Sommaire
Déséquilibre de l’installation
“Il fait toujours froid dans le bureau situé au bout du couloir”.
Si on a vérifié que l’émetteur (radiateur, convecteur) de ce bureau était correctement dimensionné, il est fort à parier que le problème se situe au niveau du débit d’eau chaude qui parvient jusqu’à ce local.
Circulateur trop petit ?
Bien que cela puisse arriver, il est rare qu’un circulateur soit insuffisant ou que cette insuffisance soit la cause d’un inconfort. En effet :
Émission d’un radiateur (en % de la puissance nominale), en fonction du débit (en % du débit nominal) lorsque le radiateur est alimenté à sa température nominale. Par exemple, si le débit chute à 50 % du débit nominal, la puissance ne chute que de 20 %. Pour que le radiateur perde 50 % de sa puissance, il faut que le débit soit diminué de 80 %.
- Un débit légèrement inférieur au débit nominal du corps de chauffe n’entraîne généralement pas une diminution importante de la puissance émise. Par exemple, une diminution de débit de 30 % n’entraîne une chute de puissance que de 5 %. Inversement, augmenter le débit de la pompe n’apportera qu’un très faible gain de chaleur aux utilisateurs concernés, tout en risquant de perturber les autres locaux jusqu’alors sans problème.
- Dans les anciennes installations, les circulateurs sont presque toujours largement surdimensionnés (les pertes de charge dans les réseaux de chauffage ont été surestimées, une marge de sécurité a encore été prise sur la calcul, sans compter l’imprécision supplémentaire qui est de mise si l’on remplace un circulateur dont on ne connaît plus les caractéristiques de dimensionnement). Cela est confirmé par une étude Suisse sur plusieurs centaines de bâtiments qui a montré que le débit des installations de chauffage était en moyenne 2,5 fois surdimensionné par rapport aux besoins.
Ce n’est donc qu’en dernier recours que l’on redimensionnera le circulateur en recalculant les pertes de charge du circuit le plus défavorisé.
Déséquilibre ?
Nombreuses sont les installations de chauffage qui présentent des problèmes de manque de chaleur dans les locaux situés en bout de circuit.
Très souvent, la cause de cet inconfort réside dans un déséquilibre de l’installation : les premiers radiateurs “court-circuitent” le débit d’eau chaude, privant ainsi les derniers émetteurs d’un débit suffisant.
Lorsque l’installation est déséquilibrée, les premiers radiateurs court-circuitent le débit d’eau. Le manque de débit dans les derniers radiateurs entraîne un manque de chaleur.
La cause de cette mauvaise répartition des débits (appelée déséquilibre) est l’inégalité des pertes de charge entre les différents chemins que peut prendre l’eau dans l’installation : les circuits les plus éloignés de la chaufferie présentent généralement des pertes de charge plus importantes que les circuits proches de celle-ci. Or l’eau étant “fainéante”, elle préférera prendre le chemin le plus facile, c’est-à-dire où la résistance hydraulique (ou les pertes de charge) est la plus faible.
Il en résulte un manque de débit dans les circuits éloignés suffisamment important pour créer un inconfort
| Pour éviter ce problème, il faut égaler la résistance hydraulique de chaque circuit, en “freinant” l’eau dans les circuits les plus favorisés. On parle alors d’équilibrage de l’installation. Pour en savoir plus, cliquez ici ! |
Un indice pour diagnostiquer un déséquilibre
Pour repérer un déséquilibre hydraulique, on peut sentir la répartition des températures dans les radiateurs : un radiateur chaud dans sa partie supérieure mais froid dans sa partie inférieure présente un débit d’alimentation insuffisant (une partie supérieure froide traduit une présence d’air à purger).
Déséquilibre récent ?
Si l’apparition d’une insuffisance de chaleur dans une zone particulière du bâtiment est récente, il faut en rechercher les causes du côté d’une modification de l’installation :
- embouage d’une partie de l’installation ou blocage d’un élément par des boues,
- extension des circuits par des repiquages sur les circuits existants,
- placement de vannes thermostatiques sur une partie seulement de l’installation, ce qui augmente les pertes de charge sur cette partie (si des vannes thermostatiques sont placées sur l’entièreté des corps de chauffe, l’augmentation générale des pertes de charge peut parfois imposer de changer le circulateur pour en augmenter la hauteur manométrique),
- modification de la régulation (par exemple, placement d’un optimiseur) qui entraînerait des interférences entre les circuits et un mauvais fonctionnement des vannes mélangeuses.
Si on “repique” un nouveau circuit sur une installation existante et que celui-ci a une perte de charge plus faible que le reste du tronçon sur lequel il est raccordé, l’eau aura tendance à favoriser ce nouveau chemin au détriment du reste de l’installation. Il faut donc prévoir, dans le nouveau circuit, un élément de réglage pour y “freiner” le débit.
Incompatibilité des débits avec un circuit primaire bouclé
Le phénomène
Dans un circuit comprenant un circuit primaire en boucle fermée ou une bouteille casse-pression, ce phénomène apparaît lorsque le débit appelé par l’ensemble des circuits secondaires (qui alimentent le bâtiment) est supérieur au débit que fournit le circuit primaire.
Dans ce cas, une circulation inverse va se créer dans la boucle ou la bouteille casse-pression :
- Dans le cas d’une boucle fermée, le circuit proche de la boucle va puiser de l’eau froide dans le circuit retour. Il n’atteindra donc jamais sa température de consigne. Et augmenter cette dernière ne servira à rien.
- Dans le cas de la bouteille casse-pression, c’est l’entièreté du collecteur de départ qui puisera de l’eau froide de retour et aucun des circuits n’atteindra sa consigne.
Circulation inverse dans une boucle fermée lorsque le débit secondaire est supérieur au débit primaire.
Circulation inverse dans une bouteille casse-pression lorsque le débit secondaire est supérieur au débit primaire.
Quand cela se produit-il ?
Lors des fortes demandes de chaleur
Lors des fortes demandes de chaleur (par grand froid ou lors des relances), lorsque toutes les chaudières sont en fonctionnement, que toutes les vannes mélangeuses sont ouvertes et que les circulateurs des circuits secondaires ont été surdimensionnés par rapport aux besoins (ce qui est fréquent !).
Par exemple, cela a pour conséquence lors des relances que certaines zones de bâtiment n’atteindront jamais leur température de consigne. Le gestionnaire aura alors tendance d’avancer le moment de la relance ou d’augmenter les consignes de température d’eau, ce qui ne résoudra rien et entraînera une surconsommation. Cela peut également avoir un impact sur le fonctionnement des optimiseurs. En effet, si la température de confort n’est pas atteinte à temps, ceux-ci vont avancer le moment de la relance, peut-être, jusqu’à ce qu’il n’y ait plus du tout de ralenti.
Dans cet exemple, on aura tendance à incriminer l’optimiseur, alors que la cause du désordre est hydraulique.
En mi-saison
Imaginons le cas d’une installation dont la température du circuit primaire et des circuits secondaires est régulée en fonction de la température extérieure. En mi-saison, une ou plusieurs chaudières se mettent à l’arrêt, ce qui réduit le débit primaire. Par contre, si la température d’eau demandée à la sortie des chaudières est proche de la température demandée au niveau des circuits secondaires, les vannes mélangeuses sont ouvertes en grand, demandant le débit maximum.
Dans ce cas, le débit de la boucle primaire devient inférieur au débit secondaire. Pour compenser le manque de débit d’eau chaude qui en résulte, la pompe du (ou des) dernier(s) circuit(s) de la boucle va puiser de l’eau dans la partie “retour” du collecteur créant une circulation inverse dans la boucle (de B vers A). Ce (ou ces) circuit(s) ne sera(ont) alors pas alimenté(s) à la bonne température, ce qui créera un inconfort pour les occupants.
Le problème est semblable dans une installation avec bouteille casse-pression si la prise de température du circuit primaire est située avant la bouteille.
Circuit primaire avec bouteille casse-pression et régulation en cascade des chaudières en fonction d’une prise de température en amont de la bouteille casse-pression.
Détection du problème
La température au départ du ou des circuits incriminés (avant la vanne mélangeuse) est nettement inférieure que la température du collecteur à la sortie des chaudières. Cette différence de température peut être constatée par simple contact de la main ou grâce à un thermomètre (de contact ou sur la conduite).
Attention aux mauvaises solutions
Une chaudière supplémentaire
On pourrait avoir l’impression que la puissance des chaudières ne suffit pas lors des fortes demandes. Cependant, ceci est une fausse solution. En effet, bien que le problème soit résolu, il ne l’est pas par l’augmentation de la puissance de production mais par l’augmentation du débit primaire.
Un clapet anti-retour ou une vanne fermée dans le bypass
Pour le bon fonctionnement global de l’installation, il est interdit de fermer le bypass sous peine de perturbations et de déséquilibres importants.
Une pompe plus grosse pour le dernier circuit
Ici aussi, on pourrait imaginer que le problème vienne d’un sous-dimensionnement de la pompe du dernier circuit. Cependant, installer une pompe plus grosse ne ferait qu’accentuer le problème, puisqu’on ne ferait que puiser plus d’eau froide sur le retour.
Déconnection de la cascade de chaudières
Si la cascade est régulée en fonction des conditions extérieures, on aurait tendance à déconnecter la régulation en cascade pour permettre à toutes les chaudières de fonctionner en parallèle. Ceci est une très mauvaise solution car on perdrait tout l’intérêt de posséder une cascade.
Les solutions adéquates
Si le problème est lié à un surdimensionnement des pompes secondaires, c’est-à-dire si le problème persiste en mi-saison, même lorsque l’on force le fonctionnement en parallèle des chaudières (déconnection momentanée de la régulation en cascade, on améliorera la situation en “freinant” le débit puisé par les circuits secondaires :
- soit idéalement par des pompes plus petites ou en diminuant la vitesse des pompes existantes,
- soit en plaçant des vannes d’équilibrage à l’entrée des circuits, ce qui permettrait de diminuer les débits puisés dans les premiers circuits, augmentant ainsi la quantité d’eau chaude disponible pour le dernier circuit.
| Réduire la vitesse des circulateurs ou équilibrer l’installation. |
Si le problème est lié à la régulation atmosphérique des chaudières (en fonction de la température extérieure), c’est-à-dire s’il n’apparaît qu’en mi-saison lorsqu’une des chaudières est à l’arrêt (et isolée par l’arrêt de son circulateur et/ou d’une vanne d’isolement), on améliorera la situation :
- soit en augmentant la température de consigne des chaudières (augmentation de la courbe de chauffe). 10 .. 15 °C d’écart entre la consigne des chaudières et la consigne des circuits secondaires peut être suffisant;
- soit, dans le cas d’une bouteille casse-pression, en déplaçant la mesure de température commandant les chaudières, après la bouteille.
Dans les deux cas, cela aura malheureusement pour conséquence d’augmenter la température de départ des chaudières et donc leurs pertes.
| Pour visualiser la possibilité d’incompatibilité des débits qui apparaissent lorsque l’on est en présence d’une installation équipée d’un collecteur bouclé ou d’une bouteille casse-pression et de plusieurs chaudières régulées en cascade, cliquez ici ! |
Interférence entre les circuits avec des pompes de recyclage
Le phénomène
Souvent dans les circuits en boucle ouverte, une pompe de recirculation est installée en bypass sur la ou les chaudières pour garantir un débit et une température minimum de retour pour les chaudières.
Si la perte de charge dans la chaudière est plus importante que la hauteur manométrique à débit nul de la pompe de recyclage (chaudière à faible contenance en eau), il est possible que le sens de la circulation s’inverse dans le bypass malgré le fonctionnement de la pompe. Ceci peut arriver lorsque la demande de débit est importante (toutes les vannes 3 voies sont ouvertes, à la relance matinale, par grand froid, ou si en mi-saison, la température de la chaudière et identique à la température demandée par les circuits). Dans ce cas, il se produira un mélange d’eau chaude et froide à la sortie de la chaudière. La température de l’eau distribuée sera donc inférieure à la température espérée et le bâtiment n’atteindra jamais sa température de consigne.
Circulation inverse dans le by-pass, malgré le fonctionnement de la pompe de recyclage.
Attention, ce problème peut être inexistant avec des anciennes chaudières ayant des pertes de charge faibles (grand volume en eau) et apparaître subitement lors d’un remplacement de chaudières, si les nouvelles chaudières sont à faible contenance en eau.
Détection du problème
La température au début du circuit de distribution est inférieure à la température de la chaudière.
Attention aux mauvaises solutions
Le placement d’une vanne anti-retour sur le bypass est une mauvaise solution.
Le circulateur risque de tourner dans son jus au moment de l’inversion de débit, ce qui peut entraîner sa détérioration par cavitation.
Les solutions adéquates
Courbe caractéristique d’un circulateur.
- Changer de circulateur pour que sa hauteur manométrique à débit nul soit supérieure à la perte de charge maximale de la chaudière (quand le débit est maximal).
- Le circulateur de recirculation peut être mis en série sur le retour des chaudières.
Placement du circulateur de recyclage sur le retour des chaudières.
| Exemple de calcul d’une pompe de recyclage. |
Mauvais fonctionnement des vannes de régulation : les vannes 2 ou 3 voies oscillent tout le temps
Si les vannes de régulation 2 ou 3 voies oscillent continuellement, le problème n’est pas à rechercher au niveau du régulateur mais au niveau de la disposition du circuit hydraulique.
Mauvais dimensionnement des vannes
Une première cause d’oscillation des vannes est leur mauvais dimensionnement. Un dimensionnement au “pif” d’une vanne de régulation conduit généralement la vanne à travailler dans des conditions limites (par exemple proche de sa fermeture) pour lesquelles seul un fonctionnement en tout ou rien lui sera possible.
Dans une nouvelle installation, il faut donc bien veiller à ce que le bureau d’études ou l’installateur dimensionne correctement les vannes en fonction du débit nominal du circuit et des pertes de charge.
Circuit primaire ouvert
Dans le cas d’un circuit sans pompe primaire, lors de l’ouverture d’une vanne 3 voies, la modification des caractéristiques hydrauliques de l’installation oblige les autres vannes 3 voies à réagir pour compenser cette modification.
Ce problème apparaît souvent lorsqu’on équipe une ancienne installation avec collecteur non bouclé, et sans régulation, d’une régulation par circuit avec vannes mélangeuses et sonde extérieure.
Solution
Il faut dissocier les circuits primaires et secondaires par l’installation, idéalement d’une bouteille casse pression ou d’un bypass, simple tuyau légèrement plus gros que les tuyauteries de distribution oi l’installation d’un ou plusieurs pompes primaires calculées en fonction du débit nominal des chaudières et de leur perte de charge.
Auteur : les anciens
Eté 2008 : Brieuc.
Notes : 27.01.09