Todo sobre el balanceo hidráulico estático y automático

En un mismo circuito de calefacción, la presencia simultánea de locales demasiado calientes y locales poco calientes es sintomática del defecto de equilibrio tan extendido.
Independientemente de su verdadero origen, ajuste hidráulico incorrecto, errores de dimensionamiento, operación de aislamientos heterogéneos, etc., el problema puede corregirse ajustando válvulas de equilibrio, siempre que estén correctamente distribuidas y sean suficientemente accesibles.

Figura n°1: Te de regulación y grifo volumétrico IMI Hydronic

El ajuste a realizar consiste en limitar los grifos de las antenas favorecidas de tal manera que, al disminuir su caudal, aumente el de las antenas desfavorecidas.

El principio de ajuste es, por tanto, fácil de entender, pero su aplicación mucho más delicada. Este documento detalla en qué condiciones se llevará a cabo correctamente una operación de equilibrado hidráulico, especialmente en instalaciones existentes.

En términos generales, una distribución de agua de calefacción existente sólo puede ser fácilmente equilibrado si se han previsto grifos de equilibrado accesibles, fuera de los locales ocupados.
Si la instalación no es demasiado antigua, esto normalmente ha sido previsto por las oficinas de ingeniería durante el diseño de la instalación mediante la instalación de grifos llamados de 2^enésimo nivel de equilibrado, situados en los sótanos, los forjados sanitarios, o incluso los huecos de escalera y en cualquier caso en el exterior de los locales ocupados.

Figura 2: Grifos de 2^enésimo nivel de equilibrio

Los circuitos que solo tienen válvulas de equilibrado instaladas en los radiadores son difíciles de equilibrar, ya que el acceso simultáneo a todos los locales es muy difícil de organizar cuando están ocupados.

En esta situación, corresponde hacer estudiar la distribución por una oficina de estudios o un experto en equilibrado para determinar las posibilidades de instalación de grifos accesibles de 2^enésimo nivel.
Observemos que el equilibrio del circuito será tanto más eficaz cuanto mayor sea el número de emisores «controlados» por las válvulas de 2^enésimo El nivel será moderado con un número óptimo de 5 a 10 unidades.

En regla general, en las instalaciones existentes, el único ajuste del 2^enésimo El nivel de equilibrado (y de los niveles superiores) es suficiente para obtener un resultado correcto. Si, aun así, persistieran desórdenes en algunas antenas particulares, siempre será posible proceder localmente a su equilibrado complementario. Este podrá realizarse correctamente porque el grupo de emisores correspondiente habrá sido previamente alimentado normalmente con el ajuste correcto de su grifo de 2^enésimo nivel.

Si la instalación de válvulas de equilibrio de 2^enésimo el nivel no es factible, habrá que considerar un difícil plan de acceso a todas las instalaciones.
Ya que vamos a optar por esta solución costosa, podremos aprovechar para estudiar la instalación de la última generación de grifos termostáticos capaces de garantizar además un equilibrado «dinámico» cuyo interés estudiaremos posteriormente.

Figura 3: Válvulas termostáticas hidráulicamente dinámicas Danfoss

Finalmente, cabe señalar que el ajuste de estas válvulas requiere, como en todas las válvulas de equilibrado, un ajuste hidráulico inicial preciso.
Como veremos posteriormente, si el balance se realiza ajustando caudales, su determinación requerirá, en ausencia de referencias sobre instalaciones existentes, la intervención de una oficina de estudios.

 

Tres generaciones de grifos de equilibrado coexisten.

1^ère generación: Las válvulas o llaves de equilibrado estáticas y no volumétricas.
Estos grifos no permiten medir los caudales en circulación.

Figura 4: Válvulas de equilibrado no volumétricas

Dos métodos permiten ajustarlos:

• Simulación hidráulica de distribuciones
• Uniformización de las temperaturas de retorno de las antenas a equilibrar

La simulación hidráulica de las distribuciones supone el levantamiento detallado de la distribución (longitudes de tramos, diámetros, etc.), la determinación del comportamiento hidráulico de las válvulas instaladas y el cálculo de los caudales a ajustar en cada antena.
En las instalaciones existentes, el conjunto de estos datos es complejo de reunir y las incertidumbres generadas limitan las posibilidades de obtener fácilmente un buen resultado.

Cuando las instalaciones están equipadas con grifos de este tipo, la mejor solución consiste en proceder por unificación de las temperaturas de retorno de agua de las antenas a equilibrar.
Este método reciente se presentará más adelante.

2^enésimo generación: Las llaves o válvulas de equilibrado estáticas y volumétricas.
Estos grifos permiten la medición de caudales en circulación.

Figura n° 5: Válvulas de equilibrado volumétrico Oventrop y Compa

Tres métodos permiten resolverlos:

• Simulación hidráulica de distribuciones
• Reglaje y control de caudales mediante mediciones in situ
• Uniformización de las temperaturas de retorno del agua de las antenas a equilibrar

Si se descarta la primera solución dadas las dificultades que presenta en las instalaciones existentes, cabe señalar que trabajar mediante el ajuste de caudales también requiere la intervención de una oficina de estudios para determinar el caudal a ajustar en cada antena a equilibrar.
En las instalaciones existentes, la solución más sencilla sigue siendo proceder mediante la uniformización de las temperaturas de retorno de agua.

3^enésimo Generación: Las válvulas de equilibrado dinámicas
La última generación de grifos de equilibrado, están destinados a ser instalados en los circuitos de flujo variable como los que están equipados con válvulas termostáticas.

Hay que distinguir 2 tipos de grifos:

• Las válvulas de equilibrado « reguladores de presión diferencial »

Figura n°6 : Válvulas reguladoras de presión diferencial Honeywell y Danfoss

En una instalación equipada con válvulas termostáticas (Rth), cuando estas se «cierran», el diferencial de presión de alimentación (DP) de la red aumenta. Este aumento del DP se opone entonces al cierre de las Rth y conduce al aumento del caudal en los emisores cuyas válvulas termostáticas aún no se han cerrado.
En esta situación, la válvula reguladora de presión diferencial detecta el aumento de la DP y se «cierra» para restablecerla.

Ciertos modelos, como los de la foto de arriba, no son volumétricos y por lo tanto no permiten la medición de caudales regulados. Su ajuste o el control de su ajuste deberá realizarse mediante la medición de las temperaturas de retorno.

• 2^enésimo tipo de válvulas de equilibrado dinámicas: Las válvulas de equilibrado automáticas (también llamados autoequilibrados o independientes de la presión de alimentación, o reguladores de caudal)

Figura n.º 7: Válvulas de equilibrado llamadas «automáticas» IMI Hydronic

Estos grifos fueron diseñados para permitir el ajuste de una única unidad terminal como un intercambiador de calor para una CTA o un ventiloconvector.
Pueden ser motorizados y así permitir la regulación de la unidad en las mejores condiciones de funcionamiento hidráulico.

A veces se utilizan para equilibrar antenas que tienen varios emisores equipados con válvulas de control de 2 vías tales como radiadores equipados con válvulas termostáticas. Las válvulas de equilibrado automáticas sustituyen entonces a las válvulas reguladoras de presión diferencial previstas normalmente para este caso.

Esta situación no estaba prevista originalmente y no se menciona en las especificaciones técnicas de los fabricantes. De hecho, el funcionamiento de la válvula de equilibrado automático no es del todo óptimo en ese momento y, en esta situación, se asemeja al de una válvula de equilibrado estático.

Podremos estudiar este funcionamiento consultando el artículo: « Equilibrio automático, las condiciones del éxito »

Se notará en los comentarios al final de este artículo la opinión de 2 grandes fabricantes.
Así, IMI – Hydronic precisa:
« Sobre la instalación de válvulas automáticas (PIBCV, Regulador de caudal en este caso) en redes de caudal variable (viviendas equipadas con válvulas termostáticas, por ejemplo), nuestras posiciones de expertos o industriales especialistas en hidráulica nos imponen mantener un discurso técnicamente impecable. Aunque es innegable el desarrollo de la instalación de PIBCV a la entrada de las viviendas, éticamente no podemos fomentar esta práctica. »

Más pragmático sobre el mismo tema, Oventrop indica que si hay una concesión técnica en la hidráulica, el ajuste general obtenido con grifos automáticos es, de todos modos, mucho mejor que el obtenido con grifos estáticos y grifos reguladores de presión, ya que estos últimos, en la mayoría de los casos, están poco o nada ajustados.

Efectivamente, el ajuste de los grifos reguladores de presión diferencial a menudo deja que desear, especialmente en modelos que no son volumétricos. Si no se trabaja mediante mediciones de temperatura de retorno, su ajuste solo podrá realizarse sobre la base de un cálculo hipotético de pérdida de carga. Si se desea realizar el equilibrado mediante medición de caudal, es indispensable optar por modelos volumétricos, y varias marcas ofrecen grifos volumétricos adaptables.

Figura n°6 bis: Válvula volumétrica adaptada con una válvula reguladora de presión diferencial Oventrop

Notemos, pues, sobre todo en conclusión, que no hay que confundir « instalación de grifos » y « ajuste de grifos », y esto sea cual sea la generación de los modelos instalados.

Al igual que las generaciones anteriores, los grifos de equilibrado dinámico deben someterse a un ajuste inicial riguroso. Este ajuste se puede realizar mediante simulación y/o mediciones de caudal y/o medida de las temperaturas de retorno. El tema se desarrollará en el § siguiente.

En las instalaciones de calefacción colectiva existentes, tres metodologías de ajuste inicial de las válvulas de equilibrado se utilizan hoy en día.

• 1^ère método: Simulación del comportamiento hidráulico de las redes

En las instalaciones existentes, es teóricamente posible realizar las mediciones necesarias para estimar los caudales y las pérdidas de carga de los circuitos para deducir por cálculo el preajuste de las válvulas de equilibrado. Sin embargo, se trata de una difícil «búsqueda del tesoro», a menos que se disponga de planos de distribución rara vez disponibles.

Esta posibilidad particularmente desarrollada por Señor Pierre Fridmann necesita la posibilidad de poder verificar posteriormente el resultado de todos los preajustes realizados, ya sea mediante la medición de caudales o mediante la medición de las temperaturas de retorno de agua.

Este método se refiere más bien a instalaciones nuevas o recientes que aún no presentan incrustaciones imprevistas y sobre las cuales se dispone de todos los datos de cálculo necesarios.
En particular, puede utilizarse para determinar las diferencias de presión que deben ajustarse en las válvulas «reguladoras de presión diferencial» que tienen graduaciones de ajuste en unidades de presión.
El resultado de la simulación permite hacer un preajuste de las válvulas antes de que los caudales de agua o las temperaturas de retorno de agua efectivamente obtenidos se controlen y ajusten en obra.

• 2^enésimo método: Cálculo, ajuste y control de los flujos a transportar

La metodología consiste en calcular y ajustar los caudales a transportar. Requiere, por supuesto, la presencia de válvulas de control de flujo, también llamadas «volumétricas», estáticas o dinámicas, que permiten la medición de los caudales.
Por lo tanto, no es aplicable a grifos no volumétricos tales como los simples grifos de ajuste instalados en la salida de los radiadores, pero también en el pie de la columna y, sobre todo, en el retorno de los bucles de calefacción por suelo radiante.

Recordemos también que algunos grifos reguladores de presión diferencial no son volumétricos. Su ajuste o el control de su ajuste deberá efectuarse únicamente midiendo las temperaturas de retorno.

En las instalaciones existentes, para la determinación de los caudales a regular, una oficina de estudios deberá realizar las mediciones necesarias para la estimación de las pérdidas correspondientes a cada una de las antenas de calefacción a tratar.
Para ello, deberá calcular las pérdidas de los locales estándar y de los locales particulares (debajo de la terraza, contra el hastial, etc.). Luego, lo que a menudo es muy delicado, deberá asignarlas correctamente a cada una de las antenas a ajustar.

El ajuste de los caudales requiere el uso de una maleta de medición y, si los grifos no son dinámicos, la utilización de una metodología particular.
Se podrá adquirir uno de estos métodos en l'Eformation Xpair o sobre Simulador.

Figura n°9: Control de flujo Fuente Oventrop y maletín de medición IMI Hydronic

Si los grifos de ajuste son de tipo dinámico el ajuste de los caudales puede realizarse más fácilmente, sin necesidad de utilizar un método particular, excepto la verificación de que la llave más desfavorable dispone de una presión diferencial de alimentación suficiente.

Sobre ciertos grifos dinámicos graduados en caudal, el preajuste podrá realizarse sin medición, pero esto no eximirá de la medición final de los caudales obtenidos cuando todas las válvulas hayan sido preajustadas.
En los modelos que no están graduados en caudal, especialmente en las válvulas reguladoras de presión diferencial, el ajuste de los caudales no podrá realizarse sin su medición efectiva (si son, por otra parte, de tipo volumétrico).

Cuando todas las válvulas dinámicas se hayan regulado o preajustado, y si son de tipo volumétrico, un equilibrado serio finalizará con la medición de todos los caudales en circulación para asegurarse de que las interacciones hidráulicas entre las antenas se han tenido en cuenta.
Recordemos, de hecho, que basta con unas pocas antenas desfavorecidas para tener que sobrecalentar el resto de la distribución, y el comportamiento hidráulico de los circuitos, especialmente los existentes, a menudo reserva muchas sorpresas.

• 3^enésimo método: Medición y estandarización en temporada de calefacción de las temperaturas de retorno de agua

Esta solución más reciente, denominada «método EQUILOG», consiste, con la instalación de calefacción en funcionamiento y la temperatura de impulsión estabilizada, en medir las temperaturas de retorno de agua des antenas para equilibrarlas y uniformizarlas de tal manera que todas las antenas a ajustar estén «tan calientes» unas que otras.

Aparentemente «simplista», el procedimiento ha sido y sigue siendo objeto de críticas muy naturales por parte de sus competidores. Se podrá leer sobre ello «Equilibrado hidráulico: novedades para un método simple. Pero se puede constatar que en varios cientos de sitios, más de 80000 equivalentes viviendas han sido hasta la fecha tratados en buenas condiciones de rentabilidad.

Tras el equilibrio, las antenas presentarán temperaturas de retorno y diferencias de temperatura de ida/vuelta comparables. (*).

Figura n° 11: Uniformización(*) de las temperaturas de agua de un circuito de calefacción

(*) Cuando la distribución hidráulica lo permite, por supuesto, es posible ajustar temperaturas de agua diferenciadas en cada salida, para tener en cuenta operaciones locales de aislamiento.
Sin embargo, se observa que en los edificios que han sido objeto de renovaciones térmicas homogéneas (reemplazo de todas las carpinterías, aislamiento de todas las paredes verticales exteriores), el equilibrio inicial o posterior realizado por la uniformización de las temperaturas del agua es suficiente para obtener un buen resultado.
El ajuste de la potencia de calefacción se puede realizar a continuación mediante un simple ajuste de la temperatura del agua de salida de la sala de calderas (ajuste de la curva de calefacción).

El procedimiento aplicable a todo tipo de grifos, pudo ser optimizado gracias a los avances realizados en el campo de la termometría infrarroja y a las investigaciones efectuadas por el GMTI94 – GEFEn.
Podremos estudiar su principio sobre l'Eformation Xpair o sobre Simulador.

La principal ventaja de la metodología es poder prescindir de todos los cálculos de pérdidas o de mediciones de instalación en las redes con un tamaño normal. Por ello, es especialmente adecuada para circuitos existentes en los que los archivos rara vez están disponibles.

Implementado experimentalmente en los años 2000, este procedimiento ha sido patentado en Francia y recientemente en 15 países europeos.
El método «EQUILOG» es implementado en particular por « la sociedad MAPSEC »(*) para diversas empresas de operación e instalación (Dalkia, Cofely-Soccram, Idex, etc.).
MAPSEC 80 rue de Paris 93100 Montreuil Tel: 01 48 59 06 05 – www.mapsec.fr

Figura n°10: Control de temperatura de la fuente de agua Mapa

Notemos finalmente que en el artículo dedicado a las válvulas de equilibrado dinámicas evocado en el § anterior, el ingeniero representante de Oventrop indica en los comentarios al final del expediente.
«Para lo existente, el equilibrio mediante la uniformización de las temperaturas de retorno es también, en mi opinión, el mejor método, si la caída de temperatura retenida es la correcta.
A pesar de todo, este método consume mucho tiempo y es difícilmente aceptado por los instaladores de viviendas especialistas cuando debe realizarse manualmente.
Existen grifos que hacen esto automáticamente, pero el precio no es el mismo.»

Efectivamente, la ecualización mediante la uniformización de las temperaturas de retorno solía requerir largos tiempos de espera para la estabilización térmica, pero los últimos avances logrados permiten ahora liberarse de ello y la duración de las operaciones se ha vuelto muy competitiva.

Por otra parte, efectivamente se podría contemplar la realización y el mantenimiento a lo largo del tiempo de equilibrados mediante la uniformización de las temperaturas de retorno de forma automática. Pero, en el estado actual de la tecnología, esto requeriría la instalación y la alimentación eléctrica de válvulas de equilibrado automáticas motorizadas y conectadas a un autómata o a un sistema de gestión técnica centralizada de edificios (GTB).
Desde un punto de vista económico esto sigue siendo difícilmente imaginable por el momento, al menos en las instalaciones existentes.

Es fundamental distinguir claramente las actividades de desincrustación (cuando sea necesario) y las de instalación de válvulas de equilibrado, de las de su ajuste inicial propiamente dicho.

De hecho, independientemente del tipo de grifo, es tentador para una empresa de instalación o desincrustación incluir en su propuesta el puesto de puesta en marcha sin ser siempre capaz de definir todos sus parámetros.

Evidentemente se puede imaginar que una misma empresa pueda responder a un conjunto de operaciones de reequilibrio, pero entonces debe contar con equipos de saberes hacer muy diferentes, prácticos y teóricos.

En general, por lo tanto, será necesario ser extremadamente prudente en la elección de una empresa candidata a una acción de equilibrado. Se trata de una especialidad técnica difícil y los malos resultados son numerosos porque la verificación de la calidad del trabajo realizado es difícil de llevar a cabo.

Incluso si esto implicara un coste adicional, no dudaremos en separar las intervenciones de tal manera que las fases de estudio y/o desarrollo sean realizadas por especialistas en la materia.

Una buena forma de selección será pedir, durante la consulta, el tipo de método que se utilizará y asegurarse de que se especifiquen los datos que se devolverán después de la operación.
Cualquier duda o vacilación en las respuestas proporcionadas sobre uno u otro de estos 2 puntos será, sin duda, signo de una actuación mal dominada.

Si la empresa trabaja por medidor de flujo o por simulación hidráulica, se podrá solicitar que la propuesta incluya la entrega final:

• De la descalculación detallada de las pérdidas en correspondencia con cada grifo a tratar y que ha llevado al establecimiento de los caudales a liquidar. De este modo, se podrá garantizar que los caudales previstos no son el resultado de estimaciones burdas.
• De una rejilla certificada caudales medidos al final del ajuste de todos los grifos (y no se limitarse a la parrilla de caudales teóricamente previstos). Así se podrá asegurar que las interacciones hidráulicas entre las antenas a ajustar se han tenido en cuenta efectivamente y, si es útil, poder controlarlo.

Si la empresa trabaja por medida de las temperaturas de retorno, se podrá solicitar que la propuesta incluya:

• Algunas referencias correspondientes o, mejor aún, la comunicación de al menos un informe detallado de una operación realizada previamente. Esto permitirá asegurarse de la experiencia del candidato, ya que si bien el principio del método es antiguo, realmente solo se ha dominado en los últimos tiempos.
• La restitución de un gráfico certificado, completo y detallado temperaturas de retorno medidas, antes y después del balance, con la indicación de las temperaturas de salida estabilizadas para las cuales se realizaron estas mediciones. Esto permitirá asegurar la calidad del trabajo realizado.

No es fácil predecir el ahorro de energía que se puede esperar de una operación de equilibrado.
De hecho, si en la hipótesis de un equilibrio perfectamente realizado, se puede estimar a partir de una cartografía de las temperaturas ambientales iniciales, esta es en realidad muy difícil de interpretar.
En cualquier caso, si se opta por esta vía de estimación, hay que basarse en registros realizados en períodos muy fríos y en ausencia de cualquier aporte gratuito (insolación, aparatos eléctricos, etc.) y no en mediciones instantáneas.

Fig. 15: Ejemplo de registro de temperaturas ambientales perturbadas por las ganancias gratuitas

Pero aún más delicado es tener en cuenta la instalación de las válvulas de equilibrado que realmente se podrán regular. De hecho, en las instalaciones de calefacción existentes, el equilibrado generalmente solo se realiza en las válvulas accesibles de 2^enésimo nivel (ver 2^enésimo §). En consecuencia, la buena o mala implantación de este 2^enésimo el nivel es un parámetro esencial para la estimación del ahorro de energía esperado.

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.