Les vannes auto-équilibrantes sont des dispositifs conçus pour réguler le débit des fluides dans les systèmes de Chauffage Ventilation Climatisation (CVC) basés sur un procédé hydraulique. Elles automatisent l’utilisation de l’eau comme fluide pour chauffer et refroidir des zones de l’installation. Elles facilitent la distribution de l’eau chauffée ou refroidie à tous les terminaux. Ainsi, le système est en mesure d’atteindre des performances optimales, ce qui se traduit par une meilleure efficacité opérationnelle et des coûts d’exploitation réduits.
Les vannes, composantes essentielles des systèmes de plomberie
Les systèmes hydrauliques déployés dans les installations CVC ont recours à des liquides pour réguler la température. Les vannes contrôlent le débit des fluides dans de nombreux systèmes, dont ceux qui sont hydrauliques, et ce de nombreuses façons. La possibilité d’utiliser un actionnement mécanique ou électromécanique pour réguler le flux des liquides a permis de grandes avancées techniques pour la plomberie moderne. On citera notamment le chauffage, le refroidissement, la réfrigération, la production d’énergie, et bien d’autres encore.
Toutes ces utilisations ont poussé à la diversification des types de vannes disponibles et au développement de leur champ d’application. Une vanne d’équilibrage est un dispositif de régulation utilisé pour équilibrer la pression entre l’entrée et la sortie d’un système. Une vanne auto-équilibrante, comme son nom l’indique, est dotée de certaines capacités d’automatisation. D’une part aucune intervention humaine n’est nécessaire pour l’actionner. D’autre part, l’automatisation permet d’optimiser la régulation de l’écoulement des fluides.
Les applications des vannes d’équilibrage sont nombreuses. Les vannes d’équilibrage permettent d’obtenir et de maintenir des conditions appropriées dans les systèmes hydrauliques. En plus d’être utilisées dans les systèmes CVC, elles sont également intégrées dans les éléments suivants :
- Les échangeurs de chaleur
- Les systèmes de production d’énergie
- Les systèmes de réfrigération
- Les systèmes de refroidissement de serveurs
- Les lignes de retour d’eau
Les vannes d’équilibrage statiques sont aussi appelées vannes manuelles, régulateurs à double position, vannes venturi ou vannes d’équilibrage à verrouillage numérique. C’est l’un des moyens les plus simples de réguler le débit dans une conduite. Elles mettent en œuvre un obturateur, appelé tiroir, qui, lorsqu’il est tourné, augmente ou diminue la taille de l’entrée. Ce faisant, la vanne limite mécaniquement le débit qui sort de la vanne. Il existe deux points d’accès à la vanne qui permettent de mesurer la pression avant et après la vanne et servent de points de contrôle pour les tests.
Comment s’utilisent les vannes dans les systèmes CVC ?
En général, un système de CVC comporte une vanne d’équilibrage pour chaque serpentin terminal et chaque unité de traitement de l’air (UTA). Le réglage de toutes ces vannes pour maintenir l’équilibre du système implique plusieurs étapes. Pour les vannes d’équilibrage manuelles, ces étapes sont les suivantes
- Raccorder d’un manomètre différentiel ou d’un instrument d’équilibrage du circuit aux deux orifices de mesure et d’essai de la vanne
- Déterminer le débit requis qui passe à travers la vanne d’équilibrage
- Régler manuellement le volant pour obtenir le débit approprié
- Répéter les étapes ci-dessus pour toutes les vannes d’équilibrage
Les professionnels du secteur peuvent utiliser des manomètres à pression différentielle, ou un ordinateur, pour l’équilibrage hydraulique. Ils mesurent la différence de pression entre deux points de pression. L’outil est utilisé pour calculer les débits et déterminer si et quand des ajustements sur la ou les vannes d’équilibrage sont nécessaires pour maintenir l’équilibre du système. On peut aisément deviner l’intérêt de l’emploi de vannes auto-équilibrantes qui permettent de se passer de ces nombreuses étapes. Celles-ci peuvent d’ailleurs être sources d’erreurs humaines de mesure et d’appréciation des débits à adopter et régler.
Vanne auto-équilibrante avec Danfoss
A quoi sert une vanne auto-équilibrante dans les systèmes CVC ?
Le débit du fluide dans un système CVC change constamment pour s’adapter aux modifications des conditions de l’installation. Parmi les facteurs qui influencent la demande de chauffage et de refroidissement figurent les niveaux d’occupation des bâtiments et la chaleur du soleil ou ambiante. Les systèmes CVC correctement conçus et construits doivent être capables d’offrir la bonne puissance au bon moment et à l’endroit où elle est requise. Dans les systèmes déséquilibrés les écoulements seront soit déficitaires soit en excès. Ces conditions de défaillance peuvent entraîner un chauffage ou un refroidissement insuffisant ou excessif. Les vannes auto-équilibrantes garantissent que le système fournit le bon débit à tous les terminaux, compte tenu des conditions actualisées de l’installation.
Différentes technologies d’auto-équilibrage
Les vannes auto-équilibrantes se présentent sous différentes formes, il existe en effet de nombreuses façons de modifier activement le débit hydraulique. Elles se présentent sous la forme de vannes de régulation de débit auto-opérées, de vannes à débit constant, de vannes d’équilibrage automatiques, de vannes de contrôle différentiel, etc. La vanne auto-équilibrante réalise l’équilibre de pression soit en modifiant le coefficient de traînée du flux, soit en utilisant la pression différentielle pour modifier l’ouverture de la vanne. Elles mettent en œuvre des cartouches, des systèmes électriques et/ou des voies alternatives pour garantir que la pression reste constante.
Ces vannes sont souvent équipées d’indicateurs qui montrent la pression continue à travers la vanne, de sorte que toute fluctuation peut être compensée en modifiant le débit et/ou les paramètres de fonctionnement de la vanne. Elles disposent généralement d’une plage de travail de pressions et de débits et doivent être maintenues dans cette plage sous peine d’être endommagées et/ou de commettre des erreurs. La vanne auto-équilibrante fonctionne le mieux lorsqu’un système connaît de grandes différences de température/pression, ou si de nombreuses sources inégales doivent se regrouper en une source plus importante.
Quels sont les critères de sélection ?
Pour choisir la bonne vanne auto-équilibrante il faut identifier les contraintes de l’application au système CVC. Il s’agit d’évaluer les débits, les plages de pression, la nature du fluide, etc. Il faut ensuite déterminer la pression nominale et la plage de pression souhaitée. Ce sont la plage de pression dans votre système et les pressions qui sont mesurées par la vanne. Il faut également déterminer la différence de débit en amont de la vanne afin d’éviter tout problème lié au débit. Ces valeurs déterminent le type de vanne dont vous avez besoin. Il faut également savoir si la plage de pression sera large ou étroite. Cela peut déterminer si une vanne d’équilibrage statique ou auto-équilibrante est mieux adaptée à l’application.
L’utilisation des vannes auto-équilibrantes dépend de votre cas d’usage
Les vannes auto-équilibrantes sont utilisées pour maintenir des caractéristiques de fonctionnement stables dans un système hydraulique. Elles sont utilisées de préférence pour :
- Les applications HVAC
- Les échangeurs de chaleur
- Les systèmes de plomberie
- Les systèmes de production d’énergie
- Les applications de réfrigération
Si une résistance de base est nécessaire, envisagez une simple vanne d’équilibrage statique. En revanche, si un contrôle actif est souhaité, préférez des vannes auto-équilibrantes. Dans de nombreux cas, les deux types de vannes d’équilibrage sont utilisés en tandem pour assurer un débit stable dans un système. Il faut donc décomposer chaque partie du système et déterminer quel type d’équilibrage est nécessaire à chaque étape.