L’une des techniques les plus simples pour connecter plusieurs émetteurs de chaleur est appelée système homerun. Cette approche utilise deux séries de petits tubes flexibles (c'est-à-dire PEX, PEX-AL-PEX, PERT) pour chaque émetteur de chaleur, l'un pour l'alimentation et l'autre pour le retour. En Amérique du Nord, la taille de tube la plus courante est de 1/2 pouce. Cependant, avec une conception appropriée et le bon type d'émetteur de chaleur, il est possible d'utiliser un tube de 3/8 de pouce – à condition que des raccords comparables soient disponibles pour les connexions du collecteur et de l'émetteur de chaleur.
La figure 1 montre la disposition « classique » d'un système de homerun.
FIGURE 1
Cette configuration utilise une seule station de collecteur – la même que celle utilisée avec les systèmes de chauffage par le sol – comme origine et terminus pour chaque circuit homerun. Chaque radiateur panneau est équipé d'une vanne équipée d'un opérateur thermostatique. Cela permet à chaque radiateur d'être contrôlé indépendamment. Chaque radiateur dispose également d'une double vanne d'isolement, qui est un assemblage de deux vannes à bille et de raccords qui se connectent à la base des radiateurs à panneaux ayant des connexions d'alimentation et de retour espacées de 50 mm (2″). En fermant les deux vannes à bille, chaque radiateur peut être isolé du reste du système si nécessaire.
« Il existe des situations où les émetteurs de chaleur sont largement dispersés dans un bâtiment. Un système homerun standard pourrait fonctionner, mais il nécessite souvent beaucoup de tubes lorsque tous les circuits commencent et se terminent à une seule station collectrice. »
Bien que cela ne soit pas obligatoire, j'aime spécifier des stations multiples avec au moins un ensemble de ports supplémentaire au-delà de ceux nécessaires à la configuration initiale du système. Ces ports supplémentaires permettent une extension simple du système de distribution à l'avenir. Les ports supplémentaires peuvent être plafonnés jusqu'à ce que cela soit nécessaire.
Un circulateur à vitesse variable et à régulation de pression réglé pour le mode ∆P constant fournit le débit. Il ajuste automatiquement la vitesse pour maintenir une pression différentielle constante lorsque les vannes du radiateur s'ouvrent, se ferment ou modulent le débit.
La tuyauterie d'alimentation et de retour de la station collectrice pourrait renvoyer à une chaudière à faible résistance au débit, à un réservoir tampon ou à un séparateur hydraulique. Toute source de chaleur capable de produire la température de l’eau nécessaire aux émetteurs de chaleur à la charge nominale peut être utilisée.
En résumé, le système de la figure 1 est une conception simple, évolutive et, de mon point de vue, « élégante ». Bien que des radiateurs à panneaux équipés de TRV soient illustrés, les systèmes homerun peuvent servir de plinthes, de radiateurs en fonte, de planchers radiants, de panneaux muraux ou de plafond, ou diverses combinaisons de ces émetteurs de chaleur.
Étalez-le
Il existe des situations dans lesquelles les émetteurs de chaleur sont largement dispersés dans un bâtiment. Un système homerun standard, comme celui illustré à la figure 2, pourrait fonctionner, mais il nécessite souvent beaucoup de tubes lorsque tous les circuits commencent et se terminent à une seule station de collecteur. Cela peut également nécessiter de nombreux trous nominaux de 3/4 po percés dans les solives de plancher pour acheminer ces tubes.
FIGURE 2
Une variante du concept de homerun est ce que j'appelle un système de « collecteur étendu ». La figure 3 montre un collecteur étendu desservant le même réseau d'émetteurs de chaleur que celui de la figure 2.
FIGURE 3
Cette approche utilise des tuyaux droits combinés à des tés réducteurs pour diviser le débit entre les émetteurs de chaleur. Le tuyau droit qui forme le collecteur étendu est généralement en cuivre, mais peut être constitué d'autres matériaux tels que le PEX ou le PP-R.
Lorsqu'elle est installée dans un sous-sol, la tuyauterie collectrice étendue peut être fixée sous la charpente du plancher ou le long d'une poutre principale. L'objectif est de minimiser le nombre de coudes nécessaires, tout en gardant la tuyauterie du collecteur à proximité de l'emplacement des émetteurs de chaleur.
Idéalement, les deux tés qui relient la tuyauterie du collecteur étendu à la source de chaleur peuvent être situés de manière à ce qu'un débit à peu près égal aille dans chaque direction. Cela réduit le débit dans chaque moitié du système de distribution, ce qui élimine souvent le besoin de réduire la taille des tuyaux. Cela rend également le système plus facile à équilibrer.
Chaque té réducteur du collecteur étendu passe à un tube PEX, PEX-AL-PEX ou PERT de 1/2″. Ce dernier court ensuite le long de la charpente du plancher et apparaît à travers le sous-plancher sous l'émetteur de chaleur.
La figure 4 montre un exemple de tube en cuivre de 3/4″ servant de collecteur étendu, ainsi que des tés réducteurs qui fournissent un point de prélèvement pour le tube PEX-AL-PEX de 1/2″ qui alimente un radiateur à panneau.
FIGURE 4
Dans ce projet, les tés à pression en cuivre de 3/4″ x 3/4″ x 1/2″ passent à une courte longueur de cuivre de 1/2″ qui est soudée à un raccord de transition pour tube PEX-AL-PEX de 1/2″. Le cuivre de 3/4″ est soutenu par des supports qui permettent l'expansion et la contraction. Le tube inférieur est décalé horizontalement de 1,5″ pour éviter toute interférence avec le tube supérieur.
Un circulateur à vitesse variable et à régulation de pression fournit tout le débit du système de distribution. Si des vannes thermostatiques de radiateur sont utilisées sur les émetteurs de chaleur, le circulateur peut fonctionner 24h/24 et 7j/7 pendant la saison de chauffage, ajustant automatiquement sa vitesse en fonction de l'état des vannes thermostatiques des radiateurs. Lorsque la vitesse d'écoulement dans la tuyauterie du collecteur étendu est faible (moins de 2 pieds par seconde), le circulateur peut être réglé pour un contrôle de pression différentielle constante. Si la vitesse d'écoulement est plus élevée ou si le collecteur étendu n'est pas connecté près de son point médian comme indiqué sur la figure 3, le circulateur doit être réglé pour proportionnel contrôle de la pression différentielle.
Un système similaire à celui illustré aux figures 3 et fournissant une charge de chauffage nominale de 35 000 Btu/h était alimenté par un petit circulateur à pression régulée à vitesse variable qui ne nécessitait que 44 watts à pleine vitesse et fonctionnait généralement entre 20 et 30 watts de puissance absorbée. En supposant que l'électricité coûte 0,20 $/kWh et que le circulateur fonctionne avec une puissance moyenne de 30 watts, il ne coûterait qu'environ 0,15 $ pour faire fonctionner le circulateur pendant 24 heures.
Lorsque des émetteurs de chaleur à faible masse thermique tels que des radiateurs à panneaux ou des plinthes à ailettes sont utilisés, ainsi qu'une source de chaleur marche/arrêt, un réservoir tampon doit être utilisé pour interfacer le système de distribution avec la source de chaleur. La taille du réservoir tampon doit permettre à la source de chaleur de fonctionner pendant au moins 10 minutes avec une charge minimale, voire inexistante, des émetteurs de chaleur.
Lorsqu'une source de chaleur modulante est utilisée, la taille du ballon tampon peut être relativement petite ; peut-être 15-25 gallons. Si la source de chaleur a une très large plage de modulation, un séparateur hydraulique pourrait être utilisé à la place d'un ballon tampon. Les ballons tampons ou le séparateur hydraulique évitent que le circulateur de la source de chaleur n'interfère avec le circulateur de distribution à vitesse variable. Le séparateur hydraulique assure également la séparation de l'air, des saletés et des particules magnétiques pour le système. Si un réservoir tampon est utilisé, je recommande d'installer un séparateur d'air à microbulles et un séparateur de boues magnétique. La figure 5 montre ces options d'interface.
FIGURE 5
Les systèmes de distribution hydronique n'ont pas besoin d'être complexes pour être intelligents. Un système homerun, ou la variante « collecteur étendu », est facile à construire, évolutif pour répondre aux exigences du projet et très efficace en termes de besoins en énergie du circulateur. Ils permettent à chaque émetteur de chaleur de servir de zone indépendante sans avoir besoin de plusieurs thermostats, du câblage basse tension associé, des batteries, des applications ou d'Internet. Parfois, la simplicité est élégante…