EP0795724B1 - Procédé d'équilibrage d'un réseau de distribution de fluide non compressible - Google Patents

Procédé d'équilibrage d'un réseau de distribution de fluide non compressible Download PDF

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EP0795724B1
EP0795724B1 EP97420041A EP97420041A EP0795724B1 EP 0795724 B1 EP0795724 B1 EP 0795724B1 EP 97420041 A EP97420041 A EP 97420041A EP 97420041 A EP97420041 A EP 97420041A EP 0795724 B1 EP0795724 B1 EP 0795724B1
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EP
European Patent Office
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branch
coefficient
network
balancing
branches
Prior art date
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EP97420041A
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EP0795724A1 (fr
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Pierre Fridmann
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Comap SA
Original Assignee
Comap SA
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17D—PIPE-LINE SYSTEMS; PIPE-LINES
    • F17D1/00—Pipe-line systems
    • F17D1/08—Pipe-line systems for liquids or viscous products
    • F17D1/14—Conveying liquids or viscous products by pumping
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D19/00—Details
    • F24D19/10—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F24D19/1006—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems
    • F24D19/1009—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for central heating
    • F24D19/1015—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for central heating using a valve or valves

Definitions

  • the present invention relates to a balancing method a non-compressible fluid distribution network with two tubes, several branches or derived columns, as well as a network for setting implementing this process.
  • Network balancing therefore consists in adjusting the opening of the balancing members, nominal operating, in order to obtain precisely the flow rates desired, that is to say the flow rates determined during the calculations of sizing of the installation.
  • This balancing operation can pose difficulties when the adjustment of one of the branches modifies the flow in the branches neighbors. This situation, due to the significant pressure losses of the main circuit, is very frequently encountered in practice, which has leads professionals to develop different types of procedures to try to get a quick and efficient adjustment of all organs network balancing.
  • a first solution consists in carrying out an adjustment based on the prior calculation of pressure losses in all branches of the network.
  • a second solution consists of an adjustment based on the flow measurement. Sizing calculations are not always carried out with all the desired rigor, so that one does not have not always necessary elements to determine a priori the adjustment positions of the balancing members.
  • One procedure consists of direct adjustment when there is no practically no debimetric interference, as is the case, by example, of a main circuit with very low pressure loss.
  • Each balancing member is adjusted successively, in any order, to obtain either the desired flow or the same flow ratio (ratio of flow obtained to desired flow) for all balancing bodies.
  • This adjustment procedure is very simple, but it is rare to be able to implement it without altering the quality of the balancing.
  • This procedure essential when there is interference debimetric, includes several variants, all of which have a dot common: that of constantly referring to the flow circulating in the disadvantaged branch of the network. It is therefore advisable to first identify this branch, which is generally the furthest from the head end.
  • the underprivileged branch is the one whose flow ratio is the weaker.
  • Each of the balancing members is adjusted so as to obtain the same flow ratio as that of the underprivileged branch, which is measured either continuously, which involves the intervention of two operators each provided with an electronic meter and a means of radio communication, either discreetly, the same operator equipped with a only electronic meter measuring flow in the underprivileged sector after each branch setting. It is therefore a value adjustment relative.
  • the order in which the organs are regulated is not indifferent. It is necessary to progress from downstream to upstream along the main circuit.
  • Document FR-A-2 711 775 relates to a control device and energy measurement for space heating, comprising control valves controlled by signals from thermostats placed in the premises, integrating meters with temperature taps, a bypass valve and a balancing valve.
  • the object of the invention is to provide a balancing method of a fluid distribution network, in which the number of measurements to make each branch as low as possible, preferably limited to two, by limiting the number of manipulations, and to deduce the adjustment position of each balancing member.
  • This process limits to two the number of measurements carried out on each branch, by making consistent measurements of flow and difference in available pressure, i.e. measurements for the adjustment situation noted.
  • the process approach according to the invention consists in identifying thanks to this double measure, not only the branches and the corresponding balancing members, but also the different sections of the main circuit. This process involves determining precisely all the Z coefficients of the distribution. It is not then need to assume a constant available pressure difference in head of each branch, which is a hypothesis which often turns out to be little realistic.
  • this method consists in placing each balancing member of a branch on the "go" piping or on the “return” piping, near the main circuit and the third outlet pressure respectively on the "return” piping or on the piping "go", near the main circuit.
  • This arrangement makes it possible to have pressure taps which are close to each other and can be accessed simultaneously using the same device.
  • this method consists, for determine the final adjustment position of each balancing member, to fully open the balancing member of the branch most derived downstream, or at an opening value resulting in a sufficient pressure drop to perform a pressure difference measurement with precision sufficient taking into account the characteristics of the measuring device, take into account the desired flows in this branch and in the branch immediately upstream, to calculate the adjustment position of the organ located on this upstream branch so that the resistance ratio hydraulic respectively of the upstream branch and the downstream branch associated with the sections of the main circuit arranged between the upstream branch and the downstream branch, allows the distribution of the desired flows in the two branches considered, determining the adjustment position of the member located on the upstream branch being produced by calculating the value of the hydraulic resistance of this organ, this determination being done by calculating by two separate expressions, one of which contains the value of the hydraulic resistance of this adjusting member, the hydraulic resistance of a closed mesh, constituted by both downstream and upstream branches and the two main circuit sections arranged between them, then for the other balancing members, by proceeding successively branch by branch
  • the calculation of the position of an organ balancing leads to a degree of opening greater than 100%, it consists, by imposing a maximum degree of openness on this organ, to recalculate the Z coefficient of the open mesh formed by the part of the network located downstream of the branch comprising this balancing member, to obtain the desired distribution of flows between this branch and the part of the network located downstream, to recalculate the Z coefficients of all downstream branches and the adjustment positions of the balancing members correspondents to find the desired flow distributions, then to progress successively, branch by branch, upstream of network to define the position of each balancing member.
  • a measuring device comprising two pressure taps capable of to be connected to the pressure taps of the branches of the installation, a keyboard for entering information such as: address of an organ balancing, model, diameter, raised adjustment position, flow desired, and a microprocessor-based computer performing the calculation of the coefficient Z of the different branches and of the network, and of the position of final adjustment of the various adjustment devices.
  • the operator therefore only needs to carry out the two measurements of flow and pressure difference on each branch, and introduce into the device the desired flow rate for each branch, so that this device provide him with the final adjustment position for each of the organs balancing.
  • each branch is equipped with a balancing member arranged on the piping "go" or on the “return” piping, near the main circuit, with pressure taps on either side of the balancing member and at proximity to it, and a third pressure tap respectively on the "return” piping or on the "outgoing” piping, near the circuit main.
  • the square law of flow could be replaced by a law in power 1,9, for example, without modifying the general structure of the calculation formulas.
  • This coefficient Z can be considered as invariant which whatever subsequent variations in flow and pressure affect the network, branch or circuit. Conversely, the coefficient Z of a network can be modified, insofar as the geometry of the network is modified, for example by closing a valve or modifying the piping.
  • FIG. 1 represents two elements E 1 and E 2 arranged in series, having hydraulic resistance coefficients Z 1 , Z 2 and pressure losses ⁇ P 1 and ⁇ P 2 , crossed by a flow rate D.
  • D 1 and D 2 flow in each of the two branches from this node.
  • Z 1 and Z 2 are the Z coefficients of branches 1 and 2.
  • Zav is the Z coefficient of the network part downstream of the node, that is to say branches 1 and 2 coupled in parallel.
  • FIG. 4 represents a diagram of a distribution of two-pipe heating or air conditioning with two balancing levels, one adjustment of the main network using a balancing member 2, and a adjustment of each terminal T using a balancing member 3.
  • the circulation of the fluid is ensured in this network by a pump 4.
  • FIGS. 5 and 6 respectively represent a circuit with three levels and a four-level circuit showing nested sub-assemblies.
  • the main network is always equipped with a balancing device 2, each branch is equipped a balancing member 3 of the terminal considered, and each derived circuit supplying branches is equipped with a balancing member 5.
  • Figures 7 and 8 show a main circuit with a derived branch of which a part is represented, the symbols A and R diagramming the outward and return journey to the main circuit.
  • a member balancing OE In the form execution shown on the go piping is arranged a member balancing OE and on the return piping is arranged near the main circuit a PP pressure tap.
  • the balancing device is equipped two pressure taps for flow measurement.
  • a circulation pump p is provided, a balancing member OE 0 of the network, each derived branch comprising balancing members OE 1 , OE 2 , OE 3 , OE 4 .
  • the four branches define meshes M 1 , M 2 , M 3 , M 4 .
  • the fluid flow rates in the different meshes are respectively D 1 , D 2 , D 3 , D 4 .
  • the pressure difference available at the inlet of the sub-assembly is constant. This value is entered at the request of the software then the characteristics of the balancing member.
  • the software gives the adjustment position of the balancing member of head.
  • the subassembly to be balanced is equipped with a circulation and a head balancing member, we introduce on demand of the software the characteristics of this pump and those of the organ balancing head.
  • the software gives the adjustment position of the balancing member of head.
  • the adjustment of head balancing bodies of the different sub-assemblies is driven under the same procedure as that implemented to regulate the organs for balancing the branches of each of the subsets.

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Description

La présente invention a pour objet un procédé d'équilibrage d'un réseau de distribution de fluide non compressible à deux tubes, à plusieurs branches ou colonnes dérivées, ainsi qu'un réseau pour la mise en oeuvre de ce procédé.
Lors du calcul d'une installation de distribution de fluide, cette installation est calculée afin d'obtenir les débits souhaités dans les différentes branches de cette installation. L'obtention de ces débits peut être obtenue grâce au réglage de l'ouverture d'organes d'équilibrage qui équipent les différentes branches du réseau. L'équilibrage d'un réseau consiste donc à régler l'ouverture des organes d'équilibrage, en régime nominal de fonctionnement, afin d'obtenir précisément les débits souhaités, c'est-à-dire les débits déterminés lors des calculs de dimensionnement de l'installation.
Cette opération d'équilibrage peut poser des difficultés lorsque le réglage de l'une des branches modifie le débit dans les branches voisines. Cette situation, due à l'importance des pertes de pression du circuit principal, est très fréquemment rencontrée en pratique, ce qui a conduit les professionnels à développer différents types de procédures pour tenter d'obtenir un réglage rapide et efficace de tous les organes d'équilibrage du réseau.
Une première solution consiste à réaliser un réglage fondé sur le calcul préalable des pertes de pression dans toutes les branches du réseau.
Lorsqu'un réseau de distribution de fluide est correctement dimensionné, il fait nécessairement l'objet d'un calcul détaillé des pertes de pression qui conduisent à déterminer, pour chaque organe d'équilibrage, le débit nécessaire et la perte de pression à créer. Ces deux paramètres permettent de déterminer facilement le degré d'ouverture correspondant de chacun des organes d'équilibrage, dès lors que l'on dispose des diagrammes de réglage établis par le fabricant de robinetterie.
Dans ces conditions, il suffit de régler les organes d'équilibrage selon les valeurs calculées, pour obtenir les débits voulus avec une approximation suffisante dans la majorité des cas. On s'affranchit ainsi complètement des interférences débimétriques.
Une seconde solution consiste en un réglage fondé sur la mesure du débit. Les calculs de dimensionnement ne sont pas toujours réalisés avec toute la rigueur souhaitée, de telle sorte que l'on ne dispose pas toujours des éléments nécessaires pour déterminer à priori les positions de réglage des organes d'équilibrage.
Face à cette situation, certains fabricants de robinetterie ont conçu et commercialisé des organes d'équilibrage équipés d'un dispositif de mesure du débit. Dans ces conditions, il suffit de connaítre le débit devant circuler dans chaque organe d'équilibrage pour pouvoir procéder au réglage adapté, puisque l'on mesure en permanence le débit réellement obtenu. Mais on se trouve confronté au problème d'interférences débimétriques, qui obligent à utiliser différentes procédures dont les principes sont indiqués ci-après.
Une procédure consiste en un réglage direct lorsqu'il n'y a pratiquement pas d'interférence débimétrique, comme tel est le cas, par exemple, d'un circuit principal à très faible perte de pression.
On règle successivement chaque organe d'équilibrage, dans n'importe quel ordre, pour obtenir soit le débit souhaité, soit le même rapport de débit (rapport du débit obtenu sur le débit souhaité) pour tous les organes d'équilibrage.
Cette procédure de réglage est très simple, mais il est rare de pouvoir la mettre en oeuvre sans altérer la qualité de l'équilibrage.
A l'issue des réglages, il est possible d'agir, si nécessaire, sur un organe d'équilibrage de tête, ou sur la pompe de circulation, pour obtenir un rapport de débit égal à un pour tous les organes d'équilibrage.
Une autre procédure met en oeuvre le réglage référencé.
Cette procédure, indispensable lorsqu'existent des interférences débimétriques, comprend plusieurs variantes, qui ont toutes un point commun : celui de se référer en permanence au débit qui circule dans la branche défavorisée du réseau. Il convient donc au préalable de repérer cette branche, qui est généralement la plus éloignée de la tête de réseau.
La branche défavorisée est celle dont le rapport de débit est le plus faible.
Chacun des organes d'équilibrage est réglé de façon à obtenir le même rapport de débit que celui de la branche défavorisée, qui est mesuré soit en continu, ce qui implique l'intervention de deux opérateurs munis chacun d'un mesureur électronique et d'un moyen de communication radio, soit de façon discrète, le même opérateur muni d'un seul mesureur électronique mesurant le débit dans la branche défavorisée après chaque réglage de branche. Il s'agit donc d'un réglage en valeur relative.
L'ordre dans lequel les organes sont réglés n'est pas indifférent. Il faut progresser d'aval en amont le long du circuit principal.
A l'issue des réglages, on peut agir, si nécessaire, sur l'organe d'équilibrage de tête ou sur la pompe de circulation pour obtenir un rapport de débit égal à un pour la branche défavorisée et, par conséquent, pour toutes les autres branches du réseau.
Quelle que soit la solution mise en oeuvre, celle-ci est très contraignante, et nécessite des manipulations nombreuses et un soin tout particulier apporté par le ou les opérateurs aux opérations de réglage des organes d'équilibrage.
Le document FR-A-2 711 775 concerne un dispositif de contrôle et de mesure énergétique pour le chauffage de locaux, comportant des vannes de régulation commandées par des signaux en provenance de thermostats placés dans les locaux, des compteurs intégrateurs avec des prises de température, une vanne de by-pass et une vanne d'équilibrage.
Le but de l'invention est de fournir un procédé d'équilibrage d'un réseau de distribution de fluide, dans lequel le nombre de mesures à réaliser sur chacune des branches soit le plus faible possible, de préférence limité à deux, en limitant le nombre de manipulations, et à en déduire la position de réglage de chaque organe d'équilibrage.
A cet effet, le procédé qu'elle concerne, consiste à :
  • décomposer l'installation en réseaux élémentaires, dont chacun comporte un organe d'équilibrage de tête et un organe d'équilibrage sur chaque branche dérivée,
  • à équiper chaque branche dérivée de deux prises de pression disposées de part et d'autre de l'organe d'équilibrage, ou intégrées à celui-ci, et d'une troisième prise de pression située à distance des deux premières,
  • à réaliser une mesure du débit de fluide dans une branche quelconque, par mesure de la différence de pression de part et d'autre de son organe d'équilibrage,
  • à mesurer, à l'aide de la troisième prise de pression et de la prise située de l'autre côté de l'organe d'équilibrage, la différence de pression, sans modifier la position de l'organe d'équilibrage,
  • à partir de ces valeurs, à calculer le coefficient Z (coefficient de résistance hydraulique) de la branche considérée,
  • à effectuer successivement des mesures sur toutes les branches pour en calculer le coefficient Z,
  • à déterminer à partir des coefficients Z des différentes branches, les coefficients Z de chaque tronçon du circuit principal, puis
  • connaissant le débit souhaité dans chaque branche et en appliquant les formules de couplage en série et en parallèle des coefficients Z successivement dans les différentes branches, à calculer la position de réglage de chaque organe d'équilibrage pour obtenir effectivement le débit souhaité.
Ce procédé limite à deux le nombre de mesures réalisées sur chaque branche, en procédant à des mesures cohérentes du débit et de la différence de pression disponible, c'est-à-dire à des mesures pour la situation de réglage constatée. L'approche du procédé selon l'invention consiste à identifier grâce à cette double mesure, non seulement les branches et les organes d'équilibrage correspondants, mais également les différents tronçons du circuit principal. Ce procédé consiste à déterminer précisément tous les coefficients Z de la distribution. Il n'est alors pas besoin de supposer une différence de pression disponible constante en tête de chaque branche, qui est une hypothèse qui se révèle souvent peu réaliste.
Une fois tous les coefficients Z déterminés, pour une situation de déséquilibre constatée, et connaissant le débit souhaité dans chaque branche, il est possible, en appliquant les formules de couplage en série et en parallèle des coefficients Z, de calculer la position de réglage de chaque organe d'équilibrage pour obtenir effectivement le débit voulu dans chacune des branches.
Avantageusement, ce procédé consiste à disposer chaque organe d'équilibrage d'une branche sur la tuyauterie "aller" ou sur la tuyauterie "retour", à proximité du circuit principal et la troisième prise de pression respectivement sur la tuyauterie "retour" ou sur la tuyauterie "aller", à proximité du circuit principal.
Cet agencement permet de disposer de prises de pression qui sont proches les unes des autres et auxquelles il est possible d'accéder simultanément à l'aide du même appareil.
Suivant une caractéristique, ce procédé consiste, pour déterminer la position de réglage définitif de chaque organe d'équilibrage, à ouvrir totalement l'organe d'équilibrage de la branche dérivée la plus en aval, ou à une valeur d'ouverture entraínant une perte de charge suffisante pour effectuer une mesure de différence de pressions avec une précision suffisante en tenant compte des caractéristiques de l'appareil de mesure, à prendre en considération les débits souhaités dans cette branche et dans la branche immédiatement en amont, à calculer la position de réglage de l'organe situé sur cette branche amont pour que le rapport des résistances hydrauliques respectivement de la branche amont et de la branche aval associée aux tronçons du circuit principal disposés entre la branche amont et la branche aval, permette la répartition des débits souhaités dans les deux branches considérées, la détermination de la position de réglage de l'organe situé sur la branche amont étant réalisée par calcul de la valeur de la résistance hydraulique de cet organe, cette détermination étant effectuée en calculant par deux expressions distinctes, dont l'une contient la valeur de la résistance hydraulique de cet organe de réglage, la résistance hydraulique d'une maille fermée, constituée par les deux branches aval et amont et les deux tronçons de circuit principal disposés entre eux, puis pour les autres organes d'équilibrage, en procédant successivement branche par branche, en considérant globalement d'un point de vue de la résistance hydraulique et du débit toute la partie du réseau située en aval de la branche dont l'organe de réglage doit être réglé.
En outre, dans le cas où le calcul de la position d'un organe d'équilibrage conduit à un degré d'ouverture supérieur à 100 %, il consiste, en imposant un degré d'ouverture maximale à cet organe, à recalculer le coefficient Z de la maille ouverte constituée par la partie du réseau située en aval de la branche comprenant cet organe d'équilibrage, pour obtenir la répartition souhaitée des débits entre cette branche et la partie du réseau située en aval, à recalculer les coefficients Z de toutes les branches aval et les positions de réglage des organes d'équilibrage correspondants pour retrouver les répartitions de débits souhaitées, puis à progresser de façon successive, branche par branche, vers l'amont du réseau pour définir la position de chaque organe d'équilibrage.
Il est également avantageux de pouvoir réaliser le réglage de l'organe d'équilibrage de tête.
A cet effet, le procédé selon l'invention consiste, après réglage définitif de tous les organes d'équilibrage, à calculer le coefficient Z global du réseau, à en déduire le coefficient Z de l'organe d'équilibrage de tête, égal à la différence entre le coefficient A de la pompe et le coefficient Z global du réseau, le coefficient A étant l'équivalent actif du coefficient Z pour la pompe de circulation avec A = HM Dnom2    où HM est la hauteur manométrique de la pompe pour le débit nominal du réseau,
   et Dnom est le débit nominal de la pompe.
Suivant une autre caractéristique, il consiste à utiliser un dispositif de mesure comprenant deux prises de pression susceptibles d'être reliées aux prises de pression des branches de l'installation, un clavier de saisie d'informations telles que : adresse d'un organe d'équilibrage, modèle, diamètre, position de réglage relevée, débit souhaité, et un calculateur à microprocesseur réalisant le calcul du coefficient Z des différentes branches et du réseau, et de la position de réglage définitive des différents organes de réglage.
Il suffit donc à l'opérateur d'effectuer les deux mesures de débit et de différence de pression sur chaque branche, et d'introduire dans le dispositif le débit souhaité pour chaque branche, pour que ce dispositif lui fournisse la position de réglage définitive de chacun des organes d'équilibrage.
Pour permettre la mise en oeuvre de ce procédé, chaque branche est équipée d'un organe d'équilibrage disposé sur la tuyauterie "aller" ou sur la tuyauterie "retour", à proximité du circuit principal, avec des prises de pression de part et d'autre de l'organe d'équilibrage et à proximité de celui-ci, et d'une troisième prise de pression respectivement sur la tuyauterie "retour" ou sur la tuyauterie "aller", à proximité du circuit principal.
De toute façon, l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemples non limitatifs, plusieurs exemples de mise en oeuvre de ce procédé :
  • Figure 1 est une vue du couplage en série de deux branches d'un réseau ;
  • Figure 2 est une vue du couplage en parallèle de deux branches d'un réseau ;
  • Figure 3 représente cinq schémas référencés de 3a à 3e correspondant à cinq étapes successives du calcul du coefficient Z global d'un réseau à partir des coefficients Z des branches ;
  • Figures 4 à 6 sont trois vues de trois schémas de distribution de chauffage ou de climatisation ;
  • Figures 7 et 8 sont deux vues illustrant les mesures effectuées sur une branche d'un réseau ;
  • Figure 9 est une vue schématique de la structure d'un réseau de distribution ;
  • Figure 10 est une vue de l'identification d'une partie du réseau de distribution de figure 9 ;
  • Figures 11 et 12 illustrent deux mailles du réseau de figure 9 respectivement une maille ouverte et la même maille fermée.
    • Tout réseau, branche ou circuit peut être défini par un coefficient Z dès lors que l'on connaít sa perte de pression Δp pour un débit donné D : Z = ΔPD2
    L'hypothèse adoptée est la loi en carré du débit dont le degré d'approximation est suffisant compte tenu des objectifs du procédé.
    Dans certaines configurations de circuits, la loi en carré du débit pourrait être remplacée par une loi en puissance 1,9, par exemple, sans modifier la structure générale des formules de calcul.
    Ce coefficient Z peut être considéré comme invariant quelles que soient les variations ultérieures de débit et de pression qui affectent le réseau, la branche ou le circuit. Inversement, le coefficient Z d'un réseau peut être modifié, dans la mesure où l'on modifie la géométrie du réseau, par exemple par fermeture d'une vanne ou modification de la tuyauterie.
    Ainsi, si l'on connaít le débit et la perte de pression d'un réseau complet de distribution, il est facile de calculer directement son coefficient Z global en utilisant la relation précédente.
    Il est également possible de calculer le coefficient Z global d'un réseau à partir des coefficients Z des différentes branches du réseau en appliquant des règles de couplage en série et en parallèle.
    La figure 1 représente deux éléments E1 et E2 disposés en série, possédant des coefficients de résistance hydraulique Z1, Z2 et des pertes de pression ΔP1 et ΔP2, traversés par un débit D.
    Il est possible d'écrire ΔP1 = Z1D2 ΔP2 = Z2D2 ΔP = ΔP1 + ΔP2 = Z1D2 + Z2D2 = (Z1 + Z2) D2 Z = Z1 +Z2
    La figure 2 représente le couplage en parallèle entre deux points A et B de deux branches B1 et B2 traversées respectivement par des débits D1 et D2 et dont les coefficients de résistance hydraulique sont Z1 et Z2. Il est possible d'écrire les relations suivantes : ΔPAB = ZD2 = Z1D1 2 = Z2D2 2 1 Z = 1 Z + 1 Z2 D1 = D ZZ1 D2 = D ZZ2
    Pour un réseau donné, on obtient le même coefficient Z global que l'on utilise les coefficients Z des différentes branches constitutives du réseau en leur appliquant les précédentes règles de couplage ou que l'on procède à partir de la relation de base.
    Mais lorsque, par exemple, on modifie la position de réglage d'un organe d'équilibrage sur l'une des branches de ce réseau, on modifie du même coup la répartition des débits et des pressions dans l'ensemble du réseau et, par conséquent, le coefficient Z global du réseau, ainsi que le débit total et la perte de pression associés.
    Pour déterminer le nouveau coefficient Z global, il faut nécessairement utiliser les règles de couplage des coefficients Z des branches du réseau en procédant d'aval en amont et de maille en maille. Ce mode de détermination est illustré à la figure 3, qui schématise cinq étapes successives du calcul de coefficients Z :
    • 3a : calcul du coefficient Z de la maille A ouverte ; couplage en série.
    • 3b : calcul du coefficient Z de la maille A fermée ; couplage en parallèle.
    • 3c : calcul du coefficient Z de la maille AB ouverte ; couplage en série.
    • 3d : calcul du coefficient Z de la maille AB fermée ; couplage en parallèle.
    • 3e : calcul du coefficient Z de la maille ABC ouverte ; couplage en série.
    On continue ainsi de maille en maille pour aboutir au coefficient Z global du réseau.
    Une fois ce nouveau coefficient Z calculé, on peut déterminer le nouveau point de fonctionnement de la pompe de circulation (point de coupure des courbes caractéristiques du réseau et de la pompe), et par conséquent le nouveau débit total.
    Pour calculer la nouvelle répartition des débits, on procède d'amont en aval en déterminant, en chaque noeud du réseau, le débit dans chacune des branches issues de ce noeud selon les relations suivantes : D1 = D ZavZ1 D2 = D ZavZ2
    Avec D : débit en amont du noeud.
    D1 et D2 : débit dans chacune des deux branches issues de ce noeud.
    Z1 et Z2 sont les coefficients Z des branches 1 et 2.
    Zav est le coefficient Z de la partie de réseau en aval du noeud, c'est-à-dire des branches 1 et 2 couplées en parallèle.
    Cette méthode dite des coefficients Z permet donc de déterminer précisément les conséquences hydrauliques d'une modification quelconque de la géométrie du réseau.
    Il est également possible de déterminer la valeur du coefficient Z d'une branche, et par conséquent la position de réglage de son organe d'équilibrage, pour obtenir la répartition souhaitée des débits.
    On utilise alors les relations suivantes :
    Figure 00100001
    Zav = Z2.Z1 [Z2 +Z1 ]2
    En égalant ces deux expressions de Zav, on peut expliciter Z2 et calculer sa valeur en connaissant celle de Z1. Cette procédure peut être mise en application pour obtenir les positions de réglage d'un réseau de distribution bitube dont on connaít la répartition souhaitée des débits et que l'on a préalablement identifié.
    Il existe différents types de réseau de distribution de fluide, dont trois exemples sont donnés aux figures 4, 5 et 6.
    La figure 4 représente un schéma d'une distribution de chauffage ou de climatisation bitube à deux niveaux d'équilibrage, un réglage du réseau principal à l'aide d'un organe d'équilibrage 2, et un réglage de chaque terminal T à l'aide d'un organe d'équilibrage 3. La circulation du fluide est assurée dans ce réseau par une pompe 4.
    Les figures 5 et 6 représentent respectivement un circuit à trois niveaux et un circuit à quatre niveaux montrant des imbrications de sous-ensembles.
    Suivant une caractéristique commune, le réseau principal est toujours équipé d'un organe d'équilibrage 2, chaque branche est équipée d'un organe d'équilibrage 3 du terminal considéré, et chaque circuit dérivé alimentant des branches est équipé d'un organe d'équilibrage 5.
    Les figures 7 et 8 représentent un circuit principal avec une branche dérivée dont une partie est représentée, les symboles A et R schématisant l'aller et le retour au circuit principal. Dans la forme d'exécution représentée sur la tuyauterie aller est disposé un organe d'équilibrage OE et sur la tuyauterie retour est disposée à proximité du circuit principal une prise de pression PP. L'organe d'équilibrage est équipé de deux prises de pression permettant la mesure du débit.
    Dans un premier temps, il est procédé à l'aide d'un dispositif de mesure M à la mesure du débit en utilisant les prises de pression associées à l'organe d'équilibrage, puis dans un second temps, comme montré à la figure 8, à la mesure de la perte de pression sur la branche considérée en mesurant la pression, d'une part, au niveau de la prise de pression PP et, d'autre part, au niveau de la prise de pression située à proximité de l'organe d'équilibrage OE de l'autre côté de celui-ci.
    II doit être noté qu'il pourrait être possible d'installer l'organe d'équilibrage OE sur la tuyauterie retour et d'installer la prise de pression associée sur la tuyauterie aller.
    Le procédé selon l'invention est explicité ci-après en référence aux figures 9 à 12, qui concernent un réseau de distribution comportant un circuit principal et quatre branches dérivées.
    Il est prévu une pompe de circulation p, un organe d'équilibrage OE0 du réseau, chaque branche dérivée comportant des organes d'équilibrage OE1, OE2, OE3, OE4. Les quatre branches définissent des mailles M1, M2, M3, M4. Les débits de fluide dans les différentes mailles sont respectivement D1, D2, D3, D4.
    Comme montré à la figure 10, il est procédé à l'identification du réseau de distribution.
    Pour la maille 1 :
    • ZD1 = coefficient Z du tronçon 1 (aller et retour) du réseau horizontal,
    • ZC1 = coefficient Z de la branche 1, à l'exclusion de l'organe d'équilibrage,
    • ZV1 = coefficient Z de l'organe d'équilibrage grand ouvert de la branche 1,
    • Z1 = ZC1 + ZV1. L'expression du coefficient Z de la maille 1 ouverte est ZM1O = ZD1 + ZC1 + ZV1. Il est possible d'établir une première expression du coefficient Z de la maille 1 fermée, à partir des débits : ZM1F = ZM1O.
      Figure 00120001
      DAM2 = D1 + D2
    II est possible d'établir une deuxième expression du coefficient Z de la maille 1 fermée à partir des coefficients Z ZM1F = Z2.ZM1O[Z2 +ZM1O]2
    En égalant ces deux expressions, on peut expliciter Z2
    Figure 00120002
    comme Z2 = ZC2 + ZV2 y2 2    où y2 est le degré d'ouverture de l'organe d'équilibrage de la branche 2. On en déduit la valeur de y2 :
    Figure 00130001
    Ce raisonnement tient compte d'une courbe caractéristique linéaire. Dans la pratique, il faut se reporter aux courbes caractéristiques des organes d'équilibrage pour déterminer précisément le degré d'ouverture y.
    La même approche algorithmique est effectuée pour les mailles suivantes en allant d'aval en amont.
    On retrouve rigoureusement les positions de réglage nominal de tous les organes d'équilibrage quelle que soit la situation de départ et le niveau de déséquilibre des branches.
    Lorsque l'on considère un sous-ensemble tel que celui de la figure 9, on fait a priori l'hypothèse, généralement vérifiée, que la branche défavorisée est celle la plus éloignée de la tête de réseau. C'est pour cette raison que l'organe d'équilibrage de cette branche est ouvert. Si ce n'est pas cette branche qui est la branche la plus défavorisée, le calcul conduit forcément, pour l'une des branches située plus en amont, à un degré d'ouverture supérieur à 100 %. Si la branche considérée est la branche i, le coefficient Zi, imposé par le calcul selon la procédure mathématique décrite précédemment, conduit à une valeur yi supérieure à 1.
    Dans ces conditions, on impose yi = 1, sous réserve que cette valeur entraíne une perte de charge suffisante pour la mesure, ce qui correspond à l'ouverture maximale de l'organe d'équilibrage de la branche i, et l'on recalcule le coefficient Z de la maille ouverte de rang M (i - 1) O, pour obtenir la répartition des débits souhaités entre la branche i et la partie de réseau située en aval de la branche i, c'est-à-dire Di et (D1 +... + D (i - 1)).
    On recalcule ensuite les coefficients Z de toutes les branches aval et les positions de réglage des organes d'équilibrage correspondant pour retrouver les répartitions de débit souhaitées. Cela se traduit nécessairement par des positions de réglage plus faibles que celles obtenues lors de la première phase de calcul.
    On continue ensuite les calculs à partir de la branche i en progressant de nouveau vers l'amont du réseau toujours selon la procédure décrite précédemment. Il est enfin possible de régler l'organe d'équilibrage de tête.
    Pour régler convenablement cet organe, il convient de connaítre :
    • le coefficient Z global du réseau ayant fait l'objet du réglage, et
    • le coefficient A de la pompe de circulation pour le débit nominal Dnom où A est l'équivalent actif du coefficient Z pour la pompe de circulation avec A = HM Dnom2    où HM est la hauteur manométrique de la pompe pour le débit nominal du réseau, ce qui permet de calculer la position de l'organe d'équilibrage de tête : Yoe tête = Zoenom Zoe
    Dans le cas d'une caractéristique théorique linéaire.
    Dans le cas où le calcul aboutirait à un coefficient Z négatif pour l'organe de tête, cela signifierait que la résistance hydraulique du réseau est plus importante que prévu, ce qui entraínerait un débit de fonctionnement plus faible que le débit total souhaité. Dans le cas où celui-ci serait diminué de plus de 10 %, il faudrait envisager d'augmenter la hauteur manométrique de la pompe et par conséquent sa puissance électrique.
    Comme il ressort de ce qui précède, l'invention apporte une grande amélioration à la technique existante en fournissant un procédé de mise en oeuvre simple, rapide et très fiable. Ce procédé consiste de façon résumée à opérer de la façon suivante :
    • brancher le mesureur M sur l'organe d'équilibrage d'une branche, n'importe laquelle, sans que l'ordre dans lequel on procède possède une importance.
    • repérer :
      • l'adresse de l'organe d'équilibrage,
      • le modèle,
      • le diamètre,
      • la position de réglage,
      • et introduire ces éléments dans le mesureur à l'aide du clavier,
    • mesurer le débit,
    • introduire dans le mesureur, par l'intermédiaire du clavier, le débit souhaité,
    • débrancher l'un des deux flexibles de raccordement à l'organe d'équilibrage et le connecter sur la prise de pression associée,
    • mesurer la pression différentielle,
    • débrancher le mesureur et recommencer ces mêmes opérations avec chacune des branches suivantes,
    • lorsque toutes les mesures ont été effectuées, le logiciel contenu dans le micro-ordinateur du mesureur ou dans un micro-ordinateur extérieur donne la position de réglage définitive de tous les organes d'équilibrage.
    Si le sous-ensemble à équiper dispose d'un organe d'équilibrage de tête, la différence de pression disponible à l'entrée du sous-ensemble est constante. On introduit cette valeur à la demande du logiciel puis les caractéristiques de l'organe d'équilibrage.
    Le logiciel donne la position de réglage de l'organe d'équilibrage de tête.
    Si le sous-ensemble à équilibrer est équipé d'une pompe de circulation et d'un organe d'équilibrage de tête, on introduit à la demande du logiciel les caractéristiques de cette pompe et celles de l'organe d'équilibrage de tête.
    Le logiciel donne la position de réglage de l'organe d'équilibrage de tête.
    Si le sous-ensemble à équilibrer est raccordé sur un réseau de distribution qui dessert d'autres sous-ensembles analogues, le réglage des organes d'équilibrage de tête des différents sous-ensembles est conduit sous la même procédure que celle mise en oeuvre pour régler les organes d'équilibrage des branches de chacun des sous-ensembles.

    Claims (7)

    1. Procédé d'équilibrage d'un réseau de distribution de fluide non compressible à deux tubes, à plusieurs branches ou colonnes dérivées, caractérisé en ce qu'il consiste à :
      décomposer l'installation en réseaux élémentaires, dont chacun comporte un organe d'équilibrage de tête (2) et un organe d'équilibrage (3) sur chaque branche dérivée,
      à disposer pour chaque branche dérivée de deux prises de pression disposées de part et d'autre de l'organe d'équilibrage (3) ou intégrées à celui-ci, et d'une troisième prise de pression située à distance des deux premières,
      à réaliser une mesure du débit de fluide dans une branche quelconque, par mesure de la différence de pression de part et d'autre de son organe d'équilibrage (3),
      à mesurer, à l'aide de la troisième prise de pression et de la prises situées de l'autre côté de l'organe d'équilibrage (3), la différence de pression, sans modifier la position de l'organe d'équilibrage (3),
      à partir de ces valeurs, à calculer le coefficient Z (coefficient de résistance hydraulique) de la branche considérée,
      à effectuer successivement des mesures sur toutes les branches pour en calculer le coefficient Z,
      à déterminer à partir des coefficients Z des différentes branches, les coefficients Z de chaque tronçon du circuit principal, puis
      connaissant le débit souhaité dans chaque branche et en appliquant les formules de couplage en série et en parallèle des coefficients Z successivement dans les différentes branches, à calculer la position de réglage de chaque organe d'équilibrage pour obtenir effectivement le débit souhaité.
    2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à disposer chaque organe d'équilibrage (3) d'une branche sur la tuyauterie "aller" ou sur la tuyauterie "retour", à proximité du circuit principal et la troisième prise de pression respectivement sur la tuyauterie "retour" ou sur la tuyauterie "aller", à proximité du circuit principal.
    3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il consiste, pour déterminer la position de réglage définitif de chaque organe d'équilibrage (3), à ouvrir totalement l'organe d'équilibrage (3) de la branche dérivée la plus en aval ou à une valeur d'ouverture entraínant une perte de charge suffisante pour effectuer une mesure de différence de pressions avec une précision suffisante en tenant compte des caractéristiques de l'appareil de mesure, à prendre en considération les débits souhaités dans cette branche et dans la branche immédiatement en amont, à calculer la position de réglage de l'organe situé sur cette branche amont pour que le rapport des résistances hydrauliques respectivement de la branche amont et de la branche aval associée aux tronçons du circuit principal disposés entre la branche amont et la branche aval, permette la répartition des débits souhaités dans les deux branches considérées, la détermination de la position de réglage de l'organe situé sur la branche amont étant réalisée par calcul de la valeur de la résistance hydraulique de cet organe, cette détermination étant effectuée en calculant par deux expressions distinctes, dont l'une contient la valeur de la résistance hydraulique de cet organe de réglage, la résistance hydraulique d'une maille fermée, constituée par les deux branches aval et amont et les deux tronçons de circuit principal disposés entre eux, puis pour les autres organes d'équilibrage, en procédant successivement branche par branche, en considérant globalement d'un point de vue de la résistance hydraulique et du débit toute la partie du réseau située en aval de la branche dont l'organe de réglage doit être réglé.
    4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que, dans le cas où le calcul de la position d'un organe d'équilibrage (3) conduit à un degré d'ouverture supérieur à 100 %, il consiste, en imposant un degré d'ouverture maximale à cet organe, à recalculer le coefficient Z de la maille ouverte constituée par la partie du réseau située en aval de la branche comprenant cet organe d'équilibrage, pour obtenir la répartition souhaitée des débits entre cette branche et la partie du réseau située en aval, à recalculer les coefficients Z de toutes les branches aval et les positions de réglage des organes d'équilibrage correspondants pour retrouver les répartitions de débits souhaitées, puis à progresser de façon successive, branche par branche, vers l'amont du réseau pour définir la position de chaque organe d'équilibrage.
    5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4,
      caractérisé en ce qu'il consiste, après réglage définitif de tous les organes d'équilibrage (3), à calculer le coefficient Z global du réseau, à en déduire le coefficient Z de l'organe d'équilibrage de tête (2), égal à la différence entre le coefficient A de la pompe et le coefficient Z global du réseau, le coefficient A étant l'équivalent actif du coefficient Z pour la pompe de circulation avec A = HMDnom2    où HM est la hauteur manométrique de la pompe pour le débit nominal du réseau,
         et Dnom est le débit nominal de la pompe.
    6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser un dispositif de mesure (M) comprenant deux prises de pression susceptibles d'être reliées aux prises de pression des branches de l'installation, un clavier de saisie d'informations telles que : adresse d'un organe d'équilibrage, modèle, diamètre, position de réglage relevée, débit souhaité, et un calculateur à microprocesseur réalisant le calcul du coefficient Z des différentes branches et du réseau, et de la position de réglage définitive des différents organes de réglage.
    7. Réseau de distribution de fluide non compressible à deux tubes, à plusieurs branches, pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que chaque branche est équipée d'un organe d'équilibrage (3) disposé sur la tuyauterie "aller" ou sur la tuyauterie "retour", à proximité du circuit principal, avec des prises de pression de part et d'autre de l'organe d'équilibrage et à proximité de celui-ci, et d'une troisième prise de pression respectivement sur la tuyauterie "retour" ou sur la tuyauterie "aller", à proximité du circuit principal.
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