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Apr 24, 2024

Examen des effets de l'inversion du flux dans les circulateurs

Des concepts de conception uniques nécessitent parfois que les composants fonctionnent dans des conditions non standard. Un exemple serait d'utiliser des vannes d'équilibrage pour réguler le débit à travers plusieurs rangées de capteurs solaires dans un

Des concepts de conception uniques nécessitent parfois que les composants fonctionnent dans des conditions non standard.

Un exemple serait d’utiliser des vannes d’équilibrage pour réguler le débit à travers plusieurs rangées de capteurs solaires dans un grand système solaire thermique à drainage. Dans un système solaire thermique plus typique fonctionnant avec de l'antigel, l'utilisation de vannes d'équilibrage serait courante. Mais dans un système à vidange, il n’y a pas d’antigel ; l'eau s'écoule du réseau de capteurs et de la tuyauterie extérieure chaque fois que le circulateur du collecteur s'éteint.

Si des vannes d'équilibrage sont installées dans cette partie du système, elles seront soumises à des milliers de cycles de gel/dégel au cours de la durée de vie du système. Toute eau résiduelle dans la vanne gèlera sûrement. Cela causerait-il des dommages à long terme à cette vanne ? Les concepteurs ont besoin de réponses à ces questions avant de spécifier des produits. Les fabricants peuvent ou non avoir ces réponses.

Il existe des concepts de conception hydronique dans lesquels le flux doit refluer à travers un circulateur qui ne fonctionne pas, peut-être des milliers de fois au cours de la durée de vie du système. Un exemple est l’inversion périodique du flux dans un circuit avec plusieurs charges secondaires connectées en série, comme le montre la figure 1.

Ce système s'appuie sur un type de raccord spécifique où les circuits secondaires, dont le circuit chaudière, se connectent à la boucle primaire. Un de ces raccords, le « Twin-Tee », est fabriqué par Taco Inc. La figure 2 montre un exemple de ce raccord.

Une autre possibilité serait de fabriquer un raccord en brasant une plaque déflectrice dans un raccord en croix, comme illustré sur la figure 3.

Le flux primaire peut entrer dans le parcours de ces raccords dans les deux sens. Cependant, le sens d’écoulement à travers le circuit secondaire ne changera pas. Le déflecteur interne empêche le mélange direct entre les côtés alimentation et retour du circuit secondaire. Les ports d'alimentation et de retour du circuit secondaire sont également situés au même endroit de pression le long du circuit primaire, ce qui offre une excellente séparation hydraulique.

Une inversion périodique du débit dans la boucle primaire permettrait, au fil du temps, de fournir la même température moyenne d'alimentation en eau à chaque circuit secondaire. Cela corrige l'inconvénient inhérent à la diminution de la température de l'eau d'alimentation dans les circuits où plusieurs charges sont connectées en série. Plus la chute de température de conception le long de la boucle primaire, avec tous les circuits en fonctionnement, est importante, plus l'avantage d'une inversion périodique du débit est grand.

La logique de fonctionnement du système illustré à la figure 1 est simple : un circulateur de boucle primaire fonctionne pendant une durée donnée ; il s'éteint alors et l'autre circulateur primaire fonctionne pendant le même temps écoulé. Un contrôleur de circulateur duplex pourrait être utilisé pour suivre les heures de fonctionnement de chaque circulateur de boucle primaire et les égaliser au fil du temps. Le flux de la boucle primaire passerait toujours en arrière par le circulateur éteint.

Une autre application où l'inversion du flux est utile est lorsqu'un échangeur de chaleur à serpentin dans un réservoir de stockage thermique est utilisé à la fois pour l'apport de chaleur et l'extraction de chaleur. Une inversion du débit serait nécessaire pour préserver la stratification de la température à l'intérieur du réservoir et maximiser la différence de température moyenne à laquelle fonctionne l'échangeur de chaleur. La figure 4 montre une configuration de tuyauterie possible.

L'ensemble de tuyauterie supérieur de la figure 4 montre la chaleur ajoutée au stockage thermique. Le circulateur de charge peut être allumé ou éteint. S'il est activé, il aspire l'eau chaude provenant de la source de chaleur au point A. Tout flux non aspiré vers la charge passe à travers le séparateur hydraulique et vers le bas à travers les échangeurs de chaleur à serpentins.

Les tés où le circuit de charge se connecte au système (par exemple, les points A et B de la figure 4) doivent être conservés aussi près que possible du séparateur hydraulique. Pour éviter tout mélange au sein du séparateur hydraulique, le débit de la source de chaleur doit toujours être égal ou supérieur au débit créé par le circulateur de charge.

L'ensemble de tuyauterie inférieur de la figure 4 montre la chaleur extraite du stockage thermique et envoyée à la charge. Le flux passe désormais du bas des serpentins vers le haut, optimisant ainsi le différentiel de température à travers les serpentins. Si la source de chaleur s’allume, le flux s’inverserait.