Les hydro-éjecteurs
Hydro-éjecteurs (corps en bronze ou en fonte
Le principe de fonctionnement de l'hydro-éjecteur |
Un hydro-éjecteur a la même fonction qu'une vannes 3voies mélangeuses traditionnelles : mélanger de l'eau de départ chaude avec de l'eau de retour froide pour obtenir la température d'eau voulue au niveau des circuits secondaires.
Comment cela fonctionne-t-il ?
L'eau chaude en provenance du circuit primaire est accélérée en passant dans un orifice calibré et réglable. Cette accélération provoque une dépression qui aspire une partie de l'eau froide de retour. Le débit moteur d'eau chaude transmet une partie de son énergie cinétique au débit aspiré et les deux débits atteignent, à la fin du diffuseur, la même vitesse, garantissant la circulation du mélange créé dans le circuit secondaire.
Ainsi, contrairement aux vannes mélangeuses, les hydro-éjecteurs ne nécessitent pas la présence d'un circulateur secondaire. La force motrice du mélange est fournie entièrement par la pompe primaire.
Le circuit hydraulique associé aux hydro-éjecteurs |
L'utilisation d'hydro-éjecteurs en lieu et place de vannes 3 voies mélangeuses traditionnelles implique une modification de la structure du circuit de distribution :
- Les circulateurs secondaires disparaissent.
- La présence d'un circulateur primaire est obligatoire pour induire une pression suffisante à l'entrée de chaque hydro-éjecteur. Ce circulateur devra par ailleurs avoir une hauteur manométrique plus importante que dans le cas des circuits primaires traditionnels, pour vaincre la résistance des hydro-éjecteurs.
- Le collecteur primaire devra être équipé d'une vanne de by-pass motorisée qui permettra dans certains cas de réguler la température de retour vers les chaudières et la pression dans le collecteur.
Circuit traditionnel, par exemple avec circuit en boucle ouverte et circulateur de by-pass pour garantir un débit minimal dans la chaudière.
Circuit avec hydro-éjecteurs.
La régulation associée aux hydro-éjecteurs |
Comme dans une installation traditionnelle, la température des circuits secondaires est régulée en fonction de la température extérieure, au moyen des hydro-éjecteurs qui adaptent leur ouverture et leur degré de mélange.
En fonction du degré d'ouverture des hydro-éjecteurs, la pression varie dans le collecteur primaire. Le circulateur du circuit primaire est de préférence à vitesse variable. Il adaptera alors sa vitesse en conséquence. Si le circulateur est à vitesse constante, la pression dans le collecteur sera régulée par la vanne de by-pass motorisée, ce qui est une solution moins intéressante du point de vue énergétique.
Exemple.  Les hydro-éjecteurs (on peut également visualiser le filtre en amont pour protéger l'hydro-éjecteur des boues). Durant la nuit, l'entièreté de l'installation est à l'arrêt (pompe primaire et chaudière à l'arrêt et hydro-éjecteurs fermés). A la relance matinale, la chaudière et la pompe s'enclenchent, les hydro-éjecteurs s'ouvrent en grand. Si la chaudière ne supporte pas une température de retour trop basse, la vanne de by-pass va s'ouvrir, permettant à une partie de l'eau chaude d'être renvoyée vers la chaudière. Cela aura pour autre conséquence de diminuer la différence de pression aux bornes des hydro-éjecteurs et par là, diminuer le débit puisé par les circuits secondaires. La quantité d'eau froide renvoyée par ceux-ci diminuera aussi. L'effet de l'ouverture du by-pass sur la température de retour est ainsi encore accentué.  Vanne de by-pass motorisée et capteur de pression différentielle en bout de collecteur. On peut aussi, en fonction du type de chaudière, prévoir de maintenir les hydro-éjecteurs fermés un certain temps à l'allumage de la chaudière : la pompe se mettant en marche, la pression augmente dans le collecteur, les capteurs de pressions commandent alors l'ouverture de la vanne de by-pass pour permettre à la chaudière de "tourner sur elle-même" et de se réchauffer rapidement, réduisant ainsi les risques de condensation. De plus, il est possible, comme pour les vannes 3 voies, de prévoir une ouverture par palliers des hydro-éjecteurs pour éviter qu'un trop grand débit d'eau froide ne "déboule" alors subitement vers la chaudière chaude. En régime, l'ouverture des hydro-éjecteurs s'adapte pour obtenir la température d'eau définie par les besoins.  Pompes avec variateur de vitesse séparé pour permettre une mesure de la consigne de pression en bout de collecteur et non aux bornes du circulateur. Le circulateur varie automatiquement sa vitesse pour maintenir une pression constante en bout de collecteur. La vanne de by-pass est en principe en permanence fermée, sauf si la chaudière exige un débit minimal. Dans ce cas, on applique une régulation en cascade sur base de la pression du collecteur : si la pression augmente (fermeture des hydro-éjecteurs), c'est d'abord le circulateur qui diminue sa vitesse jusqu'à un certain seuil minimal. Si la pression continue malgré tout d'augmenter, c'est alors la vanne de by-pass qui s'ouvre progressivement. Il est également possible de travailler avec un circulateur à vitesse constante. Dans ce cas, c'est la vanne de by-pass qui assure, à elle seule, la régulation de pression. Cette situation est moins performante car entraîne une consommation constante du circulateur. |
Avantages et inconvénients |
Les fabricants d'hydro-éjecteurs présentent leur technique comme énergétiquement très performante.
En quoi des économies d'énergie peuvent être ainsi réalisées ?
- La première économie provient d'un dimensionnement plus précis de la pompe primaire. En effet pour pouvoir fonctionner correctement, l'hydro-éjecteur doit être choisi en connaissant parfaitement les caractéristiques du réseau hydraulique sur lequel il s'installe. Il en résulte en final un calcul plus précis des pompes et un débit réel mieux adapté aux besoins.
Notons que cet avantage serait inexistant si, comme les règles de l'art le veulent, les installations avec vannes 3 voies faisaient l'objet d'une même attention dans le dimensionnement.
On peut donc dire qu'une installation avec hydro-éjecteurs consommera, en pratique, moins d'électricité, parce qu'elle demande une conception plus rigoureuse (ce qui pourrait être considéré comme une inconvénient par certains concepteurs, notamment en rénovation).
- On remplace plusieurs petits circulateurs par une grosse pompe ayant généralement un meilleur rendement. Cependant, la hauteur manométrique de cette pompe doit être importante pour vaincre la résistance hydraulique des hydro-éjecteurs. Le bilan global est donc difficile à établir.
- Si on choisit l'option du circulateur à vitesse variable, des économies apparaissent clairement puisque le débit et la puissance électrique globaux de l'installation sont adaptés aux besoins réels.
- La diminution du débit parallèle à la fermeture de l'hydro-éjecteur entraîne, pour une même température de départ du circuit secondaire, une diminution de la température de retour, ce qui est favorable aux performances des chaudières à condensation.
Outre les avantages énergétiques décrits ci-dessus, on peut citer les avantages économiques suivants :
- diminution des frais d'investissement (moins de pompes, moins de câblage, tableau électrique plus simple),
- robustesse du matériel issu de la technologie industrielle,
- suppression des traditionnelles soupapes différentielles utilisées en présence de vannes thermostatiques. En effet, la fermeture des vannes thermostatiques entraîne une augmentation des pertes de charge dans le circuit. Les caractéristiques hydrauliques des éjecteurs font alors que le débit de recyclage aspiré diminue. La température de l'eau de départ du circuit secondaire augmente alors au-delà de la consigne et l'hydro-éjecteur réagit en se refermant. Le débit total dans le circuit secondaire se réduit donc automatiquement réduisant du même coup le bruit dans l'installation.
La technique des hydro-éjecteurs ne semble guère présenter d'inconvénient.
La fermeture de l'hydro-éjecteur pour diminuer la température de départ d'un circuit secondaire entraîne en parallèle une diminution de débit (alors que pour une installation avec vannes 3 voies traditionnelles, le débit dans le circuit secondaire est constant quel que soit le degré de fermeture de la vanne mélangeuse).
En cas de réseau déséquilibré, des problèmes d'inconfort risquent d'apparaître dans les locaux défavorisés. Mais cela peut-il être considéré comme un inconvénient par rapport aux vannes 3 voies, si on considère que de toute façon, quelle que soit la technique utilisée, un réseau de distribution doit être équilibré.