Pertes de bouclage

Dans un hôtel, la boucle de recirculation de l'eau chaude sanitaire (ECS) perd de la chaleur jour et nuit, que les chambres soient occupées ou non. Ces pertes de bouclage s'ajoutent au puisage dans l'énergie à produire, et leur part grandit à mesure que le puisage baisse.

Pourquoi une boucle

Sans boucle, l'eau refroidit dans les tuyaux entre deux puisages. Le client attend l'eau chaude et la laisse couler. La boucle fait circuler l'eau en continu pour qu'elle reste chaude jusqu'au pied de chaque chambre.

Elle sert aussi la maîtrise du risque légionelle : la réglementation impose une température minimale en tout point du réseau bouclé. Voir Maîtrise du risque légionelle.

Le prix de ce service est une déperdition permanente, à une température élevée.

Ce qui fait les pertes

La perte d'un tronçon de tuyau est le produit de trois termes :

où :

• $\Phi$ : pertes thermiques du tronçon, en W ;
• $L$ : longueur du tronçon, en m. Elle dépend du bâtiment : distance du local de production aux colonnes, hauteur des colonnes, longueur des couloirs ;
• $\psi$ : déperdition linéique du tuyau, c'est-à-dire la puissance perdue par mètre de tuyau et par degré d'écart avec l'ambiance, en W/(m·K). Elle dépend du diamètre du tuyau, de l'épaisseur et de l'état de son isolant ;
• $T_{eau}$ : température de l'eau dans le tronçon, en °C. Elle est imposée : l'eau doit rester chaude ;
• : température ambiante autour du tuyau, en °C ;

Une boucle a un aller et un retour. Les deux perdent de la chaleur. Dans un hôtel, les distributions horizontales d'étage sont souvent les plus longues : c'est sur elles que portent la plus grande part des pertes, et donc des gains.

Estimer les pertes

Par le calcul. On découpe le réseau en tronçons (départ du local, colonnes, distributions d'étage), on relève pour chacun la longueur, le diamètre et l'isolation, et on somme les pertes de chaque tronçon. Sans plan, on reconstitue des longueurs à partir du nombre d'étages, du nombre de chambres et de leur surface ; le résultat n'est alors qu'un ordre de grandeur.

Par la mesure. Les pertes de la boucle égalent la chaleur que l'eau perd entre l'aller et le retour :

où :

• $\Phi$ : pertes thermiques de la boucle, en W ;
• $q_{boucle}$ : débit d'eau qui circule dans la boucle, en L/h ;
• $1{,}163$ : chaleur massique de l'eau ramenée au litre, en Wh/(L·K) : il faut 1,163 Wh pour élever d'un degré un litre d'eau (4,186 kJ/(kg·K) divisé par 3 600 s/h, pour 1 L ≈ 1 kg) ;
• $T_{aller}$ : température de l'eau au départ de la boucle, en °C ;

Un débitmètre sur la boucle et deux sondes de température suffisent. La mesure se fait de préférence quand le puisage est faible, la nuit, et se répète pour lisser les variations.

Le débit de boucle

La même relation fixe le débit de boucle : pour des pertes données, un écart aller-retour plus faible demande un débit plus fort. L'écart retenu se choisit pour que le retour reste au-dessus de la température minimale imposée au réseau.

Leviers

• Isoler les tuyaux nus et réparer l'isolant abîmé.
• Raccourcir la boucle quand le bâtiment le permet.
• Ne pas surdimensionner les diamètres : un tuyau plus gros perd plus.
• Équilibrer la boucle pour que chaque branche reçoive le débit utile, sans plus.

Baisser la température de la boucle n'est pas un levier : elle est encadrée par la réglementation sanitaire.

Effet sur la production

Les pertes de bouclage sont présentes toute la journée. Elles entrent :

• dans la puissance minimale de la pompe à chaleur (PAC), qui doit les fournir pendant ses heures de marche ;
• dans la puissance nécessaire à l'heure la plus chargée ;
• dans le volume de stockage, qui doit les couvrir pendant les arrêts de la PAC.

Le retour de boucle réinjecte aussi dans le stockage de l'eau plus froide que le départ. Selon l'endroit où il est raccordé, il peut brasser le ballon et réduire le volume d'eau chaude utilisable.

Limites

• Une estimation sans plan ne décrit pas un bâtiment réel. Plusieurs colonnes, des ailes ou une production éloignée changent fortement les longueurs.
• La température ambiante autour des tuyaux varie selon les locaux et la saison.
• Une mesure sur site reste plus sûre que l'estimation. Voir Mesure de la consommation d'ECS.

Pour aller plus loin

Le guide du COSTIC pour l'ADEME, diffusé gratuitement par l'ADEME, traite en détail la conception des réseaux bouclés : réglementation, architecture, calcul des pertes des canalisations et des singularités, dimensionnement des débits, réchauffage de la boucle.

Dans SCOPE

SCOPE estime les pertes de bouclage à partir du bâtiment (surface, étages desservis) et de l'état des réseaux, saisis à l'étape « Installation actuelle ». Elles entrent dans le dimensionnement, dans la simulation du stockage et dans le bilan annuel. L'écran Conception les affiche dans la carte « Données clés ».

Le réseau type, ses valeurs par défaut et la méthode sont détaillés dans Saisie d'un hôtel et Conception – Stockage d'ECS préparée avec échangeur serpentin.