Système de chauffage Boucle Tichelman: schéma et calcul

Points d’article



L’un des sujets les plus intéressants de l’ingénierie thermique est celui des systèmes de chauffage avec une alimentation en liquide de refroidissement à deux tuyaux associée, appelée par les maîtres le schéma Tichelman. Leur dispositif est vraiment unique: le système ne nécessite pratiquement pas d’équilibrage, se caractérise par un fonctionnement stable, mais en même temps, il présente également un certain nombre d’inconvénients.

Système de chauffage Boucle Tichelman: schéma et calcul

Description du système

Dans les cercles professionnels, la boucle Tichelman est appelée un système de chauffage à deux tuyaux avec un mouvement de passage du liquide de refroidissement. Ce nom reflète pleinement l’essence et le principe de fonctionnement, les caractéristiques distinctives sont mieux vues dans le contexte d’un système à deux tuyaux avec un mouvement inverse du liquide de refroidissement, qui est familier à presque tout le monde.

Imaginez un réseau de radiateurs déployé en ligne droite. Dans le schéma classique, l’unité de chauffage est située au début de cette rangée, à partir de celle-ci le long de tout le réseau, suivent deux tuyaux pour fournir respectivement du liquide de refroidissement chaud et du retour froid. Dans ce cas, chaque radiateur est une sorte de shunt, par conséquent, plus la distance entre le dispositif de chauffage et l’unité de chauffage est élevée, plus la résistance hydraulique dans la boucle de sa connexion est élevée..

Système de chauffage Boucle Tichelman: schéma et calcul1 – Schéma de raccordement à deux tubes de radiateurs avec un liquide de refroidissement à contre-courant dans l’alimentation et le retour; 2 – schéma de câblage boucle Tichelman avec connexion de passage

Si nous roulons une rangée de radiateurs dans un anneau, ses deux bords seront adjacents à l’unité de chauffage. Dans ce cas, il est beaucoup plus rentable de s’assurer que la canalisation de retour ne dirige pas le liquide de refroidissement vers la chaufferie, mais continue de suivre la chaîne, c’est-à-dire en cours de route. En d’autres termes, le tuyau d’alimentation découle de l’unité de chauffage et se termine au radiateur extrême, à son tour, le tuyau de retour provient du premier radiateur et se dirige vers la chaufferie. Le même principe peut être mis en œuvre même si les radiateurs sont situés linéairement dans l’espace, simplement à partir de l’endroit où le radiateur extrême est inséré dans le tuyau de retour, le tuyau se déplie pour renvoyer le liquide de refroidissement refroidi. Dans le même temps, dans une certaine zone, le système de chauffage sera à trois tuyaux, de sorte que la boucle Tichelman est aussi parfois appelée.

Système de chauffage Boucle Tichelman: schéma et calculBoucle Tichelman avec placement de radiateurs autour du périmètre du bâtiment. De chaque radiateur, la longueur totale des tuyaux d’alimentation et de retour est approximativement la même. 1 – chaudière de chauffage; 2 – groupe de sécurité; 3 – radiateurs de chauffage; 4 – tuyau d’alimentation; 5 – tuyau de retour; 6 – pompe de circulation; 7 – vase d’expansion

Mais pourquoi de telles complications sont-elles nécessaires? Si vous étudiez attentivement le schéma, il s’avère que la somme des longueurs des canalisations d’alimentation et de retour pour chaque radiateur est la même. D’où la conclusion: la résistance hydraulique de chaque boucle de connexion individuelle est équivalente au reste des sections, c’est-à-dire que le système n’a tout simplement pas besoin d’équilibrage.

Champ d’application

Cependant, la tentation d’éviter le réglage hydraulique du système ne doit pas conduire à des décisions hâtives. Le système associé à deux tuyaux se caractérise par une consommation de matière élevée, son installation n’est donc pas justifiée dans tous les cas.

Système de chauffage Boucle Tichelman: schéma et calcul

Considérons un concept tel que le degré de « pressage » du dispositif de chauffage lors de l’équilibrage d’un système de retour à deux tuyaux. En sous-estimant le passage nominal au point de raccordement des quelques premiers radiateurs, il est possible de réduire le débit du liquide de refroidissement qu’ils contiennent, réduisant ainsi la perte de charge, de sorte qu’une pression suffisante reste dans les sections suivantes du réseau. Si le réseau de radiateurs est constitué d’un grand nombre d’appareils de chauffage situés à une grande distance les uns des autres, le débit sur les radiateurs initiaux devra être limité à un point tel que le débit qu’ils contiennent ne sera pas suffisant pour un dégagement de chaleur normal. Cela oblige à utiliser des pompes de plus grande capacité, c’est pourquoi un bruit perceptible est généré lors de l’écoulement du liquide de refroidissement dans les nœuds individuels. En général, on peut dire que le dispositif d’un système de passage à deux tuyaux n’est justifié que lorsque le nombre de radiateurs est supérieur à 8-10 avec une longueur totale de la jambe de force supérieure à 70 m.

La consommation de matériaux du système Tichelman augmente considérablement s’il est impossible d’envelopper le réseau de radiateurs dans un anneau, c’est-à-dire de placer la canalisation de chauffage strictement le long du périmètre du bâtiment. Ceci est généralement entravé par les portes et les façades vitrées au sol. Dans de tels cas, il est nécessaire de monter un tuyau supplémentaire, à travers lequel le liquide de refroidissement retournera à la chaufferie, et puisque la longueur totale d’une boucle prise arbitrairement augmente d’au moins la moitié, pour augmenter le passage nominal de la ligne principale ou les performances de la pompe. En principe, des coûts supplémentaires peuvent être évités grâce au dispositif du système de collecteur (faisceau), cependant, il est préférable d’effectuer un calcul comparatif préliminaire de la consommation de matière.

Données hydrauliques

Le fonctionnement du système basé sur le principe de la boucle Tichelman est très stable. Ce fait est clairement démontré par les données de calcul hydraulique, mais cela nécessite le respect d’un certain nombre de règles d’installation..

Système de chauffage Boucle Tichelman: schéma et calcul

L’élément fonctionnel principal d’un tel système est la pompe hydraulique. Il crée une pression à la sortie, c’est-à-dire à l’alimentation, et une dépression à l’entrée – retour. Numériquement, la valeur des deux valeurs diminue avec la distance de la pompe, et la chute de pression ne se produit pas de manière linéaire, elle est décrite par la valeur quadratique de la pression dynamique. Ce schéma peut être tracé à la fois pour la ligne d’alimentation et pour la ligne de retour, classiquement, la chute peut être décrite à l’aide de l’exemple d’une canalisation de 100 m de long:

Distance de la pompe dans le sens du déplacement du liquide de refroidissement (m)Pression d’alimentation (% de la valeur nominale)Vide de retour (% de la valeur nominale)Chute de pression du radiateur
Dix90%cinq %95%
2075%20%95%
3055%35%90%
5045%40%85%
6040%45%85%
7035%55%90%
8020%75%95%
90cinq %90%95%

Il s’agit de données moyennées, mais même à partir d’elles, on peut voir qu’avec une uniformité apparente, la perte de charge au milieu du réseau de radiateurs est légèrement supérieure à celle des bords. En effet, en raison du changement proportionnel de pression et de vide dans chaque radiateur, presque la même différence de pression dans chaque appareil de chauffage est maintenue, cependant, pour le fonctionnement correct et stable de la boucle Tichelman, un certain nombre de règles doivent être respectées, qui seront discutées plus loin..

Tuyauterie de chaufferie

Un système à deux tuyaux avec un mouvement de passage du liquide de refroidissement peut être ouvert ou fermé. Comme nous l’avons déjà dit, la pompe est le principal élément de fonctionnement, donc son installation ne peut être évitée. Vous ne devez pas compter sur une circulation naturelle même avec une tuyauterie supérieure correctement organisée. Comme nous l’avons déjà dit, une boucle Tichelmann typique contient 10 radiateurs ou plus; il est peu probable de pousser une telle épaule uniquement par un mouvement gravitationnel.

Système de chauffage Boucle Tichelman: schéma et calcul

La troïka de sécurité traditionnelle est installée à la sortie d’alimentation de la chaudière: un purgeur d’air automatique, une vanne de purge et un manomètre. Pour les systèmes ouverts, la sortie de refoulement doit être disposée dans un canal vertical jusqu’à la hauteur de la formation de la pente, un vase d’expansion ouvert est installé au point le plus élevé. De plus, le tuyau d’alimentation est directement dirigé vers le réseau de distribution.

Une pompe de circulation est installée sur le retour de la chaudière, dont les performances sont déterminées par la résistance hydraulique de l’ensemble du système. Directement devant la pompe, il y a une crépine, et immédiatement après la pompe, il y a un té pour connecter un vase d’expansion et un manomètre à point bas. Également à cet endroit, le tuyau de remplissage est affiché.

Système de chauffage Boucle Tichelman: schéma et calcul

Les vannes d’arrêt de la chaufferie sont représentées par des vannes à bille à passage intégral, qui sont installées:

  • des deux côtés de la pompe
  • à la sortie du vase d’expansion
  • sur le tuyau de remplissage
  • aux points de raccordement de la chaudière au réseau

De plus, un tube de dérivation de raccordement peut être installé dans la chaufferie, dans l’espace duquel une vanne électrique normalement fermée est installée, qui se déclenche lorsque la circulation est arrêtée. L’insert de by-pass doit être réalisé avant la pompe de circulation: le by-pass est conçu pour protéger contre les chocs thermiques et il dérive l’échangeur de chaleur de la chaudière du réseau, et non l’inverse.

Système de chauffage Boucle Tichelman: schéma et calcul

Le système Tichelman est également bon en ce que, avec une puissance relativement élevée du réseau de radiateurs, il est possible de fonctionner à partir d’une chaudière avec un complexe intégré d’équipements hydrauliques. Cependant, s’il est nécessaire de coordonner le fonctionnement du réseau de radiateurs et du plancher chaud, chaque bras du système est équipé de sa propre pompe de circulation. Si les performances dans les épaules sont significativement différentes, l’installation d’une flèche hydraulique est nécessaire.

Irrigation, Tuyauterie

Le câblage supérieur et inférieur de la boucle Tichelman sont généralement réalisés avec des tuyaux PPR. Si une tuyauterie dissimulée est requise, il est recommandé d’utiliser le système PEX avec des raccords instantanés. Si les tuyaux doivent être posés sur des substrats solides, une gaine isolante doit être utilisée..

Le système de chauffage Tichelman pour une maison à un étage est extrêmement simple. La canalisation d’alimentation en liquide de refroidissement part de l’unité de chauffage tout au long du réseau de radiateurs. Le diamètre nominal du tuyau est maintenu jusqu’à l’avant-dernier radiateur de la rangée, après quoi la transition vers le diamètre du raccordement du radiateur est effectuée, généralement 20 mm en polypropylène ou 16 mm PEX. La conduite de courant de retour est posée dans le même ordre, mais vers l’alimentation, c’est-à-dire que le premier radiateur dans la direction du flux de liquide de refroidissement chaud est connecté avec un diamètre réduit.

Système de chauffage Boucle Tichelman: schéma et calcul

Si le système Tichelman est disposé sur plusieurs étages, l’installation d’une colonne montante verticale est requise. Le tuyau d’alimentation principal suit le point le plus élevé à partir duquel une branche est faite pour alimenter l’étage supérieur. Après cela, la ligne tourne vers le bas, dans cette section, l’avance est coupée pour tous les étages inférieurs. La canalisation de courant de retour commune est réalisée par analogie avec un système à deux tuyaux avec le mouvement opposé du liquide de refroidissement, c’est-à-dire qu’elle agit simplement comme une ligne collectrice.

Le diamètre des tuyaux de la boucle Tichelman est calculé selon les méthodes générales de calcul de l’ingénierie thermique, en fonction du choix de la valeur Kvs optimale des tuyaux principaux. Dans le même temps, il est souhaitable qu’une sous-estimation par étapes de l’alésage nominal ne se produise pas dans la direction du mouvement du fluide de refroidissement, sinon l’équilibrage naturel du système ne sera pas d’une qualité aussi élevée. Dans les systèmes avec une longueur de canalisations de distribution jusqu’à 120 m, l’alésage nominal des tuyaux principaux est considéré comme au moins 270 mm2, et pour les tuyaux reliant les radiateurs – environ 130 mm2.

Système de chauffage Boucle Tichelman: schéma et calcul

Raccords de radiateur

Vous pouvez souvent penser qu’un système de chauffage à deux tuyaux avec un mouvement de passage du liquide de refroidissement n’a pas besoin de compléter les radiateurs avec des vannes de commande. On pense que ce fait nivelle censément les coûts supplémentaires pour les tuyaux et les raccords supplémentaires pour eux. Cependant, le fonctionnement correct des radiateurs dans ce cas n’est guère possible..

Les têtes thermostatiques pour radiateurs du système Tichelmann doivent être installées sans faute. Sans eux, il est impossible de régler individuellement les radiateurs dans différentes pièces, ce qui n’est pas très confortable dans des conditions climatiques changeantes. Quant aux soupapes d’équilibrage (étranglements), la polémique est particulièrement chaude à ce sujet. Comme mentionné ci-dessus, même avec un mouvement de passage du liquide de refroidissement, une chute de pression à travers les radiateurs est notée. Avec le calcul correct du système, ce phénomène peut être compensé en faisant varier le nombre de sections dans les radiateurs de différentes zones. Cependant, s’il existe même un risque d’erreur minime, il est préférable d’installer des vannes de régulation sur au moins les premiers radiateurs à chaque extrémité..

Système de chauffage Boucle Tichelman: schéma et calcul

La boucle Tichelmann peut également être équilibrée par des méthodes de réglage statique. Nous parlons de la soi-disant «rondelle». Si les coefficients de résistance locaux sont prédéterminés par calcul hydraulique, les soupapes de commande peuvent être remplacées par des inserts qui abaissent la taille nominale d’une certaine quantité. Parmi les options les plus simples, vous pouvez proposer des joints toriques fabriqués par vous-même avec différents diamètres intérieurs, qui sont installés aux endroits des connexions filetées des radiateurs..

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