Le rôle de l’équilibrage hydraulique et des robinets thermostatiques dans les économies d’énergie

Qu’est-ce que l’équilibrage hydraulique ?

L’équilibrage hydraulique garantit que la bonne quantité d’eau chaude circule dans chaque unité terminale (radiateurs, ventilo-convecteurs, etc.) en créant le moins de frottement, tenant compte de la résistance du réseau de distribution. Il s’agit de s’assurer que le système de chauffage peut fonctionner dans toutes les conditions pour lesquelles il a été conçu et d’empêcher efficacement une suralimentation ou une sous-alimentation. Sur la base d’un calcul de la charge calorifique pièce par pièce et des paramètres de conception spécifiques au générateur de chaleur, le débit volumétrique d’eau chaude est défini pour chaque pièce. Cela nécessite une bonne compréhension du système de chauffage, car la résistance est créée dans les robinets thermostatiques de radiateur qui sont placés stratégiquement dans le réseau.

L’optimisation de la distribution de l’eau dans un système de chauffage, en équilibrant le besoin de pression avec la résistance dans le système, garantit une distribution uniforme de la chaleur dans le réseau de canalisations. Si le radiateur le plus éloigné de la source de chaleur reçoit le débit souhaité, mesuré en résistance, les unités obtiendront également le débit requis. Une fois cette opération effectuée, la pompe peut être réglée en fonction de la pression requise.

Si le système de chauffage n’est pas équilibré hydrauliquement, les radiateurs proches de la pompe seront plus chauds que nécessaire, tandis que les radiateurs éloignés de la pompe seront plus froids. La suralimentation en eau chaude des radiateurs les plus proches du générateur de chaleur empêche les radiateurs suivants d’être correctement alimentés lorsque cela est nécessaire, ce qui empêche d’atteindre la température ambiante requise.

Équilibrage hydraulique avec robinets thermostatiques de radiateur

Par le passé, la pompe de circulation de l’eau de chauffage était souvent plus grande que nécessaire ou les températures de départ étaient réglées sur une valeur plus élevée qu’elles ne le devaient afin de garantir un débit suffisant d’eau chaude vers le radiateur le plus éloigné de la source de chaleur. Ces deux actions entraînent des pertes d’énergie inutiles. L’équilibrage hydraulique contribue à créer un système de chauffage efficace et peut être effectué au moyen de robinets thermostatiques de radiateur réglables. Ils limitent le débit massique pour éviter une distribution d’eau déséquilibrée.

Le rôle des robinets thermostatiques de radiateur réglables

Une unité de régulation thermostatique se compose d’une tête thermostatique et d’un insert de vanne réglable. Alors que la tête thermostatique est visible et aide à réguler la température ambiante, l’insert de vanne est caché et contrôle le débit d’eau réel vers le radiateur. L’interaction entre la tête thermostatique et les robinets de radiateur transforme le système de chauffage en un système à débit variable capable de répondre aux fluctuations de la température extérieure et aux demandes de chauffage intérieur en constante évolution pour maintenir la température ambiante souhaitée. Ils garantissent des conditions de pression stables et des conditions de travail idéales pour le système de chauffage.

Équilibrage hydraulique dynamique

En général, l’équilibrage statique ou l’équilibrage dynamique est appliqué. L’équilibrage statique n’est utilisé que pour les conditions de pleine charge et peut entraîner un déséquilibre du système en cas de fonctionnement à charge partielle. Cependant, pour optimiser le potentiel d’économie d’énergie d’un système de radiateurs, l’équilibrage hydraulique dynamique est recommandé. Cette solution d’équilibrage permet de maintenir la pression différentielle sur les radiateurs à un niveau constant dans l’ensemble du bâtiment, quelles que soient les conditions de charge. En utilisant des vannes d’équilibrage dynamique ou des vannes de régulation indépendantes de la pression, les débits massiques sont maintenus à tout moment, même dans des conditions de charge partielle ou changeantes.

Étant donné que la température de retour peut être moindre – inférieure à 55 °C pour une efficacité optimale d’une chaudière à condensation – et que la pompe consomme moins d’électricité car elle peut être réglée à une vitesse inférieure, l’équilibrage hydraulique dynamique est capable d’optimiser l’efficacité du système de chauffage et permet de réaliser des économies d’énergie significatives tout au long de l’année, indépendamment de l’évolution des besoins de chauffage ou du comportement de l’utilisateur.

Équilibrage hydraulique dans les systèmes de chauffage à basse température

Bien que l’équilibrage hydraulique soit important pour tous les systèmes de radiateurs, il l’est particulièrement pour les systèmes de chauffage à basse température. L’équilibrage hydraulique garantit que le système est réglé aux températures qui conviennent le mieux à la source d’énergie. Dans le cas d’une chaudière à condensation, des températures de retour plus basses permettent à la chaudière de fonctionner aussi efficacement que possible. Si une pompe à chaleur est installée, il est possible de créer un impact important sur le COP de la pompe à chaleur en réglant le système sur des températures basses avec des températures de départ et de retour correctes. La pompe à chaleur consommera alors moins d’énergie pour fournir la bonne quantité d’énergie au bâtiment.

Quelle quantité d’énergie l’équilibrage hydraulique peut-il aider à économise ?

Une étude approfondie menée au sein de l’ITG à Dresde⁽²⁾ a montré que dans les immeubles résidentiels existants équipés d’un chauffage par radiateur, la consommation d’énergie thermique est généralement réduite de 7-16 kWh/m². Il n’est pas surprenant que les économies les plus élevées soient réalisées grâce à l’équilibrage hydraulique dynamique. La même étude a montré que si l’équilibrage dynamique était mis en œuvre dans tous les hôtels en Allemagne, cela pourrait permettre d’économiser jusqu’à 24,2 m kWh/an, ce qui représente 7 480 tonnes de CO₂.

De plus, dans son dossier sur l’équilibrage des systèmes techniques des bâtiments⁽³⁾, l’Association européenne des contrôles de l’automatisation des bâtiments (EU.bac) mentionne une étude de l’Université technologique de Dublin qui a montré que les économies potentielles totales résultant de l’optimisation de la distribution hydraulique dans les systèmes de chauffage domestiques de l’UE s’élèvent à 22,6 Mtoe. 53 % d’entre elles proviendraient d’une réduction de la puissance de pompage et les 47 % restants d’une réduction de l’énergie thermique consommée par les systèmes.

Sources :
(1) Résultats d’un cas de référence pour plusieurs familles dans l’étude « Hydronic balancing and control – how to overcome the global challenge of reduce energy use in multifamily housing » (Équilibrage et contrôle hydrauliques – comment surmonter le défi mondial de la réduction de la consommation d’énergie dans les logements collectifs) d’Osojnik et al. https://www.eceee.org/library/conference_proceedings/eceee_Summer_Studies/2017/5-buildings-and-construction-technologies-and-systems/hydronic-balancing-and-control-8211-how-to-overcome-the-global-challenge-of-reducing-energy-use-in-multifamily-housing/2017/5-235-17_Osojnik.pdf/
(2) Rapport de recherche 2019 intitulé « Potential Energy Savings and Economic Evaluation of Hydronic Balancing in Technical Building Systems » (Économies d'énergie potentielles et évaluation économique de l'équilibrage hydraulique dans les systèmes de bâtiments techniques) https://files.danfoss.com/download/CorporateCommunication/BuildingEfficiency/Potential-Energy-Savings-and-Economic-Evaluation-of-Hydronic-Balancing-in-Technical-Building-Systems.pdf
(3) Équilibrage du système pour les systèmes techniques du bâtiment : Une excellente opportunité pour les économies d’énergie et le confort. https://eubac.org/wp-content/uploads/2021/03/20210322_eubac_System_Balancing_for_TBS.pdf