PCC - Hydronique Moderne - Hiver 2021

HYDRONIQUE MODERNE HIVER

2021

GAGNANT DU CONCOURS

HYDRO-NICKEL

COMMENT DIMENSIONNER

LES PANNEAUX-RADIATEURS

Gagnant du concours Hydro-Nickel 2021

PAR LUC BOILY

FÉLICITATIONS AU LAURÉAT ET MERCI À TOUS LES PARTICIPANTS

Pour ceux et celles qui n’ont pas entendu parler d’Hydro-Nickel, conception hydronique impeccable, il s’agit d’un concours organisé conjointement par le magazine PCC et le distributeur Deschênes & Fils, où les professionnels en hydronique sont invités à présenter leur plus beau projet livré dans la dernière année (installation neuve ou de remplacement) en précisant les défis qui ont dû être relevés et les particularités de la solution proposée –en matière d’innovation, de rentabilité, de simplicité de conception, etc.

C’est donc avec grand plaisir que je vous présente aujourd’hui le lauréat Hydro-Nickel 2021 : le Groupe Jenaco de Saint-Hubert avec son projet d’installation d’un système de production et gestion d’eau chaude à La tour des Canadiens 3 de Montréal.

Rappelons que le gagnant remporte un crédit de 3000 $ en produits hydroniques à la succursale Deschênes & Fils de sa région. Dans notre prochain

numéro, nous publierons une capsule dans Les nouvelles de l’industrie lors de la visite d’un représentant de Deschênes aux installations de Jenaco pour féliciter le vainqueur.

PROJET LAURÉAT

La Tour des Canadiens 3 (TDC3) du quartier Quad Windsor se situe à l’épicentre culturel de Montréal. Directement liée à la ville souterraine et offrant des espaces communs haut de gamme, elle vibre de l'énergie des Canadiens de Montréal, dont le domicile se trouve au Centre Bell en face. Avec ses 55 étages et ses 565 condos, il s’agit de la tour d’habitation la plus haute du Québec.

Dans le cadre de ce projet, le Groupe Jenaco a obtenu le mandat de mécanique en bâtiment –plomberie, gaz et eau refroidie – incluant l’installation du système d’approvisionnement en eau chaude. Ce projet succède au projet TDC2 réalisé avec succès.

Jean-Sébastien Landry, ing., associé et directeur de projets chez Jenaco – qui a inscrit ce projet à notre concours –indique qu’une vingtaine d’employés du Groupe ont travaillé sur ce projet pendant trois ans. Sa livraison l’an dernier a rempli de fierté les membres de l’équipe. « Tous les projets nous tiennent à cœur, mais celui-ci – qui comportait son lot de défis – témoigne de l’expertise de notre entreprise. Par exemple, la grande hauteur de ce bâtiment – le plus haut réalisé à ce jour par notre société – a demandé une gestion rigoureuse de la pression d’eau (surpression, dilatation thermique, régulation du débit, etc.). »

Comme autre défi, M. Landry mentionne que le projet demandait à être livré en trois phases (par groupe d’étages), afin que le réseau d’eau soit opérationnel pour permettre l’occupation des espaces habitables complétés. Il a donc fallu composer avec cet aspect. « Somme toute, tout s’est bien passé et dans les temps, malgré des échéanciers serrés qui ont obligé nos gens à redoubler d’ingéniosité et

d’efficacité. »

Le système comporte quatre appareils Armor de 1500 MBH du fabricant Lochinvar, lesquels ont été jumelés à des réservoirs d’entreposage Lock-Temp afin d’optimiser le rendement et la durée de vie du système. Installés au 55 e étage, ces chauffeeau à condensation au gaz offrent

EXEMPLES D’AUTRES PROJETS SOUMIS

Produit : Système de fonte de la neige

Client : Ferrari Québec, Montréal

Entrepreneur : Dominic Montpellier

Compagnie : Plomberie Jean Montpellier et Fils (en collaboration avec Calefactio)

Produit : Système hydronique pour le premier CLSC à Aupaluk

Client : Régie régionale de la santé et des services sociaux du Nunavik

Entrepreneur : Patrick Gaudreault

Compagnie : Plomberie R. Morris

Produit : Système hydronique pour une usine de fabrication

Client : Structure Alternative, l'AngeGardien

Entrepreneur : Marco Toulouse

Compagnie : BT Énergie

Produit : Système hydronique pour remplacer un système au mazout

Client : Client résidentiel –remplacement en urgence

Entrepreneur : William Lainesse Compagnie : Plomberie Ste-Croix

une grande modulation. « Le système permet d’accommoder efficacement les grandes demandes d’eau comme les petites », précise M. Landry.

« Les unités comportent un module de commande Smart Touch MC avec écran tactile, une interface du système d’automatisation du bâtiment, un système de communication Modbus ou BACnet et la plateforme mobile de communication CON·X·US® (une exclusivité de Lochinvar) », ajoute Samuel Vendetti, ing. et coordonnateur de projets, innovation et R et D chez Jenaco. « Ces éléments ont permis de raccorder les chauffe-eau au système intégré du bâtiment, et ont grandement facilité le transfert de connaissance au client. »

M. Landry souligne une particularité de conception du système qui a fait une différence sur la rapidité et la qualité du montage sur le chantier : plusieurs composants de la salle mécanique ont été préfabriqués en usine, là où les conditions sont bien contrôlées et où des tests peuvent être effectués avant de quitter les installations. « Jusqu’à présent, le client est très satisfait du système, et le programme d’entretien a été mis en branle par nos techniciens », de conclure M. Landry.

VERS HYDRO-NICKEL 2022

Outre le Groupe Jenaco que nous félicitons d’avoir complété la course en « pole position », nous tenons à remercier tous les participants à la première édition du concours Hydro-Nickel, et nous invitons avec enthousiasme les professionnels en hydronique à soumettre un projet l’an prochain (une inscription par entrepreneur). Histoire de vous mettre en appétit et vous donner des exemples de conception, nous complétons cet article en vous présentant quatre autres projets reçus cette année.

Finalement, nous ne pourrions conclure cet article sans remercier chaleureusement le comité interne de Deschênes & Fils – composé de membres des succursales de Montréal et Québec – pour leur évaluation des projets, principalement sur la base de leur complexité et de leur souci de réalisations.

Merci à tous et à l’an prochain !

PAR JOHN SIEGENTHALER

COMMENT DIMENSIONNER LES PANNEAUX-RADIATEURS POUR LES BASSES TEMPÉRATURES D’EAU

Les panneaux-radiateurs modernes sont l’un de mes émetteurs de chaleur préférés. Ils sont faciles à installer, émettent de la chaleur par rayonnement et convection, et offrent des finis par pulvérisation de haute qualité. Ils sont élégants dans les constructions neuves et s’avèrent très bien adaptés aux projets de rénovation. Le panneau illustré à la Figure 1 mesure environ 2 pi de haut sur 4 pi de large. On peut y voir les deux tuyaux en PEX-AL-PEX de 1/2 po qui l’alimentent (raccordés au milieu de la base du radiateur). On peut également apercevoir le détendeur thermostatique non électrique qui régule le débit – et donc la puissance calorifique du panneau – ce qui en fait une zone indépendante. Un robinet à bille double à la base du radiateur permet également d’isoler le panneau du réseau si nécessaire.

QUELS SONT LES CHIFFRES ?

Comme c’est le cas pour de nombreux émetteurs de chaleur en Amérique du Nord, les données publiées relativement à la production de chaleur des panneaux-radiateurs sont basées sur des températures d’eau moyennes relativement élevées : généralement autour de 180 °F dans le panneau (et de 68 °F de l’air ambiant). La différence entre

la température moyenne de l’eau dans le radiateur et la température de l’air ambiant s’élève donc à 112 °F (180 – 68). Cette différence de température – ou delta T ( ∆ T) – est une condition de référence qui sera éventuellement utilisée dans le cadre de la procédure de changement de puissance pour un fonctionnement à des températures d’eau plus basses.

En Amérique du Nord, il est courant de trouver des tableaux de puissance calorifique basés sur cette différence de température de 112 °F. La Figure 2 illustre un tel tableau.

Les chiffres en noir s’avèrent les puissances calorifiques (en Btu/h) basées sur les dimensions (hauteur, largeur et épaisseur) du radiateur. La dimension « d’épaisseur » typique est basée sur le nombre de plaques de circulation d’eau (1, 2 ou 3) à l’intérieur du panneau. Notez les

conditions de référence en haut à droite du tableau.

RÉGLAGE À LA BAISSE

Les tableaux de puissance calorifique sont parfaits pour une installation où la source de chaleur est une chaudière conventionnelle fonctionnant à des températures d’eau relativement élevées. Par contre, que se passe-t-il lorsque des panneaux-radiateurs sont installés dans des systèmes à basse température d’eau alimentés par des thermopompes ou d’autres sources de chaleur à basse température? La réponse courte est que leur production de chaleur diminue. Mais de combien ? À ce jour, il n’existe pas de norme nord-américaine spécifique aux panneaux-radiateurs. Nous nous tournons donc vers une norme européenne appelée EN442. Cette

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HYDRONIQUE suite de la page 4

norme s’avère largement acceptée dans toute l’Europe où des dizaines de millions de panneaux-radiateurs sont utilisés. Elle fournit les éléments de base pour régler la puissance calorifique dans un large éventail de conditions. Elle regroupe également plusieurs calculs, dont le premier est illustré ci-dessous.

Formula 1:

Formule 1 :

Td 112 ⎛ ⎝ ⎜ ⎞ ⎠ ⎟ 1 3

Où :

Formula 1:

affichage en « paysage ». Vous disposez ainsi d’une calculatrice scientifique. Voici le résultat : Formula 4:

Qe = puissance calorifique estimée du panneau-radiateur (Btu/h)

Formula 2:

Formula 2:

∆ T d = différence de température déterminée à l’aide de la Formule 2 ou de la Formule 3 ci-dessous (°F)

Q 112 = puissance du panneau-radiateur lorsque la différence entre la température moyenne de l’eau et la température de l’air ambiant est de 112 °F (Btu/h)

1.3 = un exposant (pas un multiplicateur) – correspond à la touche [yx] sur la calculatrice scientifique ou le téléphone intelligent

Formula 1:

⎜ ⎞ ⎠ ⎟ 1 3 = 6637 Btu hr Qe = Q112

Au fur et à mesure que la température de l’eau entrante s’approche de la température de l’air ambiant – ou que le débit à travers le panneau change – la norme EN442 propose une autre méthode pour calculer la différence entre la température moyenne de l’eau dans le panneau et la température de l’air ambiant (par exemple, la valeur ∆ T d utilisée dans la Formule 1 ). Cela nous amène à la Formule 3

La décision d’utiliser la Formule 3 plutôt que la Formule 2 est basée sur une autre formule (désolé, mais c’est nécessaire) : la Formule 4 ci-dessous.

Formula 4:

Formule 4 :

Où:

Formula 3:

Formule 3 :

= Q112

Où :

∆ T d = différence de température effective (°F)

T out = température du fluide à la sortie du panneau (°F)

T in = température du fluide à l’entrée au panneau (°F)

T air = température de l’air ambiant (°F)

Cette formule considère la baisse de la température à la sortie du radiateur par rapport à la température à son entrée. Au fur et à mesure que le débit à travers le panneau diminuera, il y aura une baisse de température plus importante dans le panneau. Ainsi, la valeur « u » dans la Formule 4 baissera.

T in = température de l’eau à l’entrée au panneau (°F)

T out = température de l’eau à la sortie du panneau (°F)

T air = température de l’air ambiant (°F)

ln = fonction logarithme népérien – correspond à la touche [ln] sur la calculatrice scientifique ou le téléphone intelligent

= Q112

=

Formula 3: Formula 4:

⎟ 1 3 = 9500 85 112 ⎛

Voici un exemple. Selon les données du tableau de la Figure 2 , un radiateur à 2 plaques de circulation d’eau de 24 po de haut sur 48 po de long génère une puissance calorifique nominale (à une ∆ T de 112 °F) de 9500 Btu/h. Quelle serait sa production de chaleur en supposant une température de l’eau à l’entrée de 160 °F, une température de l’eau à la sortie de 140 °F et une température de l’air ambiant de 65 °F?

Pour l’instant, nous allons utiliser la Formule 2 pour calculer la valeur ∆ T d :

= Tout Tair ( ) Tin Tair

Td = Tin + Tout

La valeur Qn pour la Formule 1 est la puissance calorifique du radiateur correspondant à ∆ T = 112 : 9500 Btu/h.

Maintenant, placez les chiffres dans la Formule 1 et prenez votre calculatrice (scientifique). Vous pouvez utiliser une calculatrice scientifique pour élever un nombre à la puissance 1,3. Vous n’en avez pas ? Allumez simplement votre téléphone intelligent, appuyez sur l’application calculatrice et tournez le téléphone pour obtenir un

= Q112

Formula 2: Formula 3: Formula 4:

⎜

1 3 = 9500 85 112 ⎛

⎟ 1 3 = 6637 Btu hr

Voici les critères fixés par la norme EN442 :

Si u < 0,7 utiliser la Formule 3

Si u ≥ 0,7 utiliser la Formule 2

Voici un autre exemple. L’eau entre dans le panneauradiateur de l’exemple précédent à 115 °F et en sort à 92 °F. La température de l’air dans la pièce est de 65 °F. Calculons la bonne valeur ∆ T d à utiliser dans la Formule 1 .

Solution : Commençons par calculer la valeur « u » :

u = Tout Tair ( ) Tin Tair ( ) = 92 65 ( ) 115 65 ( ) = 0 54

u = Tout Tair ( ) Tin Tair ( ) = 92 65 ( ) 115 65 ( ) = 0 54

Étant donné que 0,54 < 0,7, la norme EN442 prescrit l’utilisation de la Formule 3 pour calculer la valeur ∆ T d :

∆ Td = Tin Tout ( ) ln Tin Tair Tout Tair ⎛ ⎝ ⎜ ⎞ ⎠ ⎟ = 115 92 ( ) ln 115 65 92 65 ⎛ ⎝ ⎜ ⎞ ⎠ ⎟ = 23 ln 50 27 ⎛ ⎝ ⎜ ⎞ ⎠ ⎟ = 23 ln(1 85185 ) = 37 33º F

= Q112 ∆ Td 112

Td = Tin Tout ( ) ln Tin Tair Tout Tair

⎝ ⎜ ⎞ ⎠ ⎟ 1 3 = 9500 37.33 112 ⎛ ⎝ ⎜ ⎞ ⎠ ⎟ 1 3 = 2277 Btu hr

Vous aurez à nouveau besoin d’une calculatrice scientifique (ou de votre téléphone intelligent tourné horizontalement) pour obtenir le logarithme népérien [ln] de 1,85185 à partir de la formule ci-dessus. Pour simplifier les choses, inscrivez simplement 1,85185 sur l’écran de la calculatrice et appuyez sur la touche [ln x].

= 23 ln(1.85185 ) = 37

⎞ ⎠ ⎟ = 115 92 ( ) ln 115 65 92 65 ⎛ ⎝ ⎜ ⎞ ⎠ ⎟ = 23 ln 50 27 ⎛ ⎝ ⎜ ⎞ ⎠ ⎟ = 23 ln(1.85185 ) = 37 33º F

u = Tout Tair ( ) Tin Tair ( ) = 90 70 ( ) 115 70 ( ) = 0 44

∆ Td =

112 ⎛ ⎝ ⎜ ⎞ ⎠ ⎟ 1 3 = 9500 37.33 112 ⎛ ⎝ ⎜ ⎞ ⎠ ⎟ 1 3 = 2277 Btu hr u = Tout Tair ( ) Tin Tair ( ) = 90 70 ( ) 115 70 ( ) = 0.44

Maintenant que la bonne valeur ∆ T d a été déterminée, la dernière étape consiste à insérer les nombres dans la Formule 1 :

⎟ 1 3 = 2277 Btu hr T T ( ) 90 70 ( ) u = Tout Tair ( ) Tin Tair ( ) = 92 65 ( ) 115 65 ( ) = 0 54

Le nombre obtenu représente environ le quart de la puissance calorifique « nominale » du panneau. Je trouve que 25 % est un bon rapport « approximatif » entre la puissance calorifique publiée de la plupart des panneaux-radiateurs (à une valeur ∆ T d de 112 °F) et la puissance estimée lorsque les panneaux sont alimentés par de l’eau à une température moyenne de l’ordre de 105-110 °F.

CALCUL INVERSE

Maintenant que vous savez comment réduire la puissance calorifique des panneaux-radiateurs fonctionnant à des températures d’eau plus basses, considérons un calcul de dimensionnement typique visant à sélectionner un panneau spécifique pour une charge nominale spécifique. Considérons une pièce avec une charge nominale de 2500 Btu/h, dont le panneau-radiateur sélectionné recevra de l’eau à 115 °F avec une chute de température de 25 °F et une température ambiante de 70 °F. Les informations ci-dessus nous

permettront de sélectionner deux radiateurs potentiels dans le tableau de la Figure 2 . Solution : Commençons par la Formule 4 :

Puisque u < 0,7, utilisons la Formule 3 pour obtenir la valeur ∆

:

Ensuite, insérons toutes les informations connues dans la Formule 1, y compris la puissance calorifique requise à la température de l’eau la plus basse (par exemple, 2500 Btu/h) :

Il suffit maintenant de parcourir le tableau de la Figure 2 pour trouver un radiateur dont la puissance publiée se rapproche de cette valeur. Un radiateur à trois plaques de circulation d’eau, d’une hauteur de 24 po, d’une longueur de 48 po et d’une puissance de 13 664 Btu/h se trouve très proche de la puissance calculée à une ∆ Td de 112 °F.

Un radiateur à trois plaques de 20 po de haut, 64 po de long et d’une puissance nominale de 15 829 Btu/h s’avère plus que suffisant.

Utilisées correctement, ces formules vous permettront d’obtenir les résultats dont vous avez besoin. Vous pourrez ainsi choisir avec précision des panneaux-radiateurs compatibles avec les sources de chaleur hydroniques à basse température comme les thermopompes géothermiques ou aireau.

Le résultat permettra d’obtenir la puissance nécessaire à

John Siegenthaler, PE, est ingénieur professionnel agréé. Il compte plus de 40 ans d’expérience en conception de systèmes de chauffage hydroniques modernes.

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