Sur un même circuit de chauffage, la présence simultanée de locaux trop chauds et de locaux peu chauffés est symptomatique du très répandu défaut d’équilibrage.
Quelle qu’en soit la véritable origine, mauvais réglage hydraulique, erreurs de dimensionnement, opération d’isolations hétérogènes, etc., le problème peut être corrigé par le réglage de robinets dits d’équilibrage, pour autant que ceux-ci soient correctement répartis et suffisamment accessibles.

Figure n°1 : Té de réglage et robinet volumétrique IMI Hydronic

Le réglage à effectuer consiste à brider les robinets des antennes favorisées de telle sorte que leur débit diminuant, celui des antennes défavorisées augmente.

Le principe de réglage est donc facile à comprendre, mais sa mise en œuvre beaucoup plus délicate. Le présent dossier développe dans quelles conditions une opération d’équilibrage hydraulique se déroulera correctement, particulièrement sur les installations existantes.

D’une façon générale, une distribution d’eau de chauffage existante ne peut être facilement équilibrée que s’il a été prévu des robinets d’équilibrage accessibles, en dehors des locaux occupés.
Si l’installation n’est pas trop ancienne, cela a normalement été prévu par les bureaux d’études lors de la conception de l’installation par l’installation de robinets dits de 2^ème niveau d’équilibrage, situés dans les sous-sols, les vides sanitaire, voire les cages d’escalier et en tout état de cause à l’extérieur des locaux occupés.

Figure 2 : Robinets de 2^ème niveau d’équilibrage

Les circuits qui ne disposent que de robinets d’équilibrage installés sur les radiateurs sont difficilement équilibrables, car l’accès concomitant à l’ensemble des locaux est très difficile à organiser s’ils sont occupés.

Dans cette situation, il y a lieu de faire étudier la distribution par un bureau d’étude ou un expert en équilibrage pour faire déterminer les possibilités d’installation de robinets accessibles de 2^ème niveau.
Notons que l’équilibrage du circuit sera alors d’autant plus efficace, que le nombre d’émetteurs « contrôlés » par les robinets de 2^ème niveau sera modéré avec un nombre optimal de 5 à 10 unités.

En règle générale sur les installations existantes, le seul réglage du 2^ème niveau d’équilibrage (et des niveaux supérieurs) suffit à l’obtention d’un résultat correct. S’il devait quand même subsister des désordres sur quelques antennes particulières, il sera toujours possible d’aller localement en effectuer l’équilibrage complémentaire. Celui-ci pourra correctement s’effectuer car le groupe d’émetteurs correspondant aura préalablement été normalement alimenté par le bon réglage de son robinet de 2^ème niveau.

Si l’installation de robinets d’équilibrage de 2^ème niveau n’est pas réalisable, il faudra bien envisager un difficile plan d’accès à tous les locaux.
Tant qu’à partir sur cette solution onéreuse, on pourra en profiter pour faire étudier l’installation de la dernière génération de robinets thermostatiques à même d’assurer par ailleurs un équilibrage « dynamique » dont nous étudierons ultérieurement l’intérêt.

Figure 3 : Robinets thermostatiques hydrauliquement dynamiques Danfoss

Notons enfin que le réglage de ces robinets nécessite, comme pour tous les robinets d’équilibrage, un réglage hydraulique initial précis.
Comme nous le verrons ultérieurement, si l’équilibrage s’effectue par le réglage de débits, leur détermination nécessitera, en l’absence d’archives sur les installations existantes, l’intervention d’un bureau d’étude.

Trois générations de robinets d’équilibrage coexistent.

1^ère génération : Les robinets ou vannes d’équilibrage statiques et non volumétriques.
Ces robinets ne permettent pas la mesure des débits en circulation.

Figure 4 : Robinets d’équilibrage non volumétriques

Deux méthodes permettent de les régler :

• Simulation hydraulique des distributions
• Uniformisation des températures de retour des antennes à équilibrer

La simulation hydraulique des distributions suppose le relevé détaillé de la distribution (longueurs des tronçons, diamètres, etc.), la détermination du comportement hydraulique des robinets installés et le calcul des débits à régler sur chaque antenne.
Sur les installations existantes, l’ensemble de ces données est complexe à réunir et les incertitudes engendrées limitent les chances d’aboutir facilement à un bon résultat.

Lorsque les installations sont équipées de robinets de ce type, la meilleure solution consiste à procéder par uniformisation des températures de retour d’eau des antennes à équilibrer.
Cette méthode récente sera présentée plus loin.

2^ème génération : Les robinets ou vannes d’équilibrage statiques et volumétriques.
Ces robinets permettent la mesure des débits en circulation.

Figure n°5 : Robinets d’équilibrage volumétriques Oventrop et Comap

Trois méthodes permettent de les régler :

• Simulation hydraulique des distributions
• Réglage et contrôle des débits par mesure sur site
• Uniformisation des températures de retour d’eau des antennes à équilibrer

Si l’on écarte la première solution compte tenu des difficultés qu’elle présente sur les installations existantes, on notera que travailler par le réglage des débits nécessite également l’intervention d’un bureau d’étude pour la détermination du débit à régler sur chaque antenne à équilibrer.
Sur les installations existantes, la solution la plus simple reste de procéder par uniformisation des températures de retour d’eau.

3^ème génération : Les robinets ou vannes d’équilibrage dynamiques
Dernière génération de robinets d’équilibrage, ils ont vocation à être installés sur les circuits à débit variable tels que ceux équipés de robinets thermostatiques.

Il faut distinguer 2 types de robinets:

• Les robinets ou vannes d’équilibrage « régulateurs de pression différentielle »

Figure n°6 : Robinets régulateurs de pression différentielle Honeywell et Danfoss

Sur une distribution équipée de robinets thermostatiques (Rth), lorsque ceux-ci se « ferment », l’écart de pression d’alimentation (DP) de l’antenne augmente. Cette augmentation de DP s’oppose alors à la fermeture des Rth et conduit à l’augmentation du débit dans les émetteurs dont les robinets thermostatiques ne se sont pas encore fermés.
Dans cette situation le robinet régulateur de pression différentielle constate l’augmentation du DP et se « ferme » pour le rétablir.

Certains modèles, tels que ceux en photo ci-dessus, ne sont pas volumétriques et ne permettent donc pas la mesure des débits régulés. Leur réglage ou le contrôle de leur réglage devra s’effectuer par mesure des températures de retour.

• 2^ème type de robinets d’équilibrage dynamiques : Les robinets d’équilibrage automatiques (dits aussi auto-équilibrants ou indépendants de la pression d’alimentation ou PIBCV ou Régulateur de débit)

Figure n°7 : Robinets d’équilibrage dits « automatiques » IMI Hydronic

Ces robinets ont été conçus pour permettre le réglage d’une unique unité terminale telle qu’une batterie de chauffe de CTA ou de ventilo-convecteur.
Ils peuvent être motorisés et alors permettre la régulation de l’unité dans les meilleures conditions de fonctionnement hydraulique.

Ils sont parfois utilisés pour assurer l’équilibrage d’antennes comportant plusieurs émetteurs équipés de vannes de régulation 2 voies tels que des radiateurs équipés de robinets thermostatiques. Les robinets d’équilibrage automatiques se substituent alors aux robinets régulateurs de pression différentielle normalement prévus pour ce cas de figure.

Cette situation n’était pas prévue à l’origine et n’est pas évoquée dans les spécifications techniques des constructeurs. En effet, le fonctionnement du robinet d’équilibrage automatique n’est pas alors tout à fait optimal et dans cette situation s’apparente à celui d’un robinet d’équilibrage statique.

On pourra étudier ce fonctionnement en consultant l’article : « Equilibrage automatique, les conditions du succès »

On notera dans les commentaires en fin de cet article le point de vue de 2 grands fabricants.
Ainsi, IMI – Hydronic précise :
« Sur l’installation de vannes automatiques (PIBCV, Régulateur de débit en l’occurrence) sur des réseaux à débit variable (logement équipé de robinets thermostatiques par exemple), nos positions d’experts ou d’industriels spécialistes de l’hydraulique nous imposent de tenir un discours techniquement irréprochable. Même si force est de constater le développement de la pose de PIBCV en entrée de logement, nous ne pouvons éthiquement pas encourager cette pratique. »

Plus pragmatique sur le même sujet, Oventrop indique que s’il y a une concession technique sur l’hydraulique, le réglage général obtenu avec des robinets automatiques est quand même bien meilleur que celui obtenu avec les robinets statiques et les robinets régulateurs de pression, car ceux-ci sont, le plus souvent, peu ou pas réglés.

Effectivement, le réglage des robinets régulateurs de pression différentielle laisse souvent à désirer notamment sur les modèles qui ne sont pas volumétrique. Si l’on ne travaille pas par mesures de température de retour, leur réglage ne pourra s’effectuer que sur la base d’un hypothétique calcul de perte de charge. Si l’on souhaite effectuer l’équilibrage par mesure de débit, il est indispensable d’opter pour des modèles volumétriques et plusieurs marques proposent des robinets volumétriques adaptables.

Figure n°6 bis : Robinet volumétrique adapté avec un robinet régulateur de pression différentielle Oventrop

Notons donc surtout en conclusion qu’il ne faut pas confondre « installation de robinets » et « réglage des robinets » et ceci quelle que soit la génération des modèles installés.

Comme pour les générations précédentes, les robinets d’équilibrage dynamiques doivent faire l’objet d’un réglage initial rigoureux. Ce réglage pourra s’effectuer par simulation et/ou mesures de débit et/ou mesure des températures de retour. Le sujet sera développé dans le § suivant.

Sur les installations de chauffage collectif existantes, trois méthodologies de réglage initial des robinets d’équilibrage sont aujourd’hui utilisées.

• 1^ère méthode : Simulation du comportement hydraulique des réseaux

Sur les installations existantes, il est théoriquement possible d’effectuer les relevés nécessaires à l’estimation des débits et des pertes de charges des circuits pour en déduire par calcul le préréglage des robinets d’équilibrage. Il s’agit cependant d’un difficile « jeu de piste », sauf à exploiter des plans de distribution rarement disponibles.

Cette possibilité particulièrement développée par Monsieur Pierre Fridmann nécessite la possibilité de pouvoir ensuite vérifier le résultat de tous les préréglages effectués, soit par mesure des débits, soit par mesure des températures de retour d’eau.

Cette méthode concerne plutôt les installations neuves ou récentes qui ne présentent pas encore d’imprévisibles encrassements et sur lesquelles toutes les données de calcul nécessaires sont disponibles.
Elle peut notamment être utilisée pour déterminer les écarts de pression à régler sur les robinets « régulateurs de pression différentielle » disposant de graduations de réglage en unités de pression.
Le résultat de la simulation permet d’effectuer le préréglage des robinetteries avant qu’il soit ensuite contrôlé et ajusté sur site les débits d’eau ou les températures de retour d’eau effectivement obtenus.

• 2^ème méthode : Calcul, réglage et contrôle des débits à véhiculer

La méthodologie consiste à calculer et régler les débits à véhiculer. Elle nécessite bien sûr la présence de robinetteries dites « volumétriques », statiques ou dynamiques, permettant la mesure des débits.
Elle n’est donc pas applicable aux robinets non-volumétriques tels que les simples té de réglage installés en sortie de radiateurs, mais aussi en pied de colonne et surtout en retour des boucles de plancher chauffant.

Rappelons également que certains robinets régulateurs de pression différentielle ne sont pas volumétriques. Leur réglage ou le contrôle de leur réglage devra s’effectuer que par mesure des températures de retour.

Sur les installations existantes, pour la détermination des débits à régler, un bureau d’étude devra effectuer les relevés nécessaires à l’estimation des déperditions correspondant à chacune des antennes de chauffage à traiter.
Il devra pour cela calculer les déperditions des locaux standards et des locaux particuliers (sous terrasse, contre pignon, etc.). Puis, ce qui est souvent très délicat, il devra correctement les affecter à chacune des antennes à régler.

Le réglage des débits nécessite l’utilisation d’une mallette de mesure et, si les robinets ne sont pas dynamiques, l’utilisation d’une méthodologie particulière.
On pourra acquérir une de ces méthodes sur l’Eformation Xpair ou sur Simulateur.

Figure n°9 : Contrôle de débit Source Oventrop et mallette de mesure IMI Hydronic

Si les robinets à régler sont de type dynamique le réglage des débits peut s’effectuer plus facilement, sans utilisation de méthode particulière, sinon la vérification que le robinet le plus défavorisé dispose d’une pression différentielle d’alimentation suffisante.

Sur certains robinets dynamiques gradués en débit, le préréglage pourra s’effectuer sans mesure, mais cela ne devra pas affranchir de la mesure finale des débits obtenus lorsque tous les robinets auront été préréglés.
Sur les modèles qui ne sont pas gradués en débit, notamment les robinets régulateurs de pression différentielle, le réglage des débits ne pourra être effectué sans leur mesure effective (s’ils sont par ailleurs de type volumétriques).

Lorsque tous les robinets dynamiques auront été réglés ou préréglés, s’ils sont de types volumétriques, un équilibrage sérieux se conclura par la mesure de tous les débits en circulation afin de s’assurer que les interactions hydrauliques entre les antennes ont bien été traitées.
Rappelons en effet qu’il suffit de quelques antennes défavorisées pour devoir surchauffer tout le reste de la distribution, et le comportement hydraulique des circuits, notamment existants, réserve souvent bien des surprises.

• 3^ème méthode : Mesure et uniformisation en saison de chauffe des températures de retour d’eau

Cette solution plus récente dite « méthode EQUILOG » consiste, installation de chauffage en fonctionnement et température de départ stabilisée, à mesurer les températures de retour d’eau des antennes à équilibrer et à les uniformiser de telle sorte que toutes les antennes à régler soient « aussi chaudes » les unes que les autres.

D’apparence « simpliste », le procédé a fait, et fait encore, l’objet de critiques bien naturelles de ses concurrents. On pourra lire à ce sujet « Equilibrage hydraulique : du nouveau pour une méthode simple ». Mais on peut constater que sur plusieurs centaines de sites, plus de 80000 équivalents logements ont été à ce jour ainsi traités dans de bonnes conditions de rentabilité.

Après équilibrage, les antennes présenteront des températures de retour et des écarts de température aller/retour comparables (*).

Figure n°11 : Uniformisation(*) des températures d’eau d’un circuit de chauffage

(*) Lorsque la distribution hydraulique s‘y prête, il est bien sûr possible de régler des températures d’eau différenciées sur chaque antenne, pour tenir compte d’opérations locales d’isolation.
Cependant, on constate que sur les bâtiments ayant fait l’objet de rénovations thermiques homogènes (remplacement de l’ensemble des ouvrants, isolation de toutes les parois verticales extérieures), l’équilibrage initial ou postérieur réalisé par uniformisation des températures d’eau suffit à l’obtention d’un bon résultat.
L’ajustement de la puissance de chauffage peut ensuite s’effectuer par simple réglage de la température de l’eau en départ de chaufferie (réglage de la loi de chauffe).

Le procédé applicable à tous les types de robinets, a pu être optimisé grâce aux progrès réalisés dans le domaine de la thermométrie infrarouge et aux recherches effectuées par le GMTI94 – GEFEn.
On pourra étudier son principe sur l’Eformation Xpair ou sur Simulateur.

Le principal avantage de la méthodologie est de pouvoir s’affranchir de tous les calculs de déperditions ou de relevés d’installation sur les réseaux normalement dimensionnés. Elle est de ce fait particulièrement adaptée aux circuits existants sur lesquels les archives sont rarement disponibles.

Mise en œuvre expérimentalement dans les années 2000, cette procédure a été brevetée en France et récemment dans 15 pays européens.
La méthode « EQUILOG » est notamment mise en œuvre par « la société MAPSEC »(*) pour le compte de diverses sociétés d’exploitation et d’installation (Dalkia, Cofely-Soccram, Idex, etc.).
(*) MAPSEC 80 rue de Paris 93100 Montreuil Tél : 01 48 59 06 05 – www.mapsec.fr

Figure n°10 : Contrôle de température d’eau Source Mapsec

Notons enfin que dans l’article consacré aux robinets d’équilibrage dynamiques évoqué dans le § précédent, l’ingénieur représentant Oventrop indique dans les commentaires en fin de dossier.
« Pour l’existant l’équilibrage par uniformisation des températures de retour est également à mon sens la meilleure méthode, si la chute de température retenue est la bonne.
Malgré tout, cette méthode est chronophage et difficilement acceptée par les installateurs spécialistes du logement quand elle doit être effectuée manuellement.
Il existe des robinets qui font cela de façon automatique, mais le prix n’est pas le même »

Effectivement l’équilibrage par uniformisation des températures de retour nécessitait autrefois de longs temps d’attente de stabilisation thermique, mais les derniers progrès réalisés permettent aujourd’hui de s’en affranchir et la durée des opérations est devenue très compétitive.

On pourrait par ailleurs effectivement envisager de façon automatique la réalisation et le maintien dans la durée d’équilibrages par uniformisation des températures de retour. Mais, en l’état de la technologie cela nécessiterait l’installation et l’alimentation électrique de robinets d’équilibrage automatiques motorisés et raccordés à un automate ou à une GTB.
D’un point de vue économique cela reste pour le moment difficilement envisageable, du moins sur les installations existantes.

Il faut surtout bien distinguer les activités de désembouage (lorsque nécessaire) et celles d’installation de robinets d’équilibrage, de celle de leur réglage initial proprement dit.

En effet, quel que soit le type de robinet, il est tentant pour une entreprise d’installation ou de désembouage d’intégrer à sa proposition le poste de mise en service sans toujours être à même de pouvoir en définir tous les paramètres.

Evidemment on peut imaginer qu’une même société puisse répondre à l’ensemble d’une opération de rééquilibrage, mais il faut alors qu’elle dispose d’équipes aux savoirs-faire très différents, pratiques et théoriques.

D’une façon générale il faudra donc être extrêmement prudent dans le choix d’une entreprise candidate à une action d’équilibrage. Il s’agit d’une spécialité technique difficile et les contre-performances sont nombreuses car la vérification de la qualité du travail réalisé est difficile à effectuer.

Même si cela devait induire un surcout, on n’hésitera donc pas à dissocier les interventions de telle sorte que les phases d’étude et/ou de mise au point soient assurées par des spécialistes du sujet.

Un bon moyen de sélection sera de demander, lors de la consultation, le type de méthode qui sera utilisé, et de bien faire préciser les données qui seront restituées après l’opération.
Un quelconque flou ou une hésitation sur les réponses apportées sur l’un ou l’autre de ces 2 points sera sans doute le signe d’une prestation mal maitrisée.

Si l’entreprise travaille par mesure de débit ou par simulation hydraulique, on pourra ainsi demander que la proposition inclue la remise finale:

• Du calcul détaillé des déperditions en correspondance avec chaque robinet à traiter et ayant conduit à l’établissement des débits à régler. On pourra ainsi s’assurer que les débits visés ne sont pas le résultat de grossières estimations.
• D’une grille certifiée des débits mesurés à l’issue du réglage de tous les robinets (et ne pas se contenter de la grille des débits théoriquement prévus). On pourra ainsi s’assurer que les interactions hydrauliques entre les antennes à régler ont été effectivement prises en compte et si utile pouvoir le contrôler.

Si l’entreprise travaille par mesure des températures de retour, on pourra demander que la proposition inclue:

• Quelques références correspondantes ou mieux, la communication d’au moins un rapport détaillé d’une opération précédemment effectuée. On pourra ainsi s’assurer de l’expérience du candidat car si le principe de la méthode est ancien, il n’est vraiment maitrisé que depuis peu.
• La restitution d’un graphique certifié, complet et détaillé des températures de retour mesurées, avant et après équilibrage, avec indication des températures de départ stabilisées pour lesquelles ces relevés ont été effectués. On pourra ainsi s’assurer de la qualité du travail réalisé.

Il n’est pas facile de prévoir l’économie d’énergie à attendre d’une opération d’équilibrage.
En effet, si dans l’hypothèse d’un équilibrage parfaitement réalisé, on peut l’estimer à partir d’une cartographie des températures ambiantes initiales, celle-ci est en réalité très difficile à interpréter.
En tout état de cause, si l’on choisit cette voie d’estimation, il faut s’appuyer sur des enregistrements réalisés en période très froide et en l’absence de tout apport gratuit (ensoleillement, appareillage électrique, etc.) et non sur des mesures instantanées.

Fig 15 : Exemple d’enregistrement de températures ambiantes perturbées par les apports gratuits

Mais encore plus délicat est la prise en compte de l’implantation des robinetteries d’équilibrage qui pourront réellement être réglées. En effet, sur les installations de chauffage existantes, l’équilibrage ne s’effectue généralement que sur les robinets accessibles de 2^ème niveau (voir 2^ème §). En conséquence, la plus ou moins bonne implantation de ce 2^ème niveau est un paramètre essentiel pour l’estimation de l’économie d’énergie à attendre.

Sur ce point la société MAPSEC utilise une méthodologie dite REQUILOG qui lui permet à partir d’une cartographie des températures de retour d’eau mesurées à hauteur des robinets à régler, d’évaluer l’ampleur du déséquilibre qui pourra effectivement être traité.
Aussi, lorsque cela est possible, les opérations d’équilibrage qui lui sont confiées sont précédées d’une opération de diagnostic incluant cette évaluation, ce qui permet au décideur de mieux juger de l’intérêt de procéder ou non à l’opération.

Enfin notons que l’économie d’énergie découlant d’une opération d’équilibrage nécessitera l’implication ultérieure du technicien en charge du réglage de sa régulation.
En effet si l’équilibrage devait consister au final à ramener les locaux initialement les moins bien chauffés dans la situation des mieux chauffés, ce n’est pas une économie d’énergie que l’on obtiendrait…

Globalement, il semble que le % moyen des économies d’énergie après rééquilibrage des distributions de chauffage soit de l’ordre de 7% pour des amortissements de l’ordre de 2 à 3 années si le circuit ne nécessite pas ou peu de remplacements de robinets.

Jusqu’en décembre 2014, ces opérations pouvaient être intégrées au dispositif des Certificat d’Economie d’Energie pour un pourcentage forfaitaire d’économie d’énergie de 10%.
Les fiches BAR et BAT SE 04 correspondantes sont actuellement en cours de modification. Elles devraient reparaitre sous d’autres appellations dans le prochain arrêté ministériel consacré aux CEE.

Enfin pour conclure, une certitude, les opérations d’équilibrage sont globalement parfaitement rentables si elles s’effectuent avec rigueur.

La meilleure preuve en est le travail accompli par le service d’équilibrage de la société Dalkia en IdF(*) créé il y a une dizaine d’année pour exploiter la méthode EQUILOG et actuellement géré par Monsieur Christophe Tillay.
On pourra lire sur Xpair le compte rendu d’une de ses réalisations dans l’article « Opération d’équilibrage par uniformisation des températures de retour ».

(*) Dalkia Ile-de-France, Service Equilibrage, 28 Boulevard de Pesaro, 92 751 NANTERRE CEDEX Tel: 01 55 67 68 97

Les centaines d’opérations d’équilibrage réalisées par ce service l’ont été exclusivement sur des ensembles immobiliers gérés par la société dans le cadre de contrats MF (marché forfaitaire) ou MT (marché température). Sur ce type de contrats insuffisamment répandus, le client verse annuellement à l’exploitant une somme forfaitaire (ou corrigée des DJU) contre l’assurance d’un chauffage optimal.

L’approvisionnement en combustible est alors entièrement à la charge de la société d’exploitation. Son premier intérêt est donc de le réduire dans la limite d’un chauffage correct pour le client, puisque l’intégralité des économies d’énergie réalisées lui reviendra.

Ce type d’affaire encourage bien évidemment le prestataire à la meilleure gestion possible de l’installation et à lui affecter ses meilleures équipes. D’un point de vue écologique la situation est ainsi optimale.
Pour sa part, sans surcout particulier, le client a la garantie d’un chauffage pérenne et bien réglé et celle de récupérer, à l’issue de contrats généralement de 8 années, une installation aussi bien entretenue que possible.

Les équilibrages réalisés par le service Equilibrage de Dalkia IdF ont donc été financés sur fonds propres et amortis en quelques années par les économies d’énergies engendrées.
Le maintien et le développement sur 10 ans de ce service est une preuve indéniable de la bonne rentabilité de ce type d’opérations.

L’abaissement de la consommation énergétique de notre parc de chauffages collectifs existants repose sur l’isolation, le bon réglage des combustions, de la régulation et de l’équilibrage.

Malgré son influence majeure sur le réglage de la régulation et le rendement des chaudières à condensation (et des cogénérations), le dernier poste était jusqu’à présent le maillon faible.

Après une très longue pause, jamais le problème n’a autant été d’actualité.

Les progrès récents dans le domaine des robinetteries et de la mise au point devraient permettre de mieux exploiter un des plus importants gisements d’économie d’énergie restant disponible.