Les différentes architectures des réseaux bouclés Notions de dimensionnement L équilibrage Quelques exemples de défauts de conception

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1 Les réseaux bouclés Les différentes architectures des réseaux bouclés Notions de dimensionnement L équilibrage Quelques exemples de défauts de conception 91/204 La distribution d eau chaude sanitaire Bouclage ou antenne Arrêté du 15 novembre 2005 : maintien de température sur les réseaux bouclés à l'exception des antennes terminales de moins de 3 litres Pour un réseau galva 15/21 (D interne 16,6 mm) : Pour un réseau cuivre 14/16 : Pour un réseau cuivre 12/14 : 3 litres = 14 mètres 3 litres = 19 mètres 3 litres = 27 mètres Pour les réseaux en habitation individuelle ou habitation collective avec production ECS individuelle : possibilité de distribution en antenne 92/204

2 La distribution d eau chaude sanitaire Les réseaux ECS collectifs (volume > 3 litres) nécessitent un moyen de maintien des températures pendant les périodes de non-utilisation Bouclage Cordons chauffants le bouclage est la solution la plus souvent mise en œuvre Mais attention à l'organisation des boucles 93/204 Schéma de principe ECS La distribution d eau chaude sanitaire boucle 1 boucle 2 boucle 3 boucle 4 Aller Retour Collecteur Aller Production Pompe 10 C Collecteur Retour 94/204

3 Réseau ECS = 2 réseaux en 1 La distribution d eau chaude sanitaire boucle 1 boucle 2 boucle 3 boucle 4 Aller Retour Collecteur Aller Production Pompe 10 C Collecteur Retour Un réseau servant à délivrer l eau à l usager Un réseau servant à faire circuler l eau 95/204 Réseau bouclé ECS = 2 réseaux en 1 Un réseau servant à délivrer l eau à l usager : Dimensionné en fonction du nombre et du type de points d'usage raccordé En général de plus gros diamètre que le réseau retour Un réseau servant à faire circuler l eau : Conçu initialement pour une raison de confort (moins de temps d'attente) A pour deuxième but de permettre un maintien en température de l'ensemble du réseau (pour maîtriser le risque de développements microbiologiques) En général de diamètre plus faible que le réseau aller (traditionnellement dimensionné à deux DN en dessous du réseau aller : exemple si aller est en acier galva de 50/60, le réseau retour sera en 33/42) 96/204

4 La distribution d eau chaude sanitaire débits et vitesses de circulation boucle 1 boucle 2 boucle 3 boucle L/h 0,18 m/s 85 L/h 0,13 m/s 25 L/h 0,04 m/s 3 L/h 0,006 m/s Collecteur Aller Production 10 C Pompe 240 L/h Collecteur Retour Boucles favorisées Boucles défavorisées 97/204 La distribution d eau chaude sanitaire C C C Températures observées sur un réseau déséquilibré sans puisage boucle 1 boucle 2 boucle 3 boucle C C 127 L/h 85 L/h 25 L/h 3 L/h Collecteur Aller Production 240 L/h Pompe Collecteur Retour 98/204

5 La distribution d eau chaude sanitaire C C Températures observées sur un réseau déséquilibré en période de forte utilisation C boucle 1 boucle 2 boucle 3 boucle C C 127 L/h 85 L/h 25 L/h 3 L/h Collecteur Aller Production 240 L/h Pompe Collecteur Retour 99/204 Organes de réglage et équilibrage La distribution d eau chaude sanitaire boucle 1 boucle 2 boucle 3 boucle 4 60 L/h 60 L/h 60 L/h 60 L/h Collecteur Aller Production Pompe 240 L/h 240 L/h 10 C Collecteur Retour Équilibrage : répartition des débits par bridage spécifique de chaque organe de réglage (premières colonnes plus bridées que les dernières) 100/204

6 Équipement sur le retour La distribution d eau chaude sanitaire Manchette témoin thermomètre Manomètre Mesure pression amont/aval de la pompe Pompe doublée clapet 101/204 La pompe de recirculation (dite aussi pompe de bouclage) Elle ne permet pas de maintenir la pression dans le réseau. Une mesure de pression en amont et en aval de la pompe permet d'avoir un ordre de grandeur du débit. Exemple : Vitesse 2 Pression en amont de la pompe : 3,9 bars Pression en aval de la pompe : 4,3 bars Débit de l'ordre de 2-3 m 3 /h La distribution d eau chaude sanitaire 2,8 m3/h 102/204

7 Les réseaux bouclés Les différentes architectures des réseaux bouclés Notions de dimensionnement L équilibrage Quelques exemples de défauts de conception 103/204 Architecture des réseaux bouclés terrasse Étude de quelques conceptions de réseau 5 ème 4 ème QUIZ 3 ème 2 ème 1er 30 salles de bain / 6 niveaux combien d architectures de réseau possible? RDC ss-sol 104/204

8 terrasse Antenne Architecture des réseaux bouclés 5 ème 4 ème 3 ème 2 ème 1er RDC ss-sol 105/204 terrasse Une boucle unique 5 ème 4 ème 3 ème 2 ème 1er RDC ss-sol 106/204

9 terrasse Colonnes bouclées classiques (bouclé à n-1) Architecture des réseaux bouclés 5 ème 4 ème 3 ème 2 ème 1er RDC ss-sol 107/204 terrasse Architecture des réseaux bouclés Colonnes bouclées classiques (bouclé au dernier étage) 5 ème 4 ème 3 ème 2 ème 1er RDC ss-sol 108/204

10 Architecture des réseaux bouclés terrasse En parapluie avec production en terrasse 5 ème 4 ème 3 ème 2 ème 1er RDC ss-sol 109/204 terrasse En parapluie avec production au sous-sol Architecture des réseaux bouclés 5 ème 4 ème 3 ème 2 ème 1er RDC ss-sol 110/204

11 Architecture des réseaux bouclés terrasse Nappes horizontales 5 ème 4 ème 3 ème 2 ème 1er RDC ss-sol 111/204 Les réseaux bouclés Les différentes architectures des réseaux bouclés Notions de dimensionnement L équilibrage Quelques exemples de défauts de conception 112/204

12 Architecture des réseaux bouclés Documents techniques supports pour le dimensionnement : Norme EN 806 1, 2, 3 (2001, 2005 et 2006) : spécifications techniques relatives aux installations d'eau destinées à la consommation humaine à l'intérieur des bâtiments (généralités, conception, dimensionnement) DTU (octobre 1988) : règles de calcul des installations de plomberie sanitaire et des installations d'évacuation des eaux pluviales Guides techniques du CSTB relatifs aux réseaux d eau destinée à la consommation humaine à l intérieur des bâtiments : - Premier guide relatif à la conception et à la mise en œuvre (octobre 2004) - Deuxième guide relatif à la maintenance et à la surveillance (novembre 2005) Guide «Eau chaude sanitaire» de l AICVF (février 2004) 113/204 Architecture des réseaux bouclés Dimensionnement EFS / ECS : Pression : Le branchement et le réseau de canalisations intérieures ont une section suffisante pour que la hauteur piézométrique de l'eau au point le plus élevé ou le plus éloigné de l'immeuble soit encore d'au moins 3 m (correspondant à une pression d'environ 0,3 bar) à l'heure de pointe de consommation, même au moment où la pression de service dans la conduite publique atteint sa valeur minimale (Code de la santé publique, article R ) En habitat collectif : 1 bar en entrée de logement (DTU 60.11) Même méthodologie pour l'efs et l'ecs (réseau non bouclé ou réseau aller en cas de bouclage) 114/204

13 Dimensionnement des équipements de production nécessité de connaître les consommations en ECS Architecture des réseaux bouclés Exemple : Consommation par Logement Standard / moyennes d'ecs litres/jour à 60 C Nombre de pièces / type Enquête CSTB Enquête CSTB Base à retenir pour les calculs /204 Architecture des réseaux bouclés Dimensionnement du réseau aller ECS Pour chaque type de point d usage, des règles de dimensionnement donnent des débits d utilisation (ex pour un bain 20 litres/min, une douche 12 l/min pour un lave mains ) Utilisation du coefficient de simultanéité (appelé aussi foisonnement) : Ce coefficient est utilisé pour évaluer la consommation résultante simultanée de plusieurs postes Nb : nombre de postes reliés sur la même colonne a : spécifique de chaque type d établissement Coeff Simultanéité = a Nb 1 Vitesses recommandées par le DTU (acoustique) : Tuyauteries en sous-sol ou en vide sanitaire < 2,00 m/s Colonnes montantes < 1,50 m/s Branchements d étages et appareils (pour un débit > à 0,5 l/s) < 2,00 m/s 116/204

14 Architecture des réseaux bouclés a dépend du type d'établissement : 0,8 : hôpitaux, maisons de retraite, bureaux 1 : hôtels Coefficient de simultanéité (a = 0,8) 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0, Nombre de postes équivalents Il peut être aussi modifié en fonction du standing de l'établissement (par exemple pour les hôtels) Pour des usages simultanés (gymnase, caserne, stade), le coefficient de simultanéité s'applique mal et une étude particulière doit être réalisée 117/204 Architecture des réseaux bouclés Dimensionnement du réseau aller ECS Exemple d une colonne sur laquelle sont reliés 10 lavabos et 10 lave-mains : Exemple : Type et nombre de postes Débit individuel (l/min) Somme des débit individuels (l/min) 10 lavabos 10 lave-mains 12 6 Total (l/min) Soit une vitesse de 1,3 m/s dans une canalisation 26/34 Coeff simultanéité 0,229 Total visé (l/min) 41 Le débit dans le collecteur est calculé comme la somme des débits attendus dans chaque colonne. Le diamètre du collecteur aller est choisi pour atteindre sans la dépasser une vitesse de circulation de 2 m/s 118/204

15 Architecture des réseaux bouclés Dimensionnement du réseau retour ECS (guide du CSTB) 1 Calcul du diamètre des canalisations aller Débit calculé selon DTU 60.11; vitesse de 1,5 m/s. 2 Calcul du diamètre collecteur aller Débit calculé selon DTU 60.11; vitesse de 2 m/s 3 Calcul du diamètre des canalisations retour Conditions à remplir : Vitesse comprise entre 0,15 m/s et 0,5 m/s, chute de température inférieure aux limites fixées. Prendre en compte la nature des canalisations et les caractéristiques de l isolation. 4 Calcul du diamètre collecteur retour - Conditions à remplir : Vitesse comprise entre 0,2 m/s et 0,5 m/s, chute de température inférieure aux limites fixées (par exemple en fixant un coefficient de perte de charge linéique j de l ordre de 10 mm/m) 5 Calcul de la hauteur manométrique nécessaire au pied de chaque colonne. 6 Détermination des organes de réglage 7 Vérification de la plage de fonctionnement des organes de réglage (au minimum 25% de leur plage d ouverture). Si en dehors de la plage normale de fonctionnement, retour en 3 pour modifications de paramètres (diamètre, débit et/ou isolation) 8 Choix de la pompe de recirculation 119/204 Réseau de distribution ECS Architecture des réseaux bouclés Dimensionnement : Tuyauteries en sous-sol ou en vide sanitaire < 2,00 m/s Colonnes montantes < 1,50 m/s Retour de boucle entre 0,15 m/s et 0,5 m/s Collecteur retour entre 0,2 m/s et 0,5 m/s Organes de réglage ouvert à 25% minimum de leur plage d ouverture Équipements : Présence de purgeurs d air sur les points hauts Organe de réglage sur chaque retour de colonne (idéalement à mesure directe de débit et à mémoire de réglage) Calorifugeage des canalisations (séparer l eau froide de l eau chaude sanitaire) Supprimer les bras morts (rénovation) Toujours aller du matériau le moins noble vers le plus noble pour éviter la corrosion (pas de réparation en cuivre sur un réseau en acier galvanisé!) Installer des purges en bas de colonne Thermomètres installés si possible sur les retours de colonne les plus défavorisées Signalétique sur les différentes canalisations 120/204

16 Les réseaux bouclés Les différentes architectures des réseaux bouclés Notions de dimensionnement L équilibrage Quelques exemples de défauts de conception 121/204 Rôle et réglage des organes de réglage Sert à compenser les différences de parcours entre boucles (notamment le diamètre et la longueur des canalisations) afin d'équilibrer les débits Doit être installée sur le réseau retour ; aucun point d'usage ne doit être raccordé entre les organes de réglage et la pompe de recirculation Peut être installé sur la canalisation retour d'une seule boucle ou d'un groupe de boucles (vanne de reprise) D'autres fonctions complémentaires sont disponibles sur certains modèle de vanne (mémoire de réglage, mesure de débit, etc.) Les équipements doivent être correctement sélectionnés : Les caractéristiques techniques (en terme de perte de charge) sont spécifiques de chaque équipement (marque, type, diamètre) 122/204

17 organes de réglage et équilibrage Organe de réglage / vanne d équilibrage boucle 1 boucle 2 boucle 3 boucle 4 60 L/h 60 L/h 60 L/h 60 L/h Collecteur Aller Production Pompe 240 L/h 240 L/h 10 C Collecteur Retour Équilibrage : répartition des débits par bridage spécifique de chaque organe de réglage (premières colonnes plus bridées que les dernières) 123/204 Organe de réglage / vanne d équilibrage Modèle classique d'organe de réglage : Té droit de réglage Très difficile à régler, pas de mesure possible Cursus Légionelles /204

18 Organe de réglage / vanne d équilibrage Écorché d'une vanne d'équilibrage Caractéristiques hydrauliques optimisées (perte de charge élevée en limitant le risque de colmatage) Prise de mesure de pression différentielle (mesure du débit) Affichage direct du nombre de tours Mémoire de réglage Prise de température 125/204 Modèles d organe de réglage Organe de réglage / vanne d équilibrage Différents modèles d organe de réglage existent avec possibilité de mesure de température, de débit (souvent par mesure de perte de charge dans l équipement), affichage du nombre de tours, blocage du réglage. Et on trouve encore : Gammes Quitus, Danfoss, Oventrop Ces équipements ne fonctionnent durablement qu'avec une ouverture minimale de 25% (sinon risque de colmatage très rapide) 126/204

19 Exemples de modèles évolués d organe de réglage Organe de réglage / vanne d équilibrage 1,6 m3/h 0,1 bar Gammes Quitus, TA, Oventrop. Cursus Légionelles /204 Organe de réglage / vanne d équilibrage Possibilité de mesurer les débits sur les modèles évolués 128/204

20 Vannes thermostatiques Organe de réglage / vanne d équilibrage Des vannes thermostatiques existent : ces équipements ne peuvent pallier des défauts de conception du réseau. Les débits obtenus ne respectent pas les préconisations du CSTB (risque de bouchage) Cursus Légionelles /204 Nettoyage des organes par inversion des flux Fermeture de la colonne aller (si vanne d'isolement existante et en état) Ouverture de l'organe de réglage à son maximum Ouverture de un ou plusieurs points d'usage à fort débit (ECS) Poursuite de la purge jusqu'à obtention d'une eau claire (nécessite en général un ou plusieurs démontages et remontages des mousseurs qui se colmatent pendant la purge) En cas d'impossibilité d'obtenir de l'eau, changement de l'organe de réglage Réglage de la vanne à sa consigne et réouverture de l'aller Purge des points d'usage 130/204