6. directives pour le dimensionnement des vannes - Free
... amples informations nous renvoyons aux ouvrages scientifiques traitant du
sujet. ..... dans ce type de vanne, ce qui en fait un organe exceptionnellement
fiable. .... la formule empirique diamètre nominal de la vanne = un diamètre
nominal ...
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484110202" 3.3.3. Le circuit à étranglement: PAGEREF _Toc484110202 \h 7
HYPERLINK \l "_Toc484110203" 3.3.4. Le circuit à mélange PAGEREF _Toc484110203 \h 8
HYPERLINK \l "_Toc484110204" 3.3.5. Le raccordement à déviation PAGEREF _Toc484110204 \h 9
HYPERLINK \l "_Toc484110205" 3.3.6. Raccordement à injection PAGEREF _Toc484110205 \h 10
HYPERLINK \l "_Toc484110206" 3.3.7. Les risques de thermosiphon PAGEREF _Toc484110206 \h 11
HYPERLINK \l "_Toc484110207" 4. les caractéristiques des organes de réglage hydrauliques PAGEREF _Toc484110207 \h 12
HYPERLINK \l "_Toc484110208" 4.1. types PAGEREF _Toc484110208 \h 12
HYPERLINK \l "_Toc484110209" 4.2. les caractéristiques des vannes PAGEREF _Toc484110209 \h 13
HYPERLINK \l "_Toc484110210" 4.3. les dispositifs d'entraînement PAGEREF _Toc484110210 \h 15
HYPERLINK \l "_Toc484110211" 4.3.1. Les servo-moteurs thermiques PAGEREF _Toc484110211 \h 15
HYPERLINK \l "_Toc484110212" 4.3.2. Les servo-moteurs électro-thermiques (de moins en moins utilisés) PAGEREF _Toc484110212 \h 15
HYPERLINK \l "_Toc484110213" 4.3.3. Les servo-moteurs pneumatiques PAGEREF _Toc484110213 \h 15
HYPERLINK \l "_Toc484110214" 4.3.4. Les servo-moteurs électriques PAGEREF _Toc484110214 \h 15
HYPERLINK \l "_Toc484110215" 5. la vanne dans son environnement PAGEREF _Toc484110215 \h 16
HYPERLINK \l "_Toc484110216" 5.1. linéarisation du milieu réglé par le dimensionnement correct des organes de réglage PAGEREF _Toc484110216 \h 16
HYPERLINK \l "_Toc484110217" 5.2. la courbe caractéristique fondamentale PAGEREF _Toc484110217 \h 17
HYPERLINK \l "_Toc484110218" 5.2.1. valeurs caractéristiques PAGEREF _Toc484110218 \h 17
HYPERLINK \l "_Toc484110219" 5.2.2. la courbe caractéristique fondamentale linéaire. PAGEREF _Toc484110219 \h 18
HYPERLINK \l "_Toc484110220" 5.2.3. la courbe fondamentale logarithmique PAGEREF _Toc484110220 \h 19
HYPERLINK \l "_Toc484110221" 5.3. la courbe caractéristique d'exploitation PAGEREF _Toc484110221 \h 19
HYPERLINK \l "_Toc484110222" 5.3.1. autorité de la vanne PAGEREF _Toc484110222 \h 19
HYPERLINK \l "_Toc484110223" 5.3.2. calcul de la courbe caractéristique d'exploitation. PAGEREF _Toc484110223 \h 21
HYPERLINK \l "_Toc484110224" 5.4. la courbe caractéristique du système PAGEREF _Toc484110224 \h 22
HYPERLINK \l "_Toc484110225" 5.4.1. coefficient a PAGEREF _Toc484110225 \h 22
HYPERLINK \l "_Toc484110226" 5.4.2. calcul de la courbe caractéristique du système PAGEREF _Toc484110226 \h 23
HYPERLINK \l "_Toc484110227" 6. directives pour le dimensionnement des vannes PAGEREF _Toc484110227 \h 23
HYPERLINK \l "_Toc484110228" 6.1. méthode 1: calcul de la courbe caractéristique du système PAGEREF _Toc484110228 \h 23
HYPERLINK \l "_Toc484110229" 6.2. méthode 2: choix uniquement favorable de Pv et a sur diagramme PAGEREF _Toc484110229 \h 23
HYPERLINK \l "_Toc484110230" 6.3. méthode 3: dimensionnement basé sur "pv100 e" "pvar100 PAGEREF _Toc484110230 \h 25
HYPERLINK \l "_Toc484110231" 6.5. Calcul des pertes PAGEREF _Toc484110231 \h 26
HYPERLINK \l "_Toc484110232" 6.6 dimensionnement de l'organe de réglage PAGEREF _Toc484110232 \h 26
HYPERLINK \l "_Toc484110233" 6.6.1. principe du calcul PAGEREF _Toc484110233 \h 27
HYPERLINK \l "_Toc484110234" 6.6.2. dimensionnement par le calcul PAGEREF _Toc484110234 \h 27
HYPERLINK \l "_Toc484110235" 6.6.3 dimensionnement avec le disque de calcul de Landis & Staefa PAGEREF _Toc484110235 \h 29
HYPERLINK \l "_Toc484110236" 7. les circuits hydrauliques dans les installations de chauffage PAGEREF _Toc484110236 \h 30
HYPERLINK \l "_Toc484110237" 7.1. installations avec un groupe de chauffage PAGEREF _Toc484110237 \h 30
HYPERLINK \l "_Toc484110238" 7.2. installations avec plusieurs groupes de chauffage PAGEREF _Toc484110238 \h 31
HYPERLINK \l "_Toc484110239" 8. les circuits hydrauliques dans les installations aérauliques PAGEREF _Toc484110239 \h 36
HYPERLINK \l "_Toc484110240" 9. l'équilibrage dans les installations hydrauliques PAGEREF _Toc484110240 \h 39
1. Introduction
La tâche du technicien en régulation consiste en premier lieu à adapter l'équipement de régulation au milieu réglé de telle sorte que la boucle de réglage travaille comme il le désire. Par le choix de l'équipement de réglage, donc des caractéristiques des régulateurs (P, PI, PID, etc.
), et des paramètres des régulateurs eux-mêmes (bande P, délai d'inertie, temps de dérivation), il peut en influencer le comportement.
Il n'a, par contre, pas de possibilité d'influence directe sur le milieu réglé proprement dit car le comportement de celui-ci dans le temps est une grandeur donnée. Étant donné que les interfaces entre l'équipement de régulation et le milieu réglé, c'est-à-dire l'organe de réglage et la sonde , font par définition partie du milieu réglé, il peut néanmoins influencer indirectement la boucle de réglage d'une manière déterminante. Il pourra par exemple choisir plus ou moins judicieusement l'emplacement de la sonde de mesure. Nous traiterons ici plus particulièrement de l'influence sur le milieu réglé du choix et du dimensionnement de l'organe de réglage. Pour la simplicité, dans la suite des développements, nous les appellerons souvent "vannes motorisées"
Les éléments d'hydraulique donnés dans le présent document ne le sont que dans la mesure où cela est absolument nécessaire pour l'explication des phénomènes rencontrés en technique de régulation. Pour de plus amples informations nous renvoyons aux ouvrages scientifiques traitant du sujet.
INCLUDEPICTURE "C:\\essai\\organne_fichiers\\organe_fichiers\\organe1.gif" \* MERGEFORMATINET
2. Généralités
2.1. Pourquoi un organe de réglage ?
Les installations de chauffage et de conditionnement d'air sont calculées pour une charge maximale. Une installation de chauffage est ainsi généralement calculée pour le régime de fonctionnement des plus rudes journées d'hiver et une installation de conditionnement d'air pour les charges thermiques extrêmes des journées chaudes, humides et ensoleillées. Le concepteur permet ainsi à l'installation de fonctionner de manière satisfaisante dans les conditions les plus dures.
Une installation de chauffage ou de conditionnement d'air fonctionne régulièrement au cours d'une année. Pendant ce temps de fonctionnement, plusieurs conditions d'exploitation fluctuent très fort:
- la température extérieure
- l'humidité extérieure
- l'intensité et la direction du rayonnement
- les charges intérieures
- les régimes d'exploitation
- etc.
On ne se trouve pratiquement jamais dans les conditions thermiques servant de base aux calculs.
Le proverbe dit qui "peut le plus peut le moins" mais
pour une installation thermique, il faudra prévoir des éléments de réglage permettant "d'étrangler", de moduler la puissance développée en fonction du besoin du moment.
Ces éléments vont du simple thermostat, aux organes de réglage les plus compliqués en passant par les vannes motorisées progressives ou les clapets d'air.
2.2 Les vannes motorisées - définition
Selon le Recknagel, les vannes motorisées sont ces éléments de la boucle de réglage qui sur ordre de commande du régulateur, modifient le flux énergétique (eau ou vapeur).
INCLUDEPICTURE "C:\\essai\\organne_fichiers\\organe_fichiers\\organe2.gif" \* MERGEFORMATINET
Presque toutes les installations de climatisation et de conditionnement d'air sont équipées de vannes. Leur choix est de la plus haute importance. Toute vanne motorisée doit pouvoir répondre à une sollicitation maximale et présenter une correspondance aussi linéaire que possible entre la grandeur de réglage finale et la grandeur réglée finale.
3. Bases d'hydraulique
3.1. La courbe caractéristique du réseau
Dans un réseau de tuyauteries il existe une relation quadratique entre les pertes de pression par frottement et le débit qui circule dans le réseau:
INCLUDEPICTURE "C:\\essai\\organne_fichiers\\organe_fichiers\\organe3.gif" \* MERGEFORMATINET
La représentation graphique de cette équation s'appelle la courbe caractéristique du réseau; elle a la forme d'une parabole. La constante k, indice caractéristique du débit, décrit totalement la courbe caractéristique de réseau en tant que seul paramètre. Ceci signifie que lorsqu'on connaît un point de la courbe caractéristique du réseau (par exemple le point de conception H100/V100), on peut connaître toute la courbe et que le coefficient k peut se déterminer en connaissant les valeurs de l'équation ci-dessous:
INCLUDEPICTURE "C:\\essai\\organne_fichiers\\organe_fichiers\\organe4.gif" \* MERGEFORMATINET
Normalement on utilise les unités suivantes:
- Hauteurs de refoulement H [mCE] ou [bar]
- Débit V [m3/h]
- Indice de débit ou d'écoulement k en [m3/h] pour une chute de pression de 1 mCE.
Exemple de courbe caractéristique d'un réseau :
3.2. La courbe caractéristique de pompe
La courbe caractéristique de la pompe résulte de la conception technique de celle-ci. Elle découle d'une équation mathématique écrite par Euler. Dans la pratique c'est le fabricant qui délivre à cet égard des fiches de données pour chaque type de pompe avec des familles de courbes pour différentes roues de refoulement.
Le point d'intersection de la courbe caractéristique du réseau et de la courbe de la pompe s'appelle point de travail. Ce point devrait se situer dans la zone de meilleur rendement. Avec des installations à débit variable, la courbe caractéristique de réseau et donc le point de travail se modifient constamment en fonction de la position de l'organe de réglage.
3.3. Les quatre circuits fondamentaux
3.3.1. Représentation des circuits hydrauliques
On utilise couramment deux modes de représentation des circuits hydrauliques:
- le mode de représentation géographique: qui montre les appareils et tuyauteries approximativement dans la position qu'ils occupent après le montage.
- le mode de représentation synoptique: montre toujours l'aller principal en haut, le retour principal en bas et entre deux, de gauche à droite, les générateurs et les consommateurs.
Pour le praticien, le mode de représentation géographique est souvent plus facilement compréhensible et donc très utile pour la construction. Le mode de représentation synoptique offre quelques avantages pour le technicien en régulation: les différents circuits hydrauliques sont représentés de manière plus claire et il est aisé de travailler avec des schémas normalisés.
Dans les schémas ci-après, les parties directement influencées par la voie de réglage de la vanne motorisée, c'est-à-dire les circuits à débits variables, sont représentés en traits gras.
3.3.2. Calcul des débits
Les débits dans un générateur ou un consommateur se calculent en fonction de la puissance thermique produite ou absorbée et de la différence de température entre l'entrée et la sortie de l'appareil.
On a la formule suivante:
INCLUDEPICTURE "C:\\essai\\organne_fichiers\\organe_fichiers\\organe7.gif" \* MERGEFORMATINET
Avec:
Q = puissance thermique en [kW]
" "t = différence de température en [K]
C'est une relation simplifiée et approximative. Elle donne des résultats corrects dans une plage de température allant de 5 à 95°C. Elle permet néanmoins de déterminer avec suffisamment de précision les débits nécessaires dans les pompes et les débits à véhiculer dans les vannes.
3.3.3. Le circuit à étranglement:
INCLUDEPICTURE "C:\\essai\\organne_fichiers\\organe_fichiers\\organe8.gif" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "C:\\essai\\organne_fichiers\\organe_fichiers\\organe9.gif" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "C:\\essai\\organne_fichiers\\organe_fichiers\\organe10.gif" \* MERGEFORMATINET
Géographique Synoptique Variante
Dans ce genre de circuit, la vanne modulante étrangle le débit. Celui-ci est donc variable aussi bien dans le générateur que dans le consommateur. Des précautions doivent être prises pour éviter un fonctionnement de la pompe à débit nul qui pourrait en compromettre le fonctionnement et la durée de vie. De même il faut s'assurer que les pressions mises en jeu sont compatibles avec les caractéristiques de l'organe de réglage.
Caractéristiques principales:
Circuit à débit essentiellement variable
La différence de pression de transmission doit être maintenue constante (Débit variable)
La pose d'un té de réglage n'est pas conseillée en raison de la variation de débit.
Le dimensionnement de l'organe de réglage est très délicat.
Application: consommation d'énergie minimale pour la pompe; chauffage à distance, installations avec accumulateurs.
Calcul du débit dans la vanne et dans la pompe.
Il existe une variante de ce circuit avec deux pompes et un by-pass fixe.
3.3.4. Le circuit à mélange
INCLUDEPICTURE "C:\\essai\\organne_fichiers\\organe_fichiers\\organe11.gif" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "C:\\essai\\organne_fichiers\\organe_fichiers\\organe12.gif" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "C:\\essai\\organne_fichiers\\organe_fichiers\\organe13.gif" \* MERGEFORMATINET
Géographique Synoptique Variante
Dans ce genre de circuit, le débit d'eau total circule en permanence dans le consommateur de telle sorte que la température de l'eau doit être réglée pour influencer la quantité de chaleur transmise. Lorsque l'organe de réglage est fermé, le fluide circule dans la conduite de départ, le consommateur, la conduite de retour, le té de réglage le by-pass et la vanne à trois voies. Si la vanne est ouverte, l'eau circule dans la conduite de retour, le générateur, la conduite de départ et la vanne à trois voies. Pour toute position intermédiaire, il y a mélange entre l'eau du départ et l'eau du retour dans une proportion déterminée par la position de l'axe de la vanne ce qui offre la possibilité de faire varier les températures.
Le générateur reçoit ici un débit variable. La perte de charge dans ce circuit est généralement très faible. Pour obtenir un bon équilibre hydraulique du circuit, il faut que la perte de charge dans le by-pass soit égale à celle du circuit générateur.
Caractéristiques principales:
Différence de pression de transmission: aussi petite que possible (pratiquement sans différence de pression: "p
