Réponse d'expert

N°182 : Lors de l’optimisation d’une installation de chauffage collectif visant à limiter les pertes thermiques, est-il plus pertinent de limiter le nombre de vannes ou de réduire les longueurs de tuyauteries ?

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Les pertes thermiques constatées sur le circuit hydraulique d’une installation de chauffage collective découlent des longueurs développées de canalisation ainsi que du nombre de composants (tout particulièrement vannes) installés sur ces tuyauteries. D'une manière générale, on constate qu'il est plus avantageux en termes d'économie d'énergie de chercher à limiter le nombre de vannes d'isolement plutôt que de réduire les longueurs de tuyauteries lorsque ces deux possibilités nous sont offertes.

1. Les différents types de vannes rencontrés sur une installation hydraulique

Pour rappel, le circuit hydraulique de chaufferie comporte plusieurs types de vannes sources de pertes thermiques importantes. Il convient d'en limiter le nombre en les installant aux seuls endroits où elles sont réellement nécessaires.

  • Les vannes d'équilibrage : Il est conseillé de les installer sur la partie du circuit où la température est la moins élevée (entrée du générateur ou sur le circuit de retour de la distribution).
  • Les vannes d'isolement motorisées : Elles ont pour fonction d'interrompre l'irrigation des générateurs à l'arrêt dans le cas d'une gestion automatisée en séquence (cascade). Elles sont placées en série avec le générateur, préférentiellement à son entrée.
  • Les vannes d'isolement manuelles : Elles permettent d'interrompre un débit afin de faciliter les opérations de rinçage de l'installation, ainsi que les interventions de maintenance/remplacement. Ces vannes sont situées de part et d'autre des différents matériels (pompe, générateur, vanne à trois voies) et au départ et au retour de chaque réseau de distribution.

Le nombre de ces dernières (vannes d’isolement manuelle) peut être optimisé en considérant que certaines sont inutiles ; leur fonction pouvant être assurée par les vannes d'équilibrage ou les vannes d'isolement motorisées en place. En effet :

  • Les vannes d'équilibrage peuvent être utilisées en guise de vannes d'isolement. Elles disposent d'une fonction d'interruption du débit et en outre permettent de mémoriser le réglage initial. Certains modèles comportent un robinet de vidange.
  • Les vannes d'isolement motorisées intègrent une commande manuelle et peuvent faire office de vannes d'isolement manuelles.

2. Exemple chiffré comparant réduction du linéaire de canalisation et réduction du nombre de vannes

Le schéma de chaufferie pris en exemple comprend 2 générateurs raccordés à une bouteille de découplage et associés à des pompes de charge. Il alimente un circuit de chauffage et un circuit de production d'eau chaude sanitaire. La puissance installée totale est de l'ordre de 500 kW. Les économies d'énergie calculées reposent sur les deux actions suivantes :

  • Réduction de la longueur développée de tuyauterie de 25 à 16 m
  • Réduction du nombre de vannes d'isolement de moitié
Circuit de chaufferie courant, pris en référence
Circuit de chaufferie courant, pris en référence. La longueur développée de tuyauteries est de 25 m. Il comporte 13 vannes d'isolement, 4 vannes d'équilibrage et 2 vannes d'isolement motorisées.
Circuit de chaufferie optimisé
Circuit de chaufferie optimisé. La longueur développée de tuyauteries est de 16 m. Il comporte 6 vannes d'isolement, 4 vannes d'équilibrage et 2 vannes d'isolement motorisées.

Le tableau ci-dessous présente les possibilités d'économie d'énergie induites par l'optimisation de la conception du circuit de chaufferie en termes de réduction des longueurs de tuyauteries et de limitation du nombre de vannes.

 

Possibilités d’économies d’énergie en réduisant les longueurs de tuyauteries et en limitant le nombre de vannes

 

Circuit courant

Circuit Optimisé

 

(référence)

Avec réduction des tuyauteries (1)

Avec réduction du nombre de vannes (2)

(1) + (2)

Pertes tuyauteries (W)

500 (5950 *)

320

500

320

Pertes vannes *** (W)

1932 (2624 **)

1932

1094

1094

Total (W)

2432

2252

1594

1414

Gain (%)

-

7 %

34 %

42 %

 

(*) Avec tuyauteries non calorifugées
(**) Avec vannes à brides
(***) Forfait de 120 W de perte/vanne

Dans l’exemple ci-dessous, les déperditions constatées pour un linéaire calorifugé (isolation classe 2) de 25 mètre s’élève à 500 W. Si l’on réduit ce linéaire de 64%, ce qui équivaut à 16 mètres, alors les déperditions relevées ne sont plus que de 320 W (0,64 x 500 = 320).

Evaluation quantitative des économies d'énergie obtenues par l'optimisation du circuit de chaufferie. Il est considéré des conduites en DN 100 sur les tronçons communs et en DN 65 sur les circuits des générateurs. Les circuits sont équipés de vannes en DN 65 à boisseau sphérique (taraudées) et de vannes en DN 100 à brides.

D'après les hypothèses considérées, le gain par rapport au circuit de référence est de 7 % lorsque la longueur de tuyauterie passe de 25 à 16 m. Par contre, la réduction du nombre de vannes d'isolement de 13 à 6 engendre un gain de 34 %. L'association de ces deux interventions permet d'économiser 41 % sur les pertes thermiques.

On constate que :

- L'absence de calorifugeage des conduites engendre des pertes thermiques de l'ordre de 6000 W alors qu'elles sont de 500 W seulement pour des conduites calorifugées (isolation de classe 2). Le calorifugeage des tuyauteries est un impératif !

​- L'équipement complet en vannes à brides induit des déperditions qui s'élèvent à 2600 W contre 2000 W lorsque des vannes taraudées sont utilisées pour les diamètres inférieurs. Des vannes taraudées sont à utiliser lorsque cela est possible en remplacement des vannes à brides.

Ces résultats, en termes d'économie d'énergie, sont à compléter par les économies financières réalisées en termes d'investissement sur l'achat des vannes et des tuyauteries.

Note : Outre ces deux solutions, il est possible de limiter aisément les pertes thermiques du circuit hydraulique en calorifugeant les tuyauteries ainsi que les composants hydrauliques en chaufferie. Les équipements tels que les vannes et les pompes devront, le cas échéant, également faire l'objet d'un calorifugeage.

 

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