3c. Définir le réseau de distribution

Il est impossible de décrire ici le circuit de distribution idéal car il dépend fortement de la typologie du bâtiment et du choix du producteur de chaleur ou d'ECS. La conception détaillée du réseau de distribution d'un bâtiment est du ressort du bureau d'études spécialisé en techniques spéciales. Cependant, les éléments décrits ci-dessous interviennent de manière récurrente dans la conception des réseaux de distribution de chaud, de froid et d'eau chaude sanitaire.

Chauffage

Chaque zone du bâtiment ayant une occupation, une température de consigne, des corps de chauffe/des unités terminales de refroidissement, ou des locataires différents doit pouvoir disposer de son propre circuit de chauffage et/ou de refroidissement et être régulée séparément. Il faut éviter de faire fonctionner le système pour tout le bâtiment lorsqu'une seule zone le nécessite. Exemples : locaux bibliothèque ouverte le samedi, local de réunion occupé le soir,…

Cette exigence a bien entendu des conséquences sur les réseaux de distribution : dédoublement éventuel des circuits et accessoires, dimensionnement des circulateurs,… Il est impossible ici d'entrer dans le détail des circuits de distribution, chaque bâtiment et chaque installation nécessitant une étude spécifique.

Dans le cadre de la réglementation Installations Chauffage PEB la présence d'organes de sectionnement est exigée, en lien avec les exigences relatives au partitionnement (Annexe 4 de l'Arrêté, applicable pour les systèmes de chauffage nouvellement placés ou modifiés après le 1/1/2011). Ainsi, pour les réseaux hydrauliques de distribution d'eau chaude de chauffage, les points d'entrée et de sortie de zone des conduites doivent être équipés d'organes de sectionnement. Si le réseau dessert plus d'une zone, l'organe de sectionnement situé au point d'entrée de la zone doit être motorisé.

En rénovation, il arrive fréquemment que les besoins des locaux ne coïncident pas avec la configuration du circuit hydraulique existant.

Dans certains cas, on pourra envisager des solutions locales, telles que le placement de vannes thermostatiques sur les émetteurs de chaleur situés sur la façade bénéficiant de l'ensoleillement (façade sud) ou le placement de vannes de zone. Dans d'autres cas, une intervention plus lourde sera nécessaire. Par exemple, en cas de locaux chauffés en-dehors des heures d'occupation générale (exemple de la conciergerie d'une école), on pourra être amené à créer des branches distinctes ou à séparer totalement les circuits et placer un nouveau système de production locale de chaleur.

Eau chaude sanitaire

Lorsque des points de puisage à faible consommation viennent s'ajouter (par exemple, des kitchenettes dans les bureaux), des boilers électriques placés le plus près du robinet (sous évier) et équipés d'horloge à programmation hebdomadaire au moins constitueront souvent la meilleure solution. Si des points de puisage à plus forte consommation sont installés (douches, par exemple), il faudra alors évaluer les possibilités de connexion au réseau existant (puissance disponible, possibilités de raccord hydraulique) et déterminer la stratégie à adopter :

  • Connexion au système de production existant, extension du circuit hydraulique (souvent difficile à réaliser)

  • Rénovation du réseau existant (adaptation du système de production) et extension du circuit hydraulique.

  • Création d'un nouveau réseau complet avec un nouveau système de production indépendant

  • ...

Les possibilités sont nombreuses et dépendent de la configuration du réseau existant, des nouveaux besoins, des aspects économiques…

Production (semi-) décentralisée et boucle de distribution

Pour limiter les pertes de distribution dans les circuits d'ECS, la production d'eau chaude devrait être placée à proximité des points de puisage idéalement regroupés.

Le temps d'attente pour obtenir l'eau chaude sera également fonction de la géométrie de la distribution entre la production d'eau chaude et le point de puisage considéré (le temps d'attente devra être évalué pour chaque point de puisage, et non à l'échelle de l'installation complète).

Si les points de puisage sont dispersés dans le bâtiment (exemple des logements collectifs), les pertes via le réseau de distribution peuvent être importantes à cause de :

  • la longueur des conduites pour relier les différents points de puisage
  • la présence éventuelle d'une boucle d'ECS

Zoom sur la boucle d'eau chaude sanitaire

La présence d'une boucle d'ECS est très pénalisante sur la consommation d'énergie primaire du projet, ce qui se justifie par la perte permanente de chaleur via la tuyauterie de la boucle, pour la maintenir à température.

Principe de la boucle d'ECS

Figure 8 : Principe de la boucle d’ECS © Architecture et Climat - LOCI – UCL

A l'inverse, sans boucle d'ECS, le temps d'attente pour obtenir de l'eau chaude peut être très long et, une fois le robinet fermé, l'eau chaude restera bloquée dans les conduites ce qui entrainera des pertes d'énergie non négligeables. La question de la légionnelle dans ce type de configuration doit également être soulevée (eau tiède dans les bras morts du circuit).

Absence de boucle d'ECS

Figure 9: Absence de boucle d’ECS © Architecture et Climat - LOCI – UCL

Pour pallier cela, on favorisera la production (semi-)décentralisée d'ECS, pour une unité (production décentralisée) ou plusieurs unités proches spatialement (production semi-décentralisée). Les avantages de cette solution sont principalement la diminution conséquente des pertes par distribution et de stockage. En cas de production décentralisée, le système de production de chauffage, combiné ou non au système de production d'ECS devra être étudié (voir l'étape 4a - Dimensionner l'installation de chauffage).

La solution suivante peut aussi être étudiée, à évaluer au cas par cas :

  • Boiler satellite. Ce système permet d'éviter la présence d'une boucle d'ECS dans tout le bâtiment en délocalisant les boilers au niveau de chaque unité d'appartement, tout en maintenant une production centralisée de la chaleur (par une chaudière gaz à condensation par exemple). La boucle de chauffage arrive au niveau de l'appartement et sert tant à la mise à température du boiler d'ECS (quelques fois sur la journée) qu'à l'alimentation des unités terminales de chauffage des locaux.

    Pour permettre un fonctionnement optimal de l'installation, la régulation doit permettre :

    • d'évaluer les besoins de charge en chaleur des différents boilers du bâtiment lorsqu'un boiler est en demande de chaleur. De cette manière, on peut profiter de la mise en température d'un boiler (et de l'envoi d'eau chaude dans tout le circuit) pour chauffer les autres boilers également.
    • de charger les boilers quelques fois par jour seulement, pour éviter que l'eau de la boucle ne soit à température élevée toute la journée

Principe technique du boiler satellite

figure10.jpg

1. Eau froide sanitaire 2. Eau chaude sanitaire 3. Arrivée chauffage primaire 4. Retour chauffage primaire 5. Retour chauffage secondaire 6. Départ chauffage secondaire 7. Serpentin 8. ballon ECS 9. thermostat pour le boiler 10. vanne trois voies (priorité ECS)

(Source : Cenergie)

En cas de production via un système instantané (chaudière, échangeur à plaques), les points de puisage équipés de robinets thermostatiques peuvent réduire les fluctuations de température dues à des variations du débit de puisage et améliorer le confort d'utilisation (pour autant que les variations ne soient pas trop brusques). La consommation d'eau chaude peut également être diminuée par le choix d'organes de puisage économes (à faibles débits) : mousseurs, pommeaux de douche économiques, boutons poussoirs à rappel automatique, robinet à œil électronique, poignées ergonomiques, mitigeurs, ...

Réseau de distribution vs production via chaudière à condensation

Le choix d'une chaudière à condensation n'est pas incompatible avec l'obligation de produire de l'eau chaude sanitaire en combinaison avec le chauffage. Il faudra cependant être particulièrement attentif au type de chaudière choisi (chaudières à 2 retours dans le cas d'une production avec ballon de stockage) ou au dimensionnement de l'échangeur (en régime 90°/45° ou 70°/45° dans le cas d'un échangeur instantané) et à la configuration du circuit hydraulique associé. La décision d'installer au moins une chaudière à condensation doit se prendre tôt car elle a des conséquences sur la conception du réseau hydraulique.

Chaudière à condensation à 2 retours

Figure 11: Chaudière à condensation à 2 retours © Architecture et Climat - LOCI – UCL

Santé : les réseaux d'eau chaude sanitaire et la légionnelle

Au niveau de la distribution : les eaux stagnantes constituent le cadre de prolifération idéal des légionnelles. Il faut donc veiller à concevoir le réseau de distribution selon les règles de bonne pratique en vigueur :

  • Opter pour du matériel limitant le risque de formation d'un biofilm et résistant à la corrosion (privilégier notamment le cuivre plutôt que l'acier galvanisé).

  • Veiller à mettre en place un circuit de bouclage sur le réseau d'eau chaude sanitaire. Celui-ci maintiendra l'eau à 50-55° jusqu'aux points d'usage.

  • S'assurer, en revanche, que la température des réseaux d'eau froide ne dépasse jamais 25°.

  • Calorifuger les installations et supprimer tous les bras morts : cela fera économiser de l'énergie tout en limitant le risque de développement de la légionnelle.

  • Equiper le réseau d'un dispositif de mesure de la température permettant un contrôle simple aux points sensibles.

  • Prévoir des dispositifs de purge aux endroits critiques.

  • Aux points d'usage : Mitiger l'eau le plus près possible du point d'usage (température maximale de 40°) et équiper de préférence les douches de robinets thermostatiques.

Calorifuger les conduites

Le calorifugeage des conduits et accessoires d'eau chaude et d'eau chaude sanitaire est imposé par la PEB (Annexe 3 de l'Arrêté du Gouvernement de Bruxelles-Capitale du 3 juin 2010 relatif aux exigences applicables aux systèmes de chauffage pour le bâtiment lors de leur installation et pendant leur période d'exploitation), de même que le calorifugeage des conduits et accessoires liés à la climatisation (Annexe 1ere de l'Arrêté du Gouvernement de la Région de Bruxelles-Capitale du 15 décembre 2011 relatif à l'entretien et au contrôle des systèmes de climatisation et aux exigences PEB qui leur sont applicables lors de leur installation et pendant leur exploitation).

Les deux exemples suivants mettent en évidence l'intérêt du calorifugeage des conduites :

  • La perte de 1 m de conduite de 1 pouce de diamètre, véhiculant de l'eau à 70°C est l'équivalent de la consommation d'une ampoule de 60 W ! L'isolation réduit cette perte de 90 %, soit un gain de 30 litres de fuel ou 30 m³ de gaz par mètre par an. Elle est donc indispensable.

Perte d'une conduite non calorifugée

Figure 12 :Perte d’une conduite non calorifugée © Architecture et Climat - LOCI – UCL

  • Une vanne de 2 pouces parcourue par de l'eau à 70°C perd environ 150 W ou 90 litres de fuel ou 90 m³ de gaz par an. Son isolation par un matelas démontable est également indispensable.

Ces valeurs sont vraies pour des organes placés dans un volume protégé. Il est vrai qu'une partie de cette chaleur est récupérée dans l'ambiance en hiver, mais cette chaleur n'est en règle général pas valorisées au bon endroit ou au bon moment. En dehors d'un volume protégé, ces pertes seraient encore plus importantes, et certainement pas récupérées.

Mis à jour le 22/06/2017