Lorsqu’on envisage d’installer une pompe à chaleur dans sa maison, il est important de tenir compte de plusieurs éléments. Outre la PAC, l’installation d’autres équipements s’avère parfois indispensable pour optimiser les performances et la durée de vie accrue de votre circuit de chauffage. Au nombre de ces éléments supplémentaires, on distingue la bouteille de découplage hydraulique.
Mais avec les avancées technologiques des générateurs et des systèmes de chauffage, l’une des principales questions qui se posent est celle de l’utilité des bouteilles de découplage. C’est d’ailleurs tout l’intérêt de cet article qui vous présente le rôle et l’importance d’une bouteille de découplage dans le fonctionnement de votre système de chauffage.
Table des matières
Bouteille de découplage : Définition
La bouteille de découplage hydraulique ou de séparation est un équipement qui permet de rendre deux circuits hydrauliques indépendants : le circuit primaire et le circuit secondaire. Cette bouteille est souvent utilisée dans les installations de chauffage ou de climatisation, entre autres.
Le circuit primaire est la partie du système qui englobe la production d'énergie, telle qu'une chaudière ou une pompe à chaleur. Le circuit secondaire, quant à lui, comprend les éléments de diffusion de chaleur tels que le ballon ECs, les émetteurs, les ventilo-convecteurs, les radiateurs et les planchers chauffants.
Différentes terminologies des bouteilles de découplage
La bouteille de découplage peut prendre différentes terminologies en fonction de son mode de fonctionnement : bouteille casse-pression, bouteille de mélange, ou encore bouteille d’équilibre.
Par exemple, la bouteille casse-pression assure la fonction de découplage lorsque le débit dans le circuit primaire est supérieur (de l’ordre de 15 %) à celui dans le circuit secondaire. Cela permet de maintenir une température de départ de la chaudière constante et égale à la température de départ du circuit de chauffage.
Par contre, la bouteille de découplage de mélange est utilisée lorsque le débit secondaire est supérieur au débit primaire. Dans ce cas, la température du débit secondaire diminue tandis que le débit augmente dans la bouteille.
Le résultat est une température de départ plus basse dans le circuit secondaire par rapport au circuit primaire, en raison du mélange qui s'opère dans la bouteille. Pour obtenir ce type de mélange dans le circuit secondaire, il est possible de mettre en place un circuit d'injection avec une vanne à 3 voies ou une vanne de réglage.
Histoire et contexte d’utilisation de la bouteille de découplage ?
Actuellement, l’une des principales questions des professionnels est celle de la nécessité d’utilisation d’une bouteille de découplage dans une chaufferie disposant d’une ou plusieurs chaudières à condensation. Certains optent toujours pour ce mode d’installation afin d’optimiser la longévité des générateurs.
Par contre, d’autres préfèrent les nouvelles alternatives qu’offrent certains générateurs. Quel est alors l’historique de l’utilisation des bouteilles de découplage et des chaudières à condensation ?
Invention des bouteilles casse-pression
L’invention de la bouteille casse-pression remonte aux années 1950-1960, avec l’introduction des chaufferies collectives dans les immeubles et les centres urbains. À l'époque, les chaudières n'étaient pas à condensation et subissaient de nombreux dysfonctionnements.
En période de pointe de chauffage, les retours de température et de débit vers les chaudières étaient constamment cohérents avec les capacités des corps de chauffe (environ 70 ou 85 °C). Il n’y avait donc pas de problèmes. Cependant, les exploitants d’alors ont très tôt remarqué des problèmes de fonctionnement pendant les périodes de mi-saison.
Les retours d'eau plus froids, dus à la loi d'eau et à des débits plus faibles, causaient deux problèmes néfastes aux corps de chauffe :
des chocs thermiques pouvant les fissurer (les chaudières fonctionnaient à température constante) ;
leur corrosion en raison de la condensation de la vapeur contenue dans les fumées et aux des ruissellements acides.
Afin de prévenir ces problèmes récurrents et onéreux, des alternatives ont été très vite recherchées. L'une de ces solutions qui se sont rapidement imposées était l'installation d'un court-circuit entre le départ et le retour de la chaudière.
Il est accompagné d'un circulateur pour réchauffer les retours et maintenir un débit minimum de circulation dans la chaudière. Toutefois, ce court-circuit présentait deux inconvénients :
son dimensionnement était délicat, voire empirique, ce qui pouvait provoquer un véritable inconfort durant les périodes de forte demande de chauffage ;
une importante perte de charge dans la chaudière lorsqu’on ajoutait ce débit de recyclage au débit de chauffage. Cette perte de charge engendrait une chute des deux débits et n’assurait donc plus le confort escompté.
À cet effet, la meilleure option qui s’offrait était d’arrêter le circulateur de recyclage en période chauffage et le remettre impérativement en marche à la mi-saison. C’était souvent tributaire de la rigueur des exploitants, mais permettait d’éviter les dommages précédemment décrits.
Apparition des chaudières à faible volume d’eau
L’apparition des chaudières à faible volume d’eau et à température glissante, au début des années 80, fait suite aux dommages dus aux bouteilles casse-pression. Cependant, leur arrivée n’a fait qu’empirer les problèmes.
Pendant que les modèles précédents affichaient les niveaux d’eau en plusieurs litres par kW, ceux-ci ne se limitaient qu’à un litre par kW. En conséquence, une importante perte de charge interne due à lors du passage d’eau est souvent observée. De même, le circulateur de recyclage pouvait devenir trop puissant comparativement à ceux conçus pour alimenter les circuits de chauffage.
En outre, les chaudières à faible volume d’eau nécessitaient une irrigation constante avec un certain débit minimum au cours de leur fonctionnement. Ainsi, il s’avérait urgent de revoir la configuration hydraulique des chaufferies.
À cet effet, les industriels ont très tôt opté pour la mise en place d’une bouteille de découplage afin de séparer l’installation en deux systèmes : un circuit primaire entre la bouteille et la ou les chaudières ; un circuit secondaire entre la bouteille et les différents réseaux de chauffage et d’eau chaude sanitaire (ECS).
Ce système offrait de nombreux avantages. Il était très simple à comprendre et facile à installer. Il suffisait que le débit primaire soit supérieur au débit secondaire pour que la température en sortie de bouteille soit égale à celle de production. La bouteille fonctionnait alors suivant le principe de découplage.
De plus, cette méthode permettait d’avoir le débit minimal de circulation de l’eau dans la chaudière. Suite à la mise en place de la bouteille de découplage, les récupérateurs-condenseurs sur les fumées ont fait leur apparition. Cependant, qu’ils soient intégrés ou non dans une chaudière, ces récupérateurs ne permettaient pas toujours de condenser.
Arrivée des chaudières à condensation
Les chaudières à condensation font leur apparition à partir des années 1980 et viennent pallier un certain nombre de problèmes. Ces dernières des retours froids optimaux inférieurs à 50 °C. Elles sont adaptées à n’importe quelle température de retour et ne subissent plus de dommages avec la condensation.
À l’heure actuelle, les professionnels n’ont donc plus besoin d’installer une bouteille de découplage si la chaudière présente un fort potentiel de débit ou si elle est dotée d’une bonne contenance en eau. Par contre, l’installation d’une bouteille ou d’un système de régulation demeure indispensable si la chaudière n’a qu’un faible potentiel de débit ou une faible contenance en eau.
Néanmoins, nombreux sont ceux qui optent pour l’utilisation de bouteilles de découplage. Cela se justifie par le fait que ces derniers prétendent protéger leur chaudière. Il serait alors judicieux de penser à une solution permettant de concilier le rendement des systèmes à condensation et celui des bouteilles de découplage. Cela permettra d’optimiser le chauffage des retours par le départ chaudière.
Mode de raccordement d’une bouteille de découplage
En règle générale, la bouteille de découplage est raccordée de la manière suivante : l’aller en haut de la bouteille et le retour en bas de la bouteille. Cette technique de raccordement permet d’assurer une meilleure convection interne. Ainsi, le système de chauffage fonctionnera avec ses capacités optimales.
Pour ce qui concerne les divers piquages aller et retour, il est important qu’ils soient décalés afin d’éviter les éventuelles interférences. Cela limitera aussi les risques de double circulation notamment lorsque la bouteille n’est pas équipée d’une chicane ou d’un brise-jet.
Par ailleurs, il est important de noter que les vannes d’isolement et des thermomètres doivent être installées sur chaque piquage. De plus, une vanne d’arrêt équipera le haut de la bouteille afin d’isoler une purge manuelle ou un purgeur automatique. Il faudra également installer d’une vanne de purge facilement accessible à la partie inférieure de la bouteille étant donné qu’elle sera utilisée comme un pot de décantation.
Technique de dimensionnement d’une bouteille de découplage
La dimension d'une bouteille de découplage peut être considérable. C’est d’ailleurs l’une des raisons pour lesquelles il est recommandé de l’isoler thermiquement afin d’éviter les pertes d’énergie inutiles. Généralement, la détermination des dimensions d’une bouteille de découplage suit la règle des 3 D. Selon cette règle :
Un écartement de trois mètres de diamètre entre les différentes canalisations est indispensable pour déterminer la hauteur de la bouteille ;
Le diamètre de la bouteille doit être supérieur ou égal au triple du diamètre de la tuyauterie principale ;
Une distance de trois diamètres est nécessaire entre la canalisation de départ du circuit secondaire et l’arrivée d’eau chaude ;
Un écart de trois diamètres entre le sommeil de la bouteille et la plus haute canalisation ;
Un décalage de trois diamètres entre la partie inférieure de la bouteille et la plus basse canalisation ;
Un écart de six diamètres entre les raccordements de départ et ceux du retour du secondaire.
En réalité, la règle des 3D permet d’obtenir une vitesse de circulation d’environ 0,1 m/s à l’intérieur de la bouteille, et une vitesse avoisinant 1 m/s au secondaire.
Condition d’installation d’une bouteille de découplage
L’installation d’une bouteille de découplage ou d’une bouteille de mélange est indispensable dans deux cas :
Nécessité d’une température de retour en dessous de 55 °C ;
Nécessité d’une température de retour supérieure à 55 °C.
Le premier cas concerne généralement les maisons équipées d’une chaudière basse température et d’un plancher chauffant. Quant au second cas, il est souvent rencontré avec les chaudières classiques et les radiateurs.
Avantages de l’installation d’une bouteille de découplage hydraulique
La bouteille de découplage hydraulique offre de nombreux avantages une fois installée.
Une circulation continue optimale
Généralement dans les systèmes hydrauliques, la circulation d’eau est bloquée lorsque les robinets thermostatiques liés aux émetteurs ne sont pas en marche. Ainsi, l’installation d’un système de découplage permet de maintenir la circulation d’eau constante bien que les radiateurs soient fermés.
Une amélioration du confort thermique
Opter pour l’installation d’une bouteille de découplage thermique, c’est opter pour un excellent confort thermique. En période hivernale, la cavité extérieure de la pompe à chaleur peut geler lorsque les valeurs de la température deviennent négatives. L’appareil inversera alors son cycle afin de produire de la cavité extérieure.
En effet, ce sont les calories du réseau de chauffage qui permettent d’augmenter la température de la cavité extérieure afin de procéder au dégivrage. Dans ces conditions, il est possible de ressentir un certain inconfort durant la période de dégivrage.
À cet effet, l’utilisation d’une bouteille de découplage devient nécessaire puisqu’elle fournira les calories nécessaires. Cela permettra de maintenir une chauffe constante et confortable dans le foyer.
Un meilleur fonctionnement de la PAC
Pour une performance optimale, la pompe à chaleur doit fonctionner avec une différence de température de 5 °C entre la température d’eau de sortie et celle de retour. Il en est de même pour le plancher chauffant basse température. Inversement, les radiateurs nécessitent une différence de température de 15 °C entre l’entrée et la sortie.
Grâce à une bouteille de découplage ou un système de découplage, il est possible d’avoir une température d’eau distincte entre les différents appareils. Cela permet également de chauffer plusieurs endroits d’une maison. C’est également l’une des solutions qui permet à différents types d’émetteurs d’un même logement d’avoir une température propre.
Quelques conseils et recommandations pour l’installation d’une bouteille de découplage
En conditions de nécessité d’installation de bouteille de découplage ou d’une bouteille casse-pression, il est important de porter une certaine attention afin de garantir la condensation des chaudières. Pour cela, il est important de savoir s’y prendre.
Définir des lois d’eau favorables à la condensation
Pour une meilleure condensation, il est recommandé d’opter pour les lois d’eau basses tout en restant le plus longtemps possible en dessous de la barre des 55 °C. Cette option est valable même si une partie du départ chaudière circule inversement dans la bouteille vers le retour chaudière.
Dans cette condition, la loi d’eau radiateur 60/40 °C ou la CTA devient alors importante. Cette dernière devra être appliquée avec une loi d’eau et un talon bas.
Installer des sondes de température sur la bouteille
Les sondes sont des éléments qui permettent de réguler la chaudière. Elles permettent d’identifier la température réelle de départ chauffage et celle de retour. En effet, lorsque la bouteille commence à fonctionner en mélange, le retour chauffage permet de refroidir le départ chauffage.
Les sondes de température remplacent donc les deux sondes qui sont à la base sur la ou les chaudières. Certains professionnels ou exploitants utilisent généralement une seule sonde : celle du départ secondaire. Dans ce cas, la régulation est assurée par la sonde retour qui est installée sur chaque chaudière.
Assurer le bon fonctionnement du circulateur alimentant la bouteille
Vous ne le savez peut-être pas, mais lorsque vous gardez un débit fixe sur le circulateur primaire, il s’en suit un fonctionnement en mode découplage. Cela se justifie par le fait que le flux primaire est toujours supérieur au flux secondaire. En effet, le flux primaire est axé sur les pertes d’énergies à la température extérieure de base.
En période hivernale, lorsque la température extérieure est supérieure la température extérieure de base, le flux secondaire devient alors inférieur au flux primaire. Par conséquent, la plupart du temps il s’observe une recirculation du départ primaire vers le retour chaudière entrainant une perte de rendement de condensation des chaudières.
Pour cela, il est recommandé d’opter pour un circulateur à débit variable et de veiller à ce qu’il adapte sa vitesse afin de garder une forte différence de température sur la chaudière. En effet, le flux circulant dans la chaudière sera inférieur au flux nécessaire au chauffage si la différence de température de la chaudière sera plus forte que celle des émetteurs.
Ainsi, la bouteille de découplage fonctionnera en mélange, c’est-à-dire le flux évoluera du retour chauffage vers le départ chauffage. Le retour chaudière ne sera donc pas réchauffé par le départ chaudière.
C’est pour cette raison que dans la pratique, certains professionnels optent pour une différence de température de 2 à 5 °C supérieure à celle des émetteurs. Dans d'autres entreprises industrielles, la régulation globale des chaudières ajuste constamment les débits, la température et la puissance des chaudières afin que le flux primaire soit toujours égal au flux secondaire.
Par ailleurs, afin d'assurer la condensation de la chaudière, il est possible de remplacer la bouteille par un ballon primaire. Pour maintenir la partie inférieure du ballon la plus froide possible, les piquages seront installés de manière stratégique ou il faudra utiliser un jeu de vannes.
Il faut aussi noter qu’il sera important de veiller à la taille du ballon lors de sa conception ainsi qu’aux réglages de base des vannes et à leur maintenance régulière.