CHAUFFAGE  
Install Magazine 1000 – octobre 2024

Causes des dysfonctionnements des MTA

Analyse sur base de mesures prises dans la pratique

Dans le cadre de la transition énergétique, la combinaison de chaufferies centrales associées à des modules thermiques d’appartement (MTA) est perçue comme une solution prometteuse. Elle permet en effet des économies d’échelle dans la production de chaleur ainsi que l’intégration flexible et aisée d’énergies renouvelables. Des MTA performants garantissent le confort dans les logements individuels ainsi qu’un rendement élevé du système. En théorie du moins, mais qu’en est-il dans la pratique ? Pour vérifier cela, l’équipe de recherche EMIB de l’Université d’Anvers a réalisé des mesures énergétiques dans sept bâtiments équipés d’une installation de ce type. Des résultats de cette étude, il ressort que de nombreux problèmes peuvent encore survenir lors de la mise en œuvre de ce concept.

‘Peformance gap’

En principe, les chaufferies centrales constituent une solution très efficace. En recourant à des facteurs de simultanéité, la puissance installée totale peut être maintenue à un niveau beaucoup plus bas que dans le cas d’appareils de chauffage individuels. Des économies d’échelle peuvent en outre être réalisées en termes de rendement de production et de coûts. Et enfin, cela permet d’intégrer plus facilement des énergies renouvelables. Le traditionnel point faible des installations décentralisées réside dans la répartition (et la facturation) de la chaleur entre les différents utilisateurs. Les MTA modernes apportent toutefois une réponse à cette problématique. Il n’est pas surprenant que cette configuration ait été choisie dans un certain nombre de nouveaux projets.

Il existe un fossé entre la théorie et la pratique, que l’on appelle communément ‘performance gap’ : soit la différence entre les performances escomptées et les performances réelles. Afin de contrôler ce qu’il en est à ce sujet avec les MTA, une équipe d’Université d’Anvers (section EMIB) a réalisé des mesures pratiques dans sept bâtiments. Les résultats ont été publiés dans The Impact of Commonly Overlooked Faults in Combined Heat Distribution Circuits: Analysis of Heat Meter Data (Senne Van Minnebruggen, Stef Jacobs, Ivan Verhaert et Peter Hellinckx). En voici les conclusions.

Afin d’aboutir à des conclusions générales, différents types de bâtiments ont été étudiés. Les sept bâtiments comprennent des appartements, des logements sociaux, des résidences-services et des magasins. Cinq bâtiments ont été raccordés à un réseau de chaleur, les deux autres possédant leur propre chaudière au gaz. L’un d’entre eux était également muni d’une installation solaire thermique. Individuellement, chaque consommateur a été équipé d’un MTA avec combilus (boucle de circulation commune). Dans un combilus, les MTA sont reliés à la chaufferie (ou à la sous-station en cas de réseau de chaleur) à l’aide d’une installation de distribution à deux tubes, et l’ECS est produite localement dans le MTA. Cette configuration représente l’état de l’art.

Des compteurs énergétiques ont été placés sur l’alimentation centrale en énergie (la conduite de gaz ou la sous-station du réseau de chaleur, en fonction) et sur les MTA individuels. C’est sur cette base que le rendement a ensuite été déterminé. Les résultats donnèrent à réfléchir : les performances des installations étaient en effet largement inférieures aux attentes. Dans un seul cas uniquement, le rendement a approché les 90%. En pleine saison de chauffe, le rendement variait entre 67 et 83%, avec une baisse très claire en été, lorsqu’il y a uniquement une demande en ECS. Or, des rendements de 94 à 97 % sont cités dans la littérature. La question des chercheurs fut donc la suivante : comment expliquer cette différence, et pouvons-nous la comprendre tout simplement en analysant les données mesurées ? Si tel était le cas, les gestionnaires de bâtiments pourraient ainsi détecter les erreurs et les inefficacités.

Fonction de maintien de la température

L’analyse de l’équipe fut en première instance purement basée sur des mesures. Il ne fut donc pas question dans cette phase d’observer sur place les réglages des thermostats ou le fonctionnement des vannes. Mais cette analyse a tout de même déjà permis de tirer quelques conclusions. On a ainsi constaté que certains MTA affichaient certes une faible demande de chaleur, mais que dans le même temps, un débit important de températures élevées était renvoyé vers la conduite de retour. Ce qui contribua à augmenter la température dans la conduite de retour centrale, et fit baisser à son tour le rendement global de l’installation.

Dans la plupart des cas, l’équipe a mesuré une température de retour nettement plus élevée que les valeurs de consigne. Une analyse plus approfondie sur place a montré que la principale raison de cette température élevée dans la conduite de retour était la fonction de maintien de la température. Celle-ci maintient toujours la conduite de départ à une certaine température, de façon à ce que le MTA puisse produire rapidement de l’ECS, sans délais d’attente gênants. La manière la plus efficace de réaliser cela consiste à placer un bypass avec un régulateur de température entre les conduites centrales de départ et de retour. Une autre méthode consiste à garantir un débit permanent à travers le MTA. La température de départ dans le MTA est ainsi maintenue à un certain niveau via un bypass. Dans les cas étudiés, on a appliqué différentes méthodes de maintien de la température, qui ne s’est pas toujours révélée efficace. Les débits dans le bypass central étaient parfois réglés à un niveau trop élevé ; il y avait même une combinaison de bypass central avec un débit permanent à travers les MTA. Dans ce dernier cas, un débit élevé fut pompé constamment, y compris en l’absence de demande de chaleur.

Équilibrage hydraulique

Les MTA dont les performances étaient les plus mauvaises ont fait l’objet d’une étude plus approfondie, afin de voir s’il y avait encore d’autres problèmes. Il en est ressorti que l’équilibrage hydraulique pouvait également être amélioré. Deux exemples démontrent des dysfonctionnements potentiels.

Dans les appartements équipés de radiateurs, le régime de température fut déterminé sur la base d’une différence de température de 20°C. Les débits furent toutefois fixés à un niveau beaucoup trop élevé, ce qui a conduit à une différence de température d’à peine 10°C. Au final, il en a résulté une température de retour trop élevée et donc un rendement trop bas. Ceci est dû à un mauvais calcul ainsi qu’ à un manque de compétence et/ou d’attention des installateurs.

Le deuxième exemple a trait au mode été. On a constaté des débits de bypass élevés dans certains MTA. Ces appartements étaient équipés d’un système de chauffage par le sol alimenté via un circuit mélangeur secondaire. Dans ce circuit, le débit de la conduite de retour primaire a été mélangé à la conduite de retour du circuit secondaire, et ce afin d’atteindre la température souhaitée dans la conduite de départ secondaire. Le thermostat d’ambiance commandait toutefois uniquement le circuit secondaire, alors qu’il n’y avait aucun moyen de limiter le circuit primaire. Dès lors, en cas d’absence de demande de chaleur, le circuit secondaire fut certes fermé, mais le circuit primaire passait de son côté intégralement par le bypass du MTA. Les MTA furent équipés de vannes afin d’éviter cela, mais pour différentes raisons, ces vannes restèrent ouvertes. Dans un des cas, les servomoteurs faisaient défaut.

Des améliorations possibles

La conclusion est que de nombreux MTA affichent des performance qui sont loin d’être optimales. Au cours de cette campagne de mesure, ce fut même le cas de la plupart des installations combilus. Pour remédier à cela, un calcul préalable précis des débits et des régimes de température s’impose ; il convient en outre d’opter pour un concept hydraulique efficace. Lors du démarrage, il faut également veiller à ce que les valeurs de consigne soient effectivement atteintes, que tous les composants hydrauliques soient présents et qu’ils fonctionnent correctement.

Si vous désirez en savoir plus sur les mesures et sur les méthodes précises de calcul du rendement, vous pouvez retrouver l’article original via le lien mentionné ci-dessous.

Par Alex Baumans

Figures: Emib

https://doi.org/10.1051/e3sconf/202456210002