Comportement hydraulique des réseaux en fonction du type de production ECS

Cas des productions instantanées : l’échangeur à plaques

Dans une production de type instantané, l’ECS est produite en fonction des besoins. L’échangeur à plaques se compose de deux circuits indépendants :

• le réseau primaire alimente l’échangeur à un débit constant. L’eau contenue dans ce circuit est chauffée à une température de l’ordre de 85 °C en général ;
• le réseau secondaire constitué du réseau d’ECS. Le débit d’eau froide correspondant à la consommation d’eau chaude est élevé de 10 °C à 60 °C. Le retour d’eau est chauffé à 60 °C.



Une vanne trois voies, sur le primaire, est pilotée par la sonde de température située sur le départ ECS. Elle permet d’ajuster la puissance correspondant au besoin d’ECS. Le réseau primaire échangeur est de type débit constant et température variable (figure 17).



Il est à noter que la figure 17 représente de manière schématique le réseau aller et le réseau retour. L’ensemble des boucles n’est pas représenté.

Lorsque la production ECS est de type instantané, le débit du secondaire (ECS) passant dans l’échangeur à plaques est variable : de 100 % du débit de puisage (dans le cas où tous les points de puisage possibles sont utilisés) à quelques pour-cent du débit de puisage (correspondant au débit nécessaire au recyclage, dans le cas où il n’y a pas de consommation ECS).

Par conséquent, les pertes de charge engendrées par l’échangeur sur le circuit de l’ECS varient également : de 0,5 mCE à 6 mCE en fonction des modèles.

Dans le cas où cette perte de charge est supérieure à la HMT de la pompe, le débit de bouclage devient nul. Pour limiter ce phénomène on augmentera la HMT de la pompe de 2 mCE, par exemple, ce qui représente environ le profil à 30 % du débit de puisage.

Surdimensionner la pompe de bouclage, c’est prendre le risque d’augmenter les débits pendant les périodes d’absence de puisage car la perte de charge dans l’échangeur diminuera de 2 mCE (figure 18).



Calcul du surdébit la nuit :



Des sinistres sont constatés lorsque la vitesse dans les collecteurs en cuivre situés dans l’environnement de la pompe est supérieure à 1,20 m/s, le risque est l’érosion cavitation et le percement des canalisations.

Le schéma de la figure 19 permet de s’affranchir de la perte de charge de l’échangeur à plaques.

Une pompe supplémentaire assure un débit permanent pour éviter l’entartrage des plaques. Par ailleurs, elle sert aussi à assurer le débit nécessaire à la bouteille de mélange pour le maintien en température des bouclages.





La figure 20 présente un exemple de réhabilitation d’installation ECS. Cette configuration réalise une séparation hydraulique des bouclages de chaque secteur ou bâtiment desservi par la production ECS, par la mise en place de réchauffeurs de boucle.

Les avantages de cette distribution sont multiples, notamment :

• séparer le réseau pour diminuer la perte de charge du réseau et éviter le remplacement des canalisations ;
• séparer les différents types d’eau dédiés aux usages laboratoire, hospitalisation ou autres pour éliminer les mélanges d’eaux ;
• réaliser un traitement chimique global ou par bâtiment/secteur ;
• distribuer de l’ECS à des régimes de pression différents, par la mise en place de détendeur ou de surpresseur ;
• simplifier l’équilibrage de l’installation.

Cas des productions semi-instantanées par échangeur à plaques et ballon tampon sur le secondaire

Les productions d’eau chaude semi-instantanées avec capacité sur le secondaire sont composées :

• du réseau primaire qui alimente l’échangeur à un débit constant. L’eau contenue dans ce circuit est chauffée à une température de l’ordre de 85 °C en général ;
• du réseau secondaire constitué du réseau d’ECS. Par rapport à la production de type instantané, un ballon de stockage est ajouté. Il existe alors deux circuits :
  • un premier circuit composé de l’échangeur à plaques et du ballon. La circulation est assurée par l’intermédiaire d’une pompe appelée « pompe de charge de l’échangeur »,
  • un second circuit constitué par le ballon et les points de puisage. La circulation est assurée par la pompe de recyclage.

Pour comprendre le fonctionnement de cette installation, il faut tenir compte de deux configurations : en période de soutirage de pointe et hors des périodes de soutirage.

Hors période de soutirage : le seul débit circulant est celui du recyclage. La pompe de charge envoie l’eau du recyclage et l’eau du ballon au travers de l’échangeur à plaques. Celle-ci retourne pour une partie dans le ballon et pour une autre dans les boucles du réseau d’ECS (débit majoritaire) [figure 21].





Lors des périodes de pointe, l’eau chaude soutirée provient à la fois du ballon et de l’échangeur à plaques. L’alimentation en eau froide réalisée dans le circuit, qui vient en compensation de l’eau chaude consommée, traverse pour une part l’échangeur à plaques et pour une autre part le ballon (figure 22).

L’eau du recyclage, dans cette situation, va intégralement dans le ballon. Pendant cette période, le ballon se décharge de son eau chaude, l’eau se réchauffera de nouveau dans celui-ci quand le soutirage sera terminé.

Ces deux schémas montrent qu’il existe des possibilités d’inversion du sens de circulation de l’eau dans les canalisations reliées au ballon. Ce sens de circulation est fonction du débit de soutirage.

À l’heure actuelle, des dysfonctionnements existent avec ces circuits. En effet, la prise en compte notamment des déperditions thermiques et des plages de réglabilité des organes d’équilibrage implique des débits de recyclage plus importants qu’auparavant. Il en résulte que le débit de recyclage peut devenir très supérieur au débit de la pompe de charge. Le débit d’eau traversant l’échangeur à plaques est alors minoritaire par rapport au débit traversant le ballon, respectivement 4 m3/h contre 12 m³/h dans notre exemple. Le ballon ne profite plus de la période hors puisage pour se recharger en eau chaude. Il en résulte que la température de départ ECS (échangeur + ballon) en période de pointe ne respecte plus la température de consigne et certaines boucles sont à une température inférieure à 50 °C (figure 23).



Des surdébits peuvent être observés au niveau de la production, c’est-à-dire entre l’échangeur et le ballon.

L’augmentation du débit de la pompe de charge n’est pas forcément une solution. Effectivement, il faut encore une fois tenir compte des pertes de charge qui augmentent avec le débit, le point de fonctionnement de la pompe peut ne pas permettre d’obtenir le débit voulu.

Une solution envisageable est de modifier le point de régulation de la température et de la baser sur une prise de mesure dans le ballon (figure 24). Un thermostat de sécurité doit aussi être mis en place en sortie du ballon afin de fixer une valeur limite de distribution pour éviter toute température excessive.



Lors des puisages, l’eau qui alimente les robinets provient de l’échangeur et du ballon. Hors puisage, le ballon se rechargera en eau chaude.

Dans les constructions neuves, il est nécessaire de :

• privilégier le stockage sur le primaire avec une bouteille de mélange sur le secondaire ;
• prendre en compte le dimensionnement de ce type de production mais aussi les besoins en ECS, la configuration du réseau et notamment le débit de bouclage.

Cas des productions avec plusieurs pompes de recyclage

La mise en place de plusieurs pompes de recyclage dans un circuit à forte variation de perte de charge autorise le conflit entre les pompes et donc des perturbations hydrauliques sur l’ensemble du réseau d’ECS. La pompe ayant la plus petite hauteur manométrique totale verra son débit diminuer en priorité aux dépens des autres circuits en fonction de l’évolution de la perte de charge de l’échangeur à plaques (figure 25).



Dans le schéma ci-dessous, le débit des retours diminue proportionnellement dans chaque circuit en fonction de la perte de charge de l’échangeur à plaques (débit de puisage) [figure 26].