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6 - LES TUYAUTERIES DES SYSTÈMES HYDRAULIQUES
Les tuyauteries des systèmes hydrauliques et les configurations de pompage
Habituellement, bon nombre d'installations de pompage com-
portent une ou des pompe(s) à vitesse constante et à volume
constant et la ou les pompe(s) peut (peuvent) être en marche ou
arrêtée(s) en réponse à un programme de fonctionnement ou à un
signal de demande. Dans les locaux à usage tertiaire, la précision et
la souplesse des commandes est assurée en incorporant des vannes
(à deux ou trois voies) pour moduler et commander le débit en
réponse aux besoins de la charge. Ces vannes sont posées sur les
unités terminales (ventilo-convecteurs, centrales de traitement
d'air, poutres froides, etc). D'autres vannes sont ajoutées pour
l'équilibrage dans le circuit de tuyauteries.
Le débit nominal pour choisir la capacité de la pompe est en général
calculé pour répondre à la plus grande demande simultanée requise
par l'application, toutefois les variations climatiques et l'usage de
l'immeuble signifient que le débit nominal maximum ne sera requis
que pendant une très courte période de l'année et peut même se
limiter à 50% de la capacité pendant la majeure partie de l'année.
Dans l'étude énergétique du système hydraulique, l'énergie de
pompage représente environ 7% de la consommation totale du
système et comme l'énergie du pompage est directement liée au
débit, il s'ensuit que la réduction du débit permet une réduction
de la consommation énergétique. On envisage donc de plus en
plus des pompes à vitesse variable.
Les systèmes avec pompes à vitesse variable
Le manque de ressources énergétiques et les préoccupations
relatives à l'environnement ont accentué la nécessité de minimiser
la consommation énergétique, et par conséquent, les systèmes avec
pompes à vitesse variable deviennent de plus en plus populaires
et courants comme moyen de réaliser des économies. Une pompe
avec variateur (VFD) fonctionne pratiquement comme un ventila-
teur avec un VFD. Une méthode de commande couramment
employée consiste à incorporer une sonde d'écart de pression
située près de l'extrémité du circuit de tuyauteries, qui envoie un
signal au VFD de réduire la vitesse de la pompe si la pression dans
les tuyaux monte ou d'augmenter la vitesse de la pompe si la
pression chute à partir d'un point donné. La vitesse de la pompe
évolue selon une courbe du système, ce provoque la variation du
débit. Les économies d'énergie sont excellentes aux débits réduits
car la consommation d'électricité suit le cube de la vitesse.
100%
Capacité, en l/s
100%
Notes:
1.
À mesure que les valeurs de commande sont modulées, l'écart de pression
entre les tuyaux de départ et de retour augmente, ce qui envoie un signal au
VFD pour moduler la vitesse de la pompe.
2.
Le point de fonctionnement suit la courbe du système jusqu'à une nouvelle
ligne de vitesse (points A, B, C)
3.
En vertu des lois d'affinité des pompes, l'économie d'énergie est une fonction
cubique des vitesses de la pompe.
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Courbe du système
Courbe de la pompe
à vitesse constante
kW
= kW
* (r/s
/r/s
)
3
2
1
2
1
où kW = puissance
L'emploi de pompes à vitesse variable demande que l'on tienne
compte de quelques questions de conception supplémentaires pour
assurer une bonne régulation intérieure, tout en minimisant la
consommation énergétique. La variation du débit peut provoquer
une instabilité hydraulique avec un impact sur les performances des
éléments du système contenant de l'eau, ce qui se répercute sur la
régulation de la température dans l'espace occupé. La fluctuation
du débit dans le système modifie la friction et les chutes de pression
dans les tuyaux de départ et de retour, avec un certain nombre
d'effets indésirables y compris la perte de course de la vanne de
commande, et la perte de son autorité, ce qui provoque un refroi-
dissement et un chauffage excessifs des zones de température.
Il est conseillé d'utiliser des accessoires supplémentaires de
tuyauteries, comme des régulateurs de l'écart de pression (PDCV)
pour assurer que les vannes conservent leur autorité (normalement
des vannes à deux voies dans les systèmes à débit variable) et restent
dans les limites de fonctionnement auxquelles le déclencheur peut
fermer la vanne complètement et silencieusement, tout en limitant
l'écart de pression en aval, quelles que soient les fluctuations de
pression en amont. Le nombre de régulateurs de l'écart de pression
requis dépend de l'agencement de l'installation, par exemple, les
unités terminales peuvent être groupées par zone d'immeuble sans
trop de perte d'autorité en charge partielle.
Une autre solution consiste à intégrer à la conception du système
des vannes de régulation indépendamment de la pression (PICV)
parfois appelées « vannes combinées », parce qu'elles limitent le
débit et exercent une modulation et une régulation de l'écart de
pression. Elles remplacent la vanne modulatrice à deux ouvertures,
la vanne d'équilibrage automatique et le PDCV, en apportant une
régulation précise de la température, une plus longue durée de
vie et une moindre consommation énergétique.
Conception et mise en route du système
Quels que soient le choix et la conception des systèmes à volume
constant ou variable, certains critères et conseils de base s'appli-
quent à tous les systèmes pour assurer leur bon fonctionnement :
• Réglage du circuit de référence ou index, avec la pompe réglée
pour donner juste assez de pression pour maintenir le débit.
• Placer des sondes de pression dans la pompe aussi loin dans
le système que possible pour que la pompe puisse réduire sa
vitesse de manière efficace et donc économiser l'énergie, tout
en donnant assez de pression pour faire fonctionner les vannes
d'équilibrage et de régulation à toutes les charges.
• Veiller à ce que l'écart de pression de la pompe soit suffisant
pour permettre le bon écoulement des inhibiteurs, pour proté-
ger les refroidisseurs et les pompes des débits trop faibles,
garantir l'arrivée d'eau glacée/chaude, etc.
• Installer des dispositifs de mesure du débit dans les dérivations
et dérivations secondaires pour permettre une bonne mise en
route.
Les systèmes à débit variable doivent être équilibrés à la fois en
arge avec les vannes à deux ouvertures entièrement
pleine ch
ouvertes, et à la charge minimum avec les vannes à deux ouver-
tures entièrement fermées. Il est particulièrement important
qu'une installation à débit variable soit équilibrée aux charges
partielles avec étranglement des vannes de régulation, car il
fonctionnera à pleine charge seulement une toute petite partie
du temps.
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