L HYDRAULIQUE. 1) Formules de notions de base. Différence de température départ/retour en K

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1 L HYDRAULIQUE 1) Formules de notions de base Puissance nécessaire pour élever une certaine quantité d eau d un différentiel de température Puissance (W) = x Volume (l) x T ( C) Débit nécessaire en fonction d une puissance de générateur pour respecter un T( C) défini. Débit (l/h) = Puissance nominale (W/h) (1.163 x T( C) LA PUISSANCE NOMINALE = déperditions plus ou moins majorées (coefficient de sécurité). On peut estimer à : Déperditions Bâtiment 60 W/m 3 RT W/m 3 RT W/m 3 RT 2012 LE T C EST LA DIFFÉRENCE DE TEMPÉRATURE AVEC LE DÉPART ET LE RETOUR Pour un circuit radiateur on prend T= 15 ou 20 C Pour un plancher chauffant on prend T= 8 C T 25K Différence de température départ/retour en K T 20K Radiateurs temp départ > 60 C Radiateurs temp départ > 60 C T 15K T 10K Chauffage par le sol T 5K Température extérieure en C 348 MÉMO

2 L HYDRAULIQUE 2) Débits hydrauliques en fonction de la puissance du générateur A l aide des formules ci-dessous, un débit peut être défini en fonction d une puissance de générateur (ou puissance d un circuit de chauffage) et de son différentiel de température entre l entrée et la sortie. 256,00 m3/h Débits Hydraulique vs Puissance du générateur Débits Hydrauliques 128,00 m3/h 64,00 m3/h 32,00 m3/h 16,00 m3/h 8,00 m3/h 4,00 m3/h 2,00 m3/h 1,00 m3/h 0,50 m3/h 5 C 10 C 15 C 20 C 30 C 0,25 m3/h ) Correspondance entre pouces et millimètres Pouces 1/4" 3/8" 1/2 3/4 1" 1"1/4 1"1/2 2" 2"1/2 3" 3"1/2 4" 5" 6" 7" Ancienne dénomination 8/13 12/17 15/21 20/27 26/34 33/42 40/49 50/60 66/76 80/90 90/ / / /165 DN ø ext 13,5 16,7 21,1 26,9 33,7 42,4 48,3 60,3 76,1 88,9 101,6 114,3 139,7 168,3 193,5 MÉMO MÉMO 349

3 L HYDRAULIQUE 4) Dimensionnement des canalisations Le débit dans une canalisation doit être suffisamment rapide pour ne pas laisser l'eau stagner et risquer d'engendrer des boues sans cependant être trop rapide et engendrer des bruits et des pertes charges importantes. La formule empirique de Croquelois définit une vitesse «silencieuse» en fonction du diamètre utilisé : V est la vitesse du fluide exprimé en m/s et d le diamètre intérieur exprimé en mm. La courbe ci-après vous permet de lire la vitesse maxi d un fluide. Par exemple dans un diamètre de 40mm Vitesse maximale de 0.9 m/s et débit maxi de 4m3/H environ et Vitesse silencieuse maxi (m/s) 1,8 1, ,4 1, ,8 0,6 1 0,4 0,2 Débit silencieux maxi (m3/h) Diamètre intérieur (mm) 0,1 Vitesse silencieuse maxi (m/s) Débit silencieux maxi (m3/h) Il existe une formule inverse permettant de trouver le diamètre intérieur d une canalisation en fonction de son débit (m3/h) d=22.9*d^0.4 d étant le diamètre en mm et D le débit en m3/h Diamètre intérieur (mm) ,25 0,5 0,75 1 1,25 1,5 1,75 2 2,5 3 3, Débit (m3/h) Diamètre intérieur (mm) 350 MÉMO

4 Mémo collectif 2015_Mise en page 1 05/05/15 17:11 Page351 L HYDRAULIQUE 5) Les pertes de charges Les pertes de charges d une installation doivent être calculées avec soin. Cependant une première approche peut être réalisée avec l abaque de Daries Ci-dessous un exemple en bleu en canalisation sanitaire avec un débit de 1.05 l/s soit 1.05*3600 = 3.7 m3/h dans une canalisation de diamètre 26 mm. On obtient une perte de charge de 0.3 mce/m en linéaire soit près de 0.4 mce/m en tenant compte des pertes de charges locales et ponctuelles. Second exemple en rouge en installation de chauffage avec ce même débit dans une canalisation de 40 mm de diamètre (pour respecter les vitesses maxi). Une perte de charge de 0.05 mce/m, soit 1 mce pour 20 m de canalisation, est obtenue. Il faut ajouter toutes les pertes de charges des émetteurs, du générateur et des organes de régulation (vannes de réglage, différencielle, etc). Des valeurs indicatives simples sont utiles à la détermination de la hauteur manométrique des pompes de circulation des groupes de chauffage. Les indications sont en mètres de colonne d eau (mce). Un mce équivaut à dix kilopascals (kpa). Chauffage au sol 1,5 mce à 3 mce Chauffage par radiateurs standard 1 mce Très grands groupes de radiateurs jusqu à 2 mce On ne dispose pas de valeurs indicatives pour d autres applications et groupes de chauffage avec un compteur de chaleur dans le circuit. Dans ces cas, il faudra effectuer un calcul comme dans le cas d installations nouvelles. MÉMO 351 MÉMO 6) Détermination de la hauteur manométrique

5 L HYDRAULIQUE 7) Point de fonctionnement et courbe caractéristique de la pompe de circulation Pour trouver la pompe de circulation qui convient le mieux, il faut avoir quelques connaissances concernant le fonctionnement des pompes dans les installations de chauffage. Une pompe de circulation bien choisie est plus facile à régler, fait moins de bruit et consomme moins d électricité. Pour expliquer le comportement des pompes de circulation (à débit variable ou non), la meilleure solution est de recourir au diagramme. L intersection entre le débit volumique et la courbe caractéristique de la pompe de circulation donne le point de fonctionnement A. Le point de fonctionnement devrait valoir environ 2 3 du débit volumique maximal de la pompe de circulation. En cas de réduction du débit, par exemple au moyen de vannes thermostatiques ou suite a la fermeture de vannes de radiateurs, le point de fonctionnement se déplacera vers la gauche sur une distance dépendant du réglage de la pompe de circulation. H Hauteur manométrique en mce Pompe non variable U C V A Point de fonctionnement Pompe variable 50% Débit volumique en m 3 /h 3 réglages possibles : Pression proportionnelle (courbe V) (90 % des installations de chauffage domestique sont concernées) Pression constante (courbe C) Vitesse courbe U (vitesse fixe comme un circulateur classique) TYPE DE CIRCUIT Pression constante Pression variable Débit variable Débit fixe Réglage Groupes de chauffage équipés de vannes thermostatiques X X V Les chauffages par le sol sans vannes thermostatiques X X C Les circuits primaires (séparateur hydraulique, générateurs de chaleur) X X C Les pompes de charge d accumulateurs X X C Boucles à température constante X X C 352 MÉMO

6 L EXPANSION 1) Notions de base Pour qu une installation de chauffage fonctionne de manière optimale, le circuit doit être rempli d eau au maximum et maintenu en surpression par rapport à l atmosphère. Seulement : lorsque l eau chauffe, elle se dilate et prend plus de place ; lorsqu elle refroidit, son volume diminue. Il faut donc tantôt absorber l excédent d eau pour éviter que la pression devienne trop élevée et provoque des fuites, tantôt compenser le manque d eau pour éviter que le circuit se mette en dépression et aspire de l air. C est le rôle du vase d expansion (de préférence raccordé sur le retour du circuit). Au moment de son installation, le vase est rempli d azote sous pression. Cette pression est calculée en fonction de la hauteur du bâtiment (et donc de la hauteur de la colonne d eau dans le bâtiment). Le vase est également constitué d une membrane souple ou mieux, d une vessie, qui sépare le volume d air de l eau du circuit hydraulique. Lorsque l eau est froide - et donc que son volume est le plus contracté le coussin d air repousse la membrane ou compresse la vessie; la colonne d eau est ainsi maintenue en surpression au point le plus haut de l installation. Fluide caloporteur Fluide caloporteur Fluide caloporteur État à la livraison Système solaire rempli, sans action thermique Pression maximale à la température la plus élevée du fluide caloporteur MÉMO MÉMO 353

7 Mémo collectif 2015_Mise en page 1 05/05/15 17:11 Page354 Prendre 12 l/ PCBT ou 14 l/ radiateur L EXPANSION 354 MÉMO

8 L EXPANSION 2) Calcul du vase d expansion chauffage (non solaire) Le calcul du vase d expansion nécessite dans un premier temps de connaitre le volume d eau de l installation. Ce volume doit ensuite être multiplié par le coefficient de dilation en fonction. Température moyenne ( C) Coefficient de dilatation 0,0044 0,0079 0,0121 0,0171 0,0228 0,0296 Le vase d expansion dispose d une efficacité (rendement de vase) qui est donné par la relation suivante : Rendement de vase = (pression de tarage de la soupape + 1) - (pression statique + 1) pression de tarage de la soupape + 1 Volume minimal du vase = Volume d'expansion Rendement du vase La pression statique en bar est le dixième de la différence de hauteur entre le point haut de l installation et le vase d expansion (hauteur statique/10). Nous prendrons pour exemple une installation contenant 600 litres avec une hauteur statique de 10 mètres. Dans le cas d une installation dimensionnée pour fonctionner à un régime d eau 80/60 C donc à une température moyenne de 70 C, le coefficient de dilatation obtenu est de 0,0228 Volume d expansion = 600 x 0,0228 = 13.7l (3+1)-(1+1) 2 Rendement de vase = 3+1 = 4 = 0,5 Volume minimal du vase = 13.7 / 0.5 = 27,4 l => Taille standard = 40 l MÉMO MÉMO 355

9 LES ÉMETTEURS 1) Régime de fonctionnement Un radiateur de chauffage est "dimensionné en régime 75 C / 65 C. Sa performance est donnée à ce régime de fonctionnement. La plupart des fabricants indiquent maintenant les émissions calorifiques des radiateurs suivant la norme européenne EN Cette norme tient compte d'un régime de dimensionnement de 75 C / 65 C pour une température intérieure de 20 C. Cette norme remplace l'ancienne norme qui se basait sur un régime de dimensionnement 90 C / 70 C. Le T du radiateur (différentiel de température entre la température moyenne du radiateur et la température de la pièce, communément 20 C) est de 50 C. Le T du radiateur n est pas à confondre avec le T de l installation de chauffage qui correspond au différentiel entre le départ et le retour de l installation (entre 5 et 30 C suivant les installations). 2) Fonctionnement à basse température Si un fonctionnement en régime basse température est désirée, c'est-à-dire une faible différence de température entre la température moyenne du radiateur et la température ambiante, il faut alors surdimensionner les surfaces d'échanges. Coefficient de puissance du radiateur 1,4 1,3 1,2 1,1 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 Courbe de l évolution de la puissance d un radiateur en fonction du T Régime de fonctionnement basse T = T 30 C soit 50% de la puissance du radiateur T radiateur (T moyenne - Tamb) 356 MÉMO

10 LES ÉMETTEURS 3) Calcul sur les radiateurs Une formule approchée permet de calculer la puissance d'un radiateur à un régime d'eau différent de celui annoncé sur sa documentation ( T 50 C). T moyenne désirée 1.3 Puissance T désiré = ( ) x Puissance T Toute formule peut être inversée pour calculer la puissance normalisée du radiateur à mettre en place dans le cas d une puissance à installer connue et T connu. Puissance T désirée Puissance T 50 = T moyenne désirée 1.3 ( ) 50 Exemple : Pour une pièce disposant de 1500 W de déperdition avec un régime de radiateur basse température fonctionnant avec un T 30 C (départ 45 C et retour 35 C). Puissance radiateur T 50 = 1500 ( 30 ) = 2914 W Le coefficient de 1.3 utilisé correspond à une valeur de pente moyenne pour les radiateurs. Chaque radiateur dispose d une pente spécifique disponible sur son certificat NF radiateur. Les ordres de grandeur pour approximation : Puissance : 100 W/m² 17W/mL 10/100m² T = 8 K Vmax 1m/s 0,75m/s Perte de charge : 3 mce MÉMO MÉMO 357

11 LE SÉPARATEUR HYDRAULIQUE Principes de fonctionnement de la séparation hydraulique En créant une zone à très faibles pertes de charge, le séparateur hydraulique rend les circuits «primaire» et «secondaire» hydrauliquement indépendants. Ainsi, les débits des différents circuits dépendent exclusivement des caractéristiques de débit des pompes. En utilisant donc un tel dispositif, il n y a débit Qs dans le circuit secondaire que quand la ou les pompes de ce circuit sont en service, permettant à l installation de satisfaire aux exigences spécifiques de charge du moment. Quand les pompes du secondaire ne sont pas en service, il n y a pas de circulation dans le circuit correspondant ; le débit total Qp émis par la pompe du primaire est bipassé par le séparateur. m3/h Choix du séparateur hydraulique 20,0 18,0 18 m3/h 16,0 14,0 12,0 10,0 8,0 8,5 m3/h 6,0 4,0 2,0 0, t K MÉMO

12 NOTES MÉMO MÉMO 359

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