Le temps des pompes à une ou trois vitesses est révolu. Les pompes à haut rendement sont là. Outre le meilleur rendement du moteur, toutes les pompes modernes sont équipées d’un logiciel de contrôle de la vitesse pour réduire encore leur consommation d’énergie. Mais quel contrôle de vitesse est le meilleur pour quel système ? Vous trouverez ici un bref aperçu de la vitesse fixe, de la régulation proportionnelle à la pression et de la régulation à pression constante – où elles sont applicables, ce qu’il faut observer et ce qui se passe si la pompe est mal réglée. Vous découvrirez quelques notions théoriques combinées à des conseils pratiques pour l’installateur, le tout axé sur les systèmes de radiateurs, le chauffage par le sol et les autres systèmes de chauffage courants.radiator systems, floor heating and other common heating systems.
Pourquoi la vitesse des pompes à haut rendement est-elle contrôlée ?
Les pompes anciennes étaient entraînées par des moteurs asynchrones. Le champ magnétique du stator de ces pompes tournait toujours à la fréquence du réseau, tandis que le rotor tournait plus lentement à cause du glissement. Les pompes à haut rendement sont entraînées par des moteurs synchrones à fréquence variable. En outre, le rendement élevé de ces moteurs permet de détecter le point de fonctionnement réel d’une pompe avec une précision raisonnable. Si l’on ajoute à cela le fait que le microprocesseur 32 bits intégré à ces pompes dispose de beaucoup de temps libre, on comprend pourquoi il est possible de mettre en œuvre toutes sortes de scénarios de contrôle de la vitesse dans ces pompes.
Contrôle de la vitesse fixe
Le réglage de la pompe sur une seule courbe de pompe est la seule option dans les systèmes à hydraulique constante. Prenons la boucle de charge du ballon d’eau chaude sanitaire. La résistance du serpentin d’échange thermique est constante, et le seul signal provient d’un thermostat qui déclare que l’eau chaude du réservoir devient tiède. La chaudière démarre et met en marche la pompe de la boucle. Il y a deux choses importantes à retenir ici. La première est que cette pompe ne fonctionnera peut-être qu’une heure par jour, ou deux si des adolescentes vivent dans la maison. La seconde est que nous ne pouvons pas considérer la pompe individuellement, mais que nous devons toujours prendre en compte l’efficacité totale du système.
Pour cette raison, la pompe doit être réglée à un niveau suffisamment élevé pour empêcher la chaudière de commencer à effectuer des cycles avant que le thermostat ne signale un réservoir entièrement chauffé. Une chaudière qui effectue des cycles est bien pire pour l’efficacité du système qu’une pompe réglée à quelques watts de trop. Ajoutez à cela le fait que beaucoup de chaudières donnent la priorité à la boucle de recharge et que votre maison peut ne pas être chauffée pendant cette période, et vous avez une raison de plus de pécher par excès de prudence, c’est-à dire par excès de puissance.
Un autre exemple d’hydraulique constante est un système solaire ; un problème potentiel se cache ici : si vous remplacez un ancien circulateur par un circulateur à haut rendement (HE), rappelez-vous que beaucoup de vieux régulateurs solaires gèrent le contrôle de la vitesse en activant et en désactivant l’alimentation plusieurs fois par seconde. Cela ne fonctionnera pas pour une pompe HE. En fait, cela la détruira assez rapidement. Changez le réglage du régulateur en « vitesse constante » et réglez ensuite la vitesse de la pompe de manière à éviter toute surchauffe des panneaux solaires jusqu’à ce que vous puissiez trouver un régulateur compatible.
Boucle de chauffage des radiateurs
Il s’agit du système de chauffage hydronique le plus courant. Une chaudière fournit la chaleur, un ensemble de tuyaux de distribution traverse toute la maison et les radiateurs partent du tuyau d’alimentation et renvoient de l’eau plus froide dans le tuyau de retour. Pour rendre le système efficace, les radiateurs sont équipés de vannes thermostatiques. Ces vannes expliquent la grande variabilité de la résistance hydraulique dans un tel système. En clair, par un bel après-midi de mars, avec le printemps dans l’air, seules quelques pièces du côté nord de la maison peuvent avoir des vannes thermostatiques ouvertes alors que la grande majorité de la maison est suffisamment chaude. La résistance du système sera très élevée et le débit d’eau nécessaire faible. En revanche, par un froid matin de décembre, c’est le contraire : toutes les pièces demandent de la chaleur, les vannes sont ouvertes et la résistance du système est extrêmement faible alors qu’un débit important est nécessaire.
Pour répondre au mieux à ces systèmes, l’industrie a mis au point un système de contrôle appelé contrôle proportionnel de la pression. Il part de l’hypothèse selon laquelle environ la moitié de la perte de pression dans le système se situe dans le tuyau de distribution tandis que l’autre moitié est perdue dans les radiateurs. Par conséquent, la pompe est contrôlée de manière à ce qu’elle réponde à une diminution du débit par une réduction de sa hauteur manométrique et qu’à débit nul, lorsque toutes les vannes sont fermées, elle fournisse la moitié de la pression de charge qu’elle a au débit maximal.
Comment régler une telle pompe ? La pompe doit être suffisamment puissante pour fournir de la chaleur à toute la maison, et vous devez donc la régler pour qu’elle atteigne la hauteur manométrique maximale lorsque toutes les vannes sont ouvertes. Si vous connaissez votre débit maximal, vous pouvez choisir ce point dans le diagramme de la pompe. Sinon, vous ouvrez complètement tous les thermostats de la maison (en supposant que l’équilibrage hydraulique a été effectué), puis vous augmentez lentement la puissance jusqu’à ce que vous constatiez que la pression dynamique n’augmente plus.
Que se passe-t-il si votre réglage est incorrect ? Si le réglage est trop bas, vous risquez d’avoir des cycles de chaudière et un chauffage insuffisant. Si le réglage est trop élevé, les robinets thermostatiques risquent de « siffler ». Le sifflement est sûrement gênant, mais le cycle signifie une efficacité moindre – donc, si vous faites une erreur, faites-le du côté haut.
Limites du contrôle proportionnel de la pression
Comme une pompe Delta-Pv ne réagit qu’aux changements hydrauliques, elle a ses limites dans certains cas. Le cas le plus évident est celui de la réduction de la température la nuit. Votre chaudière réduit la température d’alimentation en fonction du réglage de sa minuterie pour laisser la maison se refroidir la nuit. Tous les robinets thermostatiques réagissent immédiatement et s’ouvrent complètement, car ils sentent que les pièces sont trop froides. Et la pompe monte en régime jusqu’à son réglage maximal alors qu’elle n’a pas vraiment besoin de tout ce débit.
Plusieurs fabricants ont ajouté la détection de la baisse de régime nocturne en surveillant la température de l’eau qui traverse la pompe. Ils font passer la pompe à la vitesse minimale lorsque la température de l’eau de chauffage chute rapidement, et la pompe revient à la vitesse normale lorsque la température de l’eau augmente rapidement. Le problème est que la pompe ne connaît pas la température extérieure, et si la performance minimale de la pompe peut être suffisante la plupart du temps, il peut y avoir des nuits très froides où le radiateur le plus éloigné de la chaudière ne reçoit pas assez de débit et peut geler. C’est pour cette raison que la fonction de réduction nocturne peut être désactivée.
Contrôle de la pression constante
La régulation à pression constante est idéale pour les systèmes dans lesquels la conduite de distribution est inexistante ou très courte. Le chauffage par le sol en est un bon exemple. Dans la plupart des cas, la conduite de distribution se compose d’un tuyau extrêmement court et du collecteur. Dans ce cas, la résistance du système est négligeable. Par conséquent, la pompe doit alimenter les différentes boucles du système de chauffage par le sol avec la même pression dynamique, quel que soit le nombre de pièces à chauffer.
Le réglage d’une telle pompe est relativement simple. Le fabricant du chauffage par le sol aura spécifié la pression différentielle correcte pour les boucles individuelles, et la pompe doit simplement être réglée sur cette valeur. Si nécessaire, des ajustements peuvent être effectués pour contrer le bruit ou un chauffage insuffisant.
Rendement du système par rapport au rendement de la pompe
Une pompe à haut rendement dans une maison individuelle consommera entre 50 et 100 kWh d’énergie par an. Pour chauffer la maison, il faut généralement plus de 100 fois cette énergie. Même si nous tenons compte du fait que l’énergie électrique est plus précieuse que la chaleur, il devrait être clair que la préoccupation primordiale devrait toujours être de maximiser le rendement du système total. Si vous pouvez abaisser un peu la température maximale d’alimentation en diminuant le delta T dans la boucle grâce à un réglage plus élevé de la pompe, l’énergie de chauffage économisée dans la plupart des cas sera largement supérieure à la consommation supplémentaire de la pompe.
Un mot d’avertissement : alors que les propriétaires se plaignent généralement une fois par an de leur facture de gaz, les pompes modernes avec leurs beaux affichages et leurs boutons font qu’il est très tentant pour eux de commencer à économiser au mauvais endroit. Si vous avez réglé correctement leur système de chauffage, il peut être judicieux d’apposer sur la pompe un autocollant indiquant les bons réglages.
Perspectives
Enfin, il faut considérer les limites du contrôle autonome des pompes. De nos jours, les pompes sont dotées d’une intelligence intégrée, mais elles manquent sérieusement d’entrées sensorielles. Elles peuvent détecter la résistance du système et, si elles ont un capteur de température intégré, elles peuvent détecter la température du système. Un point c’est tout. En revanche, votre source de chaleur dispose d’un grand nombre d’entrées, depuis les informations sur la température extérieure jusqu’à ce petit bouton sur la commande de votre chauffage domestique qui l’informe que vous organisez une fête et que vous ne voulez donc pas que la maison refroidisse à 22 heures. Grâce à ces informations supplémentaires, il est beaucoup plus facile pour la commande de votre chaudière ou de votre pompe à chaleur d’optimiser l’efficacité globale du système. À une époque où même nos réfrigérateurs bénéficient d’une connexion Internet, on peut s’attendre à ce que, d’ici peu, même les pompes autonomes disposent d’une connexion sans fil avec leurs chaudières et suivent les ordres supérieurs.
