Savez-vous ce que vos vannes de bridage
gaspillent sournoisement ?
Par Emmanuel Quilichini, ingénieur ENSAM et président de Sunny Shark.
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Faire circuler l’eau vers l’échangeur de chauffage d’un bassin grâce à une vanne de bridage sur le circuit de filtration a le mérite d’être simple et fiable mais cette simplicité se paye souvent cher en coûts d’exploitation.
En effet, bien qu’aucun fil électrique ne vienne les alimenter, elles consomment de l’énergie 24h/24, le plus souvent sans la moindre utilité.
Exemple de vanne de bridage destinée au chauffage de l’eau d’un bassin
Comment est chauffée l’eau d’une piscine publique ?
Pour des raisons pratiques, on ne chauffe pas l’intégralité du flux d’eau qui est filtré en permanence: les échangeurs de chaleur capables de laisser circuler un tel débit seraient inutilement encombrants et coûteux. Dans cette configuration, l’ensemble du flux d’eau serait contraint de traverser des sortes de chicanes pour assurer le chauffage, ce qui le freinerait fortement à cause de ce qu’on appelle les « pertes de charges ».
On prélève donc seulement une faible partie de ce flux après la sortie des filtres pour le chauffer, puis le réintégrer dans la canalisation avant le retour au bassin concerné.
Comment assure-t-on la circulation de l’eau dans un échangeur de chauffage ?
1. En l’absence de tout dispositif de circulation
L’eau ne circule que s’il existe une différence de pression suffisante entre l’amont et l’aval. En l’absence de dispositif destiné à forcer le passage de l’eau dans l’échangeur, il n’est pas significativement alimenté car l’eau « préfère » circuler dans la canalisation principale que d’emprunter des canalisations de plus petit diamètre qui freinent son passage : un chauffage efficace n’est pas possible.
Absence de dispositif permettant la circulation de l’eau
dans le circuit de chauffage
Circulation de l’eau dans l’échangeur grâce à une vanne de bridage
2. Par la mise en place d'une vanne de bridage du flux de filtration
La mise en place d’une vanne partiellement fermée sur la canalisation principale force une partie de l’eau à emprunter la tuyauterie menant à l’échangeur de chauffage, qui peut alors fonctionner correctement.
Avantages :
- La simplicité et la fiabilité puisque le risque de panne est faible et le besoin d’entretien quasi inexistant
Inconvénients :
- La perte de charge sur le circuit de filtration entraine une surconsommation d’énergie à cause de l’augmentation de la pression de l’eau en sortie des pompes, nécessaire pour assurer le débit souhaité malgré le bridage. Cette surconsommation peut être bien supérieure à la quantité d’énergie utile à la circulation de l’eau dans l’échangeur de chauffage
- Cette perte de charge est présente dès lors que la filtration fonctionne, même en l’absence de besoin de chauffage de l’eau
- Lorsque le groupe de pompage est sous-dimensionné, il est parfois difficile d’assurer à la fois un débit de filtration correct et un débit de chauffage suffisant car on sacrifie l’un au bénéfice de l’autre selon le réglage de la vanne
- Le débit d’eau dans le circuit de chauffage est lié au débit du circuit de filtration : à position de vanne fixe, toute réduction du débit de filtration entraine une baisse d’efficacité du chauffage
3. Par la mise en place d'une pompe de circulation dédiée au circuit de chauffage
La mise en place d’une pompe de circulation permet de réduire les pertes de charges sur le circuit principal de filtration mais implique de consommer de l’énergie pour alimenter cette pompe de circulation.
Avantages :
- Suppression des pertes de charge liées à la vanne de bridage et baisse consécutive de la consommation électrique des pompes de filtration. Si elle est bien dimensionnée, la consommation de cette pompe est bien moindre que la surconsommation qu’elle permet d’éviter
- Découplage des débits de filtration et de chauffage, permettant de les ajuster indépendamment et de conserver un chauffage efficace quel que soit le débit de filtration, y compris en cas de réduction en période d’inoccupation
- Possibilité de limiter le fonctionnement de cette pompe de circulation aux cas de besoin de chauffage pour limiter sa consommation électrique propre (avec néanmoins une remise en route régulière ou un débit continu réduit pour éviter l’apparition d’un bras mort dans la canalisation)
Inconvénients :
- Ajout d’une pompe supplémentaire et modification éventuelle du circuit existant (coût)
- Besoin d’entretien de cette nouvelle pompe et risque de panne éventuelle
- Consommation électrique de la pompe de circulation trop élevée si celle-ci est surdimensionnée et/ou mal pilotée
Circulation de l’eau dans l’échangeur grâce à une pompe de circulation
Pourquoi est-ce qu’une vanne de bridage peut consommer plus d’énergie qu’une pompe de circulation pour le chauffage ?
Principe de calcul de l’impact de la vanne de bridage
La conséquence directe de ces formules est que la puissance consommée par la vanne est bien supérieure à la puissance utile si le débit de chauffage est faible comparé au débit de filtration, ce qui vrai dans la majorité des cas.
Exemple chiffré simplifié
Exemple destiné uniquement à indiquer des ordres de grandeur (il faudrait tenir compte du rendement des pompes, de leur courbe de fonctionnement et d’autres paramètres annexes pour obtenir un résultat plus précis mais ce n’est pas l’objet ici) :
- Débit de filtration = 200 m3/h soit 0,0556 m3/s
- Débit de chauffage = 20 m3/h soit 0,0056 m3/s
- Débit traversant la vanne = 200 – 20 = 180 m3/h soit 0,05 m3/s
- Perte de charge nécessaire pour assurer le chauffage = 0,3 bar soit 30.000 Pa
Puissance mécanique consommée par la vanne = 0,05 x 30.000 = 1.500 W
Puissance mécanique utile au circuit de chauffage = 0,0056 x 30.000 = 167 W
On constate dans cet exemple que près de 90% de l’énergie « consommée » par la vanne n’est pas utile à l’objectif recherché, ce qui est particulièrement inefficace. Cette inefficacité est directement liée au fait que le débit de chauffage est faible par rapport au débit global de filtration.
Dans cet exemple, ce gaspillage est de 1.500 – 167 = 1.333 W, soit 1.333 W x 24 heures x 350 jours/an = 11,2 MWh par an pour le bassin concerné.
L’ordre de grandeur de l’économie potentielle correspondante est donc de :
11,2 MWh x 220€/MWh ≈ 2.500 €/an
Note : en pratique, de nombreux paramètres influent sur l’économie potentielle et il existe des cas où elle est moins significative, notamment lorsque le débit de filtration est plus faible, ou lorsque le circuit de chauffage est particulièrement court, que sa tuyauterie est de diamètre important et/ou que le débit de chauffage est important par rapport au débit global de filtration.
Existe-t-il un moyen simple de quantifier l’économie potentielle sur un circuit existant muni d’une telle vanne de bridage ?
Oui, si vos pompes sont équipées de variateurs de vitesse affichant la puissance consommée par les pompes concernées.
Il faut s’assurer de maintenir constant le débit de filtration pendant toute la durée du test et de ne pas modifier la position d’autres vannes que celle de bridage pendant la procédure suivante :
- Relever le débit de filtration initial, mesuré par le débitmètre du bassin concerné
- Relever la puissance consommée par chacune des pompes du groupe de pompage du bassin et en faire l’addition lorsque la vanne de bridage est dans sa position habituelle
- Noter la position habituelle de la vanne de bridage (marquage) puis la placer progressivement en position 100% ouverte
- Attendre la stabilisation du débit de filtration et vérifier que le débit est bien identique au débit initial
- Relever la puissance consommée par chacune des pompes du groupe de pompage du bassin et en faire l’addition lorsque la vanne de bridage est dans cette position 100% ouverte
- Replacer la vanne de bridage dans sa position initiale, qui a été notée en 3)
La différence entre la puissance calculée en 5) et celle en 2) donne l’impact de la vanne de bridage en terme de consommation électrique.
SI cette différence est faible (<500W par exemple), alors l’intérêt de remplacer la vanne concernée par une pompe de circulation est probablement limité.
Si cette différence est supérieure à 1.000 W, il est intéressant de creuser le sujet.
En l’absence de variateur, la position de la vanne peut vous donner un indice : si elle est presque fermée, ou à la limite de la cavitation (un fort bruit se fait entendre lorsque vous tentez de la fermer d’avantage), alors il est probable que son impact énergétique est important.
Conclusion
Les vannes de bridage destinées au chauffage peuvent se justifier pour les pataugeoires et autres bassins de petites dimensions aux débit de filtration modestes : l’économie attendue par leur suppression est habituellement faible et on peut légitimement mettre dans la balance le coût d’investissement, d’entretien et de renouvellement des pompes de circulation du chauffage à installer dans cette configuration.
A l’inverse, les grands bassins ludiques et les bassins sportifs munis de telles vannes de bridage gagneraient presque tous être équipés d’une pompe de circulation sur leur circuit de chauffage.
Cette modification prend tout son sens dans le cadre plus large de l’optimisation des consommations liées à l’hydraulique de la filtration : il est nécessaire de disposer de variateurs sur les pompes et d’utiliser les possibilités de réduction de débit en période d’inoccupation à chaque fois que c’est possible.
Une étude préalable est dans tous les cas utile pour en confirmer l’intérêt et pour dimensionner les pompes de circulation, le cas échéant.
Un pilotage adapté permet de tirer le meilleur parti de ces équipements et optimiser les économies énergétiques globales des piscines, filtration et chauffage compris : c’est justement ce que permet le Smart Pooling® de Sunny Shark.
