Régulation du chauffage

Tout simplement, réguler les installations qui ne le sont pas

Trop d’installations anciennes ne possèdent encore aucune régulation : la température de l’eau dans la chaudière ou la position des vannes mélangeuses est modifiée manuellement en fonction de la saison. Il n’y a aucun réglage de la température ambiante, si ce n’est par l’ouverture des fenêtres.

Cette situation est évidemment inacceptable.

Si on part de rien, l’idéal serait de concevoir une régulation complète telle qu’on pourrait l’imaginer pour une nouvelle installation. Il faudra cependant être attentif au type de la ou des chaudières installées. Par exemple, peuvent-elles travailler à basse température ou encore fonctionner à débit nul ?

Concevoir

Pour en savoir plus sur les critères de choix du principe de régulation.

Une installation de régulation peut aussi être réhabilitée : remplacement des moteurs de vanne, remplacement des régulateurs, remplacement des sondes, ….

Études de cas 

La rénovation du Collège St Paul à Godinnes.

Le gain

Comme pour toutes les améliorations qui sont décrites ci-après, il est difficile de chiffrer précisément le gain énergétique qui résultera d’un remplacement complet de la régulation.

Cela dépend de la gravité réelle de la situation de départ (quelle est la température régnant réellement dans les différentes zones du bâtiment ?) et du degré de finesse de la nouvelle régulation.

Voici cependant un chiffre réaliste que l’on rencontre couramment dans la littérature et qui se base sur des situations vécues.

Le placement d’une régulation correcte sur une installation non régulée (c’est-à-dire sans ralenti nocturne et sans contrôle précis de la température intérieure) permet :

>> 30 % d’économie sur la facture annuelle de combustible.

Concevoir

Régulation des installations de chauffage.

Améliorer le ralenti nocturne

La pratique d’un ralenti nocturne par abaissement de la température d’eau est la technique de ralenti la moins efficace (et pourtant la plus couramment utilisée).

Évaluer

Pour évaluer l’efficacité énergétique du ralenti nocturne.

Il est intéressant de modifier le ralenti existant en adjoignant au régulateur existant un thermostat d’ambiance complémentaire placé dans un local témoin et associé à une horloge.

Le système

Lorsque l’horloge passe en horaire de nuit, l’installation est complètement coupée par action directe :

  • Soit sur la chaudière. Dans ce cas, la chaudière redescend en température.
  • Soit sur les vannes mélangeuses. Celles-ci se ferment et la chaudière est maintenue sur sa consigne.

Si la température intérieure mesurée par le thermostat d’ambiance passe sous la consigne de nuit (par exemple 16° en semaine et 14° le week-end), soit la chaudière se remet en marche, soit les vannes s’ouvrent pour maintenir cette consigne.

Exemple.

Si l’installation est équipée d’un régulateur analogique ne pouvant être compensé par une sonde de température intérieure, le schéma de principe de la nouvelle régulation peut être semblable à :

Au passage à l’horaire de nuit, le thermostat d’ambiance mesurera une température intérieure supérieure à sa consigne, son contact s’ouvrira, déconnectant la sonde extérieure. Pour le régulateur, cela équivaut à une mesure, par la sonde extérieure, d’une température infinie. Donc, soit la chaudière va se couper, soit les vannes mélangeuses vont se fermer.
Si durant la coupure, la température intérieure descend en dessous de la température de consigne du thermostat d’ambiance (par exemple 16°C), le contact du thermostat se ferme reconnectant la sonde extérieure. Le régulateur central se remet alors à fonctionner comme auparavant (en principe sur sa courbe de chauffe de nuit). Au passage à l’horaire de jour, la sonde extérieure se reconnecte et le régulateur central reprend sa fonction.

Si, d’origine, le régulateur peut être compensé par sonde intérieure, la sonde de compensation peut aussi bien servir au réglage de la courbe de chauffe de jour qu’à la coupure de nuit.

Ce sera également le cas si l’installation est équipée d’un régulateur digital. Toutes ces fonctions sont vraisemblablement déjà intégrées dans le régulateur. Il faut examiner avec le fabricant du régulateur ou l’installateur la possibilité d’adjoindre un thermostat d’ambiance de nuit dans le programme existant.

On peut également envisager une deuxième façon de travailler, légèrement moins performante. Il s’agit de placer une deuxième sonde extérieure, associée à une horloge. Si la température extérieure de nuit ne descend pas en dessous d’une certaine valeur à régler (par exemple 5°C), l’installation est complètement coupée. Si la température extérieure descend en dessous de cette valeur, le ralenti se fait par abaissement de la courbe de chauffe comme auparavant.

Une troisième possibilité, qui ne demande aucun investissement est d’abaisser au maximum la courbe de chauffe de nuit. Ainsi, durant la majeure partie de la saison de chauffe, la température d’eau demandée la nuit est inférieure à 20°C, ce qui équivaut à forcer la fermeture complète des vannes.
L’inconvénient de ces deux dernières solutions est l’absence de contrôle de la température ambiante nocturne.

Calculs

Pour visualiser l’abaissement de courbe minimal à régler sur votre régulateur.

Le gain

Il est difficile de chiffrer précisément l’économie réalisable en modifiant le mode de ralenti nocturne. Cela dépend d’une série de paramètres qui influencent le bilan thermique :

Exemple.

(Source : Guide pour la pratique de l’Intermittence du chauffage dans le tertiaire à occupation discontinue, ADEME, 1989)

Trois bâtiments, respectivement de 500 (1 niveau), 2 000 (2 niveaux) et 4 000 m² (4 niveaux) sont chauffés 10 h par jour et 5 jours par semaine.

Le niveau de surpuissance de l’installation de chauffage est assez élevé puisqu’il atteint 2 fois les déperditions (calculées avec un taux de ventilation réduit).

Trois niveaux d’isolation ont été repris :

  • peu isolé : simples vitrages, murs non isolés,
  • très isolé : doubles vitrages, murs avec 8 cm d’isolant,
  • bien isolé : niveau intermédiaire entre les 2 précédents.

Trois modes de coupure sont proposés :

Économie par rapport au fonctionnement continu
Mode de ralenti Isolation 500 m² 2 000 m² 4 000 m²

Abaissement de température d’eau

peu isolé 12,5 % 11,4 % 10,8 %
bien isolé 11,7 % 10,9 % 10,3 %
très isolé 10,2 % 9,5 % 8,3 %

Coupure (horloge)

faible inertie
(150 kg/m²)
peu isolé 37,7 % 31,9 % 29,5 %
bien isolé 33,8 % 29,6 % 26,6 %
très isolé 26,5 % 22,6 % 17,0 %
forte inertie
(400 kg/m²)
peu isolé 37,5 % 28,0 % 25,0 %
bien isolé 30,6 % 25,2 % 22,0 %
très isolé 21,9 % 18,2 % 13,7 %

Optimiseur

faible inertie
(150 kg/m²)
peu isolé 38,5 % 33,4 % 31,2 %
bien isolé 35,0 % 31,4 % 28,7 %
très isolé 28,6 % 25,1 % 20,1 %
forte inertie
(400 kg/m²)
peu isolé 38,2 % 31,2 % 28,6 %
bien isolé 33,4 % 28,7 % 25,8 %
très isolé 25,6 % 22,2 % 17,6 %

Prenons un ancien bâtiment lourd (fort inerte) et peu isolé, de 2 000 m². Ce bâtiment consomme 45 000 litres de fuel par an. Le gain possible en passant d’un abaissement nocturne à une coupure complète s’élève à :

45 000 [litres/an] x 28 [%] / (100 [%] – 11,4 [%]) = 14 221 [litres/an]

Pour tenir compte de l’éventuelle faible reproductibilité des pourcentages d’économie repris ci-dessus, on peut examiner le problème sous l’angle de la rentabilité de l’investissement.

Les modifications de régulation proposées pour passer d’un abaissement à une coupure nocturne ont un coût voisin de 750 € (à confirmer par devis, au cas par cas).

Avec un prix du fuel de 0,2116 €/litre et un temps de retour souhaité de 2 ans, cela représente une économie escomptée de :

750 [€] / 2 [ans] / 0,2116 [€/litre] = 1 772 [litres/an]

ou 1 772 [litres/an] / 45 000 [litres/an] = 4 [%]

Ceci est tout à fait faisable au vu des chiffres théoriques d’économie.

Améliorer le ralenti nocturne est donc rentable. Dès lors, il ne sert à rien d’affiner les calculs, n’hésitons pas à agir !

Les précautions

Si le thermostat d’ambiance agit directement sur la chaudière

Dans ce premier cas, il faut que la chaudière existante puisse retomber complètement en température et ensuite fonctionner à température réduite (car commandée par le thermostat d’ambiance de nuit) sans risquer l’apparition de condensation et de corrosion. Ce devrait être le cas si la courbe de chauffe agissait déjà sur la température de la chaudière.

Les anciennes chaudières en fonte ne posent pour cela, aucun problème. Ce n’est pas le cas pour les anciennes chaudières en acier qui, elles, sont sensibles à la corrosion.

Anciennes chaudières en fonte.

Il est évident que les chaudières modernes très basse température s’accommodent très bien de ce type de régulation.

Si un doute subsiste sur les capacités la chaudière à résister à ce mode de fonctionnement, le plus simple est d’interroger le fabricant de la chaudière ou son fournisseur : « est-ce que le brûleur de la chaudière dont je dispose peut être commandée par un thermostat d’ambiance, sachant que cela impliquera par moment un fonctionnement à très basse température ».

Notons qu’il faut être plus attentif avec les chaudières fonctionnant au fuel du fait de l’acidité plus importante des condensats qui peuvent apparaître.

En ce qui concerne le gaz, signalons également que l’ARGB, recommande que toutes les chaudières gaz atmosphériques soient coupées lorsqu’il n’y a plus de besoin de chauffage : les légères condensations des fumées qui résultent de la remontée en température s’évaporent rapidement.

Une exception cependant à cette règle : il faut faire attention avec les anciennes chaudières atmosphériques pour lesquelles de la condensation risque de tomber sur les rampes du brûleur et provoquer une mauvaise combustion et l’apparition d’imbrûlés.

Si le thermostat d’ambiance agit sur les vannes mélangeuses

Si la chaudière ne peut pas travailler en basse température, ce qui est le cas de beaucoup d’anciennes chaudières en acier, la coupure doit s’effectuer au niveau des vannes mélangeuses. Au passage à l’horaire de nuit, les vannes se ferment. Si la température intérieure descend en dessous de la température de consigne du thermostat, les vannes s’ouvrent pour maintenir cette consigne.

Au moment de la relance, le régulateur repasse dans son mode de fonctionnement normal, basé sur la courbe de chauffe de jour ou sur dans un premier temps, sur une température d’eau supérieure si le régulateur possède un mode « accéléré ».

Il faudra cependant être attentif à ne pas créer de choc thermique dans la chaudière au moment de la relance. En effet, si les vannes restent fermées toute la nuit, la température de l’eau dans les corps de chauffe et les conduites va chuter aux environs de 20°C. Lorsque les vannes s’ouvrent en grand, c’est le volume d’eau des circuits qui « déboule », à une température de 20°C, vers la chaudière qui, elle, est restée chaude.

En période de coupure, les vannes mélangeuses sont fermées et la chaudière est maintenue en température.

À l’ouverture des vannes, un train d’eau froide est envoyé vers la chaudière chaude.

Le risque encouru est double :

  • Tout d’abord, pour les chaudières en fonte, l’arrivée de l’eau froide en contact avec la fonte chaude risque de provoquer un choc thermique, une fatigue de la fonte et à terme une rupture de la chaudière.

 

  • Ensuite la chaudière va se remplir d’eau froide qu’elle devra remonter en température. Pendant une courte période, la chaudière fonctionnera à une température d’eau risquant de provoquer une importante condensation des fumées et donc de la corrosion dans la chaudière, surtout pour les anciennes chaudières en acier fonctionnant au fuel (les condensats issus de la combustion de ce dernier sont plus acides).

Deux solutions sont possibles pour prévenir ces problèmes :

  • Prévoir une ouverture progressive des vannes mélangeuses. Dans ce cas, l’eau froide se mélangera progressivement à l’eau chaude, ce qui évitera une chute brutale de la température.
Exemples : en pratique.

La fonction d’ouverture progressive des vannes mélangeuses est généralement intégrée dans les nouveaux régulateurs. En cas de doute, la confirmation peut être demandée au chauffagiste et/ou au fabricant.

Dans le cas d’un ancien régulateur, on peut équiper l’installation d’un régulateur qui commandera la fermeture progressive des vannes si la température de retour chute trop bas.

Un régulateur impulsionnel à 3 points réagit à la température d’eau de retour vers la (les) chaudière(s). Si la température de retour chute en dessous de la consigne, le régulateur envoie un impulsion de fermeture à (aux) vanne(s) mélangeuse(s) et vice-versa.

Raccordement électrique du régulateur 3 points : si la température de l’eau des circuits secondaires est supérieure à la consigne de leur courbe de chauffe ou si la température de retour vers les chaudières est trop basse, une impulsion est envoyée aux moteurs des vannes mélangeuses qui se ferment d’un cran. L’ouverture des vannes n’est possible que si, simultanément, la température des circuits secondaires est trop basse et la température de retour vers les chaudières est suffisante.

On peut aussi imaginer dans le cas d’une installation existante, un système plus simple où un simple thermostat limiteur court-circuite la commande d’ouverture de la vanne si la température de retour chute en dessous du minimum requis. Cette solution ne permet pas de refermer les vannes en cas de dépassement trop important.


Un thermostat limiteur se met en série avec la commande d’ouverture de la vanne 3 voies.

La troisième solution est de décaler dans le temps le moment de la relance de chaque circuit, ce qui permet un mélange progressif de l’eau froide de l’installation à l’eau chaude. La difficulté de cette solution étant qu’en cas de changement de gestionnaire, on oublie le pourquoi du décalage des horloges les unes par rapport aux autres. L’autre inconvénient est que l’on ne contrôle pas exactement la température de retour.

  • Prévoir, dans les circuits primaires en boucle ouverte, un circulateur de recyclage sur les chaudières qui renvoie une partie de l’eau chaude vers la chaudière lorsque la température de retour vers celle-ci est trop basse (en dessous de 55°C). Cette solution n’est cependant pas de idéale et ne fonctionne pas pour les installations déjà équipées d’une pompe de recyclage. En effet, il faut recycler un débit équivalent au débit de l’ensemble des circuits secondaires si l’on veut obtenir une température de 55°C en mélangeant de l’eau à 20°C avec de l’eau à 90°C. Or les pompes de recyclage sont couramment dimensionnées pour recycler 1/3 du débit nominal de la chaudière.

Évaluer 

Attention cependant, le dimensionnement de cette pompe de recyclage n’est pas arbitraire et un mauvais choix peut conduire à un fonctionnement erroné de l’installation. Pour en savoir plus sur les problèmes possibles.

Calculs 

 

Exemple de calcul d’une pompe de recyclage.

 

Attention, cependant, ajouter des sondes et des régulateurs sur une ancienne installation complexifie cette dernière. Cela implique d’une part une information de l’exploitant sur le nouveau fonctionnement de l’installation et d’autre part, de consigner par écrit, le mode d’emploi de celle-ci. Ce dernier point est important car les années passant ou si le personnel change, on ne saura plus à quoi servent les régulateurs et les sondes et l’installation ne sera plus gérée.

Tenant compte de cela, il vaut parfois mieux remplacer l’entièreté des anciens régulateurs par un équipement moderne permettant les différentes fonctions décrites ci-dessus.

Placement d’un optimiseur sur une installation existante

La technique de ralenti la plus performante, d’un point de vue énergétique, est l' »optimiseur« .

Il faut cependant être prudent lorsque l’on désire améliorer sa régulation en plaçant un tel équipement. En effet, celui-ci ne sera performant que s’il équipe une installation ne présentant pas de désordre hydraulique.

Exemples.

lorsque l’on dispose de pompes à vitesse variable, il est conseillé de rétrograder de vitesse durant la nuit. Cependant si l’optimiseur ne gère pas lui-même le changement de vitesse, il ne pourra jamais calculer correctement le moment de la relance puisque les caractéristiques du système ne sont pas constantes.

Ceci peut conduire à une anticipation de la relance telle qu’il n’existe plus de ralenti de nuit, bien que le responsable du bâtiment le croit effectif.

La présence d’incompatibilités hydrauliques entre les circuits peut empêcher certaines parties de bâtiment ou le bâtiment tout entier d’atteindre sa température de consigne de jour.

Ici aussi, l’optimiseur va anticiper la relance croyant erronément le moment de la relance en cause, jusqu’à ce que le ralenti disparaisse.

Dans ces deux exemples, on aura tendance à incriminer l’optimiseur, alors que la cause du désordre est hydraulique.

Concevoir

Gestion de l’intermittence.

Améliorer le réglage des courbes de chauffe

Un mauvais réglage de courbe de chauffe sera source soit d’un manque de chaleur, soit d’une surchauffe (donc d’une surconsommation).
Chaque bâtiment doit avoir une courbe de chauffe unique, fonction :

  • des caractéristiques des émetteurs,
  • de la température intérieure souhaitée,
  • des caractéristiques thermiques du bâtiment.

Trouver cette courbe n’est pas évident. Il faut procéder, en hiver et en mi-saison, à des ajustements en fonction des plaintes des occupants. Ces ajustements et leur résultat doivent être consignés jusqu’à ce que la bonne courbe soit trouvée.

On l’aura compris, il ne s’agit de « tourner les manettes », au hasard, dès qu’une plainte apparaît, sans prendre note de ce que l’on a fait. Ce n’est pas non plus au chauffagiste à régler cette courbe mais bien à une personne vivant dans le bâtiment et pouvant collationner les réactions des occupants à chaque modification du réglage.

Or, bien souvent on entend : « c’est le chauffagiste qui a réglé le régulateur et nous interdit d’y toucher ! ».

Calculs

Tracer la courbe de chauffe programmée sur le régulateur.

Techniques

Pour comprendre le réglage complet d’un régulateur avec courbe de chauffe.

Régulateur climatique analogique avec possibilité de correction par sonde de compensation.

Sur certains régulateurs climatiques, il est possible de raccorder un thermostat d’ambiance de compensation. Celui-ci mesurant la température intérieure dans un local témoin, ajuste automatiquement la température d’eau de départ par rapport à la courbe de chauffe réglée. Ce thermostat peut également servir de thermostat de coupure en régime de nuit. Cette « compensation » permet de résoudre le problème du réglage fin de la courbe de chauffe.

Elle pose cependant certains problèmes :

  • Son efficacité est liée au choix correct du local témoin, pour peu qu’il soit possible. C’est pourquoi une sonde de compensation ne peut pas être placée si le circuit dessert des locaux d’orientation différente ou avec des gains internes différents.

 

  • Elle ne fonctionne correctement que si la courbe de chauffe est déjà presque bien réglée. En effet, la plage de compensation est volontairement réduite pour éviter l’influence de comportements inadéquats des occupants du local témoin (ouverture des fenêtres, « occultation du thermostat », …).

Concevoir

Régulation des circuits de distribution.

Placer des vannes thermostatiques

Vanne thermostatique.

Attention, les vannes thermostatiques ne sont pas la « panacée universelle », et ne permettent pas de résoudre toutes les situations de confort et de surconsommation.

Il est important d’en comprendre le  fonctionnement pour en cerner l’utilité.

En résumé, une vanne thermostatique permet de limiter la puissance d’un corps de chauffe dans des locaux où les apports de chaleur (ensoleillement, occupation importante, bureautique, éclairage, …) sont supérieurs aux autres, variables et conduisent à des problèmes de surchauffe locale.

Exemple.

Par exemple, il faut préparer de l’eau pour l’ensemble des radiateurs de classes. Si dans un local 8 élèves sont présents, il doit faire bon. Si dans le local voisin 25 élèves sont présents, la température risque de s’élever rapidement (25 élèves x 100 Watts/élève = 2 500 Watts, soit l’équivalent d’un radiateur moyen chauffé à 80° !). Il est impératif de couper le chauffage dans ce local. On arriverait aux mêmes conclusions avec l’apport solaire par de larges baies vitrées.

Et c’est là qu’intervient la vanne thermostatique, comme régulatrice finale des apports.

Attention : elle ne peut agir que dans le sens de la réduction ! Aussi, il sera utile d’ajuster la régulation centrale sur les locaux les plus exigeants (locaux de coin, locaux sous la toiture, …).

Il existe sur le marché, des vannes qui peuvent s’adapter à la plupart des publics :

  • locaux où les occupants sont capables de gérer eux-mêmes le réglage des vannes (bureaux individuels, de 2 .. 3 personnes),
  • locaux où les occupants ne se sentent pas responsable du réglage (classes),
  • locaux où les vannes peuvent subir des détériorations (salles de sport, lieux publics, ….).

Il ne faut donc pas systématiquement rejeter cette solution sous prétexte que le public ne saura pas la gérer. Si un doute subsiste quant à la résistance mécanique par rapport au public visé, un essai peut être mené avec une ou deux vannes, avant de se lancer dans l’installation complète.

Il est clair que si on opte pour les vannes les plus simples dont le réglage est laissé à l’occupant, une information de ce dernier sera nécessaire, pour que le résultat escompté soit atteint.

Gérer

Pour télécharger des affiches de sensibilisation des occupants à l’utilisation des vannes thermostatiques.

Le gain

Ici aussi, il est impossible de chiffrer précisément le gain énergétique que l’on peut escompter du placement de vannes thermostatiques, ne fut-ce que parce qu’il est impossible de chiffrer précisément la situation de départ.

On peut cependant, par un rapide calcul, estimer l’intérêt de cette amélioration.

Exemple.

Ordre de grandeur : un degré de trop dans un local = 7 .. 8 % de surconsommation !

Prenons un immeuble de bureau de 1 000 m² dont la consommation annuelle est de 15 000 litres de fuel par an.
Dans la salle de réunion de 60 m², occupée 6 h/jour, 250 jours par an, il fait systématiquement 22°C au lieu de 20°C.
Quel est l’ordre de grandeur de l’économie que l’on peut réaliser en plaçant des vannes thermostatiques dans cette salle ?

« A la grosse louche » :

> Consommation de combustible imputable à la salle :

15 000 [litres/an] / 1 000 [m²] x 60 [m²] = 900 [litres/an]

> Estimation du pourcentage d’économie lié au placement de la vanne : réduction de 2 K en journée et de 1 K la nuit et le week-end (après la coupure du chauffage, la température intérieure reste plus chaude la nuit, suite à l’augmentation de la température intérieure le jour). Prenons 1,5 K en moyenne.

Économie réalisable par des vannes thermostatiques : 900 [litres/an] x 8 [%/K] x 1,5 [K] = 108 [litres/an] ou 32 [€/an] (à 0,30 [€/litre fuel]).

Économie à laquelle il faut rajouter l’amélioration du confort.

Le coût d’une vanne est de l’ordre de 12,5 .. 25 € pour une vanne thermostatique traditionnelle ou 25 .. 37,5 € pour une vanne « incassable ». Hors placement.

Le temps de retour réel dépend du nombre de radiateurs à équiper dans le local !

Précautions

Le placement de vannes thermostatiques dans un bâtiment demande certaines précautions.

Placement d’une soupape différentielle

Lorsqu’une vanne thermostatique se ferme, le débit d’eau est arrêté dans la branche qui va vers le radiateur. C’est comme lorsqu’un enfant bouche de son pouce l’embouchure du jet d’une fontaine, … les autres jets sortent plus fort ! En fait, c’est la pression qui monte dans le réseau et tous les autres radiateurs voient leur débit augmenter. Toutes les autres vannes vont se fermer un peu plus…

Imaginons que vers midi quelques vannes soient encore ouvertes : elles reçoivent toute la pression de la pompe, elles ne s’ouvrent que d’une fraction de millimètre… et se mettent à siffler !

Une vanne thermostatique ne doit pas sentir si sa voisine vient de se fermer. Il est donc utile de stabiliser la pression du réseau. C’est le rôle de la soupape à pression différentielle. Placée après le circulateur, elle lâche la pression lorsque les vannes se ferment. En quelque sorte, elle « déverse le trop plein vers le retour ».

Placement d’une soupape différentielle sur le départ du circuit pour compenser la fermeture des vannes thermostatiques.

Encore faut-il pouvoir calibrer le niveau de pression maintenu entre le départ et le retour… Si l’installation est nouvelle, le bureau d’études connaît la pression nominale nécessaire. Si l’installation est ancienne, on ne pourra y aller que par essai successif en diminuant progressivement la pression. La pression manométrique du milieu de la courbe du circulateur (voir catalogue du fournisseur) est également une indication.

Une solution d’aujourd’hui : le circulateur à vitesse variable

Courbes caractéristiques d’un circulateur à 3 vitesses.

Force est de constater que la solution de la vanne à pression différentielle n’est pas très élégante ! Créer une pression à la pompe et la lâcher juste après, sur le plan énergétique, c’est un peu pousser sur l’accélérateur et le frein en même temps !

Actuellement, il est possible d’installer  un circulateur à vitesse variable : la vitesse est régulée de telle façon que la pression du réseau reste constante. Si seulement quelques vannes sont ouvertes, il tournera à vitesse réduite. L’achat d’un circulateur avec régulateur de vitesse intégré est rapidement amorti durant l’exploitation car la consommation évolue en fonction du cube de la vitesse: une vitesse réduite de moitié, c’est une consommation électrique divisée par 8 !

Améliorer

Pour en savoir plus sur le placement de circulateurs à vitesse variable.

Vannes thermostatiques et thermostat d’ambiance

Un local abritant un thermostat d’ambiance ne peut jamais comporter de vanne thermostatique.

En effet, si la consigne du thermostat d’ambiance est plus élevée que la consigne des vannes, le thermostat ne sera jamais satisfait puisque les vannes thermostatiques se fermeront avant.

Dans le cas d’une installation dans laquelle le thermostat agit directement sur le brûleur, cette demande entraînera le fonctionnement permanent du brûleur jusqu’à ce que la température de la chaudière atteigne sa limite haute. En résumé, la chaudière fonctionnera en permanence à haute température, ce qui est énergétiquement moins efficace.

Si le thermostat agit sur une vanne mélangeuse, celle-ci restera en permanence en position ouverte, alimentant les circuits à température maximale.

Dans les deux cas, il peut en résulter une surconsommation et des surchauffes dans les autres locaux.

À l’inverse, si la consigne du thermostat est plus basse que la température de consigne des vannes thermostatiques, ces dernières resteront en permanence ouvertes en grand et deviennent donc inutiles.

En résumé, si un thermostat d’ambiance et des vannes thermostatiques sont présents dans un même local, ces dernières doivent en permanence être ouvertes au maximum pour permettre au thermostat de jouer son rôle pleinement.

Vannes thermostatiques et circuits corrodés

« Les vannes thermostatiques se bloquent souvent ! »

Voici un des arguments repris par les détracteurs des vannes thermostatiques.

En effet, le faible degré d’ouverture d’une vanne thermostatique (max : 2 mm), les rend sensibles aux dépôts de calcaire ou aux boues de l’installation. Leur application dans une installation existante présentant ces problèmes est donc délicate.

Ce n’est cependant pas pour cela qu’il faut rejeter d’office la solution des vannes thermostatiques. Mais au préalable, les problèmes d’entartrage et de corrosion doivent être combattus. Notons que cela devrait se faire, quels que soient les projets d’amélioration, car c’est l’ensemble de l’installation qui est en péril, y compris les chaudières :

  • suppression des fuites,
  • vérification ou modification du système d’expansion,
  • désembouage,
  • analyse et traitement d’eau,
  • ….

Améliorer 

Pour en savoir plus sur la surveillance d’une installation pour prévenir la corrosion et l’entartrage.

Vannes thermostatiques bloquées en début de saison de chauffe

Il faut éviter de laisser une vanne complètement fermée durant une longue période (c’est valable aussi bien pour une vanne thermostatique que pour une vanne manuelle), par exemple durant tout l’été.

En effet, la pression exercée sur le clapet de fermeture est telle que la vanne risque de rester « collée » lorsque l’on désirera l’ouvrir à nouveau.

Il est donc conseillé de toujours maintenir une certaine consigne à la vanne, par exemple en la réglant sur la position « antigel ». Dans ce cas, en été, elle se fermera, mais avec une pression nettement moindre que si elle est fermée manuellement.

Concevoir

Pour en savoir plus sur le choix d’une vanne thermostatique.

Concevoir

Régulation locale.

Réguler l’installation par zones homogènes

Situation fréquente : les besoins des locaux ne coïncident pas avec le découpage du réseau hydraulique !
Disposer de circuits hydrauliques distincts est indiqué lorsque :

  • Certains locaux profitent de beaucoup d’apports de chaleur gratuits (ensoleillement,…).
  • Certains locaux doivent être chauffés en dehors des heures d’occupation normale (salle de sport ou internat dans une école, salle de réunion, conciergerie, …).
  • Certains locaux ne doivent pas être chauffés en permanence durant la journée (salle de conférence, réfectoire, bibliothèque,…).

Que faire pour améliorer la situation si le bâtiment ne dispose que d’un seul circuit de chauffage ?

Situation 1 : certains locaux profitent d’apports gratuits importants

Les façades Nord et Sud sont alimentées par de l’eau à la même température. Des surchauffes apparaissent dans les locaux Sud dès l’apparition du soleil… mais les locaux Nord restent demandeurs. La régulation dite « de la fenêtre ouverte » est adoptée par les occupants du Sud !

Trois améliorations sont possibles :

  • Soit le placement de vannes thermostatiques sur tous les radiateurs au Sud.
  • Soit le placement sur le circuit de distribution de vannes de zones : ce sont des vannes 2 voies modulantes, commandées par une sonde d’ambiance située dans un local témoin.

Vannes 2 ou 3 voies motorisées.

  • Soit une modification du réseau de tuyauteries de telle sorte que chaque façade dispose de sa propre vanne trois voies.

Solution

Avantages

Inconvénients

Vannes thermostatiques Gestion individuelle avec prise en compte des situations particulières de chaque local. Chaque radiateur doit être équipé d’une vanne. Collaboration nécessaire des occupants (tentures, manteaux, … recouvrant les vannes).
Vannes de zones Peu de vannes à installer si le nombre de circuits à gérer est faible. Multiplication des vannes si le bâtiment est équipé de nombreuses colonnes montantes. Difficulté de choix du ou des locaux de référence. Pas de prise en compte des situations particulières (locaux avec beaucoup d’occupants, matériel de bureautique,…). Nécessité d’une collaboration des occupants du local de référence (ne pas ouvrir les fenêtres, ne pas changer la consigne, ne pas cacher la sonde par une affiche !).
Un nouveau circuit par façade Indépendance des zones. Travaux lourds. Pas de prise en compte des apports gratuits dus aux occupants (par exemple, si une classe est remplie, le chauffage doit pratiquement s’arrêter).

Une demande de prix à un installateur permettra de trancher entre les solutions.

Exemple.

Le chauffage est distribué par plateau

Situation de départ

> Solution : vannes thermostatiques sur tous les radiateurs sud

 

Situation de départ

> Solution : nouveau circuit sud au départ de la chaudière ou du collecteur

Le chauffage est distribué par colonnes montantes

Situation de départ

> Solutions :

  • vannes 2 voies modulantes sur chaque colonne montante de la façade sud avec un ou plusieurs locaux témoins,
  • nouveau collecteur reprenant toutes les colonnes de la façade sud,
  • vannes thermostatiques sur tous les radiateurs sud.

Situation 2 : certains locaux doivent être chauffés en dehors des heures d’occupation générales

Un exemple serait la présence, dans une école d’un internat ou d’une conciergerie qui imposerait un chauffage permanent de l’ensemble des bâtiments. A nouveau, deux solutions coexistent :

  1. La création de branches distinctes pour alimenter des zones aux besoins si différents.
  2. La séparation totale des circuits, avec le placement d’une petite chaudière spécifique pour la conciergerie ou l’ internat.
Exemple. L’évaluation de l’économie engendrée peut être évaluée grossièrement comme suit : admettons que l’école représente 80 % de la surface chauffée. La réalisation d’une intermittence de son chauffage entraînera 30 % d’économie. L’économie sur la consommation existante représente donc 30 % de 80 %, soit 24 % du total.

La deuxième solution est plus coûteuse mais la petite chaudière, avec son meilleur rendement de fonctionnement, apportera une économie supplémentaire.

Études de cas

Évaluation des installations de chauffage d’un centre d’hébergement.

Parfois, une réorganisation des horaires ou des lieux d’activités permet d’éviter de gros investissements.

Exemple. Par exemple, pourquoi ne pas essayer d’organiser la réunion hebdomadaire du club de Scrabble dans l’aile de bâtiment de toute façon chauffée pour les internes ?

Situation 3 : certains locaux ne doivent pas être chauffés en permanence durant la journée

Exemple. Imaginons, dans une école, deux zones thermiques situées sur un même circuit : la bibliothèque qui est dans l’aile des classes primaires. Elle n’est utilisée que deux fois par semaine sur le temps de midi, or la surface chauffée n’est pas négligeable …

Il faut analyser le type de raccordement des radiateurs.

> Cas 1 : tous les radiateurs du local sont situés sur une même conduite, en série et en bout de circuit

Dans ce cas, une simple vanne deux voies peut se placer sur la conduite départ vers les radiateurs. Elle est commandée par un thermostat présent dans un local témoin, thermostat comprenant une programmation horaire des températures. Dans l’exemple, deux heures avant l’ouverture de la bibliothèque, la vanne s’ouvrirait pour réchauffer le local. Une température minimale hors activité serait prévue pour éviter tout risque de gel. Si les radiateurs des classes primaires sont équipés de vannes thermostatiques, les radiateurs de la bibliothèque pourront rester avec leurs vannes ordinaires, toutes ouvertes, la régulation étant assurée par la vanne deux voies. Le coût du matériel à placer s’élève à environ 300 €.

> Cas 2 : les radiateurs du local sont situés sur des conduites distinctes

Dans ce cas une action peut être menée sur chaque vanne thermostatique,

  • Soit en plaçant des vannes thermostatiques programmables indépendantes. Leur prix de revient est de 100 € plus élevé que les vannes traditionnelles. Il faut également penser que les vannes thermostatiques sont fragiles (par rapport aux vannes institutionnelles) et qu’une personne de confiance doit être responsable de la programmation. Cela colle donc très bien pour la bibliothèque, beaucoup moins pour le local des scouts, malgré qu’il soit lui aussi à usage périodique.

Vanne thermostatique programmable : la tête est « trompée » par l’alimentation d’une résistance chauffante électrique. Lorsque le chauffage doit être coupé, la résistance chauffe le corps sensible de la vanne, celle-ci croit qu’il fait chaud dans le local et bloque l’alimentation du radiateur en fonction d’une horloge.

  • Soit en plaçant sur chaque alimentation de radiateur, une vanne servomoteur tout ou rien, régulée par un thermostat d’ambiance unique pour toutes les vannes. Si le régulateur revient à 200 €, le prix d’un servomoteur est d’environ 50 €. Si la bibliothèque dispose de 4 radiateurs répartis sur des circuits différents, le supplément de régulation est de 200 + 50 x 4 = 400 €.