Volume 27, numéro 2, septembre 2013

Optimisation et dimensionnement d’un réseau de distribution de gaz naturel (Code B149.1)

Lorsqu’un concepteur mécanique est chargé d’élaborer des plans de tuyauterie pour la distribution du gaz naturel dans un bâtiment, il peut être confronté à certains défis. Ces défis peuvent s’apparenter à des enjeux monétaires (choix entre une tuyauterie soudée ou non), ou encore à des enjeux d’optimisation d’une tuyauterie nouvelle ou existante à laquelle des équipements au gaz sont ajoutés.

Dans cet article, deux pistes de solutions aux défis de conception seront examinées : prévoir une perte de pression un peu plus grande que celle normalement permise pour la tuyauterie et considérer les facteurs de coïncidences de charges dans les immeubles.

Conception de la tuyauterie

Pour faire suite à l’article d’Informa-TECH de mars 2012, volume 26, no 1, énonçant les méthodes de calculs selon le Code B149.1 (Code d’installation du gaz naturel et du propane), nous traiterons plus en détail la latitude permise selon ce même Code.

L’article décrivait les approches de dimensionnement de tuyauterie à l’aide des différents tableaux de l’annexe A du Code B149.1, de même que la méthode de calcul pour la haute et la basse pression selon des équations de l’article A3.5.

Essentiellement, la capacité totale installée sur les appareils (en Btu/h ou kW) et la distance à parcourir entre le compteur de Gaz Métro et les applications déterminent le dimensionnement de la tuyauterie. La perte de pression permise est également un intrant important à considérer.

Pour les pressions suivantes, le Code B149.1 détermine les chutes de pression maximales admissibles :

Pression d’alimentation de la tuyauterie Chute de pression maximale admissible
Moins de 7 po CE (1,75 kPa) 0,5 po CE (0,125 kPa)
de 7 po CE (1,75 kPa) à 14 po CE (3,5 kPa) 1 po CE (0,25 kPa)

(Code B149.1, tableau 6.1 et article 6.3.2)

Selon les tableaux du Code, pour les autres pressions d’alimentation une perte de pression de 50 % de la pression initiale est permise, sauf pour le tableau A4 où la perte de pression permise est de 75 % (1,5 psi) pour une alimentation à 2 psig.

Toujours selon les tableaux, est-il possible qu’une perte de pression plus élevée que la norme proposée de 50 % soit requise? Dans certains cas, oui. L’utilisation des équations suggérées par le Code propose cette solution qui permet alors d’optimiser le réseau de gaz. Il faut, par contre, garder en tête les principaux critères de conception pour lesquels le concepteur doit tenir compte pour l’obtention d’un réseau de distribution fiable, soit :

  • la chute de pression admissible du branchement à l’appareil;
  • la demande de gaz maximale (en Btu/h ou en kW);
  • la longueur de la tuyauterie et le nombre de raccords;
  • la densité relative du gaz naturel (0,6);
  • la vitesse dans la tuyauterie;
  • le facteur de diversité (ou facteur de coïncidence).

Facteur de diversité ou facteur de coïncidence

Qu’entend-on par facteur de diversité? Ce facteur décrit la probabilité de l’ensemble des appareils d’opérer en même temps. Donc, pour un facteur de diversité de 100 %, tous les appareils d’un même type fonctionneront en même temps à plein rendement. Pour un facteur de diversité inférieur à 100 %, les appareils n’opéreront pas à plein rendement en même temps, ce qui aura pour effet de diminuer la demande de pointe au circuit de distribution, et donc d’être en mesure de lui attribuer une plus petite dimension.

Par exemple, le Code d’électricité du Québec exige les facteurs de diversité suivants pour le chauffage de l’espace (section 62-116) :

« Le facteur de diversité sera de 100 % pour une puissance P plus petite ou égale à 10 kW + 75 % pour la puissance supérieure à 10 kW (si les appareils de chauffage ont une commande thermostatique automatique), sinon 100 % de la charge de chauffage. »

Un autre exemple provient de la compagnie Washington Gas opérant dans des conditions météorologiques différentes du Québec; ces facteurs de diversité sont utilisés pour la conception du branchement d’immeuble (table 8351.2) :

Nombres  d’appartement Facteur de diversité
pour cuisinière
Facteur de diversité
pour chauffe-eau individuel
Facteur de diversité
pour fournaise individuelle
3 0,55 0,55 0,95
4 0,48 0,48 0,93
5 à 9 0,44 0,44 0,90
10 à 14 0,34 0,34 0,85
15 à 24 0,30 0,30 0,83
25 à 99 0,27 0,24 0,80
100 à 149 0,20 0,18 0,75
150 à 199 0,18 0,17 0,70
200 et plus 0,18 0,16 0,65

Source : Washington Gas, Engineering and Operating Standards, 2009.

Nous constatons dans ce tableau, que plus le nombre d’appartements est élevé, plus le facteur de diversité diminue.

Au Québec, puisqu’aucun facteur de diversité n’est défini, le Code B149.1 permet au concepteur d’en établir un et de le soumettre à la Régie du bâtiment du Québec pour approbation. L’article 6.4.3 indique que si un facteur de diversité a été dressé à la satisfaction de cette autorité, un pourcentage du volume de gaz total horaire prévu peut être utilisé pour déterminer le diamètre d’une tuyauterie.

Il est donc possible d’optimiser un circuit de distribution de gaz naturel en utilisant les équations qui permettent de déterminer la perte de pression désirée, tout en tenant compte des facteurs de diversité inhérents à l’opération du bâtiment.

Marc Beauchemin, ing.
Groupe DATECH