Introduction
Dans nos précédents articles au sujet du chauffage au bois avec hydro accumulation, nous avions évoqué un principe : le découplage hydraulique. De nombreuses mal compréhensions à ce sujet induisent des conceptions partiellement défectueuses ou « fonctionnant sur des malentendus », presque systématiquement dans le domaine du chauffage au bois.
Définition
Le découplage hydraulique est un principe qui décrit l’indépendance, à minima en termes de dynamique des fluides, entre deux circuits. Nous précisons l’aspect dynamique, car une installation possédant un découplage peut tout à fait être à pression statique commune.
Appliquée au contexte du chauffage hydrothermique, nous pouvons reformuler cette notion ainsi : le découplage hydraulique, c’est lorsque les variations de pression et/ou de débit induits par les pompes au primaire n’ont strictement aucune influence sur les pressions et débits du ou des circuit(s) secondaire(s) et vice-versa. D’une façon plus générale, c’est lorsque plusieurs circuits hydrauliques dans une installation communes ne se perturbent pas mutuellement.
Technologies
Il existe à minima deux concepts technologiques permettant de réaliser un découplage hydraulique : l’échangeur thermique, capable de séparer totalement ou partiellement les circuits, et la bouteille casse-pression différentielle (aussi appelée bouteille de découplage ou bouteille de mélange selon son mode d’utilisation). Cette dernière ne peut que fonctionner en pression statique commune, donc ne découple que partiellement les circuits.
Découplage partiel et total
- Le découplage partiel permet de conserver une pression statique commune aux différents circuits d’une installation de chauffage. Les équipements associés, comme les vases d’expansion et les soupapes de sécurité, peuvent ainsi être mutualisés, réduisant les coûts. Le découplage partiel peut être réalisé au moyen d’un échangeur thermique ou d’une bouteille casse-pression différentielle. Moins coûteuse et peu sensible aux saletés, cette dernière permet également la décantation et favorise le dégazage grâce à un purgeur placé à son sommet.
- Le découplage total nécessite, quant à lui, un échangeur thermique. Plus coûteux et potentiellement plus sensible à l’encrassement, celui-ci permet de séparer complètement les fluides des deux circuits, sans mélange. Cette séparation est indispensable, par exemple, lorsque des circuits glycolés (contenant de l’antigel) doivent être réservés aux panneaux solaires. Il existe différents types d’échangeurs. En chaufferie domestique, l’échangeur à plaques est le plus courant, sans compter les serpentins intégrés aux ballons de stockage. Ces derniers servent notamment à séparer l’eau chaude sanitaire du fluide caloporteur des panneaux solaires.
Les ballons tampon : des grandes bouteilles de découplage
Dans les chaufferies bois, les ballons tampons munis de plusieurs piquages (raccordements d’entrée et de sortie situés à différentes hauteurs) peuvent assurer un découplage hydraulique. Ils sont assimilables à de grandes bouteilles de découplage, auxquelles s’ajoute une capacité de stockage thermique à long terme, grâce à leur volume bien supérieur.
Attention toutefois : une erreur de raccordement fréquente peut priver l’installation des avantages du découplage hydraulique.
Ballons tampon : montage déconseillé
Ce montage fonctionne souvent en pratique, car les caractéristiques des pompes, les résistances hydrauliques des circuits et les plages de fonctionnement des vannes s’accordent suffisamment. La résistance hydraulique, caractéristique intrinsèque d’un circuit pour un régime donné, détermine avec le débit la perte de charge qui en résulte. Les différences de pression qui en découlent influencent la répartition des débits entre les voies des vannes multivoies. L’autorité d’une vanne caractérise l’influence de sa perte de charge sur celle du circuit régulé. Cet équilibre reste fragile : une variation des conditions de fonctionnement peut compromettre la répartition hydraulique attendue, notamment lors des phases transitoires (démarrage à froid, vannes de régulation en butée) ou lorsque le circuit secondaire est presque entièrement fermé par exemple.
Ballons tampon : montage recommandé
Avec ce montage, les circuits primaire et secondaire sont hydrauliquement indépendants, sans ambiguïté. Le raccordement du départ des émetteurs au sommet du ballon, où peut idéalement se trouver un purgeur d’air, n’est pas anodin : il présente deux avantages majeurs. D’une part, il permet d’exploiter l’intégralité du volume du ballon. D’autre part, il rend immédiatement disponible l’eau la plus chaude. Il ne subsiste ainsi aucun « volume mort » dans le ballon. On entend parfois que ce montage allonge le délai de disponibilité de l’eau chaude au démarrage de l’installation. Tout est relatif : la stratification thermique, phénomène naturel lié à la moindre densité de l’eau chaude, est rapide. Quelques dizaines de secondes suffisent pour que l’eau chaude provenant de la chaudière, introduite par le piquage latéral supérieur, atteigne le sommet du ballon.
Résister aux effets quantitatifs plutôt que devoir les gérer
Certains trouveront nos propos quelque peu excessifs. Ils s’inscrivent pourtant dans une philosophie simple : résister aux effets quantitatifs plutôt que devoir les compenser. Ainsi, si le débit primaire est très élevé, par exemple parce que la chaudière est surdimensionnée — ce qui peut arriver lorsqu’on récupère une chaudière d’occasion à prix intéressant, mais trop puissante pour l’habitation —, cela ne doit pas perturber le circuit secondaire. Un découplage hydraulique correctement conçu permet de s’affranchir de cette contrainte. Sans découplage, ce n’est plus possible. Dans de nombreuses installations, des vannes dites d’équilibrage servent notamment à égaliser les débits entre différents circuits. Elles peuvent ainsi compenser, en partie, l’absence de découplage. Mais cette solution consiste à restreindre certains débits pour ne pas perturber les autres circuits. À nos yeux, devoir procéder ainsi révèle une faiblesse de conception de l’installation. Cela ne signifie pas que nous rejetons l’usage de ces vannes. Dans certaines situations, elles sont utiles, notamment pour limiter les phénomènes de « pompage » lors du chargement d’une bouteille de découplage hydraulique. Dans ce cas, agir sur les débits peut effectivement être pertinent.
Conclusion
Le découplage hydraulique ne devrait pas être considéré comme une subtilité de conception, mais comme un principe fondamental pour assurer l’indépendance des circuits d’une installation de chauffage. Les ballons tampons offrent une possibilité particulièrement intéressante : ils permettent de combiner stockage thermique, découplage hydraulique, dégazage et décantation. Encore faut-il que leur raccordement permette réellement de bénéficier de ces propriétés. Une installation bien conçue ne devrait pas dépendre d’un équilibre fragile entre les débits, les pertes de charge et les caractéristiques des pompes pour fonctionner correctement. Elle devrait, au contraire, être conçue pour que les variations de fonctionnement d’un circuit ne perturbent pas les autres. C’est précisément l’intérêt du découplage hydraulique : plutôt que de chercher à maîtriser toutes les interactions entre les circuits, nous pouvons concevoir l’installation de façon à rendre ces interactions négligeables.
