Hydro-flèche pour chauffage : fonction + schéma d'installation + calculs des paramètres

Les systèmes de chauffage dans leur version moderne sont des installations complexes, équipées de divers équipements. Leur fonctionnement efficace est accompagné d'un équilibrage optimal de tous les éléments qui les composent. Le séparateur hydraulique pour le chauffage est conçu pour assurer cet équilibre. Il convient d'en comprendre le principe de fonctionnement, n'êtes-vous pas d'accord ?

Nous allons vous expliquer comment fonctionne le séparateur hydraulique, quels sont les avantages d'un circuit de chauffage qui en est équipé. Dans cet article, nous décrivons les règles d'installation et de raccordement. Des recommandations utiles pour l'exploitation sont fournies.

Séparation des flux hydrauliques

Le séparateur hydraulique pour le chauffage est plus souvent appelé diviseur hydraulique. D'où il devient clair que ce système est destiné à être intégré dans les schémas de chauffage.

Le chauffage implique l'utilisation de plusieurs circuits, par exemple :

• les lignes avec des groupes de radiateurs ;
• le système de plancher chauffant ;
• l'alimentation en eau chaude via un ballon d'eau chaude.

En l'absence de bouteille de découplage pour un tel système de chauffage, vous devrez soit élaborer un projet soigneusement calculé pour chaque circuit, soit équiper chaque circuit d'une pompe de circulation individuelle.

Mais même dans ces cas, il n'y a pas de certitude absolue d'atteindre un équilibre optimal.

On peut considérer approximativement ceci comme la conception classique des séparateurs hydrauliques, réalisés à partir de tubes ronds ou rectangulaires. Une solution simple mais efficace, qui modifie radicalement l'état du système de chauffage avec la participation de la chaudière.

Cependant, le problème se résout simplement. Il suffit d'utiliser un séparateur hydraulique dans le schéma – une flèche hydraulique. Ainsi, tous les circuits du système seront séparés de manière optimale sans risque de pertes hydrauliques dans chacun d'eux.

« Flèche hydraulique » est un nom courant. La dénomination correcte correspond à la définition – « séparateur hydraulique ». D'un point de vue constructif, l'appareil ressemble à un morceau de tube creux ordinaire (de section ronde ou rectangulaire).

Les deux extrémités du tube sont obturées par des disques métalliques, et sur les différents côtés du corps se trouvent des raccords d'entrée/sortie (une paire de chaque côté).

L'aspect naturel des produits – les séparateurs hydrauliques, réalisés à partir de tubes de section rectangulaire et ronde. Les deux options montrent une grande efficacité. Cependant, les séparateurs hydrauliques à base de tubes ronds sont toujours considérés comme une option plus préférable.

Traditionnellement, l'achèvement des travaux de montage pour la mise en place du système de chauffage marque le début du processus suivant : les tests. La structure de plomberie créée est remplie d'eau (T = 5 – 15°C), puis la chaudière de chauffage est mise en marche.

Jusqu'à ce que le caloporteur soit chauffé à la température requise (définie par le programme de la chaudière), le flux d'eau est « brassé » par la pompe de circulation du circuit primaire. Les pompes de circulation des circuits secondaires ne sont pas connectées. Le caloporteur est dirigé à travers le séparateur hydraulique du côté chaud vers le côté froid (Q1 > Q2).

À condition que le fluide caloporteur atteigne la température définie, les circuits secondaires du système de chauffage s'activent. Les flux du caloporteur des circuits principal et secondaires s'équilibrent. La bouteille de découplage dans ces conditions ne fonctionne que comme un filtre et un purgeur d'air (Q1 = Q2).

Schéma fonctionnel du fonctionnement d'un séparateur hydraulique classique pour trois modes de fonctionnement différents de la chaudière. Le schéma indique clairement la répartition des flux thermiques pour chaque mode de fonctionnement de l'équipement de la chaudière.

Si une partie du système de chauffage (par exemple, le circuit de plancher chauffant) atteint le point de chauffe défini, le prélèvement de caloporteur par le circuit secondaire est temporairement interrompu. La pompe de circulation est désactivée par l'automatisme, et le flux d'eau est dirigé à travers le séparateur hydraulique du côté froid vers le côté chaud (Q1 < Q2).

Paramètres de calcul du séparateur hydraulique

Le principal paramètre de référence pour le calcul est la vitesse du caloporteur dans la section de mouvement vertical à l'intérieur du séparateur hydraulique. Généralement, la valeur recommandée ne dépasse pas 0,1 m/s, pour l'une ou l'autre des deux conditions (Q1 = Q2 ou Q1 < Q2).

La faible valeur de la vitesse est due à des conclusions tout à fait raisonnables. À cette vitesse, les débris présents dans le flux d'eau (boue, sable, calcaire, etc.) ont le temps de se déposer au fond du tube du séparateur hydraulique. De plus, grâce à la faible vitesse, la pression thermique nécessaire a le temps de se former.

Deux types constructifs de séparateurs hydrauliques pour lesquels les calculs sont généralement effectués : 1 – par trois diamètres ; 2 – par alternance de raccords. Quel que soit la méthode adoptée, les paramètres de base des calculs sont toujours typiques – le débit de caloporteur dans les circuits et le paramètre de vitesse.

La faible vitesse de transfert du caloporteur favorise une meilleure séparation de l'air de l'eau pour une évacuation ultérieure par le purgeur d'air du système de séparation hydraulique. En général, le paramètre standard est choisi en tenant compte de tous les facteurs significatifs.

Pour les calculs, on utilise souvent la méthode dite des trois diamètres et des raccords alternés. Ici, le paramètre de calcul final est la valeur du diamètre du séparateur.

À partir de la valeur obtenue, on calcule toutes les autres valeurs requises. Cependant, pour connaître la taille du diamètre du séparateur hydraulique, les données suivantes sont nécessaires :

• le débit sur le premier circuit (Q1) ;
• le débit sur le circuit secondaire (Q2) ;
• la vitesse du flux vertical d'eau dans la flèche hydraulique (V).

En substance, ces données sont toujours disponibles pour le calcul.

Par exemple, le débit sur le premier circuit est de 50 l/min. (d'après les caractéristiques techniques de la pompe 1). Le débit sur le second circuit est de 100 l/min. (d'après les caractéristiques techniques de la pompe 2). La valeur du diamètre de la flèche hydraulique se calcule par la formule :

Formule pour calculer le diamètre du tuyau de la flèche hydraulique en fonction des paramètres de débit du caloporteur (débit selon les caractéristiques de la pompe) et de la vitesse du flux vertical

où : Q est la différence entre les débits Q1 et Q2 ; V est la vitesse du flux vertical à l'intérieur de la flèche (0,1 m/s), π est la constante 3,14.

Cependant, il est permis de choisir le diamètre (nominal) du séparateur hydraulique en utilisant un tableau de valeurs standard approximatives.

Le paramètre de hauteur pour le dispositif de séparation des flux thermiques n'est pas critique. En fait, on peut prendre n'importe quelle hauteur de tuyau, mais en tenant compte des niveaux d'arrivée des tuyaux entrants/sortants.

Solution schématique pour le décalage des raccords

La version classique du séparateur hydraulique implique la création de raccords disposés symétriquement les uns par rapport aux autres. Cependant, on pratique également une variante schématique de configuration quelque peu différente, où les raccords sont disposés de manière asymétrique. Qu'est-ce que cela apporte ?

Schéma de fabrication d'un séparateur hydraulique dans lequel les raccords du circuit secondaire sont légèrement décalés par rapport aux raccords du circuit primaire. Selon les inventeurs (et cela a été prouvé par la pratique), cette variante semble plus productive pour la filtration des particules et la séparation de l'air.

Comme le montre l'application pratique des schémas asymétriques, dans ce cas, une séparation plus efficace de l'air se produit, et une meilleure filtration (décantation) des particules en suspension présentes dans le caloporteur est également obtenue.

Nombre de connexions sur le séparateur hydraulique

La conception classique définit l'amenée de quatre tuyaux sur la structure du séparateur hydraulique. De là se pose inévitablement la question de la possibilité d'augmenter le nombre d'entrées/sorties. En principe, une telle approche constructive n'est pas exclue. Cependant, l'efficacité du schéma diminue avec l'augmentation du nombre d'amenées/décharges.

Examinons une variante possible avec un plus grand nombre de raccords par rapport au classique et analysons le fonctionnement du système de séparation hydraulique pour ces conditions de montage.

Schéma du séparateur de distribution multicanal des flux thermiques. Cette variante permet de desservir des systèmes plus volumineux, mais à condition que le nombre de raccords dépasse quatre, l'efficacité du système dans son ensemble diminue fortement.

Dans ce cas, le flux thermique Q1 est complètement absorbé par le flux thermique Q2 pour l'état du système où les débits de ces flux sont pratiquement équivalents :

Q1=Q2.

Dans le même état du système, le flux thermique Q3 est approximativement égal en température aux valeurs moyennes de T_moy circulant dans les lignes de retour (Q6, Q7, Q8). En même temps, on note une légère différence de température entre les lignes Q3 et Q4.

Si le flux thermique Q1 devient égal en composante thermique à Q2+Q3, on observe la répartition des écarts de température selon la relation suivante :

T1=T2, T4=T5,

alors que

T3= T1+T5/2.

Si le flux thermique Q1 devient égal à la somme de la chaleur de tous les autres flux Q2, Q3, Q4, dans cet état, les quatre écarts de température s'équilibrent (T1=T2=T3=T4).

Système de séparation multicanal à quatre entrées / quatre sorties, assez souvent utilisé en pratique. Pour le service des systèmes de chauffage domestique, cette solution est tout à fait satisfaisante en termes de paramètres technologiques et de stabilisation du fonctionnement de la chaudière.

Dans cette situation, sur les systèmes multicanaux (plus de quatre), on observe les facteurs suivants qui ont un impact négatif sur le fonctionnement de l'ensemble :

• la convection naturelle à l'intérieur du séparateur hydraulique est réduite ;
• l'effet de mélange naturel du flux de départ avec le flux de retour diminue ;
• l'efficacité globale du système tend vers zéro.

Il s'avère que l'abandon du schéma classique avec l'augmentation du nombre de tubes de dérivation annule pratiquement complètement la propriété de fonctionnement que doit posséder une flèche hydraulique.

Séparateur hydraulique sans filtre

La construction de la flèche, où les fonctions de purgeur d'air et de filtre-décanteur sont exclues, s'écarte également quelque peu de la norme acceptée. Cependant, avec une telle construction, on peut obtenir deux flux avec des vitesses de déplacement différentes (circuits dynamiquement indépendants).

Solution constructive non standard pour la fabrication de la flèche hydraulique. Elle diffère de la solution classique en ce qu'il n'y a pas de fonctions de filtration et d'évacuation d'air. De plus, la distribution des flux thermiques a un schéma de transport perpendiculaire, ce qui permet de réaliser un découplage en vitesse.

Par exemple, il y a le flux thermique du circuit de la chaudière et le flux thermique du circuit des appareils de chauffage (radiateurs). Avec une construction non standard où les flux ont une direction perpendiculaire, la vitesse du flux du circuit secondaire avec les appareils de chauffage augmente considérablement.

Le long du circuit de la chaudière, en revanche, le mouvement est ralenti. Il s'agit d'un point de vue purement théorique. Dans la pratique, il est nécessaire d'effectuer des tests dans des conditions spécifiques.

À quoi sert le séparateur hydraulique ?

La nécessité d'utiliser la conception classique du séparateur hydraulique est évidente. De plus, dans les systèmes équipés de chaudières, l'installation de cet élément devient une obligation.

L'installation d'une bouteille de découplage dans le système desservi par la chaudière assure la stabilité des débits (du fluide caloporteur). En conséquence, le risque d'apparition de coups de bélier et de sauts de température est totalement éliminé.

Exemples de flèches hydrauliques dans une conception classique simple à base de canalisations en plastique. Aujourd'hui, on rencontre ces structures encore plus souvent que les modèles métalliques. L'efficacité est pratiquement identique à celle des modèles métalliques, mais avec une économie sur l'équipement et son installation dans le système.

Pour tout système de chauffage à eau ordinaire réalisé sans séparateur hydraulique, la fermeture d'une partie des lignes s'accompagne inévitablement d'une hausse brutale de la température du circuit de la chaudière en raison d'un faible débit. Parallèlement, un retour d'un flux de retour fortement refroidi se produit.

Un risque de formation de coups de bélier apparaît. Ces phénomènes peuvent entraîner une défaillance rapide de la chaudière et réduire considérablement la durée de vie de l'équipement.

Pour les systèmes domestiques, les structures en plastique conviennent généralement bien. Cette option semble plus économique à installer.

De plus, l'utilisation de raccords permet d'effectuer le montage d'un système en tubes polymères et le raccordement de bouteilles de découplage en plastique sans soudure. Du point de vue de la maintenance, de telles solutions sont également appréciées, car le séparateur hydraulique monté sur des raccords peut être facilement retiré à tout moment.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Vidéo sur l'application pratique : quand faut-il installer une flèche hydraulique et quand n'est-elle pas nécessaire ?

Il est difficile de surestimer l'importance de la flèche hydraulique dans la répartition des flux thermiques. Il s'agit d'un équipement véritablement nécessaire, qui doit être installé sur chaque système de chauffage individuel et d'eau chaude sanitaire (ECS).

L'essentiel est de calculer, concevoir et fabriquer correctement le dispositif – le séparateur hydraulique. C'est le calcul précis qui permet d'obtenir un rendement maximal de l'appareil.

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