Le principe jet - Solution régénérative pour les séparations de systèmes dans les circuits mixtes
Les échangeurs de chaleur sont souvent utilisés, notamment dans le cadre de la rénovation, pour séparer les anciens systèmes de chauffage par le sol ouverts à la diffusion du reste de l'installation. Cela entraîne non seulement l'utilisation de pompes supplémentaires, mais aussi, en règle générale, une nette augmentation des températures de retour. Dans les installations solaires et à condensation, les taux de couverture et les taux d'utilisation s'en trouvent considérablement réduits. Une nouvelle approche technique promet de remédier à cette situation.
Alimentation sans pompe dans la séparation de système rJET DN25 3×4.
Norme de réglementation pour les stations de transfert de chaleur à distance
Des échangeurs de chaleur (EC) sont souvent utilisés dans les stations de transfert des réseaux de chauffage urbain. La solution la meilleure et la plus simple pour réguler la température de départ côté secondaire TVsek est ici la commande de l'apport de chaleur via le débit côté primaire Qprim' qui correspond toujours à la température de retour la plus basse possible du côté primaire TRprim et donc au débit le plus faible possible du côté primaire. Dans les réseaux à pression amont différentielle, il suffit d'une vanne de régulation motorisée (ReV), dont la commande est assurée par une régulation trois points (ouverture-arrêt-fermeture) disponible dans le commerce. Le débit maximal est généralement limité par une vanne d'étranglement (DrV) régulée par pression différentielle, fig. 1. Même lors du raccordement de circuits de chauffage par le sol non étanches à la diffusion à des générateurs de chaleur modernes
(chaudières à condensation), les fabricants exigent souvent des séparations de systèmes. S'il s'agit d'une installation à deux circuits, ce circuit basse température doit également être commandé comme deuxième circuit de chauffage par une régulation à trois points. Ici aussi, la vanne de régulation (ReV) représente la solution la plus simple et la meilleure en termes de
à la température de retour la plus basse côté primaire TRprim et le plus petit débit Qprim Fig. 2.
L'utilisation du retour augmente le rendement de la condensation
Fig. 1 : Commande de débit d'une station de transfert de chaleur avec vanne de régulation côté primaire.
Avec les vannes mélangeuses multi-voies rendeMIX 2×4 pour installations à deux circuits, le procédé d'utilisation du retour a été introduit pour la première fois sur le marché. Un mélangeur multivoies avec ses trois entrées pour l'alimentation du circuit basse température utilise d'abord le retour du circuit haute température via E 2, avant d'accéder au départ chaud de la chaudière via E 1. Cela entraîne une connexion en série des deux circuits de chauffage avec pour conséquence une baisse des températures de retour et des débits dans le générateur de chaleur. Cette vanne mélangeuse multivoies peut également être commandée par un servomoteur via une régulation trois points. Grâce à une section d'équilibrage présente dans le module et agissant comme un aiguillage interne, les deux circuits de chauffage sont découplés hydrauliquement : si le circuit haute température contient plus d'eau que le mélangeur multivoies n'en prélève dans le circuit de mélange via son entrée E 2, l'excédent s'écoule vers le retour de la chaudière (sens d'écoulement b) ; dans le cas inverse, le déficit est retiré du circuit basse température (sens d'écoulement a). Il n'est pas nécessaire d'utiliser un autre aiguillage. Rien que pour cette raison, une autre pompe de circuit de chauffage dans le circuit haute température n'est pas nécessaire pour les chaudières avec pompes intégrées (voir FACH.JOURNAL 2005/06 : Le montage en série de circuits de chauffage mixtes augmente les rendements, p. 112 ; article également disponible sous : www.ihks-fachjournal.de/artikel/2005-2006/reihenschaltung-heizkreise). Grâce aux températures de retour plus basses
le DeltaT augmente jusqu'à 50 % et le rendement de la condensation jusqu'à 10 %, le débit volumétrique diminue jusqu'à 33 %. Il n'était pas satisfaisant qu'aucune solution n'ait pu être proposée dans un premier temps pour une séparation du système dans le circuit basse température, sans pompe de mélange côté primaire.
pour les deux circuits de chauffage, fig. 3.
Utilisation du retour sans pompe de la séparation du système
Fig. 2 : Chauffe-eau avec installation à deux circuits et séparation du système dans le circuit basse température avec un système de chauffage côté primaire. Vanne de régulation.
Cet inconvénient a pu être résolu avec l'introduction du rendeMIX 2×4 jet
a dû être surmontée. Il s'agissait d'alimenter la séparation de système du circuit de mélange sans pompe côté primaire. Si l'on fait abstraction de la pompe, l'ouverture de l'entrée E1 ne poserait certainement pas de problème, car dans ce cas, la séparation de système est montée en parallèle avec les surfaces de chauffe du circuit haute température. Cependant, pour obtenir le passage du fluide à partir du retour du circuit haute température, il faut établir une pression différentielle entre T2 et T4, qui doit répondre à trois critères :
- Il doit être le plus constant possible et indépendant du débit du circuit haute température afin de garantir le découplage hydraulique des deux circuits de chauffage.
- Elle ne doit pas être trop importante afin de ne pas limiter le rendement ni la priorité des vannes thermostatiques du circuit haute température, tout en respectant la hauteur de refoulement résiduelle de la chaudière.
- Elle doit être suffisamment grande pour permettre le passage du débit maximal du circuit haute température à travers la séparation du système lorsque l'entrée E 2 est ouverte au maximum.
Fig. 3 : Chauffe-eau avec installation à deux circuits, collecteur de mélange 2×4 - utilisation du retour et séparation du système dans le circuit basse température - trois pompes sont nécessaires au total.
Fig. 4 : Chauffe-eau avec installation à deux circuits, collecteur mélangeur 2×4-jet - utilisation du retour et séparation du système dans le circuit basse température.
Légende
Une cartouche à pression différentielle a été développée à cet effet. Elle s'ouvre à partir d'environ 50 mbars et est entièrement ouverte à environ 70 mbars et un débit de 1,5 m³/h. Ce dernier correspond environ à un circuit de radiateurs de 35 kW. En même temps, une perte de pression moyenne de 60 mbars, même avec une hauteur de refoulement résiduelle de seulement 200 mbars (=2 mWS), signifie que pour le transport
et la priorité aux vannes, 140 mbars sont encore disponibles. Cela s'est avéré suffisant. Enfin, ce couple de valeurs (70 mbar ; 1,5 m³/h) correspond à une valeur Kvs de 5,5 et donc à un échangeur de chaleur du commerce avec 30 plaques de 200×75 mm². L'échangeur de chaleur à plaques doit de toute façon être un peu plus grand que ne le montre le circuit de l'illustration 2, car le transfert de chaleur doit être effectué de préférence à partir de la température de retour plus basse du circuit haute température. Cet investissement est toutefois rapidement amorti grâce au rendement plus élevé et à l'économie d'énergie auxiliaire, d'autant plus qu'il est déjà financé par la pompe économisée. Un autre problème devait être résolu : Si, en mode de fonctionnement I, le mélangeur multivoies ouvrait les entrées E2 et E3, la pression différentielle s'effondrerait parce qu'un bypass sans pression serait ouvert via T2, E2, E3, T3 et T4. Il en résulterait un découplage hydraulique insuffisant et une mauvaise caractéristique de régulation.
Le rJET : vanne de mélange et de régulation dans un seul boîtier
La solution consiste à fermer le trou de glissement E3. Ainsi, les entrées E1 et E2 continuent d'agir comme une vanne de mélange en mode de fonctionnement III. En mode de fonctionnement I, l'entrée E2 agit toutefois comme une vanne de régulation vers la sortie A. Il est donc possible de maintenir à la fois le découplage hydraulique par des pertes de charge constantes de la cartouche à pression différentielle dans le circuit à haute température et de réaliser une commande de débit optimale de la séparation du système par une vanne de régulation côté primaire selon la figure 1 et la figure 2. Cela permet non seulement d'économiser une pompe de circulation, mais aussi d'atteindre la température de retour la plus basse possible vers le générateur de chaleur, fig. 4.
La décharge en deux zones et l'utilisation du retour sur le réservoir tampon augmentent les rendements solaires et le confort de l'eau chaude sanitaire
Fig. 5 : Chauffe-eau avec installation à deux circuits et combinaison de la décharge à deux zones avec utilisation du retour.
En raison de l'importance croissante de l'énergie solaire thermique, les solutions efficaces pour les réservoirs tampons sont devenues de plus en plus importantes. Lors de la décharge dite à deux zones d'un ballon tampon, le mélangeur multivoies accède d'abord à l'eau chaude du raccordement central avant de prélever de l'eau chaude du raccordement supérieur. Cela permet non seulement d'obtenir une zone chaude plus stable avec un plus grand confort d'eau chaude ; la partie inférieure du tampon bénéficie également d'un retour d'eau froide plus important et peut ainsi absorber davantage de chaleur solaire. Dans le cadre d'un essai en laboratoire, il a été démontré qu'il était ainsi possible d'augmenter l'efficacité des ballons tampon de plus de 30 % avec un seul circuit de chauffage (voir IHKS FACH.JOURNAL 2005/06 : Le montage en série de circuits de chauffage mélangés augmente les rendements, p.115 et IHKS FACH.JOURNAL 2006/07 : Augmentation de l'efficacité grâce à des mélangeurs à voies multiples, p. 104. Article également disponible sous : www.ihks-fachjournal.de/artikel/2006-2007/mehrwege-mischer). Un rendeMIX 3×4 combine maintenant ce principe avec le procédé d'utilisation du retour. Les deux états de fonctionnement décrits ci-dessus de l'aiguillage interne du distributeur de mélange 2×4 - excédent d'eau (sens d'écoulement b) et manque d'eau (sens d'écoulement a) - sont optimisés par le fait que le tampon avec ses trois raccords devient lui-même un aiguillage hydraulique : Soit un excédent d'eau plus froide (sens d'écoulement b), soit davantage d'eau froide (sens d'écoulement a) parvient dans la partie inférieure du tampon. Dans la pratique de la rénovation, il n'est pas rare que l'on nous rapporte des économies allant jusqu'à 50 % grâce au chauffage d'appoint solaire. Quoi de plus naturel donc que d'utiliser le
jet de l'utilisation du retour sans pompe avant la séparation du système à la combinaison avec la décharge à deux zones et de créer ainsi une solution optimale pour le marché de la rénovation solaire : Confort et efficacité sans dépenses supplémentaires en énergie auxiliaire et en installation lors de l'utilisation d'une séparation de système dans le circuit de plancher !
Utilisation optimale de l'énergie solaire en cas de séparation du système dans le circuit basse température
Le principe du 2×4-jet, qui consiste à utiliser d'une part une soupape de décharge à pression différentielle ÜV60 dans la section de compensation et d'autre part un mélangeur de régulation, peut être appliqué au rendeMIX 3×4. La troisième liaison avec le raccordement du tampon central constitue cette section d'équilibrage. La pompe de la chaudière fait circuler l'eau de chauffage dans les radiateurs. Le retour des radiateurs génère ainsi une pression différentielle presque indépendante de son débit, ce qui permet à une partie du débit volumétrique de passer par le côté primaire de la séparation de système lorsque l'entrée E2 est ouverte. Si, en aval de la séparation de système, la température de départ dans le circuit de mélange n'est pas suffisante, l'ouverture de l'entrée E1 permet d'ajouter du départ de radiateur chaud ; mais si la température est trop élevée, la fermeture de l'entrée E2 permet de réduire le débit côté primaire à travers la séparation de système.
Le résultat est, outre l'économie de la pompe de circulation
faible température de retour dans la zone froide inférieure du tampon
et donc un rendement solaire élevé ainsi qu'une longue durée de vie de l'eau chaude
dans la zone chaude supérieure du tampon, fig. 5.
Auteur
Hans-Georg Baunach, ingénieur diplômé, directeur général
HG Baunach, Hückhelhoven
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