Transposition des objectifs de l’ingénierie système de la théorie à la pratique
Exemple de problème n° 1 – Entartrage sur production ECS de type 1* :
*Type 1 : Production instantanée – Echangeur à plaques – Vanne gaz électromécanique (basse température) – Primaire cuivre mural contenance inférieure à 1,5 L
I – Présentation théorique de la méthode diagnostique
1°- Recueillir l’ensemble des symptômes apportés par l’usager – Ceux-ci devront être conservés par écrit et archivés – On parle de symptômes fonctionnels subjectifs.
2°- Préciser les éléments caractéristiques du cas rencontré
3°- Relever par écrit les signes (« cliniques ») sur le système qui auront été observés lors d’examens visuels, de mesures et d’analyses – On parle de signes physiques objectifs.
4°- Poser (établir) le DIAGNOSTIC
5°- Réaliser les travaux de réparation, de remplacement ou d’adaptation on parlera d’intervention physique
6°- Editer une synthèse détaillée et précise du cas rencontré ainsi que du suivi des résultats obtenu à moyen et (ou) long terme après l’intervention physique.
II – Présentation pratique de la méthode diagnostique
1°- Symptômes fonctionnels subjectifs apportés par l’usager
– L’usager se plaint d’un écoulement anormalement faible observer à l’ensemble des points puisages (évier, lavabo, douche) lors de puisage Eau Chaude Sanitaire (ECS).
A ce niveau il s’agit de faire bien attention car l’usager peut aussi bien employé le terme débit ou pression pour qualifier l’écoulement faible, il est même quelques fois employé l’expression : « Je n’ai plus d’eau chaude ». Le débit ou la pression se mesurent ils font donc partie des signes objectifs alors que l’écoulement est purement visuel il fait partie des symptômes subjectifs.
– L’écoulement observé sur l’Eau Froide Sanitaire (EFS) reste inchangé et ne présente aucun problème.
– La température de l’ECS reste chaude et ne pose pas de problème, elle n’est ni tiède, ni froide.
Nous admettrons que la chaleur est bien une grandeur mesurable car s’est en fait la quantité d’énergie mise en jeu lors d’un transfert énergétique, la chaleur d’un corps étant mesurée objectivement par la variation ou non de la température il s’agit donc d’un signe objectif. Alors que le chaud, le tiède ou le froid sont considérés comme des ordres de grandeurs subjectifs il s’agit donc de symptômes qui n’ont pas la même fiabilité que les signes objectifs mesurables ou non.
2°- Eléments caractéristiques du cas rencontré
– Chaudière Idra micro 5024 cheminée
– Puissance nominale de la chaudière : 24,1 kW (page 6 du cahier constructeur)
– Puissance thermique minimale de la chaudière en chauffage : 8,7 kW (page 6 du cahier constructeur)
– Chaudière située à moins de 5 mètres du point de puisage sur le plan horizontal
– Usager dans les lieux depuis environ 5 ans
– Problème apparut en hiver (19 février 2020)
– Appartement situé au second étage (cuisine)
3°- Signes physiques objectifs relevés
a) Examen visuel
– L’ensemble des mesures se font à l’évier situé au second étage sur une robinetterie mitigeur récente (moins d’un an). L’évier et la chaudière sont au même étage et situé à moins de 5 mètres de distance l’un de l’autre.
– Aquastat sanitaire chaudière placé sur la graduation maximale c’est-à-dire sur 9
– La vanne d’Entrée EFS sous la chaudière semble ouverte complètement. Il n’y a pas de vanne d’arrêt Départ ECS sous la chaudière.
b) Mesures
– Pression statique ECS = 1,9 bar
– Pression statique EFS = 1,9 bar
– Débit maxi ECS = 3,2 Litres / minute à mon appareil
– Débit maxi EFS = 8,1 Litres / minute à mon appareil
– Mesure de la T°C EFS après 2 minutes = 9,6°C
– Mesure de la T°C moyenne de l’EC* = 43,2°C sur 9 minutes 18 secondes de puisage
– Mesure de la T°C moyenne de l’ECS* = 42,2°C sur 10 minutes de puisage
– T°C moyenne du Départ Primaire = 81,5°C pendant le puisage ECS
– T°C moyenne du Retour Primaire = 70,8°C pendant le puisage ECS
– ∆T moyen au primaire = 10,7°K
– T°C Départ Primaire maximale = 96,2°C pendant le puisage ECS
– T°C Retour Primaire maximale = 81,1°C pendant le puisage ECS
* EC : Eau Chaude avec T°C eau ≥ 42°C / * ECS = Eau Chaude Sanitaire T°C eau pendant toute la durée du puisage.
c) Analyses
1) Analyse d’ordre générale : T°C théorique et réelle atteinte sur l’Eau Chaude (EC*)
A la lecture du tracé graphique de la pression amont au bloc gaz avant le remplacement de l’échangeur sanitaire, la forme du tracé en créneaux laisse supposer que la chaudière ne module pas en production ECS de plus le temps de fonctionnement du brûleur étant en général inférieur à 20 secondes il semble bien que le brûleur n’a effectivement pas le temps de moduler. Il semble donc maladroit en première intention de comparer la T°C ECS moyenne mesurée réellement à la T°C calculée si la chaudière se place en modulation à puissance mini en production ECS.
Par contre après remplacement de l’échangeur sanitaire le tracé de la pression amont au gaz montre bien qu’il y a modulation du brûleur.
2) Analyse des tracés : Puisage ECS et variations des pressions gaz
– Manomètre 870 : Pression Amont au bloc gaz
– Manomètre 577 : Pression Aval au bloc gaz
– Manomètre 761 : Pression Aval à la rampe
Analyse des tracés de la température Départ / Retour Chauffage
– Pince 625 : Température Départ Chauffage
– Pince 754 : Température Retour Chauffage
Tracés graphiques 1 – T°C Départ / Retour Primaire en fonction de la T°C de puisage ECS avant remplacement de l’échangeur sanitaire
– L’allure des tracés de la T°C Départ / Retour Primaire se présente en dents de scie
– L’allure du tracé T°C ECS au puisage se présente en dents de scie
– T°C puisage ECS (jaune) < T°C Retour Primaire (bleu) – L’écart thermique est > 15°K
– ∆T moyen T°C Départ et Retour Primaire = 10,7°K (T°C Départ Primaire moyen = 81,5°C – T°C Retour Primaire moyen = 70,8°C) pendant le puisage ECS
– Intervalle de temps entre chaque pics thermiques T°C Départ Primaire sont d’environ 35 secondes (+/- 2 secondes) pendant le puisage ECS
– Le pic thermique maxi sur Départ Primaire = 96,2°C
Tracé graphique 2 – Pression amont au bloc gaz en fonction de la T°C de puisage ECS avant remplacement de l’échangeur sanitaire
– L’allure du tracé de la pression Amont au bloc gaz se présente sous la forme de 16 créneaux puis vers la fin du puisage ECS il se produit une déformation du tracé sur les 6 derniers motifs. Cette déformation semble être liée à une dégradation de l’organe de détente situé en amont du compteur gaz, celui-ci peut présenter de manière ponctuelle et aléatoire une instabilité de régulation dans le temps.
– Le temps d’inter-allumage brûleur pendant le puisage ECS est d’environ 17 secondes (+/- 2 secondes)
– Il est à noter que cette chaudière ne semble pas moduler en puisage ECS le tracé montre un fonctionnement de la vanne gaz en puisage ECS en mode tout ou rien avec une forme générale du tracé en créneaux. Si il n’y a pas de modulations observable en production ECS la chaudière ne peut donc pas travailler à puissance mini en production ECS.
– Après remplacement de l’échangeur sanitaire on se rend compte à la lecture du tracé de la pression amont au bloc gaz que celui-ci module cependant dans le cas d’un échangeur sanitaire entartré il semble ne pas avoir le temps de moduler. En effet le brûleur fonctionne moins de 20 secondes en général.
Tracés graphiques 3 – Température Départ / Retour Chauffage* sous la chaudière – Contrôle d’étanchéité de la vanne trois voies
* Il faut entendre ici par température Retour Chauffage (RC) la température prise à la sortie du tube sous la chaudière en direction du réseau des radiateurs à la différence de la température Retour Primaire (RP) c’est à dire la température prise sur le tube situé directement à la sortie de l’échangeur primaire ou corps de chauffe.
De manière générale on admet : T°C DP > T°C DC
– L’allure du tracé de la T°C Départ Chauffage montre une variation thermique d’environ 8°C (Pic thermique : 35°C – Initialement : 27°C ).
– L’allure du tracé de T°C Retour Chauffage montre tout d’abord une légère variation thermique d’environ 2°C à 3°C puis un plateau et enfin une décroissance thermique.
4°- Poser le diagnostic
a) Observation des symptômes
Sur une production ECS de type 1*, le symptôme d’un écoulement maxi ECS anormalement faible doit nous orienter en première intention sur un possible entartrage de l’échangeur sanitaire. Afin de confirmer cette hypothèse il est nécessaire de contrôler les signes ainsi que de réaliser les analyses suivantes permettant de poser le diagnostic.
*Type 1 : Production instantanée – Echangeur à plaques – Vanne gaz électromécanique (basse température) – Primaire cuivre mural contenance inférieure à 1,5 L
b) Interprétation des signes
– Vannes d’eau froide sanitaire (EFS) complètement ouvertes en particulier vanne d’arrêt générale ou vanne de barrage en amont du compteur eau froide, vanne d’isolement d’entrée d’eau froide sous la chaudière et vanne d’isolement de sortie d’eau chaude sanitaire le cas échéant située également sous la chaudière. Sous réserves qu’il n’existe pas de vannes d’arrêts sanitaires alimentant exclusivement la chaudière (EFS) ou partant de la chaudière (ECS) qui seraient encastrées ou non directement visibles présentant une défectuosité (réduction anormal de la section de passage par exemple).
– Aquastat ou potentiomètre de la température ECS de la chaudière sera positionné sur sa pleine échelle ou à son maximum à savoir dans ce cas 9
– Pression statique sanitaire EFS ≥ 1,5 bar
–> Une pression statique sur EFS ≤ 1 bar doit nous orienter le cas échéant sur la présence possible d’un réducteur de pression sanitaire sur EFS défectueux, d’un filtre bobiné sur EFS fortement encrassé ou même sur la rupture possible d’une canalisation ou d’un problème sur le réseau situé en amont du compteur EFS (contacter la société des eaux dès lors que votre Pression statique sur EFS ≤ 1 bar afin de l’en informer)
– Débit maxi ECS = 3,2 L / min
–> Débit maxi ECS ≤ 5 L / min est considéré comme anormalement faible et donc le risque d’entartrage majeur peut être envisagé
– Débit maxi EFS = 8,1 L / min
–> Si Débit maxi EFS < 6 L / min rapprocher ceci à la pression statique sur EFS. Si Pression statique EFS ≤ 1 bar s’orienter sur un problème d’accessoires ou de réseau sanitaire amont
– T°C EFS après 2 minutes de puisage = 9,6°C
–> T°C EFS ≥ 15°C peut perturber la pose du diagnostic d’entartrage elle peut masquer la réalité d’un entartrage avancé. Pour cette raison la pose d’un diagnostic d’entartrage avec T°C EFS ≤ 10°C est nettement plus fiable.
– T°C moyenne Eau Chaude (EC) = 42,2°C
–> Une distance chaudière / point de puisage > 10 mètres pourra avoir comme conséquence de réduire encore plus la T°C de l’ECS au point de puisage si celle-ci est déjà faible. Pour cela réaliser une prise de mesure de la T°C sur ECS départ chaudière directement sous la chaudière (Production ECS) et la T°C au point de puisage éloigné. La différence entre ces deux T°C permettra d’évaluer l’influence de la distance entre le point de production (chaudière) et le point de puisage (robinet).
– T°C moyenne du Départ Primaire = 81,5°C pendant le puisage ECS
– T°C moyenne du Retour Primaire = 70,8°C pendant le puisage ECS
– T°C moyenne ECS (42,2°C) < T°C Retour Primaire (81,1°C) avec ∆ = (- 38,9°K)
–> Un ∆ thermique négatif de (- 1°K) à (- 2°K) peut être toléré sous certaines conditions restante à définir
–> Un ∆ thermique négatif < (- 2°K) sera considéré comme un facteur allant dans le sens du diagnostic d’entartrage
– Une surveillance des tracés pendant le puisage montrera une anomalie si la courbe de l’ECS se situe en dessous de plus de 2°C de la courbe Retour Primaire.
–> Si l’on souhaite contrôler ces courbes en temps réel pendant le puisage il est possible de placer 5 pinces testo 115i avec 2 pinces thermiques 115i sur le Départ Primaire + 2 pinces thermiques 115i sur le Départ Chauffage + 1 pince thermique 115i dont le capteur CTN sera délogé et plongé directement dans l’ECS de puisage. Ainsi les tracés sont immédiatement exploitables.
– ∆T moyen au primaire = 10,7°K
–> ∆T moyen au primaire < 20°K est un facteur qui valide un mauvais échange thermique ce mauvais échange thermique pouvant être lié entre autre à un entartrage de l’échangeur sanitaire mais pas uniquement.
–> Plus le ∆T moyen au primaire est élevé plus l’échange thermique est optimal
– Le tracé graphique 3 montre que la vanne trois voies est stable. De manière générale une vanne trois voies peut être considérée comme :
–> Etanche : Départ / Retour Chauffage pratiquement linéaire ou présentant une décroissance thermique
–> Stable : Départ Chauffage linéaire ou présentant une légère croissance thermique ≤ 20°C par rapport à sa T°C en début de puisage ECS et un Retour Chauffage linéaire ou décroissant
–> Instable : Départ Chauffage présentant une croissance thermique comprise entre 20°C et 30 °C par rapport à sa T°C en début de puisage ECS et un Retour Chauffage linéaire ou décroissant
–> Passante : Départ Chauffage présentant une croissance thermique > 30°C avec un Retour Chauffage également croissant
Ajout complémentaire le : 10/07/2020 et ajouté sur le site : dans la pratique terrain je parle de vanne étanche, passante ou fuyarde.
– Quand cela est possible une comparaison du débit de puisage ECS affiché à la chaudière avec le débit de puisage réellement mesuré au point de puisage pourra être réalisé ceci devra permettre de contrôler si il n’y a pas une trop grande dérive entre le capteur de débit de la chaudière et le capteur de débit utilisé comme référence. Il est toléré en première intention une dérive maximale de 1,5 L / min au-delà une investigation plus poussée devra être engagée. Dans le cas présent à la lecture de la notice du constructeur il n’est pas prévu de lecture possible du paramètre de débit ECS à la chaudière.
–> Sur certains modèle de chaudière (en particulier certaines chaudières de la marque Sauner Duval comme la Théma plus ou l’Isosplit) le détecteur de débit lorsqu’il est fortement déviant (dérive > 1,5 L / min) peut être le signe d’une échangeur sanitaire entartré.
– Quand cela est possible une comparaison utile pourra être réalisée entre la T°C Départ Primaire ainsi que la T°C départ ECS affichée à la chaudière avec les T°C affichées sur un appareils de référence à savoir le 735-2. Il est toléré en première intention un écart comprit entre 1°C à 3°C au-delà une investigation plus poussée devra être réalisée.
– La forme en dents de scie du tracé T°C Départ / Retour Primaire (tracés rouge et bleu) ainsi que du tracé de la T°C du puisage Eau Chaude Sanitaire (ECS) (tracé jaune) nous indique que le débit maxi du puisage ECS est anormalement faible sur ce type de production ECS mais également du fait que le brûleur ne module pas en production ECS. De plus ceci nous indique que l’échange thermique au niveau de l’échangeur sanitaire ne se fait pas normalement ceci est confirmé par le ∆T moyen au primaire c’est-à-dire la différence entre la T°C moyenne Départ Primaire et la T°C moyenne Retour Primaire, celui-ci est trop faible.
–> Attention nous pouvons retrouver ce type de tracé caractéristique en dents de scie sur des appareils non entartré avec une vanne gaz modulante en production ECS mais dont le débit mini de soutirage de l’ECS est ≤ 2 L / min. En dessous de 1,5 L / min de débit il est fort probable que le brûleur reste à l’arrêt (le débit seuil de la chaudière Isosplit selon la notice constructeur est de 1 L / min).
– La forme en créneaux du tracé de la pression amont au bloc nous indique que le brûleur est en inter-allumages multiples ceci vient corréler la forme des tracés thermiques du puisage ECS ainsi que les tracés Départ / Retour Primaire. Ce tracé peut également servir de base à la démonstration de la bonne tenue de la vanne gaz s’agissant de sa puissance et de sa régulation potentielle (nous n’entrerons pas dans le détail pour ce cas). Temps d’inter-allumage court à savoir ≤ 30 secondes pendant le puisage de l’eau chaude (EC).
–> Dans notre cas le temps d’inter-allumage pendant le puisage est d’environ 17 secondes (+/- 2 secondes)
c) Etablissement du diagnostic
Note : contrairement au Pronostic qui repose sur une prévision imprécise, le Diagnostic repose sur une démarche analytique objective avec la mise en place d’un protocole précis.
Au vue des examens visuels, des mesures ainsi que des analyses exposés et détaillés ci-dessus le diagnostic pouvant être raisonnablement poser dans ce genre de problème est un entartrage majeur sans complications périphériques (pas de fuite observée au niveau de la vanne trois voies par exemple)
5°- Intervention physique : travaux de démontage
–> A l’observation des cavités internes de l’échangeur sanitaire on peut confirmer avant le remplacement de cet échangeur que celui-ci présente un entartrage qualifié de majeur (Photo 1)
Photo 1 – Echangeur sanitaire à plaques présentant un entartrage majeur
Nous pouvons définir quatre niveaux d’entartrage :
– Niveau 1 : Entartrage mineur : Débit ECS = Débit sans entartrage ou proche du débit EFS*
* Sans la présence d’un réducteur de pression défectueux
– Niveau 2 : Entartrage avancé : Débit ECS ≥ 5 L / min
– Niveau 3 : Entartrage majeur : Débit ECS < 5 L / min
– Niveau 4 : Entartrage ultime : Débit ECS < 2 L / min
Note complémentaire du : 10/07/2020 – Cette démarche définissant « à l’aveugle » le niveau d’entartrage uniquement en mesurant le débit ECS me semble trop hasardeuse. Une autre approche avec d’autres valeurs guides est présenté dans : Check-liste – Echangeur à plaques entartré. Document interne à l’entreprise.
6° – Suivi des résultats – Résumé comparatif avant / après travaux de remplacement
Eléments relevés avant remplacement de l’échangeur sanitaire
– Ecoulement anormalement faible observé sur ECS
– Ecoulement normal observé sur EFS
– Toutes les vannes d’arrêts sanitaires (EFS + ECS) sont ouvertes complètement
– Potentiomètre ECS placé sur 9 (soit pleine échelle)
– Pression statique sur EFS et ECS = 1,9 bar
– Débit maxi ECS = 3,2 L / min
– Débit maxi EFS = 8,1 L / min
– T°C EFS après 2 minutes de puisage = 9,6°C
– T°C moyenne de l’EC* = 43,2°C sur 9 minutes 18 secondes de puisage
– T°C moyenne de l’ECS* = 42,2°C sur 10 minutes de puisage
– T°C moyenne du Départ Primaire = 81,5°C pendant le puisage ECS
– T°C moyenne du Retour Primaire = 70,8°C pendant le puisage ECS
– T°C ECS (42,2°C) < T°C Retour Primaire (70,8°C) = ∆ = (- 28,6°K)
Ceci ayant pour conséquence de placer le tracé ECS sous le tracé Retour Primaire
– ∆T moyen au primaire = 10,7°K
– T°C Départ Primaire maximale = 96,2°C pendant le puisage ECS
– T°C Retour Primaire maximale = 81,1°C pendant le puisage ECS (excepté les 10 premières secondes)
* EC : Eau Chaude si T°C eau ≥ 42°C / * ECS : Eau Chaude Sanitaire = T°C eau pendant toute la durée du puisage.
– Pic thermique maxi Départ Primaire = 96,2°C
– Tracé en dents de scie sur la T°C Départ / Retour Primaire pendant toute la durée du puisage EC
– Tracé en dents de scie sur la T°C Eau Chaude (EC) au puisage pendant tout la durée du puisage EC
Tracés graphiques 1 – T°C Départ / Retour Primaire en fonction de la T°C de puisage ECS avant remplacement de l’échangeur sanitaire
Tracé graphique 2 – Pression amont au bloc gaz en fonction de la T°C de puisage ECS avant remplacement de l’échangeur sanitaire
Tracés graphiques 3 – Température Départ / Retour Chauffage* sous la chaudière – Contrôle d’étanchéité de la vanne trois voies avant le remplacement de l’échangeur sanitaire
–> Vanne trois voies considérée comme stable
–> Inter-allumages récurrents avec une périodicité d’environ 17 secondes (+/- 2 secondes)
–> Le brûleur ne module pas au cours du puisage ECS il est en mode tout ou rien. Si il n’y a pas de modulation du brûleur en production ECS il semble peu probable que la chaudière puisse travailler à puissance mini.
Eléments relevés après remplacement de l’échangeur à plaques
– Ecoulement normal observé sur ECS
– Ecoulement normal observé sur EFS
– Toutes les vannes d’arrêts sanitaire (EFS + ECS) sont ouvertes complètement
– Potentiomètre placé sur 4 (sur un total de 9)
– Pression statique sur EFS et ECS = 1,9 bar
– Débit maxi ECS = 7 L / min
– Débit maxi EFS = 8,1 L / min
– T°C EFS après 2 minutes de puisage = 9,6°C
– T°C moyenne de l’EC* = 49,2°C sur 9 minutes 14 secondes de puisage
– T°C moyenne de l’ECS* = 48,2°C sur 10 minutes de puisage
– T°C moyenne du Départ Primaire = 75,7°C pendant le puisage ECS
– T°C moyenne du Retour Primaire = 47,0°C pendant le puisage ECS
– T°C ECS (48,2°C) > T°C Retour Primaire (47°C) = ∆ = (1,2°K)
Ceci ayant pour conséquence de placer le tracé ECS au-dessus du tracé Retour Primaire
– ∆T moyen au primaire = 28,7°K
– T°C Départ Primaire maximale = 80,5°C pendant le puisage ECS
– T°C Retour Primaire maximale = 49,3°C pendant le puisage ECS (excepté les 10 premières secondes)
* EC : Eau Chaude avec T°C eau ≥ 42°C / * ECS = Eau Chaude Sanitaire T°C eau pendant toute la durée du puisage.
– Pic thermique maxi Départ Primaire = 80,5°C
– ∆T réel (EC) = 33,6°K < ∆T théorique (EC) à puissance minimale = 38,8°K
– T°C réelle (EC) = 43,2°C < T°C théorique (EC) à puissance minimale = 48,4°C – ∆T = 5°K
– Tracé sur la T°C Départ / Retour Primaire pendant toute la durée du puisage EC ne présente plus de dents de scie
– Tracé sur la T°C Eau Chaude (EC) au puisage pendant tout la durée du puisage EC ne présente plus de dents scie
Tracés graphiques 1 – T°C Départ / Retour Primaire en fonction de la T°C de puisage ECS après remplacement de l’échangeur sanitaire
Tracés graphiques 3 – Température Départ / Retour Chauffage* sous la chaudière – Contrôle d’étanchéité de la vanne trois voies après remplacement de l’échangeur sanitaire
–> Vanne trois voies considérée comme étanche
Tracé graphique 2 – Pression amont au bloc gaz en fonction de la T°C de puisage ECS après remplacement de l’échangeur sanitaire
–> Aucun inter-allumages observés sur le tracé pendant toute la durée du puisage ECS
–> Le tracé montre qu’il y a bien modulation de brûleur à débit ECS maxi. Plus le débit ECS se réduit et plus le brûleur module à faible puissance. Notons également que le potentiomètre de réglage de la T°C ECS est inférieur à la moitié maximale de sa puissance thermique puisqu’il est sur 4 sur un total de 9 graduations.
Avec le potentiomètre de T°C ECS sur 3 la pression amont dynamique au bloc gaz passe à 24,98 mbar. Ceci montre bien que plus la T°C ECS demandée au potentiomètre de la chaudière est faible et plus le bloc gaz va chercher à travailler à puissance mini donc à augmenter sa pression amont dynamique au bloc gaz.