Efficacité énergétique des pompes et circulateurs

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Efficacité énergétique des pompes et circulateurs
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Efficacité énergétique
des pompes et circulateurs
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SOMMAIRE
1 - APPROCHE TECHNIQUE .......................................................................................... 3
1. Efficacité énergétique et l’importance du circulateur .................................................. 3
2. Variation de vitesse et pompe à débit variable .......................................................... 4
3. Technologie “Electronically Commuted Motor” ou ECM ............................................ 5
2 - FAQ............................................................................................................................. 6
3 - ASPECTS REGLEMENTAIRES ................................................................................. 8
1. Réglementation 2012 et les auxiliaires ...................................................................... 9
2. La nouvelle directive ErP (Energy related Products) obligatoire ! .............................. 9
4 - REGLES ET OUTILS DE CONCEPTION ET DE REALISATION ............................ 13
1. Comment réaliser 80% d’économies d’énergie sur la consommation des pompes . 13
2. Vitesse fixe contre vitesse variable .......................................................................... 14
3. Logiciel de calcul des économies réalisées ............................................................. 16
4. Coût global ou « Life Cycle Cost » (LCC) ................................................................ 16
5 - PRODUITS RECOMMANDES .................................................................................. 19
1. Circulateur haut rendement à technologie ECM - SIRIUX JR : jusqu’à 80%
d’économies ................................................................................................................... 19
2. Circulateur haut rendement communiquant – SIRIUX HOME ................................. 20
3. Brochure SIRIUX : jusqu’à 108 m3/h ....................................................................... 21
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1 - APPROCHE TECHNIQUE
1. Efficacité énergétique et l’importance du circulateur
Si les auxiliaires représentaient avant 10 à
15% de la consommation d'énergie d'une
construction, ce n'est plus le cas
aujourd'hui !
Nous construisons désormais des
constructions sur-isolées thermiquement,
protégées des charges thermiques,
préservées d'un éclairage énergivore,
équipées de ventilation avec récupérateur,
…, bref nous sommes dans la construction
et le bilan BBC soit basse consommation !
1°) Un débit adapté en permanence aux variations de besoins
Le mode de fonctionnement en continu des pompes et circulateurs, 24h/24, en débit
maximal pour des besoins qui 90% du temps sont en deçà du régime maxi, devient
donc une aberration en termes de conception, de réalisation, et d'exploitation.
Les premiers retours d'expérience des bâtiments BBC montrent que les bâtiments qui
ont fait le choix du débit fixe maxi, n'atteignent pas la performance de « 50
kWh(ep)/m².an ». La variation de débit qui suit en continu la courbe des besoins est une
quasi-obligation pour atteindre des niveaux de performance BBC et moins !
2°) Une technologie électronique embarquée !
Au-delà de la variation de vitesse, la technologie même des circulateurs évolue pour
une efficacité énergétique accrue. La Directive ErP impose à tous les équipements de
consommer moins (cf Aspects réglementaires).
La commutation électronique est à la base des caractéristiques de rendement
exceptionnels des nouvelles pompes et circulateurs. Cette technologie utilise un moteur
synchrone à aimants permanents. Le champ tournant est généré par un courant piloté
électroniquement. Les bobinages statoriques sont excités alternativement pour obtenir
la commutation des pôles électromagnétiques qui provoque l'entraînement du rotor.
C'est la technologie dite ECM : Electronically Commuted Motor = moteur synchrone à
commutation électronique.
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3°) des pompes et circulateurs communicants
Le mode de gestion du bâtiment, de sa programmation, amène également à disposer de
pompes intelligentes c'est-à-dire où la possibilité de pilotage et de gestion est possible à
distance, par PDA ou autre !
Bref, la pompe ou le circulateur n'est plus un accessoire, mais un équipement majeur
dans la performance du confort à atteindre et dans la performance énergétique annuelle
et à long terme.
2. Variation de vitesse et pompe à débit variable
Une installation de chauffage ou de climatisation
n'a pas besoin de fonctionner à plein débit ou à
plein régime tout le temps. Le régime maximal
avec le maximum de débit n'est utile que pendant
les besoins les plus forts, soit statistiquement
moins de 10% du temps.
Par ailleurs la consommation des auxiliaires, tels
que les pompes et circulateurs, 24h24, 7jours/7,
génère une consommation électrique accrue et
des dépenses énergétiques inutiles, soit 90% du
temps.
Créer de la perte de charges pour diminuer le débit est une aberration quand on connaît
la performance aujourd'hui des variateurs électroniques de vitesse qui permettent
d'atteindre facilement plus de 50% d'économies d'énergie.
La VEV ou Variation Electronique de Vitesse permet ainsi :
Une consommation électrique réduite
La puissance absorbée par une pompe centrifuge varie avec le cube de sa vitesse de
rotation. Si on réduit de moitié sa vitesse, la puissance absorbée est divisée par 8.
Une diminution du bruit
Lorsque l'on diminue la vitesse de rotation d'une pompe, son niveau sonore diminue.
Pour une pompe, on estime à moins de 10% le temps de fonctionnement à sa vitesse
maximale
Une plus grande fiabilité et durée de vie, soit des équipements préservés
Les démarrages et arrêts du système sont souples, ils n'engendrent pas de
surintensités.
L'installation n'est plus soumise à des surpressions régulières sous forme de coups de
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bélier. La pompe ne tourne plus en permanence à sa vitesse maximale. Les
roulements, la garniture métallique sont donc moins sollicités.
Une meilleure régulation comme le montre la courbe ci-dessous
3. Technologie “Electronically Commuted Motor” ou ECM
1°) Composition d’un moteur
Un circulateur est une pompe de circulation d'une installation de chauffage, d'eau
chaude sanitaire ou de climatisation. Il permet de remonter la pression dans le circuit
hydraulique du chauffage.
Dans un circulateur, les deux composants principaux du moteur sont le stator (partie
fixe) et le rotor (partie tournante).
A) Le stator
Le stator est constitué d’un empilement de tôles dans lequel sont encapsulés des
électro-aimants.
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B) Le rotor
Le rotor est formé d’un ensemble de tôles et d’aimants permanents.
La séparation entre le rotor noyé et le stator est assurée par une chemise en composite
parfaitement amagnétique (qui ne possède pas de propriété magnétique pour permettre
de réduire les pertes moteur.
2°) Fonctionnement d’un moteur « ECM » ou “Electronically Commuted Motor”
Proposant généralement plusieurs vitesses fixes, les circulateurs de dernière génération
sont à débit variable, permettant ainsi de réaliser des économies d'électricité et
d'énergie. Ces circulateurs disposent d’un moteur « ECM », c’est à dire d’un moteur
synchrone à aimants permanents.
Le moteur « ECM » (« Electronically Commuted Motor »)
élimine une part importante des pertes du moteur et
assure un couple de démarrage maximal pour éviter les
phénomènes de gommage du moteur.
Le rotor est connecté à l’arbre par une série de bagues
résilientes, conçues pour absorber les ondulations de
couple à haute fréquence.
Le champ rotatif est généré par un courant piloté
électroniquement dans le stator.
Les bobinages statoriques sont alternativement excités
pour obtenir la commutation des pôles
électromagnétiques qui provoque l’entraînement du rotor
de façon synchrone.
Le champ magnétique du rotor suit parfaitement le
champ tournant statorique.
Les pôles magnétiques du rotor sont alternativement attirés et repoussés en fonction de
la polarisation des bobinages.
2 - FAQ
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Equilibrage hydraulique, variation de vitesse, circuit hydraulique,
circulateur à débit variable, ...
Que dit la réglementation sur la nouvelle directive EuP/ErP
La directive 2005/32 : CE dite EuP/ErP (Energy Using Products – Energy Related
Products) impose de fabriquer des produits à haute efficacité énergétique, comme les
pompes et circulateurs, et d’éliminer les autres. C’est l’Indice d’Efficience Energétique EEI – qui remplacera l’actuel étiquetage énergétique pour les pompes et ce au 1 er
janvier 2013 avec un EEI< ou égal à 0.27 et au 1er août 2015 avec un EEI inférieur ou
égal à 0.23.
Pourquoi la variation de vitesse est-elle économique ?
Si les efforts d’économies ont été faits sur les
générateurs (chaudières, pompes à chaleur, …), les
émetteurs, leurs régulation, …, restait un poste délaissé
sur le circuit hydraulique : c’est le circulateur. Avec des
bâtiments sur-isolés BBC, il devenait absurde de laisser
fonctionner une pompe 24h24 à sont débit maxi (c'est-àdire dimensionné pour les conditions de chauffage ou de
climatisation maxi). La variation électronique de vitesse
ou VEV permet à la pompe d’adapter son débit au juste
besoin hydraulique. Exemple quand les robinets
thermostatiques se ferment, la pression augmentant, la
pompe adapte l’installation au plus juste débit. La
pompe, au lieu de fonctionner dans une zone
d’échauffement et de mauvais rendement, travaille ainsi
en continu sur une courbe caractéristique de rendement
optimum. Comme la Puissance en W est proportionnelle
au DEBIT x PRESSION, la consommation électrique est
ainsi largement réduite, les économies électriques
pouvant aller jusqu’à 80% !!
La variation de vitesse du circuit hydraulique évite-t-elle ainsi l'équilibrage
hydraulique ?
Non, certainement pas, l’équilibrage hydraulique doit être effectué. Celui-ci se réalise
ainsi à débit maxi de l’installation, tous robinets thermostatiques ouverts par exemple.
Une fois l’installation hydraulique équilibrée (à débit maxi), tous les autres régimes de
débits seront moindres. Un déséquilibrage peut apparaître pour les émetteurs les plus
éloignés ! C’est pourquoi il est nécessaire d’installer des régulateurs de pression
judicieusement positionnés sur des colonnes de sorte qu’ils puissent maintenir
automatiquement une pression constante. Ainsi, même si les premiers émetteurs sont
en demande de débit, les émetteurs les plus éloignés auront un régulateurs de débit qui
ouvrira sa section et régulera le débit en bout d’installation !
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Choisir un circulateur à débit variable évite de faire tout calcul de pertes de
charges alors ?
Non, car un surdimensionnement de pompe entraînerait un moteur surpuissant et de
mauvais rendement (risque d'échauffements, bruit, ….). La première action à réaliser est
de déterminer la pompe avec un point caractéristique optimum, c'est-à-dire « au centre
de la courbe caractéristique », là où le rendement est le plus élevé. Ce calcul de pertes
de charges est effectué à débit maximum, soit pour les conditions extrêmes de
déperditions ou de charges frigorifique dans le cas de la climatisation.
Quel est le profil de fonction type d'une pompe dans le temps ?
Il est statistiquement le suivant, ce qui montre que le débit maximum n'est nécessaire
que moins de 10% du temps :




100% des besoins maximum > 6% du temps
75% des besoins maximum > 15% du temps
50% des besoins maximum > 35% du temps
25% des besoins maximum > 44% du temps
La variation électronique de vitesse s'applique-elle uniquement aux pompes et
circulateurs de chauffage ?
Non, elle est utile et génératrice d’efficacité énergétique pour toutes applications
hydrauliques : pour les installations de chauffage, mais également de climatisation, de
production d’eau chaude sanitaire, de surpression d’eau également, …, cf. le dossier de
savoir-faire « surpression d’eau».
3 - ASPECTS REGLEMENTAIRES
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1. Réglementation 2012 et les auxiliaires
La réglementation 2012 nous contraint à construire
des bâtiments neufs basse consommation. Elle
limite la consommation en énergie primaire « ep »
en moyenne à 50 kWh/m².an des 5 usages
principaux que sont le CHAUFFAGE, la
CLIMATISATION, l’EAU CHAUDE SANITAIRE,
L’ECLAIRAGE, LES AUXILIAIRES. Ces derniers ne
sont ni plus ni moins les consommations électriques
de pompes, circulateurs et moteurs de ventilateurs.
Il est vrai que dans un bâtiment BBC sur-isolé, le « poids de la consommation de
moteurs » est loin d’être négligeable d’autant plus que ces équipements comme les
pompes tournent très souvent 24h24 !
Le bâtiment BBC ou le bâtiment conforme à la RT 2012 ne peut ainsi s’envisager avec
des pompes à débit constant ! Les premiers retours d’expériences des bâtiments BBC
montre que ceux qui ont pris cette option n’atteignent pas le niveau BBC.
Il est ainsi essentiel d'opter pour des régimes de débits variables et des pompes
qui adaptent leur débit aux justes besoins. Ceux-ci étant eux-mêmes variables
selon les appels de puissance, les conditions extérieures, la programmation
d'occupation, etc., …
2. La nouvelle directive ErP (Energy related Products)
obligatoire !
Plus de 90 % des circulateurs à rotor noyé disponibles actuellement sur le marché
pour le chauffage et la climatisation ne pourront bientôt plus être vendus.
En effet, une nouvelle réglementation concerna nt les circulateurs entrera en vigueur
dans le cadre de la directive européenne relative à l'éco-conception qui soumet le
rendement énergétique des pompes à des exigences de plus en plus élevées valables
en Europe à partir de 2013. C’est la directive ErP (Energy related Products).
La directive européenne sur l’éco-conception ErP ou
« Energy related Products » tend à améliorer l’efficacité
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énergétique des produits consommant de l’énergie, sur
l’ensemble de leur cycle de vie. Elle a remplacé depuis
novembre 2009 la fameuse directive 2005/32/CE ou
directive EuP ou « Energy using Products »". Cette
directive est l'une des initiatives de l'UE la plus
importante pour réduire de 20 % nos consommations
d’énergie à l’horizon 2020.
Cette directive va loin dans le sens où elle couvre le
cycle de vie total d'un produit, souvent appelé « du
berceau à la tombe », également appelé bilan en énergie
grise, depuis l’acquisition de matière première, la
fabrication, le transport, la commercialisation, la
maintenance et le recyclage en fin de vie.
Cette directive ErP marquera surtout pour les pompes à rotor noyé la fin de la plupart
des modèles existants. Elle déclenchera en même temps une vague importante
d'innovations pour le développement de nouvelles pompes encore plus efficaces.
Une autre réglementation vise à réguler à partir de 2011 le rendement énergétique des
moteurs électriques. Les pompes à moteur ventilé sont aussi concernées par cette
nouvelle réglementation.
Cette nouvelle directive ErP ou « Energy related Products » crée une
classification énergétique et de nouveaux Indices d'Efficacité Energétique « IE »
pour les circulateurs de chauffage.
1°) Concernant les pompes à rotor noyé (règlement sur les circulateurs de
chauffage)

Dès le 1er janvier 2013, la valeur limite IEE (IEE = Indice d'Efficacité Energétique
selon la réglementation (CE) 641/2009 de la Commission européenne) pour la
classe d’efficacité énergétique A, sera fixée à 0,27 pour les pompes ou
circulateurs à rotor noyé installés en dehors du générateur de chaleur
(pompes externes). Les classes énergétiques actuellement valables seront alors
remplacées par un marquage de l'IEE sur le circulateur.

Dès le 1er Aout 2015, la valeur limite IEE sera une nouvelle fois réduite à 0,23.
Cette valeur s'appliquera alors aussi aux circulateurs à rotor noyé ayant par
exemple été montés dans des générateurs de chaleur ou des stations solaires
nouvellement installés (circulateurs intégrés).

Dès l’année 2020, ces mesures s'appliqueront également au remplacement des
circulateurs intégrés dans les générateurs de chaleur existants. Tous les
circulateurs à rotor noyé dans le domaine du chauffage et de la climatisation sont
concernés par ces mesures, excepté les circulateurs d'eau chaude sanitaire.

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2°) Concernant les pompes à moteur ventilé (règlement sur les moteurs
électriques)
La réglementation européenne pour les moteurs électriques entrera en vigueur plus tôt
que celle pour les circulateurs à rotor noyé. Elle concerne aussi les groupes intégrés
dans les pompes à moteur ventilé pour le chauffage et la climatisation ainsi que pour la
distribution d'eau, la surpression et l'élimination des eaux chargées. De nouvelles
classes énergétiques ont ainsi été définies.

Dès le 16 juin 2011, tous les nouveaux moteurs électriques achetés sur le
marché doivent respecter la classe énergétique IE2 à l'exception de quelques
types de construction et domaines d'applications. La classe énergétique IE2
remplace la meilleure catégorie actuelle EFF1. Les moteurs de pompe faisant
partie de la classe énergétique actuelle EFF2 (désigné à l'avenir par IE1) seront
interdits à la vente dans l'Union européenne.

Dès le 1er janvier 2015, une nouvelle classe énergétique IE3 plus stricte entrera
en vigueur. A cette date, les moteurs avec une puissance de sortie nominale
comprise entre 7,5 et 375 kW doivent atteindre ce niveau. Elles doivent sinon
correspondre à la classe énergétique IE2 et être équipées d'un dispositif de
régulation de vitesse de rotation.

Dès le 1er janvier 2017, ces exigences seront aussi valables pour les moteurs
avec une puissance de sortie nominale comprise entre 0,75 et 375 kW.
3°) Tableau chronologique de la directive ErP dans l'UE
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Après le …
Ce que la Directive « ErP » imposera !
16 juin 2011
Les moteurs électriques dans les pompes à moteur ventilé pour
le chauffage, la climatisation, la distribution d'eau, la surpression
ainsi que l'élimination des eaux chargées doivent correspondre
au moins à la classe énergétique IE2 (correspondant à la classe
actuelle EFF1).
1er janvier 2013
L'Indice d'Efficacité Energétique (IEE) des circulateurs externes à
rotor noyé ne doit pas dépasser 0,27 (à l'exception des
circulateurs externes à rotor noyé conçus spécialement pour les
circuits primaires des installations solaires thermiques et des
pompes à chaleur).
1er janvier 2015
Les moteurs électriques dans les pompes à moteur ventilé avec
une puissance de sortie nominale comprise entre 7,5 et 375 kW
doivent soit correspondre à la classe énergétique IE3 ou soit
correspondre à la classe énergétique IE2 et être équipés d'un
dispositif de régulation de vitesse de rotation.
1eraoût 2015
L'Indice d'Efficacité Energétique des circulateurs externes à rotor
noyé et les circulateurs à rotor noyé intégrés à des produits ne
doit pas dépasser 0,23 (à l'exception des pompes de rechange
pour les circulateurs intégrés à des produits mis en circulation à
partir du 1er août 2015).
1er janvier 2017
Les moteurs électriques dans les pompes à moteur ventilé avec
une puissance de sortie nominale comprise entre 0,75 et 375 kW
doivent soit correspondre à la classe énergétique IE3 soit
correspondre à la classe énergétique IE2 et être équipés d'un
dispositif de régulation de vitesse de rotation.
1er janvier 2020
L'Indice d'Efficacité Energétique IEE des pompes (TOUTES) de
remplacement pour les circulateurs à rotor noyé intégrés à des
produits ne doit pas dépasser 0,23.
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4 - REGLES ET OUTILS DE CONCEPTION ET DE
REALISATION
1. Comment réaliser 80% d’économies d’énergie sur la
consommation des pompes
Associer la variation électronique de vitesse et la technologie ECM, permet d’atteindre
des économies en coût d’exploitation jusqu’à 80%. Ci-après la courbe montre que le
gain par la VEV est de 40% auquel s’ajoute un 2ème gain de 40% dû à la technologie
ECM, soit 80% d’économies.
Exemple comparatif de 3 circulateurs : vitesses fixes – variation de vitesse –
VEV+ECM
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2. Vitesse fixe contre vitesse variable
On trace les points de fonctionnement en fonction des besoins de chauffe dans le
temps. Ils sont statistiquement de :




A 100% des besoins maximum > le débit nécessaire correspond à 6% du temps
A 75% des besoins maximum > le débit nécessaire correspond à 15% du temps
A 50% des besoins maximum > le débit nécessaire correspond à 35% du temps
A 25% des besoins maximum > le débit nécessaire correspond à 44% du temps
(profil de charge « Blauer Engel »)



La courbe rouge montre une caractéristique de pompe standard
La courbe verte montre un déplacement de la caractéristique à Delta P
constant (H constant)
La courbe bleue montre un déplacement du point caractéristique à Delta P
variable
Déplacement du point de fonctionnement avec les puissances consommées
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Courbes de rendements et puissances électriques correspondantes
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3. Logiciel de calcul des économies réalisées
Demandez le logiciel SIRIUS !!
4. Coût global ou « Life Cycle Cost » (LCC)
Définition du « Life Cycle Cost »
Le Life Cycle Cost (LCC), est un outil managérial qui permet de connaître le coût de
production d'un produit pendant toute sa durée de vie depuis sa fabrication jusqu'au
démontage.
Voici la décomposition du calcul LCC :



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




LCC = Cic + Cin + Ce + Co + Cm + Cs + Cenv + Cd
Cic = coût pour le client final, (investissement initial)
Cin = frais d'installation et de mise en route
Ce = coût énergétique
Co = frais d'exploitation (main d'œuvre)
Cm = coûts de maintenance et réparation
vCs = coûts d'arrêt de production
Cenv = coûts liés à l'environnement
Cd = coûts de mise hors service et de dépose
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Calcul du « Life Cycle Cost »

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LCC : Life Cycle Cost (ou Coût Global en Français)
MAX : pompe à débit constant régime maxi
DPC : pompe à débit variable à Delta P constant
DPV : pompe à débit variable à Delta P variable
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Calcul des temps d’amortissement
Coût global sur 20 ans
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5 - PRODUITS RECOMMANDES
1. Circulateur haut rendement à technologie ECM - SIRIUX
JR : jusqu’à 80% d’économies
Grâce à la vitesse variable, Siriux Jr s'adapte
précisément aux besoins de l'installation.
3 technologies au service du rendement :
- Régulation Pv
- Pilotage des bobines
- Rotor Aimanté
Facilité de montage
• Boîte à bornes multipositions.
• Raccordement électrique du presse étoupe par
la gauche ou par la droite de la boîte à bornes.
• Connexions électriques par clips.
Réglage simple
• 1 bouton unique de réglage.
• Échelle de graduation précise.
• Mode normal ou normal/nuit.
Sécurité
• Fonction anti-dégommage pour assurer le démarrage du circulateur après arrêt.
Économique & Écologique
• Amortissement du Siriux Jr inférieur à 3 ans*
Jusqu'à 80% d'économie d'énergie électrique*
* par rapport à un circulateur traditionnel
Confort
• Siriux Jr adapte son fonctionnement à la demande en chauffage.
• Idéal pour :
- Plancher chauffant.
- Radiateurs équipés de robinets thermostatiques.
Silence
• Limite les bruits de circulation d'eau dans les installations car le débit et la pression
s'ajustent à la demande des radiateurs.
Tranquillité
• Pas d'entretien ni d'intervention lors de la remise en chauffe !
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2. Circulateur haut rendement communiquant – SIRIUX
HOME
Un circulateur nouvelle génération répondant
aux enjeux énergétiques de demain.

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
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
Interface de communication complète
Nouvelle conception moteur haut
rendement technologie ECM conforme aux
exigences de la nouvelle directive EuP/ErP
2013 et 2015.
2 modes de régulation (radiateur/plancher
chauffant)
Encombrement réduit
Connecteur Salmson ne nécessitant aucun
outil
Dégommage automatique
2 tailles de moteur : 4 m et 6 m
2 types d'entraxes : 130 et 180 mm
Tous types de connexion : 1", 1"1/2, 2"
Jusqu'à 90% d'économies d'énergie par
rapport à un circulateur normal
Consommation minimum : 3 watts
Consommation électrique instantanée et
cumulée du circulateur visible sur l'écran
Suppression du sifflement et des bruits
hydrauliques au niveau des robinets
thermostatiques
Mode nuit : réduction des bruits de
circulation d'eau dans les installations
Grâce à sa fonction dégazage, le Sirius
home permet d'améliorer l'évacuation des
bulles d'air présentes dans l'installation
donc moins de risque de corrosion, de boue
et de bruit.
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3. Brochure SIRIUX : jusqu’à 108 m3/h
Un circulateur à haut rendement avec optimisation
du point de fonctionnement
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15 modèles simples et 9 modèles doubles de 65 à
1 300 W mono 230 V
Débit maximum : 56 m³/h (105 m³/h avec 2
moteurs fonctionnant en parallèle)
HMT maximum : 12 mCE
Pression de service maximum : 10 bars
Plage de température fluide : de -10°C à +110°C
Orifices : DN 25 à 80, à brides Isolation du rotor
par cartouche amagnétique
Corps revêtu cataphorèse
Tracés roue et volute 3D
Protection moteur par double filtre
5 interfaces de connexion
DP
Ext. Off SBM
Ext.
Mln
Lon
X
X
X
X
X
Entrée analogique 0-10 V
X
X
X
Marche/arrêt à distance
X
Interfaces
Fonctions
Gestion pompe double
Report de marche
Vitesse mini
X
X
LONWORKS
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