Efficacité énergétique des pompes et circulateurs...circulateurs, et d’éliminer les autres....

XPair.com - / 20

SAVOIR FAIRE

Vu sur: http://conseils.xpair.com/

Efficacité énergétique

des pompes et circulateurs

http://conseils.xpair.com/

Février 2013 - XPair.com - / 20

SOMMAIRE

1 - APPROCHE TECHNIQUE .......................................................................................... 3

1. Efficacité énergétique et l’importance du circulateur .................................................. 3

2. Variation de vitesse et pompe à débit variable .......................................................... 4

3. Technologie “Electronically Commuted Motor” ou ECM ............................................ 5

2 - FAQ ............................................................................................................................. 7

3 - ASPECTS REGLEMENTAIRES ................................................................................. 9

1. Réglementation 2012 et les auxiliaires ...................................................................... 9

2. La nouvelle directive ErP (Energy related Products) obligatoire ! .............................. 9

4 - REGLES ET OUTILS DE CONCEPTION ET DE REALISATION ............................ 12

1. Comment réaliser 80% d’économies d’énergie sur la consommation des pompes . 12

2. Vitesse fixe contre vitesse variable .......................................................................... 13

3. Logiciel de calcul des économies réalisées ............................................................. 15

4. Coût global ou « Life Cycle Cost » (LCC) ................................................................ 15

5 - PRODUITS RECOMMANDES .................................................................................. 18

1. Circulateur haut rendement à technologie ECM - SIRIUX JR : jusqu’à 80%

d’économies ................................................................................................................... 18

2. Circulateur haut rendement communiquant – SIRIUX HOME ................................. 19

3. Brochure SIRIUX : jusqu’à 108 m3/h ....................................................................... 20


1 - APPROCHE TECHNIQUE

1. Efficacité énergétique et l’importance du circulateur

Si les auxiliaires représentaient avant 10 à 15% de la consommation d'énergie d'une construction, ce n'est plus le cas aujourd'hui !

Nous construisons désormais des constructions sur-isolées thermiquement, protégées des charges thermiques, préservées d'un éclairage énergivore, équipées de ventilation avec récupérateur, …, bref nous sommes dans la construction et le bilan BBC soit basse consommation !

1°) Un débit adapté en permanence aux variations de besoins

Le mode de fonctionnement en continu des pompes et circulateurs, 24h/24, en débit maximal

pour des besoins qui 90% du temps sont en deçà du régime maxi, devient donc une aberration

en termes de conception, de réalisation, et d'exploitation.

Les premiers retours d'expérience des bâtiments BBC montrent que les bâtiments qui ont fait le

choix du débit fixe maxi, n'atteignent pas la performance de « 50 kWh(ep)/m².an ». La variation

de débit qui suit en continu la courbe des besoins est une quasi-obligation pour atteindre des

niveaux de performance BBC et moins !

2°) Une technologie électronique embarquée !

Au-delà de la variation de vitesse, la technologie même des circulateurs évolue pour une

efficacité énergétique accrue. La Directive ErP impose à tous les équipements de consommer

moins (cf Aspects réglementaires).

La commutation électronique est à la base des caractéristiques de rendement exceptionnels des

nouvelles pompes et circulateurs. Cette technologie utilise un moteur synchrone à aimants

permanents. Le champ tournant est généré par un courant piloté électroniquement. Les

bobinages statoriques sont excités alternativement pour obtenir la commutation des pôles

électromagnétiques qui provoque l'entraînement du rotor. C'est la technologie dite ECM :

Electronically Commuted Motor = moteur synchrone à commutation électronique.


3°) des pompes et circulateurs communicants

Le mode de gestion du bâtiment, de sa programmation, amène également à disposer de

pompes intelligentes c'est-à-dire où la possibilité de pilotage et de gestion est possible à

distance, par PDA ou autre !

Bref, la pompe ou le circulateur n'est plus un accessoire, mais un équipement majeur dans la

performance du confort à atteindre et dans la performance énergétique annuelle et à long terme.

2. Variation de vitesse et pompe à débit variable

Une installation de chauffage ou de climatisation n'a pas besoin de fonctionner à plein débit ou à plein régime tout le temps. Le régime maximal avec le maximum de débit n'est utile que pendant les besoins les plus forts, soit statistiquement moins de 10% du temps.

Par ailleurs la consommation des auxiliaires, tels que les pompes et circulateurs, 24h24, 7jours/7, génère une consommation électrique accrue et des dépenses énergétiques inutiles, soit 90% du temps.

Créer de la perte de charges pour diminuer le débit est une aberration quand on connaît la performance aujourd'hui des variateurs électroniques de vitesse qui permettent d'atteindre facilement plus de 50% d'économies d'énergie.

La VEV ou Variation Electronique de Vitesse permet ainsi :

Une consommation électrique réduite

La puissance absorbée par une pompe centrifuge varie avec le cube de sa vitesse de rotation. Si on réduit de moitié sa vitesse, la puissance absorbée est divisée par 8. Une diminution du bruit

Lorsque l'on diminue la vitesse de rotation d'une pompe, son niveau sonore diminue. Pour une pompe, on estime à moins de 10% le temps de fonctionnement à sa vitesse maximale Une plus grande fiabilité et durée de vie, soit des équipements préservés

Les démarrages et arrêts du système sont souples, ils n'engendrent pas de surintensités. L'installation n'est plus soumise à des surpressions régulières sous forme de coups de bélier. La pompe ne tourne plus en permanence à sa vitesse maximale. Les roulements, la garniture métallique sont donc moins sollicités.


Une meilleure régulation comme le montre la courbe ci-dessous

3. Technologie “Electronically Commuted Motor” ou ECM

1°) Composition d’un moteur

Un circulateur est une pompe de circulation d'une installation de chauffage, d'eau chaude sanitaire ou de climatisation. Il permet de remonter la pression dans le circuit hydraulique du chauffage.

Dans un circulateur, les deux composants principaux du moteur sont le stator (partie fixe) et le rotor (partie tournante).

A) Le stator

Le stator est constitué d’un empilement de tôles dans lequel sont encapsulés des électro-aimants.


B) Le rotor

Le rotor est formé d’un ensemble de tôles et d’aimants permanents

La séparation entre le rotor noyé et le stator est assurée par une chemise en composite parfaitement amagnétique (qui ne possède pas de propriété magnétique pour permettre de réduire les pertes moteur.

2°) Fonctionnement d’un moteur « ECM » ou “Electronically Commuted Motor”

Proposant généralement plusieurs vitesses fixes, les circulateurs de dernière génération sont à débit variable, permettant ainsi de réaliser des économies d'électricité et d'énergie. Ces circulateurs disposent d’un moteur « ECM », c’est à dire d’un moteur synchrone à aimants permanents.

Le moteur « ECM » (« Electronically Commuted Motor ») élimine une part importante des pertes du moteur et assure un couple de démarrage maximal pour éviter les phénomènes de gommage du moteur. Le rotor est connecté à l’arbre par une série de bagues résilientes, conçues pour absorber les ondulations de couple à haute fréquence. Le champ rotatif est généré par un courant piloté électroniquement dans le stator. Les bobinages statoriques sont alternativement excités pour obtenir la commutation des pôles électromagnétiques qui provoque l’entraînement du rotor de façon synchrone. Le champ magnétique du rotor suit parfaitement le champ tournant statorique.

Les pôles magnétiques du rotor sont alternativement attirés et repoussés en fonction de la polarisation des bobinages.


2 - FAQ

Equilibrage hydraulique, variation de vitesse, circuit hydraulique, circulateur à débit variable, ...

Que dit la réglementation sur la nouvelle directive EuP/ErP

La directive 2005/32 : CE dite EuP/ErP (Energy Using Products – Energy Related Products) impose de fabriquer des produits à haute efficacité énergétique, comme les pompes et circulateurs, et d’éliminer les autres. C’est l’Indice d’Efficience Energétique - EEI – qui remplacera l’actuel étiquetage énergétique pour les pompes et ce au 1er janvier 2013 avec un EEI< ou égal à 0.27 et au 1er août 2015 avec un EEI inférieur ou égal à 0.23.

Pourquoi la variation de vitesse est-elle économique ?

Si les efforts d’économies ont été faits sur les générateurs (chaudières, pompes à chaleur, …), les émetteurs, leurs régulation, …, restait un poste délaissé sur le circuit hydraulique : c’est le circulateur. Avec des bâtiments sur-isolés BBC, il devenait absurde de laisser fonctionner une pompe 24h24 à sont débit maxi (c'est-à-dire dimensionné pour les conditions de chauffage ou de climatisation maxi). La variation électronique de vitesse ou VEV permet à la pompe d’adapter son débit au juste besoin hydraulique. Exemple quand les robinets thermostatiques se ferment, la pression augmentant, la pompe adapte l’installation au plus juste débit. La pompe, au lieu de fonctionner dans une zone d’échauffement et de mauvais rendement, travaille ainsi en continu sur une courbe caractéristique de rendement optimum. Comme la Puissance en W est proportionnelle au DEBIT x PRESSION, la consommation électrique est ainsi largement réduite, les économies électriques pouvant aller jusqu’à 80% !!

La variation de vitesse du circuit hydraulique évite-t-elle ainsi l'équilibrage hydraulique ?

Non, certainement pas, l’équilibrage hydraulique doit être effectué. Celui-ci se réalise ainsi à débit maxi de l’installation, tous robinets thermostatiques ouverts par exemple. Une fois l’installation hydraulique équilibrée (à débit maxi), tous les autres régimes de débits seront moindres. Un déséquilibrage peut apparaître pour les émetteurs les plus éloignés ! C’est pourquoi il est nécessaire d’installer des régulateurs de pression judicieusement positionnés sur des colonnes de sorte qu’ils puissent maintenir automatiquement une pression constante. Ainsi, même si les premiers émetteurs sont en demande de débit, les émetteurs les plus éloignés auront un régulateurs de débit qui ouvrira sa section et régulera le débit en bout d’installation !


Choisir un circulateur à débit variable évite de faire tout calcul de pertes de charges alors?

Non, car un surdimensionnement de pompe entraînerait un moteur surpuissant et de mauvais rendement (risque d'échauffements, bruit, ….). La première action à réaliser est de déterminer la pompe avec un point caractéristique optimum, c'est-à-dire « au centre de la courbe caractéristique », là où le rendement est le plus élevé. Ce calcul de pertes de charges est effectué à débit maximum, soit pour les conditions extrêmes de déperditions ou de charges frigorifique dans le cas de la climatisation.

Quel est le profil de fonction type d'une pompe dans le temps ?

Il est statistiquement le suivant, ce qui montre que le débit maximum n'est nécessaire que moins de 10% du temps :

100% des besoins maximum > 6% du temps 75% des besoins maximum > 15% du temps 50% des besoins maximum > 35% du temps 25% des besoins maximum > 44% du temps

La variation électronique de vitesse s'applique-elle uniquement aux pompes et circulateurs de chauffage ?

Non, elle est utile et génératrice d’efficacité énergétique pour toutes applications hydrauliques : pour les installations de chauffage, mais également de climatisation, de production d’eau chaude sanitaire, de surpression d’eau également, …, cf. le dossier de savoir-faire « surpression d’eau».


3 - ASPECTS REGLEMENTAIRES

1. Réglementation 2012 et les auxiliaires

La réglementation 2012 nous contraint à construire des bâtiments neufs basse consommation. Elle limite la consommation en énergie primaire « ep » en moyenne à 50 kWh/m².an des 5 usages principaux que sont le CHAUFFAGE, la CLIMATISATION, l’EAU CHAUDE SANITAIRE, L’ECLAIRAGE, LES AUXILIAIRES. Ces derniers ne sont ni plus ni moins les consommations électriques de pompes, circulateurs et moteurs de ventilateurs.

Il est vrai que dans un bâtiment BBC sur-isolé, le « poids de la consommation de moteurs » est loin d’être négligeable d’autant plus que ces équipements comme les pompes tournent très souvent 24h24 ! Le bâtiment BBC ou le bâtiment conforme à la RT 2012 ne peut ainsi s’envisager avec des pompes à débit constant ! Les premiers retours d’expériences des bâtiments BBC montre que ceux qui ont pris cette option n’atteignent pas le niveau BBC.

Il est ainsi essentiel d'opter pour des régimes de débits variables et des pompes qui adaptent leur débit aux justes besoins. Ceux-ci étant eux-mêmes variables selon les appels de puissance, les conditions extérieures, la programmation d'occupation, etc., …

2. La nouvelle directive ErP (Energy related Products) obligatoire !

Plus de 90 % des circulateurs à rotor noyé disponibles actuellement sur le marché pour le chauffage et la climatisation ne pourront bientôt plus être vendus.

En effet, une nouvelle réglementation concerna nt les circulateurs entrera en vigueur dans le cadre de la directive européenne relative à l'éco-conception qui soumet le rendement énergétique des pompes à des exigences de plus en plus élevées valables en Europe à partir de 2013. C’est la directive ErP (Energy related Products).


La directive européenne sur l’éco-conception ErP ou « Energy related Products » tend à améliorer l’efficacité énergétique des produits consommant de l’énergie, sur l’ensemble de leur cycle de vie. Elle a remplacé depuis novembre 2009 la fameuse directive 2005/32/CE ou directive EuP ou « Energy using Products »". Cette directive est l'une des initiatives de l'UE la plus importante pour réduire de 20 % nos consommations d’énergie à l’horizon 2020.

Cette directive va loin dans le sens où elle couvre le cycle de vie total d'un produit, souvent appelé « du berceau à la tombe », également appelé bilan en énergie grise, depuis l’acquisition de matière première, la fabrication, le transport, la commercialisation, la maintenance et le recyclage en fin de vie.

Cette directive ErP marquera surtout pour les pompes à rotor noyé la fin de la plupart des modèles existants. Elle déclenchera en même temps une vague importante d'innovations pour le développement de nouvelles pompes encore plus efficaces. Une autre réglementation vise à réguler à partir de 2011 le rendement énergétique des moteurs électriques. Les pompes à moteur ventilé sont aussi concernées par cette nouvelle réglementation.

Cette nouvelle directive ErP ou « Energy related Products » crée une classification énergétique et de nouveaux Indices d'Efficacité Energétique « IE » pour les circulateurs de chauffage.

1°) Concernant les pompes à rotor noyé (règlement sur les circulateurs de chauffage)

Dès le 1er janvier 2013, la valeur limite IEE (IEE = Indice d'Efficacité Energétique selon la réglementation (CE) 641/2009 de la Commission européenne) pour la classe d’efficacité énergétique A, sera fixée à 0,27 pour les pompes ou circulateurs à rotor noyé installés en dehors du générateur de chaleur (pompes externes). Les classes énergétiques actuellement valables seront alors remplacées par un marquage de l'IEE sur le circulateur.

Dès le 1er Aout 2015, la valeur limite IEE sera une nouvelle fois réduite à 0,23. Cette valeur s'appliquera alors aussi aux circulateurs à rotor noyé ayant par exemple été montés dans des générateurs de chaleur ou des stations solaires nouvellement installés (circulateurs intégrés).

Dès l’année 2020, ces mesures s'appliqueront également au remplacement des circulateurs intégrés dans les générateurs de chaleur existants. Tous les circulateurs à rotor noyé dans le domaine du chauffage et de la climatisation sont concernés par ces mesures, excepté les circulateurs d'eau chaude sanitaire.

2°) Concernant les pompes à moteur ventilé (règlement sur les moteurs électriques)

La réglementation européenne pour les moteurs électriques entrera en vigueur plus tôt que celle pour les circulateurs à rotor noyé. Elle concerne aussi les groupes intégrés dans les pompes à moteur ventilé pour le chauffage et la climatisation ainsi que pour la distribution d'eau, la surpression et l'élimination des eaux chargées. De nouvelles classes énergétiques ont ainsi été définies.


Dès le 16 juin 2011, tous les nouveaux moteurs électriques achetés sur le marché doivent respecter la classe énergétique IE2 à l'exception de quelques types de construction et domaines d'applications. La classe énergétique IE2 remplace la meilleure catégorie actuelle EFF1. Les moteurs de pompe faisant partie de la classe énergétique actuelle EFF2 (désigné à l'avenir par IE1) seront interdits à la vente dans l'Union européenne.

Dès le 1er janvier 2015, une nouvelle classe énergétique IE3 plus stricte entrera en vigueur. A cette date, les moteurs avec une puissance de sortie nominale comprise entre 7,5 et 375 kW doivent atteindre ce niveau. Elles doivent sinon correspondre à la classe énergétique IE2 et être équipées d'un dispositif de régulation de vitesse de rotation.

Dès le 1er janvier 2017, ces exigences seront aussi valables pour les moteurs avec une puissance de sortie nominale comprise entre 0,75 et 375 kW.

3°) Tableau chronologique de la directive ErP dans l'UE

Après le …

Ce que la Directive « ErP » imposera !

16 juin 2011 Les moteurs électriques dans les pompes à moteur ventilé pour le chauffage, la climatisation, la distribution d'eau, la surpression ainsi que l'élimination des eaux chargées doivent correspondre au moins à la classe énergétique IE2 (correspondant à la classe actuelle EFF1).

1er janvier 2013 L'Indice d'Efficacité Energétique (IEE) des circulateurs externes à rotor noyé ne doit pas dépasser 0,27 (à l'exception des circulateurs externes à rotor noyé conçus spécialement pour les circuits primaires des installations solaires thermiques et des pompes à chaleur).

1er janvier 2015 Les moteurs électriques dans les pompes à moteur ventilé avec une puissance de sortie nominale comprise entre 7,5 et 375 kW doivent soit correspondre à la classe énergétique IE3 ou soit correspondre à la classe énergétique IE2 et être équipés d'un dispositif de régulation de vitesse de rotation.

1eraoût 2015 L'Indice d'Efficacité Energétique des circulateurs externes à rotor noyé et les circulateurs à rotor noyé intégrés à des produits ne doit pas dépasser 0,23 (à l'exception des pompes de rechange pour les circulateurs intégrés à des produits mis en circulation à partir du 1er août 2015).

1er janvier 2017 Les moteurs électriques dans les pompes à moteur ventilé avec une puissance de sortie nominale comprise entre 0,75 et 375 kW doivent soit correspondre à la classe énergétique IE3 soit correspondre à la classe énergétique IE2 et être équipés d'un dispositif de régulation de vitesse de rotation.

1er janvier 2020 L'Indice d'Efficacité Energétique IEE des pompes (TOUTES) de remplacement pour les circulateurs à rotor noyé intégrés à des produits ne doit pas dépasser 0,23.


4 - REGLES ET OUTILS DE CONCEPTION ET DE

REALISATION

1. Comment réaliser 80% d’économies d’énergie sur la

consommation des pompes

Associer la variation électronique de vitesse et la technologie ECM, permet d’atteindre des économies en coût d’exploitation jusqu’à 80%. Ci-après la courbe montre que le gain par la VEV est de 40% auquel s’ajoute un 2ème gain de 40% dû à la technologie ECM, soit 80% d’économies.

Exemple comparatif de 3 circulateurs : vitesses fixes – variation de vitesse – VEV+ECM


2. Vitesse fixe contre vitesse variable

On trace les points de fonctionnement en fonction des besoins de chauffe dans le temps. Ils sont statistiquement de :

A 100% des besoins maximum > le débit nécessaire correspond à 6% du temps A 75% des besoins maximum > le débit nécessaire correspond à 15% du temps A 50% des besoins maximum > le débit nécessaire correspond à 35% du temps A 25% des besoins maximum > le débit nécessaire correspond à 44% du temps

(profil de charge « Blauer Engel »)

La courbe rouge montre une caractéristique de pompe standard La courbe verte montre un déplacement de la caractéristique à Delta P constant (H

constant) La courbe bleue montre un déplacement du point caractéristique à Delta P variable


Déplacement du point de fonctionnement avec les puissances consommées

Courbes de rendements et puissances électriques correspondantes


3. Logiciel de calcul des économies réalisées

Demandez le logiciel SIRIUS !!

4. Coût global ou « Life Cycle Cost » (LCC)

Définition du « Life Cycle Cost »

Le Life Cycle Cost (LCC), est un outil managérial qui permet de connaître le coût de production d'un produit pendant toute sa durée de vie depuis sa fabrication jusqu'au démontage.

Voici la décomposition du calcul LCC :

LCC = Cic + Cin + Ce + Co + Cm + Cs + Cenv + Cd Cic = coût pour le client final, (investissement initial) Cin = frais d'installation et de mise en route Ce = coût énergétique Co = frais d'exploitation (main d'œuvre) Cm = coûts de maintenance et réparation vCs = coûts d'arrêt de production Cenv = coûts liés à l'environnement Cd = coûts de mise hors service et de dépose


Calcul du « Life Cycle Cost »

LCC : Life Cycle Cost (ou Coût Global en Français) MAX : pompe à débit constant régime maxi DPC : pompe à débit variable à Delta P constant DPV : pompe à débit variable à Delta P variable


Calcul des temps d’amortissement

Coût global sur 20 ans


5 - PRODUITS RECOMMANDES

1. Circulateur haut rendement à technologie ECM - SIRIUX JR :

jusqu’à 80% d’économies

Grâce à la vitesse variable, Siriux Jr s'adapte précisément aux besoins de l'installation. 3 technologies au service du rendement : - Régulation Pv - Pilotage des bobines - Rotor Aimanté

Facilité de montage • Boîte à bornes multipositions. • Raccordement électrique du presse étoupe par la gauche ou par la droite de la boîte à bornes. • Connexions électriques par clips. Réglage simple • 1 bouton unique de réglage. • Échelle de graduation précise. • Mode normal ou normal/nuit.

Sécurité • Fonction anti-dégommage pour assurer le démarrage du circulateur après arrêt. Économique & Écologique • Amortissement du Siriux Jr inférieur à 3 ans* Jusqu'à 80% d'économie d'énergie électrique* * par rapport à un circulateur traditionnel Confort • Siriux Jr adapte son fonctionnement à la demande en chauffage. • Idéal pour : - Plancher chauffant. - Radiateurs équipés de robinets thermostatiques. Silence • Limite les bruits de circulation d'eau dans les installations car le débit et la pression s'ajustent à la demande des radiateurs. Tranquillité • Pas d'entretien ni d'intervention lors de la remise en chauffe !


2. Circulateur haut rendement communiquant – SIRIUX HOME

Un circulateur nouvelle génération répondant aux enjeux énergétiques de demain.

Interface de communication complète Nouvelle conception moteur haut rendement

technologie ECM conforme aux exigences de la nouvelle directive EuP/ErP 2013 et 2015.

2 modes de régulation (radiateur/plancher chauffant)

Encombrement réduit Connecteur Salmson ne nécessitant aucun outil Dégommage automatique 2 tailles de moteur : 4 m et 6 m 2 types d'entraxes : 130 et 180 mm Tous types de connexion : 1", 1"1/2, 2" Jusqu'à 90% d'économies d'énergie par rapport

à un circulateur normal Consommation minimum : 3 watts Consommation électrique instantanée et

cumulée du circulateur visible sur l'écran Suppression du sifflement et des bruits

hydrauliques au niveau des robinets thermostatiques

Mode nuit : réduction des bruits de circulation d'eau dans les installations

Grâce à sa fonction dégazage, le Sirius home permet d'améliorer l'évacuation des bulles d'air présentes dans l'installation donc moins de risque de corrosion, de boue et de bruit.


3. Brochure SIRIUX : jusqu’à 108 m3/h

Un circulateur à haut rendement avec optimisation du point de fonctionnement

15 modèles simples et 9 modèles doubles de 65 à 1 300 W mono 230 V

Débit maximum : 56 m³/h (105 m³/h avec 2 moteurs fonctionnant en parallèle)

HMT maximum : 12 mCE Pression de service maximum : 10 bars Plage de température fluide : de -10°C à +110°C Orifices : DN 25 à 80, à brides Isolation du rotor par

cartouche amagnétique Corps revêtu cataphorèse Tracés roue et volute 3D Protection moteur par double filtre

5 interfaces de connexion

Interfaces DP Ext. Off SBM Ext. Mln Lon

Fonctions

Gestion pompe double X X X X X

Entrée analogique 0-10 V X X X

Marche/arrêt à distance X

Report de marche X

Vitesse mini X

LONWORKS

Efficacité énergétique des pompes et circulateurs...circulateurs, et d’éliminer les autres....

Documents

Transcript of Efficacité énergétique des pompes et circulateurs...circulateurs, et d’éliminer les autres....