Systèmes de chauffage

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1 Bases fondamentales de planification Systèmes de chauffage Systèmes de chauffage Tableaux de pertes de charge Annexe

2 Humidité, Développement durable, Normes 5 Généralités 23 Geberit PushFit 51 Geberit Mepla 69 Geberit Mapress acier carbone 99 Geberit PushFit 131 Geberit Mepla 145 Geberit Mapress acier carbone 171 Connaissances de base, prestations de garantie, prestations de service et produits 215

3 Systèmes d'alimentation Geberit: des assemblages astucieux parfaitement adaptés L'alimentation des immeubles modernes est complexe et doit satisfaire à de nombreuses exigences. Geberit offre un choix complet de conduites d'alimentation en matière synthétique, métal et matériaux composites, destinées au transport de l'eau et des gaz dans les bâtiments et installations. Les systèmes d'alimentation Geberit offrent également des solutions dans le secteur des applications industrielles et applications spéciales telles que p. ex. l'alimentation en air comprimé, fluides caloporteurs et huiles ainsi que dans l'alimentation des installations techniques solaires. Lors du choix d'un système d'alimentation optimal, le mode d'assemblage d'un matériau avec l'autre est décisif. Avec le tube composite multicouche Geberit Mepla, le matériau métallique Geberit Mapress acier inoxydable et acier carbone ainsi que le système à emboîter Geberit PushFit, Geberit offre des solutions bien étudiées et pour chaque exigence. Chez Geberit, les avantages spécifiques des matériaux et des modes d'assemblage peuvent également être combinés entre eux. 22

4 Contenu Systèmes de chauffage, généralités 1 Système Introduction Positionnement des systèmes d'alimentation Vue d'ensemble du champ d'application Homologations Planification Protection contre le bruit Protection incendie Isolation des conduites Températures de départ du chauffage Production d'eau chaude Utilisation des rejets thermiques Régulation par pièce Décompte individuel des frais de chauffage et d'eau chaude (DIFC) Processus et systèmes de chauffage Calcul du réseau de conduite Calcul du réseau de conduite gaz naturel Calcul du réseau de conduite air comprimé Résistances unitaires des systèmes d'alimentation Geberit Tableaux de pertes de charge des systèmes d'alimentation Geberit Détermination du matériel

5 Systèmes de chauffage, généralités Système - Introduction 1 Système 1.1 Introduction Geberit offre un choix complet de systèmes avec conduites d'alimentation en métal, matériaux composites et matière synthétique, destinés au transport de l'eau et des gaz dans les bâtiments et installations. Avec le système à emboîter Geberit PushFit et les systèmes à presser Geberit Mepla et Geberit Mapress, Geberit offre des solutions astucieuses pour chaque exigence Le système Les composants tels que raccords, tubes, robinetterie de distribution et outils s'adaptant entre eux de manière optimale, garantissent des assemblages durablement étanches. Le résultat du pressage ou de l'emboîtement du raccord et du tube consiste en un assemblage indémontable et durable d'une solidité élevée. Pour le système à emboîter Geberit PushFit, à l'aide de la couleur de signalisation verte, l'indicateur d'emboîtement signale que le tube a été emboîté dans le raccord de manière durablement et sûrement étanche. Avec les systèmes à presser Geberit Mepla et Mapress, les assemblages non pressés ne sont pas étanches. A l'aide d'un essai de pression conforme aux normes, les assemblages non pressés sont immédiatement détectés Description du système Geberit dispose des systèmes d'alimentation suivants: Geberit PushFit Geberit Mepla Geberit Mapress acier inoxydable et Geberit Mapress acier inoxydable gaz Geberit Mapress acier carbone (galvanisé à l'extérieur et ) 1.2 Positionnement des systèmes d'alimentation Les systèmes d'alimentation Geberit se prêtent aux applications suivantes: Geberit PushFit pour la distribution d'étage flexible dans les installations en applique, dans la construction humide et à insérer. Le système dispose des pièces appropriées à chaque situation de raccordement courante et se prête de ce fait aux installations d'eau potable dans la même mesure qu'aux installations de chauffage, de climatisation et d'air comprimé Geberit Mepla pour les installations domestiques complètes d'eau potable et de chauffage. Son point fort est la possibilité de pose flexible, que ce soit dans les colonnes montantes ou le raccordement d'étage: les tubes peuvent facilement être cintrés et conservent une stabilité prononcée malgré leur impressionnante flexibilité. Egalement les conduites de refroidissement et les installations d'air comprimé sont posées sans problème avec le Geberit Mepla Geberit Mapress pour les applications nécessitant une stabilité élevée ainsi que des exigences supérieures à la matière première. Telles que par exemple pour les installations ayant des températures élevées, des pressions ou pour les eaux de procédé dans l'industrie A l'aide des systèmes d'alimentation Geberit, pratiquement tous les champs d'application peuvent être recouverts. Selon le matériau préféré du client, des solutions spécifiques à l'application peuvent ici être élaborées et proposées. Flexible De forme stable Rigide Les cinq systèmes complets se composent de tubes, raccords, robinetterie de distribution ainsi que des outils appropriés. Ils disposent de caractéristiques remarquables et se différencient, selon le système, dans l'application appropriée. Fig. 7: Industrie/Gaz Distribution en sous-sol Colonne montante Etage Le positionnement des systèmes d'alimentation Geberit 1.3 Vue d'ensemble du champ d'application En plus de l'application dans l'eau potable et l'eau de chauffage, les systèmes d'alimentation Geberit peuvent être installés pour d'innombrables liquides et gaz. Les tableaux suivants constituent une aide dans le choix du système approprié. Ils donnent un aperçu des principaux champs d'application des systèmes Geberit PushFit, Mepla et Mapress. Il convient de contrôler et d'éclaircir les détails des applications définitives dans les chapitres y relatifs. 24

6 Systèmes de chauffage, généralités Système - Vue d'ensemble du champ d'application Tableau 4: Recommandation d'application des systèmes d'alimentation Geberit Geberit PushFit Geberit Mepla Mapress acier inoxydable Mapress acier inoxydable Mapress acier inoxydable gaz Mapress acier carbone Mapress acier Cr-Ni Eau potable Circuits d'eau Chauffage 3 4 Refroidissement Gaz Huiles Industrie Sprinkler En partie approuvé pour les gaz techniques tels que p. ex. air comprimé, azote, etc. 2 Doit être soumis à une clarification détaillée avant la pose (des autorisations spécifiques à l'objet sont possibles) 3 Uniquement tube composite PushFit 4 Des mesures contre la corrosion extérieure sont requises pour les installations de refroidissement Tableau 5: Plage de pression et de température des systèmes d'alimentation Geberit Geberit PushFit Geberit Mepla Mapress acier inoxydable Mapress acier ino- Mapress acier ino xydable xydable gaz Mapress acier carbone Mapress acier Cr-Ni Pression et température de service 16 bars à 0-20 C Max. 10 bars à C (momentanée jusqu'à 95 C) 16 bars à 0-20 C Max. 10 bars à C (momentanée jusqu'à 95 C) 16 bars à C 16 bars2 à C 5bars 3 à C 16 bars 2 à C 16 bars 2 à C 1 La température de service max. dépend du joint utilisé (voir liste détaillée des résistances) 2 Pour l'application dans l'industrie: 25 bars ou possibilité de pressions plus élevées (sur demande) 3 Homologation SSIGE à partir du DN 65 avec raccords max. 0.1 bar 25

7 Systèmes de chauffage, généralités Système - Homologations Demandes inhérentes aux résistances Pour la détermination de la résistance aux produits chimiques, les indications suivantes sont impératives: Fiches techniques du produit et de sécurité de la substance Température de service prévue Pression de service prévue Durée d'exploitation prévue Concentration de la substance Essai de la substance (sur demande) Les questions relatives aux résistances peuvent être posées en ligne sous dans la rubrique "Download". 1.4 Homologations Les systèmes d'alimentation Geberit disposent de différentes homologations dans le monde entier. 26

8 Systèmes de chauffage, généralités Planification - Protection contre le bruit 2 Planification 2.1 Protection contre le bruit Les conduites d'alimentation correctement dimensionnées et réalisées n'engendrent pas de bruits. Elles transmettent par contre les bruits provenant des aménagements (appareils et robinetterie). C'est la raisons pour laquelle, elles doivent être munies d'une isolation acoustique efficace qui découple les bruits solidiens de la maçonnerie. En ce qui concerne les indications d'ordre général en matière de protection contre le bruit, voir le "Manuel pour études sanitaires" ou la brochure "Protection contre le bruit et l'incendie". 2.2 Protection incendie En ce qui concerne les indications d'ordre général en matière de protection incendie, voir le "Manuel pour études sanitaires" ou la brochure "Protection contre le bruit et l'incendie" Exigences aux systèmes d'alimentation Tableau 6: Extrait de la norme "Utilisation de matériaux de construction combustibles" (DPI 13-03f, chiffre 7.2) Bâtiments et installations Bâtiments et installations comportant Plus de 8 niveaux ou à ne comportant pas plus de quatre niveaux et davantage, partir des bâtiments trois niveaux (30') 7*) sans les bâtiments élevés (60') 7*) élevés (90') 7*) Conduites d'eau ) 3) Les conduites doivent être posées dans une gaine technique / système d'installation homologué AEAI* de résistance au feu EI 90 (incombustible) 7*) La durée de résistance au feu est la durée minimale, en minutes, pendant laquelle le matériau de construction doit remplir les exigences requises * Complément / Interprétation / Recommandation de Geberit Les systèmes d'alimentation Geberit disposent des indices d'incendie suivants, ainsi que des numéros d'attestation d'utilisation AEAI: Geberit Mepla: I-I 4.2 (No. 9888) Geberit Mapress: I-I 6.3 (n'est pas nécessaire) Geberit PushFit PB: I-I 4.2 (No ) Geberit PushFit I-I 4.2 (No ) comp.: 27

9 Systèmes de chauffage, généralités Planification - Protection incendie Exigences au Geberit Mapress, Mepla et PushFit dans les systèmes d'installation Duofix et GIS Coupe-feu El 90 (icb) Coupe-feu El 90 (icb) Jusqu'à trois niveaux Dès quatre niveaux et davantage, sans les bâtiments élevés Plus de 8 niveaux ou à partir des bâtiments élevés Sans restriction. Traversées de dalle obturées à l'aide de laine minérale (I-I 6q.3, > C) Sans restriction. Traversées de dalle obturées à l'aide de laine minérale (I-I 6q.3, > C) Exigence atteinte. Traversées de dalle obturées à l'aide de laine minérale I-I 6q.3, > C Exigences au Geberit Mapress, Mepla et PushFit lors de pose ouverte (au passage des murs et des dalles constituant compartiment coupe-feu) Jusqu'à trois niveaux Dès quatre niveaux et davantage, sans les bâtiments élevés Plus de 8 niveaux ou à partir des bâtiments élevés Sans restriction Sans restriction Exigence avec Mapress atteinte Mepla / PushFit: accord indispensable de l'autorité cantonale compétente, obturation EI 90 (icb), exécution selon homologation AEAI Isolations des tuyaux Tableau 7: Extrait de la norme "Utilisation de matériaux de construction combustibles" (DPI 13-03f, chiffre 7.2) Bâtiments et installations ne comportant pas plus de trois niveaux (30') 7*) Bâtiments et installations comportant quatre niveaux et davantage, sans les bâtiments élevés (60') 7*) Plus de 8 niveaux ou à partir des bâtiments élevés (90' icb) 7*) Isolations des tuyaux 4.1 5) ou 5.2 6) 5.2 3), 5) 3) Les conduites doivent être posées dans une gaine technique / système d'installation homologué AEAI* de résistance au feu EI 90 (incombustible) 5) Les isolations de tuyaux seront enveloppées dans un matériau incombustible (p. ex. tôle) 6) Le matériau d'une éventuelle enveloppe doit avoir un indice d'incendie de 5.2 au minimum 7*) La durée de résistance au feu est la durée minimale, en minutes, pendant laquelle le matériau de construction doit remplir les exigences requises * Complément / Interprétation / Recommandation de Geberit Exigences pour les isolations des tubes Matériaux isolants usuels dans le commerce: PIR: I-I 5.2 Laine minérale: I-I

10 Systèmes de chauffage, généralités Planification - Protection incendie Exemples d'application Conduites d'alimentation Geberit Mepla / PushFit Obturations EI 90 des passages de murs et de dalles traversant des murs et des dalles constituant compartiment coupe-feu avec le Geberit Mepla / PushFit, selon homologation AEAI, No Conditions: La conduite Geberit Mepla / PushFit traversant la dalle resp. le mur doit être munie d'une isolation incombustible (p. ex. laine minérale enroulée concentriquement avec une feuille en aluminium renforcée par un treillis adhésif) d'une épaisseur d'isolation minimale de 20 mm sur une longueur d'un demi mètre Il convient de réaliser l'isolation au centre de la dalle / mur et les espaces vides entre l'isolation et le béton resp. la maçonnerie doivent être soigneusement remplis de mortier i Remarque Pour l'obturation, il est recommandé de poser une épaisseur d'isolation (min. 20 mm) identique à celle déjà utilisée. Fig. 10: Protection incendie Geberit Mepla ø mm, Geberit PushFit ø mm: Traversée de mur, mur de construction sèche d Dimension du tube s Epaisseur d'isolation 1/2 L i x 0.5m Remarque La traversée de mur au travers de la construction sèche du Geberit Mepla ø 75 mm n'est pas admise. 1 x d s L L 1 1/2 L 2 1/2 L 1/2 L Fig. 8: Protection incendie du Geberit Mepla / PushFit: Traversée de mur, mur massif L Longueur totale = 50 cm 1 Tube Geberit Mepla / PushFit 2 Coquille RS Fig. 11: Protection incendie Geberit Mepla / PushFit: Traversée de dalle, dalle massive L Longueur totale = 50 cm 1 Tube Geberit Mepla / PushFit 2 Coquille RS /2 L /2 L 1/2 L Fig. 9: Protection incendie Geberit Mepla / PushFit: Traversée de mur, mur massif, coude L Longueur totale = 50 cm 1 Tube Geberit Mepla / PushFit 2 Coquille RS 800 1/2 L Fig. 12: Protection incendie Geberit Mepla / PushFit: Traversée de dalle, dalle massive, coude L Longueur totale = 50 cm 1 Tube Geberit Mepla / PushFit 2 Coquille RS

11 Systèmes de chauffage, généralités Planification - Isolation des conduites 2.3 Isolation des conduites Bases fondamentales Les conduites d'alimentation sont à isoler en fonction de la température de l'eau et de la température ambiante. Le type d'isolation dépend du résultat à obtenir. Conduites de chauffage, d'eau chaude et de circulation: Réduction de la perte de chaleur Absorption de la dilatation Empêchement des transmissions de bruit Conduites frigorifiques: Exploitation économique des installations frigorifiques Eviter la formation d'eau de condensation Absorption de la dilatation Empêchement des transmissions de bruit Conduites de chauffage, d'eau chaude et de circulation Extrait de l'"aide à l'application EN-3" de la Conférence des services cantonaux de l'énergie (Edition 2009). Des dérogations selon les cantons sont possibles. Les installations à construire et les installations remplacées à l'occasion de transformations, y compris la robinetterie et les pompes, doivent être entièrement isolées contre les pertes thermiques conformément au Tableau 8, "Epaisseurs minimales d'isolation des installations d'eau chaude pour les systèmes d'alimentation Geberit", page 31. Ceci englobe les: Distributions du chauffage dans les locaux non chauffés et à l'air libre Conduites d'eau chaude dans des locaux non chauffés, à l'exception de celles alimentant sans circulation un ruban chauffant aux points de soutirage individuels Conduites d'eau chaude des systèmes de circulation ou conduites d'eau chaude équipées d'un ruban chauffant dans des locaux chauffés Conduites d'eau chaude allant de l'accumulateur jusqu'au distributeur (distributeur inclus) L'isolation thermique des conduites de distribution de chaleur est nécessaire dans les locaux non chauffés, tout comme pour les conduites de chauffage enterrées. Sont considérés comme non chauffés, les locaux situés en dehors de l'enveloppe thermique du bâtiment (voir aide à l'application EN-2 "Isolation thermique des bâtiments"). Pour les conduites de circulation d'eau chaude resp. pour les conduites d'eau chaude avec ruban chauffant, les exigences dictées dans le Tableau 8, "Epaisseurs minimales d'isolation des installations d'eau chaude pour les systèmes d'alimentation Geberit", page 31 doivent être respectées dans les locaux chauffés comme non chauffés. Seules les conduites d'eau chaude qui alimentent, sans circulation ni ruban chauffant, des points de soutirage isolés font exception à cette règle. Une isolation est également nécessaire pour les conduites de transport de chaleur des procédés. En cas de températures du fluide de plus de 90 C, il convient d'augmenter l'épaisseur de l'isolation en conséquence. Les locaux dont le chauffage est assuré par des conduites de distribution non isolées doivent se situer à l'intérieur de l'enveloppe thermique et être isolés conformément aux prescriptions. La norme SIA 380/1 désigne les pièces qui ne disposent pas de systèmes de chauffage mais sont situées à l'intérieur de l'enveloppe thermique par l'expression "espaces non activement chauffés". Le principe appliqué est le suivant: dans un local non chauffé (température nominale inférieure à 10 C), les conduites de distribution de chaleur doivent être isolées. Ou si un local est chauffé ou non activement chauffé (température nominale de 10 C ou plus), ce dernier doit être isolé. L'utilisation de conduites de distribution de chaleur non isolées pour tempérer des sous-sols ou des garages n'est en aucun cas autorisée. Le chauffage des locaux dont la température reste inférieure à 10 C doit être assuré par des radiateurs ou des chauffages de sol réglables et dûment dimensionnés. A cet effet, la température de ces locaux doit pouvoir se régler à un niveau inférieur à 10 C de manière automatique et pièce par pièce (p. ex. vannes thermostatiques plombées). La robinetterie, les éléments de régulation ou encore les pompes, font également partie du système de distribution de chaleur. Ces éléments doivent également être isolés dans la mesure où cela n'entrave pas leur fonctionnement et ne réduit pas leur durée de vie. Les éléments métalliques de suspension des tubes doivent être isolés thermiquement des conduites. Le boîtier des pompes (nouvelles ou remplaçant des équipements existants) situé dans des locaux non chauffés doit être isolé thermiquement (certains fabricants autorisent également l'isolation du moteur). L'isolation traversant des murs constituant compartiment coupe-feu peut être diminuée ou supprimée dans la mesure où cela est justifié par des questions de protection incendie. Dans des cas justifiés, tels que p. ex. des croisements, des traversées de murs et de dalles, lors de températures maximales de départ de 30 C et pour la robinetterie, les pompes etc., l'épaisseur d'isolation peut être réduite. Lors du remplacement d'une chaudière ou d'un chauffe-eau, les conduites accessibles doivent être adaptées aux exigences indiquées ci-dessus dans la mesure où la place à disposition le permet. 30

12 Systèmes de chauffage, généralités Planification - Températures de départ du chauffage Tableau 8: Epaisseurs minimales d'isolation des installations d'eau chaude pour les systèmes d'alimentation Geberit Geberit PushFit Geberit Mepla Geberit Mapress Diamètre du tube Epaisseur minimale d'isolation [mm] ø [mm] ø [mm] ø[mm] DN A λ 0.03 W/m K A λ > 0.03 W/m K p. ex. coquilles isolantes Jusqu'à PIR λ 0.05 W/m K p. ex. laine minérale Des dérogations selon les cantons sont possibles Conduites frigorifiques En fonction de la température du fluide, tous les composants de l'installation dans un système de refroidissement sont exposés à l'eau de condensation ou au givrage. C'est la raison pour laquelle, les composants doivent être munis d'un revêtement anti-rouille spécial ou réalisés à l'aide de matériaux résistant à la corrosion. Pour les fixations, il convient d'utiliser des exécutions isolées, afin d'éviter les ponts de froid. Les isolations contre le froid nécessitent une mise en oeuvre sans faille et absolument propre. En outre, il convient de les réaliser de manière étanche à la diffusion, faute de quoi le matériel isolant pourrait être imbibé d'eau de condensation et ainsi devenir inefficace. Lors d'une imprégnation de 20 % du matériel isolant, le 80 % de la valeur isolante est déjà détruit. L'épaisseur de l'isolation est influencée par de nombreux paramètres, tels que température du fluide, climat environnemental, diamètre du tube, matériel isolant, etc. et doit être dimensionnée en fonction de l'installation. Les coquilles isolantes PIR destinées aux systèmes d'isolation contre le froid doivent en principe, pour des raisons liées à la technique de montage et à l'économie, présenter au minimum 30 mm d'épaisseur. Lorsque, pour la préparation du fluide frigorifique respectivement la température du fluide, aucune énergie n'est requise, donc s'il s'agit par exemple d'un réseau d'eau non réfrigéré, le système d'isolation contre le froid est à dimensionner prioritairement de manière à ce que, aucune eau de condensation se forme sur la surface et que le matériel isolant ne soit pas trop humide. En d'autres termes: la condensation de surface doit être évitée et l'augmentation d'humidité dans le matériel isolant par suite de diffusion de vapeur d'eau ne doit pas dépasser les limites imposées. Lorsque, pour la préparation du fluide frigorifique respectivement la température du fluide, de l'énergie est requise, le système d'isolation contre le froid est non seulement à dimensionner en fonction de l'eau de condensation et de la protection contre l'humidité, mais également de manière à ce que la perte d'énergie soit maintenue la plus basse possible afin d'assurer une exploitation économique. 2.4 Températures de départ du chauffage Extrait de l'"aide à l'application EN-3" de la Conférence des services cantonaux de l'énergie (Edition 2009). Des dérogations selon les cantons sont possibles. Les systèmes d'émission de chaleur neufs ou mis à neuf doivent être dimensionnés et exploités de manière à ce que les températures de départ ne dépassent pas 50 C lorsque la température extérieure atteint la valeur servant au dimensionnement; pour les chauffages au sol, ce seuil est de 35 C. Sont dispensés les chauffages de halles au moyen de panneaux rayonnants, les systèmes de chauffage des serres et des constructions similaires, pour autant qu'elles réclament effectivement une température de départ plus élevée. La limitation de la température de départ concerne l'ensemble de la distribution à partir du distributeur (resp. à partir de la vanne mélangeuse). Des températures plus élevées sont autorisées dans les conduites d'alimentation allant de la chaudière au distributeur, resp. à une sous-station (également lorsque cette dernière se trouve dans un autre bâtiment). Il en va de même pour les conduites de charge des chauffe-eau. Dans les salles de bains, un chauffe-linges combiné avec un chauffage de sol doit être dimensionné avec une température maximale de départ de 35 C. S'il est équipé d'un corps de chauffe électrique, celui-ci doit être asservi à une minuterie (arrêt automatique après un temps bien déterminé). 31

13 Systèmes de chauffage, généralités Planification - Production d'eau chaude 2.5 Production d'eau chaude Extrait de l'"aide à l'application EN-3" de la Conférence des services cantonaux de l'énergie (Edition 2009). Des dérogations selon les cantons sont possibles. Les chauffe-eau doivent être dimensionnés sur une température d'exploitation n'excédant pas 60 C. Sont dispensés de cette exigence les chauffe-eau devant être réglés sur une température plus élevée pour des raisons d'exploitation ou d'hygiène. Lorsque des mesures d'hygiène particulières doivent être prises (par exemple dans le but d'éviter les problèmes liés aux légionelles dans les hôpitaux et les homes médicalisés), il est possible de prévoir des installations permettant d'élever périodiquement la température de l'eau chaude à plus de 60 C. Le montage d'un nouveau chauffage électrique direct pour l'eau chaude sanitaire n'est autorisé dans les habitations que si: pendant la période de chauffe, l'eau chaude sanitaire est chauffée ou préchauffée avec le générateur de chaleur pour le chauffage, ou si l'eau chaude sanitaire est prioritairement chauffée avec des énergies renouvelable ou des rejets thermiques qui ne sont pas utilisables autrement. Ces exigences ne concernent que les bâtiments d'habitation. La mise en place d'un chauffe-eau électrique dans un bâtiment administratif, par exemple, est autorisée. Le remplacement d'un chauffe-eau électrique défectueux dans un bâtiment existant équipé de chauffe-eau électriques est autorisé. 2.6 Utilisation des rejets thermiques Extrait de l'"aide à l'application EN-3" de la Conférence des services cantonaux de l'énergie (Edition 2009). Des dérogations selon les cantons sont possibles. Les rejets thermiques dans le bâtiment, en particulier ceux provenant de la production de froid et de processus artisanaux ou industriels, doivent être utilisés dans la mesure où les possibilités techniques ainsi que les conditions d'exploitation le permettent et où cela ne requiert pas d'investissement disproportionné. La notion d'"utilisation des rejets thermiques", sous-entend que l'énergie récupérée d'un procédé est mise en valeur dans un autre procédé. Ainsi, l'énergie thermique dégagée par une installation de réfrigération (procédé 1) peut être valorisée pour le chauffage de locaux ou la production d'eau chaude sanitaire (procédé 2). L'utilisation des rejets thermiques n'est pas à confondre avec la notion de "récupération d'énergie" qui désigne une réutilisation de l'énergie à l'intérieur d'un même procédé. Par exemple: récupération d'énergie dans une installation de ventilation par l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur. Il n'existe pas d'obligation d'exploiter les rejets thermiques s'il est démontré que: La chaleur excédentaire ne peut pas être utilisée de manière rationnelle. Par exemple: chaleur excédentaire issue de la réfrigération de locaux en été, particulièrement si les besoins en eau chaude sanitaire sont faibles; ou le nombre d'heures d'exploitation est insuffisant pour garantir une rentabilité minimale. Si, la mise en valeur des rejets thermiques d'une installation de climatisation n'est pas possible ou serait disproportionnée, l'installation doit si possible être conçue de telle façon qu'elle puisse fonctionner en régime libre. 2.7 Régulation par pièce Extrait de l'"aide à l'application EN-3" de la Conférence des services cantonaux de l'énergie (Edition 2009). Des dérogations selon les cantons sont possibles. Les locaux chauffés doivent être équipés de dispositifs permettant de fixer pour chacun d'eux la température ambiante indépendamment et de régler cette dernière automatiquement. Sont dispensés de ces exigences, les locaux bénéficiant prioritairement d'un système de chauffage par le sol avec une température maximale de départ de 30 C. Les locaux bénéficiant d'un chauffage de sol ou de plafond dont le circuit présente une température de départ maximale de plus de 30 C doivent pouvoir être réglés automatiquement et indépendamment les uns des autres. Pour les systèmes combinés (surface chauffante et radiateurs), on peut renoncer à une régulation automatique si les radiateurs (avec vannes thermostatiques!) distribuent au moins 50 % de la charge thermique. Pour de petits locaux situés à l'intérieur d'un logement (p. ex. salle de bains / WC), on peut renoncer à une régulation automatique, pour autant qu'il n'y ait ni apports solaires importants ni rejets thermiques internes importants. En présence de sèche-linge ou systèmes analogues, le local doit être asservi à une régulation par pièce. 2.8 Décompte individuel des frais de chauffage et d'eau chaude (DIFC) Extrait de l'"aide à l'application EN-14" de la Conférence des services cantonaux de l'énergie (Edition 2010). Des dérogations selon les cantons sont possibles. Les bâtiments à construire et les groupes de bâtiments à construire alimentés par une production de chaleur centralisée comportant au moins cinq unités d'occupation, doivent être équipés des appareils requis pour l'établissement du décompte individuel des frais de chauffage, respectivement d'eau chaude sanitaire. Sont exemptés de l'obligation d'équiper et d'effectuer un décompte individuel des frais de chauffage, les bâtiments et groupes de bâtiments: dont la puissance installée pour la production de chaleur (eau chaude comprise) est inférieure à 20 watts par m 2 de surface de référence énergétique; ou qui remplissent les conditions du standard MINERGIE. 32

14 Systèmes de chauffage, généralités Planification - Processus et systèmes de chauffage Lorsque le système de chauffage ou de production d'eau chaude sanitaire est entièrement remplacé dans un bâtiment existant disposant d'une centrale de chauffe pour cinq unités d'occupation ou plus, il convient d'équiper le bâtiment des appareils requis pour l'établissement du décompte individuel des frais de chauffage et de production d'eau chaude sanitaire. 2.9 Processus et systèmes de chauffage Les chauffages sont des installations dont l'objectif principal est de régler la température de manière à réchauffer les locaux froids, afin que les personnes y trouvent un séjour confortable. La plupart des systèmes de chauffage sont des installations en circuit fermé, qui sont remplies avec de l'eau en qualité de fluide caloporteur. Le fluide est réchauffé par le générateur de chaleur, mis en circulation par la pompe de circulation, et dégage sa chaleur à des endroits bien définis dans le local. Ainsi, un système de chauffage se compose des processus fondamentaux suivants: Production de chaleur Distribution de chaleur Emission de chaleur Dans la production de chaleur, l'énergie amenée est transformée en chaleur utile par un générateur de chaleur. Dans la distribution de chaleur, la chaleur utile du générateur de chaleur est amenée aux différents points d'émission de chaleur. Dans l'émission de chaleur, la chaleur utile est amenée aux locaux à chauffer par les points d'émission de chaleur, tels que p. ex. radiateurs, surfaces chauffantes ou appareils de chauffage à air chaud. L'image suivante démontre les principaux processus dans un système de chauffage: Production de chaleur Pour la production de chaleur, la chaleur est p. ex. liée à la chimie sous forme de combustibles non renouvelables, tels que gaz naturel ou fioul. Le générateur de chaleur transforme cette énergie en chaleur et alimente les locaux avec la puissance calorifique nécessaire, afin de maintenir la température à la valeur souhaitée. Des exemples de générateurs de chaleur, exploités avec des combustibles non renouvelables, sont des chaudières au fioul ou des chaudières à gaz. Dans le but d'atteindre un bon degré de rendement, le déroulement optimal depuis la combustion des combustibles jusqu'à l'évacuation des gaz brûlés, en passant par l'installation des gaz d'échappement, est nécessaire. En plus des générateurs de chaleur exploités avec des combustibles non renouvelables, des installations alternatives telles que chauffages à bois, pompes à chaleur et installations solaires sont de plus en plus utilisées. Les générateurs de chaleur se composent essentiellement de: Brûleur Chaudière Installation de gaz d'échappement Distribution de chaleur L'eau est utilisée en qualité de fluide caloporteur car, grâce à sa capacité calorifique spécifique très élevée, elle possède des caractéristiques optimales. La chaleur dégagée par le générateur de chaleur est transportée aux points d'émission de chaleur par une pompe de circulation, et ceci avec des pertes de chaleur minimes. De là, le fluide refroidi retourne à nouveau dans le générateur de chaleur. La distribution de chaleur commence vers la tubulure d'aller et de retour du générateur de chaleur. Elle englobe l'ensemble des conduites, robinetterie, instruments de mesure et pompes de circulation. Les systèmes suivants sont utilisés pour la distribution de chaleur: Système de chauffage bi-tubulaire Système de chauffage bi-tubulaire en forme d'étoile Système de chauffage bi-tubulaire selon Tichelmann Système de chauffage mono-tubulaire Fig. 13: Processus fondamentaux d'un système de chauffage 1 Production de chaleur 2 Distribution de chaleur 3 Emission de chaleur 33

15 Systèmes de chauffage, généralités Planification - Processus et systèmes de chauffage Système de chauffage bi-tubulaire Le système de chauffage bi-tubulaire est le système de distrubution de chaleur le plus fréquemment utilisé. Depuis une colonne montante verticale, deux conduites (aller et retour) sont dirigées vers chaque corps de chauffe. Les corps de chauffe sont branchés en parallèle. Le réglage de la puissance calorifique et la coordination des corps de chauffe entre eux s'effectuent par l'étranglement du débit d'eau à l'aide d'une vanne de réglage. Avantages: Peu de conduites visibles Peu de colonnes montantes Mesurage aisé de la chaleur Inconvénients: Distribution par étage dans la chape Distributeur nécessaire Température au sol plus élevée pour les faisceaux tubulaires Système de chauffage bi-tubulaire selon Tichelmann Fig. 14: Système de chauffage bi-tubulaire HK Corps de chauffe VL Aller RL Retour Le système Tichelmann est un système de chauffage bitubulaire spécial. Les conduites sont disposées de manière à ce que le total des longueurs de conduite pour l'aller et le retour soit le même pour tous les corps de chauffe ou les générateurs de chaleur. De ce fait, il règne des situations identiques en matière de pression hydraulique dans chaque partie du système de chauffage. Le système Tichelmann est fréquemment utilisé pour les installations solaires, panneaux rayonnants de plafond et systèmes similaires. Avantages: Plus petites surfaces chauffantes pour une puissance calorifique identique Possibilité d'arrêter les corps de chauffe individuellement Influence minime sur les autres corps de chauffe Température de départ pratiquement identique Inconvénients: Extension ultérieure du système de chauffage plus difficile Equilibrage minitieux des surfaces chauffantes nécessaire Système de chauffage bi-tubulaire en forme d'étoile Pour le système de chauffage bi-tubulaire en forme d'étoile, deux conduites (aller et retour) sont dirigées depuis un distributeur central vers chaque corps de chauffe. Les colonnes montantes verticales centralisées alimentent les distributeurs correspondants. Fig. 16: Système de chauffage bi-tubulaire selon Tichelmann HK Corps de chauffe VL Aller RL Retour Avantages: Calcul simple Perte de charge identique pour chaque corps de chauffe Les vannes de réglage pour l'équilibrage des corps de chauffe peuvent être économisées Température de départ pratiquement identique Inconvénients: Nécessite plus de matériel Tracé de conduite dispendieux Fig. 15: Système de chauffage bi-tubulaire en forme d'étoile HK Corps de chauffe VL Aller RL Retour 34

16 Systèmes de chauffage, généralités Planification - Processus et systèmes de chauffage Système de chauffage mono-tubulaire Pour le système de chauffage mono-tubulaire, une seule conduite est dirigée vers les corps de chauffe. Les corps de chauffe sont installés en série. Tous les corps de chauffe branchés à une colonne reçoivent l'eau chaude de la même conduite et la retourne à nouveau à cette conduite. Du fait de l'installation en série, le niveau de température de l'ensemble du débit d'eau diminue après chaque corps de chauffe. Ceci nécessite un agrandissement des surfaces des corps de chauffe, afin de couvrir les besoins en chaleur du local. Une conduite de dérivation (conduite by-pass) ou une vanne de réglage spéciale améliore le réglage de la puissance calorifique. Une importante part du rayonnement de la surface chauffante et une distribution régulière de la chaleur dans le local sont importantes pour le confort thermique, celles-ci seront influencées par le choix du système d'émission de chaleur et de sa disposition dans le local. Les systèmes d'émission de chaleur peuvent être classés de la manière suivante: Corps de chauffe Surfaces chauffantes Appareils de chauffage à air chaud Corps de chauffe Sous le terme générique corps de chauffe, se trouvent les radiateurs, les parois chauffantes et le convecteurs. Ceux-ci se distingent par leur part de chaleur de rayonnement et de chaleur de convection. Fig. 17: Système de chauffage mono-tubulaire HK Corps de chauffe VL Aller RL Retour Fig. 18: Radiateur Avantages: Moins de traversées de dalles Montage simple Facilité du mesurage de la quantité de chaleur Possibilité de réglage et de coupure par étage Fig. 19: Paroi chauffante Inconvénients: La coupure individuelle des corps de chauffe influence les autres corps de chauffe Plus grandes surfaces de chauffe pour une puissance calorifique identique dans le sens de l'écoulement Nécessite un alignement exact de la conduite by-pass Fig. 20: Convecteur Emission de chaleur L'émission de chaleur d'une surface chauffante correspond à la différence de température entre la température moyenne de l'eau de chauffage et la température ambiante. La chaleur est principalement diffusée dans le local par convection et par rayonnement. Une chute de température est toujours nécessaire à une émission de chaleur. Plus la chute de température est grande, plus la quantité de chaleur dispensée à chaque unité de temps et à chaque surface sera grande. 35

17 Systèmes de chauffage, généralités Planification - Processus et systèmes de chauffage Surface chauffante Parmi les surfaces chauffantes, le chauffage par le sol est actuellement le plus exploité. Il se compose de tubes caloporteurs reliés à un distributeur central. La distribution s'effectue dans la chape Fig. 24: Serpentins avec zone marginale Fig. 21: Surface chauffante 1 Aller 2 Retour 3 Distributeurs Les chauffages par le sol peuvent être combinés avec des corps de chauffe. Ce type d'installation est désigné par système combiné. Les tubes caloporteurs peuvent être posés de différentes manières. Les images suivantes vous en donnent un aperçu. Fig. 25: Système combiné Appareils de chauffage à air chaud Fig. 22: Pose bifilaire sans zone marginale Les appareils de chauffage à air chaud sont utilisés pour le chauffage de grandes halles. Les exemples y relatifs sont des halles industrielles, des halles de montage ou des halles de stockage. Fig. 26: Appareil de chauffage à air chaud Fig. 23: Serpentins sans zone marginale 36

18 Systèmes de chauffage, généralités Planification - Calcul du réseau de conduite 2.10 Calcul du réseau de conduite Introduction L'énergie nécessaire au débit d'eau dans les installations de chauffage est la pression de la pompe. Celle-ci dépend de la perte de charge dans le réseau de conduite, y compris toutes les résistances unitaires des raccords, robinetterie etc. Le diamètre du tube exerce les influences suivantes sur l'installation: Petite dimension des tubes - Réseau de conduite économiquement favorable - Coûts d'exploitation plus élevés en raison des vitesses d'écoulement et des pertes de charge plus élevées Grande dimension des tubes - Coûts d'exploitation peu élevés - Coûts de l'installation plus élevés Le calcul du réseau de conduite se divise en deux parties: 1. Prédimensionnement: détermination du diamètre en fonction de valeurs empiriques 2. Vérification: calcul de perte de charge détaillé et équilibrage hydraulique 37

19 Systèmes de chauffage, généralités Planification - Calcul du réseau de conduite Prédimensionnement Le prédimensionnement permet de: Déterminer les dimensions des tubes à l'aide des tableaux de pertes de charge Déterminer la pompe de circulation Le paragraphe suivant décrit, en guise d'exemple, la détermination du diamètre du tronçon 4 pour le corps de chauffe 201 de l'illustration 27. Température 60 / 40 C Tronçons 1-9 Corp de chauffe 201 Qnette= W Qbrute= W l = 7 m 4 m = 284 kg/h d 22 Corp de chauffe 101 Corp de chauffe 102 Q nette = W Q brute = W 9 l = 2 m m = 236 kg/h d 18 Q nette = W Q brute = W 3 l = 5 m 6 l = 7 m m = 520 kg/h m = 142 kg/h d 28 d 18 l = 3 m Corp de chauffe 1 m = 284 kg/h Corp de chauffe 2 d 22 Q nette = W 8 l = 2 m 7 Q nette = W m = 378 kg/h Q brute = W Q d 22 brute = W l = 12 m 2 m = 898 kg/h d 35 Chaudière 1 l = 3 m m = kg/h d 35 5 l = 8 m m = 426 kg/h d 28 Fig. 27: Exemple de calcul du réseau de conduite 38

20 Systèmes de chauffage, généralités Planification - Calcul du réseau de conduite Procédé La détermiantion des diamètres des tubes se compose des étapes suivantes: A. Consigner la puissance calorifique nette Consigner la puissance calorifique nette Q nette des corps de chauffe dans le schéma de colonne Exemple tronçon 4: Corps de chauffe 201: Q nette =6 000W B. Consigner le supplément pour la déperdition calorifique Calculer le supplément pour les déperditions calorifiques. Selon l'importance du réseau de conduite et la part de conduites non isolées 5-15%. Ce supplément est additionné à la puissance calorifique nette Q nette. Le résultat obtenu est la puissance calorifique brute Q brute Exemple tronçon 4: Corps de chauffe 201: Q brutte = W + 10 % = W W = W C. Conversion de la puissance calorifique brute dans les débits massiques Conversion de la puissance calorifique brute Q brutte en débits massiques m selon la formule ci-après. Indiquer tous les tronçons et additionner les débits massiques m D. Détermination du diamètre des tubes En tenant compte du débit massique calculé m, de la différence de température ΔT entre l'aller et le retour et de la résistance par frottement R, la dimension suivante du tube pour le tronçon 4 du corps de chauffe 201, peut être déterminée dans le chapitre tableau des pertes de charge (voir à partir de la page 132). Recommandation relative au prédimensionnement: Pa/m. Plus la résistance R est choisie grande, plus la pression de la pompe et élevée et par la même la consommation de courant (coûts d'exploitation). Exemple tronçon 4: Donné: m ΔT R Recherché: Diamètre du tube tronçon 4 (corps de chauffe 201) Solution: Sélectionner le diamètre du tube dans le tableau des pertes de charge page 179. Sélectionné: ø 22 mm. Tableau 9: Tronçon = 284 kg/h = 20 K = Pa/m Détermination du diamètre des tubes ø [mm] R [Pa/m] m [kg/h] v [m/s] P dyn [Pa] d [mm] Q 3600 m = = c ΔT kj s kg K kg = s h kj K h E. Contrôler les vitesses d'écoulement Les recommandations suivantes sont applicables: m: Débit massique en kg/h Q: Puissance calorifique kj/s = kw c: Capacité calorifique spécifique en kj/(kg K) ΔT Différence de température en K Exemple tronçon 4: Donné: Q c ΔT = W = 6.6 kw = kj/kg K = 20 K Recherché: Débit massique m Tableau 10: Recommandation pour les vitesses d'écoulement v [m/s] Distribution en sous-sol 0.8 Colonnes montantes 0.8 Attache du corps de chauffe 0.3 Exemple tronçon 4: Donné: v = 0.29 m/s Solution: La vérification a été menée à bien, étant donné que la vitesse recommandée de 0.3 m/s pour le diamètre ø 22 mm sélectionné n'est pas dépassée. Solution: m = = kj s kg K = kg s h kj K h m = 284 kg/h 39

21 Systèmes de chauffage, généralités Planification - Calcul du réseau de conduite Déterminer la pompe de circulation Les paramètres suivants sont nécessaires à la détermination de la pompe de circulation: Débit volumique de la pompe V p (débit massique) Hauteur de refoulement de la pompe Δp ges A. Débit volumique de la pompe V p Pour le calcul du débit volumique de la pompe V p, les débits massiques m de tous les tronçons doivent être additionnés. Dans le prédimensionnement, il est possible de renoncer à une conversion de la masse volumique sur le débit volumique correspondant. Exemple: m = 1324 kg h V p= 1324 dm = 1324 m h h B. Hauteur de refoulement de la pompe Δp ges Pour la détermination de la hauteur de refoulement de la pompe Δp ges, seule la perte de charge du tronçon le plus défavorable (il s'agit la plupart du temps du tronçon le plus long depuis la chaudière jusqu'au corps de chauffe le plus éloigné) est déterminante (colonne avec les tronçons de 1 à 4). Pour ce faire, la perte de charge se divise en résistances par frottement et en résistances unitaires. Pour la détermination de la perte de charge des résistances par frottement, les longueurs de conduite des tronçons sont nécessaires. Ensuite, les résistances unitaires Z sont déterminées à partir des pertes de charge. La perte de charge Δp d'un tronçon est déterminée à l'aide de la formule suivante: Δp Tronçon = R l Δp Tronçon : Perte de charge tronçon Pa R: Résistance par frottement Pa/m l: Longueur de la conduite m Dans la phase du projet, les résistances unitaires ne sont, en règle générale, pas déterminées séparément. Par expérience, le calcul s'effectue avec les valeurs suivantes: Z = Δp Tronçon Exemple: Le paragraphe suivant décrit, en guise d'exemple, la détermination de la résistance unitaire Z du tronçon 1 de l'illustration 27. Donné: Diamètre du tube ø = 35 mm m = kg/h R=80Pa/m l=3m Recherché: Résistance unitaire Z [Pa] Solution: 1. 1ère étape: calcul de la perte de charge Δp Tronçon Δp Tronçon = R l Δp Tronçon Δp Tronçon 2. 2ème étape: calcul de la résistance unitaire Z i = = 80Pa m m 240Pa Z = Δp Tronçon Z = 240Pa 1.5 Z = 360Pa Remarque Les résistances unitaires spéciales telles que chaudière, échangeur de chaleur, robinets de réglage etc., doivent faire l'objet d'un calcul supplémentaire. Pour la détermination de la hauteur de refoulement de la pompe Δp ges, les pertes de charge des tronçons y compris les résistances unitaires sont additionnées. La hauteur de refoulement de la pompe Δp ges est déterminée dans le calcul universel à l'aide de la formule suivante: Δp ges = Δ p Tronçon + Z Δp ges : Hauteur de refoulement de la pompe Pa Δp Tronçon : Perte de charge tronçon Pa Z: Résistance unitaire Pa Z: Résistance unitaire Pa Δp Tronçon : Perte de charge tronçon Pa 40

22 Systèmes de chauffage, généralités Planification - Calcul du réseau de conduite gaz naturel Exemple: Le paragraphe suivant décrit, en guise d'exemple, la détermination de la hauteur de refoulement de la pompe du tronçon pour le corps de chauffe 201 (tronçons de 1-4) de l'illustration 27. Donné: ΣΔp Tronçon = Pa ΣZ = Pa Recherché: Δp ges Pa Solution: Δp ges = Δ p Tronçon + Z Δp ges = 1425Pa Pa Δp ges = 3563Pa= 0.36mWS Tableau 11: Tronçon Calcul du réseau de conduite Débit massique m Δp Tronçon Résistance unitaire Total colonne ø L R w L R Z Δp ges = Z+L R No. [kg/h] [mm] [m] [Pa/m] [m/s] [Pa] [Pa] [Pa] Σ = Σ = Σ = Vérification Pour la vérification de l'installation de chauffage, les dimensions des tubes sont reprises du projet. Procédé 1. Après le contrôle de la conduite de chauffage, un calcul de la perte de charge détaillé et un équilibrage hydraulique de l'ensemble du réseau de conduite sont effectués i Les excédents de pression sont en premier lieu corrigés par les modifications des dimensions des tubes. 2. Les différences restantes sont équilibrées par le préréglage des vannes du corps de chauffe ou des robinets de réglage de la colonne Calcul du réseau de conduite gaz naturel Pour la détermination du diamètre des tubes pour le gaz naturel, voir le Manuel pour études sanitaires, chapitre "Systèmes d'alimentation - Généralités", chapitre 2.8 "Détermination du diamètre des tubes pour le gaz naturel", page Calcul du réseau de conduite air comprimé Pour la détermination du diamètre des tubes pour l'air comprimé, voir le Manuel pour études sanitaires, chapitre "Systèmes d'alimentation - Généralités", chapitre 2.9 "Détermination du diamètre des tubes pour l'air comprimé", page

23 Systèmes de chauffage, généralités Planification - Résistances unitaires des systèmes d'alimentation Geberit 2.13 Résistances unitaires des systèmes d'alimentation Geberit Résistances unitaires du Geberit PushFit Longueurs équivalentes de la conduite (valeur identique) Les valeurs ont été déterminées conformément aux prescriptions de la SSIGE (SN EN 1267). Tableau 12: Tube coudé Longueurs équivalentes (valeur identique) des raccords PushFit Longueur équivalente des tubes en m ø 16 ø 20 ø Equerre Té Passage Té Embranchement Manchon Réduction Equerre de raccordement Boîte de raccordement 90 1/2" Raccordement Boîte de raccordement 90 3/4" Raccordement 2.9 Boîte de raccordement double 90 1/2" Raccordement Boîte de raccordement double 90 1/2" Débit de passage Boîte de raccordement 60 1/2" Raccordement Distributeur 1" Départ Distributeur 1" avec robinet d'arrêt 1" Départ