Brevet FR2724160A1 — publié le 19960308

n Installation de distribution d'un fluide circulant en circuit fermé. à régulation. et procédé de réglage de cette installation" L'invention concerne les installations de distribution d'un fluide circulant en circuit fermé et notamment les installations de distribution de liquide de chauffage, par exemple les installations de chauffage central, ainsi qu'un procédé de mise en oeuvre d'une telle installation pour effectuer un réglage permettant une optimalisation du fonctionnement de celle-ci. Les installations connues de ce type comportent une source de fluide, par exemple une chaudière, une paire de lignes générales respectivement de départ et de retour, des paires de lignes secondaires ou colonnes respectivement de départ et de retour, et des appareils récepteurs de fluide, par exemple des radiateurs, lesquels comportent chacun une entrée reliée à une ligne secondaire de départ et une sortie reliée à la ligne secondaire de retour correspondante, les lignes secondaires de départ étant elles-mêmes branchées à la ligne générale de départ et les lignes secondaires de retour à la ligne générale de retour.Les installations comportent en outre une pompe de circulation insérée de préférence dans la ligne générale de départ entre la source et la jonction de cette ligne générale de départ avec la ligne secondaire de départ la plus proche de la source, un robinet général de réglage également en tête de distribution, un robinet d'équilibrage inséré dans chaque ligne secondaire de départ, entre la ligne générale de départ et l'entrée de récepteur la plus proche de cette ligne générale de départ, un robinet de réglage par l'usager inséré entre chaque entrée d'appareil récepteur et la ligne secondaire de départ correspondante, et un raccord de réglage par l'installateur inséré entre chaque sortie d'appareil récepteur et la ligne secondaire de retour correspondante. On sait procéder au réglage de telles installations en créant essentiellement des pertes de charge au moyen du robinet d'équilibrage et des raccords de réglage accessibles seulement à l'installateur, et des robinets de réglage à la disposition des utilisateurs. L'avantage de ces installations est leur simplicité, mais il n'en est pas de même de leur procédé de mise en oeuvre et notamment de réglage. De plus, cette simplicité des installations présente des inconvénients qui apparaîtront à la description des procédés connus de réglage par l'installateur. Ces procédés de réglage connus impliquent que tout d'abord on recherche la colonne dite "défavorisée" (c'est très souvent la plus éloignée de la pompe de circulation, mais il est préférable de s'en assurer, et pour cela on ouvre au maximum le robinet d'équilibrage de chaque pied de colonne, on mesure le débit correspondant dans la colonne, on calcule à chaque fois le rapport, dit "rapport de débit", entre débit mesuré et débit théorique nécessaire, et on en déduit la colonne défavorisée, qui est celle qui présente le plus petit rapport de débit), puis on laisse ouvert au maximum le robinet de réglage de la colonne défavorisée, que l'on prend comme colonne de référence pour la suite du réglage. A partir de là, on connaît notamment deux procédés de réglage. Selon le premier de ces procédés, on règle la vanne de réglage de la colonne ayant le rapport de débit immédiatement supérieur, de telle sorte qu'elle ait le même rapport de débit que la colonne de référence, et on fait de même pour chacune des autres colonnes dans l'ordre croissant des rapports de débit en se référant chaque fois à la colonne de référence pour obtenir la valeur du rapport de débit à régler, car le rapport de débit de la colonne de référence peut évoluer au fur et à mesure du réglage des colonnes si, à l'issue de ces opérations, le nouveau rapport de débit est inférieur à 0,9 ou supérieur à 1,1, on ajuste le débit global en agissant sur la pompe de circulation et/ou le robinet de réglage situé en tête de distribution.Ainsi, l'opérateur doit avant chaque réglage de colonne, se rendre à la colonne défavorisée pour mesurer le débit et calculer le rapport de débit correspondant ; puis il doit calculer le débit à régler dans la colonne considérée en multipliant le débit nécessaire par le rapport de débit précédemment déterminé ; ces opérations ne sont pas compliquées, mais elles sont longues, fatigantes pour l'installateur, et peuvent être la source d'erreurs. Pour minimiser ces inconvénients, il est possible de prévoir deux installateurs équipés chacun d'un mesureur et d'un émetteur-récepteur, l'un mesurant en permanence le débit de la colonne de référence, calculant le rapport de débit correspondant, et en informant l'autre opérateur, lequel se déplace successivement d'une colonne à l'autre pour effectuer les réglages en se référant constamment aux indications transmises par le premier ; on a alors un "réglage référencé continu", rigoureux et conduisant toujours aux meilleurs résultats alors que dans le cas d'un "réglage référencé discret", chaque fois que l'on règle un organe, on modifie simultanément le rapport de débit de la colonne de référence, ce dont on ne prend connaissance qu'au réglage suivant, et l'on est toujours en retard sur l'évolution du rapport de débit de la colonne de référence) . Néanmoins, si les conditions de travail sont améliorées, reste la nécessité de se livrer à de petits calculs, et le coût global de l'opération est élevé. Selon le deuxième procédé, on agit sur le robinet de réglage situé en tête de distribution au fur et à mesure du règlage de chacune des colonnes pour maintenir le rapport de débit de la colonne de référence à la valeur unité ; ce procédé implique l'intervention d'un troisième installateur également équipé d'un émetteur-récepteur, qui agit sur l'ouverture du robinet de réglage de tête, toujours sur les indications de l'installateur qui mesure en permanence le débit de la colonne de référence l'installateur qui effectue les réglages des colonnes n'a plus besoin de communiquer avec les deux autres, car il lui suffit de régler chacune des colonnes pour obtenir un rapport de débit unité et ce rapport de débit unité est maintenu dans la colonne de référence tout au long de la procédure de réglage.Cependant, ce procédé peut parfois ne pas aboutir dans la mesure où il peut devenir impossible d'obtenir un rapport de débit unité dans la colonne de référence que ce soit dès le début des opérations de réglage ou à un moment donné de la procédure (cas d'une installation mal dimensionnée, par exemple) ; il faut alors revenir au premier procédé pour équilibrer l'installation en valeurs relatives, et obtenir ensuite les débits en valeurs absolues en agissant sur la pompe de circulation. L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients, et concerne à cet effet une installation de distribution d'un fluide circulant en circuit fermé, du type comportant une source de fluide, une paire de lignes générales respectivement de départ et de retour, des paires de lignes secondaires respectivement de départ et de retour, des appareils récepteurs comportant chacun une entrée reliée à une ligne secondaire de départ et une sortie reliée à une ligne secondaire de retour correspondante, lesquelles lignes sont branchées respectivement à la ligne générale de départ et à la ligne générale de retour, et un robinet d'équilibrage inséré dans chaque ligne secondaire de départ, installation caractérisée en ce qu'elle comporte également un dispositif de régulation associé à chaque paire de lignes secondaires, ce dispositif de régulation comprenant un conduit de régulation reliant les lignes de chaque paire de lignes secondaires et dans lequel est inséré une soupape de régulation et un robinet d'arrêt pour créer une première force représentative de la différence de pression aux bornes de l'ensemble d'appareils récepteurs et l'appliquer dans le sens de l'ouverture à un obturateur de la soupape, un conduit de mesure en dérivation sur une partie de la longueur de la ligne secondaire de départ pour créer une deuxième force représentative du débit amont dans la ligne secondaire de départ, et des moyens de commande de la soupape coopérant avec le conduit de mesure pour appliquer la deuxième force audit obturateur à l'encontre de la première pour réguler la paire de lignes secondaires en pression et en débit, et en ce que le robinet d'équilibrage est muni de moyens de mesure de débit et inséré dans chaque ligne secondaire de départ entre le conduit de régulation et l'ensemble d'appareils récepteurs. Grâce à cette structure, le procédé de réglage est simple, rapide, sûr et économique. En effet, selon l'invention, pour chaque paire de lignes secondaires, on obture le conduit de régulation, puis on contrôle qu'elle est alimentée par un débit au moins égal à un débit nominal, et si cela n'est pas le cas pour au moins une paire de lignes secondaires on diminue le débit d'au moins la paire de lignes la plus suralimentée, ensuite on règle le point zéro de chaque soupape de régulation de telle sorte que celle-ci soit "juste fermée" pour le débit en circulation, et après quoi on ramène à la valeur nominale le débit de la paire de lignes secondaires la moins suralimentée. Ainsi, on peut régler les colonnes dans n'importe quel ordre, le réglage préalable des appareils récepteurs de fluide n'est plus indispensable, les interférences hydrauliques de réglage entre colonnes sont supprimées ainsi que les interférences hydrauliques de fonctionnement (dans le cas de récepteurs équipés d'un robinet thermostatique), et le procédé de réglage est très simplifié quelle que soit la configuration du réseau puisqu'il n'y a plus de colonne de référence, ce qui supprime la nécessité de communiquer entre plusieurs installateurs, le procédé pouvant être mené à bien très rapidement par un seul installateur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront de la description qui va suivre d'une forme de réalisation et d'un mode de réglage préférentiels donnés à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins ci-joints dans lesquels - la figure 1 montre schématiquement un dispositif de régulation mis en oeuvre dans chaque colonne d'une installation selon l'invention, pour faciliter le réglage de celle-ci, et - la. figure 2 montre schématiquement une installation selon l'invention. Le dispositif montré schématiquement sur la figure 1 comporte une soupape de régulation 1 insérée dans un conduit de régulation 2 reliant une colonne de départ 3 et une colonne de retour 4, c'est-à-dire branché en dérivation sur un circuit d'utilisation 5 il comporte également des moyens de commande 6 de la soupape de régulation 1, coopérant avec un conduit de mesure 7 branché en dérivation sur la partie amont de la colonne de départ 3. Ce dispositif a pour but de créer des forces représentatives respectivement de la différence de pression aux bornes de l'utilisation, et du débit amont, et de les appliquer de manière appropriée à l'obturateur 11 de la soupape 1, afin d'aboutir à la régulation désirée, à la fois en pression et en débit. Plus précisément, dans le conduit de régulation 2, sont disposés un siège 12 de soupape fixe et l'obturateur 11 mobile entre une position d'ouverture dans laquelle il est à distance du siège et une position de fermeture dans laquelle il est en appui contre celui-ci ; le débit dans ce conduit est variable et il existe entre ses extrémités une différence de pression qui n'est autre que celle qui existe aux bornes du circuit d'utilisation, et qui peut donc être utilisée pour créer la force représentative de celle-ci, l'une des faces de l'obturateur 11 étant soumise à la pression en amont de l'utilisation tandis que l'autre face, lorsque l'obturateur est en appui sur son siège 12, est isolée de cette pression et soumise seulement à la pression en aval.De plus, dans le conduit de mesure 7, on fait apparaître entre deux points, une différence de pression adaptée à créer la force représentative du débit amont, que l'on applique à l'obturateur en direction opposée à la force représentative de la différence de pression aux bornes de l'utilisation. Il existe différents moyens pour appliquer la force représentative du débit amont à l'obturateur. Sur la figure 1, la chute de pression dans le conduit de mesure 7 est créée par un Venturi 61, et deux tubulures 62, 63 débouchant dans ce conduit respectivement en amont et au niveau de ce Venturi relient le conduit en question respectivement à deux compartiments d'une chambre 64 qui sont isolés l'un de l'autre par une membrane souple 65 ; la membrane est donc bien soumise à une force représentative du débit amont ; pour transmettre cette force à l'obturateur, la membrane est reliée à l'obturateur par une tige 66 de telle sorte que lorsque la force augmente, l'obturateur soit poussé vers son siège à l'encontre de la force représentative de la différence de pression aux bornes de l'utilisation. Si l'on appelle respectivement pA et pB les pressions en amont et au niveau du Venturi, pC et pD les pressions en deux points C et D en amont et en aval de l'utilisation, sM la surface de la membrane et fM la force exercée sur elle et représentative du débit amont, sO la surface de l'obturateur sur laquelle s'exerce la force représentative de la différence de pression aux bornes de l'utilisation et fO cette force, la force résultante s'écrit fo - fM = (pC - pD)sO - (pA - pB)sM La courbe de la force fM représentative du débit amont présente dans la gamme de fonctionnement, en fonction du débit dans la partie amont de la colonne de départ 3, la forme d'une demi-parabole passant par l'origine et dont la concavité est tournée vers le haut, tandis qu'au contraire celle de la force fO représentative de la différence de pression aux bornes de l'utilisation aval est une ligne incurvée ne passant pas par l'origine et dont la concavité est tournée vers le bas, coupant la courbe précédente. Aussi, en fonction du débit amont, l'obturateur 11 prend pour position d'équilibre celle pour laquelle les deux forces fM et fO se compensent, sous réserve d'un réglage initial approprié, le point d'intersection des deux courbes, dont les pentes sont de signes contraires, étant un point d'équilibre stable. La compensation des forces pour le réglage initial est réalisée au moyen d'un organe de réglage 8 du débit dans le conduit de mesure 7, inséré dans ce conduit. Ce dispositif permet d'assurer, de manière stable et précise, deux régulations respectivement de débit et de pression, par suite de l'absence de bande proportionnelle, quelle que soit la courbe caractéristique débit/pression de la pompe. Divers organes annexes permettent d'optimiser son contrôle et son fonctionnement (indicateur d'état permettant de repérer la position de fermeture de l'obturateur, ou contrôleur de débit inséré dans le conduit de régulation 2, prises de pression pour un manomètre différentiel, etc.). Il est particulièrement bien adapté aux installations de distribution de fluide telles que les installations de chauffage, et l'installation de chauffage représentée sur la figure 2 comporte un tel dispositif au pied de chaque paire de lignes secondaires. Plus précisément, l'installation de chauffage de la figure 2 comporte en tant que source de fluide une chaudière 9, une paire de lignes générales 13, 14 respectivement de départ et de retour, des paires de lignes secondaires ou colonnes 3, 4 respectivement de départ et de retour, et, en tant qu'appareils récepteurs de fluide, des radiateurs 5 en dérivation les uns par rapport aux autres, lesquels comportent chacun une entrée reliée à une ligne secondaire de départ 3 et une sortie reliée à la ligne de retour 4 correspondante, les lignes secondaires de départ 3 étant elles-mêmes branchées à la ligne générale de départ 13 et les lignes secondaires de retour 4 à la ligne générale de retour 14. Une pompe de circulation 15 est insérée dans la ligne générale de départ 13, ainsi qu'un robinet général de réglage (non représenté), à proximité de la sortie de la chaudière. Un dispositif de régulation tel que celui de la figure 1 est associé à chaque paire de lignes secondaires 3, 4, le conduit de régulation 2 de ce dispositif reliant la ligne secondaire de départ 3 en amont du radiateur 5 dont l'entrée est la plus proche de la jonction de cette ligne 3 avec la ligne générale de départ 13, à la ligne secondaire de retour 4 en aval du même radiateur dont la sortie est la plus proche de la jonction de cette ligne 4 avec la ligne générale de retour 14 ; dans ce conduit de régulation, est inséré, outre la soupape 1, un robinet d'arrêt 16 en série avec elle en aval de celle-ci ; le conduit de mesure 7 est en dérivation sur la ligne secondaire de départ 3 sur une partie de sa longueur comprise entre la jonction de cette ligne de départ 3 avec la ligne générale de départ 13, et la jonction du conduit de régulation avec cette ligne 3. Un robinet d'équilibrage 17 muni de moyens de mesure de débit est également inséré dans chaque ligne secondaire de départ 3, entre la jonction de celle-ci avec le conduit de régulation 2 et le radiateur 5 dont l'entrée est la plus proche de la ligne générale de départ 13. Un robinet de réglage 18 pour l'usager est inséré entre chaque entrée de radiateur et la ligne secondaire de départ correspondante, et un raccord de réglage 19 pour. l'installateur est inséré entre chaque sortie d'appareil récepteur et la ligne secondaire de retour correspondante. Cette installation de chauffage à régulation est équilibrée selon le procédé suivant Pour chaque paire de lignes secondaires, on obture le conduit de régulation 2 en fermant le robinet d'arrêt 16, puis on contrôle à l'aide du robinet d'équilibrage 17 équipé de moyens de mesure de débit, que la paire de lignes est alimentée par un débit au moins égal au débit nominal. Si cela n'est pas le cas pour au moins une paire de lignes, on diminue l'ouverture du robinet d'équilibrage de la paire de lignes la plus suralimentée (la plus "favorisée") ou des paires de lignes les plus suralimentées. Ensuite, on "valide" cette situation de répartition des débits par "réglage du point zéro" de chacune des soupapes 1 des conduits de régulation 2, c'est-à-dire que l'on règle chaque organe de réglage 8 inséré dans un conduit de mesure 7 de telle sorte que la soupape 1 correspondante soit "juste fermée" pour le débit en circulation, l'ordre d'intervention sur les colonnes étant sans importance. Après quoi, on ramène à la valeur nominale le débit de la paire de lignes secondaires la moins suralimentée en agissant en tête de distribution sur la pompe 15 et/ou sur le robinet général de réglage (non représenté) et/ou sur son dispositif de régulation. Si l'équilibrage relatif des radiateurs est déjà réalisé, on peut ajuster, à l'aide de chaque robinet d'équilibrage 17, le débit de colonne à la valeur souhaitée, tandis que dans le cas contraire, on peut procéder au réglage des radiateurs pour obtenir leur équilibrage relatif et éventuellement agir de plus sur le robinet d'équilibrage 17 pour obtenir comme précédemment le débit de colonne souhaité. Dans les deux cas, la soupape 1 maintient le débit amont constant, ce qui élimine toute interférence hydraulique entre les colonnes. Là encore, l'ordre d'intervention sur les colonnes est sans importance. On notera que ce procédé d'équilibrage, dont les avantages ont été mentionnés plus haut, basé sur la mise en oeuvre de soupapes dans un conduit de régulation en dérivation, s'oppose aux procédés connus par le fait que ceux-ci font appel à des étranglements créant des pertes de charge que l'on a la possibilité de modifier, que bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, et que l'on pourra en prévoir d'autres formes sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1 - Installation de distribution d'un fluide circulant en circuit fermé, du type comportant une source (9) de fluide, une paire de lignes générales (13, 14) respectivement de départ et de retour, des paires de lignes secondaires (3, 4) respectivement de départ et de retour, des appareils récepteurs (5) comportant chacun une entrée reliée à une ligne secondaire (3) de départ et une sortie reliée à une ligne secondaire (4) de retour correspondante, lesquelles lignes (3, 4) sont branchées respectivement à la ligne générale (13) de départ et à la ligne générale (14) de retour, et un robinet d'équilibrage (17) inséré dans chaque ligne secondaire de départ, installation caractérisée en ce qu'elle comporte également un dispositif de régulation associé à chaque paire de lignes secondaires, ce dispositif de régulation comprenant un conduit de régulation (2) reliant les lignes (3, 4) de chaque paire de lignes secondaires et dans lequel est inséré une soupape de régulation (1) et un robinet d'arrêt (16) pour créer une première force représentative de la différence de pression aux bornes de l'ensemble d'appareils récepteurs (5) et l'appliquer dans le sens de l'ouverture à un obturateur de la soupape (1), un conduit de mesure (7) en dérivation sur une partie de la longueur de la ligne secondaire (3) de départ pour créer une deuxième force représentative du débit amont dans la ligne secondaire (3) de départ, et des moyens de commande (6) de la soupape (1) coopérant avec le conduit de mesure (7) pour appliquer la deuxième force audit obturateur à l'encontre de la première pour réguler la paire de lignes secondaires (3, 4) en pression et en débit, et en ce que le robinet d'équilibrage (17) est muni de moyens de mesure de débit et inséré dans chaque ligne secondaire (3) de départ entre le conduit de régulation (2) et l'ensemble d'appareils récepteurs (5). 2 - Installation de distribution de fluides selon la revendication 1, caractérisée en ce que, dans le conduit de mesure (7), est inséré un organe de réglage (8) du débit. 3 - Installation de distribution de fluides selon la revendication 1, caractérisée en ce que le conduit de mesure (7) comporte un Venturi (61). 4 - Installation de distribution de fluides selon la revendication 1, caractérisée en ce que, dans le conduit de mesure (7) débouchent deux tubulures (62, 63) dont l'une est en aval de l'autre et reliant le conduit de mesure à deux compartiments d'une chambre (64) isolés par une membrane souple (65), appartenant aux moyens de commande (6) de la soupape (1). 5 - Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que les moyens de commande (6) de la soupape comportent également une tige (66) reliant la membrane (65) à l'obturateur de la soupape (1). 6 - Procédé de mise en oeuvre de l'installation selon la revendication 1, pour le réglage de celle-ci, caractérisé en ce que, pour chaque paire de lignes secondaires (3, 4), on obture le conduit de régulation, puis on contrôle qu'elle est alimentée par un débit au moins égal à un débit nominal, et si cela n'est pas le cas pour au moins une paire de lignes secondaires on diminue le débit d'au moins la paire de lignes la plus suralimentée, ensuite on règle le point zéro de chaque soupape de régulation (1) de telle sorte que celle-ci soit "juste fermée" pour le débit en circulation, et après quoi on ramène à la valeur nominale le débit de la paire de lignes secondaires la moins suralimentée. 7 - Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'ensuite, si l'équilibrage relatif des appareils récepteurs est réalisé, on ajuste au moyen du robinet d'équilibrage (17) le débit de chaque paire de lignes (3, 4) à une valeur souhaitée. 8 - Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'ensuite, si l'équilibrage relatif des appareils récepteurs n'est pas réalisé, on procède à cet équilibrage, puis on ajuste au moyen du robinet d'équilibrage (17) le débit de chaque paire de lignes (3, 4) à une valeur souhaitée.