être compensées en pression vu qu’elles sont soumises à un DP constant réglé sur la vanne à membrane décrite précédemment. Le débit d’eau chaude q circulant dans le radiateur est uniquement fonction de la section de l’orifice s réglé manuellement sur la vanne montée à l’entrée du radiateur (ou automatiquement avec les soupapes thermostatiques ayant une taille d’orifice se réglant automatiquement). Le débit q circulant dans le radiateur en m3/s est régit par la formule :  q = s  x (2gh)0,5   Ceci dans le système SI avec une section d’orifice exprimée en m² et une perte de charge h réglée sur la vanne à membrane exprimée en mètres d’eau.

Formule transposable en

q = 3,6 x  s x (h)0,5  avec la perte de charge h dans l’orifice en hauteur manométrique toujours exprimé en mètres, q en litres/h et une section orifice s  en parois minces en mm².     

 

Pour adapter la taille de la vanne au besoin en débit les constructeurs utilisent un coefficient kv  qui n’est autre que la section de passage de l’eau

 

Débit  = kv   (deltaP)0,5

 

deltaP  étant la perte de charge réglée sur la vanne à membrane

Figure 1 schéma hydraulique

S étant la surface de la membrane, la position d'équilibre du tiroir et alors tel que

S x Pamont  =   S x Paval + Fressort   ou encore   

Pamont Paval = DP = Fressort/S = constante réglable.

 

Le circuit reste comparable dans le cas de la distribution à l’horizontal sur un même palier

Figure 2   Vue de détail de la vanne à membrane assurant la régulation

Parmi les nombreux articles traitant de l’équilibrage hydraulique alimentant les parties privatives dans le cas d’un chauffage collectif il est repris ci-dessous celui de l’UNPI qui se trouve être le moins mauvais.

Remarque concernant la figure 3

-        On observe que les valves à membranes assurant la régulation symbolisée par un rond noir ont bien été montées sur la colonnes montantes.

-        Par contre en cas d’adjonction de compteurs de chaleur le cout de 180 € par logement indiqué sur le tableau n’est correct que si la cuisine et la salle de bain sont proches l’une de l’autre et alimentées par une seule colonne.

-        Si l’on converti partiellement un immeuble de bureaux équipé d’un équilibrage dynamique en logements d’habitation chaque partie règle chez soit sans affecter son voisin ( privatif et collectif ne font pas pour une fois trop mauvais ménage).



Design et coupes fonctionnelles 

1 Vanne d'arrêt

La vanne d'isolation sur le général est souvent une vanne papillon avec un contact caoutchouc-métal pour l'isolation et la partie mécanique fileté de commande hors eau. Les diamètres sur les réseaux de distribution après ces grosses vannes sont plus faibles (1/2 à 1 pouce). Cela est un peu triste mais on peut dire à ce sujet que la plomberie sanitaire relative aux circuits d'alimentation en eau froide et en eau chaude a de gros progrès à faire en ce qui concerne la diffusion des coupes fonctionnelles des valves utilisés pour l'isolation (valves normalement ouvertes qu'il est nécessaire de fermer en cas de besoin)

 

Une image contenant plancher, intérieur

Description générée avec un niveau de confiance très élevé

Les deux figures ci-dessus montrent :

-        sur la gauche les robinets d’isolement à boisseau sphérique (Sphère avec contact métal-métal préjudiciable au gommage), un design qui malheureusement ne répond pas complètement à la fonction par le fait que le calcaire contenu dans l'eau se dépose sur la surface de contact ce qui condamne trop souvent la commande de l'ouverture (Le levier est bloqué en position ouverte et il n'est pas possible de fermer la vanne manuellement). Le seul remède à ce problème est de manipuler le levier plusieurs fois dans l'année pour éviter le grippage de la sphère ce qui est la plupart du temps oublié avec les problèmes que cela comporte par la suite.

-        sur la droite un robinet d’isolement à siège avec contact caoutchouc-métal par surface plane mieux adaptée au respect de la fonction ouverture-fermeture que le robinet à boisseau sphérique.

Mise à part la société VIEGA qui va de DN15 à DN50 (voir figure ci-contre), la plupart des constructeurs ne commercialisent le design à siège que pour les petits diamètres allant de ½ à ¾’’. Ceci probablement pour bénéficier d’un marché juteux de remplacement. A noter que les vannes type papillon qui répondent à la fonction pour les gros diamètres est inadaptée au petit diamètre.


2) Vanne assurant une fonction régulation en complément de l'isolation

C'est le cas des circuits d'équilibrage hydraulique qui doivent non seulement pouvoir isoler le circuit amont du circuit aval. Ceci pour faciliter les interventions en aval du circuit mais qui doivent également assurer la fonction régulation pendant les périodes de chauffe.  Et ceci malgré la période de non utilisation en été et les risques qui en résulte. Une fois bien raccordée, la vanne d'équilibrage de la figure 2 semble pouvoir répondre à cette fonction sans être affectée par les frottements secs si l'on en croit ce qui a été promis par le constructeur.

 

 

Le constructeur confirmant à nouveau le montage de cette valve sur le circuit retour il faut espérer que la fonction est cette fois respectée.

Ceci de telle sorte que le réglage du débit circulant dans le radiateur d’un appartement n’affecte pas le débit dans les radiateurs des voisins du dessus ou du dessous alimentés par la même colonne.

 

1 kPa = 0,1 bar

-        le débit réglé dans un logement n’affecte pas le débit dans les récepteurs hydrauliques des autres logements

-        et que la fonction arrêt décrite en 2) soit assurée. L’absence de coupe fonctionnelle avec texte associé ne permet pas au Maître d’œuvre de vérifier qu’il en est ainsi.

 

 

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