Circuit de chauffage : version sans chauffage solaire.

Introduction

Dans le domaine du chauffage, en discutant avec de nombreux futurs ou actuels propriétaires de maison, nous constatons beaucoup d’utilisateurisme. Nous vous proposons donc, bien évidemment, un circuit de chauffage hydraulique un peu différent de ce que l’on peut trouver « normalement ».

Cette conception peu fréquente présente plusieurs avantages :

  • Celui de la vanne 4 voies en ce qui concerne la régulation de la température de départ, c’est à dire que cette dernière est mitigeable et contrôlable par un asservissement.

Les vannes quatre voies conventionnelles ont pour inconvénient de mitiger aussi le retour. C’est néanmoins parfois un avantage car elles peuvent faire office de vanne de recyclage afin d’augmenter la température du retour sur la chaudière. Cependant, ces deux fonctions, avec une vanne quatre voies conventionnelle, sont corrélées. Il n’est pas certains qu’en tout temps, la température de départ désirée soit en adéquation avec la température de retour nécessaire à la préservation de la chaudière. (Rappelons que le réchauffage du retour est nécessaire pour éviter la condensation sur les foyers des chaudières bois, et, est aussi recommandable sur les chaudières fioul en fonte ou en acier. La condensation est la cause de la corrosion prématurée des foyers). De plus, si la voie mitigée envoyée au retour par une vanne quatre voies est utilisée pour le stockage de chaleur (ce qui impliquerait la présence d’un recyclage indépendant sur la chaudière), alors il n’est pas optimal car il ne se fait pas à la température maximale.

  • Celui de la vanne trois voies en ce qui concerne le retour à la température maximale. En effet, une installation à vanne trois voies conventionnelle permet un retour vers un ballon de stockage à la plus haute température, le rendant ainsi performant.

La vanne trois voies conventionnelle, avec un montage dit « en mélange » régule le chauffage en changeant le débit qui est attribué à la chaudière. Elle mélange le retour avec l’eau qui provient de la chaudière, et, dans ce cas, la chaudière risque de ne pas fonctionner à puissance nominale, là où son rendement serait théoriquement le plus élevé. Avec un montage dit « en décharge », en revanche, le débit est constant dans la chaudière mais en contrepartie, la température de départ vers le circuit des émetteurs n’est pas régulée et correspond à la température de sortie de la chaudière. Dans un tel cas, la température des conduits est plus élevée, ce qui peut ne pas convenir à toutes les installations comme les plancher chauffants par exemple. Le circuit d’émetteurs n’est pas alimenté en basse température à proprement parler, c’est la variation du débit à l’entrée des émetteurs qui fait office de régulation de chaleur.

En résumé, la conception proposée permet de réguler la température de départ tout en séparant l’eau froide du retour de l’eau chaude excédentaire qui est alors dédiée au stockage, nous avons donc les avantages des deux montages « décharge » et « mélange » :

  • le débit dans les émetteurs est sensiblement constant
  • la température de départ vers les émetteurs est régulée (mitigée)
  • le débit dans la chaudière est constant (rendement maxi)
  • la température de stockage est quasiment toujours la plus haute disponible (sauf lors de la production d’E.C.S. , aux effets négligeables).
  • l’utilisation de la chaleur est plus rationnelle : l’excédent au départ est stocké, l’excédent au retour est, tant que possible, réutilisé.

En outre, cette conception permet aussi de soumettre les pompes de circulation (appelées parfois accélérateurs ou circulateurs) à des températures plus basses, augmentant ainsi la durée de vie de leur moteur. Les pompes refoulent l’eau froide au lieu d’aspirer l’eau chaude. Cependant, en contrepartie, elle possède au moins trois inconvénients :

  • En cas de demande de stockage total (sans alimentation du circuit des radiateurs) ou de demande d’utilisation directe (sans circulation dans le stockage), on obtient deux circuits hydrauliques ne communicant plus entre eux, à l’exception des fuites qui existent souvent dans les vannes trois voies. Cela peut créer des différences de pression, qui ne sont pas critiques mais qui imposeraient, selon la qualité et le type des vannes trois voies, l’utilisation de deux vases d’expansion distincts.
  • Le retour des chaudières nécessitant un recyclage ne peut se faire que via l’utilisation d’un échangeur, compte tenu du fait que les circulateurs poussent l’eau de retour dans la chaudière. Mais d’une certaine manière, l’échangeur permet d’éviter la présence d’un circulateur supplémentaire si l’on considère que le principe premier de cette installation (double vanne trois voies) en nécessite obligatoirement deux.
  • La conception gère intégralement les pressions dans le circuit, il ne peut donc, tel que dessiné ici, gérer qu’une seule gamme de température pour un seul circuit. On pourrait néanmoins palier ce problème via l’utilisation d’une bouteille de découplage hydraulique (bouteille casse pression ou bouteille de mélange), mais dans ce cas il faudra ajouter des circulateurs et des vannes régulées pour chaque circuit : la régulation fine du circuit primaire perd son intérêt.

Remarques complémentaires :

  • Ce système est prévu pour être équipé d’une partie commande (microcontrôleur, automate industriel ou PC selon vos préférences) qui gère l’état des vannes motorisées selon des grandeurs de températures captées à différents endroits : par exemple, lorsque la chaudière à bois est à court de combustible, la température de cette dernière chute, et la partie commande peut décider automatiquement de passer sur l’exploitation de la réserve, puis sur la chaudière auxiliaire.
  • Cette installation ne permet pas d’utiliser la chaleur stockée dans le ballon tampon dédiée au chauffage pour produire l’eau chaude sanitaire.
  • Cette installation permet d’utiliser des réservoirs de chaleurs pouvant être des ballons d’eau chaude sanitaire récupérés, dépourvus des accessoires liés à l’utilisation du phénomène de stratification.
  • La production d’eau chaude sanitaire réalisée par la chaudière auxiliaire dédiée est possible parallèlement à l’exploitation en chauffage de la chaleur stockée, sans interférences.
  • Lorsque la chaudière bois est en fonctionnement, la production d’eau chaude sanitaire perturbe la température de départ chaud, mais cette perturbation est compensée par la régulation de la vanne cinq voies repérée 6.
  • Deux circulateurs couvrent les fonctions principales de stockage, alimentation du circuit des émetteurs (radiateurs, planchers chauffants, etc.) et de production d’eau chaude sanitaire quelque soit le mode de fonctionnement.
  • Au vu du coût de l’énergie bois, on peut décider, pour plus de confort, de maintenir le ballon d’eau chaude sanitaire à sa température de consigne à toute heure tant que la chaudière bois est en fonctionnement. Ce serait moins pertinent et plus économique/écologique de gérer la production d’E.C.S. par plages horaires si l’on fait usage d’une autre énergie, plus coûteuse (fioul, gaz, électricité, etc.).

Avertissements

Le schéma proposé ci-dessous ne mentionne pas les accessoires de sécurité indispensables dans une installation de chauffage hydraulique telles que les soupapes de sécurité thermiques, vannes de remplissage et autres accessoires tels que les pots à boues. Il conviendra donc de le compléter par les éléments de sécurité « normaux » que « l’on retrouve habituellement » dans les circuits de chauffage hydrauliques.

Schéma

Table de fonctionnement

Conclusion

Une fois de plus, il ne faut pas hésiter à inventer soi même, surtout lorsqu’il s’agit de systèmes, comme ce circuit de chauffage, faisant appel à des principes d’hydraulique très simples. Proposer une structure ou un schéma d’un système, sauf erreurs, revient en réalité à proposer le cahier des charges auquel il répond. Dans ce cas, ce cahier des charges est plus ou moins décrit dans l’introduction. Nous tenons enfin à remercier Nicolas, qui se reconnaîtra, pour sa critique constructive qui a permis d’améliorer cet article.