Collecteur de chauffage : principe de fonctionnement, règles d'installation et de raccordement

L'un des moyens efficaces de moderniser un système de chauffage pour le rendre plus performant et fiable est l'installation d'un bloc collecteur. Ce dispositif, qui remplace les structures linéaires traditionnelles, vise à améliorer la facilité d'utilisation et la maintenabilité du système.

Comment fonctionne le collecteur de chauffage et quelles sont les particularités d'installation à prendre en compte ? Nous allons examiner cela en détail.

Principe de fonctionnement du distributeur

La fonction principale d'un collecteur de distribution est de répartir uniformément les flux thermiques provenant du circuit principal vers les différents circuits du système et, grâce à la circulation, de retourner le fluide refroidi vers la chaudière.

Ainsi, les branches individuelles du système connectées au collecteur deviennent indépendantes les unes des autres.

L'appareil est un nœud de distribution intermédiaire dont les éléments clés sont deux parties interconnectées :

• le peigne d'alimentation – chargé de l'amenée du caloporteur ;
• le peigne de retour – assure l'évacuation du caloporteur refroidi vers le générateur de chaleur.

Ensemble, ils forment le groupe collecteur. De chaque peigne partent plusieurs sorties pour le raccordement des circuits menant aux appareils de chauffage.

Chaque sortie de l'appareil peut être équipée de vannes de vidange et d'un robinet d'arrêt ou de réglage.

Leur présence permet de réguler la pression à l'intérieur de chaque circuit et, si nécessaire, d'isoler une branche pour réparation, par exemple, de couper le flux du caloporteur.

Pour améliorer les performances du système et avoir la possibilité de contrôler tous les processus de chauffage dans chaque pièce de la maison chauffée, le corps du peigne de distribution est également utilisé comme plateforme pour installer :

• clapets de purge d'air ;
• clapets de vidange ;
• débitmètres ;
• compteurs de chaleur.

Le principe de fonctionnement du système collecteur est assez simple. Le fluide chauffé par le générateur de chaleur arrive dans le peigne d'alimentation.

À l'intérieur du bloc de collecte intermédiaire, la vitesse du fluide ralentit grâce au diamètre intérieur accru de l'appareil, et il se redistribue entre toutes les sorties.

Le nombre de sorties sur le distributeur peut être quelconque, et si nécessaire, la structure peut toujours être étendue avec des sorties supplémentaires.

Connaissant le débit du caloporteur, égal à la puissance du générateur de chaleur, et la vitesse de l'eau, il est facile de trouver la section nécessaire. Mais il faut d'abord convertir les litres en une unité pratique pour les calculs, le mm³.

À travers les raccords de connexion, dont la section est inférieure au diamètre du tube du bloc collecteur, le fluide caloporteur entre dans les circuits séparément posés et se dirige vers les radiateurs ou vers les réseaux de plancher chauffant.

Grâce à une telle distribution, chaque élément alimenté par un caloporteur de température égale est chauffé correctement.

Le diamètre intérieur du collecteur est déterminé par calcul de manière à ce que la vitesse de déplacement du caloporteur à l'intérieur ne dépasse pas 0,7 m/s.

Après avoir atteint le radiateur et cédé la chaleur obtenue lors du chauffage, le liquide se dirige par un autre tuyau dans la direction opposée vers le bloc de distribution. Là, il arrive sur le peigne de retour, d'où il est redirigé vers le générateur de chaleur.

Pour un chalet de campagne, le système utilisant un collecteur est à juste titre considéré comme le plus efficace et le plus fiable.

La seule chose qui peut retenir un propriétaire avisé, c'est le coût. En effet, l'installation d'un tel système coûtera plus cher que celle d'un système classique de type à té.

Une telle solution constructive, qui prévoit la mise en place de tuyaux d'alimentation individuels, crée les conditions pour un chauffage uniforme des radiateurs.

Types de collecteurs dans les systèmes de chauffage

Les installations de collecteurs utilisées dans la conception de systèmes de chauffage à circulation fermée se déclinent en trois variétés.

Selon la destination de la conception, on trouve sur le marché : les systèmes radiateurs et solaires, ainsi que les dispositifs équipés d'une flèche hydraulique.

Type #1 — chauffage collecteur à radiateurs

Quel que soit le type de chauffage prévu dans la maison, des radiateurs y sont toujours présents. C'est pourquoi les collecteurs qui distribuent les flux de fluide caloporteur directement aux batteries installées dans les pièces sont le type le plus demandé.

L'unité de distribution se compose de deux peignes interconnectés : le premier dirige le fluide caloporteur vers les appareils installés dans les pièces, le second le ramène vers la chaudière.

Les collecteurs utilisés dans le chauffage par radiateurs peuvent être raccordés de différentes manières en fonction des caractéristiques architecturales et intérieures de la pièce.

Selon le mode de raccordement, le système de chauffage par radiateurs peut être réalisé selon l'un des types d'exécution suivants :

• raccordement supérieur ;
• raccordement inférieur ;
• installation latérale ;
• conduite en diagonale.

C'est néanmoins le raccordement inférieur qui est le plus répandu. Avec cette distribution, les circuits cachés sous la surface de la plinthe ou du sol sont moins visibles.

Et les calculs confirment qu'avec le raccordement inférieur, tous les avantages du chauffage individuel se manifestent pleinement.

Chaque étage de la maison est équipé d'un collecteur pour radiateurs. On l'installe au centre, en dissimulant l'appareil dans une niche ou dans une armoire spécialement conçue pour lui sur le mur.

L'emplacement d'installation doit être choisi de manière à ce que, si possible, des branches de longueur égale soient acheminées vers tous les appareils.

S'il est impossible d'obtenir l'égalité des boucles connectées au collecteur, chaque dérivation est équipée de sa propre pompe de circulation.

En substance, toutes les branches connectées à l'unité de distribution constituent un circuit indépendant avec sa propre robinetterie d'arrêt, et parfois même une automatisation.

Un exemple frappant de schéma de chauffage par collecteur sont les planchers chauffants à eau.

Le schéma de distribution à collecteur assure un apport uniforme de chaleur à toutes les boucles du système de planchers chauffants à eau “planchers chauffants”.

Les conduits de planchers chauffants sont assemblés à partir de tuyaux en cuivre ou de leurs équivalents en plastique, et des raccords permanents sont utilisés pour les connexions.

Dans les boucles de chauffage, on installe des vannes qui permettent de réguler l'alimentation en fluide caloporteur et, si nécessaire, de déconnecter les planchers chauffants du réseau de chauffage central de l'immeuble.

Le collecteur pour plancher chauffant est une structure comprenant une série de boucles de tuyaux, qui est installée sous le revêtement de sol.

Ces systèmes sont toujours équipés d'une pompe de circulation. Elle est placée dans un nœud de collecteur intermédiaire à l'entrée du tube de retour.

Le nombre de raccords sur le nœud de distribution dépend du nombre de pièces bouclées sur un même peigne.

Le nombre de groupes de collecteurs est déterminé en fonction de la longueur des circuits. Le calcul se base sur un ratio d'environ 120 mètres de conduite par groupe de collecteur.

Type #2 — flèche hydraulique

Lors de l'installation de systèmes de chauffage puissants et ramifiés, conçus dans de grands bâtiments résidentiels, on utilise des collecteurs de distribution équipés d'un distributeur thermohydraulique ou d'une flèche hydraulique.

Lors de l'installation de l'élément de liaison, on connecte d'un côté le circuit de la chaudière, et de l'autre côté le chauffage par radiateurs ou les planchers chauffants.

La flèche hydraulique est un tube creux vertical, muni à ses extrémités de bouchons elliptiques, dont le but principal est d'égaliser la pression exercée sur le fluide caloporteur.

La présence d'une flèche hydraulique de distribution permet de résoudre plusieurs problèmes à la fois :

• éviter les brusques variations de température dans les tuyaux, nuisibles à la durée de vie du système ;
• grâce au mélange et à la recirculation d'une partie du fluide caloporteur, maintenir un volume constant d'eau de chaudière, et également économiser du combustible et de l'électricité ;
• si nécessaire, compenser un déficit de débit dans le circuit secondaire.

Le maintien de l'équilibre de température est obtenu grâce au fait que le dispositif permet de séparer le circuit hydraulique de la chaudière du circuit secondaire.

Un exemple de fabrication d'un répartiteur collecteur artisanal, équipé d'une flèche hydraulique, réalisé à partir d'un tube carré en acier et muni de raccords.

Le fonctionnement optimal d'un système équipé d'une flèche hydraulique peut être assuré à condition que chaque circuit soit doté de sa propre pompe de circulation.

Type #3 — installations solaires à collecteurs

Les dispositifs de ce type sont choisis pour l'installation d'un réseau d'eau indépendant dans des zones non gazéifiées où le niveau de rayonnement solaire est suffisamment élevé.

Les capteurs solaires à air fonctionnent grâce à l'effet de serre, transformant la lumière du soleil en énergie thermique.

La conception des installations solaires diffère légèrement de leurs homologues traditionnelles. En substance, elles constituent une sorte de serre qui accumule l'énergie solaire.

La circulation naturelle du fluide caloporteur s'y effectue grâce à des courants de convection et sous l'action de ventilateurs fixés à la plaque absorbante.

Le distributeur absorbant les rayons solaires est un petit boîtier plat recouvert d'une plaque noire adsorbante. Cette plaque capte et accumule la chaleur.

La chaleur accumulée est transmise au fluide caloporteur, qui peut être de l'air ou un liquide circulant dans les tuyaux.

Le but principal d'un collecteur solaire est d'orienter et de redistribuer l'énergie du Soleil pour les besoins domestiques.

On trouve dans le commerce des systèmes de collecteurs mobiles fonctionnant à l'énergie solaire. Leur conception est telle que les miroirs et les éléments chauffants « suivent » le mouvement du soleil, absorbant ainsi son énergie au maximum.

Mais en raison du coût élevé de l'équipement, l'utilisation d'installations solaires comme source principale de chauffage dans les conditions climatiques, même des régions méridionales de notre pays, n'est pas rentable.

C'est pourquoi elles sont plutôt utilisées comme source de chaleur supplémentaire lors de l'aménagement de systèmes de chauffage utilisant des chaudières à combustible solide et à gaz.

Modifications des peignes distributeurs

Aujourd'hui, sur le marché de l'équipement, il existe de nombreuses variétés de collecteurs pour systèmes de chauffage.

Les fabricants proposent à la fois des éléments de liaison de conception très simple, dont la construction ne prévoit pas de vannes auxiliaires pour le réglage de l'équipement, et des blocs de collecteurs avec un ensemble complet d'éléments intégrés.

Bloc collecteur comprenant tous les éléments fonctionnels nécessaires pour créer les conditions d'un fonctionnement ininterrompu et à haut rendement du système de chauffage.

Les appareils de conception simple sont des modèles en laiton avec un passage en pouces des dérivations, équipés de deux trous de raccordement sur les côtés.

Sur le collecteur de retour, ces dispositifs ont des bouchons, à la place desquels, en cas d'extension du système, on peut toujours installer des appareils supplémentaires.

Les ensembles intermédiaires de conception plus complexe sont équipés de robinets à bille. Pour chaque dérivation, il est prévu l'installation de vannes d'arrêt et de réglage. Les modèles sophistiqués et coûteux peuvent être équipés de :

• débitmètres, dont la fonction principale est de réguler le débit du fluide caloporteur dans chaque boucle ;
• capteurs de température, destinés à contrôler la température de chaque appareil de chauffage ;
• soupapes de purge d'air de type automatique pour l'évacuation de l'eau ;
• vannes et mélangeurs électroniques, visant à maintenir la température programmée.

Le nombre de circuits en fonction des consommateurs raccordés peut varier de 2 à 10 pièces.

Quelle que soit la complexité et la multifonctionnalité de l'équipement, lors de la fabrication des peignes des blocs collecteurs, on utilise des matériaux résistants aux facteurs externes

Si l'on considère le matériau de fabrication, les collecteurs intermédiaires préfabriqués sont :

1. Laiton – ils se distinguent par des performances élevées à un prix abordable.
2. Inoxydables – les constructions en acier sont extrêmement durables. Elles peuvent supporter facilement une pression élevée.
3. Polypropylène – les modèles en matériaux polymères, bien qu'ils soient peu coûteux, sont inférieurs à leurs homologues métalliques sur tous les plans.

Les modèles en métal, pour prolonger leur durée de vie et améliorer leurs performances, sont traités avec des composés anticorrosion et recouverts d'isolant thermique.

Les structures de séparation en polymères sont utilisées dans l'aménagement de systèmes chauffés par des chaudières d'une puissance de 13 à 35 kW

Les pièces de l'appareil peuvent être moulées ou équipées de pinces de serrage permettant la connexion à des tubes multicouches.

Mais les experts déconseillent de choisir des peignes avec des pinces de serrage, car ceux-ci souffrent souvent de fuites de fluide caloporteur au niveau des raccords de vanne. Cela est dû à une défaillance rapide du joint d'étanchéité. Et il n'est pas toujours possible de le remplacer.

Les collecteurs sont utilisés dans les schémas de chauffage monotube et bitube. Dans les systèmes monotube, un seul peigne fournit le fluide caloporteur chauffé et reçoit le fluide refroidi.

Recommandations pour un choix judicieux

La difficulté principale réside non seulement dans l'installation du collecteur elle-même, mais aussi dans le choix correct de l'équipement.

Lors du choix d'un modèle de peigne, il convient de prendre en compte les paramètres suivants :

1. La pression maximale admissible pour ce modèle. Elle détermine le type de matériau à partir duquel le distributeur hydraulique peut être fabriqué.
2. La capacité de débit du nœud.
3. La présence de dispositifs auxiliaires.
4. Le nombre de sorties du collecteur. Il doit correspondre au nombre de circuits de refroidissement.
5. Possibilité de raccordement supplémentaire d'éléments.

Tous les paramètres de fonctionnement sont indiqués dans le manuel du produit.

Pour aménager des circuits de chauffage indépendants par étage, équipés d'une commande autonome, les collecteurs doivent être installés à chaque étage de la maison.

Lors du choix et de l'installation des répartiteurs par étage, on se base sur les paramètres du « sous-système » qu'ils sont destinés à desservir.

Grâce à la disposition par étage des collecteurs, il est toujours possible, en cas de besoin, de couper le chauffage de plusieurs appareils individuels ou de tout un étage.

Cela simplifie considérablement l'entretien du système de chauffage et sa réparation.

Le bloc collecteur étant un investissement onéreux, pour éviter les déceptions en cas de panne rapide du système, lors du choix du modèle, il convient de se tourner vers les produits de fabricants éprouvés.

On peut sans crainte faire confiance à des fabricants tels que «GREENoneTEC», «Rehau», «Soletrol», «Oventrop» et «Meibes». Dans chaque gamme des grands fabricants européens, on peut trouver un ensemble complet d'équipements supplémentaires nécessaires.

Les éléments auxiliaires et les raccords du bloc collecteur doivent également être conformes aux GOST et aux spécifications techniques.

Comme dispositifs supplémentaires pour le raccordement du collecteur, peuvent être nécessaires : 1 – purgeur d'air automatique, 2 – adaptateur, 3 – coude, 4 – robinet, 5 – raccord union, 6 – un autre coude, 7 – sorties de tuyaux.

Chacun des éléments supplémentaires de la structure remplit sa fonction :

• purgeur d'air automatique – se monte si le bloc et les radiateurs sont situés au même étage ;
• adaptateur – sera nécessaire lors du montage du purgeur d'air, dont le diamètre est de ½ pouce, à condition que le filetage du collecteur soit de ¾ pouce.
• coude – permettra de raccorder les tuyaux et d'orienter le purgeur d'air vers le haut.
• robinet – est nécessaire pour raccorder au dispositif le tuyau venant de la chaudière ;
• raccord union, équipé d'un écrou-raccord – permettra, si nécessaire, de couper l'alimentation en fluide caloporteur et, en dévissant l'écrou-raccord, de déconnecter le dispositif.

S'il est prévu de raccorder un plancher chauffant à eau depuis le collecteur, il faudra également installer un robinet de remplissage.

Pour fixer le collecteur au mur, il faudra également des colliers, montés sur des chevilles en plastique. Lors du montage de la structure, il est également possible d'utiliser des supports spéciaux.

Ces structures sont pratiques car le collecteur supérieur est avancé, ce qui permet aux tuyaux de l'unité de ne pas gêner l'arrivée de la canalisation vers le collecteur inférieur.

Règles d'installation et de raccordement

Il est préférable de choisir et d'installer le collecteur dès la phase de conception et d'installation du système de chauffage.

Ces structures intermédiaires sont installées dans des pièces protégées de l'humidité excessive. Le plus souvent, on leur réserve un emplacement dans le couloir, le débarras ou la garde-robe.

Il est souhaitable de placer le bloc collecteur dans une armoire métallique spécialement conçue à cet effet, dotée d'ouvertures sur les parois latérales pour le passage des tuyaux.

On trouve dans le commerce des modèles d'armoires métalliques apparents et encastrables. Chaque modèle est équipé d'une porte et d'un emboutissage sur les côtés.

Faute de pouvoir installer une petite armoire métallique, on procède plus simplement en fixant l'appareil directement au mur. La niche pour l'aménagement du bloc collecteur est placée à une faible hauteur par rapport au sol.

Il n'existe pas à proprement parler de consignes universelles pour l'installation des schémas de distribution par collecteur. Mais il y a un certain nombre de points essentiels sur lesquels les experts se sont mis d'accord :

1. Présence d'un vase d'expansion. Le volume de l'élément structurel doit représenter au moins 10 % de la quantité totale d'eau dans le système.
2. Présence d'une pompe de circulation pour chaque circuit installé. Tous les experts ne sont pas unanimes sur cet élément. Cependant, si l'on prévoit d'utiliser plusieurs circuits indépendants, il convient d'installer un appareil séparé pour chacun d'eux.

Avant la pompe de circulation sur le circuit de retour, on place un vase d'expansion. Ainsi, il devient moins vulnérable aux turbulences des flux d'eau, souvent présentes à cet endroit.

Si l'on utilise une flèche hydraulique, le réservoir est monté avant la pompe principale, dont la tâche principale est d'assurer la circulation sur le petit circuit.

L'emplacement de la pompe de circulation n'est pas crucial. Mais comme le montre la pratique, la durée de vie de l'appareil est légèrement plus élevée sur le « retour ».

L'essentiel lors de l'installation est de positionner l'arbre strictement horizontalement. En cas de non-respect de cette condition, la première bulle d'air accumulée laissera l'appareil sans refroidissement ni lubrification.

Le processus d'assemblage et de connexion du système de collecteur est clairement présenté dans le bloc vidéo.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Guide vidéo pour l'assemblage séquentiel du bloc collecteur :

Vidéo de présentation de l'installation et du fonctionnement du collecteur modulaire en plastique :

Unité de distribution pour « plancher chauffant » :

Un câblage de collecteur correctement choisi et installé garantit l'efficacité et la fiabilité du système de chauffage.

Grâce au faible nombre de raccordements et de tés, le risque de fuites de telles structures est minimisé. De plus, la possibilité de régler la température de chaque radiateur de chauffage rend l'utilisation du système de chauffage particulièrement confortable.

Si vous disposez des connaissances nécessaires ou d'une expérience dans le raccordement d'un système de chauffage par collecteur, n'hésitez pas à les partager avec nos lecteurs. Vous pouvez le faire en laissant un commentaire en bas de l'article.