Heating by Zones, Auxiliary Loads, Chapter 4

February 25, 2014 • Hydronics, Radiant Floor Heating, Radiant Heating • Views: 184

Le chauffage par zones peut servir à maintenir une température uniforme dans des endroits recevant de la chaleur par rayonnement solaire et/ou dans lesquels les pertes thermiques sont concentrées, ou encore pour établir des températures différentes dans des locaux dont la vocation diffère, comme les jardins d’enfants et les salles de conditionnement physique. Il est possible de garder plus froids des locaux inoccupés à condition qu’ils soient séparés, les zones communes et les portes laissées ouvertes permettront à la température de s’égaliser. Les charges auxiliaires, telles qu’un chauffe-eau indirect à usage domestique, un échangeur de chaleur et un circuit de ventilo-convecteur, des appareils fonctionnant à des  températures distinctes, se gèrent de la même manière que des zones.

 

Méthodes de zonage

Pompes

Se mettent en marche sur demande d’un thermostat de zone et font circuler le caloporteur dans les émetteurs de chaleur. Les circulateurs doivent être dimensionnes en fonction du débit à assurer et des pertes par friction dans la tuyauterie desservant la zone concernée.

 

Robinets de zones

Une pompe dessert des zones multiples par l’intermédiaire de robinets motorises qui interrompent et établissent le débit. Du fait qu’une pompe donnée alimente des zones multiples et doit être dimensionnée en fonction du débit correspondant a toutes les zones, le point de fonctionnement sur la courbe caractéristique varie considérablement en fonction du rapport entre les zones non alimentées et les zones alimentées. Lorsque l’augmentation de la pression fournie par le circulateur, par suite de la réduction du débit, risque d’entrainer des problèmes de fonctionnement du système, comme l’ouverture par inadvertance des robinets de zones, il faut prévoir des dérivations permettant de réduire la pression ou des boucles « sauvages ». il est conseillé de choisir des pompes dont les courbes caractéristiques sont plus plates (Ia hauteur nanométrique varie peu avec le débit en GPM). Les pompes à vitesse variable permettent également d’atténuer les effets d’une pression/d’un débit excessif.

Robinets à trois voies

Maintiennent un débit dans les embranchements et dirigent le débit voulu vers les émetteurs de chaleur. le débit de la pompe demeure constant. Les robinets à trois voies servent à mélanger les fluides au point d’utilisation et à obtenir ainsi la bonne température.

Les exigences suivantes du Code d’installation des systèmes de chauffage hadronique CAN/CSA 8-214 s’appliquent au chauffage par zones et aux charges auxiliaires :

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  • L’article 4.1 Sélection des composants précise que les composants utilisés dans un système hydronique doivent être sélectionnés en fonction de la conception du système, doivent être approuves et .convenir à l’application envisagée, l’installation doit être conforme aux directives du fabricant et au code de chauffage hydronique. On assure ainsi que les produits soient utilisés en sécurité dans le but pour lequel ils ont été conclus.
  • L’article 4.2.5.1 Prévention de la stagnation stipule que, si l’eau potable sert de caloporteur, un moyen doit être prévu pour prévenir la stagnation de l’eau potable dans tout système de distribution par rayonnement, soit par recyclage ou rinçage au moins une fois toutes les 24 heures.
  • L’article 4.2.5.2 Composants du circuit d’eau potable énonce que les tuyaux, les composants et les appareils de transmission de la chaleur en contact avec l’eau potable doivent être approuves pour l’utilisation dans les circuits d’eau potable et doivent être installés conformément aux exigences des autorités compétentes au du Code national de la plomberie.
  • L’article 4.2.5.3 Échangeurs de chaleur précise que, si des matériaux entrant dans la composition du système hydronique ne conviennent pas dans un réseau d’eau potable, l’eau potable ne doit pas être employée directement comme fluide de chauffage hydronique, et un échangeur de chaleur doit être utilise. Tout échangeur de chaleur employé avec un chauffe-eau mixte doit être conforme au chapitre 15.
  • L’article 4.2.6 Prévention des thermosiphons traite de l’élimination de la migration thermique indésirable vers les émetteurs de chaleur de certaines zones. La convection naturelle peut entrainer une circulation dans une zone, alors qu’il n’y a aucune demande de chauffage, et ainsi libérer de la chaleur dans le local. Parmi les moyens de prévention indiques figurent les clapets de retenu, les vannes de régulation de zones et les siphons thermiques intégrés à la tuyauterie (18 po de hauteur de charge minimale recommande). On peut aussi employer tout autre dispositif capable de prévenir la migration thermique.
  • L’article 4.3.1 Généralités constitue une exigence d’utilisation des composants d’un système de chauffage selon les prescriptions du fabricant et les dispositions minimales du code.
  • L’article 4.3.3 Qualité d’exécution énonce les normes minimales et les exigences de qualité des travaux à respecter. Une installation qui ne satisfait pas aux exigences indiquées dans le Code d’installation des systèmes de chauffage hydronique CAN/CSA 8·214 ou tout autre code connexe ou spécification d’un fabricant, peut être considérée comme non conforme, à la discrétion des autorités compétentes.
  • L’article 4;3.4 Accessibilité indique que les équipements doivent pouvoir être entretenus après installation; un accès facile et un dégagement adéquat doivent être prévus à cet effet. Les composants utilises en chauffage par zones, comme les robinets et les pompes, doivent pouvoir être facilement entretenus et doivent être identifies en fonction de la zone desservie.
  • L’article 4.3.5 Matériel et câbles électriques énonce que l’installation doit satisfaire aux exigences du Code canadien de l’électricité, chapitre 1.
  • L’article 8.2 Espaces à atmosphère non conditionnée précise qu’une tuyauterie traversant un espace non conditionné doit être protégée contre le gel et que les pertes thermiques par transmission. ne doivent pas réduire la puissance de chauffage du local desservi.
  • Les robinets d’isolement utilises pour séparer une zone doivent satisfaire aux exigences de l’article 11.1.2 Robinets d’isolement, stipulant que ces demiers ne doivent pas être soumis à une température au à une pression supérieure à leur température ou pression nominale et qu’ils doivent offrir une étanchéité parfaite à la fermeture.
  • Dans l’article 11.1.3 Robinets d’isolement, les robinets raccordes par compression sont considérés comme inacceptables pour une fonction d’isolement.
  • Les boucles de distribution alimentant les zones doivent faire l’objet d’un équilibrage de débit, selon les dispositions de l’article 12.5.1.1 Équilibrage, afin de respecter les critères de conception. Cela permet d’assurer une distribution adéquate du liquide dans l’ensemble du système, On y parvient en concevant Ia- tuyauterie à cet effet ou en utilisant des robinets d’équilibrage,
  • L’article 11.2 Robinets d’équilibrage du débit et d’étranglement précise que les robinets utilises pour l’équilibrage de débit du fluide caloporteur hydronique doivent être conçus et utilises à cette fin.
  • L’article 12.3 Température des espaces occupés exige une régulation de la puissance de chauffage d’un espace occupe par le biais d’une sonde de température de l’air ou d’une sonde combinée température de l’air / température de rayonnement. La régulation du chauffage d’un espace occupe doit être basée sur la température de l’air et pas seulement sur la température de l’eau.
  • L’article 12.5.5.1 Généralités, de la section 12.5.5 Régulation de la pression différentielle indique que des dispositions doivent être prévues pour assurer la régulation du débit vers les zones, dans le cas d’un système à zones multiples comprenant des robinets à deux voies. Les variations de débit doivent être absorbées de sorte que, en cas de fermeture de certaines zones, il n’y ait pas d’excès de débit ni de pression dans les zones ouvertes et que les pompes à vitesse fixe ne fonctionnent pas à débit nul (hauteur manométrique maximale). Il s’agit de protéger les systèmes comprenant des robinets de zones contre les surpressions ou les débits trop élevés, en cas de fermeture de zones; les pompes de circulation à vitesse fixe fournissent en général une hauteur manométrique plus élevée lorsque le débit diminue. Il est également important d’empêcher une pompe de circulation de fonctionner à débit nul (la pompe fonctionne mais il n’y a pas de débit au refoulement).
  • L’article 12.5.5.2 Robinet de réglage de la pression différentielle par dérivation stipule qu’une dérivation munie d’un robinet de réglage de pression différentielle, servant à absorber les variations de débit, doit être installée et réglée de façon à contourner le système, en cas de fermeture des zones, en totalité ou en partie. Il s’agit d’éviter les effets indésirables d’une pression trop élevée, décrits à la page suivante.

 

Effet indésirable en cas d’utilisation d’une pompe de circulation à vitesse fixe et de robinets de zones, mais sans dérivation de pression dans le système

Chauffage par zone 01

Les courbes et schémas de gauche illustrent l’augmentation de pression produite par un circulateur à vitesse fixe lors de la fermeture des robinets de zones. Il est possible de réduire cet excès de pression au moyen d’une boucle sauvage ou d’une dérivation de pression lorsque ce phénomène devient suffisamment grave pour créer des problèmes dans le système, comme par exemple dans une alimentation forcée des zones fermées.

 

Considérations sur la mise en application du chauffage par zones

Les robinets de zones doivent être dimensionnés en fonction du débit de liquide correspondant à la charge de chauffage des zones (charge / ∆T / 500 = gpm). Un robinet de zone de capacité insuffisante augmente les pertes par friction et réduit le débit. Il s’ensuit que les exigences de chauffage ne sont pas respectées,

Les robinets de zones équipes d’un actionneur électrique réagissent assez rapidement; cependant, dans certains cas, le bruit du moteur est perceptible lors du fonctionnement.

Les robinets de zones équipes d’une cartouche de régulation fonctionnent en silence, mais réagissent seulement au bout de plusieurs minutes.

Les systèmes de panneaux rayonnants peuvent circuler du liquide en continu dans la tuyauterie et, dans le cas de demande de chauffage dans une zone, le dispositif de mélange est active, assurant le transfert de chaleur dans le liquide circulant dans les zones.

L’identification adéquate de toutes les zones constitue un atout durant l’installation, ainsi que pour l’entretien, le dépannage et les réparations.

Éloigner les sondes de température de pièce des endroits froids, comme les murs extérieurs. Placer également ces sondes à l’abri de la lumière solaire directe. Autrement, dans les deux cas, la température perçue serait incorrecte, ce qui nuirait au chauffage du local.

 

Coefficients Cv des robinets

Cv = coefficient de vitesse d’un robinet et est un indicateur de débit pour un robinet. Le débit indique correspond à la quantité maximale de fluide qui peut s’écouler dans le robinet sans dépassement de la chute de pression indiquée, habituellement de 1 psi (2.31 pieds de hauteur). Le débit d’alimentation d’une zone ne doit jamais dépasser le débit nominal du robinet. Autrement, on augmente simplement les pertes par friction, sans augmenter de beaucoup le débit, et l’émetteur de chaleur peut ne pas être en mesure de répondre à la demande de chauffage.

 

Charges auxiliaires

Chauffe-eau indirect

Un chauffe-eau indirect récolte le fluide caloporteur en circulation par l’intermédiaire de son échangeur qui assure le transfert de l’énergie thermique à l’eau sanitaire. Le Code d’installation des systèmes de chauffage hydronique CAN/CSA 8-214 contient les prescriptions concernant ces appareils.

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L’article 15.1 Échangeurs de chaleur énonce 4 exigences s’appliquant aux échangeurs de chaleur servant à séparer l’eau de chauffage de l’eau potable à celle du système

1. La pression du fluide caloporteur doit être inférieure d’eau potable, cette dernière pression étant mesurée à la sortie de l’échangeur, En cas de rupture d’un échangeur, s’agit d’assurer que l’eau potable soit transférée du coté chauffage, plutôt que l’inverse, évitant ainsi toute contamination de l’eau potable par le fluide caloporteur.

2. La soupape de décharge protégeant l’échangeur doit être muni d’une étiquette indiquant que l’intégrité de l’échangeur doit faire l’objet d’une vérification en cas d’ouverture de la soupape.

3. La tuyauterie d’eau potable doit être munie de robinets d’isolement à l’entrée et à la sortie de l’échangeur, afin de faciliter la séparation entre l’eau potable et le fluide caloporteur en cas de rupture.

4. Les conditions de protection ci-dessus ne s’appliquent que lorsque le risque associé au fluide caloporteur utilise pour le chauffage de l’eau potable est classe comme étant faible ou modéré en vertu de la norme CAN/CSA 864.10.

L’article 15.2 Échangeurs de chaleur stipule que, lorsque le risque associé au fluide caloporteur est considéré comme élevé, en vertu de la norme CAN/CSA 864.10, les méthodes de protection de l’eau potable indiquées ci-dessus ne sont plus valables et un échangeur de chaleur à double paroi doit être prévu pour séparer le fluide caloporteur de l’eau potable. Cette disposition s’appliquerait dans le cas où le fluide caloporteur contient des produits chimiques de traitement ou un antigel.

 

 

Protection des réseaux d’eau potable

Lorsqu’un échangeur sert à chauffer de l’eau potable, le risque de contamination croisée par le caloporteur de la chaudière doit être pris en compte.

Tout fluide susceptible de représenter un risque plus que faible ou modéré pour le réseau d’eau potable doit être séparé par un échangeur de chaleur à double paroi (CAN/CSA 8-64.10).

Les risques suivants sont décrits dans l’article 5.2 de la norme CAN/CSA 8-64.10 Manuel de sélection et d’installation des dispositifs anti refoulement.

Risque faible – il s’agit d’un raccordement croisé réel au possible, non susceptible de représenter un danger pour la sante et se limitant à une nuisance.

Risque modéré- il s’agit d’un risque faible, dont la probabilité d’évolution vers un risque élevé demeure faible.

Risque élevé – if s’agit d’un raccordement croisé réel ou possible, susceptible de représenter un danger pour la sante.

Important Les exigences prescrites dans le Code d’installation des systèmes de chauffage hydronique CAN/CSA 8-214 et dans la norme CAN/CSA 8-64.10 Manuel de sélection et d’installation des dispositifs anti refoulement représentent un minimum, comme dans n’importe quel code. Lorsqu’il s’agit de la santé et de la sécurité du public, la pratique courante suggère que l’installation originale protège l’utilisateur sur toute la durée de vie utile des systèmes. Les systèmes peuvent faire l’objet de modifications à tout moment de leur vie utile. Il ne serait pas prudent de s’attendre à ce que les personnes chargées des modifications éventuelles (ajout de produits chimiques), en vue de la mise à niveau d’un système, satisfassent aux exigences associées à de nouvelles classes de risques, car elles pourraient me pas être qualifiées en matière de contrôle des raccordements croisés ou pourraient même, et c’est le cas de la plupart des propriétaires de maisons, ignorer ces exigences. La prise en compte de ces éléments correspond au meilleur intérêt du public en matière de sécurité.

 

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  • L’article 16 Chauffe-eau domestique indirect il réservoir du Code d’installation des systèmes de chauffage hydronique CAN/CSA 8-214 énonce les directives ci-après.
  • L’article 16.1 Chauffe-eau domestique indirect à réservoir précise qu’un échangeur de chaleur à eau chaude, installé soit à l’extérieur soit à l’intérieur de l’appareil (réservoir d’accumulation), peut être utilise pour le chauffage de l’eau à usage domestique.
  • L’article 16.2 Chauffe-eau domestique indirect à réservoir exige qu’un réservoir de stockage soit conforme aux directives indiquées dans la norme eSA 851, à mains que son diamètre soit inférieur à 610 mm (24 po).
  • Le réservoir de stockage doit être protégé au moyen d’une soupape de décharge et de sécurité thermique, comme l’indique l’article 16.3 Chauffe­ eau domestique indirect à réservoir. La pression de tarage maximale ne doit pas dépasser la pression nominale d’une partie quelconque du système. Le point de consigne maximal de température ne doit jamais dépasser 99 °e (210 OF). Il s’agit de protéger le réservoir, ainsi que les composants et la tuyauterie du système, contre des conditions de service dangereuses.
  • L’article 16.4 Chauffe-eau domestique indirect à réservoir précise qu’une source de chauffage fournissant une température d’alimentation supérieure a 60°C (140 F), dans des conditions normales de service, doit être munie d’un appareil de réduction de la température à commande thermostatique. L’appareil doit être installe sur l’alimentation en eau chaude à usage domestique, afin d’en réduire la température à une valeur inférieure au égale à 60 °C (140 F). Il s’agit d’assurer la sécurité de l’utilisateur en le protégeant contre une température d’eau chaude supérieure à 60 °C (140 F).

 

Note: les autorités compétentes pourraient exiger des températures maximales inférieures à celles indiquées,

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Important :  Une source de chauffage desservant un système de production d’eau chaude à usage domestique doit être choisie en tenant compte des facteurs suivants pour une installation conforme.

 

Sélection d’une source de chauffage

Risque représenté par le (fluide) caloporteur – le type d’échangeur de chaleur autorisé dépend des exigences d’utilisation du fabricant, ainsi que de la pression de service et du degré de risque associé au fluide (faible, modéré, élevé).

La nécessité de prévoir un appareil de réduction de  température sur le réseau d’eau domestique dépend de la température normale de service de la source de chauffage. La température maxima le au point d’utilisation de distribution d’eau chaude sanitaire ne doit pas dépasser 49°C (120 F).

La puissance de la source de chauffage varie en fonction de la stratégie de commande. Par exemple, en cas de fonctionnement avec « priorité à l’eau chaude domestique », la puissance de la source de chauffage s’utilise soit pour le chauffage, soit pour la production d’eau chaude. Le dimensionnement de la source de chauffage s’effectue en fonction de la charge la plus élevée des deux, car elles n’interviennent pas en même temps. Cela permet de faire fonctionner une source de chauffage de puissance réduite plus efficacement. Cependant, lorsque la stratégie de commande ne comporte pas de « priorité », la source de chauffage doit être dimensionnée en fonction de toutes les charges intervenant simultanément.

Lorsqu’une source de chauffage doit satisfaire instantanément aux exigences de fourniture d’eau chaude sanitaire, il faut tenir compte du débit d’alimentation en eau et de l’augmentation de température produite par l’appareil.

 

Dimensionnement d’un chauffe-eau indirect

La production d’eau chaude sanitaire doit correspondre aux besoins de l’utilisateur. Il est important d’assurer une alimentation en eau chaude adéquate. le tableau suivant sert à déterminer la charge minimale à prévoir en fonction du nombre de salles de bains et de chambres dans une habitation unifamiliale et bi familiale. Lorsqu’on ajoute une charge, comme une baignoire à remous, il faut augmenter la production d’eau chaude.

L’exemple suivant est base sur les renseignements fournis dans l’annexe « à » du Code d’installation des systèmes de chauffage hydronique CAN/CSA B-214, ces renseignements étant indiques à titre indicatif et non obligatoire.

 

Chauffage par zone 02

 

Chauffage par zone 03

 

Chauffage par zone 04

Tableaux – Figure A.2(a) et figure A.2(b) Autres formulaires de selection de chauffe-eau mixtes, tel qu’indique dans l’annexe à (8 titre d’information) du Code d’installation des systèmes de chauffage hydronique CAN/CSA 8-214.

Une fois la charge déterminée, il est possible de sélectionner un chauffe-eau. La capacité de ce dernier doit être égale ou supérieure à la charge estimée.

Exemple : détermination de la charge à l’aide du tableau de la page précédente.

 

Le chauffe-eau installée dans une maison de 4 chambres et comprenant 2 U salles de bains doit avoir une capacité minimale de stockage de 40 gallons et une capacité de récupération de 32 gallons/h. Ces valeurs sont basées sur une demande de 70 gallons durant la t'” heure.

Dans cet exemple d’application, on recommande une puissance à l’entrée de 38 000 Btu par heure. On définit ainsi les caractéristiques du chauffe-eau.

Pour qu’un chauffe-eau puisse fonctionner à sa puissance nominale de sortie, il est important de satisfaire aux exigences du fabricant concernant la température de l’eau à l’entrée et le débit.

 

Considérations relatives à l’installation d’un chauffe-eau indirect

Un réservoir de- stockage d’un diamètre supérieur à 610 mm (24 po) doit être conforme à la norme CSA-B51.

Un chauffe-eau indirect est habituellement raccorde de manière à utiliser l’eau la plus chaude provenant de la source de chauffage.

Une chaudière à condensation peut être commandée de telle sorte qu’il y ait augmentation progressive de la température lors d’une demande de production d’eau chaude sanitaire. Il peut s’ensuivre une réduction du rendement de la chaudière, qui fonctionne alors au-dessus de la plage de température de condensation (supérieurs à 60°C (140 F)), mais il s’agit d’une condition nécessaire pour répondre à la demande de chauffage d’eau.

Il est possible de surdimensionné un chauffe-eau indirect utilise en combinaison avec une chaudière à condensation, de sorte que celle-ci fonctionne dans la plage de température de condensation, at condition que le système réponds à la demande de chauffage d’eau sanitaire.

Le calcul des conduites de chauffage, cote alimentation et cote retour, doit se baser sur le débit demandé par le fabricant, tout en maintenant une vitesse d’écoulement recommandée de 2 at 4 pieds par seconde.

Le circulateur doit être capable de fournir le débit d’eau de chauffage requis, tout en assurant une pression suffisante pour vaincre les pertes de charge calculées (chute de pression) dans les tuyauteries d’alimentation et de retour reliées à l’échangeur de chaleur ainsi que la perte de charge créée par l’échangeur de chaleur du chauffe-eau.

Lorsqu’il est prévu une priorité de production d’eau chaude sanitaire, il est important de s’assurer que le circulateur et la tuyauterie associée reliée au chauffe-eau, à la capacité de fournir à une chaudière à serpentins (faible masse) le débit nécessaire, ou que les raccordements soient tels qu’il y ait indépendance hydraulique entre la chaudière et le chauffe-eau.

Il est essentiel que les robinets de zones servant à établir et à interrompre l’écoulement dans un chauffe-eau indirect soient adéquatement dimensionnés pour obtenir le débit nécessaire d’eau de chauffage. Un robinet incorrectement dimensionné limite le débit d’eau, ce qui empêche le chauffe­eau de répondre à la demande de chauffage.

Une soupape de décharge et de sécurité thermique doit être installée du cote du chauffe-eau réservé à l’utilisation domestique. Cette soupape s’ajoute à celle exigée sur un système hydronique ferme, du côté eau de chauffage.

Une charge auxiliaire, tel un chauffe-eau indirect, doit faire l’objet d’une régulation de température à l’aide d’un dispositif de mélange thermostatique, installe sur le système à usage domestique, afin de limiter la température d’alimentation en eau chaude à un maximum de 60°C (140 F), lorsque la température de l’eau de la chaudière peut dépasser 60°C (140 F). Les mêmes limitations de  température s’appliquent à l’alimentation en eau chaude d’une piscine ou d’une baignoire à remous; en effet, l’eau d’une piscine ou d’un spa doit être limitée à un maximum de 40°C (104 F).

 

 

Chauffage par zone 05
Echangeur de chaleur interne

 

Chauffage par zone 06
Echangeur de chaleur interne

 

Note: le chapitre 5, Sources de chaleur, traite des chauffe-eau sans réservoir et des chauffe-eau mixtes. Pour des renseignements supplémentaires concernant diverses dispositions de tuyauteries utilisées pour les chauffe-eau indirects, se reporter au chapitre 8, Système de tuyauteries primaire/secondaire et de distribution.

 

Charges auxiliaires

Échangeurs de chaleur

En chauffage hydronique, on utilise des échangeurs de chaleur pour plusieurs applications. Un échangeur sert habituellement à séparer des fluides différents ou de différentes  températures. Les types courants d’échangeurs de chaleur utilises dans les systèmes hydroniques sont les suivants :

 

A calandre – le faisceau tubulaire est rattache à la tête, qui sert de collecteur aux tubes et ferme la calandre. Cette dernière contient habituellement le fluide de la source de chauffage. Les échangeurs de chaleur à calandre à double paroi sont munis de tubes à l’intérieur du faisceau tubulaire. Le tube intérieur transporte le fluide, tandis que le tube extérieur constitue une seconde barrière, avec espace mis à l’air libre et drain d’égouttement permettant de détecter une fuite éventuelle. Le fluide à l’intérieur de la calandre entoure les tubes extérieurs: le transfert thermique s’effectue par conduction.

Chauffage par zone 07

 

A plaques – Les plaques forment des passages hydrauliques alternés, permettant un transfert thermique par conduction entre le fluide cote source de chauffage et le fluide cote charge. Ces deux fluides circulent généralement en sens inverse, afin de maximiser le plus possible la température différentielle et ainsi favoriser le transfert thermique. Les échangeurs à plaques à double paroi sont munis d’espaces mis à l’air libre entre les plaques contenant les différents fluides. Du fait que la surface d’un échangeur de chaleur à plaques occupe un espace réduit, ce type d’échangeur est plus petit et plus compact qu’un échangeur à calandre de même capacité.

 

Chauffage par zone 08

 

Les exigences suivantes de l’article 17 Systèmes auxiliaires du Code d’installation des systèmes de chauffage hydronique CAN/CSA 8-214 s’appliquent.

L’article ,17.1  Systèmes auxiliaires Généralités exige que les charges de chauffage soient calculées par des méthodes appropriées. La source de chauffage doit être dimensionnée en tenant compte des charges supplémentaires, Lorsque les charges de chauffage supplémentaires sont saisonnières, comme c’est le cas pour une chaudière servant à chauffer une piscine l’été, la source de chauffage doit être dimensionnée en fonction de la charge la plus élevée. Il s’agit ici de dimensionner adéquatement la source de chauffage.

L’article 17.2 Utilisation d’additifs chimiques et de liquides corrosifs stipule que les systèmes d’eau potable doivent être protégés par un moyen acceptable, lorsqu’ils présentent une interface avec un système de chauffage dans lequel on utilise des liquides aux produits chimiques corrosifs. La méthode de protection dépend du risque représente par les produits chimiques. Un système doit être fabrique en un matériau compatible avec les produits chimiques utilises.

L’article 17.3.1 Piscines et spas définit les exigences relatives aux échangeurs de chaleur utilises avec une piscine ou un spa. Un échangeur doit être raccorde à la tuyauterie de telle sorte qu’il se trouve en aval des filtres ou des pompes ou en amont de tout point d’injection automatique de produits chimiques. Il s’agit de choisir un emplacement permettant de protéger l’échangeur le plus possible.

L’article 17.3.2 Piscines et spas exige qu’un dispositif de régulation automatique par thermostat limite la température de l’eau d’alimentation d’une piscine ou d’un spa à 60°C (140 F).

L’article 1.7.3.3Piscines et spas précise qu’une piscine ou un spa doivent être protégée au moyen d’une commande limitant la température de l’eau qu’elles contiennent à un maximum de 40°C (104 F). Cette exigence vise à protéger les utilisateurs contre tout contact avec une eau à une  température supérieure à 40°C (104 F).

L’article 17.4.1 Fonte de neige exige que la température du liquide d’alimentation d’une zone de fonte de neige soit limitée au moyen d’un dispositif de régulation par thermostat. Il s’agit d’empêcher que le réseau de fonte de neige soit soumis à une température trop élevée. En outre, une protection contre une trop basse température du liquide de retour d’un système de fonte de neige est exigée.

Cette exigence est définie dans l’article 12.4 Protection contre une basse température de l’eau de retour, qui s’applique lorsque le fabricant d’un ~, appareil specifle une température minimale de retour. Une méthode de protection de l’apoaretl contre une basse température doit être prévue.

 

Les échangeurs de chaleur s’utilisent pour réaliser une séparation dans les systèmes hydroniques suivants :

Entre une chaudière et la tuyauterie primaire comprenant des composants en métaux ferreux et la tuyauterie en matière plastique perméable à l’oxygène utilisée dans les émetteurs de chauffage par rayonnement.

Entre l’eau d’alimentation de chaudière et un système contenant du glycol.

Entre l’eau d’alimentation de chaudière et un système d’eau chaude sanitaire.

Entre l’eau d’alimentation de chaudière et l’eau d’une piscine ou d’un spa.

Entre la vapeur et des liquides.

Entre une eau de chaudière à haute température et une eau de chauffage dans le plancher par rayonnement a. basse température.

Entre un système comprenant un chauffe-eau mixte, utilisant de l’eau sanitaire comme fluide caloporteur, et un système de chauffage dans lequel l’eau est susceptible de stagner (arrêt en été) avec risque de croissance bactérienne.

 

Considérations sur les applications d’un échangeur de chaleur

 

Risque faible à modéré

Un système de chauffage de l’eau sanitaire au moyen d’un échangeur, dans lequel le caloporteur représente un risque faible à modéré pour l’eau potable, doit satisfaire aux exigences suivantes :

La pression dans le système de chauffage doit être maintenue automatiquement à une valeur inférieure à la pression normale de service du système d’eau sanitaire. En cas de rupture, l’eau sanitaire fuit dans le système de chauffage plutôt que l’inverse.

La soupape de décharge du système de chauffage doit porter une étiquette mentionnant que, dans le cas où cette soupape est ouverte, l’échangeur de chaleur doit être vérifié. Des robinets d’isolement doivent aussi être installés a l’entrée et à la sortie de l’échangeur, cote eau sanitaire.

 

Risque élevé

Un système de chauffage de l’eau sanitaire au moyen d’un échangeur dans lequel le fluide caloporteur représente un risque élevé pour l’eau potable doit satisfaire aux exigences suivantes :

Utiliser au besoin un échangeur de chaleur à double paroi avec mise à l’air libre.

Une autre solution, lorsque les autorités compétentes le permettent, consiste à installer 2 échangeurs de chaleur à paroi simple, séparés par une boucle avec mise à l’air libre, disposée comme illustre ci-après :

 

Chauffage par zone 09

 

 

La pression de tarage de la soupape de décharge sur la boucle avec mise à l’air libre doit être inférieure de 150 kPa (15 psi) à la pression de service la plus faible du système à usage domestique.

Certaines autorités compétentes exigent l’installation d’un interrupteur a pression différentielle entre la boucle avec mise à l’air libre et le cote usage domestique, permettant d’arrêter les pompes en cas de chute de la pression différentielle suite à une rupture.

 

Considérations sur l’installation d’un échangeur de chaleur

Toute source de chauffage doit être équipée d’une soupape de décharge, Un échangeur raccorde à un système ferme doit être protège contre les surpressions dues à la dilatation thermique du liquide. Une soupape de décharge doit être prévue du cote secondaire d’un échangeur et satisfaire aux même exigences d’installation qu’une soupape de chaudière.

Un système ferme, situe du cote secondaire d’un échangeur, doit comprendre, en plus d’une soupape de décharge, un séparateur d’air, un réservoir d’expansion et un moyen de faire l’appoint de liquide. le cote primaire doit également être protégé par les mêmes équipements mais, du fait de la séparation physique, il doit y avoir redondance des équipements du cote secondaire.

Lorsque le système du cote secondaire est ouvert, comme dans le cas d’une piscine ou d’un spa, l’échangeur doit être installé en aval (après) des filtres de piscine et de la pompe et en amont (avant) des points d’injection automatique de produits chimiques.

Pour une simplification des réparations et de l’entretien, installer des robinets d’isolement avec raccords unions en aval des robinets. Aucun robinet ne doit par contre isoler l’échangeur de la soupape de décharge qui en assure la protection.

Les échangeurs de chaleur doivent être protégés centre l’encrassement; noter qu’un échangeur à plaques est pratiquement impossible à nettoyer. Installer un filtre avec tamis à maille 16 sur chacune des entrées d’un échangeur.

Le transfert thermique et les  températures de service doivent être vérifiés a l’aide d’un indicateur de température.

Un échangeur de chaleur desservant une charge secondaire susceptible de geler, comme un ventilo-convecteur d’appoint ou un système de fonte de neige, doit être protège contre le gel à l’aide d’une solution d’antigel appropriée,

Bien qu’ils soient similaires en apparence, les matériaux et le précède de fabrication d’un échangeur doivent être adaptés à l’application envisagée, selon les recommandations du fabricant.

Un échangeur de chaleur doit être installé conformément aux directives du fabricant, aux codes pertinents et aux exigences des autorités compétentes.

 

Dimensionnement d’un échangeur de chaleur

La puissance d’un échangeur de chaleur dépend directement de la différence de température entre les cotes primaire (source de chauffage) et secondaire (charge), et du débit du fluide traversant l’échangeur. Pour une installation adéquate, se reporter aux renseignements .fournis par le fabricant et ne jamais dépasser le débit recommande par celui-ci; il vaut mieux, par conséquent, surdimensionné lorsqu’il le faut. Lors du dimensionnement du circulateur et de la tuyauterie d’alimentation Ide retour, il faut tenir compte de la chute de pression (due aux pertes par friction) dans l’échangeur, Les pertes par friction dépendent également du type de fluide et de sa température. Il existe divers tableaux et les directives du fabricant doivent être suivies.

Note: les autorités compétentes peuvent demander que la documentation sur les performances d’un échangeur accompagne l’appareil au chantier, afin de vérifier l’adéquation de l’application avant installation/utilisation.

 

Facteurs relies à la puissance d’un échangeur de chaleur

Température du fluide d’alimentation du cote primaire (source de chauffage).

∆T du fluide cote primaire (chute de température).

Débit du fluide primaire dans l’échangeur,

Température d’entrée, égale à la différence entre la température du fluide entrant dans l’échangeur, cote primaire, et la température du fluide sortant de l’échangeur, cote secondaire.

Température du fluide entrant du cote secondaire (charge).

∆T entre les fluides cote secondaire (élévation de température ).

Débit du fluide secondaire dans l’échangeur,

 

Afin d’illustrer l’interaction entre ces facteurs, le tableau suivant présents un exemple de performance d’un échangeur de chaleur à plaques à différentes températures et différents débits. La puissance d’un échangeur varie énormément, pour un modèle donne, lorsqu’on modifie la température et le débit.

 

Exemple : performances d’un échangeur de chaleur

 

Chauffage par zone 10
Exemple de tableau de puissance d’un échangeur de chaleur

 

Cet exemple illustre la variation dynamique de la puissance d’un échangeur donne en fonction du débit, des  températures primaire/secondaire, du ∆T. et de la température d’entrée. Pour un dimensionnement adéquat, se reporter aux directives et au tableau de dimensionnement du fabricant et les respecter. L’utilisation d’un fluide différent, comme le glycol, à également une influence sur la puissance d’un échangeur; là encore, se reporter au tableau de dimensionnement. Une température d’entrée inférieure ou égale 136°C (10°F) donne également de bons résultats, à condition que les calculs soient effectués en suivant les recommandations du fabricant; dans ce cas, il est préférable que les documents se rapportant au dimensionnement accompagnent l’appareil au chantier.

 

 

Source: Systèmes de chauffage hydronique

CMMTQ  Corporation des maîtres mécaniciens en tuyauterie du Québec

 

Un guide de conception de d’installation a l’usage du concepteur, de l’entrepreneur, de l’ingénieur, de l’architecte et de l’inspecteur.

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