Une source de chaleur, deux terminaux : pourquoi le chauffage par le sol ne chauffe-t-il pas ?

Dans un système de pompe à chaleur air-eau desservant à la fois le chauffage par le sol et les ventilo-convecteurs, l'une des plaintes les plus courantes est :« La pompe à chaleur fonctionne et l'eau de sortie est chaude, mais le chauffage par le sol ne parvient toujours pas à réchauffer correctement les pièces. »Lors du dépannage de ce problème, beaucoup de gens suspectent immédiatement une capacité insuffisante de la pompe à chaleur.

Cependant, la pompe à chaleur peut produire suffisamment de chaleur.

Le vrai problème peut être beaucoup plus simple :

Le système hydronique ne fait pas circuler suffisamment d'eau.

Le débit d'eau insuffisant est l'un des problèmes hydrauliques les plus courants dans les systèmes de pompes à chaleur air-eau et de chauffage par le sol. Il peut être causé par des tuyaux sous-dimensionnés, une perte de charge excessive, trop de raccords, une mauvaise installation, une sélection incorrecte de la pompe, un emplacement incorrect de la pompe ou une architecture de système inadaptée.

Dans la partie 5 de notre série de dépannage « Une source de chaleur, deux terminaux », nous expliquons comment le débit insuffisant du système affecte les performances du chauffage par le sol et comment les ingénieurs doivent diagnostiquer le problème.

1. Pourquoi le débit d'eau est important dans un système de chauffage par pompe à chaleur

Un système de chauffage hydronique transfère la chaleur par la circulation de l'eau.La relation de base est la suivante :Q

=

m

˙

$$ṁ$$

= débit massique de l'eau

• ×= capacité thermique massique de l'eau

• ΔT= différence de température entre l'eau d'alimentation et l'eau de retour

• Pour les calculs CVC pratiques utilisant de l'eau :Q

• (kW

)

$$w$$

C

$$avec une différence de température de conception entre l'alimentation et le retour de :$$

5°C

Le débit requis est d'environ :

F

l

o

w

=

20

$$3.44$$ $$La chaleur peut être générée à la source, mais elle ne peut pas être transportée efficacement vers le sol.$$

3. Débit et hauteur manométrique de la pompe sont différents

C'est une distinction importante.

Lors de la sélection d'une pompe de circulation, les ingénieurs doivent tenir compte des deux éléments suivants :

Débit

Quelle quantité d'eau doit circuler dans le système.

Généralement exprimé en :

m³/h

L/min

L/s

Hauteur manométrique de la pompe

Quelle résistance hydraulique la pompe doit surmonter à ce débit.

Courbe de la pompe × Courbe de résistance du système

• mètres de colonne d'eau

• kPa

• Une pompe peut théoriquement fournir un débit suffisant sous une faible résistance, mais ne pas atteindre le débit requis une fois connectée au système réel.

Par conséquent, sélectionner une pompe uniquement selon le débit nominal n'est pas suffisant.

Nous devons trouver le point de fonctionnement requis sur la courbe :

Courbe de la pompe × Courbe de résistance du système

• 4. Le diamètre du tuyau est l'une des premières choses à vérifier

• Un problème très courant est que le tuyau de distribution principal est trop petit.

L'installateur peut connecter plusieurs collecteurs à un seul tuyau principal sans calculer :

le débit de conception total ;

la vitesse de l'eau ;

la perte de charge ;

la demande de fonctionnement simultanée ;

la longueur équivalente du tuyau.

Lorsque le débit augmente dans un petit tuyau, la vitesse de l'eau augmente.

• Dans le même temps, la perte de charge augmente rapidement.

• Cela peut entraîner :

• Haute résistance → Débit réduit → Transfert de chaleur insuffisant → Zones de chauffage par le sol froides

• Ceci est particulièrement important dans les grandes maisons et les immeubles à plusieurs étages.

• 5. Ne pas dimensionner le tuyau principal uniquement par expérience

Un installateur peut dire :

« Nous utilisons normalement cette taille de tuyau pour le chauffage par le sol. »

Ce n'est pas une base d'ingénierie suffisante.

Le dimensionnement du tuyau principal doit être basé sur l'exigence hydraulique réelle.

Un calcul professionnel doit prendre en compte :

Capacité de chauffage requise

↓

ΔT de conception

↓

Débit d'eau requis

↓

Diamètre du tuyau

mauvaise récupération du dégivrage ;

Vitesse de l'eau

mauvaise récupération du dégivrage ;

22. Pourquoi un débit correct améliore également l'efficacité de la pompe à chaleur

mauvaise récupération du dégivrage ;

Elle affecte également les performances de la pompe à chaleur.

mauvaise récupération du dégivrage ;

Perte de charge totale

mauvaise récupération du dégivrage ;

Sélection de la pompe

mauvaise récupération du dégivrage ;

6. La longueur du tuyau n'est qu'une partie de la résistance

mauvaise récupération du dégivrage ;

La résistance réelle du système provient également de :

mauvaise récupération du dégivrage ;

tés ;

vannes ;

filtres ;

clapet anti-retour ;

collecteurs ;

• connexions incorrectes ;

• ballons tampons ;

• bourrages d'air.

• Étape 7 — Vérifier la sélection de la pompe

• autres raccords.

• Comparer le point de fonctionnement requis avec la courbe de la pompe réelle.

• Étape 8 — Vérifier la position de la pompe

• P

• e

• r

• t

eDComparer le ΔT réel d'alimentation/retour avec la condition de conception.

C

$$Par exemple, un coude à 90° brusque crée considérablement plus de résistance qu'un changement de direction doux.$$

C'est pourquoi une bonne conception hydronique doit éviter les raccords inutiles et les changements de direction brusques.7. Pourquoi trop de coudes à 90° peuvent devenir un problèmeDans les installations réelles, la tuyauterie suit rarement un chemin parfaitement droit.

Mais chaque coude inutile ajoute de la résistance.

Lorsque cela est possible, la disposition de la tuyauterie doit utiliser :

un routage plus doux ;

des coudes à grand rayon ;

des raccords appropriés à 45° ;

moins de changements de direction inutiles.

• Cela devient de plus en plus important lorsque :

• le tuyau principal est relativement petit ;

• la conduite est longue ;

• le débit requis est élevé ;

plusieurs étages sont desservis par une seule chaufferie.

• Un seul coude ne détruira normalement pas un système correctement conçu.

• Le problème est la perte de charge accumulée sur l'ensemble du circuit hydraulique.

• 8. L'installation de tuyaux PPR peut créer des restrictions cachées

• Même lorsque le diamètre de tuyau de conception semble correct sur le papier, la qualité de l'installation peut modifier les performances hydrauliques réelles.

Ceci est particulièrement pertinent pour la tuyauterie PPR.

Lors de l'installation par fusion thermique, une insertion excessive ou une mauvaise exécution peut réduire partiellement le passage interne du flux à un joint.Extérieurement, le tuyau peut sembler tout à fait normal.Comparer le ΔT réel d'alimentation/retour avec la condition de conception.

Cela crée une restriction cachée.

Les symptômes peuvent inclure :

faible débit du système ;grand ΔT d'alimentation/retour ;Comparer le ΔT réel d'alimentation/retour avec la condition de conception.

mauvaises performances du chauffage par le sol ;

pompe fonctionnant à haute vitesse sans amélioration.

C'est l'une des raisons pour lesquelles les mesures de mise en service sont essentielles.

Un dessin correct ne garantit pas une installation correcte.

9. Un grand ΔT d'alimentation/retour peut être un signe d'alerte

• Supposons que la pompe à chaleur produise de l'eau chaude normalement.

• Vous mesurez :

• Eau d'alimentation : 42°C

• Eau de retour : 32°C

• Alors :

Δ

T

=

10

°

C

ΔT = 10°C

Si le système a été conçu pour environ 5°C, ce ΔT plus grand que prévu peut indiquer un débit d'eau insuffisant.

$$Cela signifie que le ΔT doit être étudié en conjonction avec :$$

le débit réel ;

la demande du terminal ;

la sortie de la pompe à chaleur ;

les positions des vannes ;

volume d'eau supplémentaire dans le système ;

10. Les longues distances de distribution aggravent le problème

Une autre situation courante se produit dans les grandes villas ou les bâtiments commerciaux.

La pompe à chaleur et le ballon tampon peuvent être installés loin des terminaux de chauffage.

• Des tuyaux plus longs signifient :

• perte de charge par frottement plus importante ;

• plus de raccords ;

• plus de pertes de chaleur ;

• exigence de hauteur manométrique de pompe plus élevée.

Si les tuyaux sont également sous-dimensionnés, l'effet devient bien pire.

L'isolation des tuyaux doit également être prise en compte.

Un long tuyau de chauffage non isolé ou mal isolé peut perdre une quantité significative de chaleur utile avant que l'eau n'atteigne le collecteur de chauffage par le sol.

Par conséquent, pour les systèmes hydroniques à longue distance, les ingénieurs doivent évaluer les deux :

• Perte hydraulique + Perte thermique

• 11. Les immeubles à plusieurs étages nécessitent une attention particulière

• Considérez une villa à trois étages.

• Une disposition courante est la suivante :

Pompe à chaleur → Ballon tampon → Tuyau de distribution principal → Collecteurs d'étage

Si une seule pompe de circulation centrale doit desservir tous les étages simultanément, l'équilibrage hydraulique peut devenir difficile.

Le circuit le plus proche peut recevoir trop de débit tandis que les circuits distants en reçoivent trop peu.

Les symptômes incluent :

premier étage chaud ;

étages supérieurs froids ;

certains collecteurs recevant un fort débit ;

d'autres recevant un faible débit ;

pièces chauffant de manière inégale.

Installer simplement une pompe plus grande n'est pas toujours la meilleure solution.

12. Une pompe plus grande ne signifie pas automatiquement un meilleur chauffage

C'est une autre incompréhension courante.

• Lorsque le sol ne chauffe pas correctement, certains installateurs remplacent immédiatement la pompe de circulation par une plus grande.

• Parfois, cela aide.

• Parfois, cela crée de nouveaux problèmes.

• Une pompe surdimensionnée peut causer :

• vitesse de l'eau excessive ;

bruit hydraulique ;

consommation électrique inutile ;

bruit de vanne ;

mauvaise autorité de contrôle ;

déséquilibre hydraulique.

L'objectif correct n'est pas :

« Installer la pompe la plus grande possible. »

• C'est :

• Sélectionner une pompe qui fournit le débit de conception requis à la résistance du système calculée.

• 13. Pompe de circulation vs Pompe de surpression

• Ces deux concepts ne doivent pas être confondus.

• Pompe de circulation

• Son objectif principal est de faire circuler l'eau dans une boucle hydronique fermée.

Pompe de surpression

Son objectif principal est d'augmenter la pression disponible lorsque la pression existante est insuffisante pour la condition de distribution requise.

contrôle de pression différentielle ;

Ajouter une pompe sans comprendre le système peut créer une interaction de pression plutôt que de résoudre le problème.

14. L'emplacement de la pompe est important

La position d'installation de la pompe peut affecter considérablement le comportement du système.

Par exemple, si un ballon tampon assure une séparation hydraulique, le côté pompe à chaleur et le côté terminal doivent être analysés comme des circuits hydrauliques séparés.

Une disposition typique pourrait être :

Circuit primaire

Pompe à chaleur → Ballon tampon → Pompe à chaleur

et :

Circuit secondaire

Ballon tampon → Pompe de circulation → Chauffage par le sol/Ventilo-convecteurs → Ballon tampon

Ceci est fondamentalement différent de placer simplement plusieurs pompes aléatoirement en série.

Chaque pompe doit avoir une responsabilité hydraulique clairement définie.

15. Pourquoi un ballon tampon peut aider

Un ballon tampon correctement conçu peut remplir plusieurs fonctions :

séparation hydraulique ;

volume d'eau supplémentaire dans le système ;

fonctionnement plus stable de la pompe à chaleur ;

réduction des cycles courts ;

intégration plus facile de plusieurs circuits terminaux ;

meilleure flexibilité de zonage.

Dans un système « une source de chaleur, deux terminaux », la pompe à chaleur peut alimenter les deux :

Chauffage par le sol + Ventilo-convecteurs

• Ces deux types de terminaux peuvent avoir des exigences très différentes :

• exigences de débit ;

• exigences de température de l'eau ;

• logique de contrôle ;

• horaires de fonctionnement.

• La séparation hydraulique peut donc rendre le système plus facile à contrôler.

Cependant :→Chaque circuit a toujours besoin d'un débit de conception adéquat.

16. Les systèmes primaire-secondaire peuvent être meilleurs pour les grands projets

Pour les grandes villas ou les projets multi-zones, une architecture hydronique primaire-secondaire peut être plus pratique.

• Par exemple :

• Côté primaire

• Pompe à chaleur → Ballon tampon

• Côté secondaire

Ballon tampon → Pompe de zone 1 → Chauffage par le sol du rez-de-chaussée

Ballon tampon → Pompe de zone 2 → Chauffage par le sol du premier étage

Ballon tampon → Pompe de zone 3 → Chauffage par le sol du deuxième étage

Ballon tampon → Circuit séparé → Ventilo-convecteurs

Cette architecture permet aux différentes zones de fonctionner selon la demande.

Si un seul étage nécessite un chauffage, il n'est pas nécessaire de forcer le débit de conception complet à travers chaque circuit terminal.

Cela peut améliorer :

stabilité hydraulique ;

zonage ;

confort ;

contrôle ;
efficacité du pompage.
17. Pourquoi le pompage côté retour est souvent utilisé dans les circuits secondaires de chauffage par le sol
Dans certains arrangements secondaires de chauffage par le sol, la pompe de circulation est installée du côté retour du circuit terminal.

L'emplacement exact de la pompe doit toujours suivre la conception hydraulique, le point de connexion du vase d'expansion, les relations de pression et les exigences du fabricant.

Le principe important n'est pas simplement « côté alimentation » versus « côté retour ».

C'est :

• La pompe doit être positionnée de manière à ce que le circuit prévu reçoive une pression différentielle stable et un débit de conception sans interférer avec d'autres circuits.

• Ceci est particulièrement important lorsque plusieurs pompes partagent un ballon tampon ou un collecteur commun.

• 18. L'équilibrage hydraulique est essentiel

• Même avec des tailles de tuyaux et des pompes correctes, un système déséquilibré peut encore avoir des problèmes de débit.

• L'eau suit naturellement le chemin de moindre résistance.

Par conséquent, les circuits plus courts peuvent recevoir trop de débit tandis que les circuits plus longs en reçoivent trop peu.

L'équilibrage hydraulique peut impliquer :

débitmètres de collecteur ;

vannes d'équilibrage ;

contrôle de pression différentielle ;

pompes à vitesse variable ;

vannes de zone ;

ajustements de mise en service.

L'objectif n'est pas de faire en sorte que chaque circuit reçoive le même débit.

L'objectif est de faire en sorte que chaque circuit reçoive son débit de conception.

19. Une séquence de dépannage pratique

Lorsqu'un système de chauffage par le sol n'atteint pas la température, n'augmentez pas immédiatement le point de consigne de la pompe à chaleur.

• échangeurs de chaleur ;

• Étape 1 — Confirmer la sortie de la pompe à chaleur

• Vérifier :

• température de l'eau de sortie ;

• température de l'eau de retour ;

• fréquence/capacité de fonctionnement ;

alarmes ;

demande de chauffage réelle.Étape 2 — Mesurer le ΔTComparer le ΔT réel d'alimentation/retour avec la condition de conception.

Un ΔT anormalement élevé peut indiquer un faible débit.

Étape 3 — Vérifier le débit réel

Utiliser :

données de débit de la pompe à chaleur ;

débitmètre externe ;

• débitmètres de collecteur ;

• instruments de mise en service.

• Ne vous fiez pas uniquement au toucher des tuyaux.

• Étape 4 — Vérifier le diamètre du tuyau

• Vérifier si le tuyau de distribution principal peut supporter le débit total requis.

Étape 5 — Calculer la perte de charge

Inclure :

tuyaux droits ;

coudes ;

vannes ;

• filtres ;

• collecteurs ;

• échangeurs de chaleur ;

• raccords.

Étape 6 — Inspecter la qualité de l'installation

Rechercher :

vannes partiellement fermées ;

filtres obstrués ;

restrictions de fusion PPR ;

• tuyaux pincés ;

• connexions incorrectes ;

• bourrages d'air.

• Étape 7 — Vérifier la sélection de la pompe

• Comparer le point de fonctionnement requis avec la courbe de la pompe réelle.

• Étape 8 — Vérifier la position de la pompe

• Confirmer que la pompe dessert le circuit hydraulique prévu.

Étape 9 — Équilibrer le système

Ajuster chaque circuit à son débit de conception requis.

• Étape 10 — Revoir les performances de la pièce

• Ce n'est qu'après que le système hydraulique fonctionne correctement que les performances de chauffage du terminal doivent être évaluées.

• 20. Tableau de diagnostic rapide

• Symptôme

• Cause hydraulique possible

• Ce qu'il faut vérifier

Pompe à chaleur chaude, sol froid

Débit insuffisant

Débit total du système

Grand ΔT d'alimentation/retour

Faible débit d'eau

Résistance de la pompe, du tuyau

Étage supérieur froid

Résistance excessive de la branche

Équilibrage et hauteur manométrique de la pompe

Perte de charge du système

↓

Point de fonctionnement de la pompe

↓

Équilibrage hydraulique

mauvaise récupération du dégivrage ;

Puissance thermique du terminal

mauvaise récupération du dégivrage ;

22. Pourquoi un débit correct améliore également l'efficacité de la pompe à chaleur

mauvaise récupération du dégivrage ;

Elle affecte également les performances de la pompe à chaleur.

mauvaise récupération du dégivrage ;

température de sortie instable ;

mauvaise récupération du dégivrage ;

réduction du transfert de chaleur ;

mauvaise récupération du dégivrage ;

protection haute pression dans certaines conditions ;

mauvaise récupération du dégivrage ;

efficacité saisonnière réduite.

Une pompe à chaleur air-eau ne doit donc jamais être considérée comme une machine isolée.

Elle fait partie d'un système hydronique complet.

Une pompe à chaleur à haut rendement connectée à un système d'eau mal conçu ne peut pas fournir un système de chauffage à haut rendement.

Conclusion d'ingénierie finale

Pour un système « une source de chaleur, deux terminaux » combinant chauffage par le sol et ventilo-convecteurs, le débit d'eau insuffisant est l'un des problèmes les plus importants à diagnostiquer.

• La cause profonde peut être :

• Tuyau sous-dimensionné

• →

• Perte de charge excessive

• →

• Hauteur manométrique de pompe insuffisante

• →

Mauvais équilibrage hydraulique

→

Débit terminal insuffisant

→

Transfert de chaleur insuffisant→La pièce ne peut pas atteindre la température de consigne

La solution n'est pas simplement une pompe à chaleur plus grande ou une pompe de circulation plus grande.

L'approche correcte consiste à traiter l'ensemble du système comme un réseau hydraulique et à calculer :

www.ecoheat-pump.comLorsque tous ces paramètres fonctionnent ensemble, la chaleur produite par la pompe à chaleur peut effectivement atteindre les pièces où elle est nécessaire.

www.ecoheat-pump.comCet article est la partie 5 de notre série d'ingénierie :

www.ecoheat-pump.comPartie 2 — Air piégé dans les tuyaux de chauffage par le sol

www.ecoheat-pump.comPartie 4 — Surface de dissipation de chaleur effective insuffisante

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