Le système en cascade est idéal pour une demande de chaleur qui change rapidement

La modulation en continu permet des solutions personnalisées

Un système en cascade est un système où plusieurs appareils de chauffage sont connectés en parallèle, ce qui permet de mieux répondre à une demande de chaleur qui change constamment. C'est en partie pour cette raison que ce genre de système est de plus en plus utilisé dans les grands bâtiments (utilitaires) et les projets de rénovation. Les avantages sont nombreux et en général, l'investissement est rapidement rentabilisé par la facture énergétique. En raison de la demande croissante de (plus) grandes capacités, les fabricants travaillent constamment à l'amélioration de l'équipement de chauffage proprement dit et des accessoires associés tels que les conduites de gaz et les raccords hydrauliques.

principe de fonctionnement

La mise à température d'un bâtiment nécessite une grande quantité d'énergie de la part du système de chauffage si bien que la demande de chaleur peut être longue à satisfaire. Une solution est un système en cascade, où plusieurs chaudières ou pompes à chaleur (voir encadré) sont connectées en parallèle. Cela permet d'atteindre des puissances allant de 100 à 800 kW. Concrètement, cela signifie qu'il faut fournir 500 kW à un bâtiment (résidentiel), on a le choix entre une chaudière de 500 kW ou une cascade de, par exemple, cinq unités de 100 kW. D'autres chaudières s'enclenchent lorsque la demande de chaleur augmente: lorsque la chaudière 1 fournit la puissance maximale, la chaudière 2 vient s'ajouter, et ainsi de suite. Mais cela n'arrive que lorsque la demande de capacité de la première chaudière est de 100%. Ainsi, un système en cascade peut répondre rapidement à des besoins de chauffage qui ne cessent de changer. 

le contrôle

Les principaux composants de la cascade sont: l'alimentation/le retour, les distributeurs, les pompes et les conduites de gaz. Tout cela est commandé par le régulateur de cascade, qui veille à ce que la température soit adaptée aux conditions. Ce contrôleur enregistre la température intérieure par le biais d'un thermostat et la température extérieure à l'aide de valeurs de capteurs. Sur base de ces données, l'appareil calcule la demande de chaleur et donc la température d'alimentation souhaitée. Cette 'inversion de séquence' garantit que le nombre d'heures de fonctionnement de chaque chaudière est uniformément réparti. Cela s'applique aussi bien au nombre d'heures de combustion pour le chauffage que pour l'eau chaude. En outre, un appareil est également désigné 'responsable' de la préparation de l'eau du robinet à des températures plus élevées, grâce à une connexion à un chauffe-eau. Cela évite à l'ensemble de l'installation de fournir une ligne de chauffe élevée pour une demande de chaleur peut-être beaucoup plus faible. L'installateur peut ajuster l'installation en fonction de la demande du client.

 

Avantages

La cascade est considérée comme une alternative aux appareils de haute capacité, car la disposition en parallèle peut généralement fournir la puissance requise de manière plus précise. Les avantages sont donc évidents:

• Il est possible de répondre efficacement à une demande de chaleur en constante évolution (la modulation variable en continu permet de faire du sur-mesure);
• une grande fiabilité opérationnelle: il y a toujours une solution de secours en cas de panne ou de maintenance;
• un système compact (peu encombrant), qui offre également plus d'espace pour les activités d'installation et/ou de maintenance;
• Une régulation par zone est possible, ce qui permet de régler la température individuellement dans des zones distinctes;
• charge uniforme, donc (plus) longue durée de vie.

Dans l'industrie (de transformation), on préfère généralement un appareil de grande capacité en raison de la combinaison nécessaire de températures d'alimentation élevées et d'un grand nombre d'heures de fonctionnement.

Application

Un système en cascade convient aux bâtiments d'entreprise, aux écoles et aux complexes d'appartements, mais aussi aux petits bâtiments utilitaires et aux immeubles résidentiels à plusieurs étages où le local technique est petit ou difficile d'accès. Les conditions préalables sont le nombre requis de chaudières - c'est-à-dire la puissance requise du système - et une correspondance correcte entre les dimensions de la cascade et celles du local d'installation.

Une cascade offre également une solution lors de la rénovation d'un système existant. Les grosses chaudières s'enclenchent brièvement lorsqu'il y a une faible demande, puis s'éteignent à nouveau rapidement, ce qui entraîne des pertes au démarrage et à l'arrêt qui n'existent pas avec un système en cascade. De même, le réglage des radiateurs permet de réaliser des économies considérables. L'investissement est donc rapidement rentabilisé car des économies considérables peuvent être réalisées sur la consommation d'énergie. En outre, on y gagne également au niveau du climat et du confort, lesquels sont améliorés à l'intérieur du bâtiment.

Les grosses chaudières s'enclenchent brièvement lorsqu'il y a une faible demande, puis s'éteignent à nouveau rapidement, ce qui entraîne des pertes au démarrage et à l'arrêt qui n'existent pas avec un système en cascade

Installation

Un système en cascade est toujours livré prêt à l'emploi, avec les connexions au cadre, les connexions au chauffage central, le distributeur ouvert et les pièces d'isolation. Il existe plusieurs possibilités d'installation: dos à dos, en ligne ou en angle ; cette dernière variante permet notamment de gagner de la place dans la chaufferie. Les points d'attention importants sont le local d'installation - pour plus de 130 kW, il doit répondre aux exigences de la norme NEN 3028 -,  le diamètre correct des accessoires et le déroulement correct de l'évacuation des gaz de combustion.

Pour les installations de chaudières, de radiateurs et de capteurs solaires où le débit doit être réparti uniformément, on utilise souvent le système dit de Tichelmann, également appelé système à retour inversé. Dans ce cas, la différence de pression entre le tuyau d'alimentation et le tuyau de retour est la même à n'importe quel embranchement, car tous les éléments connectés du circuit ont la même résistance.

POMPES À CHALEUR EN CASCADE

Les pompes à chaleur peuvent également être configurées en cascade, avec ou sans régulateur.

Une cascade sans régulateur a deux options de contrôle. Soit toutes les pompes à chaleur sont réglées sur le même point de consigne, et lorsqu'il y a une demande de chaleur, elles s'enclenchent toutes en même temps. Leurs propres commandes inverter internes calculent ensuite la température de départ sur base de la température extérieure. Dès que le réservoir tampon est suffisamment réchauffé, les pompes à chaleur s'arrêtent simultanément. Dans une deuxième option, le point de consigne de la ligne de chauffe diffère légèrement pour chaque pompe à chaleur. Lorsque la température extérieure baisse, une pompe à chaleur vient s'ajouter. La pompe à chaleur qui démarre est celle qui tourne le plus et la pompe à chaleur qui démarre en dernier est celle qui fonctionne le moins. 

Dans une cascade avec régulateur, la première pompe à chaleur démarre, suivie le plus rapidement possible par une deuxième pompe à chaleur. Le contrôleur surveille le nombre d'heures de fonctionnement de chaque pompe à chaleur (vieillissement uniforme).

Mise en service

Avant la mise en service, divers paramètres doivent être réglés pour que le système fonctionne comme une 'unité'. Pensons par exemple à la répartition des rôles entre le 'master' et le 'slave'. Normalement, l'installation mécanique d'une cascade se déroule selon un plan fixe, étape par étape:

• montage du cadre;
• montage de la conduite centrale de gaz;
• fixation des chaudières sur le châssis;
• montage des groupes hydrauliques et des ensembles de raccordement;
• montage du collecteur ouvert;
• répartition des rôles maître/esclave;
• raccordement des tuyaux d'alimentation en gaz de combustion et en air;
• programmation des paramètres dans le logiciel de chaque chaudière;
• mise en service de la cascade.

Diamètres

La demande de capacités plus élevées augmente (également) dans les montages en cascade. Les fabricants travaillent donc à l'adaptation et à l'amélioration de la gamme de produits. Cela vaut non seulement pour les chaudières et/ou les pompes à chaleur mais aussi pour les accessoires tels que les conduites de gaz, les raccords hydrauliques et le revêtement des conduites d'évacuation des gaz de fumées. Plus il y a de chaudières connectées, plus il faut évacuer de gaz, de chaleur et de fumée, ce qui nécessite des ajustements des conduites de gaz, de l'hydraulique et des conduits de fumée. Cela ne signifie pas pour autant que toute la gamme doit être modifiée. Elle concerne principalement les diamètres des différents composants. Pour les conduites de gaz, cela signifie un passage de DN 50 à DN 80 et pour l'hydraulique de DN 65 à DN 100.

Maintenance

L'entretien d'un système en cascade, comme de toute autre installation, est d'une grande importance, non seulement en vue de maintenir le fonctionnement, la durée de vie et la consommation de gaz, mais aussi en vue du confort souhaité. Le réglage correct des différents composants permet également de réduire les émissions de CO₂, de NOx et d'autres composés nocifs.

Les chaudières dont la puissance nominale combinée est supérieure à 70 kW et qui sont installées dans une seule et même chaufferie doivent subir un contrôle au moins une fois tous les 2 ans. Le contrôleur qui effectue l'inspection périodique (IP) peut donner des conseils d'entretien mais ceux-ci ne sont pas contraignants: le propriétaire de l'installation détermine lui-même s'il souhaite les appliquer ou non. 

Merci à Atag, Mitsubishi Electric, Remeha, Vaillant