Conception : sélection des composants d’’un réseau de distribution d’’eau

Le dimensionnement du réseau d’’eau s’’effectue après la sélection des équipements de production et des moyens de transferts de chaleur. Celui-ci s’’effectue en plusieurs étapes :

x Par la sélection de vannes pour la régulation terminale x Par le dimensionnement de la tuyauterie

x Par la sélection d’’une pompe

x Par la sélection de vannes d’’équilibrage 1.9.5.1 Sélection d’’une vanne de régulation

Comme cité dans les paragraphes précédents, il existe deux catégories de vannes, des vannes deux voies et des vannes trois voies. Dans chacune de ces catégories, il existe différentes solutions technologiques, elles sont les suivantes : ouverture rapide, linéaire, égale pourcentage. Une vanne égale pourcentage permet de limiter ou supprimer la non linéarité du transfert de chaleur en fonction du débit et ainsi d’’assurer un contrôle linéaire de l’’échange.

Une vanne se caractérise techniquement par 2 grandeurs, le coefficient de vanne et l’’autorité.

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1.9.5.1.1 Coefficient de vanne

Le coefficient de vanne Kv représente la capacité hydraulique d’’une vanne. Il représente physiquement le débit volumique d’’eau (ܳݒ en m3_{/h) qui traverse la vanne lorsqu’’elle}

supporte une pression différentielle de 1 bar. Ainsi, ܭ_௩ ൌ ொ௩

ට௃ೇ

ఘ ൗ

Avec ߩ en kg/dm3 _{et Jv la perte de charge créée par la vanne (en bar). Le Kvs}

représente le Kv de la vanne grande ouverte. 1.9.5.1.2 Autorité d’’une vanne

L’’aptitude d’’une vanne à réguler le débit dans un circuit donné est représentée par son autorité a.

ܽ ൌ ܬ௏

ܬ_௥ ൅ ܬ_௏

Avec ܬ_௥ la perte de charge du réseau dont la vanne peut modifier le débit, cette perte de

charge étant calculée à partir du débit maximal. Compte tenu que la vanne jouxte théoriquement l’’échangeur de chaleur, c'est-à-dire dans le cas d’’une régulation terminale par variation de débit dans l’’échangeur, cette perte de charge est approximativement comme suit :

ܬ௥ ൎ οܲ±௖௛௔௡௚௘௨௥

Si l’’autorité est faible, une fermeture ample de la vanne entraine une faible réduction de débit. Dans ce cas, la stabilité de la régulation de la vanne est difficile à obtenir, la progressivité du réglage est de mauvaise qualité. Un effet de pompage peut alors apparaître, c'est-à-dire un phénomène d’’ouvertures et de fermetures excessives cycliques, réduisant alors la durée de vie de la vanne. Au contraire, si l’’autorité est élevée, une trop petite fermeture de la vanne entraine une brutale chute de débit, la vanne admet alors une perte de charge très élevée, la vanne fonctionne alors en « tout ou rien ».

Pour assurer une régulation correcte de la vanne, son autorité doit être proche de 0.5. Certains ouvrages proposent les plages de valeurs suivantes :

ͲǤ͵͵ ൏ ܽ ൏ ͲǤ͸͸ [Memotech96] ܽ ൒ ͲǤͷ ՞ ܬ_௏ ൒ ܬ_௥ [BouteloupD98] 1.9.5.2 Dimensionnement du réseau

Le réseau de distribution est sélectionné à l’’aide d’’abaques. Ceux-ci permettent d’’établir la perte de charge linéique de tubes de rugosité et ce en fonction du débit. Le diamètre de la tuyauterie peut alors être sélectionné.

Traditionnellement, on choisit une perte de charge linéique j de 15mm/m. D’’un point de vue pratique 10<j<20mm/m [BouteloupD98].

La perte de charge régulière J d’’une conduite s’’écrit comme suit : J=j*L avec L la longueur de la conduite

DeltaP = rho g J

Pour la branche d’’un circuit fermé, la somme des pertes de charge singulières (coudes, changement de section,……), des pertes de charge dues aux équipements (vannes,

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batteries,……) et des pertes de charge régulières constituent la perte de charge totale d’’une branche du réseau.

1.9.5.3 Equilibrage d’’une branche du circuit d’’eau et solutions techniques

Les capacités hydrauliques de chacun des organes de réglage sont calculées à partir des débits et des pertes de charge associées à la branche du circuit considérée.

L’’équilibrage peut s’’effectuer à l’’aide de deux grandes familles de produits : des vannes ou des diaphragmes. Les diaphragmes sont des disques minces percés en leurs centres, ils ne peuvent pas être ajustés après leurs installations.

Ainsi, la mise en place d’’une vanne 2 voies en série dans un tronçon de réseau permet de réaliser cette opération.

branch

vr

H

J

J



Des diaphragmes peuvent être utilisés lorsque la perte de charge à réaliser est supérieure à 2 m [BouteloupD98] pour éviter tout inconvénient sonore provenant de la vanne. Ceux-ci sont sélectionnés par leur diamètre d’’orifice d :

݀ሾ݉݉ሿ ൌ ͳͳඥܭ௩

La précision de cette relation simplifiée est de 10% si d/D<0.22 [BouteloupD98].

La caractéristique du diaphragme doit être signalée sur la tuyauterie par une plaque signalétique.

1.9.5.4 Sélection et adaptation d’’une pompe

La pompe est sélectionnée par rapport à la somme des débits traversant les différents échangeurs pour couvrir la hauteur manométrique de la branche du circuit la plus défavorisée (Jtotmax). Ainsi, la perte de charge totale la plus importante des branches du réseau permet le dimensionnement de la pompe :

ܲ_{௛௬ௗ௥௔௨} ൌ ܳݒܬ_{௧௢௧௠௔௫}

Notons que le débit doit également être évalué en prenant en compte le régime de fonctionnement de la connexion hydraulique entre le circuit primaire et le circuit secondaire (1.9.5.5).

Les pompes sont généralement surdimensionnées. Une réduction du débit peut être appliquée au niveau du réseau par l’’un des moyens suivants pour adapter la pompe sélectionnée :

x Par vanne de réglage en série x Par vanne de réglage en parallèle

x Par réduction de la vitesse de rotation de la pompe x Par diminution de diamètre de la roue de la pompe 1.9.5.5 Dimensionnement d’’une bouteille de découplage

Nous rappelons qu’’il existe deux régimes de fonctionnement pour la connexion hydraulique en fonction du débit du primaire et du secondaire (voir paragraphe1.7.4). Nous nous intéressons dans cette partie au régime de fonctionnement casse pression différentiel afin de maintenir une température d’’entrée du circuit de distribution constante.

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Figure 1-31 Règle des 3D, dimensionnement d’’une bouteille de découplage

Afin d’’éviter tout écoulement parasite entre l’’entrée et la sortie il est nécessaire de respecter un dimensionnement réalisé à l’’aide de la règle des 3D, cette règle permet d’’assurer une vitesse de circulation faible (v<0.1m/s) et donc d’’éviter les phénomènes de bi-circulation. Le diamètre D représente le diamètre de la plus grosse tuyauterie raccordée à la bouteille.

La position verticale est obligatoire afin de supprimer tout phénomène de convection naturelle entre l’’entrée et la sortie. La position du tube d’’entrée du circuit primaire est sélectionnée en fonction du mode de production. En effet si la bouteille de découplage est couplée à un réseau d’’eau glacée, le tube venant du circuit primaire doit être raccordé en bas de la bouteille. Dans le cas d’’un réseau d’’eau chaude, l’’entrée est obligatoirement positionnée en partie haute.

Généralement les bouteilles de découplage sont équipées en partie haute d’’une purge et en partie basse d’’une vanne de vidange permettant d’’évacuer les boues éventuelles. Notons que la position des parties hautes et basses sont inversées entre le mode chauffage et froid. Ces positions permettent de maintenir le gradient de température dans la bouteille et ainsi s’’assurer qu’’aucun mouvement de l’’eau par convection ne provoque des échanges de flux à contre courant. Mais cette position permet également d’’éviter tout entrainement d’’air ou de particules dans le réseau.

1.9.5.6 Dimensionnement d’’un bipasse lisse

Le diamètre d’’un bipasse lisse doit être identique à celui des tuyauteries s’’y raccordant. Le bipasse doit être positionné en position verticale.

1.9.5.7 Dimensionnement d’’un ballon tampon

Le volume d’’eau minimum d’’un ballon tampon, noté ܸ_௠௜௡௜ en L, est déterminé en fonction du temps de marche minimum noté t en secondes, de la puissance frigorifique en réduction maximum noté ܲ_{௙௥௜௚௢௠௜௡௜} en kW, la capacité calorifique du fluide utilisé noté ܥ௣ (4180 J/(kgK) pour de l’’eau) et du différentiel de température tout ou rien raccordé au dernier étage de puissance du compresseur entrainant son arrêt noté ܺ_ௗ (généralement 1 à 2 K). ܸ_௠௜௡௜ ൌܲ௙௥௜௚௢௠௜௡௜ݐ ܥ_௣ܺ_ௗ 3D D 3D 3D 6Dmini 3D 3D Départe.c. primaire Retoure.c. primaire Départe.c. secondaire Retoure.c. secondaire 2Dmaxi D 3D 3D 6Dmini 3D 3D Départe.g. primaire Retoure.g. primaire Départe.g. secondaire Retoure.g. secondaire Modechauffage Modefroid

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