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Guide techniqueLe poste de livraison vapeur
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TABLE DES MATIÈRES
Introduction 13
Chapitre 1 :LES CARACTÉRISTIQUES DE LA VAPEUR 16 I. L’énergie de la vapeur d’eau 16 1. Les états de l’eau 16 2. Volume et masse spécifiques 17
II. Enthalpie 19 1. Enthalpie spécifique de l’eau 19 2. Enthalpie sensible de l’eau à la saturation 19 3. Enthalpie de vaporisation 19 4. Enthalpie totale de la vapeur saturée 20 5. Enthalpie totale de la vapeur surchauffée 20 6. Enthalpie et pression 20 7. Enthalpie de production de la vapeur d’eau 21
III. Les propriétés de la vapeur 22 1. La relation pression / température de la vapeur saturée 22 2. La table de la vapeur d’eau 22 3. Les courbes caractéristiques de la vapeur saturée 24 4. Les condensats et les purges 25 5. La dilatation 25
IV. Les puissances thermiques 26 1. La puissance calculée 26 2. La puissance maximale 27 3. La puissance installée 27 4. La puissance utile 27
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Chapitre 2 :LES GÉNÉRALITÉS ET PRINCIPES DES POSTES DE LIVRAISON SUR LE RÉSEAU VAPEUR CPCU 30
I. Schémas de principe 30 1. Poste de livraison avec condensats en circuit ouvert (partie primaire) 30 2. Poste de livraison avec condensats en circuit fermé (partie primaire) 31
II. Description des principaux équipements 31 1. La vanne de branchement 31 2. La bouteille haute pression ou bouteille de purge 32 3. Le robinet d’arrêt vapeur du poste 32 4. La vanne de détente 32 5. La bouteille haute pression ou bouteille de purge 33 6. La vanne de régulation des condensats 34 7. Le groupe de renvoi des condensats 34 8. La régulation primaire du poste 35
Chapitre 3 : LA CONCEPTION DU LOCAL SOUS STATION 38
I. L’emplacement 38 1. La situation dans le bâtiment 38 2. L’accès 39
II. La traversée des locaux 39 1. Le tracé 39 2. Les établissements recevant du public 40 3. Les parcs de stationnement couverts 40
III. Réalisation du branchement 40 1. Les vannes de branchement 41 2. Le local du branchement 42
IV. Le bâti 43 1. Formes et dimensions 43 2. Caractéristiques des parois 43 3. Caractéristiques des sols 44 4. Portes 44 5. Isolation thermique 44 6. Isolation phonique 44
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7. Agencement du local 45 8. Escaliers 45 9. Sécurité incendie 45
V. Ventilation 46 1. Contrôle de la température ambiante 46 2. Détermination des débits d’air 46 3. Introduction d’air 48 4. Evacuation d’air 48 5. Généralités 48
VI. Electricité 49 1. L’éclairage 49 2. L’alimentation électrique 49 VII. L’évacuation des eaux 50 1. Puisard 50 2. Pompe du puisard 51 3. Le point de puisage d’eau 52 4. Mise à l’égout des condensats 52
VIII. Coffret de coupure extérieure réglementaire 52
IX. Les tuyauteries en partie privative 53 X. Etablissements recevant du public 54 1. Accès 54 2. Traversée 54 XI. Présence d’autres réseaux dans le local 54
XII.Le réseau à 5.5 bar 55
Chapitre 4 : LA CONCEPTION DU POSTE DE LIVRAISON 58
I. Le choix du principe des condensats 58
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II. Détermination des éléments primaires 58 1. La vanne de détente et sécurité sur la vapeur 59 2. Détermination du nombre d’échangeurs 59 3. Les vannes de régulation sur les condensats 60 4. Dimensionnement de la bâche 60 5. Dimensionnement de la bouteille de découplage 61
III. La récupération de chaleur 62 1. Le potentiel énergétique des condensats 62 2. L’utilisation de la chaleur récupérée 62 3. La récupération de chaleur pour l’E.C.S 62
IV. Conception de l’installation secondaire en fonction de la nature des besoins 63 1. Conception des éléments secondaires dans le cas du chauffage seul 63 2. Eau chaude sanitaire seule (primaire seul) 65 3. Chauffage et eau chaude sanitaire découplés sur la vapeur 66 4. Chauffage et ECS en eau chaude 70
V. Recommandations pour l’installation secondaire 70 1. Les dispositions réglementaires relatives à la régulation 70 2. La régulation de température du départ de l’installation 71
VI. Dimensionnement des éléments de tuyauterie 73 1. La tuyauterie 73 2. Dimensionnement de la bouteille de purge 78
Chapitre 5 : réalisation et construction du poste de livraison 82 I. Les conditions maximales 82 I. Les conditions maximales 82 2. Les condensats 82 3. Les épreuves de contrôle 83
II. Le mode de fabrication du poste de livraison 86 1. Les postes préfabriqués 86 2. Le montage sur site 86
III. La tuyauterie 86 1. Les assemblages à brides 86 2. Les supports, guidages et points fixes 88
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IV. La robinetterie 95 1. Les dispositions générales 95 2. Les robinets d’isolement 97
V. Les purgeurs de condensats 99 1. Le rôle 99 2. La sélection 99 3. La technologie 99 4. Les caractéristiques de construction 99
VI. Le purgeur grand écart de température 100 1. Le rôle 100 2. La technologie 100 3. Les caractéristiques de construction 100
VII. La réalisation de la bouteille de purge 101 1. Les différentes possibilités d’arrivée vapeur 101 2. Les principes de fixation 102
VIII. L’échangeur 104 1. Les dispositions communes 104
IX. Les pompes de condensats 106 1. Le débit nominal 106 2. La hauteur manométrique nominale 106 3. Le débit maximal 107 4. La sélection 108 5. L’installation 108 6. La régulation de fonctionnement 109 7. La mise à l’égout des condensats 110
X. La réalisation de la bâche 111 1. Enveloppe 111 2. Equipement 111 3. L’évent de la bâche des condensats 112
XI. Le calorifugeage 113 1. Le matériau isolant 113 2. Les épaisseurs 114 3. La mise en œuvre 115 XII. Les appareils de contrôle 116 1. Les manomètres 116 2. Les thermomètres 117
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XIII. Les appareils de régulation 117 1. La boucle de régulation 117 2. Les capteurs 118 3. Le régulateur 120 4. Les vannes 121 XIV. L’électricité 123 1. Les dispositions réglementaires et normatives 123 2. La distribution de basse tension 123 3. Les canalisations électriques 124 4. Les armoires et coffrets électriques 124
XV. Le repérage 125 1. La tuyauterie 125 2. Les équipements 127 3. Le schéma de principe 128
XVI. Le dossier des ouvrages exécutés 128 1. Les dispositions générales 128 2. Le contenu du dossier 129
XVII. Directive sur les Equipements Sous Pression (DESP) 97/23/CE 132 1. Description des modules en fonction des catégories de risque 132 2. Classification des équipements 133 3. Ensemble DESP (poste de livraison neuf)
4. Canalisations de transport 135
Chapitre 6 : LE COMPTAGE 138 I. Le type de compteur 138 1. Compteur d’énergie 138 2. Le compteur de condensats140
3. Le comptage de condensat circuit fermé ancienne génération 142 4. Le compteur de vapeur 142
II. La télérelève CPCU 145
III. Installation compteur d’énergie thermique 145
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1. Le report de l’index sur une GTB 145 2. Liaison téléphonique 145 1. Généralités 145 2. Débitmètre 145 3. Sondes 147 4. Intégrateur et câblage 148 5. Cas de plusieurs compteurs 148
Chapitre 7 :Les points de vérification de l’installation et sa mise en service 152
I. Lavérificationinitiale 152 II. Demande de mise en vapeur d’une sous-station 153 1. Opérations préalables à la Mise en Vapeur 153 2. La mise en vapeur de la sous-station 153 3. La mise en service de la sous-station 154 4. La demande d’ouverture des vannes pour la mise en vapeur 154 5. L’ouverture du branchement CPCU 154
III. La mise en service de l’installation 155
Chapitre 8 Les équipements sous pression 158
I. Généralités 158 1. Les vannes de branchement 158 2. L’échangeur 158 3. Seuils de soumission 158 4. Accessoires sous pression 158 5. Accessoires de sécurité 158 II. Contrôles périodiques des échangeurs raccordés au réseau urbain de CPCU 165 1. Les types d’échangeurs 165 2. Les contrôles 165
III. Synthèse de l’inspection périodique des échangeurs conforme au CTP par le personnel habilité par son employeur après formation 161
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Chapitre 9 ANNEXES 165
I. Arrêté du 23 juin 1978 166
II. Arrêté du 25 juin 1980 (chauffage uniquement) 183
III. Arrêté du 15 mars 2000 208
IV. Circulaire du 3 avril 2007 225
V. Règlementation circulateurs 234
VI. Léxique 241
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Introduction Le réseau de chaleur urbaine CPCU fonctionne comme un grand chauffage central à l’échelle de l’agglomération parisienne. Le plan de la ville ci-dessous présente son fonctionnement.
Le poste de livraison sur le réseau vapeur est l’ensemble des équipements concourant au transfert de la chaleur du réseau CPCU aux installations thermiques du bâtiment desservi.
La sous station correspond au local abritant les équipements qui assurent le transfert de chaleur du réseau d’uti-lisation au réseau de distribution.
Ce guide rassemble les connaissances et les savoir-faire relatifs aux postes de livraison vapeur sur le réseau CPCU. Il s’adresse
donc aux bureaux d’études, aux entreprises du génie climatique, aux gestionnaires d’immeubles et aux organismes de formation.
Des textes officiels sont présentés tout au long du guide dont les dispositions présentent un caractère obligatoire. Les prescriptions CPCU s’apparentent à de strictes
recommandations. Les dispositions réglementaires en vigueur ou à venir prévaudront toujours sur les recommandations de ce document.
Leur bonne prise en compte par l’ensemble de nos partenaires professionnelles est un gage de qualité. Les solutions les plus appropriées sont présentées dans ce guide afin d’apporter la fiabilité et la sécurité aux installations. Le bon usage de cet ouvrage est donc garant d’un partenariat efficace et dynamique dans un souci constant de progrès pour l’amélioration des services rendus à nos clients.
Local sous station
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LES CARACTÉRISTIQUES DE LA VAPEUR
Chapitre 1
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Le poste de livraison vapeurChapitre 1 Les caractéristiques de la vapeur
Chapitre 1 :LES CARACTÉRISTIQUES DE LA VAPEUR
I. L’énergie de la vapeur d’eau
1. Les états de l’eau
La vapeur d’eau est de l’eau sous forme gazeuse. Il s’agit d’un gaz invisible.La vapeur d’eau est le produit du changement d’état de l’eau bouillante, à une pression donnée, par un apport de chaleur supplémentaire.L’eau bouillante et la vapeur immédiatement produite sont à la même température.
Chaque changement d’état nécessite un transfert d’énergie.La quantité d’énergie nécessaire à un changement d’état s’appelle chaleur latente.On appelle chaleur sensible, la quantité d’énergie qui provoque une variation de température d’un corps sans en changer l’état physique.A une pression donnée, chaque changement d’état s’accompagne d’une variation de volume, cette variation peut être très importante lors des transformations li-quide / gaz ou gaz / liquide.
Le schéma ci-dessous présente les différents états de l’eau :
Figure 1 : les états de l’eau
ETAT SOLIDE
FUSION
SOLIDIFICATION
VAPORISATION
CONDENSATION
SUBLIMATION
ETAT LIQUIDE ETAT GAZEUX
GLACE EAU VAPEUR
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2. Volume et masse spécifiques
Volume spécifiqueOn appelle volume spécifique de la vapeur d’eau, à une pression et une température données, le volume de 1 kg de vapeur d’eau. A la pression atmosphérique, 1 kg de vapeur saturée occupe un volume de 1,673 m3. Sous une pression de 10 bar absolus, 1 kg de vapeur saturée n’occupe plus que 0,1943 m3.Plus la pression augmente, plus le volume occupé par une masse de vapeur diminue.
Les différents types de vapeur
Vapeur saturée La vapeur saturée est produite au contact de l’eau, l’ensemble est à la température de saturation.
Vapeur saturée sèche La vapeur saturée sèche correspond à la vapeur à la température de l’eau en ébullition, à une pression donnée, mais ne contenant pas de particules d’eau en suspension. Cela correspond à la qualité idéale de la vapeur pour l’échange thermique. La moindre perte d’enthalpie (d’énergie) à pression constante, se traduit par une condensation de vapeur. Pour la vapeur saturée, il existe une relation directe entre la température et la pression.
Le titre de la vapeur saturée s’exprime :
X= mvap / (mvap+ meau)
mvap : masse de vapeur saturée sèche en kgmeau : masse d’eau en kg
Si la vapeur est saturée sèche, son titre est égal à 1.Si la vapeur est humide, son titre est inférieur à 1.
Vapeur surchaufféeC’est une vapeur sèche dont la température est supérieure à la température de satura-tion.La quantité de chaleur qui a surchauffé la vapeur saturée est appelée enthalpie de sur-chauffe. C’est de la chaleur sensible.
Par exemple, pour élever de 1 °C une masse de 1 kg de vapeur saturée, il faut fournir environ 4,2 kJ à la pression de 5 bar effectifs.La température d’une vapeur surchauffée n’a plus de relation avec la pression.Une perte d’enthalpie ne produit pas nécessairement une condensation de la vapeur, mais réduit d’abord sa surchauffe.
Figure 1 : les états de l’eau
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Le poste de livraison vapeurChapitre 1 Les caractéristiques de la vapeur
Il existe des tables qui donnent les volumes spécifiques de la vapeur saturée à diverses pressions (voir ci-après). A défaut, il est possible d’utiliser la relation empi-rique de BERTIN, pour des pressions de vapeur saturée de 6 à 120 bar :
V = 2 / Pabs
Pabs : pression absolue de la vapeur en barV : volume spécifique de la vapeur en m3/kg
Masse spécifiqueOn appelle masse spécifique de la vapeur d’eau, à une pression et une température données, la masse d’un mètre cube de vapeur d’eau. C’est l’inverse du volume spé-cifique.
Elle est notée : ρ
ρ = 1 / V
Exemples :
A la pression atmosphérique, 1 kg de vapeur d’eau occupe 1,673 m3, sa masse
spécifique est :
A la pression de 10 bar absolus, 1 kg de vapeur d’eau occupe un volume de 0,1943
m3, sa masse spécifique est :
On remarque donc que plus la pression de la vapeur est élevée, plus la masse spé-cifique de la vapeur est importante et inversement.
1 tonne vapeur = 697 kWh
11,673
10,1943
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L’enthalpie spécifique (ou chaleur spécifique), est l’enthalpie nécessaire pour élever de 1°C la température d’une masse de 1 kg, à une température et à une pression données. Elle est notée : Cp et exprimée en Joule par kilogramme et par degré Celsius (J / kg. °C).
L’Enthalpie spécifique de l’eau à la pression atmosphérique (0 bar effectif) et à 0 °C : Cp = 4190 J / kg. °C.
La quantité de chaleur sensible Q, absorbée par un corps soumis à une élévation de température sans changement d’état, est égale à :
Q (kJ) = m .Cp. (tf-ti)).
m : masse du corps en kg tf : température finale en °C ti : température initiale en °C
L’enthalpie sensible de l’eau à la saturation est l’enthalpie à partir de laquelle l’eau ne peut accepter un apport de chaleur supplémentaire sans changement d’état (vapori-sation). Elle est notée : i’.
A la pression atmosphérique (0 bar effectif), l’enthalpie de 1 kg d’eau à la saturation est de : i’ = 419 kJ. La température de l’eau à la saturation ne peut pas augmenter si la pression reste constante.
C’est l’enthalpie qui entraîne un changement d’état par un apport supplémentaire de chaleur. Elle est notée : r.
Pour vaporiser 1 kg d’eau à la température de saturation de 100 °C et à la pression atmosphérique, il faut fournir une enthalpie de vaporisation (chaleur latente de vapo-risation) de 2257 kJ.
II. Enthalpie
La vapeur d’eau est de l’eau sous forme gazeuse. Il s’agit d’un gaz invisible.La vapeur d’eau est le produit du changement d’état de l’eau bouillante, à une pression don-née, par un apport de chaleur supplémentaire.L’eau bouillante et la vapeur immédiatement produite sont à la même température.
1. Enthalpie spécifique de l’eau
2. Enthalpie sensible de l’eau à la saturation
3. Enthalpie de vaporisation
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Le poste de livraison vapeurChapitre 1 Les caractéristiques de la vapeur
C’est l’enthalpie de la vapeur à une pression donnée, lorsque toute l’eau s’est transfor-mée en vapeur. Elle est notée : i’’.
Elle est donc égale à la somme de l’enthalpie de l’eau à la saturation et de l’enthalpie de vaporisation.
A la pression effective de 10 bar, l’enthalpie de 1 kg de vapeur saturée (à 184 °C) est de :
i’ + r = i’’ soit 782 + 2000 = 2782 kJ
A la pression atmosphérique, l’enthalpie totale de 1 kg de vapeur saturée (à 100°C), appelée aussi enthalpie spécifique de la vapeur, est de :
i’ + r = i’’ soit 419 + 2257 = 2676 kJ
La vapeur est surchauffée lorsqu’elle est portée à une température supérieure à celle de la saturation. Son enthalpie est égale à la somme de l’enthalpie totale de la vapeur saturée et de l’enthalpie de surchauffe (is).
A la pression effective de 10 bar, l’enthalpie de 1 kg de vapeur saturée surchauffée à 220°C est de :
i’ + r + is = i’’ soit 782 + 2000 + 88 = 2870 kJ
De 0 à 32 bar, l’enthalpie sensible de l’eau croît avec la pression (la température d’ébullition croît avec la pression), l’enthalpie de vaporisation (chaleur latente) décroît avec la pression et l’enthalpie totale de la vapeur saturée croît très faiblement avec la pression.
4. Enthalpie totale de la vapeur saturée
5. Enthalpie totale de la vapeur surchauffée
6. Enthalpie et pression
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7. Enthalpie de production de la vapeur d’eau
0°C 0°C 0°C
100°C
184°C 184°C
479 kJ
1 kg d’eau à 20°C
1 kg d’eau à 20°C
+335 kJ
+688 kJ 10 bar10 barPatmPatm 10 bar
+2257 kJ
+2000 kJ
1 kg d’eau à 100°C
1 kg d’eau à 184°C
1 kg d’eau à 100°C
1 kg d’eau à 184°C
1 kg de vapeur à 100°C
1 kg de vapeur à 184°C
782 kJ 782 kJ
2257 kJ 2000 kJ 2000 kJ
88 kJ100°C
Chaleur latente
Chaleur sensible eau
Chaleur sensible vapeur (surchauffée)
Figure 2 : enthalpie totale de la vapeur
Figure 3 : l’enthalpie
184°C 184°C
220°C
1 kg de vapeurà la pression atmosphérique
1 kg de vapeur sècheà 10 bar effectifs
1 kg de vapeur sèche surchaufféeà 10 bar effectifs
Chaleurtotale
= 2676 kJ
Chaleurtotale
= 2782 kJ
Chaleurtotale
= 2870 kJ
A la pression atmosphérique (0 bar effectif) :
A la pression de 10 bar effectifs :
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Le poste de livraison vapeurChapitre 1 Les caractéristiques de la vapeur
Les tables et courbes de vaporisation (en pages suivantes), donnent les pressions et températures de saturation associées (exemple 10 bar eff / 184,13°C).Une baisse de pression se traduit par une baisse de température de saturation et inversement.
III. Les propriétés de la vapeur
1. La relation pression / température de la vapeur saturée
2. La table de la vapeur d’eau
Ps t100
4et T(°C) # 100 x (Pabs)
1/4
PressionABSOLUE(p en bar)
Températured’ébulition(t en °C)
EAUChaleur sen-
sible(i’ en kJ/kg)
VAPORISATIONChaleur latente
(r en kJ/kg)
VAPEUR SATURÉE
Enthalpie(i’’ en kJ/kg)
Volume spéci-fique
(V en m3/kg)
Masse spéci-fique
(ρ en kg/m3)
0,1 45,81 191,83 2392,80 2584,70 14,6740 0,0681
0,2 60,06 251,40 2358,30 2609,70 7,6490 0,1307
0,3 69,10 289,23 2336,10 2625,30 5,2990 0,1912
0,4 75,87 317,58 2319,20 2636,80 3,9930 0,2504
0,5 81,33 340,49 2305,40 2645,90 3,2400 0,3086
0,6 85,94 359,86 2293,60 2653,50 2,7320 0,3660
0,7 89,95 376,70 2283,20 2660,00 2,3650 0,4228
0,8 93,50 391,66 2274,10 2665,80 2,0870 0,4791
0,9 96,71 405,15 2265,70 2670,90 1,8690 0,5350
1,0 99,63 417,46 2258,00 2675,50 1,6940 0,5903
Tableau 1 : table de la vapeur
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PressionEFFECTIVE(p en bar)
Températured’ébulition(t en °C)
EAUChaleur sen-
sible(i’ en kJ/kg)
VAPORISATIONChaleur latente
(r en kJ/kg)
VAPEUR SATURÉE
Enthalpie(i’’ en kJ/kg)
Volume spéci-fique
(V en m3/kg)
Masse spéci-fique
(ρ en kg/m3)
0,0 100,00 419,04 2257,00 2676,00 1,6730 0,5977
0,5 113,56 468,30 2225,60 2693,90 1,1490 0,8703
1,0 121,96 505,60 2201,10 2706,70 0,8810 1,1350
1,5 127,62 536,10 2181,00 2717,10 0,7140 1,4005
2,0 133,69 562,20 2163,30 2725,50 0,6030 1,6583
2,5 139,02 585,00 2147,60 2732,60 0,5220 1,9157
3,0 143,75 605,30 2133,40 2738,70 0,4610 2,1691
3,5 148,02 623,60 2120,30 2743,90 0,4130 2,4213
4,0 151,96 640,70 2108,10 2748,80 0,3740 2,6737
4,5 156,00 656,30 2096,70 2753,00 0,3420 2,9239
5,0 158,92 670,90 2086,00 2756,90 0,3150 3,1746
5,5 162,08 684,60 2075,70 2760,30 0,2920 3,4246
6,0 165,04 697,50 2066,00 2763,50 0,2720 3,6764
6,5 167,93 709,70 2056,80 2766,50 0,2550 3,9215
7,0 170,50 721,40 2047,70 2769,10 0,2400 4,4052
7,5 173,02 732,50 2039,20 2771,70 0,2270 4,4052
8,0 175,43 743,10 2030,90 2774,00 0,2150 4,6511
8,5 177,75 753,30 2022,90 2776,20 0,2040 4,9019
9,0 179,97 763,00 2015,10 2778,10 0,1940 5,1546
9,5 182,10 772,50 2007,50 2780,00 0,1850 5,4054
10,0 184,13 781,60 2000,10 2781,70 0,1770 5,6497
10,5 186,05 790,20 1992,50 2782,70 0,1710 5,8479
11,0 188,02 798,80 1986,00 2784,80 0,1630 6,1349
11,5 189,82 807,10 1979,10 2786,30 0,1570 6,3694
12,0 191,68 815,10 1972,50 2787,60 0,1510 6,6255
12,5 193,43 822,90 1965,90 2788,80 0,1480 6,8000
13,0 195,10 830,40 1959,60 2790,00 0,1410 7,0921
13,5 196,62 837,90 1953,20 2791,10 0,1360 7,3529
14,0 198,35 845,10 1947,10 2792,20 0,1320 7,5757
14,5 199,92 852,10 1941,00 2793,10 0,1280 7,8125
15,0 201,45 859,00 1935,00 2794,00 0,1240 8,0645
15,5 202,92 865,70 1929,20 2794,90 0,1190 8,4033
16,0 204,38 872,30 1923,40 2795,70 0,1170 8,5470
17,0 207,17 885,00 1912,10 2797,10 0,1100 9,0909
18,0 209,90 897,20 1901,30 2798,50 0,1050 9,5238
19,0 212,47 909,00 1890,50 2799,50 0,1000 10,000
20,0 214,96 920,30 1880,20 2800,50 0,0949 10,5374
21,0 217,35 931,30 1870,10 2801,40 0,0906 11,0375
22,0 219,65 941,90 1860,10 2802,00 0,0868 11,5207
23,0 221,85 952,20 1850,40 2802,60 0,0832 12,0192
24,0 224,02 962,20 1840,90 2803,10 0,0797 12,5470
25,0 226,12 972,10 1831,40 2803,50 0,0768 13,0208
Tableau 2 : pression
24
Le poste de livraison vapeurChapitre 1 Les caractéristiques de la vapeur
3. Les courbes caractéristiques de la vapeur saturée
250
225
200
175
150
125
100
75
50
25
0
3000
2800
2600
2400
2200
2000
1800
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
2,0
1,5
1,0
0,5
0
3000
2800
2600
2400
2200
2000
1800
1600
1400
1200
1000
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
Tem
péra
ture
(°C)
Enth
alpi
e se
nsib
le (k
J/kg
)
Pression effective (bar)
Pression effective (bar)
Volu
me
spéc
ifiqu
e (m
3 /kg
)En
thal
pie
(kJ/
kg)
Mas
se s
péci
fique
(kg/
m3 )
Chal
eur
late
nte
(kJ/
kg)
Masse spécifique
Chaleur latente
Température d’ébullition
Enthalpie
Enthalpie sensible
20191817161514131211109876543210
25
Edition 2012
4. Les condensats et les purges
5. La dilatation
Les déperditions thermiques et les condensats
Le transport de vapeur d’eau saturée dans les canalisations donne lieu à des déperdi-tions thermiques qui se traduisent par la formation de condensats.Ces pertes thermiques sont fonction du diamètre de la tuyauterie, de la nature et de l’épaisseur de l’isolation, de la longueur de la tuyauterie, des températures de la vapeur et du milieu ambiant. En régime établi de fonctionnement, le débit q de conden-sats dû aux déperditions thermiques est donné par :
Les purges de condensat
Les condensats produits lors du transport de vapeur d’eau dans une canalisation sont de deux types :
◆ les condensats produits lors de la mise ou de la remise en ser-vice de la canalisation, pour la porter à sa température de service,
◆ les condensats produits par les déperditions thermiques de la canalisation en régime établi. Leur débit détermine le dimensionnement des purgeurs.
Les condensats de mise en service sont à évacuer par les robinets de purge directe.Les canalisations de transport de vapeur doivent comporter une pente descendante minimum vers des points bas où sont extraits les condensats, ou purges.
Une purge insuffisante risque de perturber l’écoulement de la vapeur dans la tuyau-terie, de provoquer des entraînements à grande vitesse de condensats par la vapeur (coups de bélier), et d’engendrer une érosion de la tuyauterie et de la robinetterie.
Sous l’effet de la température, les tuyauteries de transport de vapeur d’eau se dilatent en diamètre (négligeable) et surtout en longueur. Cette dilatation linéaire entraîne :
◆ des forces de réaction très importantes sur les ancrages des tuyauteries bloquées,
◆ des contraintes dans le métal constituant les tuyauteries.
q (kg/s) = Cr
C : pertes thermiques en kWr : chaleur latente de vaporisation kJ / kg.
26
Le poste de livraison vapeurChapitre 1 Les caractéristiques de la vapeur
L’augmentation de longueur ΔL d’une tuyauterie de longueur L sous l’effet de la tem-pérature est égale à :
La puissance, exprimée en kW, est une notion fondamentale dans la conception d’une installation. On en distingue plusieurs définitions.
La puissance calculée (Pc) est la somme des besoins thermiques du bâtiment :
◆ chauffage (déduction faite des apports internes éventuels),
◆ renouvellement d’air,
◆ eau chaude sanitaire ,
◆ humidification,
◆ autres besoins.
La puissance calculée est déterminée par le maître d’ouvrage ou son mandataire (BET, entreprise, …).
Le coefficient de dilatation β est donné en fonction de la température par des tables (exemple : pour l’acier au carbone de 0 °C à 100 °C, β = 11,7.10 –6 m/m.°C).
Pour la construction de ses canalisations, CPCU adopte les hypothèses de dilatations linéaires suivantes :
ΔL/L = 3 mm/m pour les tuyauteries de vapeur (tmax = 250 °C)ΔL/L = 1,2 mm/m pour les tuyauteries de condensats (tmax = 110 °C)
Les tuyauteries sont équipées d’organes associés à la maîtrise de la dilatation :
◆ les points fixes,
◆ les guidages, qui permettent d’éviter le flambement des tuyauteries sous l’effet des contraintes de dilatation,
◆ les supports glissants,
◆ les dispositifs de compensation de dilatation, dont les plus couramment utilisés sont :
- les lyres ou tracés autodilatables, - les compensateurs axiaux, - les compensateurs articulés, - les joints glissants.
Δt : variation de température du tube
ΔL (m) = β (m/m.°C) . L (m).Δt (°C)
IV. Les puissances thermiques
1. La puissance calculée
27
Edition 2012
La puissance maximale (Pm) est la puissance susceptible d’être appelée sur le réseau CPCU pour satisfaire les besoins maximaux du bâtiment.
La puissance maximale est égale à la somme de trois termes :
◆ la puissance calculée (Pc),
◆ les pertes de distribution : déperditions des tuyauteries lorsqu’elles ne concourent pas au chauffage des locaux,
◆ la surpuissance : majoration d’au moins 25 % de la puissance de chauffage calculée, pour faire face aux régimes transitoires (par exemple, le démarrage de l’installation).
Le branchement CPCU est dimensionné en fonction de la puissance utile du poste de livraison.
La puissance installée (Pi) est au moins égale à la puissance maximale (Pm) et la plus proche possible de celle-ci, en fonction de l’offre de matériels disponibles.
Dans le cas où l’installation comporte un seul appareil, la puissance installée est égale à la puissance utile (Pu) de l’appareil.Dans le cas où l’installation comporte plusieurs appareils (échangeurs, humidifica-teurs, …), la puissance installée est égale à la somme des puissances utiles (Pu) de chacun d’eux.
La puissance utile (Pu) est définie par l’arrêté du 23 Juin 1978, article 2 :
alinéa 5 : « La puissance utile (ou puissance nominale) d’un appareil est définie comme la quantité de chaleur reçue par unité de temps par le fluide chauffé »
alinéa 8 : « La puissance utile d’une sous-station est la somme des puissances utiles des appareils capables de fonctionner simultanément, les puissances utiles des appareils étant indiquées par le constructeur ou l’installateur ».
Dans le cas exceptionnel d’appareils installés en redondance, leur puissance n’est donc pas à prendre en compte, à la différence du calcul de la puissance installée.Plusieurs dispositions de l’arrêté du 23 Juin 1978 font référence à la puissance utile, d’où l’importance de déterminer précisément les besoins thermiques auxquels doit satisfaire l’installation.
2. La puissance maximale
3. La puissance installée
4. La puissance utile