Rétrospective – Des boucles complexes aux en-têtes propres : simplifier pour plus de fiabilité

Il y a environ 25 ans, j'ai commencé à utiliser une technique de conception qui envoie de l'eau à haute température vers un collecteur distant desservant des circuits de chauffage par le sol à basse température. À son arrivée au collecteur, cette eau à haute température est mélangée à l'eau revenant des circuits de chauffage par le sol pour créer une température d'eau d'alimentation adaptée aux circuits intégrés. Le débit d'eau chaude vers la station collectrice était régulé par une pompe « d'injection » à vitesse variable. Le concept est illustré à la figure 1.

FIGURE 1

L'avantage de cette approche était une réduction significative de la taille des tuyaux nécessaires pour transporter la chaleur jusqu'à la station collectrice. Ceci est possible en raison de la différence de température élevée entre l'eau chaude allant à la station collectrice (disons 180 ºF) et l'eau revenant de la station collectrice (disons 90 ºF). Étant donné que ce ∆T est environ 4 fois supérieur au ∆T typique des circuits de chauffage par le sol (15 ºF), le débit nécessaire pour un taux de transport de chaleur donné n'est qu'environ 1/4 de ce qui serait requis avec un ∆T de 15 ºF. Ce débit inférieur permet aux tubes PEX-AL-PEX de 3/4″ de remplacer le cuivre de 1,5″. Dans les grands bâtiments où les stations de collecteurs peuvent être situées à plus de 100 pieds de la salle mécanique, les économies sur le coût de la tuyauterie de distribution peuvent s'élever à des milliers de dollars.

J'ai appelé cette approche un système « minitube ».

Minitube multizone

La technique du minitube peut être utilisée sur des systèmes comportant plusieurs stations collecteurs. Cela nécessite que la même température d’eau chaude soit disponible pour chaque collecteur. Cela nécessite également une séparation hydraulique des multiples circulateurs d'injection à vitesse variable.

Mon approche initiale de ces exigences a été fortement influencée par la popularité de la tuyauterie primaire/secondaire à l'époque. J'ai utilisé un parallèle boucle primaire, comme le montre la figure 2.

FIGURE 2

La boucle primaire parallèle fournit la même température d’eau à chaque ensemble de tés rapprochés. Cependant, cela implique pas mal de tuyauterie et de raccords, ainsi qu'une vanne d'équilibrage sur chaque crossover.

Le concept illustré à la figure 2 a été utilisé pour un système de chauffage par le sol dans un garage routier. Les travaux d'installation ont été attribués au moins-disant. Le système a fonctionné, mais le « savoir-faire » appliqué lors de l’installation était, disons simplement, marginal. Cela est devenu plus évident avec le temps. Plusieurs joints ont finalement révélé qu’ils n’étaient pas correctement scellés. La solution antigel qui suintait lentement a créé une vilaine patine sur plusieurs parties du tube en cuivre (voir figure 3).

FIGURE 3

Bien que le système continue de fonctionner et que le bâtiment soit correctement chauffé, le client a finalement décidé de remplacer des parties de la tuyauterie fortement corrodée. C'est là que la séparation hydraulique – un concept que je commençais tout juste à apprécier – a été utilisée pour simplifier le remplacement des canalisations.

La boucle primaire parallèle vue sur les figures 2 et 3 a été remplacée par un simple collecteur « court/gros » comme le montre la figure 4.

FIGURE 4

Pour réaliser la séparation hydraulique, la tuyauterie « commune » avec tous les circuits doit avoir une perte de charge minimale. Pour les trois circulateurs d'injection à vitesse variable de la figure 4, cette tuyauterie commune est une longueur minimale de tuyauterie plus grande (par exemple, les collecteurs « courts/gros »). Dans ce système, qui a une capacité de 400 000 Btu/h, ces collecteurs « courts/gros » sont en cuivre de 2 po, et les circuits de minitubes sont en cuivre de 3/4 po passant au PEX-AL-PEX de 3/4 po pour la majeure partie du débit vers les stations de collecteur. Le circulateur de la chaudière est séparé des circulateurs d'injection par les tés rapprochés entre les collecteurs d'alimentation et de retour desservant le minitube. circuits.

Le système a fonctionné, mais le « savoir-faire » appliqué lors de l’installation était, disons simplement, marginal. Cela est devenu plus évident avec le temps.

Chaque circulateur d'injection est contrôlé indépendamment en fonction de la demande de sa zone associée. Chaque contrôleur d'injection nécessite un capteur de température d'entrée de chaudière pour garantir que la chaudière ne fonctionne pas dans des conditions susceptibles de provoquer une condensation prolongée des gaz de combustion.

La figure 5 montre la tuyauterie retravaillée partiellement terminée. C'est définitivement « nettoyé » et simplifié par rapport à la tuyauterie de la figure 3. La révision a supprimé la boucle primaire parallèle mais a laissé autant de tuyauterie d'origine que possible en place.

FIGURE 5

Le recul est toujours de 20/20. Bien que l'approche de boucle primaire parallèle ait fonctionné, la possibilité d'améliorer une installation marginale, combinée à une meilleure compréhension des exigences en matière de séparation hydraulique, a conduit à une tuyauterie beaucoup plus simple offrant les mêmes performances. Ce fut une leçon appliquée à de nombreuses conceptions ultérieures.