Differents elements d une chaufferie

ELEMENTS COMPLEMENTAIRES D’UNE CHAUFFERIE
1.
ALIMENTATION EN EAU
Lorsque le circuit de chauffage est alimenté par le réseau d’eau potable, l’alimentation en eau doit comporter un
réservoir de coupure, un bac de disconnection ou encore un disconnecteur.
Ces dispositifs doivent permettre d’éviter tout retour, vers le réseau d’eau potable, d’eau du circuit de
chauffage.
LES BOUTEILLES
A. BOUTEILLE DE MELANGE
La bouteille de mélange permet d’alimenter le circuit secondaire avec de l’eau à θ inférieure à celle du primaire.
Le débit du primaire étant plus petit que le débit au secondaire, il y a mélange de l’eau de retour avec l’eau de
départ au secondaire ce qui a pour effet d’avoir une température de mélange plus basse que celle du primaire.
1
B. BOUTEILLE DE DECOUPLAGE HYDRAULIQUE OU « CASSE PRESSION »
Le débit d’eau au primaire est supérieur au débit du secondaire (Qv prim > Qv second de 10 %).
La bouteille de découplage hydraulique sert à faire une séparation des pressions entre la partie primaire et la
partie secondaire, elle crée en quelque sorte un point neutre de pression.
Les variations du débit au primaire n’entraînent aucune modification des débits au secondaire et inversement.
Dimensionnement : on utilise la loi des 3D
D
3D
3D
3D
3D
6D
3D
3D
3D
C. BOUTEILLE TAMPON
Les constructeurs de machines frigorifiques ont mis l’accent sur la nécessité d’éviter les cycles trop courts et
répétitifs de fonctionnement des compresseurs ; de ce fait, et compte tenu des faibles capacités en eau des
émetteurs et réseaux, surtout lorsque l’on fonctionne avec des centrales de traitement d’air, il est nécessaire
d’en créer de supplémentaires destinées à donner de la masse et de l’inertie à la production. La tentation est
grande de demander à la bouteille de découplage hydraulique d’assurer cette nouvelle fonction. Cette tentation
économique produisent des bouteilles au diamètre largement prohibitif, avec la conséquence d’annuler l’effet
d’inertie et de réduire la puissance véhiculée. Il est plus judicieux de placer la bouteille tampon en série sur
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l’entrée du groupe, quitte à l’interposer entre celle-ci et une bouteille de découplage. Il est donc impératif de
prévoir des ballons dont le volume sera supérieur à 15 litres par KW pour les systèmes avec ventilo-convecteurs
ou de batteries.
D. CAPACITE TAMPON GAZ
Il est conseillé de prévoir une capacité tampon sur l’alimentation du brûleur afin d’éviter le déclenchement
intempestif du dispositif de sécurité par surpression (pressostat gaz mini). Celle-ci doit être placée, soit à
l’extérieur, soit dans la zone de la chaufferie où la température est la moins élevée et la plus proche du brûleur.
La capacité tampon peut être remplacée par un anti-surpresseur. Ce réservoir a un volume égal à 1/1000e du
débit horaire de l’installation.
[m
3
]
/ h Qv =
P[Kw ]
[L ]Vtampon = Qv[l / h]
3
PCI Kwh / m × η
1000
[
]
2. VASE D’EXPANSION FERMES
a) rôle et description des vases d’expansion fermés
Le vase d’expansion fermé permet de compenser la dilatation de l’eau du circuit de chauffage lors de sa montée
en température. Lorsque la température diminue, l’eau absorbée dans le vase est restituée au réseau.
A l’intérieur du vase, la séparation entre l’eau et le circuit de chauffage et le gaz (généralement de l’azote) est
assurée soit par une membrane (jusqu’à 25 l) soit par une vessie, contrairement aux vases d’expansion à
membrane, l’eau n’est pas en contact avec le métal, évitant ainsi tout risque de corrosion du réservoir. La vessie
est interchangeable alors que la membrane ne l’est pas.
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b) dimensionnement d’un vase d’expansion
Un vase mal dimensionné provoque des ouvertures fréquentes des soupapes de sûreté des chaudières lors des
montées en température. Ces pertes conduisent à introduire de l’eau dans le circuit. Or ces appoints sont une
des causes de l’embouage.
Le dimensionnement d’un vase consiste à déterminer :
sa pression de gonflage
sa capacité
Il nécessite de connaître :
la contenance en eau de l’installation
la température moyenne maximale
la hauteur de l’installation
la pression de tarage des soupapes
DETERMINATION DE LA PRESSION DE GONFLAGE
La pression de gonflage doit correspondre à la pression statique de l’installation arrondie au 0.5 bar supérieur.
La pression statique équivaut à la hauteur d’eau de l’installation, depuis le vase jusqu’au point le plus élevé du
circuit de chauffage.
Exemple : un immeuble de 30 logements sur 4 niveaux alimenté par une chaufferie située en sous-sol.
Hauteur du sous-sol 3m, hauteur d’un niveau 2.7m.
Déterminer la pression de gonflage du vase.
Pour une chaufferie en terrasse ou de plain pied, la pression statique étant de 0.2 bar, la pression mini de
fonctionnement d’un générateur 0.6 bar, on choisit une pression de gonflage de 1 bar.
DETERMINATION DE LA PRESSION DE REMPLISSAGE
La pression de remplissage doit correspondre à la pression statique de l’installation + 0.5 bar.
La pression statique équivaut à la hauteur d’eau de l’installation, depuis le vase jusqu’au point le plus élevé du
circuit de chauffage.
Exemple : un immeuble de 30 logements sur 4 niveaux alimenté par une chaufferie située en sous-sol.
Hauteur du sous-sol 3m, hauteur d’un niveau 2.7m.
Déterminer la pression de remplissage l’installation.
Pour une chaufferie en terrasse ou de plain pied, la pression statique étant de 0.2 bar, la pression mini de
fonctionnement d’un générateur 0.6 bar, on choisit une pression de remplissage de 1 bar.
CALCUL DU VOLUME D’EXPANSION
Le volume d’expansion correspond au volume de dilatation de l’eau de l’installation. Il est fonction de la
température moyenne maximale de l’installation.
Le tableau si dessous fournit le coefficient de dilatation de l’eau sans antigel à 10°C.
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Température de
Coefficient de dilatation en %
L’eau °C
(remplissage à 10 °C)
80
2.87
75
2.55
70
2.24
65
1.96
60
1.68
55
1.42
50
1.18
45
0.96
La contenance en eau correspond au volume d’eau contenue dans les canalisations, les chaudières, les
émetteurs… Elle peut être calculée à partir des données des fabricants. Elle peut être estimée en fonction de la
puissance de l’installation et du type d’émetteurs.
Pour une installation de radiateurs : 14 litres par KW
Pour une installation de planchers chauffants : 12 litres par KW
La contenance en eau de l’installation peut être mesurée au moment du remplissage si un compteur est installé
sur l’alimentation en eau.
Exemple : une installation de 30 logements chauffée par des radiateurs et dimensionnée en régime de
fonctionnement 80 / 60 °C. la puissance est de 150 KW.
Déterminer le volume d’expansion.
CALCUL DE LA CAPACITE DU VASE
La capacité du vase doit être telle qu’elle puisse recueillir le volume d’expansion de l’installation.
Or, le volume absorbé par le vase, encore appelé volume utile, ne peut occuper la totalité de la capacité du vase.
Le volume utile est fonction des limites de pression entre lesquelles travaille le vase.
La capacité du vase doit être de :
Vvase = V exp ansion ×
Pfinal × Pr emplissage
Pgonflage × (Pfinal − Pr emplissage)
-
P gonflage : pression de gonflage du vase
-
P remplissage : pression de remplissage de l’installation, elle est généralement supérieure d’environ 0.2
bar à la pression de gonflage du vase pour stocker une petite réserve d’eau.
-
P final : pression finale du vase fixée généralement à 90 % de la pression de tarage des soupapes de
sûreté afin que celles-ci ne s’ouvrent pas en fonctionnement normal de l’installation (les soupapes du
commerce sont tarées à 3 bar).
Attention, dans cette formule les pressions sont exprimées en valeurs absolues.
Exemple : Le volume d’expansion est de 47 l, la pression de gonflage du vase est de 1.5 bar, la pression de
remplissage à froid est de 1.7 bar et la pression de tarage de la soupape est de 3 bar.
Déterminer le volume du vase.
La formule de détermination de la capacité du vase est obtenue en appliquant la loi des gaz parfaits (pression x
volume = constante) pour les trois états du vase : au gonflage, au remplissage et à la pression finale maximale.
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Si la pression de remplissage est identique à la pression de gonflage du vase, aucune réserve d’eau n’est prévue.
On peut dans ce cas utiliser la formule simplifiée suivante pour déterminer la capacité du vase :
Vvase = V exp ansion ×
Pfinal
Les pressions sont exprimées en valeurs absolues.
Pfinal − Pgonflage
Les fabricants proposent des tableaux de détermination rapide des vases d’expansion à partir de la hauteur de
l’installation et de sa contenance en eau.
INSTALLATION DU VASE D’EXPANSION
Le vase d’expansion est raccordé sur le retour du circuit de chauffage, auprès des chaudières.
A cet emplacement :
- la membrane ou la vessie se trouve soumise aux températures les plus faibles de l’installation.
- le vase est sensiblement à la même hauteur donc à une pression proche de celle des soupapes de sûreté en
sortie de chaudières.
Pour contrôler la pression de gonflage du vase, il est utile de l’équiper d’une vanne d’isolement (pas interdite) et
d’un robinet de purge.
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3. POTS A BOUES, FILTRE ET CLARIFICATEURS
Les pots à boues, filtres et clarificateurs ont pour rôle de retenir les particules solides véhiculées dans l’eau
des circuits de chauffage.
Les boues des circuits de chauffage résultent d’un mauvais rinçage de l’installation.
Il est nécessaire d’extraire les boues pour éviter quelle ne s’accumulent sous forme de dépôts boueux en partie
basse des installations et dans les zones où les vitesses sont faibles (radiateur, chaudières à fort volume
d’eau…).
Ces dépôts, lorsqu’ils deviennent importants, peuvent générer de nombreux désordres :
Corrosions par aération différentielle qui peuvent entraîner des perforations dans les émetteurs, les
chaudières,…
Contraintes mécaniques internes qui peuvent aller jusqu’à la rupture du corps de chauffe des chaudières en
fonte. Ces contraintes sont dues aux boues qui s’accumulent dans les chaudières et se durcissent et qui
présentent un coefficient de dilatation différent de la fonte.
Colmatage des orifices de passage des organes de réglage, des robinets thermostatiques, des vanne de
régulation,…
Diminution des débits à l’origine de déséquilibres thermiques.
Diminution des puissances émises par les radiateurs.
Détérioration des circulateurs. Les particules d’oxyde de fer en suspension ont un effet abrasif sur
différents constituants des circulateurs, les boues peuvent aussi entraîner des blocages et des surchauffes
des circulateurs. Les circulateurs à rotor noyé sont particulièrement sensible à ce type de dégration.
Pour retenir les boues, différents principes peuvent être mis en œuvre : la décantation, la filtration et la
captation magnétique.
Les pots à boues utilisent le principe de la décantation. Le principe de filtration est utilisé dans les filtres. Les
clarificateurs, désignés aussi désemboueurs, systèmes de désembouage, collecteurs de boues, filtres
clarificateurs,… cumulent les effets d’une captation magnétique à ceux d’une filtration et/ou d’une décantation.
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ELEMENTS
LA
DECANTATION
LA
FILTRATION
LES
BOUTEILLES
DE
DEGAZAGE
INJECTION DE
REACTIFS
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