Comment fonctionnent les systèmes de chauffage à circulation par pompe : schémas d'organisation

Assurer le mouvement naturel du caloporteur dans le circuit de chauffage n'est pas toujours possible, même pour les artisans expérimentés. Il arrive que l'eau circule dans le système, mais qu'une quantité suffisante de chaleur n'arrive pas dans la maison.

De plus en plus, les propriétaires de maisons individuelles préfèrent installer des systèmes de chauffage à circulation par pompe, qui sont assez variés et pratiques. Dans cet article, nous avons examiné les principaux schémas d'organisation du chauffage par circulation forcée, en complétant le matériel par des illustrations et des photos explicites.

Nous avons également sélectionné des vidéos utiles avec des recommandations d'experts sur l'installation des équipements de pompage pour le système de chauffage. Cela permettra de comprendre en détail la question de l'installation de la pompe.

Principe de fonctionnement d'un système à circulation forcée

La pompe de circulation – est un petit appareil électrique, dont la conception est extrêmement simple. À l'intérieur du boîtier se trouve une roue à aubes, qui tourne et donne au caloporteur circulant dans le système l'accélération nécessaire. Le moteur électrique assurant la rotation consomme très peu d'électricité, seulement 60 à 100 W.

La présence d'un tel dispositif dans le système simplifie considérablement sa conception et son installation. La circulation forcée du caloporteur permet d'utiliser des tuyaux de chauffage de petit diamètre et élargit les possibilités de choix de la chaudière et des radiateurs.

Très souvent, un système initialement conçu pour une circulation naturelle fonctionne de manière insatisfaisante en raison de la faible vitesse de circulation du fluide caloporteur dans les tuyaux, c'est-à-dire une faible hauteur de circulation. Dans ce cas, l'installation d'une pompe permettra de résoudre le problème.

Cependant, il ne faut pas trop augmenter la vitesse de l'eau dans les tuyaux, car elle ne doit pas être excessivement élevée. Sinon, avec le temps, la structure pourrait ne pas supporter la pression supplémentaire pour laquelle elle n'a pas été conçue.

Si dans les systèmes à circulation naturelle du caloporteur, on peut utiliser un vase d'expansion ouvert, dans les schémas à circulation forcée, il faut préférer un réservoir fermé et étanche.

Pour les locaux d'habitation, les normes limites suivantes de vitesse de déplacement du caloporteur sont recommandées :

• pour un diamètre nominal de tuyau de 10 mm – jusqu'à 1,5 m/s ;
• pour un diamètre nominal de tuyau de 15 mm – jusqu'à 1,2 m/s ;
• pour un diamètre nominal de tuyau de 20 mm ou plus – jusqu'à 1,0 m/s ;
• pour les locaux annexes des maisons d'habitation – jusqu'à 1,5 m/s ;
• pour les bâtiments à usage auxiliaire – jusqu'à 2,0 m/s.

Dans les systèmes à circulation naturelle, le vase d'expansion est généralement installé sur la conduite de départ. Mais si le système est complété par une pompe de circulation, il est généralement recommandé de déplacer le réservoir sur le retour.

La conception de la pompe de circulation est très simple, la tâche de cet appareil est de donner au caloporteur une accélération suffisante pour vaincre la résistance hydrostatique du système.

De plus, au lieu d'un réservoir ouvert, il faut installer un réservoir fermé. Seulement dans un petit appartement où le système de chauffage a une faible longueur et une conception simple, on peut se passer d'un tel changement et utiliser l'ancien vase d'expansion.

Calculs pour les systèmes de chauffage à circulation forcée

Un système correctement organisé avec circulation forcée nécessite des calculs d'ingénierie complexes. Cependant, certaines formules permettent d'évaluer l'état du système et d'obtenir une idée plus précise des modifications nécessaires, surtout pour une petite maison ou un appartement. La puissance de l'équipement de chauffage est généralement choisie en fonction de la taille des pièces à chauffer.

En général, les fabricants recommandent que le débit du fluide caloporteur, exprimé en litres par minute, corresponde au nombre de kilowatts de puissance de la chaudière. Cela signifie que pour une chaudière de 40 W, le débit de fluide caloporteur le plus approprié est de 40 l/min.

De la même manière, on calcule le débit d'eau pour une pièce individuelle ou un groupe de pièces. Dans ce cas, on se base sur la puissance totale des radiateurs installés dans la zone.

La vitesse de déplacement du fluide caloporteur dans le circuit du système de chauffage dépend en grande partie de la justesse du choix du diamètre des tuyaux.

Le diamètre des tuyaux de chauffage est déterminé en fonction du débit de fluide caloporteur établi :

• pour un débit de 5,7 l/min, des tuyaux d'un demi-pouce sont nécessaires ;
• pour un débit de 15 l/min, des tuyaux de trois quarts de pouce sont nécessaires ;
• pour un débit de 30 l/min, des tuyaux d'un pouce sont nécessaires ;
• pour un débit de 53 l/min, des tuyaux d'un pouce et quart sont nécessaires ;
• pour un débit de 83 l/min, des tuyaux d'un pouce et demi sont nécessaires ;
• pour un débit de 170 l/min, des tuyaux de deux pouces sont nécessaires ;
• pour un débit de 320 l/min, des tuyaux de deux pouces et demi sont nécessaires, etc.

Pour déterminer les paramètres d'une pompe de circulation adaptée, il est nécessaire de mesurer la longueur de tout le circuit de chauffage auquel elle sera raccordée. Pour dix mètres de système, une hauteur de refoulement de 0,6 m est nécessaire. Par un simple calcul, on obtient que pour un système de 60 mètres de long, une pompe de 3,6 m est nécessaire.

Cependant, ces paramètres ne sont valables que pour un système dont le diamètre des tuyaux a été correctement choisi, comme indiqué ci-dessus. Si des conduites trop étroites sont utilisées, il faudra prendre une pompe plus puissante pour surmonter la pression hydraulique excessive qui apparaît dans le système en raison d'un mauvais choix de tuyaux.

Nous avons fourni des recommandations détaillées pour le choix d'une pompe de circulation dans cet article.

Un purgeur d'air automatique ou un dispositif mécanique pour évacuer l'excès d'air, le robinet Mayevski, sont nécessaires pour évacuer l'air d'un système fermé. Ces dispositifs sont indispensables dans les circuits de chauffage, ils permettent d'éviter le problème d'air emprisonné. Ces appareils sont installés sur les radiateurs, sur les colonnes montantes d'alimentation, ainsi que dans les endroits problématiques des schémas de chauffage complexes.

Cette règle s'applique également dans le sens inverse : si les tuyaux sont plus larges que nécessaire selon la norme, il convient de réduire la puissance calculée de la pompe de circulation.

Un composant important des systèmes de chauffage forcé est le groupe de sécurité :

Les spécialistes recommandent d'acquérir non pas un, mais deux de ces appareils. L'un est principal, l'autre est de rechange. Vous pouvez l'installer sur un by-pass ou le ranger dans un placard.

La pompe de circulation est généralement résistante aux pannes, mais sensible à la qualité de l'eau dans le circuit de chauffage. Pour prolonger la durée de vie de l'équipement de chauffage, il est judicieux de prévoir une filtration du fluide caloporteur et des mesures opportunes de rinçage du système.

Schémas des systèmes à circulation par pompe

Les systèmes de chauffage à circulation forcée se différencient comme suit :

• comme monotubes ou bitubes (mode de raccordement des tuyaux aux radiateurs) ;
• avec colonnes montantes verticales ou conduites horizontales ;
• en impasse ou avec circulation en boucle du caloporteur
• avec distribution par le haut ou par le bas.

Les systèmes monotubes se rencontrent de moins en moins, car leurs inconvénients dépassent largement leurs avantages. Il s'agit d'une solution très simple où les radiateurs sont raccordés en série. Le caloporteur traverse successivement chaque appareil de chauffage, en refroidissant progressivement.

Il est évident qu'avec ce schéma, les premiers radiateurs chaufferont mieux la pièce que ceux situés en fin de circuit. Vous devez installer davantage de radiateurs sur le tronçon final de la conduite qu'au début, afin de compenser la différence de température.

Les systèmes de chauffage monotube sont simples à réaliser et peu coûteux, mais le problème de chauffage inégal et la dépendance à la panne d'un seul radiateur les ont rendus pratiquement inutilisés dans les conditions modernes.

Un tel dispositif est extrêmement peu pratique car vous ne pouvez pas arrêter un seul radiateur en cas de panne ; il faut vidanger le caloporteur de tout le circuit. Le schéma bitube prévoit le raccordement de chaque radiateur en parallèle à l'aide de deux tuyaux à la conduite principale.

Bien entendu, cela nécessitera d'utiliser plus de matériaux, et le coût total ainsi que le temps de montage seront plus élevés que pour une solution monotube.

Les systèmes de chauffage bitube permettent de chauffer uniformément chaque pièce, tandis qu'une panne d'un radiateur n'entraînera pas la mise hors service de tout le circuit.

Sur chaque radiateur dans un raccordement bitube, on installe des robinets d'arrêt. Cela permet, si nécessaire, de déposer ou d'isoler un seul radiateur, tandis que les autres éléments du système continuent de fonctionner normalement.

Avec ce schéma, le chauffage s'effectue de manière uniforme car le fluide caloporteur arrive à chaque radiateur par une ligne distincte, puis retourne à la chaudière pour être chauffé, au lieu de passer par les autres radiateurs.

Les colonnes montantes verticales sont utilisées dans les immeubles à plusieurs étages ; il est pratique d'y connecter des radiateurs situés à différents niveaux. La structure verticale favorise l'évacuation rapide de l'air ayant pénétré dans le système, ce qui réduit considérablement le risque de formation de poches d'air.

La mise en place d'un système de chauffage vertical coûtera cher, mais il s'agit d'un schéma efficace, résistant aux poches d'air ; il convient parfaitement à une installation dans des immeubles à plusieurs étages.

Dans les schémas horizontaux, la conduite principale, à laquelle les radiateurs sont connectés en parallèle, est située, comme son nom l'indique, dans un plan horizontal. Ce type de système est adapté au chauffage de bâtiments de plain-pied de grande surface.

Une option relativement peu coûteuse n'est pas à l'abri de la formation de poches d'air. Pour prévenir ce type de problème, on utilise des purgeurs d'air automatiques. Nous avons détaillé les règles de suppression d'une poche d'air du système de chauffage ici.

Les systèmes de chauffage horizontaux sont relativement peu coûteux ; on les utilise généralement dans la conception de bâtiments de grande surface d'un ou deux étages.

Un chauffage inégal n'est pas seulement caractéristique des systèmes monotubes, mais aussi de la variante de chauffage en impasse, qui est assez répandue.

Dans un tel schéma, l'arrivée du fluide caloporteur s'effectue dans le sens opposé au mouvement du retour. En conséquence, certains radiateurs reçoivent un fluide déjà refroidi, qui passe ensuite dans la conduite de retour.

Dans les systèmes en impasse, les radiateurs éloignés de la colonne montante d'alimentation reçoivent moins de chaleur que ceux qui sont proches. Dans les schémas à circulation parallèle, tous les éléments du système fonctionnent de manière équivalente.

En conséquence, les radiateurs les plus proches de la colonne montante reçoivent plus de chaleur, et les plus éloignés – moins. Dans les petites surfaces, cet effet peut être moins perceptible, mais dans les maisons spacieuses, il sera sensible. Dans cette situation, il est recommandé de réaliser plusieurs conduites de faible longueur plutôt qu'une seule longue, afin que tout le fluide caloporteur circule dans les branches à une température environ égale.

Le schéma de dérivation est basé sur une longueur identique des boucles de circulation dans toute la maison, ce qui permet d'obtenir une uniformité de chauffage extrêmement précise. Cependant, il n'est pas facile de réaliser cette option de distribution car elle nécessite l'installation d'un grand nombre de tuyaux.

On utilise la distribution haute dans les systèmes de chauffage lorsqu'il y a un grenier sur lequel installer un vase d'expansion. Si cette option n'est pas disponible, il est possible de mettre en œuvre avec succès la distribution basse du chauffage.

Les distributions haute et basse tirent leur nom de l'emplacement du tuyau d'alimentation. Dans le premier cas, le fluide caloporteur entre dans le système par le haut, et dans le second – par le bas.

Avec une distribution haute, le vase d'expansion est installé au point le plus haut du système ; le fluide caloporteur circule dans le système sous l'effet de la gravité. Le retour se situe ici en dessous des radiateurs. Pour réaliser ce projet dans une maison individuelle, un grenier est nécessaire, dans lequel le vase est installé.

Si les conditions pour une distribution haute ne sont pas réunies, on utilise la deuxième option, où l'alimentation en fluide caloporteur se fait par le bas, et le retour est installé au-dessus des radiateurs. La tâche consistant à déplacer le fluide caloporteur à une vitesse suffisamment élevée incombe principalement à la pompe de circulation.

Ce schéma est monté progressivement, de l'étage inférieur vers l'étage supérieur, en donnant à la conduite d'alimentation une légère pente pour éviter la formation de poches d'air.

Pour éliminer les poches d'air, les circuits de chauffage sont équipés de purges d'air automatiques :

Où installer la pompe de circulation ?

Le plus souvent, la pompe de circulation est installée sur le retour, et non sur l'alimentation. On considère que le risque d'usure rapide et de panne de l'appareil y est plus faible car le fluide caloporteur a déjà refroidi. Mais cela n'est pas nécessaire pour les pompes modernes, car elles sont équipées de roulements à lubrification dite à eau. Ceux-ci sont déjà conçus spécifiquement pour ces conditions de fonctionnement.

Cela signifie que l'on peut installer la pompe de circulation également sur le départ, d'autant plus que la pression hydrostatique du système y est plus faible. L'emplacement de l'appareil divise conventionnellement le système en deux parties : la zone de refoulement et la zone d'aspiration. La pompe installée sur le départ, juste après le vase d'expansion, aspire l'eau du réservoir et la refoule dans le système.

La pompe de circulation dans le système de chauffage divise le circuit en deux parties : la zone de refoulement, où arrive le fluide caloporteur, et la zone de dépression, d'où il est aspiré.

Si la pompe est installée sur le retour avant le vase d'expansion, elle refoule l'eau à l'intérieur du vase en l'aspirant du système. Comprendre ce point permet de prendre en compte les particularités de la pression hydraulique en différents points du système. Lorsque la pompe fonctionne, la pression dynamique dans le système avec une quantité constante de fluide caloporteur reste constante.

Il est important non seulement de choisir l'emplacement optimal pour le montage de l'équipement de pompage, mais aussi de l'installer correctement. Nous vous recommandons de vous familiariser avec les nuances de l'installation d'une pompe de circulation.

Le vase d'expansion crée ce que l'on appelle la pression statique. Par rapport à cette valeur, une pression hydraulique accrue est créée dans la zone de refoulement du système de chauffage, et une pression réduite dans la zone de dépression –.

La dépression peut être si forte qu'elle atteint le niveau de la pression atmosphérique ou même inférieure, ce qui crée des conditions propices à l'entrée d'air de l'environnement extérieur dans le système.

Dans la zone de pression accrue, l'air peut au contraire être expulsé du système, et on observe parfois une ébullition du fluide caloporteur. Tout cela peut entraîner un fonctionnement incorrect de l'équipement de chauffage. Pour éviter de tels problèmes, il faut assurer une surpression dans la zone d'aspiration.

Pour cela, on peut utiliser l'une des solutions suivantes :

• soulever le vase d'expansion à une hauteur d'au moins 80 cm par rapport au niveau des tuyaux de chauffage;
• placer l'accumulateur au point le plus élevé du système;
• déconnecter le raccord de l'accumulateur de l'alimentation et le basculer vers le retour après la pompe;
• installer la pompe non pas sur le retour, mais sur l'alimentation.

Il n'est pas toujours possible de soulever le vase d'expansion à une hauteur suffisante. On le place généralement dans le grenier si l'espace nécessaire y est disponible. Il est important de respecter les règles d'installation de l'accumulateur pour assurer son fonctionnement sans problème.

Nous avons fourni des recommandations détaillées pour l'installation et le raccordement du vase d'expansion dans un autre de nos articles.

Si le grenier n'est pas chauffé, l'accumulateur devra obligatoirement être isolé. Il est assez difficile de déplacer le réservoir au point le plus élevé d'un système à circulation forcée s'il a été conçu à l'origine comme un système à circulation naturelle.

Il faudra refaire une partie de la tuyauterie pour que la pente des tuyaux soit dirigée vers la chaudière. Dans les systèmes naturels, la pente est généralement faite vers la chaudière.

Le vase d'expansion installé à l'intérieur ne nécessite pas de protection supplémentaire, mais s'il est installé dans un grenier non chauffé, il faut veiller à l'isolation thermique de cet appareil.

Le changement de position du raccord du réservoir de l'alimentation vers le retour n'est généralement pas difficile à réaliser. Et il est tout aussi simple de mettre en œuvre la dernière option : installer la pompe de circulation sur la conduite d'alimentation après le vase d'expansion.

Dans une telle situation, il est recommandé de choisir un modèle de pompe le plus fiable possible, capable de supporter longtemps le contact avec le fluide caloporteur chaud.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Vous pouvez découvrir des informations intéressantes sur les systèmes de chauffage forcé dans cette vidéo :

Des informations plus détaillées sur les calculs nécessaires au choix d'une pompe de circulation sont disponibles ici :

Dans cette vidéo, la structure et la procédure d'installation de la pompe de circulation sont décrites en détail :

Les systèmes de chauffage forcé ne sont pas aussi complexes qu'ils peuvent paraître à première vue. Mais pour réaliser une telle tâche, il faut effectuer correctement les calculs et élaborer un projet bien conçu. En respectant ces conditions, on peut assurer à sa maison un chauffage fiable et efficace.

Vous choisissez le schéma optimal pour aménager un système de chauffage forcé dans votre maison ? Peut-être avez-vous des questions que nous n'avons pas abordées dans cet article ? Posez-les à notre expert dans la section commentaires.

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