Dossier N°1 - Février-Mars 2020
Équilibrage des réseaux : cap sur la simplicité
Edito
« Équilibrage des réseaux hydrauliques »
« L’équilibrage permet de répartir les débits nécessaires à chaque branche du réseau selon le besoin des émetteurs. L’eau ayant une tendance naturelle à migrer vers les circuits les plus faciles, cette opération consiste à créer des difficultés particulières pour établir une même résistance dans chaque branche.
Ainsi, des organes d’équilibrage doivent être réglés pour créer des pertes de charge supplémentaires dans les circuits les plus favorisés (les plus courts généralement).
Dans les installations individuelles de chauffage, ce rôle est endossé par les coudes et tés de réglage placés à la sortie des radiateurs.
Pour les installations collectives, ce niveau terminal ne suffit pas et il faut en plus avoir recours à des vannes d’équilibrage comportant des prises de pression pour répartir les débits entre les branches.
L’opération d’équilibrage (pour les circuits neuf) ou de rééquilibrage (pour l’existant) n’est pas complexe en soi, mais son calcul préparatoire est assez fastidieux et souvent erroné (erreur de tracé, de calcul, tracé réel différent de celui prévu, diamètre non conforme aux prévisions…).
Des solutions simplificatrices existent :
En individuel neuf, le réseau est souvent de type pieuvre à partir de collecteur/distributeur. Ces réseaux sont généralement « autoéquilibrés » tant la perte de charge générée par les robinets thermostatiques est élevée devant les écarts de longueur de raccordement des émetteurs. Il faut toutefois veiller aux radiateurs qui seraient équipés de robinet à réglage manuel et risquent de voir de forts surdébits si aucun bridage n’est opéré.
En collectif, les produits d’autoéquilibrage se développent avec la promesse d’éviter ces réglages manuels. La réalité est un peu plus complexe et il faudra tout de même passer par des phases de dimensionnement pour s’assurer que celle de pression d’utilisation de ces organes est respectée.
Quelles sont les conséquences d’un mauvais équilibrage ?
La principale est d’avoir un ou plusieurs émetteurs défavorisés qui ne délivrent plus la puissance escomptée et amoindrit le confort des occupants. Plutôt que de traiter le problème, le remède courant est d’augmenter le débit de la pompe ou la température de l’eau de chauffage. Ces deux actions sont désastreuses pour les performances de l’installation : surconsommation électrique de la pompe, surdébit dans la majorité des émetteurs qui impliquent des retours plus chauds et des surconsommations des générateurs, surchauffe de la majorité des autres pièces…
Est-ce si sensible ?
En réalité la précision nécessaire n’est pas aussi prégnante qu’annoncée. Un radiateur à eau ne perd que 20 % de sa puissance avec un débit réduit de moitié et en gagne seulement 15 % avec un débit doublé. La tolérance thermo-hydraulique des installations de chauffage est donc bien réelle, ce qui fait que beaucoup d’installations avec des déséquilibres hydrauliques pas trop élevés fonctionnent sans trop de plaintes d’usagers. »
Serge Haouizee, directeur général du Costic
Équilibrage des réseaux : cap sur la simplicité
Atteindre une répartition homogène du débit est l’objectif vertueux de l’équilibre, mais la méthode et les calculs pour y parvenir ne sont pas si simples. La solution : s’appuyer sur des outils et des équipements capables d’assurer un équilibrage en toute simplicité, afin d’assurer une juste puissance nécessaire aux performances de l’installation, qu’elle soit privée ou collective, neuve ou ancienne.
Mauvais réglage hydraulique, erreurs de dimensionnement, opération d’isolations hétérogènes, etc., les déséquilibres peuvent être corrigés par le réglage de robinets dits d’équilibrage, pour autant que ceux-ci soient correctement répartis et suffisamment accessibles. Si le principe de réglage est facile à comprendre, sa mise en œuvre est souvent plus délicate.
Rappel
Équilibrage statique
– Prise en considération d’un seul régime de fonctionnement, généralement pleine charge
– Adapté pour les petits systèmes 2-tubes ou systèmes à débit constant, par exemple circuits monotubes ou à ventilo-convecteurs
– Moins adapté aux grands réseaux bi-tubes, car le système se déséquilibre à charge partielle
– Mise en œuvre importante pour l’équilibrage
– Jusqu’à 5 % d’économie d’énergie par rapport à un réseau non équilibré
Équilibrage dynamique
– Prise en compte de tous les régimes de fonctionnement, pleine charge et charge partielle.
– Adapté à n’importe quel réseau bi-tubes particulièrement les plus longs
– Peu de mise en œuvre d’équilibrage
– Assure aux robinets thermostatiques une pression différentielle adéquate peu élevée
– Jusqu’à 10 à 15 % d’économie d’énergie par rapport à un réseau non équilibré
Watts : l’équilibrage statique en toute simplicité
iDROSET séries CF de Watts est une nouvelle génération de vannes d’équilibrage statique. Contrairement aux appareils traditionnels, elle couvre une large gamme des conditions de service avec un nombre réduit de dimensions. Ceci signifie que chaque diamètre présente une vaste plage de débits.
Elle se compose d’un corps en laiton et en composite, avec un mécanisme de vanne spécial qui repose sur une technologie brevetée. Le réglage du débit s’effectue en tournant la couronne extérieure. Cette manœuvre permet de régler les valeurs kv et de modifier le débit. Le changement de débit est indiqué sur le cadran en temps réel, ce qui aide à régler rapidement les vannes concernées.
Astucieux, un marqueur témoin de débit facilite la maintenance et offre la possibilité d’utiliser la vanne comme outil de diagnostic instantané afin de contrôler en un clin d’œil le bon fonctionnement de l’installation.
Avec seulement six références, la gamme iDROSET de Watts couvre un large éventail de débits allant de 35 l/h mini à 10 000 l/h maxi.
Belimo : l’équilibrage par mesure ultrasonique
Dans sa démarche d’approche des besoins du marché par l’innovation, Belimo a, dès les débuts de la mutation vers le débit variable en 2003, proposé une vanne combinée de régulation et d’équilibrage indépendante de la pression : la PICCV.
Puis, transférant son expérience du domaine de l’aéraulique à celui de l’hydraulique et afin de proposer des fonctionnalités accompagnant la révolution digitale, Belimo a fait le choix stratégique de proposer depuis une dizaine d’années des vannes de régulation et d’équilibrage indépendantes de la pression électronique.
Le modèle originel, Belimo Energy Valve, est dorénavant un standard reconnu.
La régulation et l’équilibrage par la mesure ultrasonique du débit présentent les avantages suivants :
– mesure du débit précise permanente ;
– monitoring et transmission des informations essentielles au système de GTB (débit, températures, puissance, énergie) ;
– production de diagnostics de son fonctionnement et de l’installation (présence d’air, hauteur manométrique trop faible…) ;
– fonctions d’optimisation énergétique embarquée (régulation et limitation de puissance, optimisation du Delta-T) ;
– adaptation de la fourniture d’énergie au besoin. Pilotage de l’énergie « On Demand » ;
– communication transparente avec son environnement ;
– évolutivité et anti-obsolescence (mise à jour via internet).
Esbe : des vannes de commande qui facilitent l’équilibrage
Chez Esbe, pas d’équipement exclusivement destiné à l’équilibrage, mais des gammes parfaitement étudiées pour le faciliter, comme celles de la série VLE. Proposées en deux et trois voies avec un clapet qui permet de pallier les changements de débit éventuel entre les différentes entrées. Du DN25 au DN50, ces vannes hydrauliques sont adaptées aux applications de mélange, de dérivation (delta P< 50 kpa) et de régulation de débit jusqu’à 16 bars. Fabriquées en bronze et avec des caractéristiques haute performance, elles s’utilisent dans les installations de chauffage et de refroidissement et se combinent parfaitement avec les servomoteurs et contrôleurs Esbe.
Giacomini : une gamme complète
Giacomini développe une vaste gamme de produits pour l’équilibrage : des réseaux aux terminaux. Pour l’équilibrage des réseaux, grâce aux vannes d’équilibrages statiques (R206B), le débit peut être réglé très précisément, avec la possibilité de le visualiser directement par prise de pression différentielle. Le régulateur de pression différentielle (R206C) est à double plage de réglage : une plage basse (5-30 kPa) et une plage haute (25-60 kPa) pour une grande précision sur la plage sélectionnée.
Avec la cartouche intégrée des nouveaux robinets thermostatisables pour radiateurs série DB, la régulation et la limitation de débit à des valeurs préréglées sont assurées. Le débit préréglé sur le robinet ne sera pas dépassé, même en cas de modification de la charge à l’intérieur du système due à la fermeture d’autres robinets ou durant la mise en service.
Dans une plage de pression différentielle minimale et maximale, cette opération est totalement indépendante de la pression différentielle. Puisque le débit requis peut être préréglé directement sur la cartouche à l’aide d’une clé de réglage, les calculs compliqués des pertes de charge et de l’équilibrage ne sont plus nécessaires. De plus, le temps de mise en service est nettement réduit. Ces caractéristiques sont très importantes dans les nouveaux systèmes et encore plus importantes dans les rénovations où, souvent, le concepteur ou l’installateur ne connaissent pas beaucoup de paramètres. Un autre aspect important est la pression différentielle maximale que ce type de robinet peut supporter. En effet, les robinets série DB sont conçus pour fonctionner jusqu’à 150 kPa, ce qui permet une application dans un large éventail de situations. La pression différentielle maximale de 150 kPa permet également de monter le robinet à la place des robinets existants sans nécessiter l’installation d’un régulateur de pression différentielle en amont de la ligne de distribution.
Resideo accompagne les pros
Pour ce fabricant qui propose une gamme complète pour l’équipement de radiateurs (tête thermostatique, corps de robinet, vannes de régulation, modules hydrauliques), la vanne d’équilibrage se décline en version statique ou dynamique.
– La vanne de réglage manuelle Kombi 2-Plus mesure débit ou pression différentielle (livré avec deux points de mesure), assure le réglage de débit par molette graduée et permet une isolation du réseau sans déréglage.
– L’appareil de mesure BasicMES-2 est utilisé pour la mesure du débit et de la pression différentielle. Il est équipé d’une sonde de pression différentielle digitale pour le traitement des mesures pour une très grande précision.
– La vanne d’équilibrage dynamique Kombi-Auto avec deux plages de réglage de la pression différentielle est livrée avec tube de liaison et coquille d’isolation. Le raccordement de la prise de pression de la colonne de départ s’effectue sur une vanne d’isolement type Kombi-S ou Kombi-F.
Collecteur compact pour plancher réversible Rehau : des débits réglables circuit par circuit
Le nouveau collecteur polymère compact Rehau est composé d’éléments doubles regroupant le départ et le retour des circuits de plancher chauffant-rafraîchissant sur un même élément pour un gain de place maximal.
Livré prémonté et équipé de raccords rapides pour le raccordement des tubes PER Rautherm de 16 x 1,5 mm, il dispose de vannes principales munies de thermomètres permettent au choix un raccordement horizontal ou vertical pour l’alimentation du collecteur.
Il est pourvu de débitmètres à lecture directe, ainsi que d’une bague de mémorisation du débit réglé. Le réglage des débits est particulièrement facile.
À noter que ces tubes translucides des débitmètres sont démontables sans vidange des circuits pour un nettoyage simple et rapide.
Le collecteur peut très facilement être doté de moteurs thermiques pour une régulation pièce par pièce.
RBM : la vanne motorisable
Chez RBM, en plus d’une large gamme de vannes d’équilibrage statiques et dynamiques, on remarque la vanne d’équilibrage automatique motorisable pour régler et conserver une constance de débit à la valeur souhaitée, sur un intervalle étendu de pression différentielle entre l’amont et l’aval.
Elle regroupe donc en un seul produit les fonctions d’un stabilisateur de débit et d’une vanne de réglage motorisée. La valeur de débit se règle comme suit :
– à l’aide de la cartouche réglable de l’extérieur (opération manuelle à effectuer avec une clé accessoire) afin de programmer la valeur maximale ;
– par la servocommande de type électrothermique ou électromécanique (opération effectuée en automatique) en fonction des charges thermiques requises par le système. Au cours de ces opérations, la vanne n’a pas besoin d’être arrêtée.
Il est conseillé de choisir la vanne d’équilibrage automatique dont le niveau de réglage correspond à environ la moitié de la plage de débit de la cartouche. Ainsi, lors du transit du débit nominal, une marge suffisante d’étalonnage est conservée, pour faire face à d’éventuelles corrections causées par d’inévitables modifications de parcours en cours de chantier.
Wilo : adapter la pression pour respecter le réseau
Chez Wilo, avec des produits à variations de vitesse, il n’y a pas d’actions directes sur l’équilibrage des réseaux, mais on limite les interactions entre les réseaux via des régulations en pression et on adapte le juste besoin en débit en cas de surdimensionnement de l’installation.
Le circulateur intelligent Wilo-Stratos Maxo par exemple dispose de fonctions innovantes, comme le multi-flow adapt (ajustement du débit du circulateur primaire selon les besoins des circulateurs du secondaire) et le no-flow stop (arrêt automatique en cas de débit nul).
Son efficacité est optimale grâce à sa régulation intelligente dynamic adapt plus, qui adapte la puissance du circulateur aux besoins variables de l’installation, sans aucune saisie de valeur de consigne. Elle garantit un ajustement flexible et adapté à toutes les applications. Des régulations en température constante ou deltaT constant sont aussi disponibles pour améliorer l’efficacité de certaines installations à débit fixe par exemple ou assurer une température cible dans un réseau ECS.
Virginie Bettati
Sociétés citées (Liens Web)
Belimo
Esbe
Giacomini
RBM
Rehau
Resideo
Watts
Wilo
