Système de chauffage fermé : schémas et caractéristiques d'installation d'un système de type fermé
La principale caractéristique par laquelle un système de chauffage fermé diffère d'un système ouvert est son isolation de l'influence de l'environnement.Ce schéma comprend une pompe de circulation qui stimule le mouvement du liquide de refroidissement. Le système est dépourvu de nombreux inconvénients inhérents à un circuit de chauffage ouvert.
Vous saurez tout sur les avantages et les inconvénients des systèmes de chauffage fermés en lisant l'article que nous vous proposons. Il examine en profondeur les options de l'appareil, les spécificités de l'assemblage et du fonctionnement des systèmes de type fermé. Un exemple de calcul hydraulique est donné pour les artisans indépendants.
Les informations présentées pour examen sont basées sur les réglementations en matière de construction. Pour optimiser la perception d'un sujet difficile, le texte est complété par des schémas utiles, des collections de photos et des didacticiels vidéo.
Le contenu de l'article :
Principe de fonctionnement d'un système fermé
Les dilatations de température dans un système fermé sont compensées à l'aide d'un vase d'expansion à membrane, rempli d'eau pendant le chauffage. Lors du refroidissement, l'eau du réservoir retourne dans le système, maintenant ainsi une pression constante dans le circuit.
La pression créée dans le circuit de chauffage fermé lors de l'installation est transmise à l'ensemble du système. La circulation du liquide de refroidissement est forcée, ce système est donc dépendant de l'énergie. Sans pompe de circulation il n'y aura aucun mouvement d'eau chauffée à travers les tuyaux vers les appareils et vers le générateur de chaleur.
Éléments de base d'une boucle fermée :
- Chaudière;
- soupape de décharge d'air ;
- vanne thermostatique;
- radiateurs;
- tuyaux;
- vase d'expansion non en contact avec l'atmosphère ;
- vanne d'équilibrage;
- robinet à tournant sphérique;
- pompe, filtre;
- soupape de sécurité;
- manomètre;
- raccords, attaches.
Si l'alimentation électrique de la maison est ininterrompue, le système fermé fonctionne efficacement. Souvent, la conception est complétée par des « sols chauds », qui augmentent son efficacité et son transfert de chaleur.
Cette disposition permet de ne pas respecter un certain diamètre de canalisation, de réduire le coût d'achat des matériaux et de ne pas placer la canalisation en pente, ce qui simplifie l'installation. La pompe doit recevoir du liquide à basse température, sinon son fonctionnement est impossible.
Cette option présente également une nuance négative: alors qu'avec une pente constante, le chauffage fonctionne même en l'absence d'alimentation électrique, alors avec une position strictement horizontale du pipeline, le système fermé ne fonctionne pas. Cet inconvénient est compensé par un rendement élevé et un certain nombre d'aspects positifs par rapport aux autres types de systèmes de chauffage.
L'installation est relativement simple et possible dans une pièce de toute taille. Il n'est pas nécessaire d'isoler la canalisation, le chauffage se produit très rapidement et s'il y a un thermostat dans le circuit, le régime de température peut être réglé. Si le système est conçu correctement, il n’y a aucune perte de liquide de refroidissement et donc aucune raison de le remplir.
L'avantage incontestable d'un système de chauffage de type fermé est que la différence de température entre l'alimentation et le retour permet d'augmenter la durée de vie de la chaudière. Le pipeline en circuit fermé est moins sensible à la corrosion. Il est possible de télécharger sur le circuit de l'antigel au lieu de l'eaulorsque le chauffage doit être éteint pendant une longue période en hiver.
Protéger le système de l'air
Théoriquement, l'air ne devrait pas pénétrer dans un système de chauffage fermé, mais en fait il y est toujours présent. Son accumulation est observée lorsque les canalisations et les batteries sont remplies d'eau. La deuxième raison peut être la dépressurisation des articulations.
En raison de l'apparition de poches d'air, le transfert de chaleur du système diminue. Pour lutter contre ce phénomène, le système comprend des vannes spéciales et des vannes de purge d'air.
Pour minimiser le risque de poches d'air, certaines règles doivent être respectées lors du remplissage d'un système fermé :
- Alimenter en eau du bas vers le haut. Pour ce faire, posez les canalisations de manière à ce que l'eau et l'air rejeté se déplacent dans le même sens.
- Laissez les vannes de purge d'air ouvertes et les vannes de vidange d'eau fermées. Ainsi, avec une montée progressive du liquide de refroidissement, l'air s'échappera par les bouches d'aération ouvertes.
- Fermez la vanne de ventilation dès que l'eau commence à y circuler. Continuez le processus en douceur jusqu'à ce que le circuit soit complètement rempli de liquide de refroidissement.
- Démarrez la pompe.
Si dans le circuit de chauffage radiateurs en aluminium, des bouches d'aération sont alors nécessaires sur chacun d'entre eux.L'aluminium, au contact du liquide de refroidissement, provoque une réaction chimique accompagnée d'un dégagement d'oxygène. Dans les radiateurs partiellement bimétalliques, le problème est le même, mais beaucoup moins d’air est produit.
Dans les radiateurs 100 % bimétalliques, le liquide de refroidissement n'entre pas en contact avec l'aluminium, mais les professionnels insistent sur la présence d'une bouche d'aération dans ce cas aussi. La conception spécifique des radiateurs à panneaux en acier est déjà équipée de vannes de purge d'air pendant le processus de production.
Sur les vieux radiateurs en fonte, l'air est évacué à l'aide d'un robinet à tournant sphérique, les autres appareils sont ici inefficaces.
Les points critiques du circuit de chauffage sont les coudes des tuyaux et les points les plus élevés du système, c'est pourquoi des dispositifs d'évacuation d'air sont installés à ces endroits. En circuit fermé, il est utilisé Grues Mayevsky ou des vannes à flotteur automatiques qui permettent à l'air d'être évacué sans intervention humaine.
Le corps de cet appareil contient un flotteur en polypropylène relié par un culbuteur à une bobine. Au fur et à mesure que la chambre du flotteur se remplit d'air, le flotteur s'abaisse et, lorsqu'il atteint la position inférieure, ouvre la vanne par laquelle l'air s'échappe.
L'eau pénètre dans le volume débarrassé du gaz, le flotteur remonte et ferme le tiroir. Pour éviter que des débris ne pénètrent à l'intérieur de ce dernier, celui-ci est recouvert d'un capuchon de protection.
Il existe des modifications où ce processus se déroule différemment, mais le principe est le même : le flotteur est en position basse - le gaz est libéré ; le flotteur est relevé - la vanne est fermée, l'air s'accumule. Le cycle se répète automatiquement et ne nécessite aucune présence humaine.
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Calcul hydraulique pour un système fermé
Afin de ne pas se tromper dans le choix des canalisations en fonction du diamètre et de la puissance de la pompe, un calcul hydraulique du système est nécessaire.
Un fonctionnement efficace de l'ensemble du système est impossible sans prendre en compte les 4 points principaux :
- Déterminer la quantité de liquide de refroidissement qui doit être fournie aux appareils de chauffage afin d'assurer un bilan thermique donné dans la maison, quelle que soit la température extérieure.
- Réduction maximale des coûts d'exploitation.
- Réduire les investissements financiers au minimum, en fonction du diamètre de pipeline choisi.
- Fonctionnement stable et silencieux du système.
Les calculs hydrauliques aideront à résoudre ces problèmes, vous permettant de sélectionner les diamètres de tuyaux optimaux en tenant compte des débits de liquide de refroidissement économiquement justifiés, de déterminer les pertes de charge hydrauliques dans les sections individuelles, de relier et d'équilibrer les branches du système. Il s’agit d’une étape de conception complexe et longue, mais nécessaire.
Règles de calcul du débit de liquide de refroidissement
Les calculs sont possibles si un calcul d'ingénierie thermique est disponible et après sélection des radiateurs par puissance. Les calculs d'ingénierie thermique doivent contenir des données raisonnables sur le volume d'énergie thermique, les charges et les pertes de chaleur.Si ces données ne sont pas disponibles, la puissance du radiateur est prise en fonction de la superficie de la pièce, mais les résultats du calcul seront moins précis.
Ils commencent par un diagramme. Il est préférable de l'effectuer dans une projection axonométrique et de tracer tous les paramètres connus. Le débit du liquide de refroidissement est déterminé par la formule :
G =860q/∆tkg/h,
où q est la puissance du radiateur kW, ∆t est la différence de température entre les conduites de retour et d'alimentation. Après avoir déterminé cette valeur, la section des tuyaux est déterminée à l'aide des tables Shevelev.
Pour utiliser ces tableaux, le résultat du calcul doit être converti en litres par seconde selon la formule : GV = G /3600ρ. Ici, GV désigne le débit du liquide de refroidissement en l/sec, ρ est la densité de l'eau égale à 0,983 kg/l à une température de 60 degrés C. Dans les tableaux, vous pouvez simplement sélectionner la section du tuyau sans effectuer un calcul complet.
La séquence de calcul est plus facile à comprendre à l'aide d'un schéma simple comprenant une chaudière et 10 radiateurs. Le schéma doit être divisé en sections où la section des canalisations et le débit du liquide de refroidissement sont des valeurs constantes.
La première section est la conduite allant de la chaudière au premier radiateur. La seconde est la section entre le premier et le deuxième radiateur. La troisième section et les suivantes se distinguent de la même manière.
La température du premier au dernier appareil diminue progressivement. Si dans la première section l'énergie thermique est de 10 kW, alors lors du passage du premier radiateur, le liquide de refroidissement lui donne une certaine quantité de chaleur et la chaleur perdue diminue de 1 kW, etc.
Le débit du liquide de refroidissement peut être calculé à l'aide de la formule :
Q=(3,6xQuch)/(сх(tr-to))
Ici, Qch est la charge thermique de la zone, c est la capacité thermique spécifique de l'eau, qui a une valeur constante de 4,2 kJ/kg x s, tr est la température du liquide de refroidissement chaud à l'entrée, to est la température du liquide de refroidissement refroidi. liquide de refroidissement à la sortie.
La vitesse optimale de déplacement du liquide de refroidissement chaud dans la canalisation est de 0,2 à 0,7 m/s. Si la valeur est inférieure, des poches d'air apparaîtront dans le système. Ce paramètre est affecté par le matériau du produit et la rugosité à l'intérieur du tuyau.
Dans les circuits de chauffage ouverts et fermés, des tuyaux en acier noir et inoxydable, en cuivre, en polypropylène, en polyéthylène de diverses modifications, en polybutylène, etc. sont utilisés.
Lorsque la vitesse du liquide de refroidissement se situe dans les limites recommandées, 0,2-0,7 m/s, des pertes de pression de 45 à 280 Pa/m seront observées dans le pipeline en polymère et de 48 à 480 Pa/m dans les tuyaux en acier.
Le diamètre intérieur des tuyaux dans la section (din) est déterminé en fonction de l'ampleur du flux de chaleur et de la différence de température à l'entrée et à la sortie (∆tco = 20 degrés C pour un système de chauffage à 2 tuyaux) ou du débit de liquide de refroidissement. Il existe un tableau spécial pour cela :
Pour sélectionner un circuit, vous devez considérer séparément les circuits à un et deux tuyaux. Dans le premier cas, la colonne montante avec le plus grand nombre d'équipements est calculée, et dans le second, le circuit chargé est calculé. La longueur du site est tirée d'un plan dessiné à l'échelle.
La réalisation de calculs hydrauliques précis ne peut être effectuée que par un spécialiste du profil approprié.Il existe des programmes spéciaux qui permettent d'effectuer tous les calculs concernant les caractéristiques thermiques et hydrauliques pouvant être utilisés lors de conception de système de chauffage pour votre maison.
Sélection de la pompe de circulation
Le but du calcul est d'obtenir la pression que la pompe doit développer pour déplacer l'eau dans le système. Pour ce faire, utilisez la formule :
P = Rl + Z
Où:
- P est la perte de charge dans la canalisation en Pa ;
- R - résistance de frottement spécifique en Pa/m ;
- l est la longueur du tuyau au niveau de la section de conception en m ;
- Z—perte de pression dans les sections « étroites » en Pa.
Ces calculs sont simplifiés par les mêmes tableaux Shevelev, à partir desquels vous pouvez trouver la valeur de la résistance au frottement, seuls 1000i devront être recalculés pour une longueur de tuyau spécifique. Ainsi, si le diamètre intérieur du tuyau est de 15 mm, la longueur de la section est de 5 m, et 1000i = 28,8, alors Rl = 28,8 x 5/1000 = 0,144 Bar. Après avoir trouvé les valeurs Rl pour chaque section, elles sont résumées.
La valeur de la perte de charge Z pour la chaudière et les radiateurs figure dans le passeport. Pour les autres résistances, les experts conseillent de prendre 20 % de Rl, puis de additionner les résultats pour les sections individuelles et de les multiplier par un facteur de 1,3. Le résultat sera la pression de pompe souhaitée. Pour les systèmes monotubes et bitubes, le calcul est le même.
Au cas où la pompe est sélectionnée pour une chaudière existante, utiliser alors la formule : Q=N/(t2-t1), où N est la puissance du groupe de chauffage en W, t2 et t1 sont la température du liquide de refroidissement en sortie de chaudière et à la sortie de la chaudière. retour, respectivement.
Comment calculer un vase d'expansion ?
Le calcul revient à déterminer de combien le volume du liquide de refroidissement augmentera lors de son chauffage de la température ambiante moyenne de + 20 degrés C à la température de fonctionnement - de 50 à 80 degrés. Ces calculs ne sont pas faciles, mais il existe une autre façon de résoudre le problème : les professionnels conseillent de choisir un réservoir d'un volume égal à 1/10 de la quantité totale de liquide dans le système.
Vous pouvez retrouver ces données dans les passeports d'équipement, qui indiquent la capacité de la chemise d'eau de la chaudière et d'1 section radiateur. Ensuite, la section transversale des tuyaux de différents diamètres est calculée et multipliée par la longueur correspondante.
Les résultats sont résumés, les données des passeports y sont ajoutées et 10 % sont prélevés sur le total. Si l'ensemble du système contient 200 litres de liquide de refroidissement, un vase d'expansion d'un volume de 20 litres est nécessaire.
Critères de sélection des réservoirs
Fabrication vases d'expansion de l'acier. A l'intérieur se trouve une membrane divisant le récipient en 2 compartiments. Le premier est rempli de gaz et le second de liquide de refroidissement. Lorsque la température augmente et que l’eau s’écoule du système vers le réservoir, le gaz est comprimé sous sa pression. Le liquide de refroidissement ne peut pas occuper tout le volume en raison de la présence de gaz dans le réservoir.
La capacité des vases d'expansion varie. Ce paramètre est sélectionné de manière à ce que lorsque la pression dans le système atteint son maximum, l'eau ne dépasse pas le niveau réglé. Pour protéger le réservoir du débordement, une soupape de sécurité est incluse dans la conception. Le remplissage normal du réservoir est de 60 à 30 %.
Choisir le schéma optimal
Lors de l'installation du chauffage dans une maison privée, deux types de schémas sont utilisés : monotube et bitube. Si on les compare, ce dernier est plus efficace. Leur principale différence réside dans les méthodes de connexion des radiateurs aux canalisations. Dans un système à deux tuyaux, un élément obligatoire du circuit de chauffage est une colonne montante individuelle, à travers laquelle le liquide de refroidissement refroidi retourne à la chaudière.
L'installation d'un système monotube est plus simple et moins coûteuse financièrement. La boucle fermée de ce système combine à la fois les conduites d'alimentation et de retour.
Système de chauffage monotube
Dans les maisons à un ou deux étages de petite superficie, le schéma d'un circuit de chauffage monotube de type fermé a fait ses preuves, composé d'un câblage d'un tuyau et d'un certain nombre de radiateurs connectés en série.
Elle est parfois communément appelée « Leningradka ». Le liquide de refroidissement, cédant de la chaleur au radiateur, retourne dans le tuyau d'alimentation puis traverse la batterie suivante. Les derniers radiateurs reçoivent moins de chaleur.
L'avantage de ce système est une installation économique - cela prend moins de matériel et de temps qu'un système à 2 tuyaux. Si un radiateur tombe en panne, les autres fonctionneront normalement lors de l'utilisation d'un bypass.
Les capacités d'un circuit monotube sont limitées - il ne peut pas être démarré par étapes, les radiateurs chauffent de manière inégale, des sections doivent donc être ajoutées au dernier de la chaîne. Pour éviter que le liquide de refroidissement ne refroidisse si rapidement, il est nécessaire d'augmenter le diamètre des tuyaux. Il est recommandé de ne pas connecter plus de 5 radiateurs pour chaque étage.
Il existe 2 types de systèmes : horizontal et vertical. Dans un bâtiment à un étage, le système de chauffage horizontal est installé au-dessus et au-dessous du sol. Il est recommandé d'installer les batteries au même niveau et la canalisation d'alimentation horizontale avec une légère pente dans le sens d'écoulement du liquide de refroidissement.
Avec une distribution verticale, l'eau de la chaudière monte dans la colonne montante centrale, pénètre dans la canalisation, est distribuée sur des colonnes montantes séparées et, à partir d'elles, via des radiateurs. En refroidissant, le liquide tombe dans la même colonne montante, traverse tous les appareils et se retrouve dans la canalisation de retour, et de là, la pompe le renvoie vers la chaudière.
Après avoir choisi un système de chauffage de type fermé, l'installation s'effectue dans l'ordre suivant :
- Installez la chaudière. Le plus souvent, une place lui est réservée au rez-de-chaussée ou au premier étage de la maison.
- Les tuyaux sont raccordés aux tuyaux d'entrée et de sortie de la chaudière et acheminés autour du périmètre de toutes les pièces. Les connexions sont sélectionnées en fonction du matériau des tuyaux principaux.
- Installez le vase d'expansion en le plaçant au point le plus haut. Dans le même temps, un groupe de sécurité est installé, le reliant à la ligne principale par un té. Fixez la colonne montante principale verticale et connectez-la au réservoir.
- Ils installent des radiateurs avec l'installation de robinets Mayevsky. La meilleure option : by-pass et 2 vannes d'arrêt - une à l'entrée, l'autre à la sortie.
- Installez la pompe dans la zone où le liquide de refroidissement refroidi pénètre dans la chaudière, après avoir préalablement installé un filtre devant son site d'installation. Le rotor est positionné strictement horizontalement.
Certains artisans installent une pompe avec by-pass afin de ne pas drainer l'eau du système en cas de réparation ou de remplacement de matériel.
Après avoir installé tous les éléments, ouvrez la vanne, remplissez la conduite de liquide de refroidissement et retirez l'air. Vérifiez que l'air a été complètement évacué en dévissant la vis située sur le couvercle du corps de la pompe. Si du liquide sort par en dessous, cela signifie que l'équipement peut être démarré en serrant d'abord la vis centrale préalablement dévissée.
Avec des schémas testés dans la pratique systèmes de chauffage monotube et les options de l'appareil que vous pouvez trouver dans un autre article sur notre site Web.
Système de chauffage à deux tuyaux
Comme dans le cas d'un système monotube, il y a un câblage horizontal et vertical, mais ici il y a à la fois une conduite d'alimentation et une conduite de retour. Tous les radiateurs chauffent de la même manière. Un type diffère d'un autre en ce que dans le premier cas, il y a une seule colonne montante et tous les appareils de chauffage y sont connectés.
Le schéma vertical consiste à connecter des radiateurs à une colonne montante située verticalement. Son avantage est que dans un immeuble à plusieurs étages, chaque étage est relié individuellement à la contremarche.
Une particularité du schéma bitube est la présence de canalisations reliées à chaque batterie : l'une à flux direct et l'autre à retour. Il existe 2 schémas de raccordement des appareils de chauffage. L'un d'eux est de type collecteur, lorsque 2 tuyaux vont des collecteurs à la batterie.
Le projet se caractérise par une installation complexe et une consommation élevée de matériel, mais la température dans chaque pièce peut être ajustée.
Le second est un circuit parallèle plus simple. Les colonnes montantes sont installées autour du périmètre de la maison et des radiateurs y sont connectés. Il y a une chaise longue qui s'étend sur tout l'étage et des contremarches y sont reliées.
Les composants d'un tel système sont :
- Chaudière;
- soupape de sécurité;
- manomètre;
- purgeur d'air automatique;
- vanne thermostatique;
- batteries;
- pompe;
- filtre;
- dispositif d'équilibrage;
- réservoir;
- soupape.
Avant de procéder à l'installation, la question du type de vecteur énergétique doit être résolue. Ensuite, installez la chaudière dans une chaufferie séparée ou au sous-sol.L'essentiel est qu'il y ait une bonne ventilation. Installer un collecteur, si le projet le prévoit, et une pompe. Des équipements de réglage et de mesure sont installés à côté de la chaudière.
Une ligne est connectée à chaque futur radiateur, puis les batteries elles-mêmes sont installées. Les appareils de chauffage sont suspendus à des supports spéciaux de manière à ce qu'il reste 10 à 12 centimètres au sol et 2 à 5 cm des murs.Les ouvertures des appareils à l'entrée et à la sortie sont équipées d'arrêt et de contrôle dispositifs.
Après installation de tous les composants du système, celui-ci est mis sous pression. Cela devrait être fait par des professionnels car eux seuls peuvent délivrer le document approprié.
Détails de la conception d'un système de chauffage à deux tuyaux décrit ici, l'article présente différents schémas et leur analyse.
Conclusions et vidéo utile sur le sujet
Ce matériel vidéo présente un exemple de calcul hydraulique détaillé d'un système de chauffage à 2 tuyaux de type fermé pour une maison à 2 étages dans le programme VALTEC.PRG :
Voici une description détaillée de la conception d'un système de chauffage monotube :
Il est possible d'installer vous-même une version fermée du système de chauffage, mais vous ne pouvez pas le faire sans consulter des spécialistes. La clé du succès réside dans un projet correctement réalisé et des matériaux de qualité.
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Mais il ne convient pas à tous les types d’habitation, cela mérite également d’être pris en compte. Le système, bien sûr, est extrêmement efficace, mais essayez de l'installer dans des maisons qui ont déjà « onze » ans, et elles sont tout simplement même prévues pour un réseau de chaleur différent. Il convient de noter que cette option ne convient qu'aux bâtiments modernes, dans lesquels même la conception même de la maison était initialement destinée à l'être. Même si je n’exclus pas que je puisse me tromper, je ne prendrais pas de risque dans les vieilles maisons.
Il n’y a aucun risque dans les maisons anciennes, mais il est tout de même conseillé de refaire tout le système, y compris les canalisations et les radiateurs. Par exemple, lors du remplacement d'une chaudière. En fait, les chaudières murales modernes sont déjà équipées de pompes et de vases d'expansion intégrés. Il ne reste donc plus qu’à changer les canalisations et de préférence les radiateurs. Mieux encore, installez des planchers chauffants. Le gain sera à la fois en termes de conception et d’efficacité.