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Extrait du catalogue Nouveau concept de sous-station pour les réseaux d'eau surchauffée

RE ORTAGE Sous-station eau surchauffée : l'hydro-éjecteur remplace avantageusement la vanne deux voies Nouveau concept de sousstation pour les réseaux d'eau surchauffée qui associe la technique des hydroéjecteurs et des échangeurs à plaques brasées permettant de délivrer en toute sécurité une grande puissance dans un faible encombrement. Entièrement préfabriqué en usine, ce dispositif peut se substituer dans un court délai aux sousstations existantes. L 'Institut Universitaire de Technologie de Metz est relié comme d'autres bâtiments du site universitaire de l'île de Saulcy à Metz (57), au réseau de chaleur géré par la régie municipale, Usine d’Electricité de Metz (UEM). Le chauffage est assuré à partir d'une sous-station. Initialement cette sous-station était pourvue de deux échangeurs tubulaires. Devenus obsolètes, le coût de la maintenance était trop important. De plus... ils n'étaient plus en phase avec la réglementation en vigueur ! L'IUT a donc rénové cette installation en implantant au même endroit deux modules de sous-station de chauffage urbain identiques de 1,5 MW, montés en parallèle, dont le schéma de principe est donné figure1. Ces unités, baptisées Hot Water Terminal, ont été développées par BAELZ AUTOMATIC pour répondre aux spécifications particulières des réseaux d'eau surchauffée, pour des conditions de température et de pression au primaire jusqu’à 200 °C/32 bar. Chacune d'elles comprend deux échangeurs à plaques brasées SWEP de 750 kW unitaire, testés à 46 bar en usine. Les pla- 00 Deux sous-stations de 1,5 MW entièrement prémontées en usine équipent l’Institut Universitaire de Technologie de Metz. Elles sont raccordées au réseau urbain de chauffage de la ville. Leur particularité : un hydro-éjecteur remplace avantageusement une vanne deux voies. ques à canaux asymétriques sont spécialement adaptées aux caractéristiques hydrauliques des réseaux d'eau surchauffée avec un rapport des débits primaire/ secondaire de 1 à 5. Ces échangeurs ne sont de ce fait jamais surdimensionnés. On notera que toutes ces sous-stations préfabriquées sont équipées du même type d’échangeur brasé, dans lequel varie uniquement le nombre de plaques en fonction des puissances. Celles-ci s’échelonnent de 145 à 1900 kW par appareil, soit 3880 kW pour le module le plus puissant qui comporte deux échangeurs. Toutes les positions et dimensions des connexions de raccordement placées sur la face avant sont standardisées et permettent l'interchangeabilité des unités thermiques sur l'intégralité des sous-stations de conception similaire d'un même réseau de chaleur, en cas de nécessité. L'encombrement et le poids unitaire per- CHAUD ● FROID ● PLOMBERIE ● N°695 - Novembre 2006 mettent une manutention aisée sans moyens de levage particuliers, confirme Jean-Claude BUSO du bureau d'études JCB Ingénierie, maître d'œuvre de cette réalisation. Enfin, signalons que ces échangeurs, conformément à l'arrêté du 15 mars 2000, présentent un produit Préseau x Véchangeur inférieur à 200 bar.litre. Ils ne sont donc pas soumis aux dispositions des points 2 et 3 de l'article 17 du décret du 13 décembre 1999, qui imposent notamment que les déclaration et attestation de conformité soient rassemblées par l'exploitant et que ces installations peuvent faire l’objet d’inspections périodiques. Sur cette installation, dont la pression de service au primaire est de 25 bar, les conditions de base de fonctionnement sont les suivantes : ● température réseau primaire 170 °C par - 15 °C extérieurs et 140 °C en été, ● température réseau secondaire : 90 °C/ Sousstation eau surchauffée... 70 °C par - 15 °C extérieurs, et loi d’eau pour 20 °C minimum au départ. Hydroéjecteur à buse variable Mais la véritable originalité de cette sousstation est la présence d'un hydro-éjecteur à buse réglable qui remplace avantageusement une vanne deux voies. Pourquoi ? Parce que réguler correctement avec une vanne deux voies nécessite que la pression différentielle réseau soit stable, or celle-ci fluctue fréquemment sur ces circuits primaires entre 0,5 à 5 bar voir 10 bar dans les cas les plus critiques ! Avec l'hydro-éjecteur, le débit reste variable de 0 à 100 % côté réseau primaire. En revanche, l'utilisation par l'éjecteur de la pression différentielle du réseau pour forcer une re-circulation importante et sans pompe côté primaire échangeurs permet d'adapter en continu le débit et la température de l'eau surchauffée à la surface d'échange. En plus du silence complet de fonctionnement, il y a une absence totale de chocs thermiques, précise Jean-Claude BUSO. La régulation est donc très souple sur l'intégralité de la plage de puissance des sous-stations et la modulation “sans pompage” est particulièrement appré- ● ● ● ● ● ● ● ● RE ORTAGE L’hydro-éjecteur, pièce maîtresse du dispositif. Cette technologie auto-adaptive permet notamment d’interdire les chocs thermiques dans l’échangeur et assure une régulation stable et linéaire sur l’intégralité de la plage de fonctionnement. ciable lors des utilisations en période d'été pour la seule production d'eau chaude sanitaire. Le tableau 2 donne les différences entre les fonctions d’un hydro-éjecteur et d’une vanne deux voies. Des équipements complémentaires indispensables Un séparateur de boue est monté en série sur toutes les sous-stations eau surchauffée. Il protège efficacement les échan- Arrivée réseau urbain Entrée primaire dans l'échangeur après éjecteur Départ secondaire Retour secondaire Retour réseau urbain Puissance instantanée Débit réseau urbain Débit primaire dans les échangeurs geurs, particulièrement dans le cas de réhabilitations immobilières avec réseaux secondaires anciens. Sans élément filtrant, il sépare les boues et tout type d’impuretés, magnétisables ou non, par dépressions localisées et il ne s’encrasse pas. Monté en ligne sur la tuyauterie de retour, il génère une perte de charge inférieure à 0,02 bar sur le circuit retour secondaire. Il arrête les particules de 32 microns, et jusqu’à 5 microns après une longue période de recirculation. ●●● 140 °C 42 °C 36 °C 32 °C 32,5 °C 85 kW 0,68 m3/h 7,7 m3/h Figure 1. Schéma de principe de l’installation avec le relevé de température effectué par 13 °C extérieurs. La puissance instantanée au moment du relevé était de 42,5 kW. On remarquera que le débit primaire dans les échangeurs est de 7,7 m3/h, soit 10 fois le débit réseau... obtenu sans pompes. CHAUD ● FROID ● PLOMBERIE ● N°695 - Novembre 2006 00 RE ORTAGE Sousstation eau surchauffée... Vanne 2 voies Hydro-éjecteur Température primaire dans l'échangeur ● Constante et identique à la température du réseau ● Variable avec 140°C max. par - 15 °C ext. et 70 °C primaire : 170 °C à 110 °C (températures courantes environ pour la production ECS en été. mais sujettes à variation en fonction des réseaux). Débit primaire dans l'échangeur ● Température retour réseau ● Théoriquement égale à la température retour secon- ● Au maximum égale à la température retour secondaire + 5 °C. daire + 5 °C. kvs et Ø vanne de régulation Dimensionnée pour ΔP réseau FIXE. ● Pas de notion de kvs avec l'hydro-éjecteur. Parfaitement adaptée si la ΔP réseau et la charge ● Déterminé pour la ΔP réseau la plus faible (0,5 bar) thermique sont relativement constantes. et auto-adaptatif jusqu'à ΔP 10 bar. ● Inadaptée dans le cas contraire, et notamment si ΔP ● Performances linéaires pour charges thermiques variable de 1 à 10 (voir de 1 à 20) et charge thermique variables de 0 à 100 %. fluctuante de 0 à 100 %. Influence de la variation de la ΔP du réseau et de la charge thermique secondaire sur la qualité de la régulation Stabilité et linéarité de la régulation directement influencée par la ΔP réseau. ● Risques de pompage si fonctionnement hors plage de sélection. ● Régulation de pression différentielle ou mise en place de plusieurs vannes en parallèle rendues indispensables dans ces conditions pour éviter la casse des équipements. Variable de 0 à 100 % et identique au débit réseau. Variable de 0 à 400 % et toujours supérieur au débit réseau. ● ● ● ● Technologie en adéquation pour ΔP et charge thermique variables. ● La dérive positive de la ΔP réseau favorise la recirculation primaire dans l'échangeur et réduit proportionnellement la température d'entrée correspondante (sécurisation par sur-mélange sans pompe). ● Cette technologie auto-adaptative limite les chocs thermiques dans l'échangeur et assure une régulation stable et linéaire sur l'intégralité de la plage de fonctionnement. ● Débit requis secondaire échangeurs Impérativement supérieur à 30 % du débit nominal, en particulier en inter-saison. ● Limité à 5 ou 10 % du débit nominal, y compris en ● Bouteille de mélange et pompe de charge incontour- été pour la production ECS. nables avec pour conséquence le réchauffage du ● Réalisable sans supplément de prix avec la “miniretour réseau. pompe” de charge d'un ballon primaire ECS, rendant la ● Sur-investissement important. bouteille de mélange inutile. ● Consommation électrique et thermique supplémentaire. ΔP réseau et course de vanne Pour ΔP réseau 0.5 bar, course de vanne 100 %. ● Course de l'éjecteur 100 % pour ΔP 0,5 à 10 bar. Pour ΔP réseau 5 bar, course de vanne 10 %. Au-delà... régulation aléatoire et “pompage” inévitable ● Régulation linéaire pour charge thermique variable de 0 à 100 %. si ΔP réseau ou charge thermique variables. ● ● ● Tableau 2. Différences entre les fonctions d’un hydro-éjecteur et d’une vanne deux voies. Un séparateur de boue est monté en série sur toutes les sous-stations et permet de protéger les échangeurs, notamment dans le cas de réhabilitations immobilières avec réseaux secondaires anciens. Les sous-stations sont raccordées au réseau de chaleur municipal qui délivre de l’eau surchauffée à 180 °C. La température des retours se situe aux environs de 40 °C seulement suivant les conditions d’exploitation. 00 CHAUD ● FROID ● PLOMBERIE ● N°695 - Novembre 2006

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