INSTALLATION ET OUTILLAGE
Install Magazine 941 – juin 2017
Pompes à haut rendement pour collectivités
Des pompes puissantes et efficaces pour la technique du bâtiment
Les 1,8 million de bâtiments non résidentiels en Allemagne sont responsables d’1/3 de la consommation primaire totale dans les bâtiments. Opter pour la technologie de pointe permet dès lors de réduire considérablement les frais énergétiques annuels.
Un des collecteurs principaux dans un complexe de salle d’exposition avec des pompes normalisées de la série NK.
Des pompes monoblocs de la série NB distribuent de l’eau de refroidissement dans un bâtiment commercial.
Les pompes normalisées et monoblocs (respectivement NK et NB) sont destinées à des applications pour lesquelles de grands volumes doivent être pompés de manière efficace et fiable. Il peut s’agir d’installations de chauffage ou de refroidissement de grandes puissances, de réseaux de chaleur, d’installations de climatisation ou de tours de refroidissement.
Dans le cas des pompes normalisées NK, le raccordement démontable représente un atout non négligeable. En cas d’entretien ou de réparation de la pompe ou de l’étanchéité, le moteur est tout simplement monté sur un support.
Les bâtiments non résidentiels sont responsables d’une grande part de la consommation d’énergie. Cela ressort notamment des chiffres provenant d’Allemagne. D’après l’institut de statistiques allemand, ce pays compte environ 18 millions d’habitations, dont 1,8 million de bâtiments non résidentiels : bureaux, magasins, hôtels, écoles, maisons de repos et de soins… Malgré cette part relativement faible, les bâtiments non résidentiels représentent 1/3 de la consommation totale d’énergie primaire dans les bâtiments. Cela s’explique notamment par le fait que les grands bâtiments ont besoin de pompes plus grandes. Un concepteur désireux de faire appel à la technologie du dernier cri, peut donc économiser pas mal d’énergie.
Consommation énergétique des collectivités
Comment expliquer la part importante de consommation d’énergie primaire des immeubles non résidentiels ? La première raison est la taille généralement importante de tels bâtiments. Ces bâtiments ont ensuite habituellement plus d’équipements techniques : les hôtels, bureaux ou hôpitaux sont non seulement la plupart du temps chauffés, mais ils sont aussi équipés de ventilation et/ou de régulation climatique. Ce type de bâtiments présente dès lors un énorme potentiel d’économie d’énergie.
Pompes HVAC : pomper efficacement de grands volumes
Les pompes offrent à ce titre d’intéressantes possibilités d’économie. Elles sont utilisées dans des chaufferies et des chaudières à vapeur, ainsi que pour la climatisation. Elles augmentent la pression d’eau pour l’alimentation dans les immeubles, et évacuent les eaux usées vers les égouts. Dans les collectivités, il est essentiel de recourir à des pompes HVAC efficaces. Le refroidissement est un aspect souvent sous-estimé ici. La part du refroidissement augmente constamment : en été, la consommation d’électricité est désormais supérieure à celle enregistrée en hiver, justement en raison des installations frigorifiques. L’effet du réchauffement climatique se fait sentir.
Une hausse des températures se traduit par des besoins frigorifiques plus élevés pour le stockage de l’alimentation. Les bureaux et centres de données doivent aussi être plus refroidis. En Allemagne, 66 milliards de kWh de courant et 11 milliards de kWh d’énergie non électrique sont consommés chaque année pour le refroidissement. Cela correspond environ à 14% de la consommation allemande totale de courant. Et la régulation climatique des bâtiments occupe une part de 22% dans la consommation totale due au refroidissement. Le mode actuel de construction, avec de grandes surfaces vitrées, contribue à l’augmentation rapide des besoins en froid, y compris dans les zones climatiques plus froides.
Les climatiseurs électriques décentralisés ne sont en général pas utilisés dans les grands bâtiments, en raison de leur consommation électrique plus élevée et des risques d’émission de réfrigérant dans l’environnement. Ils sont tout au plus employés comme solution spécifique individuelle dans certains locaux. Les systèmes aérauliques (refroidissement adiabatique, batteries de refroidissement dans la ventilation…) et l’activation thermique de parties de bâtiment (refroidissement radiant, activation du noyau de béton) représentent l’état de la technique. Pour de telles applications, l’industrie a développé des types de pompes adaptés.
Fiabilité à grands débits
Les pompes normalisées et monoblocs de Grundfos (les séries respectives NK et NB) sont destinées à des applications pour lesquelles de grandes quantités d’eau doivent être pompées de manière fiable et efficace. Grâce au traitement de surface cataphorétique de haute qualité, ces pompes conviennent déjà –dans l’exécution standard en fonte- pour la plupart des applications en technique du bâtiment. Dans ce cas, une couche époxy anticorrosion est appliquée, au moyen d’un processus électrostatique, dans un bain liquide. Les exécutions en acier inoxydable (1.4408 et 1.4517) représentent une alternative.
Les modèles à vitesse variables NKE et NBE offre de nouvelles possibilités de réglage, notamment grâce au moteur MGE à aimants permanents, ce qui autorise un fonctionnement très éco-énergétique. Le moteur MGE possède par ailleurs encore, dans toutes les combinaisons de pompes, des fonctions de communication : il dispose d’une propre communication bus via radio (GeniAir). Tout câblage, par exemple pour un dispositif à double pompe, est superflu. L’assistant de liaison intégré assure une connexion rapide entre les deux pompes. Elles peuvent alors être commandées en cascade, en fonctionnement alternatif ou en mode fonctionnement/arrêt. Une communication GeniBus via des câbles reste toutefois envisageable. Avec l’appli Grundfos Go, l’installateur dispose d’un large éventail de possibilités pour régler le moteur MGE ou pour visualiser les données.
Pompe normalisée ou monobloc ?
Selon quels critères doit-on opter pour une pompe normalisée ou pour une pompe monobloc ?
Pompes monoblocs
L’hydraulique des deux pompes étant identique, leurs performances sont donc comparables. La grande différence entre une pompe monobloc et une pompe normalisée réside dans le fait que la pompe monobloc est plus compacte, parce qu’il n’y a pas de raccordement séparé. Par contre, l’entretien d’une pompe normalisée se révèle plus simple. Les réparations s’effectuent aussi plus aisément, surtout lorsque la pompe est équipée d’un raccordement démontable. En général, une pompe monobloc est plus légère, et l’investissement est aussi inférieur à celui d’une pompe normalisée. Cette dernière possède en effet plus de pièces qu’une pompe monobloc. Dans la pratique, la puissance des pompes monoblocs s’élève à max. 200 kW. Cette limite n’a rien avoir avec des restrictions techniques, mais bien avec des problèmes pratiques de transport et de traitement. Au-delà de cette puissance, le poids combiné de la pompe et du rotor devient trop important pour que ces deux éléments puissent encore être transportés ensemble.
Le montage d’une pompe monobloc directement raccordée est plus simple. Il ne nécessite en effet pas de montage sur la plaque du fond, et la pompe ne doit pas être alignée sur l’arbre de transmission. Il existe, dans ce domaine, différentes conceptions. Sur le marché, nous voyons souvent des pompes monoblocs avec des raccords à coquilles, qui affichent néanmoins une faible rigidité au niveau de l’axe. Grundfos utilise dans ce but des raccords à douille, dont le moteur est directement raccordé à l’axe de la pompe. L’alignement commun du moteur et du rotor permettent un fonctionnement sans vibrations et une longue durée de vie.
Pompes normalisées
Dans le cas des pompes normalisées, le moteur et l’axe de la pompe doivent par contre être alignés séparément. Grundfos peut ici assurer la mise en service à l’aide d’un système de positionnement laser. La position optimale des pompes est déterminée au moyen d’appareils de mesure optiques laser de dernière génération. Pourquoi est-ce si important ? Lors du montage sur un socle, une plaque ou tout autre fondement, les pompes normalisées peuvent facilement afficher un certain déséquilibre, ce qui entraîne un accroissement de l’usure. Les conséquences sont les suivantes : une consommation énergétique plus élevée, des performances plus faibles, et à long terme, des défauts plus graves à la pompe même, comme des dégâts aux roulements, à l’étanchéité de la bague coulissante ou au raccordement.
Dans le cas des pompes normalisées, il est à ce titre conseillé de s’assurer que la pompe puisse être séparée du moteur par un raccord démontable. Avantage : en cas d’entretien ou de réparation à la pompe ou à l’étanchéité, le moteur peut être monté sur le support moteur. La pièce démontable peut être enlevée sans toucher au moteur. Cela crée suffisamment de place pour ôter l’ensemble axe-rotor du corps de la pompe, et le remonter ensuite après vérification. Cette tâche peut être réalisée par un seul monteur, ce qui réduit les temps d’arrêt.
Exemple pratique : un bureau pour 2.600 collaborateurs
Les pompes à haut rendement sont rapidement rentabilisées en cas de remplacement de pompe dans des installations existantes. Dans ce cas, il s’agissait d’un bureau à Hanovre, dont le facility management est responsable de la gestion et de l’approvisionnement, notamment en chauffage, refroidissement et énergie électrique. Le bureau comprenait deux bâtiments, avec 2.600 collaborateurs au total. La chaleur est fournie par une cogénération voisine. Au total, le site comptait environ 60 pompes pour les installations de chauffage et de refroidissement, dont de grandes pompes normalisées d’une puissance de 11 et 18 kW.
Étant donné que l’entretien de quelques anciennes pompes commençait à poser problème, le facility manager s’est demandé si cela vaudrait la peine de les remplacer. À l’aide de mesures réalisées sur place, l’analyse du coût du cycle de vie des trois pompes (deux pompes normalisées NK 100-250/256 et une plus petite pompe en ligne TPE) a démontré que les pompes en question représentaient une consommation annuelle de 24.000 kWh. Les pompes de remplacement recommandées consommaient pour leur part seulement 13.000 kWh pour les mêmes prestations.
On a donc aussi placé une pompe en ligne TPE-50 pour le fonctionnement estival et trois pompes monoblocs NBE 50-125/121 avec un moteur de 4 kW et une commande à vitesse variable intégrée. Alors que l’installation existante fonctionnait à une pression constante, et produisait donc inutilement des pressions différentielles élevées, les nouvelles pompes fonctionnent avec une régulation de la pression proportionnelle de type quadratique. La pression différentielle n’est donc jamais plus élevée que nécessaire. Les pompes ont par ailleurs été sous-dimensionnées, ce qui fait que le rendement est bien meilleur à charge partielle. Vu que les pompes fonctionnaient 80% de leur temps à pleine charge, le gain était clairement évident. La charge totale a également pu être répartie plus équitablement sur les trois pompes, tout en garantissant le maintien de la redondance nécessaire.
Conclusion
Le terme ‘pompe normalisée’ donne l’impression que de tels appareils sont pour ainsi dire identiques d’un fabricant à un autre. Cela ne vaut toutefois que pour les dimensions de base. De fait, les composants hydrauliques diffèrent, ainsi que la technique d’entraînement : moteur de série ou moteur à vitesse variable à haut rendement. Les possibilités en matière de commande sont de plus spécifiques à chaque fabricant. Tout cela peut naturellement considérablement influencer les frais de fonctionnement pour l’utilisateur. Celui qui opte pour des pompes normalisées de dernière génération, peut espérer réaliser au fil des ans, de solides économies sur la facture énergétique.
Par Wolfgang Richter (Grundfos)
Photos: Grundfos
