Économiser des armatures, économiser du temps de montage
Chauffage au mazout avec hydraulique de chauffage simplifiée pour plus d'efficacité
C'était le cas jusqu'à présent : la version standard de l'hydraulique Baunach régule de manière efficace sur le plan énergétique le retour d'un circuit de radiateurs au degré et au litre près par rapport au départ d'un chauffage par le sol à basse température. Le côté haute température est l'affaire de la chaudière à mazout ou à gaz à marche glissante. L'utilisation d'énergies renouvelables implique toutefois des températures d'eau de chaudière constantes - et donc un mélangeur supplémentaire pour les radiateurs. Un chauffagiste a donc suggéré une extension du schéma "rendeMIX". Baunach a mis en œuvre cette suggestion. Comment ? L'exemple de la centrale de chauffage de Backnang l'explique.
On ne peut pas être plus précis : "Le rendement de la chaudière ne permet pas à lui seul de mesurer l'efficacité d'un chauffage économique. Du point de vue de la technologie des systèmes, les combinaisons chaudière/chauffe-eau - même en tant que nouvelles installations à condensation - sont aussi vieilles que le chauffage central lui-même. La responsabilité réside donc dans l'amélioration du rendement annuel d'une installation : cela signifie qu'il ne faut pas seulement prendre en compte certains composants, mais qu'il faut évaluer l'ensemble de l'installation de chauffage, de la cave à la pièce d'habitation. Une efficacité énergétique élevée présuppose une harmonisation parfaite du système. C'est selon cette maxime, tirée d'un prospectus, qu'il faut planifier et installer. Mais, pour quelque raison que ce soit, la pratique ne respecte pas toujours cet impératif. Elle, la mise en œuvre, gaspille souvent une grande partie du potentiel d'efficacité. Le renoncement aux points d'efficacité est bien sûr aussi lié au fait que le nouage en une unité optimale devrait souvent être effectué manuellement : avec des robinetteries et des composants supplémentaires qui augmentent les coûts. Et surtout, un temps coûteux : réfléchir, saisir les besoins, les régler correctement et les contrôler - cela coûte de l'argent, qui le paie ?
Fig. 1 : Le schéma de câblage de l'armature à deux mitigeurs.
Fig. 2 : Coupe de la "centrale de chauffage" à réservoir tampon Olymp. Les conduits de fumée diagonaux régulent la température de l'eau d'accumulation (eau de chaudière) dans la chaudière à mazout à condensation. L'échangeur de chaleur à condensation se trouve dans l'épaississement du tube de fumées derrière la chaudière.
L'idée de système
C'est pourquoi certains fabricants résolvent le problème actuel de la réduction de la consommation d'énergie primaire en proposant des systèmes déjà bien conçus en usine - ce qui suppose bien sûr des artisans innovants qui reconnaissent l'avantage énergétique et sont en mesure de le transmettre au client de manière argumentée. La "centrale de chauffage" écologique de la Usine Olympique GmbH représente une telle alternative à la construction d'installations de chauffage traditionnelles. Les phrases d'introduction citées ci-dessus sont d'ailleurs tirées du dépliant de ce générateur de chaleur. Elles expliquent déjà en principe la nature de la centrale multi-énergie : la source de chaleur, la production, le stockage et la distribution ont le même poids. Produire et stocker signifie, dans le cas de la centrale Olymp, que les tuyaux d'évacuation des gaz de combustion traversent en diagonale un réservoir tampon, font office d'échangeur de chaleur et chauffent le contenu du réservoir de 350 l à une température maximale de 75 °C. La centrale Olymp est équipée d'un système de chauffage à eau chaude et d'un système de chauffage à eau froide.
L'accumulateur de chaleur à deux zones permet de stocker différentes températures en fonction de leur niveau et de les prélever en fonction des besoins. "Si l'eau de chauffage chaude suffit comme départ, il est préférable de prélever l'eau de chauffage chaude au centre de chaque accumulateur avant de mélanger de manière destructrice et sous sa propre responsabilité la précieuse eau chaude avec l'eau froide", explique Hans-Georg Baunach, le deuxième d'un trio d'apologistes de l'efficacité qui ont rénové de manière exemplaire un chauffage au fioul à Backnang, dans le Bade-Wurtemberg. Son entreprise a développé le mélangeur multidirectionnel "rendeMIX", qui effectue de manière autonome le déchargement (et le chargement) à température correcte de deux zones sur la chaudière Olymp.
Chargement et déchargement en deux zones
A l'origine, le "rendeMIX" voulait seulement coupler deux circuits de chauffage avec des niveaux de température différents, à savoir connecter en aval des radiateurs haute température un chauffage de surface basse température en faisant du retour des radiateurs le départ du chauffage par le sol. Cela suppose entre autres de compenser de manière autonome, du côté de l'armature, les différents débits des radiateurs d'une part et des serpentins dans la chape d'autre part, grâce à un by-pass interne. Mais entre-temps, le rendeMIX peut faire bien plus. Par exemple, comme nous venons de le voir, il peut alimenter et décharger des zones de température échelonnées dans un réservoir, intégrer la chaleur solaire et autres. Le type de mélangeur "3×4" (trois raccords vers le tampon, quatre vers les deux circuits de chauffage), installé à Backnang et dont les détails suivront bientôt, décide entre les trois zones chaude (en haut), chaude (au milieu) et froide (en bas) dans un réservoir. Bien entendu, le tampon doit contenir des raccords correspondants. La centrale de chauffage Olymp peut en fournir.
Le troisième partenaire innovant de l'objet de Backnang, Fabian Lutz, directeur de Malu GmbH de Weissach im Tal près de Stuttgart, réunit les techniques Olymp et Baunach en une unité solide. "Pour nous, penser et agir en fonction de l'environnement est une directive, nous sommes guidés par le respect de la nature. Cela signifie que nous utilisons les ressources de la manière la plus économe possible. Si nous nous rendons compte qu'il y a encore une réserve, nous nous efforçons de l'exploiter", explique le chauffagiste à Baunach en proposant d'"upgrader" une variante du mélangeur "rendeMIX" de manière à ce qu'elle puisse être remplacée, si nécessaire, dans la "centrale de chauffage" écologique d'Olymp, par les modules conventionnels existants, sans frais d'installation, lorsqu'il s'agit de raccorder un circuit basse température à un circuit haute température selon le schéma de Baunach.
Capacité triplée dans la même mémoire
Il en est concrètement question : d'une augmentation du taux d'utilisation annuel de sept à dix pour cent, d'une meilleure utilisation du volume tampon disponible grâce à un chargement et un déchargement intelligents en fonction de la température, de sorte que la capacité de stockage est multipliée par deux ou trois, d'une réduction du travail du brûleur à 4.000 démarrages pour 2.000 heures de fonctionnement, donc de longues durées de fonctionnement d'une demi-heure en moyenne dans une maison d'habitation de 270 m2 de surface chauffée, avec des radiateurs à l'étage et un chauffage au sol au rez-de-chaussée.
Il est vrai que ni la chaudière tampon Olymp ni le mélangeur multidirectionnel "rendeMIX" ne sont des nouveautés. Ce qui rend la rénovation de la maison d'habitation de Backnang si digne d'être mentionnée, ce sont les données de fonctionnement qui viennent d'être citées, suite à l'adaptation de la nouvelle chaudière à la technique de mélange de Hückelhoven et à son adaptation constructive aux chaudières à réservoir tampon pour deux circuits de mélange : L'armoire de chauffage au fioul à condensation d'une puissance maximale de 24 kW contient en série deux groupes de mélangeurs tout à fait normaux avec deux mélangeurs à trois voies pour les deux circuits haute et basse température alimentés séparément et donc de manière sous-optimale. En raison de la température relativement élevée du retour commun radiateurs/chauffage des surfaces, le rendement de la condensation est en outre limité dans la version d'usine. La centrale de chauffage est alimentée par le "brûleur-fusée" de MHG. Le volume d'eau de chaudière relativement important de 350 l permet d'installer le brûleur à flamme bleue de MHG, qui n'est pas très silencieux dans son principe. Fabian Lutz justifie cette décision par les bonnes expériences faites depuis de nombreuses années avec ce type de chaudière. "Il est vrai que du point de vue du niveau sonore, il est un peu plus élevé que la concurrence, mais la quantité d'eau atténue la résonance. En tout cas, les émissions sonores n'ont pas augmenté de manière audible, comme nous l'ont confirmé les habitants de l'immeuble".
Échangeur de chaleur externe à condensation
La flamme bleue signale une transformation en grande partie sans perte de l'énergie chimiquement liée du fioul en chaleur. Le brûleur a été créé il y a des années en collaboration avec le Centre allemand pour l'aéronautique et l'aérospatiale (DLR). Entre-temps, le commerce propose la troisième génération. En ce qui concerne la chaudière, il convient de préciser, outre le principe du tampon, qu'elle ne fonctionne pas avec un échangeur de chaleur à condensation intégré, mais avec un échangeur de chaleur à condensation placé en aval. Celui-ci se trouve dans le canal d'évacuation des fumées, à l'extérieur de la jaquette, juste avant l'introduction dans la cheminée. Un aiguillage correspondant avec pompe pousse un flux partiel exclusivement du retour froid du chauffage par le sol dans et à travers cet échangeur de chaleur, avec pour conséquence qu'un pourcentage élevé de la vapeur d'eau se condense. La chaleur ainsi libérée réchauffe le flux partiel et le volume d'eau désormais chaud s'écoule dans la zone correspondante du tampon de l'armoire de chauffage. Le condensat acide s'infiltre dans les égouts via une unité de neutralisation.
Info
De la pratique pour la pratique
La technique de chauffage est de plus en plus souvent associée à des sources d'énergie renouvelables telles que le bois, les pellets, le solaire - et à l'avenir également à des centrales électriques virtuelles qui veulent stocker l'énergie électrique de régulation négative dans un chauffe-eau - et se retrouve dans cette situation : circuit haute température plus circuit basse température plus température constante de l'eau de chaudière. Dans l'article, il a déjà été question de cela avec la remarque que dans ces versions, la possibilité de commander directement le circuit haute température avec une température de chaudière glissante en fonction de la température extérieure est supprimée. Dans le passé, les chauffagistes devaient donc installer manuellement un mélangeur à trois voies pour les radiateurs derrière le "rendeMIX". Cela prenait de la place et prenait un temps de montage coûteux. La société Malu GmbH, qui se voit elle aussi de plus en plus souvent confrontée à ces conditions, a été déçue par ce compromis technique d'installation forcé. Elle s'est adressée à HG Baunach GmbH & Co. KG à Hückelhoven : N'est-il pas possible de loger un mélangeur à trois voies et le distributeur "rendeMIX" dans une seule robinetterie ? Et est-il possible de concevoir les raccords de cette robinetterie de manière si flexible que ses tubulures s'adaptent à la tuyauterie départ/retour de la plupart des générateurs de chaleur, ainsi qu'à la "centrale de chauffage" Olymp, de sorte qu'il suffit de dévisser et de revisser ? Bien sûr que c'est possible, a répondu le service technique de Baunach. Il a reconnu cette lacune dans le programme et a conçu la combinaison du "rendeMIX" avec un mélangeur à trois voies pour la présenter pour la première fois à l'occasion du salon. ISH 2015Le circuit basse température sous forme de chauffage par le sol s'alimente selon le schéma classique "rendeMIX" à partir des trois zones chaud, chaud et froid, mais seules deux portes sont ouvertes à l'entrée. Les sondes de température à la sortie du mélangeur décident des zones dans lesquelles le mélangeur multivoies aspire l'eau. De ce point de vue, sa position momentanée respective avec deux entrées ouvertes et une sortie ne se distingue pas de celle d'un mélangeur trois voies conventionnel. Il réagit donc également au signal trois points habituel de la régulation standard de presque toutes les chaudières. En d'autres termes, le "rendeMIX" s'adapte à tout régulateur qui commande un moteur de mélangeur à trois voies normal. Cela vaut bien sûr d'autant plus pour le mélangeur haute température de la nouvelle vanne.
Dans ce circuit, il est important que le volume du débit partiel corresponde exactement à la puissance de l'échangeur de chaleur à condensation. L'ajustement se fait d'abord à l'aide des mathématiques, en calculant le débit à partir de l'écart visé entre l'aller et le retour et des kilowatts du condensateur (2,5 kW). Le réglage fin s'effectue ensuite à l'aide de la mesure de la température des gaz d'échappement :
La production d'eau chaude en été est considérée comme un fonctionnement critique. C'est le cas lorsqu'il n'y a pas d'eau froide disponible dans le circuit de retour du chauffage au sol. Pour qu'une grande partie de la chaleur latente des gaz de combustion profite malgré tout à la production d'eau chaude sanitaire, le débit volumétrique doit être arrêté ou régulé manuellement jusqu'à ce que la température des gaz de combustion ait atteint son point le plus bas, c'est-à-dire qu'elle ne baisse plus. La pompe doit être étranglée en conséquence. En effet, si trop peu d'eau de refroidissement alimente l'échangeur, la température des gaz d'échappement ne descend pas au minimum possible. Les gains de condensation sont donc limités. Certes, le flux massique retourne dans l'accumulateur à une température relativement élevée, mais il aurait très bien pu y avoir quelques litres, c'est-à-dire quelques calories, de plus.
Comment régler la condensation ?
En revanche, si le flux d'eau de refroidissement vers l'échangeur de chaleur externe est trop important, la chaleur de condensation libérée ne suffit pas à augmenter sensiblement la température du reflux dans la chaudière tampon et, à ce niveau, la température de la zone. Il en résulterait un mélange de l'accumulateur, ce qui réduirait également les gains de condensation. C'est pourquoi les litres doivent être équilibrés avec précision à l'aide de la pompe à débit partiel. La mesure de cet équilibre est la variation de la température des gaz de combustion. Si celle-ci commence à augmenter, le débit est correct. Fabian Lutz raccourcit l'explication : "Il suffit d'observer la sonde des gaz d'échappement derrière l'échangeur de chaleur. Au démarrage, de l'eau de refroidissement froide s'écoule déjà automatiquement. Il suffit de l'ajuster au volume à partir duquel les températures commencent à grimper. Ou plutôt, à ce volume précis, il suffit d'arrêter le réajustement pour que les conditions soient bonnes".
En hiver, en cas de températures négatives et éventuellement de fonctionnement continu, l'échangeur de chaleur aurait besoin d'un débit plus élevé ou d'une température d'arrivée plus basse. Or, c'est précisément cette température plus basse qui est fournie automatiquement par le mélangeur multivoies. Celui-ci envoie maintenant le retour à 30 vitesses du chauffage au sol activé vers le condenseur. Et celui-ci fait passer le flux de 30 °C à une température de 50 °C. C'est le rendeMIX qui décide, en fonction des températures, si la chaudière à accumulation doit absorber cette livraison ou si elle doit l'envoyer directement dans les pièces d'habitation.
Pas de problème de légionellose
Sa liberté presque infinie en matière de régulation de la température se cache dans la désignation "3×4" : trois raccords sur l'armoire de chauffage - en haut, au milieu et en bas - et quatre voies sur le mélangeur, à savoir l'aller et le retour des circuits de radiateurs et de chauffage au sol. Cette architecture permet les variantes de mélange les plus diverses. Tout d'abord, la chaudière s'arrête lorsque la température de l'eau tampon atteint 75 °C et se met en marche lorsque la température de consigne de l'eau tampon n'est pas atteinte ou lorsque la température de départ n'est pas atteinte. La température de consigne dans le tampon est de 55 °C afin que l'échangeur de chaleur d'eau douce dispose d'une puissance de soutirage suffisante. Olymp livre l'installation écologique de série avec un tel chauffe-eau instantané. Avec lui, le problème de la légionellose n'existe pas, du moins côté chaudière. En raison de la froideur de l'eau potable, la température ne dépasse pas 55 °C sur les parois de l'échangeur de chaleur, même à 75 °C au départ. Ainsi, les plaques en acier inoxydable côté eau potable restent largement exemptes de dépôts calcaires.
Le risque n'existe de toute façon pas sur les surfaces en contact avec l'eau de chauffage, car l'ensemble de l'installation fonctionne avec de l'eau traitée et entièrement déminéralisée. Cela n'a cependant rien à voir avec une exigence du fabricant Olymp. Lutz, chauffagiste, justifie le traitement par les pompes à haut rendement installées : "Lors de leur introduction, nous n'en avons pas vu la nécessité. Cela a entraîné quelques dysfonctionnements. Aujourd'hui, avec les pompes à haut rendement, nous remplissons automatiquement le système d'eau entièrement déminéralisée et plaçons en outre un séparateur de boues magnétique dans les conduites. Il faut tout simplement éviter que des composés ferreux ne se fixent dans les aimants permanents des pompes à haut rendement. Au début, lorsque nous ne prenions pas ces précautions, les pompes tombaient parfois en panne après quelques mois seulement. Nous devions souvent démonter les têtes et les nettoyer".
Vers le schéma de câblage
Les directions d'écoulement du type "3×4" ressortent du schéma de câblage (voir figure 1). Les raccords 1, 7 et 2 relient le "rendeMIX" à la chaudière, les raccords 3, 4, 6 et 5 aux circuits de chauffage. Le raccord 1 envoie de l'eau tampon à 70 °C dans l'exemple en direction de l'armature Baunach avec le mélangeur à trois voies en haut et le mélangeur à plusieurs voies ("rendeMIX") au milieu de la partie grisée de l'image. Le raccordement 7 charge ou décharge la centrale Olympe via le "rendeMIX" et via 2, le retour s'écoule à la fois dans la zone froide de la chaudière et dans l'échangeur de chaleur à condensation.
Plus de soleil dans le réservoir
Pour le souligner encore une fois : La particularité de la construction "rendeMIX" dans cette version à deux mitigeurs est qu'un seul corps de réglage (boisseau) sur trois entrées n'en relie toujours que deux à la sortie, comme cela vient d'être décrit pour le départ du circuit de chauffage au sol. Le schéma ne permet de mélanger que de l'eau chaude avec de l'eau froide ou de l'eau chaude avec de l'eau chaude, mais pas de l'eau chaude avec de l'eau froide. Le distributeur de mélange est donc très économique avec la réserve d'eau de chauffage dans le tampon et augmente ainsi sa capacité utile de manière vérifiable jusqu'à 200 pour cent, ce qui correspond à un triplement du volume effectif du tampon. En effet, en utilisant de l'eau chaude du milieu ou du retour des radiateurs au lieu de l'eau chaude du tampon - si l'eau chaude suffit -, on obtient ces deux effets : Premièrement, le tampon reste donc chaud plus longtemps en haut et, deuxièmement, comme ce schéma renvoie de l'eau froide du chauffage par le sol en bas dans le tampon, l'écart entre le chaud et le froid augmente et donc le volume de stockage d'eau chaude entre ces deux zones.
Le socle d'eau froide dû au retour froid du circuit de chauffage au sol augmente, en plus de la réserve d'eau chaude et des gains de chaleur par condensation dans l'échangeur de chaleur à condensation, le rendement solaire dans le cas d'une installation solaire supplémentaire sur le toit de la maison : un "socle" de 30 g permet non seulement à la centrale Olympe, mais aussi à tous les autres chauffe-eau, d'absorber également de l'eau solaire thermique de "seulement" 40 g. Le socle d'eau froide permet également d'augmenter le rendement solaire.
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