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1 J-M R. D-BTP
LES VANNES DE
REGULATION
2006
2
Définitions
Montages
Actionneurs
3
Autorité
Kv
Pression différentielle
Caractéristiques des vannes
Astuce
Définitions
4
Kv 1/6
Le Kv d’une vanne est le débit en m3/h qui occasionnerait dans la vanne
grande ouverte une perte de charge de 1 bar.
C’est ce coefficient Kv qui déterminera le diamètre nominal de la
vanne de régulation.
DP
1 bar
Q = Kv m3/h
5
Kv 2/6
La perte de charge varie comme le carré du débit :
DP
Q
DP1
DP2 =
Q1
Q2
2 DP
1 bar =
Q
Kv
2
donc :
ou :
Kv = 1 bar
DP . Q Kv =
10200 mmCE
DP . Q
6
Kv 3/6
Exemple 1 :
Quel est le Kv d’une vanne qui présente une perte de charge de 1 mCE
pour un débit de 3 m3/h ?
DP
Q
= 10200 mmCE
1000 mmCE . 3 m3/h Kv =
10200 mmCE
DP . Q 9,58 m3/h =
7
Kv 4/6
Exemple 2 :
Quel est le débit qui occasionne dans une vanne de Kv 5 m3/h une perte de
charge de 0,5 bar ?
DP
Q
3,53 m3/h =
Kv =
1 bar
DP Q
. Kv = 1 bar
DP Q . 5 =
1 bar
0,5 bar
8
Kv 5/6
Exemple 3 :
Quelle est la perte de charge d’une vanne de Kv 4 m3/h lorsqu’elle est
traversée par un débit de 3 m3/h ?
DP
Q
0,56 bar =
DP
1 bar =
Q
Kv
2
DP . 1 bar = Q
Kv
2
. 1 bar = 3 m3/h
4 m3/h
2
9
Kv 6/6
Si le terme Kv est un terme général, on peut également parler de :
Kvs Kv vanne grande ouverte
Kvn ou Qn Kv nominal des robinets thermostatiques (Kv à la levée nominale)
Kvo
Kv vanne fermée aussi appelé « débit de fuite »
Le taux de fuite ( Kvo / Kvs ) doit être inférieur à 0,05 % pour une
vanne neuve.
Cv
Utilisé aux États-Unis, débit en USg/h occasionnant dans une vanne
grande ouverte une perte de charge de 1 PSI
Kv = 0,86 Cv Cv = 1,16 Kv
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Autorité 1/5
Le rôle d’une vanne de régulation est de modifier un débit.
Une vanne aura une bonne autorité si elle peut modifier le débit sur toute sa levée.
L’autorité d’une vanne de régulation ( a ) aussi appelée « perte de charge relative »
est définie ainsi :
DPv
DPv + DPr = a
DPv : perte de charge de la vanne de régulation
DPr : perte de charge du réseau où le débit varie en fonction de la levée de la vanne
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Autorité 2/5
Autorité d’une vanne 2 voies :
DPv
DPv + DPr = a
DPv DPr
réseau
12
Autorité 3/5
Autorité d’une vanne 3 voies :
DPv
DPv + DPr = a
DPv DPr
UT
ILIS
AT
ION
En montage « mélange » ou « répartition », le débit varie dans la chaudière !
13
Autorité 4/5
Autorité d’une vanne 3 voies :
DPv
DPv + DPr = a
DPv DPr
En montage « décharge », le débit varie dans le circuit utilisation !
UT
ILIS
AT
ION
14
Autorité 5/5
DPv
DPv + DPr = a
L’autorité se calcule en considérant les vannes deux ou trois voies grandes ouvertes.
L’autorité devra toujours être comprise entre 0,3 et 0,7 pour que la vanne fonctionne
bien (fasse bien varier le débit sur toute sa levée).
La plupart du temps on se fixe une autorité de 0,5, ce qui signifie que la vanne grande
ouverte présentera la même perte de charge que le réseau dont elle fait varier le débit.
Pour le calcul des pertes de charge en vue de déterminer le circulateur, il faudra donc
d'abord calculer les pertes de charge des tronçons de réseau où le débit varie avant de
déterminer la vanne de régulation afin d’en connaître la perte de charge qui viendra
s’ajouter à celles de la boucle.
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Pression différentielle 1/2
La pression différentielle est l’écart des pressions s’exerçant de part et d’autre du
clapet de la vanne lorsqu’elle est grande ouverte.
Cette pression créera une force qui tendra à ouvrir ou à fermer le clapet selon la
position de la vanne dans le circuit.
C’est la différence entre la pression existant à la voie commune de la vanne et celle
existant dans la voie de bipasse.
Cette différence de pressions est égale à la somme de la perte de charge de la vanne
et de celle du réseau où le débit varie.
P différentielle = DPv + DPr
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Pression différentielle 2/2
P différentielle
P différentielle
DPv DPr
DPv DPr
P
P
P
P
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Caractéristiques des vannes
Vanne à caractéristique linéaire
Vanne à caractéristique quadratique
Vanne à caractéristique logarithmique
Vanne à puissance calorifique linéaire
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Caractéristiques des vannes
Vanne à caractéristique linéaire
La meilleure progressivité de la puissance thermique est obtenue avec une autorité a=1.
Il est impensable de choisir cette valeur. Ce type de vanne ne peut pas être utilisé en
régulation continue. Il peut être utilisé en régulation TOR.
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Caractéristiques des vannes
Vanne à caractéristique quadratique
La meilleure progressivité de la puissance thermique est obtenue avec une autorité a=1.
Il est impensable de choisir cette valeur, mais si la hauteur manométrique de la pompe le
permet, une autorité de 0,6 à 0,7 donne une progressivité acceptable.
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Caractéristiques des vannes
Vanne à caractéristique logarithmique
Dans ce type de vanne, le déplacement du clapet produit une variation de débit
proportionnel au débit total précédent le changement.
La meilleure progressivité de la puissance thermique est obtenue avec une autorité
de 0,6 à 0,7.
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Caractéristiques des vannes
Vanne à puissance calorifique linéaire
Dans ce type de vanne, le constructeur a conçu le clapet de façon à obtenir une
puissance calorifique proportionnelle à la levée du clapet pour une autorité de 0,5.
Une autorité trop grande aurait le même effet qu’une autorité trop petite.
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Astuce
Valeurs des
pressions
Circulation dans
la vanne autorité
C > A > B
C > B > A
A > B > C
B > A > C
A - B
C - B
B - A
C - A
A - B
A - C
B - A
B - C
A B
C
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Fonctionnement des vannes trois voies
Types de vannes trois voies
Montage mélange
Montage répartition
Montage décharge
Montage décharge inversée
Montage en injection
Montages
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Types de vannes trois voies
Les vannes trois voies peuvent être
à tournant (disque, secteur ou
boisseau), leur manœuvre nécessite
un mouvement de rotation.
Les vannes trois voies peuvent être
à clapet, leur manœuvre nécessite
un mouvement longitudinal.
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Fonctionnement des vannes trois voies 1/2
Une vanne trois voies possédera :
- une voie où le débit ne change pas,
- deux voies où les débits varient en fonction de l’ouverture de la vanne.
débit constant débit variable
débit variable
Sur les schémas, la voie où le débit est constant doit être différenciée des deux
autres. Ici, elle restera blanche alors que les autres voies seront noircies.
(en musique, une blanche vaut deux noires)
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Fonctionnement des vannes trois voies 2/2
en MELANGE
( deux entrées – une sortie )
en REPARTITION
( une entrée – deux sorties )
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Montage mélange
UTILISATION
débit constant
température variable
débit variable
La vanne travaille en mélange, elle permet de faire varier la température de
départ vers l’utilisation. La pompe se situe du côté utilisation.
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Montage répartition
UTILISATION
débit constant
température variable
débit variable
La vanne travaille en répartition, elle permet de faire varier les débits arrivant au
point de mélange et donc la température de départ vers l’utilisation. La pompe
se situe du côté utilisation.
Point de
mélange
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Montage décharge
UTILISATION
débit variable
température constante
débit constant
La vanne travaille en répartition, elle permet de faire varier le débit passant
dans l’utilisation. La pompe se situe du côté production.
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Montage décharge inversée
UTILISATION
débit variable
température constante
débit constant
La vanne travaille en mélange sur le retour, elle permet de faire varier le
débit passant dans l’utilisation. La pompe se situe du côté production.
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Montage en injection
débit constant
température variable
débit constant
La vanne travaille en répartition, elle permet de maintenir les débits constants sur
l’utilisation et la production et, en s’ouvrant ,de modifier la température de départ
en injectant de l’eau chaude dans le circuit utilisation avec extraction de la même
quantité d’eau froide.
injection
Elle pourrait tout aussi bien être posée en mélange sur le retour
UTILISATION
32
Moteur thermique
Actionneurs
Servo moteur « 3 points »
Moteur électro-hydraulique
33
Moteur thermique
Le « moteur » est constitué d’un élément dilatable équipé d’une résistance électrique.
Lorsque la résistance est alimentée, l’élément se dilate et pousse une tige qui
vient ouvrir le clapet de vanne.
Lorsque la résistance n’est plus alimentée, l’élément dilatable se refroidit
doucement et un ressort situé dans la vanne ramène le clapet vers la fermeture.
Élément dilatable
Une molette, placée sur le moteur, permet de comprimer le ressort hors
tension et donc d’ouvrir la vanne manuellement.
Tige de poussée
Clapet de vanne
Molette
« manuelle »
34
Servo moteur « 3 points » 1/4
L’actionneur est un moteur électrique et équipe généralement une vanne tournante.
Si l’alimentation se fait par Y1,
le moteur tourne et la vanne s’ouvre lentement.
N
Y1
Y2
ouverture
Principe :
35
Servo moteur « 3 points » 2/4
L’actionneur est un moteur électrique et équipe généralement une vanne tournante.
Si l’alimentation se fait par Y2,
N
Y1
Y2
fermeture
le moteur tourne dans l’autre sens et la vanne se ferme lentement.
Principe :
36
Servo moteur « 3 points » 3/4
L’actionneur est un moteur électrique et équipe généralement une vanne tournante.
Si l’alimentation ne se fait plus,
N
Y1
Y2
arrêt
le moteur ne tourne plus et la vanne reste dans sa position précédente.
Principe :
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Servo moteur « 3 points » 4/4
Le moteur est équipé de fins de course qui couperont son alimentation avant
d’arriver en butée.
Le réglage des cames de fin de course devra être contrôlé avant la mise en
service du système !
N
Y1
Y2
Ce type de servo moteur est équipé d’un système permettant le positionnement
de la vanne en « manuel ».
Marche « manuelle » Fins de course
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Moteur électro-hydraulique
Le « moteur » est un vérin hydraulique équipé d’une pompe et d’une électrovanne.
Lorsque le moteur est alimenté, l’électrovanne est fermée et la pompe injecte
l’huile sur le dessus du vérin. Celui-ci descend doucement en poussant une tige
qui vient ouvrir le clapet de vanne.
Lorsque le moteur n’est plus alimenté, la pompe s’arrête et l’électrovanne
s’ouvre. De puissants ressorts remontent le vérin doucement et la tige ramène le
clapet de vanne vers la fermeture.
pompe électrovanne Molette
« manuelle »
tige
ressorts
Une molette permet d’ouvrir la vanne hors tension en comprimant les ressorts.
