Pompes et tuyauteries en théorie et en pratiqueL’anatomie d’un climat intérieur confortable et économique

TABLE DES MATIÈRES

Création d’un climat intérieur confortable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4Théorie de base sur les pompes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6Régulation du débit des pompes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8Economie des pompes et protection de l’environnement . . . . . . . . . . . . . . . 10Conception d’une tuyauterie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12Systèmes de chauffage au sol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14Systèmes de panneaux solaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14Systèmes de climatisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15Systèmes d’eau chaude. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15Pompes utilisées dans les systèmes de chauffage/climatisation . . . . . . . . . . 16Choix de la bonne pompe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

Pour les propriétaires ou les gérants d’un immeuble, le confort des occupants n’est pas l’unique préoccupation. Les aspects économiques et environnementaux sur le long terme sont tout aussi importants. Et, si vous êtes entrepreneur en bâtiment ou consul-tant, votre client vous fera certainement confi ance pour partager cette approche res-ponsable.

Ce guide est conçu pour répondre à certaines questions fondamentales concernant les systèmes de distribution et de circulation de la chaleur, depuis la théorie de base sur les pompes et l’économie d’énergie jusqu’à la conception de la tuyauterie et le choix de la pompe appropriée pour le travail.

Notre objectif principal est de fournir des informations générales sur les systèmes de chauffage conventionnels, mais nous aborderons également les sujets concernant les systèmes de chauffage au sol, les panneaux solaires et la climatisation.

Pour obtenir davantage d’informations, n’hésitez pas à visiter notre site Web (www.lowara.com) ou à contacter votre représentant ITT le plus proche.

Introduction

2

3

Les solutions sont nombreuses pour créer un climat intérieur confortable. Cette brochure décrit les systèmes fermés de chauffage/climatisation grâce auxquels la température ambiante souhaitée est atteinte via la circulation d’eau chaude ou froide dans des tuyauteries autour de l’immeuble.

Ces systèmes sont généralement composés d’une chaudière ou d’un compresseur frigorifi que, de tuyaux, d’accessoires, d’une pompe, d’émetteurs (par ex., radiateurs) et d’un système de contrôle. Étant donné que l’eau prend plus de place lorsque la température augmente, le système doit également contenir un vase d’expansion suffi samment grand pour contenir le volume d’eau variable dans le système.

La capacité du système doit être suffi sante pour compenser toute perte de chaleur ou de refroidissement dans l’immeuble. Cette perte dépend essentiellement de la température intérieure/extérieure, de l’isolation de l’immeuble et de la zone/du volume intérieur à chauffer.

Détermination du débit nécessaire Le débit nécessaire dans un système de chauffage/climatisation dépend de

– la différence de température entre le tuyau sous pression et le tuyau de retour ;

– le besoin en chaleur, qui varie tout au long de l’année et au fi l des heures en raison des conditions intérieures et extérieures.

Dans les régions climatiques aux températures variables, la capacité totale du système est uniquement requise durant une très courte période chaque année (consulter le diagramme de profi l de charge). La manière la plus rentable de gérer de telles variations est de combiner des émetteurs à régulation thermostatique et des pompes à vitesse variable. Un profi l de charge peut être utilisé pour calculer la consommation d’énergie d’une pompe à chaleur et pour réaliser une analyse du coût du cycle de vie (LCC).

Création d’un climat intérieur confortable

4

Gains et pertes de chaleur dans un immeubleLes besoins en chauffage et en climatisation varient et différents facteurs affectent le climat intérieur : la température extérieure, l’ensoleille-ment, le nombre de personnes dans la pièce, les émetteurs de chaleur (lampes, téléviseurs, etc.).

Profi l de chargeLa zone sombre indique le besoin de pompage réel au cours de l’année. L’utilisation de pompes à vitesse variable permet d’éviter de pomper inutilement et d’économiser de l’énergie. Ce profi l est basé sur un système de chauffage moyen en Europe du nord. Une bonne économie des pompes signifi e que l’utilisation des pompes doit correspondre, autant que possible, aux besoins réels.

DurchflussDébit

Semaines

100 %

50 %

30 %

0 %19 22 6 3 2

75%

Détermination de la hauteur de charge nécessaire Lors du dimensionnement d’un système de chauffage ou de climatisation, la pression du système et les pertes de charge doivent être prises en compte.

La pression du système correspond à la partie de la pression non créée par la pompe. Celle-ci est générée par le poids de la colonne d’eau dans le système et la pression supplémentaire créée par le réservoir sous pression (vase d’expansion). Si cette pression est trop faible, elle peut générer un bruit dans le système de canalisation et provoquer des cavitations dans la pompe, en particulier à des températures élevées. Il faut également vérifi er que la pompe peut supporter la pression maximum du système.

La pression du système est déterminée par

– la hauteur de l’immeuble ; – la température du liquide ; – la pression prédéfi nie dans le vase d’expansion ;– la densité du liquide.

Dans un réseau bouclé, la pompe doit uniquement produire suffi samment de pression pour compenser la perte de charge, car il n’y a pas de hauteur géométrique à franchir. (Hauteur géo-métrique = la différence de hauteur entre le niveau d’eau moyen dans la tuyauterie et le point le plus haut du système). Toute l’eau qui monte redescend.

La pompe doit compenser toutes les pertes de charge dans le système. Les pertes dépendent de la taille du système et de ses composants. (Consulter la section Courbe du système, au verso.)

Systèmes à boucles ouvertes et ferméesLa plupart des systèmes de chauffage/climatisation sont des boucles fermées, ce qui signifi e que la même eau circule encore et encore dans les tuyaux, et que le vase d’expansion est pressurisé. Dans le système, une membrane en caoutchouc sépare le gaz comprimé de l’eau.

Les systèmes ouverts sont très rares mais sont préférables si la source de chaleur est, par exemple, une chaudière à com-bustible solide. Dans ce cas, la pression du système est déter-minée par la colonne d’eau dans le vase d’expansion.

5

Système à boucle ferméeCette conception générale est utilisée dans la plupart des immeubles modernes.

Système à boucle ouverteCette conception est le plus souvent utilisée avec des chaudières à combustible solide et des sources de chaleur similaires.

Tuyau d’arrivée

Tuyau de retour

Vase d’expansion (gaz pressurisé, conditionné)

Système de pressionstatique

Tuyau de retour

Vase d’expansion(pression atmosphérique – ouvert)

Tuyau d’arrivée

La courbe du système décrit la résistance présen-te dans le système de canalisation, à savoir, toutes les pertes dans la tuyauterie. Étant donné qu'un sys-tème de circulation est généralement un système à boucle fermée, il n'y a aucune hauteur géométri-que à franchir, uniquement des pertes de charge. Les pertes de charge dans un tuyau augmentent avec le carré de l'accroissement de vitesse. C'est pour cette raison qu'il est important de sélectionner le bon tuyau, avec les bonnes dimensions adaptées au débit.

Dans un réseau bouclé, le poids du liquide qui monte est équilibré par celui du liquide qui des-cend. Ainsi, lorsque le système est rempli, la hau-teur géométrique pour l'immeuble est zéro, quel que soit soit la hauteur de l'immeuble. Le débit nécessai-re est déterminé par la longueur totale, le diamètre et le circuit du réseau. Consulter l'illustration de la Grande roue, ci-dessous.

Théorie de base sur les pompes

6

Grande roueLe principe peut être illus-tré avec une Grande roue. Lorsque la roue tourne, les godets ascendants sontéquilibrés par ceux qui descendent et le moteur doit uniquement vaincre la friction.

Courbe QHLa courbe de la pompe (courbe QH) indique les propriétés de la pompe ainsi que le débit qu'elle produit à une pression particulière.

De quelle quantité d'énergie avez-vous besoin ?Le rendement/la puissance nécessaire indique le rendement de la pompe, à savoir l'effi cacité d'une pompe pour convertir l'énergie électrique fournie en rendement produit.

Point de fonctionnementLe point auquel la courbe de la pompe et la courbe du système se rejoignent est appelé le point de fonctionnement.

3000 tr/min

1500 tr/min

1000 tr/min

Q

H

Débit

Hau

teu

r d

e ch

arg

e

Point de fonction-nement

Courbe dela pompe

Courbe dusystème

Q

H

Débit

Hau

teu

r d

e ch

arg

e

La puissance hydraulique est calculée de la manière suivante :

Phydr = Q • H • ρ • g

où

Q = le débit de la pompeH = la hauteur de charge de la pompeρ = la densitég = la constante gravitationnelle

P2

P1

Phydr

Pertes du moteur

Pertes de la pompe

P1 P2 Phydr

Rendement/puissance néces-saire : Il est également possi-ble de lier les concepts d'énergie en examinant les pertes d'éner-gie au niveau du moteur et de la pompe.

Les rendements sont liés les uns aux autres comme suit:

P1 = P2 P2 =

Phydr

ηmotor ηhydr

où

P1 = énergie fournieP2 = rendement de l’arbrePhydr = rendement utile (transféré par la turbine de pompe vers l’eau)ηmotor = rendement moteurηhydr = rendement pompe

Quelle est la quantité d'énergie perdue dans la tuyauterie?Pour calculer une courbe de système, vous devez d'abord calculer les pertes de charge (hf) dans la tuyauterie. Celles ci se produisent aux niveaux des coudes et dans les vannes (appelés pertes de charge ou hfp), ainsi que dans les sections droites de tuyaux (hfr). Les pertes de charge dépendent du nombre de coudes et de vannes dans le système de tuyauterie et elles augmentent avec la vitesse du liquide. Les pertes dans les sections droites de tuyaux dépendent de la rapidité du liquide et de la longueur, du diamètre et de la rugosité des surfaces du tuyau.

Rendement et point de rendement maximumLe point de rendement maximal (PRM), ou point nominal, est le point de niveau maximum de rendement. La courbe de rendement indique comment le rendement varie à différents débits.

Lors du dimensionnement de la pompe, deux paramètres sont essentiels pour réaliser un pompage rentable: la puissance nécessaire et le point de fonctionnement (voir page précédente). Cela est particulièrement vrai lorsque la pompe doit être dimensionnée pour plusieurs points de fonctionnement différents, par exemple, un système de chauffage qui n'est pas utilisé toute l'année.

7

Si la pompe fonctionne uniquement à demi-vitesse :

• Le débit est réduit de 50 %• La hauteur de charge est réduite de 75 %• Mais la consommation d'énergie est réduite de 87,5 %

Q1 n1

Q2 n2=

H1 n 2

H2 n2= )(

P1 n1 3

P2 n2= )(

Q

H

η

Débit

Hau

teu

r d

e ch

arg

e

Courbe de rendement

Lois de similitudeLe terme « Lois de similitude » se rapporte à la relation connue qui existe toujours entre la vitesse de rotation, le débit, la hauteur de charge et la puissance requise. Cette relation vous donne une indication instantanée de ce qui se produit dans un système lorsque le point de fonctionnement est modifi é dans des systèmes de pompes à vitesse variable, par exemple.

Q

H

Débit

Hau

teu

r d

e ch

arg

e

n1 n2

Q

H

Débit

Hau

teu

r d

e ch

arg

e

n1

n2

Point de rendement maximal (PRM)Le PRM est souvent représenté par un angle fermé sur la courbe QH.

Composants Perte de pression

Chaudière 1 – 5 kPa

Chaudière compacte 5 – 15 kPa

Échangeur de chaleur 10 – 20 kPa

Calorimètre 15 – 20 kPa

Chauffe-eau 2 – 10 kPa

Pompe à chaleur 10 – 20 kPa

Radiateur 0,5 kPa

Convecteur 2 – 20 kPa

Robinet de radiateur 10 kPa

Vanne de réglage 10 – 20 kPa

Soupape à clapet 5 – 10 kPa

Filtre (propre) 15 – 20 kPa

Exemple de pertes de charge approximatives pour les composants du système de chauffage. Consultez les caractéristiques du fournisseur pour connaître les données exactes.

Le débit d'un système de circulation peut être régulé de différentes manières, à l'aide de pompes à vitesse variable, des robinets d'étranglement, un système de dérivation ou un diamètre de turbine réduit.

Contrôle de la vitesse

Une vitesse variable peut être atteinte manuelle-ment avec des pompes à plusieurs vitesses fi xes ou automatiquement, à l'aide de pompes contrô-lées électroniquement. En plus de la réduction de consommation d'énergie, une pompe à vitesse variable fonctionne toujours à une pression différen-tielle optimale. Cela permet de réduire le bruit dans les tuyauteries et d'augmenter le confort de vie.

Dans les pompes où la vitesse est contrôlée manuellement, le débit doit être régulé manuelle-ment en sélectionnant l'une des vitesses fi xes. Le débit ne répond jamais exactement au besoin.

Dans une pompe à vitesse variable, la vitesse est automatiquement adaptée à la vitesse requise pour atteindre le débit nécessaire (commande à vitesse variable). La pression générée par la pompe est surveillée en continu et la vitesse de la pompe est adaptée pour fournir la pression nécessaire.

Lorsque la demande augmente, la pression commence à chuter et la pompe augmente la vitesse pour compenser. Lorsque la demande chute, la pression augmente et la pompe réduit la vitesse pour maintenir la pression au bon niveau.

Il existe quatre façons différentes de réguler les pompes :

Un mode de pression constante ( Δ Δ pc ) fournit la même pression tout du long jusqu'à atteindre sa vitesse maximum, quel que soit soit le débit.

Un mode de pression variable linéaire ( Δ Δ pv ) fournit la pression prédéfi nie à la vitesse maximum. Lorsque la vitesse (et le débit) est réduite, la pression chute également. Cela permet de suivre la courbe du système de pompe. Lorsque le débit est bas, la demande de pression est également plus basse.

La courbe de pression complètement variable ( Δ Δ pv ) est la même qu'une courbe linéaire, excepté le fait que la pression suit une seconde courbe de degrés (plutôt que linéaire), qui réduit davantage la consommation d'énergie, et répond beaucoup mieux aux besoins réels.

Régulation du débit des pompes

8

Pression variable linéaire

Courbe de la pompe à pleine vitesse

H

Hau

teu

r d

e ch

arg

e

QDébit

Pression complètement variable

Courbe de la pompe à pleine vitesse

H

Hau

teu

r d

e ch

arg

e

QDébit

Pression constante

Courbe de la pompe à pleine vitesse

H

Hau

teu

r d

e ch

arg

e

QDébit

Courbes de régulation de la pressionLe rapport entre différents modes lors du réglage de la pression.

Autres manières de réguler le débitVoici d'autres manières pour contrôler le débit dans votre système sans utiliser une unité de variation de la vitesse. Le coût initial est plus faible, mais la réduction du débit ne diminue pas la consommation d'énergie et le coût du cycle de vie n'est pas réduit.

L'étranglement du débit avec une soupape altère les pertes dans le système et, par conséquent, le débit de la pompe. À faible débit, la pompe produit une importante hauteur de charge inutile, qui conduit à une consommation d'énergie excessive (comme indiqué dans la fi gure ci-dessous).

Dans un système de dérivation, la pompe fonction-ne toujours à pleine vitesse. Le débit a une boucle

de dérivation, et le débit est contrôlé en dirigeant une partie du débit du côté de la pression de la pompe vers le côté de l'aspiration. Dans certains systèmes de climatisation, une boucle de dérivation est nécessaire pour éviter les problèmes avec le refroidisseur.

Avec un diamètre de turbine réduit, la hauteur de charge et le débit diminuent proportionnellement à la réduction. La consommation d'énergie est réduite de manière signifi cative avec un diamètre de turbine plus petit, étant donné que les lois de similitude s'appliquent. L'inconvénient par rapport au contrôle de la vitesse est qu'il est impossible d'adapter le débit dans le système ; une fois que le diamètre est fi xé, la pompe fournit toujours les mêmes caracté-ristiques.

9

H

Hau

teu

r d

e ch

arg

e

QDébit

Point de fonction-nement

Robinet de fermeture Robinet

d’ouver-ture

H

Hau

teu

r d

e ch

arg

e

QDébit

RéduitPleine dimension

Système de dérivationLe débit est contrôlé par le biais d'un circuit de dérivation qui fonctionne directement du côté de l'aspiration du système.

ÉtranglementLorsque le robinet se ferme, le point de fonctionnement se décale avec la courbe du système le long de la courbe de la pompe.

Diamètre de turbine réduitLorsque le diamètre de la turbine est réduit, la courbe se décale et le débit est réduit.

Le coût total du pompage est largement déterminé dès le début, à savoir lors de la conception du système de circulation. Une conception intelligente du système peut permettre de réduire la résistance des composants et les frottements que à l ‘intérieur de la tuyauterie. Celle-ci, en retour, réduit la quantité d’énergie requise pour faire circuler l’eau. C’est de loin la meilleure opportunité pour optimiser l’économie de la pompe. Pour vous donner un exemple, la perte de charge augmente avec le carré de la vitesse augmente. Cela signifi e qu’un tuyau avec un petit diamètre a une perte de charge beaucoup plus élevée qu’un tuyau avec un diamètre plus grand.

Le coût réel des pompes surdimensionnéesDe nombreux propriétaires d’immeubles et opérateurs installent des pompes surdimensionnées « par mesure de précaution ». Cette stratégie est extrêmement coûteuse, car de telles pompes génèrent beaucoup plus de hauteur de charge et de débit que ce qui est nécessaire, mais sans augmenter la chaleur dans la pièce. Le schéma ci-dessous montre comment une augmentation de débit de 10 % augmente la puissance calorifi que de 2 % uniquement. Et un débit multiplié par deux augmente la puissance calorifi que de 12 % seulement. Un débit plus élevé aug-mente également le niveau de bruit dans la tuyauterie. Heureusement, comme indiqué au verso, il existe des solutions bien plus effi caces.

Le fait qu’une énergie supplémentaire, utilisée pour contrôler le climat intérieur, ait un impact substantiel sur notre environ-nement est tout aussi important. 30 % de toute l’électricité consommée dans les pays européens est utilisé par les moteurs électriques et des millions de ces moteurs sont utilisés dans les systèmes de circulation. En considérant les menaces immédiates et sur le long terme pour notre climat, l’énorme potentiel d’une conception de systèmes effi caces et d’une sélection de pompes optimales prend davantage d’impor-tance.

L’unique perspective sensée : le coût du cycle de vie (LCC)Le LCC représente le coût total pour une pompe sur une durée de temps, notamment les coûts d’achat, d’installa-tion, de mise en service, de consommation d’énergie, d’exploitation, de temps d’indisponibilité, de maintenance et de désaffectation. Il existe plusieurs moyens de réduire le LCC :

Économie des pompes et protection de l’environnement

10

Économiser de l’argent avec le contrôle de vitesseL’achat d’une pompe à variation de vitesse implique un coût initial plus bas. Mais lors de la comparaison des coûts de cycles de vie, les avantages de la vitesse variable sont évidents. 85 % du coût total sur une période de 10 ans est attribuable à la consommation d’énergie (pour une pompe fonctionnant à pleine vitesse en continu).

Courbe du radiateurLa solution qui consiste à augmenter la puissance calorifi que en augmentant le débit n’est pas rentable.

Consommation d’énergie dans l’UE30 % de la consommation électrique totale dans l’UE est attribuable aux moteurs électriques. Une large proportion de ceux-ci sont installés dans les systèmes de circulation.

Electrical motors:30 %

Pompe contrôlée électroniquement à vitesse variable

Pompe contrôléemanuellement à

vitesses fixes

ÉnergieMaintenanceAchat

50 %

100 %LCC

Wärme

Durchfluss

Chaleur

0 %50 % 100 % 200 %

83 %

100 %

112 %

Q Débit

Réduction des coûts de la consommation d’énergieL’électricité représente l’unique frais le plus important au cours du cycle de vie de la pompe ;par conséquent,le gain le plus important peut être réalisé en réduisant la consommation d’énergie :

1. Utilisez des pompes à vitesse variable, car elles utilisent jusqu’à 70 % d’énergie en moins par rapport à une pompe non contrôlée fonctionnant à pleine vitesse en continu. C’est l’unique moyen le plus effi cace de réduire le coût total d’exploitation ; le délai d’amortisse- ment pour un investissement dans un variateur de vitesse est souvent inférieur à 2 ans.

2. Recherchez des pompes et des moteurs hautement effi caces. Par exemple, les moteurs EFF1 (fournis par ITT) sont 3 à 5 % plus effi caces que les moteurs EFF2. Un autre facteur essentiel est l’hydraulique, qui peut être même encore plus important pour le rendement énergétique que le moteur de la pompe. Des spécia- listes internes de ITT investissent des efforts considéra- bles pour maintenir une position de leader dans ce domaine, à la fois dans le développement des produits et dans des méthodes de fabrication moderne.

3. Arrêtez la pompe lorsque vous n’avez pas besoin de chauffer ou de refroidir l’immeuble.

Réduction des coûts d’installation et de mise en serviceLors de l’utilisation de pompes avec variateur de vitesse, comme l’Hydrovar d’ITT, le coût de l’installation et de la mise en service est plus bas par rapport à l’utilisation d’un système avec variateur de vitesse séparé (VSD). La différence est que l’unité intégrée contient déjà les composants comme un VSD, des transmetteurs de pression, un logiciel de contrôle, etc. Lors de l’utilisation d’un variateur de vitesse séparé, toutes ces fonctions doivent être effectuées par des unités séparées, ce qui nécessite une procédure d’installation et de mise en service plus complexe et plus coûteuse.

Réduction des coûts de maintenanceÉtant donné qu’une pompe à vitesse variable fonctionne rarement à pleine vitesse, la tension mécanique est moindre comparée à une utilisation à pleine vitesse. Cela aboutit à des intervalles de maintenance plus longs, car les composants de la pompe et du moteur durent plus longtemps. Pour réduire encore davantage les coûts de maintenance, il est recommandé d’éteindre la pompe lorsqu’elle n’est pas nécessaire.

11

Norme de référenceCe manuel fournit des informations supplémentaires sur le sujet. Il est le résultat d’une collaboration entre l’Hydraulic Institute et Europump, qui implique également des employés d’ITT.

Lowara Hydrovar – rentrer dans ses frais en un anLe variateur de vitesse Hydrovar de Lowara permet d’économiser de l’argent et a un impact moindre sur l’environnement via une consommation d’énergie réduite.

12

Dans les toutes premières phases du processus de conception, il est nécessaire de prendre en considération les besoins potentiels du zonage, les sources de chauffage ou de climatisation alternatives, les stratégies de fonctionnement et de contrôle. Selon les informations récoltées sur l'immeuble, vous devez également calculer les pertes de chaleur dans l'espace et l'estimation de la demande du système d'eau chaude, ainsi que divers aspects de ventilation. Avant de concevoir la tuyauterie, vous devez également déterminer que vous avez sélectionné les émetteurs et les connexions les mieux adaptés pour chaque position et réfl échir à la meilleure distribution en prenant en compte toutes les exigences nécessaires d'équilibre et de régulation.

Systèmes bi-tubesDans un système bi-tubes, le tuyau d'arrivée est utilisé pour fournir l'eau chaude ou froide aux émetteurs, et le tuyau de retour pour renvoyer l'eau utilisée vers la source de chauffage ou de climatisation.

Un avantage majeur des systèmes bi-tubes est que vous pouvez faire varier et contrôler le débit d'eau pour économiser l'énergie de la pompe. Un autre avantage est que tous les radiateurs reçoivent l'eau à la même température, car le tuyau d'arrivée alimente directement à partir de la chaudière. (Lors de l'alimentation à partir du radiateur précédent, une certaine chaleur est émise et l'eau peut se refroidir légèrement).

Les purgeurs de vapeur doivent être vérifi és fréquemment. S'ils restent ouverts, la vapeur passera dans le radiateur puis dans le tuyau de retour, empêchant un transfert de chaleur suffi sant et peut-être également perturbant l'équilibre de l'intégralité du système de distribution.

Selon le besoin en chauffage, un robinet thermostatique est utilisé pour réguler le fl ux à travers le radiateur. Lorsque la vanne se ferme, la pression du système augmente et une pompe à vitesse contrôlée permet de compenser cette augmentation.

Solutions pour les grands immeublesLe principe des systèmes hybrides est qu’il existe un circuit primaire à faible perte et plusieurs circuits de chauffage distincts, possédant chacun sa propre pompe. De tels systèmes sont utilisés pour séparer les systèmes hydroniques les uns des autres. Il est plus simple de développer les systèmes hydroniques existants sans modifi er les conditions de pression, puisque les différents sous-systèmes sont indépendants les uns des autres.

Autre avantage : certaines chaudières sont sensibles à de faibles températures et présentent une limite de fl ux minimum. Afi n de minimiser le temps nécessaire pour que l’eau atteigne la température souhaitée, celle-ci ne circule que dans le circuit primaire à faible perte. Dès que la température souhaitée est atteinte, le circuit du radiateur s’ouvre. La vanne 3 voies régule le fl ux soit vers le ou les circuits du radiateur, soit vers la chaudière. Il est également possible d’économiser de l’énergie en optant pour un système à étrangleur utilisant une vanne 2 voies dans le circuit du radiateur et des pompes à vitesse variable.

Conception d'une installation

Système bi-tubesLe système bi-tubes de base rend possible le fait de pouvoir varier et contrôler le débit d'eau pour économiser l'énergie de la pompe. Il distribue la chaleur plus régulière-ment qu'un système monotube.

13

Débit constant ou variableLa catégorie bi-tubes peut être divisée en systèmes à débit constant ou variable, et chaque système peut être conçu pour une ou plusieurs charges.

Un système multi-charge bi-tubes avec débit constant offre un meilleur contrôle de la température et la température de chaque terminal reste la même. Il est également possible d'économiser de l'énergie en utilisant une vitesse variable avec des capteurs de pression temp/diff. Les principaux avantages d'un débit variable sont que vous utilisez une pompe plus petite et que vous contrôlez davantage la température et l'humidité. Chaque terminal est également alimenté avec la même température.

Système hybride bi-tubesLe principal avantage du système hybride est que la première boucle de perte de charge faible facilite l'expansion du système. La vanne 3 voies se ferme et renvoie l'eau dans le système si elle est encore assez chaude pour chauffer les émetteurs. Le robinet s'ouvre lorsque l'eau a besoin d'être réchauffée.

Système bi-tubes à entrée et sortie opposées Le principal avantage du système à entrée et sortie opposées est que la perte de charge est la même dans tous les circuits.

Dans un système de chauffage au sol, la chaleur est transférée des tuyaux vers la structure du plancher. Un tel système peut être auto-suffi sant ou combiné avec un chauffage à radiateur classique.

La principale différence entre les systèmes de radiateurs et de chauffage au sol est la température du fl uide pompé. Les systèmes de radiateurs peuvent être conçus pour des températures de service allant jusqu'à 80° C et une température différentielle de 20 à 40° K. Dans un système de chauffage au sol, la température de service ne doit jamais excéder 40° C et la tem-pérature différentielle doit rester entre 5 et 8° K. Le système de chauffage au sol doit toujours inclure une boucle de mélange pour éviter une température d'arrivée trop élevée.

Un système de chauffage au sol peut être conçu de différentes manières, et chaque fabricant a ses propres normes qui doivent être observées, mais certains principes sont universels, par exem-ple :

– Chaque pièce doit avoir son propre système de contrôle.

– Tous les circuits doivent être réguliers pour donner la même perte de charge et la pompe doit être spécifi ée et sélectionnée selon le circuit avec la perte de charge la plus élevée.

– Un circuit de tuyaux ne doit jamais excéder 120 mètres.

– Un système de chauffage au sol requiert une capacité de pompe plus élevée qu'un système de radiateur pour un immeuble de même taille. La raison en est les pertes de charge relativement élevées et la faible température différentielle dans les systèmes de chauffage au sol.

Systèmes de chauffage au sol

14

Comme les systèmes décrits ci-dessus, les systèmes à panneaux solaires sont basés sur l'eau et nécessitent un propulseur. Ils fonctionnent à une température plus élevée et plus variable par rapport à des applications normales de chauffage. Comme les panneaux solaires sont placés sur la toiture, il est courant d'utiliser une sorte d'agent antigel dans l'eau. L'agent antigel le plus connu est le glycol. L'ajout de glycol augmente la densité et la viscosité de l'eau, ce qui doit être pris en compte lors du choix de la pompe.

Pour le futur de demain, les panneaux solaires sont principale-ment intéressants en complément des systèmes de circulation d'eau habituels.

Systèmes à panneaux solaires

Un système à panneaux solairesLe panneau solaire supplémente la source de chaleur habituelle.

Un système de chauffage au solChaque pièce nécessite son propre système de régulation et tous les circuits de tuyaux doivent être équilibrés pour générer la même perte de charge.

Régulateur

La conception d'un système de climatisation dépend en grande partie du choix de l'agent réfrigérant. Différents agents réfrigérants ont des densités différentes et génèrent des niveaux différents de frottement dans la tuyauterie. Ainsi, vous devez également prendre en compte l'agent réfrigérant lorsque vous choisissez une pompe. Les agents réfrigérants les plus connus sont de l'eau de mer et de l'eau mélangée à du glycol. Lorsque l'agent réfrigérant refroidit vite, cela génère davantage de frottement dans la tuyauterie. Cela doit être pris en compte lors du dimensionne-ment de la pompe. Des informations sur les dimensions de la pompe requises pour différents agents réfrigérants peuvent être obtenues avec l'agent réfrigérant.

Un système de climatisation est généralement un système hybride. Les systèmes de climatisation requièrent souvent un certain débit minimum, par exemple, 30 % pour éliminer le risque d'accumulation de glace. Comme les robinets sont fermés, la hauteur différentielle à travers l'évaporateur est réduite. Un contrôleur assure la détection et ouvre le robinet de dérivation pour maintenir un débit minimum, en mélangeant l'eau froide d'arrivée et l'eau chaude de retour.

Systèmes de climatisation

La différence la plus évidente dans les systèmes d’eau chaude sanitaire, par rapport à la plupart des systèmes de chauffage, est qu'il s'agit de systèmes ouverts. Pour assurer une distribution rapide d'eau chaude vers n'importe quel robinet existant dans un immeuble, le système d'eau chaude est souvent conçu comme un réseau bouclé, avec un tuyau de retour secondaire. Cela permet également d'économiser de l'eau chaude et, par conséquent, de l'énergie.

Le débit du circuit de retour est généralement très faible, ainsi une petite pompe suffi t. Le choix d'une pompe surdimensionnée augmente la consommation d'énergie et provoque du bruit dans le système en raison d'une vitesse inutilement élevée de l'eau.

Utilisez toujours des corps de pompe fabriqués à partir de bronze ou d'acier inoxydable pour empêcher la corrosion. De l'eau fraîche, qui est toujours présente dans les circuits d'eau chaude, contient de l'oxygène.

Systèmes d’eau chaude sanitaire

15

Un système de climatisationLe système de climatisation fonctionne de la même manière qu'un système de chauffage hybride mais fait circuler un support non pas chaud mais froid.

Un système d'eau chaude sanitaireUn système de retour secondaire assure un meilleur confort en fournissant de l'eau chaude immédiatement.

Pompes utilisées dans les systèmes de chauffage/climatisation

16

Une pompe à moteur ventilé

Turbine

Moteur

Garniture mécanique

Corps de la pompe

Une pompe à rotor noyé

Palier

Boîtier

Rotor

Stator

Corps de la pompe

Turbine

Pompes à rotor noyé – la solution simple et peu coûteuseDans une pompe dite à « rotor noyé » ou à « stator chemisé », le fl uide pompé circule à l’intérieur du moteur, refroidissant le moteur et lubrifi ant les paliers. Les pompes à rotor noyé sont simples, étanches et leur prix d’achat est relativement faible. De plus, les pompes à rotor noyé sont sensibles aux particules dans le liquide de la pompe et ne peuvent pas gérer des fl uides agressifs.

Les pompes à rotor noyé doivent toujours être installées avec l’arbre du moteur dans une position horizontale. Ceci en raison du fait que le moteur est lubrifi é par le fl uide et l’installation verticale peut conduire à une lubrifi cation insuffi sante. De plus, pour éviter le blocage, ce type de pompe doit être utilisé au moins toutes les 2 semaines.

En général, les pompes à rotor noyé ont un coût ini-tial plus bas, mais elles seront moins éco-énergétiques par rapport aux pompes à moteur ventilé. L’UE a décidé d’un système de classifi cation des énergies pour les circulateurs à rotor noyé jusqu’à 2,5 kW. Les options de la classe A sont disponibles mais sont souvent plus chères.

Moteurs ventilés – la solution économiqueLe moteur est un moteur IEC auto-ventilé standard, avec un arbre long sur lequel la turbine est directement reliée, ou un arbre court avec un accouplement et une extension d’arbre. L’arbre de la pompe est scellé par une garniture mécanique, comprenant deux bagues et un ressort qui compresse les bagues ensemble. Un fi n fi lm d’eau lubrifi e et refroidit la garniture.

Dans un système de chauffage ou de climatisation, une pompe centrifuge est utilisée pour déplacer le liquide du générateur vers les émetteurs autour de l’immeuble, en franchissant la résistance de débit dans le système de pompage.

La pompe se compose essentiellement d’un corps de pompe, une turbine et un moteur électrique.

Wärme

0 %50 % 100 %

83 %

100 %

112 %

Chaleur

QDébit

17

Courbe de chauffeIl est possible de réaliser 83 % de la puissance calorifi que maximale en utilisant une seule pompe.

La pompe double Lowara FCT

Comparaison des rendements(valeurs approximatives)

Pompes à rotor noyé

Puissance nominale Ren

dem

ent

max

.

Ren

dem

ent

max

. (C

lass

e A

)

< 100 W 15 % 25 %

100 – 500 W 30 % 40 %

500 – 2500 W 40 % 50 %

Pompes à moteur ventilé

Puissance nominale Ren

dem

ent

max

.

Ren

dem

ent

max

.

< 1.5 kW 55 % 65 %

1,5 – 7,5 kW 65 % 75 %

> 7,5 kW 70 % 80 %

Le prix d’achat de ces pompes est plus élevé, mais n’oubliez pas : en général, le prix d’achat représente à peine 5 % du coût du cycle de vie total. Les moteurs ven-tilés sont plus éco-énergétiques et fi ables et ont une durée de vie plus longue. Aussi, étant donné que le liqui-de pompé est conservé hors du moteur, cette conception est moins sensible aux résidus et aux fl uides agressifs. L’un dans l’autre, les moteurs ventilés sont de concep-tion plus résistante et représentent une économie plus importante sur le long terme.

Pompes doubles – plus qu’une simple solution de secoursLes pompes à rotor noyé et les pompes à moteur ventilé sont disponibles en version double. Les pompes In-Line sont généralement disponibles en versions simple et double.

Historiquement, les pompes doubles étaient principalement utilisées pour assurer un secours en cas de défaillance de la pompe. Aujourd’hui, la version double est plus souvent utilisée pour garantir une meilleure économie et un impact minimal sur l’environnement, car la seconde pompe est activée uniquement à la charge de pointe. Les pompes princi-pales tombent rarement en panne de nos jours, mais juste au cas où, une solution de secours est déjà en place. Et, même si la pompe fournit uniquement un peu plus de la moitié du débit requis pour maintenir le climat intérieur les jours les plus froids, la puissance calorifi que peut encore satisfaire 83 % de la demande (consulter la courbe de chauffe ci-dessous). La commande d’une pompe double fait fonctionner les pompes en alternance pour assurer un nombre d’heures de fonctionnement par pompe équivalent.

Il est également possible de réaliser des économies dans la tuyauterie par rapport à l’utilisation de deux pompes distinctes. Dans le cas d’une pompe double, un seul jeu de tuyaux est requis, alors que les pompes individuelles requièrent deux fois la tuyauterie. Aussi, comme la pompe double a une capacité plus élevée qu’une seule pompe, il est possible de mettre à niveau le système en effectuant seulement quelques changements minimes au niveau de la tuyauterie. Dans les systèmes de climatisation ou les systèmes ayant des températures de liquides inférieures à 10 ° C, il n’est pas conseillé d’utiliser des pompes doubles. Comme le corps de la pompe est plus grand, davantage de volume pourrait conduire à l’accumulation de glace dans le corps de pompe, la zone de garniture, etc.

Choisissez les pompes selon le débit requis et les pertes de charge dans la tuyauterie. Lors de l'utilisation de pompes à vitesse variable, sélectionnez toujours une pompe où le point de fonctionnement est le plus proche possible du point de rendement maximum. Plusieurs alternatives sont souvent disponibles et l'idéal est de choisir une pompe située dans l'inter-valle ±10 % du point de rendement maximum. Lors de l'utilisation d'une pompe à vitesse variable, le point de fonctionnement doit toujours être dans les 10 % du point de rendement maximum. Cela permet d'assurer une zone de fl ux assez large lors de la régulation de la pompe. Inutile d'opter pour une pompe surdimensionnée ; l'échangeur de chaleur est presque identique, mais les pompes consomment beaucoup plus d'énergie. (Consulter le schéma du radiateur)

Dans les systèmes de chauffage, en cas de panne de la pompe, le climat intérieur devient alors moins confortable. Ainsi, dans les grands immeubles, il est recommandé d'utiliser plusieurs pompes au lieu d'une seule pour assurer une sauvegarde et un certain niveau de confort, même en cas de panne d'une des pompes. Une pompe est capable de gérer le débit total et l'autre pompe joue le rôle de pompe de secours. Ou bien le débit total est géré par plusieurs pompes qui fonctionnent toutes à plein rendement uniquement si besoin.

Logiciel de sélectionEn utilisant un logiciel de sélection de pompe qualifi é, il est facile d'identifi er la pompe la plus effi cace pour le travail. Lowara propose un logiciel de sélection des pompes Loop 4U pour répondre à vos besoins spécifi ques. Ce logiciel vous permet de calculer les caractéristiques spécifi ques du système de pompage, de sélectionner la pompe optimale et de fournir la documentation requise pour créer et maintenir le système.

Remplacement des anciennes pompesLa vitesse de l'eau/le bruit de la tuyauterie peuvent signaler qu'il est temps de remplacer les pompes installées. Demandez toujours si l'immeuble a été modifi é ou rénové depuis l'installation de l'ancienne pompe, si de nouvelles fenêtres avec une meilleure isolation, ont par exemple été installées. Si c'est le cas, le besoin de chaleur est moindre et une pompe plus petite, plus éco-énergétique peut être utilisée. La technologie des moteurs s'est également développée, assurant le débit requis de manière plus éco-énergétique. Les guides de remplacement complets sont disponibles dans les catalogues et sur Internet.

Réhabilitation des anciens systèmes Parfois, faire évoluer les anciennes pompes s'avère plus rentable qu'un simple remplacement. Dans ce cas, les pompes peuvent facilement être mises à niveau en équipant la pompe d’un système électronique à vitesse variable. La régulation de la vitesse de la pompe et la réduction du pompage inutile permettent d'économiser beaucoup d'argent et de réduire l'impact sur l'environnement. L’Hydrovar de Lowara est une unité de contrôle de la pompe qui peut être montée facilement sur l'ancienne pompe. Elle s'adapte parfaitement sur tout type de moteur de norme IEC standard et le délai d’amortissement est souvent inférieur à 2 ans.

Choisir la bonne pompe

18

Réhabilitation d’un ancien systèmeL’ Hydrovar de Lowara est une manière simple et rentable de moderniser un ancien système.

Point de rendement maximal (PRM)Le PRM est souvent représenté par un angle fermé sur la courbe QH. Le point de fonctionnement de la pompe doit être aussi proche du PRM que possible.

Q

H

η

Débit

Hau

teu

r d

e ch

arg

e

Courbe de rendement

PRM±10%

19

Type de système Conception du systèmeTLC/TLCH

EB/TLCB TLCK TLCSOL FLC FC

EA/EV EFLC FCH

Systèmes de chauffage

Petits systèmes Système monotube ▲ ●

Système bi-tubes ● ▲

Système de chauffage au sol ● ▲

Chaudières à combustible solide ● ▲ ●

Systèmes à panneaux solaires ● ▲ ● ●

Systèmes géothermiques ▲ ● ● ●

Systèmes de grandes dimensions

Système monotube

Pompes principales ● ▲ ▲

Pompes secondaires ▲ ▲ ● ●

Système bi-tubes

Pompes principales ● ▲ ▲

Pompes secondaires ● ● ▲ ▲

Chaudières à combustible solide ● ● ▲

Ventilation ▲ ▲ ▲ ● ● ●

Pompes de dérivation ● ▲ ▲

Recirculation de chaleur ▲ ▲ ▲ ● ● ▲

Circuits d’eauchaude sanitaire

Petits Systèmes Système de circulation ▲ ▲

Systèmes de grande dimension

Système de circulation▲ ●

Systèmes de climatisation

Pompes principales ● ▲ ● ▲ ▲

Pompes secondaires ● ● ▲

Tours de refroidissement ▲ ●

Climatiseurs ▲ ●

Pompes Lowara utilisées dans des immeubles pour habitation domestique Pour les immeubles allant jusqu’à une certaine taille, nous vous recommandons d’utiliser les pompes suivantes :

Pompes Lowara utilisées dans les systèmes de circulation

Des immeubles plus grands contiennent des systèmes plus complexes et une analyse minutieuse est requise pour déterminer la meilleure solution de pompage.

▲ ▲ = Meilleure solution

● = Solution acceptable

Zone à chauffer

Système de radiateur Système de chauffage au sol

Pompe standard Pompe électronique Pompe standard Pompe électronique

80 – 200 m2 Lowara TLC xx-4 Lowara EA xx/40 Lowara TLC xx-6 Lowara EA xx/60

150 – 200 m2 Lowara TLC xx-4 Lowara EA xx/40 Lowara TLCH xx-7 –

200 – 250 m2 Lowara TLC xx-6 Lowara EA xx/60 Lowara TLC xx-8 –

ITT Lowara, fi liale du groupe ITT Corporation et maison mère de “Residentialand Commercial Water – EMEA”.Leader mondial dans la fourniture de solutions de grande fi abilité pour le transfert des fl uides et pour les applications industrielles, le BTP et l’irrigation. Nous fournissons une gamme complète de pompes, de systèmes de pompage et de contrôles intégrés de grande qualité et nous sommes spécialisés dans l’ingénierie et la fabrication de produits en acier inoxydable.ITT Lowara, dont le siège social est à Vicence, en Italie, opère dans plus de 80 pays partout dans le monde. Ses usines se trouvent en Italie, en Autriche, en Pologne et en Hongrie.La société emploie plus de 1 300 personnes et en 2008 elle a réalisé un chiffre d’affaires de plus de 440 millions de dollars. ITT Lowara est une fi liale à 100% de ITT Corporation de White Plains, État de New York, et elle est la maison mère de EMEA, la division “Residential and Commercial Water” d’ITT. ITT Corporation est une société d’ingénierie fournissant des produits et des services à la pointe de la technologie dans les sept continents et pour trois marchés vitaux : la gestion de l’eau et des fl uides, la défense et la sécurité, le contrôle et le transfert des fl ux. En 2008, ITT Corporation a généré un chiffre d’affaires de 11,7 milliards de dollars.

LOWARA FRANCE S.A.S.BP 5731137073 Tours Cedex 2Tel. (+33) 02 47 88 17 17Fax (+33) 02 47 88 17 00e-mail: lowarafr.info@itt.comhttp://www.lowara.fr

LOWARA FRANCE S.A.S. Agence SudZ.I. La Sipière – BP 2313730 Saint Victoret – FTel. (+33) 04 42 10 02 30Fax (+33) 04 42 10 43 75http://www.lowara.fr

RESEAU COMMERCIAL RESIDENTIAL AND COMMERCIAL WATER GROUP – FRANCE

Pour les adresses supplémentaires,visitez s’il vous plaît www.lowara.com

Lowara se réserve le droit d’apporter des modifi cations sans obligation de préavis.

cod. 191000072 P 09/09