Efficacité énergétique des pompes et circulateurs

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Efficacité énergétique
des pompes et circulateurs

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SOMMAIRE
1 - APPROCHE TECHNIQUE ........................................................................................................ 3
1. Efficacité énergétique et l’importance du circulateur ............................................................ 3
2. Variation de vitesse et pompe à débit variable ...................................................................... 4
3. Directive Européenne ERP et exigence de basse consommation pour les pompes ................ 5
4. Nouvelle génération de moteurs électriques ......................................................................... 6
5. Consommation énergétique de l’hydraulique dans l’existant ................................................ 7

2 - FAQ ...................................................................................................................................... 8

3 - ASPECTS REGLEMENTAIRES ................................................................................................ 10
1. Réglementation 2012 et les auxiliaires ................................................................................ 10
2. Directive ErP ......................................................................................................................... 11
3. Fiche résumé ErP pour pompes et circulateurs .................................................................... 12

4 - REGLES ET OUTILS DE CONCEPTION ET DE REALISATION .................................................... 14
1. Détermination des pompes centrifuges ............................................................................... 14
2. Régulation et automatisme de pompes ............................................................................... 15
3. Dispositif d’efficacité énergétique sur votre système hydraulique FluidFuture® ................. 15
4. Outils logiciels de sélection des pompes .............................................................................. 20
5. Explication du coup de bélier ............................................................................................... 21

5 - PRODUITS RECOMMANDES ............................................................................................... 22
1. Pompe compacte à rendement élevé Etabloc ...................................................................... 22
2. Pompe de chauffage en ligne avec variateur de vitesse ....................................................... 23
3. Circulateur de chauffage Calio ............................................................................................. 24
4. Pompe en ligne adaptée aux immeubles de grande hauteur ............................................... 25
5. Système de régulation et d’optimisation de consommation des pompes ............................ 26
6. Formations hydrauliques ..................................................................................................... 28

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1
- APPROCHE TECHNIQUE

1. Efficacité énergétique et l’importance du circulateur

Si les auxiliaires représentaient avant 10 à 15% de la consommation
d'énergie d'une construction, ce n'est plus le cas aujourd'hui ! La
consommation des auxiliaires émerge simplement car tous les autres
postes de consommation diminuent.
Nous construisons désormais des bâtiments sur-isolés thermiquement,
protégés des charges thermiques, préservés d'un éclairage énergivore,
équipés de ventilation avec récupérateur, …, bref nous sommes dans la
construction et le bilan BBC basse consommation ! C’est la
réglementation thermique dans le neuf, la RT 2012, qui impose ce
niveau de performance et bientôt le parc existant suivra avec la future
RT.

Il est donc indispensable d’opter pour des pompes et circulateurs à

haut rendement et à haute efficacité énergétique.

1°) Un débit adapté en permanence aux variations des besoins
Le mode de fonctionnement en continu des pompes et circulateurs, 24h/24, en débit maximal pour des
besoins qui, 90% du temps, sont en deçà du régime maxi, devient donc une aberration en termes de
conception, de réalisation, et d'exploitation.
Les premiers retours d'expérience des bâtiments BBC montrent que les bâtiments qui ont fait le choix du
débit fixe maxi n'atteignent pas la performance de « 50 kWh(ep)/m².an ». La variation de débit qui suit
en continu la courbe des besoins est une quasi-obligation pour atteindre des niveaux de performance
BBC et moins !

2°) Une technologie électronique embarquée !
Au-delà de la variation de vitesse, la technologie même des circulateurs évolue pour une efficacité
énergétique accrue. La Directive ErP impose à tous les équipements de consommer moins (cf Aspects
réglementaires).
La commutation électronique est à la base des caractéristiques de rendement exceptionnels des
nouvelles pompes et circulateurs. Cette technologie utilise un moteur synchrone à aimants permanents.
C'est la technologie dite ECM : Electronically Commuted Motor = moteur synchrone à commutation
électronique. D’autres moteurs de nouvelle génération vont encore plus loin que les moteurs synchrones
à aimant permanent et les moteurs asynchrones, c’est le cas par exemple du moteur SuPremE® (voir
paragraphe ci-dessous).
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3°) Des pompes et circulateurs intelligents
Le mode de gestion du bâtiment, de sa programmation, amène également à disposer de pompes
intelligentes c'est-à-dire où la possibilité de pilotage et de gestion est possible, et où la possibilité de
mesurer le diagnostic c’est-à-dire d’information, est omniprésente.

Bref, la pompe ou le circulateur n'est plus un accessoire, mais un équipement majeur qui compte dans
l’obtention du confort à atteindre et de la performance énergétique dans le temps.

2. Variation de vitesse et pompe à débit variable
Une installation de chauffage ou de climatisation n'a pas besoin de fonctionner à plein débit ou à plein
régime tout le temps. Le régime maximal avec le maximum de débit n'est utile que pendant les besoins
les plus forts, soit statistiquement moins de 10% du temps.
Par ailleurs la consommation des auxiliaires, tels que les pompes et circulateurs, 24h/24, 7jours/7,
génère une consommation électrique accrue et des dépenses énergétiques inutiles, soit 90% du temps.
Créer de la perte de charges pour diminuer le débit est une aberration quand on connaît la performance
aujourd'hui des variateurs électroniques de vitesse qui permettent d'atteindre facilement plus de 50%
d'économies d'énergie.

La variation électronique de vitesse permet ainsi :

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Une consommation électrique réduite
La puissance absorbée par une pompe centrifuge varie avec le cube de sa vitesse de rotation. Si on réduit
de moitié sa vitesse, la puissance absorbée est divisée par 8. Avec variateurs de vitesse les économies
d’énergie peuvent atteindre jusqu’à 60 % !

Une diminution du bruit
Lorsque l'on diminue la vitesse de rotation d'une pompe, son niveau sonore diminue.
Pour une pompe, on estime à moins de 10% le temps de fonctionnement à sa vitesse maximale.

Une plus grande fiabilité et durée de vie, soit des équipements préservés
Les démarrages et arrêts du système sont souples, ils n'engendrent pas de surintensités.
L'installation n'est plus soumise à des surpressions régulières sous forme de coups de bélier. La pompe
ne tourne plus en permanence à sa vitesse maximale. Les roulements, la garniture métallique sont donc
moins sollicités.

3. Directive Européenne ERP et exigence de basse consommation pour les pompes
La directive La directive européenne préconise d'éliminer tous les équipements électriques énergivore et
va imposer des indices d’efficacité énergétique par exemple pour les pompes, dénommé « Indice
d’Efficience Energétique - EEI ». Le premier indice à respecter sera obligatoire à partir du 1er août 2015
avec un EEI inférieur ou égal à 0.23.
Ainsi, ce sont des pompes et circulateurs les plus performants en termes d’efficacité énergétique qui
sont d’ores et déjà prévus en conception, et prêts à être installés. La variation de vitesse permet
effectivement immédiatement de diminuer les consommations énergétiques qui auraient dû être
continues dans le temps. Cependant, les moteurs électriques eux-mêmes doivent être particulièrement
efficaces pour répondre aux exigences ErP de l'Union Européenne en 2015 voire au-delà car cette même
directive ErP va au-delà de 2017.
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4. Nouvelle génération de moteurs électriques

D’autres moteurs de nouvelle génération vont encore plus loin que les moteurs synchrones à aimant
permanent et les moteurs asynchrones ; c’est le cas par exemple du moteur SuPremE® qui se montre plus
avantageux que les moteurs standards asynchrones IE2 et répond déjà aux exigences de la classe de
rendement IE4 (voir paragraphe sur la directive ERP). Ce type de moteur est particulièrement performant en
charge partielle, ce qui représente la période de fonctionnement la plus étendue de l’ensemble des
circulateurs de chauffage et climatisation.

SuPremE® IE5, le moteur synchrone à
reluctance, de classe énergétique IE5,
qui le situe comme le moteur sans
aimant le plus efficace au monde !
Avec un indice énergétique supérieur «
IE5 », il anticipe largement la
réglementation ErP 2017. Il est à
vitesse variable et affiche des gains de
rendement extrêmement stables et
élevés dans toutes les plages de
charge.
Economies d’énergie jusqu’à 70% et
plus avec variateur de vitesse, et
économies financières seront les
résultats d’un choix hydraulique
intégrant le moteur le plus efficace au
monde SuPremE®.

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5. Consommation énergétique de l’hydraulique dans l’existant

Seule une vision d’ensemble hydraulique permet d’optimiser le fonctionnement
électrique énergétique des pompes et de l’installation globale

Pompes et circulateurs de chauffage et climatisation sont dans tous les cas intégrés dans un système
hydraulique, plus souvent à débit variable pour coller aux besoins énergétiques des usagers. La
consommation électrique de ces pompes de circulation de chauffage peut ainsi être très variable et
occasionnée soit des surconsommations ou des économies d’énergie avec un delta de 60 %.
Pour cela, une analyse technique de l’installation hydraulique, avec mesures sur l’installation existante,
permet ainsi de dégager les pans d’économies d’énergie réalisée avec une installation hydraulique
optimisée.
C’est la démarche d’efficacité énergétique appelée FluidFuture®, qui analyse une installation existante et
répond à ses besoins au travers de cinq étapes.

Celles-ci sont explicitées au paragraphe III ci-dessous

Exemple d’application dans une usine de laminage aluminium

Une économie d’énergie de plus de 60 % a été obtenue en améliorant l’efficacité énergétique des
pompes de transport de lubrifiant réfrigérant.

Résultats du SES (Service Efficacité Système) qui permet de mesurer et de déterminer le profil de charge
en fonctionnement.
• Détermination des besoins réels de pompage jusqu’ici inconnus
• Réduction du nombre de pompes de trois à une
• Ajout d’un variateur de vitesse PumpDrive

Économies de coûts réalisées grâce au SES
• Coûts d’énergie annuels avec le variateur de vitesse : 7 394 € (Coûts d’énergie annuels avant
l’optimisation : 20 702 €)
• Économies annuelles totales : 13 308 €
• Coûts du variateur de vitesse PumpDrive : 40 267 €
• Durée d’amortissement : 3,03 années
• Réduction des émissions de CO2 de 64 % !
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2
- FAQ
Equilibrage hydraulique, variation de vitesse, circuit hydraulique, circulateur à débit variable, ...

Que dit la réglementation sur la nouvelle directive EuP/ErP
La directive 2005/32 : CE dite EuP/ErP (Energy Using Products – Energy Related Products) impose de
fabriquer des produits à haute efficacité énergétique, comme les pompes et circulateurs, et d’éliminer
les autres. C’est l’Indice d’Efficience Energétique - EEI – qui remplacera l’actuel étiquetage énergétique
pour les pompes et ce depuis le 1er janvier 2013 avec un EEI< ou égal à 0.27 et depuis le 1er août 2015
avec un EEI inférieur ou égal à 0.23.

Pourquoi la variation de vitesse est-elle économique ?
Si les efforts d’économies ont été faits sur les générateurs (chaudières, pompes à chaleur, …), les
émetteurs, leurs régulation, …, il restait un poste délaissé sur le circuit hydraulique : celui du circulateur.
Avec des bâtiments sur-isolés BBC, il devenait absurde de laisser fonctionner une pompe 24h/24 à son
débit maxi (c'est-à-dire dimensionné pour les conditions de chauffage ou de climatisation maxi). La
variation électronique de vitesse ou VEV permet à la pompe d’adapter son débit au juste besoin
hydraulique. Exemple quand les robinets thermostatiques se ferment, la pression augmentant, la pompe
adapte l’installation au plus juste débit. La pompe, au lieu de fonctionner dans une zone d’échauffement
et de mauvais rendement, travaille ainsi en continu sur une courbe caractéristique de rendement
optimum. Comme la Puissance en W est proportionnelle au DEBIT x PRESSION, la consommation
électrique est ainsi largement réduite, les économies électriques pouvant aller jusqu’à 80% !

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La variation de vitesse du circuit hydraulique évite-t-elle ainsi l'équilibrage hydraulique ?
Non, certainement pas, l’équilibrage hydraulique doit être effectué. Celui-ci se réalise ainsi à débit maxi
de l’installation, tous robinets thermostatiques ouverts par exemple. Une fois l’installation hydraulique
équilibrée (à débit maxi), tous les autres régimes de débits seront moindres. Un déséquilibrage peut
apparaître pour les émetteurs les plus éloignés. C’est pourquoi il est nécessaire d’installer des
régulateurs de pression judicieusement positionnés sur des colonnes de sorte qu’ils puissent maintenir
automatiquement une pression constante. Ainsi, même si les premiers émetteurs sont en demande de
débit, les émetteurs les plus éloignés auront un régulateur de débit qui ouvrira sa section et régulera le
débit en bout d’installation.

Choisir un circulateur à débit variable évite de faire tout calcul de pertes de charges alors?
Non, car un surdimensionnement de pompe entraînerait un moteur surpuissant et de mauvais
rendement (risque d'échauffements, bruit, ...). La première action à réaliser est de déterminer la pompe
avec un point caractéristique optimum, c'est-à-dire « au centre de la courbe caractéristique », là où le
rendement est le plus élevé. Ce calcul de pertes de charges est effectué à débit maximum, soit pour les
conditions extrêmes de déperditions ou de charges frigorifique dans le cas de la climatisation.

Quel est le profil de fonction type d'une pompe dans le temps ?
Il est statistiquement le suivant, ce qui montre que le débit maximum n'est nécessaire que moins de 10%
du temps :
• 100% des besoins maximum > 6% du temps
• 75% des besoins maximum > 15% du temps
• 50% des besoins maximum > 35% du temps
• 25% des besoins maximum > 44% du temps

La variation électronique de vitesse s'applique-elle uniquement aux pompes et circulateurs de
chauffage ?
Non, elle est utile et génératrice d’efficacité énergétique pour toute application hydraulique : pour les
installations de chauffage, mais également de climatisation, de production d’eau chaude sanitaire, de
surpression d’eau aussi.

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3
- ASPECTS REGLEMENTAIRES

1. Réglementation 2012 et les auxiliaires

La réglementation 2012 nous contraint à construire des
bâtiments neufs basse consommation. Elle limite la
consommation en énergie primaire « ep » en moyenne à 50
kWh/m².an des 5 usages principaux que sont le CHAUFFAGE,
la CLIMATISATION, l’EAU CHAUDE SANITAIRE, L’ECLAIRAGE,
LES AUXILIAIRES. Ces derniers ne sont ni plus ni moins les
consommations électriques de pompes, circulateurs et
moteurs de ventilateurs.
Il est vrai que dans un bâtiment BBC sur-isolé, le « poids de la
consommation de moteurs » est loin d’être négligeable
d’autant plus que ces équipements comme les pompes
tournent très souvent 24h2/4 !

Le bâtiment BBC ou le bâtiment conforme à la RT 2012 ne
peut ainsi s’envisager avec des pompes à débit constant ! Les
premiers retours d’expériences des bâtiments BBC montre
que ceux qui ont pris cette option n’atteignent pas le niveau
BBC.

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