PROCEDE D'EQUILIBRAGE DES EMETTEURS D'UNE INSTALLATION DE CHAUFFAGE
La présente invention concerne un procédé d'équilibrage d'une installation de chauffage/ refroidissement de locaux de type à circulation d'eau bitube. On sait que l'équilibrage d'une installation de chauffage central à circulation d'eau chaude consiste à assurer une répartition du débit des pompes de circulation d'eau qui soit en correspondance avec la puissance des radiateurs irrigués. Dans ce type d'installation on sait que les radiateurs sont disposés en dérivation entre une ligne d'arrivée d'eau chaude et une ligne de retour. En règle générale, chaque radiateur est pourvu d'un robinet d'équilibrage dont la position permet de contrôler le débit d'eau chaude qui le traverse et, en conséquence, la quantité de chaleur délivrée par celui-ci. Ce type de robinet est appelé robinet d'équilibrage de premier niveau car il permet le réglage du débit au plus près d'un ou plusieurs radiateurs. On sait que lorsque l'installation est importante, il est prévu des robinets de deuxième niveau qui permettent le réglage du débit d'un ensemble de radiateurs équilibrés entre eux par les robinets de premier niveau. On sait que lorsque l'installation est très importante, il est prévu des robinets de troisième niveau qui permettent le réglage du débit de plusieurs ensembles de radiateurs équilibrés entre eux par les robinets de deuxième niveau. L'une des difficultés rencontrées lorsque l'équilibrage de ce type d'installation est mal réalisé provient d'une mauvaise répartition des débits entre les différents radiateurs ou ensembles de radiateurs qui
engendre des écarts de chauffage, écarts qui se creusent d'ailleurs lorsque la température extérieure décroît. Une telle situation est extrêmement fréquente, notamment dans les installations anciennes, et se traduit par un inconfort pour l'usager et par une surconsommation importante pouvant atteindre 10 à 20%. La recherche d'un bon équilibre d'une installation est rendue difficile en raison de ce que, lorsque l'on effectue une correction de débit sur l'un des radiateurs d'une installation, on modifie du même coup le débit des autres radiateurs de cette même installation. Pour éviter cet inconvénient on a proposé, dans l'état antérieur de la technique, de précalculer la position de réglage de l'ensemble des robinets de l'installation. Une telle opération, délicate en raison de sa complexité, impose de plus au concepteur de disposer de l'ensemble des plans exacts de l'installation ce qui, dans le cas d'installations anciennes, contraint le plus souvent l'utilisateur à refaire un relevé complet de la distribution. On a proposé également de réaliser un tel équilibrage en mesurant, sur des robinets spéciaux, le débit d'eau chaude traversant chaque robinet et en corrigeant le débit de celui-ci de façon appropriée. Cette mesure de débit est habituellement réalisée par la mesure de la perte de charge qui existe sur le robinet de réglage. En appliquant ensuite diverses méthodes on converge vers un équilibre, et ce plus ou moins facilement en fonction de l'installation. Les inconvénients majeurs de cette technique d'équilibrage sont que, d'une part, elle nécessite une installation disposant de robinets spéciaux permettant d' effectuer une telle mesure et que, d'autre part, il faut connaître les débits à régler ce qui, dans le cas d'installations
anciennes, impose le plus souvent de refaire un relevé complet de la distribution. On a également proposé dans la demande FR-A-2 795 491 et dans le cas du réglage de robinets de premier niveau associés à des radiateurs, c'est-à-dire des émetteurs dont la résistance hydraulique est négligeable par rapport à celle des robinets, de mesurer les températures des canalisations d'alimentation et de retour au niveau du radiateur situé le plus en amont de la série, et de déterminer la différence de température existant entre ces deux valeurs, dénommé ci-après "écart de référence", de déterminer pour chaque radiateur de la série, la différence entre la température d'entrée du radiateur le plus en amont et la température de sortie du radiateur considéré, dénommé ci-après "écart spécifique", d'établir, pour chaque radiateur de la série un coefficient correcteur de mesure égal à la différence existant entre la valeur de l'écart de référence avec une valeur constituée par la différence existant entre la susdite valeur de l'écart de référence et la susdite valeur de l'écart spécifique multipliée par un coefficient d'ajustement, établi de façon empirique à une valeur voisine de 2. Suivant ce procédé, on a établi, pour chaque radiateur, un coefficient de débit relatif égal au rapport de l'écart de référence sur le coefficient correcteur de mesure. On corrige ainsi le débit d'alimentation d'un radiateur déterminé en multipliant son débit par l'inverse du coefficient de débit relatif. Afin de réaliser cette opération, on dispose de courbes qui expriment la variation de débit relative q%
Rn d'un robinet de marque et de type donné en fonction du nombre de tours N de son organe de réglage et ceci pour un écart de pression constant.
Ces courbes de débit relatif q%
Rn d'un robinet de marque et de type donné en fonction du nombre de tours N de son organe de réglage et ceci pour un écart de pression constant sont mises à disposition par le fabricant ou si non sont mesurées sur un banc hydraulique. Ainsi déterminée cette variation de débit relative q%
Rn est celle propre à un robinet de marque et de type donné installé seul sans autre résistance hydraulique en série. On comprend que, lorsque le robinet se trouve en série avec une autre résistance hydraulique, cette variation de débit relative q%
Rn propre au robinet n'est plus exploitable et ceci d'autant plus que cette résistance hydraulique est importante en comparaison de celle du robinet. C'est pourquoi un tel procédé de réglage est limité à l'équilibrage de robinets de premier niveau disposés en série avec des émetteurs de très faible résistance hydraulique tels que des radiateurs ou certains convecteurs. Ceci en limite considérablement l'utilisation car ces robinets de premier niveau sont rarement accessibles dans les bâtiments occupés. Le but de la présente invention est de proposer une méthode d'équilibrage qui soit applicable aux robinets de premier deuxième et troisième niveau en série avec des émetteurs dont la résistance hydraulique peut être importante et impossible à déterminer. Tel est par exemple le cas d'éléments non démontables, difficiles ou impossibles à mesurer ou calculer du fait de l'absence fréquente des plans de distribution et de l'encrassement intérieur des réseaux avec le temps, résistances hydrauliques telles que celles de colonnes ou de lignes d'alimentation d'émetteurs, de batteries de chauffage ou de refroidissement, de boucles de circuits sanitaire etc... )
Ce procédé doit par ailleurs éviter à l'utilisateur l'astreinte de l'utilisation de robinets spéciaux de mesure des débits, ou la mise en oeuvre de relevés et de calculs complexes. La présente invention a ainsi pour objet un procédé d'équilibrage d'une installation de chauffage/refroidissement à circulation d'eau comportant au moins une série d'au moins un émetteur disposée en dérivation entre une canalisation d'alimentation en eau amont et une canalisation de retour aval, chaque série étant réglable individuellement par au moins un robinet d'équilibrage de premier niveau caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à : - mesurer la température (T
A) de la canalisation d'alimentation (1) en amont de la série, et déterminer la différence de température, ou écart de référence (dt
ref) , entre cette température (T
A) et une température (T
B) égale soit à la température de la canalisation de retour (3) en amont de la série soit une température égale à la température souhaitée pour cette canalisation, - mesurer successivement la température, en sortie de chacun des émetteurs ou ensemble d'émetteurs de la série, - déterminer successivement, pour chaque série, la différence entre la température en amont de la première série et la température de sortie de chaque série, ou écart spécifique, établir, pour chaque série un coefficient correcteur de mesure égal à la différence existant entre la valeur de l'écart de référence avec une valeur constituée par le produit d'un coefficient d'ajustement par la différence existant entre la susdite valeur de l'écart de référence et la susdite valeur de l'écart
spécifique, - établir pour chaque série un coefficient de débit relatif égal au rapport de l'écart de référence sur le coefficient correcteur de mesure On sait que, correctement dimensionné, un robinet de réglage de débit doit disposer, en grande ouverture, d'une autorité d'au moins 0,5 en moyenne et comprise, en limites usuelles, entre 0,33 et 0,66, (autorité définie par le rapport entre la résistance hydraulique du robinet grand ouvert sur la somme de la résistance hydraulique du robinet grand ouvert et de celle du circuit dont il est chargé de régler le débit) . En conséquence, il a été établi que l'on peut admettre que la résistance hydraulique des réseaux sur lesquels les débits sont à régler peuvent être considérés de résistance hydraulique égale en moyenne à la résistance hydraulique des robinets de réglage de débit de même diamètre les plus représentatifs de ceux disponibles sur le marché en position de grande ouverture et en limite comprise entre 50% et 200% de cette résistance hydraulique. En conséquence, il peut être tenu compte, en série avec les robinets d'équilibrage, d'une telle résistance hydraulique. Il en découle une correction de la variation de débit relative q%
Rn d'un robinet de marque et de type donné en fonction du nombre de tours N de son organe de réglage et ceci pour un écart de pression constant, correction définie par :
Avec : • qvN : Débit en m3/h du robinet de marque et de type donné pour un nombre de tour N, sous une pression Δp en Pa, installé en série avec une résistance hydraulique non démontable, impossible ou difficile à calculer
• qvιN : Débit en m3/h du robinet de marque et de type donné pour un nombre de tour N, sous une pression Δp en Pa, tel qu'indiqué par le fabriquant ou tel que mesuré sur un banc hydraulique
• Δp : Pression de détermination de qviN en Pa • kl : coefficient d'ajustement de l'autorité, de 1 en moyenne et en limite compris entre 0,5 et 2.
• Kvs: Débit en m3/h sous 105 Pa des robinets d'équilibrage les plus représentatifs du marché en position de grande ouverture, avec : Pour des robinets du DN 10 au DN 50 : 1 ηη Kv, = — + 9,83 x DN + 1,39.10"21 x em - 47,23 s DN
Pour les robinets du DN 65 au DN 300 :
Kv
s = 0,016 x i>V
2 - L14.10
"128 x e
m ,r« - 0,54
On décrira ci-après, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de la présente invention, en regard des dessins annexés sur lesquels : La figure 1 est une vue schématique d'une installation de chauffage à circulation d'eau chaude comportant une série de n ensembles d'émetteurs disposés en dérivation entre une canalisation d'arrivée d'eau et une canalisation de retour. La figure 2 est une courbe représentant un exemple de variation du débit d'un robinet de diamètre nominal 25mm en fonction du nombre de tours de celui-ci, dans le
sens de l'ouverture, sous un écart de pression constant, de 10
5 Pa, telle que fournie par son fabricant ou mesurée sur un banc hydraulique. La figure 3 est une courbe représentant la variation corrigée du débit du robinet de diamètre nominal 25 mm défini à la figure 4 installé en série avec un circuit de diamètre nominal d'alimentation de 25 mm, de forte résistance hydraulique non démontable, difficile ou impossible à calculer ou mesurer, en fonction du nombre de tours, dans le sens de l'ouverture, sous un écart de pression p constant de 10
5 Pa. La figure 4, identique à la figure 3, est une courbe représentant la variation corrigée du débit du robinet de diamètre nominal 25 mm défini à la figure 4 installé en série avec un circuit de diamètre nominal d'alimentation de 25 mm, de forte résistance hydraulique non démontable, difficile ou impossible à calculer ou mesurer, en fonction du nombre de tours, dans le sens de l'ouverture, sous un écart de pression p constant de 10
5 Pa . On a représenté sur la figure 1 une installation de chauffage comprenant une canalisation d'alimentation en eau chaude 1 et une canalisation de retour 3. Plusieurs séries Ri, R
2, R
3, ... R
n d'émetteurs Ei, E
2, E
3, ... E
m, respectivement sont disposés les unes à la suite des autres, en parallèle entre ces deux canalisations 1 et 3, et chacune de ces séries R
n d'émetteurs est équipée en sortie d'un robinet ROi, R0
2... RO
n, dit de deuxième niveau, permettant de régler le débit d'eau chaude qui le traverse. Dans la pratique ces émetteurs E
m peuvent être constitués de radiateurs, de convecteurs, ou de batteries de chauffage ou de refroidissement ainsi que des canalisations et autres
éléments qui leur sont associés qui possèdent une résistance hydraulique inconnue importante en comparaison de celle du robinet qui est associé à cet ensemble. On se trouve ainsi dans des conditions de réglage qui sont très différentes de celles où l'on procédait au réglage de plusieurs séries constituées d'un unique radiateur. L'opération d'équilibrage de cette installation consiste à faire en sorte que le débit spécifique de chacune de ces séries R
n d' émetteurs soit en correspondance avec les puissances respectives. Pour, suivant l'invention, mettre en état d'équilibre une telle installation, on procède ainsi qu'indiqué ci-après. On remarquera tout d'abord que toutes les mesures de températures effectuées dans le cadre de la mise en oeuvre du procédé d'équilibrage suivant l'invention seront préférablement réalisées au moyen de thermomètres en mesure de posséder une inertie thermique quasi inexistante et une capacité à fournir une mesure précise et instantanée, tels que par exemple les thermomètres à infrarouge. Préalablement aux mesures, les organes de commande des robinets d'équilibrage RO
n associés à chacune des séries R
n d'émetteurs seront préférentielle ent disposés en position de mi-ouverture hydraulique. On a établi que la mi-ouverture hydraulique est définie par la position de réglage permettant une augmentation ou une diminution de débit relative de même amplitude. Cette mi-ouverture hydraulique peut être très nettement différente de la mi-ouverture mécanique lorsque le robinet de réglage se trouve en série avec une résistance hydraulique importante en comparaison de celle du robinet.
Suivant l'invention on mesure tout d'abord, dans un premier temps, à l'aide d'un thermomètre à infrarouge, la température T
A de la canalisation 1 en un point A qui, sur le schéma de la figure 1, est situé en amont du raccordement de la première série Ri d'émetteurs, et la température T
B de la canalisation 3 en un point B, situé en aval du raccordement de la série Ri d'émetteurs. On peut ainsi calculer la valeur
qui sera désignée ci-après par "écart de référence". On mesure ensuite, également au moyen d'un thermomètre à infrarouge, la température ts
n de la canalisation située en sortie de chacune des séries R
n d' émetteurs. On a établi de façon essentiellement empirique, que le débit relatif Q%
n d'une série d'émetteurs R
n donnée (c'est-à-dire le pourcentage du débit initial de ce radiateur par rapport à son débit « à régler ») pouvait s'exprimer en fonction de l'écart de référence et de la température ts
n de sa canalisation de sortie.
Dans cette formule le coefficient k, dénommé « coefficient d'ajustement », est pris dans un premier cycle de réglage à une valeur voisine de 1,5. On a en effet constaté par les nombreuses mesures et essais réalisés que si, à l'issue d'un premier réglage il apparaît que la qualité de l'équilibrage obtenu n'est pas satisfaisante on puisse procéder ensuite à un second cycle de réglage en prenant alors une valeur de ce coefficient d'ajustement k plus faible, voisine alors de 1,1.
On décrira ci-après, en regard de la figure 1, un exemple de mise en oeuvre de l'invention.
EXEMPLE Dans cet exemple l'installation comprend une canalisation d'alimentation en eau chaude 1 et une canalisation de retour 3 entre lesquelles sont montées en dérivation trois séries Ri, R2, R3 d'émetteurs En. On mesure une température de la canalisation d'alimentation 1 en tête de la série au point A de Ta = 60°C et une température de la canalisation de retour 3 au point B de TB = 50 °C, ainsi que les températures en sortie des séries d'émetteurs Ri, R2 et R3 qui sont respectivement tsi = 54°C, ts2 = 49°C et ts3 = 45°C. On obtient ainsi un écart de référence dtref = 10 °C. On effectue ensuite pour la série Rx des émetteurs le calcul suivant la formule (2) et on obtient ainsi :
Le débit relatif Q%Rι obtenu pour la série des émetteurs Ri étant de 250%, cela signifie que le débit initial de cette série d'émetteurs est 2,5 fois trop élevé et que, en conséquence, on devra donc le diminuer dans un même rapport de 2,5 et ainsi fermer le robinet de réglage ROi de façon que son débit soit divisé par 2,5. On opérera de même ensuite pour la série des émetteurs R
2 :
10 100=87% Q%R2=10-1.5.[lO-(60-49)]
Le débit relatif Q%R2 obtenu pour la série des émetteurs R2 étant de 87%, cela signifie que le débit initial de cette série d'émetteurs est les 87/100 de ce qu'il devrait être et que, en conséquence, son débit devra être augmenté dans un rapport de 100/87 = 1,15 et l'on devra alors ouvrir le robinet de réglage R02 de façon que son débit soit multiplié par 1,15. De même pour la série des émetteurs R3 on obtient :
10 100 = 57,1% Q °R3 Œ 10 - 1,5.[10 - (60 - 45)]
Cela signifie que l'on devra ouvrir le robinet de réglage R0
2 de façon que son débit soit multiplié par 100/57,1 = 1,75. Lorsqu'il advient que le débit relatif obtenu Q%
RΠ est soit négatif, soit infini on considère que le débit initial est infiniment trop important et que, en conséquence, le réglage du robinet RO
n correspondant doit être mis dans sa position de réglage minimal. Afin de réaliser cette opération, pour chacune des séries d' émetteurs R
n, de façon facile et rapide on dispose de courbes qui expriment la variation de débit qv
N du robinet RO
n de marque et de type donné en fonction du nombre de tours n de son organe de réglage et ceci pour un écart de pression constant. Une telle courbe, qui peut être fournie par le fabricant ou mesurée sur un banc hydraulique, est représentée à titre d'exemple sur la figure 2, pour un diamètre nominal de 25 mm d'un robinet de 8 T, mesurée sous une pression de 10
5 Pa
Il a été établi, de façon essentiellement empirique, que ces valeurs devaient être soumises à un coefficient correcteur. On effectue pour le robinet ROn le calcul de correction suivant la formule (1) précédemment mentionnée :
Qv2 = 3,02 ΛH3 Ih 1 1 • + • [3,2x3,2 1x1x9'
En reportant ces valeurs sur la courbe de la figure 2 on obtient une courbe (a) qui se situe sous la courbe (b) (figure 3) . On connaît, pour chacun des robinets ROχ, R02 et R03, la position de réglage initiale du robinet. On supposera ainsi, qu'à l'origine le robinet était en mi- ouverture hydraulique ce qui correspond sur la courbe de la figure 4 à une position dite de 2,25 tours (N=2,25) et à un débit de 3,3 m3/h, c'est-à-dire une position obtenue à partir de la fermeture prise comme référence et en ouvrant ensuite le robinet de 2,25 tours. Le premier ensemble des émetteurs Ri dont on souhaite réduire le débit dans un rapport de 2,5 devra donc être amené à un débit de son robinet de ROi de 3,3/2,5 = 1,3 m3/h et la courbe de la figure 4 nous montre que ce débit est obtenu pour une position Nι=0,87 du robinet ROi. Dans ces conditions, pour amener ce robinet de la mi ouverture hydraulique à cette position 0,87 tours d'ouverture on sera contraint de le fermer d'une valeur de 2,75-0,875 = 1,87 tours. Il en est de même, pour la série des émetteurs R2, dont le débit doit être augmenté dans un rapport de 1,15. Le débit du robinet associé R02 devra être amené à un débit de 3,3χl,15 = 3,8 m3/h et la courbe de la figure 4 nous montre que 1 ' on devra tourner la commande de ce robinet R02 pour l'amener à une position N2=2,75 tours d' ouverture. Il en est de même, bien entendu pour la série des émetteurs R3, dont le débit doit être augmenté dans un rapport de 1,75. Le débit de son robinet RO3 devra être amené à un débit de 3,3x1,75 = 5,77 m3/h et la courbe de la figure 4 nous montre que l'on devra amener le robinet à une position N3=5,37. Il faudra donc fermer le robinet
de 5 , 375-2 , 25=3 , 12 tours . • On a constaté qu'une fois les réglages ainsi effectués l'installation se trouvait équilibrée ou quasi équilibrée. Cependant dans certains cas de réglage il peut s'avérer nécessaire d'effectuer un second cycle d'ajustement. On met alors en œuvre un processus identique à celui précédemment décrit mais en retenant alors une valeur du coefficient k que les essais et tests effectués ont montré qu'elle devait être inférieure et voisine de 1,1. Lorsqu'il s'avère que le robinet a été en premier réglage trop fermé ou trop ouvert, on corrige le coefficient d'autorité ki en l'augmentant avec pour limite haute une valeur de 2. Lorsqu'il s'avère que le robinet a été en premier réglage insuffisamment ouvert ou insuffisamment fermé, on corrige le coefficient d'autorité ki en le diminuant avec pour limite basse une valeur de 0,5. Le procédé suivant l'invention peut être mis en œuvre de façon manuelle en effectuant les calculs précédemment mentionnés. Cependant il sera plus facile à contrôler en faisant appel à un appareil ayant pour effet de guider l'utilisateur au cours du processus et d'automatiser certaines des opérations et notamment les calculs. Bien que les exemples décrits dans cette demande soient relatifs à une installation à circulation d'eau par laquelle on chauffe le local, l'ensemble des opérations pourrait également être effectué dans l'hypothèse où cette installation à circulation d'eau véhiculerait de l'eau froide afin de refroidir ledit local.