5 Méthode de calcul
Les calculs de dimensionnement des circuits de bouclage sont menés en considérant qu'il n'y a pas de puisage.
Pour conserver une marge de sécurité avec le fonctionnement réel, ces calculs de dimensionnement doivent se fixer comme objectif une température de l'eau supérieure à 50 °C en tout point du système de distribution, à l'exception des tubes finaux d'alimentation des points de puisage.
Les documents de calcul précisent explicitement que les températures résultantes doivent être abaissées à la mise en service et en exploitation afin d'optimiser la performance énergétique du réseau en fonction des limites réglementaires et des conditions réelles d'utilisation.
5.1 Définitions et symboles
Pour les besoins du présent document, les symboles et définitions utilisés sont précisés dans le Tableau 1.
 : Règles de calcul des installations de plomberie sanitaire et d'eaux pluviales/NF DTU 60.11 P1-2 (août 2013)/image/tab_AESQ_1_1.png)
Tableau 1 Symboles et définitions
5.2 Pertes thermiques
Pour un réseau comprenant n boucles, le tronçon 1 désigne la partie du collecteur située entre la production d'eau chaude sanitaire et le piquage de la première boucle et le tronçon i désigne la partie de collecteur située entre les piquages de boucle i-1 et i.
Qcol,a,i désigne la perte thermique du tronçon i du collecteur aller
Qbou,a,i désigne la perte thermique de la boucle aller i
La perte thermique aller est définie par :  : Règles de calcul des installations de plomberie sanitaire et d'eaux pluviales/NF DTU 60.11 P1-2 (août 2013)/image/for_AESQ_1_1.png)
Qcol,r,i désigne la perte thermique du tronçon i du collecteur retour
Qbou,r,i désigne la perte thermique de la boucle retour i
la perte thermique retour est définie par  : Règles de calcul des installations de plomberie sanitaire et d'eaux pluviales/NF DTU 60.11 P1-2 (août 2013)/image/for_AESQ_1_2.png)
5.3 Formules utilisées
5.3.1 Coefficient de transfert thermique linéaire d'une canalisation isolée
 : Règles de calcul des installations de plomberie sanitaire et d'eaux pluviales/NF DTU 60.11 P1-2 (août 2013)/image/for_AESQ_1_3.png)
Par défaut he vaut 10 W/(m2·K).
5.3.2 Perte thermique de la canalisation
 : Règles de calcul des installations de plomberie sanitaire et d'eaux pluviales/NF DTU 60.11 P1-2 (août 2013)/image/for_AESQ_1_4.png)
5.3.3 Chute de température dans la canalisation
 : Règles de calcul des installations de plomberie sanitaire et d'eaux pluviales/NF DTU 60.11 P1-2 (août 2013)/image/for_AESQ_1_5.png)
Avec :
ρ : masse volumique de l'eau (1 000 kg/m3)
c : capacité thermique massique de l'eau (4 180 J/kg.K, soit encore 1,16 Wh/kg.K)
 : Règles de calcul des installations de plomberie sanitaire et d'eaux pluviales/NF DTU 60.11 P1-2 (août 2013)/image/for_AESQ_1_6.png)
5.3.4 Pertes de charge des canalisations
 : Règles de calcul des installations de plomberie sanitaire et d'eaux pluviales/NF DTU 60.11 P1-2 (août 2013)/image/for_AESQ_1_7.png)
Avec le coefficient de perte de charge donné par la formule de Colebrook :  : Règles de calcul des installations de plomberie sanitaire et d'eaux pluviales/NF DTU 60.11 P1-2 (août 2013)/image/for_AESQ_1_8.png)
Avec :
Re : nombre de Reynolds
ε : indice de rugosité des parois
5.4 Dimensionnement
La méthode décrite ci-après est un exemple de déroulement de calcul.
5.4.1 Réseau aller
Les composants du réseau aller (collecteur aller et canalisations aller du bouclage) sont calculés selon les prescriptions du NF DTU 60.11 P1-1.
Les pertes thermiques de chaque tronçon du réseau aller sont calculées à l'aide des équations (1) et (2). La perte thermique totale du réseau aller est Qaller.
5.4.2 Débits des boucles
On considère que la chute de température de chaque boucle est égale à la moitié de la chute de température de calcul choisie Δθe,cal : c'est l'hypothèse de départ du calcul itératif.
On considère également que le diamètre de la canalisation de retour est le diamètre minimum indiqué au 4.2.
Les pertes thermiques des retours de boucles sont calculées à l'aide des équations (1) et (2).
Le débit de chaque boucle qbou,i se calcule à l'aide de la formule suivante :  : Règles de calcul des installations de plomberie sanitaire et d'eaux pluviales/NF DTU 60.11 P1-2 (août 2013)/image/for_AESQ_1_9.png)
5.4.3 Diamètres de retour des boucles
La vitesse de circulation dans les retours de boucle est calculée à partir du débit de chaque boucle et de l'hypothèse prise sur le diamètre au 5.4.2.
Si la vitesse dans le retour de la boucle est comprise entre 0,2 et 0,5 m/s, l'hypothèse est validée.
Si cette vitesse est inférieure à 0,2 m/s, on calcule le débit de la boucle en considérant que la vitesse dans le retour est de 0,2 m/s.
Si cette vitesse est supérieure à 0,5 m/s, on refait le calcul du 5.4.2 en prenant un diamètre supérieur à l'hypothèse de départ.
Si le calcul conduit à un diamètre de retour supérieur au diamètre du tronçon aller, revoir la conception des boucles.
5.4.4 Débit total de bouclage
Le débit total de bouclage qtotal est égal à la somme du débit de chaque boucle.
5.4.5 Collecteur
Le débit de chaque tronçon de collecteur est calculé comme suit :  : Règles de calcul des installations de plomberie sanitaire et d'eaux pluviales/NF DTU 60.11 P1-2 (août 2013)/image/for_AESQ_1_10.png)
5.4.6 Diamètre collecteur retour
Le diamètre des tronçons du collecteur retour est choisi à partir des débits précédents de manière à ce que la vitesse soit inférieure à 1 m/s.
Si le calcul conduit à un diamètre de retour supérieur au diamètre du collecteur aller, revoir la conception du réseau.
5.4.7 Pertes thermiques du collecteur retour
Les pertes thermiques de chaque tronçon du collecteur retour sont calculées à l'aide des équations (1) et (2).
5.4.8 Chute de température maximale
Déterminer l'endroit du collecteur retour où la température de l'eau est la plus basse.
La chute de température maximale (Δθe, max) est égale à la différence entre la température à la sortie de la production et cette température la plus basse.
Si la chute de température maximale est supérieure à la chute de température de calcul, reprendre le calcul en 5.4.2 en prenant par exemple comme hypothèse une chute de température dans les boucles situées en amont égale à la chute de température précédemment prévue divisée par Δθemax./Δθe,cal..
Si la température la plus basse se trouve sur le tronçon i du collecteur retour (voir 5.2), les boucles situées en amont de ce tronçon sont les colonnes i à n, n étant la dernière boucle.
Lorsque la chute de température maximale est inférieure à la chute de température de calcul, valider les hypothèses choisies.
5.4.9 Calcul de la perte de charge du réseau le plus défavorisé
Les pertes de charge sont calculées à l'aide de la formule de Colebrook ou de l'abaque de la Figure 3. En l'absence de calcul des pertes de charge singulières, la perte de charge calculée est majorée d'environ 10 %.
L'organe de réglage de la boucle du circuit le plus défavorisé (celui qui a la perte de charge la plus importante) est généralement en position grand ouvert.
5.4.10 Calcul des pertes de charge à ajouter sur les autres boucles
Les pertes de charge calculées doivent correspondre à une ouverture de l'organe d'équilibrage située dans sa zone de fonctionnement. Cette ouverture doit correspondre à un passage de l'eau d'au moins 1 mm.
Le nombre de tour correspondant à ce passage est précisé en principe dans la notice du fabricant.
5.4.11 Calcul de la hauteur manométrique de la pompe
La hauteur manométrique de la pompe prend en compte :
la perte de charge du circuit le plus défavorisé ;
la perte de charge du générateur ;
les pertes de charge singulières, en particulier celle du clapet anti retour en aval de la pompe.
Le circuit de bouclage est calculé en considérant qu'il n'y a pas de puisages. Lors de puisages, le fonctionnement hydraulique est fortement perturbé jusqu'à provoquer des annulations voire des inversions de débit. Ceci est d'autant plus probable que la perte de charge du générateur est importante (cas des échangeurs à plaques). Dans ce cas, il peut être nécessaire de faire des simulations en étudiant par exemple à partir de quel débit de puisage obtient-on une annulation de circulation dans la pompe.
 : Règles de calcul des installations de plomberie sanitaire et d'eaux pluviales/NF DTU 60.11 P1-2 (août 2013)/image/tab_AESQ_1_2.png)
Tableau 2 Déroulement du calcul
5.5 Calcul simplifié des pertes de charge
Pertes de charge des canalisations :  : Règles de calcul des installations de plomberie sanitaire et d'eaux pluviales/NF DTU 60.11 P1-2 (août 2013)/image/for_AESQ_1_11.png)
Avec Λ donné par la formule de Colebrook :  : Règles de calcul des installations de plomberie sanitaire et d'eaux pluviales/NF DTU 60.11 P1-2 (août 2013)/image/for_AESQ_1_12.png)
Re = nombre de Reynolds
ε = indice de rugosité des parois en m
En prenant comme hypothèse une rugosité de 0,0001 m indépendante du matériau de la canalisation pour prendre en compte les dépôts se formant sur la paroi après quelques mois d'utilisation, la perte de charge par mètre de canalisation d'eau chaude peut être approchée par les formules suivantes :  : Règles de calcul des installations de plomberie sanitaire et d'eaux pluviales/NF DTU 60.11 P1-2 (août 2013)/image/for_AESQ_1_13.png)
J en Pa/m
D en m
V en m/s
Si l'on exprime D en mm et J en mCE/m, cette équation devient :  : Règles de calcul des installations de plomberie sanitaire et d'eaux pluviales/NF DTU 60.11 P1-2 (août 2013)/image/for_AESQ_1_14.png)
L'abaque de la Figure 3 permet de déterminer graphiquement ces valeurs.
 : Règles de calcul des installations de plomberie sanitaire et d'eaux pluviales/NF DTU 60.11 P1-2 (août 2013)/image/fig_AESQ_1_3.png)
Figure 3 Abaque pour le calcul des conduites d'eau chaude