ELEMENTS COMPLEMENTAIRES D UNE CHAUFFERIE 1. ALIMENTATION EN EAU Lorsque le circuit de chauffage est alimenté par le réseau d eau potable, l alimentation en eau doit comporter un réservoir de coupure, un bac de disconnection ou encore un disconnecteur. Ces dispositifs doivent permettre d éviter tout retour, vers le réseau d eau potable, d eau du circuit de chauffage. LES BOUTEILLES A. BOUTEILLE DE MELANGE La bouteille de mélange permet d alimenter le circuit secondaire avec de l eau à θ inférieure à celle du primaire. Le débit du primaire étant plus petit que le débit au secondaire, il y a mélange de l eau de retour avec l eau de départ au secondaire ce qui a pour effet d avoir une température de mélange plus basse que celle du primaire. 1
B. BOUTEILLE DE DECOUPLAGE HYDRAULIQUE OU «CASSE PRESSION» Le débit d eau au primaire est supérieur au débit du secondaire (Qv prim > Qv second de 10 %). La bouteille de découplage hydraulique sert à faire une séparation des pressions entre la partie primaire et la partie secondaire, elle crée en quelque sorte un point neutre de pression. Les variations du débit au primaire n entraînent aucune modification des débits au secondaire et inversement. Dimensionnement : on utilise la loi des D 6D C. BOUTEILLE TAMPON Les constructeurs de machines frigorifiques ont mis l accent sur la nécessité d éviter les cycles trop courts et répétitifs de fonctionnement des compresseurs ; de ce fait, et compte tenu des faibles capacités en eau des émetteurs et réseaux, surtout lorsque l on fonctionne avec des centrales de traitement d air, il est nécessaire d en créer de supplémentaires destinées à donner de la masse et de l inertie à la production. La tentation est grande de demander à la bouteille de découplage hydraulique d assurer cette nouvelle fonction. Cette tentation économique produisent des bouteilles au diamètre largement prohibitif, avec la conséquence d annuler l effet d inertie et de réduire la puissance véhiculée. Il est plus judicieux de placer la bouteille tampon en série sur 2
l entrée du groupe, quitte à l interposer entre celle-ci et une bouteille de découplage. Il est donc impératif de prévoir des ballons dont le volume sera supérieur à 15 litres par KW pour les systèmes avec ventilo-convecteurs ou de batteries. D. CAPACITE TAMPON GAZ Il est conseillé de prévoir une capacité tampon sur l alimentation du brûleur afin d éviter le déclenchement intempestif du dispositif de sécurité par surpression (pressostat gaz mini). Celle-ci doit être placée, soit à l extérieur, soit dans la zone de la chaufferie où la température est la moins élevée et la plus proche du brûleur. La capacité tampon peut être remplacée par un anti-surpresseur. Ce réservoir a un volume égal à 1/1000 e du 3 P débit horaire de l installation. [ ] [ Kw] /h Qv = 3 PCIKwh/m [ ] η 2. VASE D EXPANSION FERMES m [ ] a) rôle et description des vases d expansion fermés L Vtampon = Qv[ l/h] 1000 Le vase d expansion fermé permet de compenser la dilatation de l eau du circuit de chauffage lors de sa montée en température. Lorsque la température diminue, l eau absorbée dans le vase est restituée au réseau. A l intérieur du vase, la séparation entre l eau et le circuit de chauffage et le gaz (généralement de l azote) est assurée soit par une membrane (jusqu à 25 l) soit par une vessie, contrairement aux vases d expansion à membrane, l eau n est pas en contact avec le métal, évitant ainsi tout risque de corrosion du réservoir. La vessie est interchangeable alors que la membrane ne l est pas. 3
b) dimensionnement d un vase d expansion Un vase mal dimensionné provoque des ouvertures fréquentes des soupapes de sûreté des chaudières lors des montées en température. Ces pertes conduisent à introduire de l eau dans le circuit. Or ces appoints sont une des causes de l embouage. Le dimensionnement d un vase consiste à déterminer : sa pression de gonflage sa capacité Il nécessite de connaître : la contenance en eau de l installation la température moyenne maximale la hauteur de l installation la pression de tarage des soupapes DETERMINATION DE LA PRESSION DE GONFLAGE La pression de gonflage doit correspondre à la pression statique de l installation arrondie au 0.5 bar supérieur. La pression statique équivaut à la hauteur d eau de l installation, depuis le vase jusqu au point le plus élevé du circuit de chauffage. Exemple : un immeuble de 30 logements sur 4 niveaux alimenté par une chaufferie située en sous-sol. Hauteur du sous-sol 3m, hauteur d un niveau 2.7m. Déterminer la pression de gonflage du vase. Pour une chaufferie en terrasse ou de plain pied, la pression statique étant de 0.2 bar, la pression mini de fonctionnement d un générateur 0.6 bar, on choisit une pression de gonflage de 1 bar. DETERMINATION DE LA PRESSION DE REMPLISSAGE La pression de remplissage doit correspondre à la pression statique de l installation + 0.5 bar. La pression statique équivaut à la hauteur d eau de l installation, depuis le vase jusqu au point le plus élevé du circuit de chauffage. Exemple : un immeuble de 30 logements sur 4 niveaux alimenté par une chaufferie située en sous-sol. Hauteur du sous-sol 3m, hauteur d un niveau 2.7m. Déterminer la pression de remplissage l installation. Pour une chaufferie en terrasse ou de plain pied, la pression statique étant de 0.2 bar, la pression mini de fonctionnement d un générateur 0.6 bar, on choisit une pression de remplissage de 1 bar. CALCUL DU VOLUME D EXPANSION Le volume d expansion correspond au volume de dilatation de l eau de l installation. Il est fonction de la température moyenne maximale de l installation. Le tableau si dessous fournit le coefficient de dilatation de l eau sans antigel à 10 C. 4
Température de L eau C Coefficient de dilatation en % (remplissage à 10 C) 80 2.87 75 2.55 70 2.24 65 1.96 60 1.68 55 1.42 50 1.18 45 0.96 La contenance en eau correspond au volume d eau contenue dans les canalisations, les chaudières, les émetteurs Elle peut être calculée à partir des données des fabricants. Elle peut être estimée en fonction de la puissance de l installation et du type d émetteurs. Pour une installation de radiateurs : 14 litres par KW Pour une installation de planchers chauffants : 12 litres par KW La contenance en eau de l installation peut être mesurée au moment du remplissage si un compteur est installé sur l alimentation en eau. Exemple : une installation de 30 logements chauffée par des radiateurs et dimensionnée en régime de fonctionnement 80 / 60 C. la puissance est de 150 KW. Déterminer le volume d expansion. CALCUL DE LA CAPACITE DU VASE La capacité du vase doit être telle qu elle puisse recueillir le volume d expansion de l installation. Or, le volume absorbé par le vase, encore appelé volume utile, ne peut occuper la totalité de la capacité du vase. Le volume utile est fonction des limites de pression entre lesquelles travaille le vase. La capacité du vase doit être de : Pfinal Pr emplissage Vvase = V expansion Pgonflage (Pfinal Pr emplissage) - P gonflage : pression de gonflage du vase - P remplissage : pression de remplissage de l installation, elle est généralement supérieure d environ 0.2 bar à la pression de gonflage du vase pour stocker une petite réserve d eau. - P final : pression finale du vase fixée généralement à 90 % de la pression de tarage des soupapes de sûreté afin que celles-ci ne s ouvrent pas en fonctionnement normal de l installation (les soupapes du commerce sont tarées à 3 bar). Attention, dans cette formule les pressions sont exprimées en valeurs absolues. Exemple : Le volume d expansion est de 47 l, la pression de gonflage du vase est de 1.5 bar, la pression de remplissage à froid est de 1.7 bar et la pression de tarage de la soupape est de 3 bar. Déterminer le volume du vase. La formule de détermination de la capacité du vase est obtenue en appliquant la loi des gaz parfaits (pression x volume = constante) pour les trois états du vase : au gonflage, au remplissage et à la pression finale maximale. 5
Si la pression de remplissage est identique à la pression de gonflage du vase, aucune réserve d eau n est prévue. On peut dans ce cas utiliser la formule simplifiée suivante pour déterminer la capacité du vase : Vvase Pfinal V expansion Pfinal Pgonflage = Les pressions sont exprimées en valeurs absolues. Les fabricants proposent des tableaux de détermination rapide des vases d expansion à partir de la hauteur de l installation et de sa contenance en eau. INSTALLATION DU VASE D EXPANSION Le vase d expansion est raccordé sur le retour du circuit de chauffage, auprès des chaudières. A cet emplacement : - la membrane ou la vessie se trouve soumise aux températures les plus faibles de l installation. - le vase est sensiblement à la même hauteur donc à une pression proche de celle des soupapes de sûreté en sortie de chaudières. Pour contrôler la pression de gonflage du vase, il est utile de l équiper d une vanne d isolement (pas interdite) et d un robinet de purge. 6
3. POTS A BOUES, FILTRE ET CLARIFICATEURS Les pots à boues, filtres et clarificateurs ont pour rôle de retenir les particules solides véhiculées dans l eau des circuits de chauffage. Les boues des circuits de chauffage résultent d un mauvais rinçage de l installation. Il est nécessaire d extraire les boues pour éviter quelle ne s accumulent sous forme de dépôts boueux en partie basse des installations et dans les zones où les vitesses sont faibles (radiateur, chaudières à fort volume d eau ). Ces dépôts, lorsqu ils deviennent importants, peuvent générer de nombreux désordres : Corrosions par aération différentielle qui peuvent entraîner des perforations dans les émetteurs, les chaudières, Contraintes mécaniques internes qui peuvent aller jusqu à la rupture du corps de chauffe des chaudières en fonte. Ces contraintes sont dues aux boues qui s accumulent dans les chaudières et se durcissent et qui présentent un coefficient de dilatation différent de la fonte. Colmatage des orifices de passage des organes de réglage, des robinets thermostatiques, des vanne de régulation, Diminution des débits à l origine de déséquilibres thermiques. Diminution des puissances émises par les radiateurs. Détérioration des circulateurs. Les particules d oxyde de fer en suspension ont un effet abrasif sur différents constituants des circulateurs, les boues peuvent aussi entraîner des blocages et des surchauffes des circulateurs. Les circulateurs à rotor noyé sont particulièrement sensible à ce type de dégration. Pour retenir les boues, différents principes peuvent être mis en œuvre : la décantation, la filtration et la captation magnétique. Les pots à boues utilisent le principe de la décantation. Le principe de filtration est utilisé dans les filtres. Les clarificateurs, désignés aussi désemboueurs, systèmes de désembouage, collecteurs de boues, filtres clarificateurs, cumulent les effets d une captation magnétique à ceux d une filtration et/ou d une décantation. 7
ELEMENTS LA DECANTATION LA FILTRATION LES BOUTEILLES DE DEGAZAGE INJECTION DE REACTIFS 8