Vase d'expansion
Volume d'un vase fermé à membrane, pression de gonflage et pression de remplissage à froid. HYD-03
Données
Générateurs, tuyauteries, émetteurs et ballons tampons.
La consigne la plus haute du régulateur. Retenir celle du limiteur du générateur est plus prudent.
Du raccordement du vase au point le plus haut de l'installation.
Résultats
Vase vide, le gaz est à 1,3 bar. La pression à chaud reste sous les 2,5 bar admis.
Côté gaz, vase vide et isolé.
0,3 bar au-dessus du gonflage.
Avec le vase retenu, rempli à la pression à froid.
Tarage de la soupape moins son écart de fermeture.
Vn = (Ve + Vr) × (pf + 1) / (pf − p0)
Ve = V × (ρ froid / ρ chaud − 1)
p0 = hauteur statique + 0,3 bar
Remplissage à froid = p0 + 0,3 bar
Normes et références : NF EN 12828 · NF DTU 65.11
Comprendre : le cours
À quoi sert un vase d'expansion
L'eau se dilate quand elle chauffe, et elle ne se comprime pratiquement pas. Dans un circuit fermé, ce volume en plus n'a nulle part où aller : sans vase, la pression grimpe jusqu'à ouvrir la soupape à chaque montée en température.
Le vase d'expansion absorbe ce volume, puis le restitue quand l'installation refroidit. Il maintient la pression entre deux bornes : assez haute pour que le point le plus élevé reste en charge, assez basse pour ne jamais atteindre le tarage de la soupape.
2,9 %
dilatation de l'eau entre 10 et 80 °C
4,3 %
entre 10 et 100 °C
29 L
à absorber pour 1 000 L chauffés à 80 °C
Pourquoi on ne s'en passe pas
- Une soupape qui s'ouvre à chaque cycle perd de l'eau : il faut en rajouter, et chaque appoint apporte de l'oxygène et du calcaire, donc de la corrosion et du tartre.
- À froid, l'eau se contracte. Sans réserve, le point haut passe en dépression : l'air entre par les purgeurs et les presse-étoupes, les émetteurs du haut ne chauffent plus.
- Une pression qui varie fortement fatigue les joints, les soudures et les échangeurs.
Comment il fonctionne
Un vase fermé est un réservoir en acier séparé en deux par une membrane souple. D'un côté, un gaz sous pression, air ou azote. De l'autre, l'eau du réseau. Quand l'eau se dilate, elle pousse la membrane et comprime le gaz ; la pression monte doucement, selon la loi de Boyle-Mariotte. Plus le vase est grand, plus la montée est faible.
- Pression de gonflage
- Pression du gaz quand le vase est vide d'eau. Elle doit tenir la colonne d'eau au-dessus du vase, avec une petite marge.
- Pression de remplissage à froid
- Pression lue au manomètre une fois l'installation remplie et froide. Au moins 0,3 bar au-dessus du gonflage : c'est cet écart qui met la réserve d'eau dans le vase.
- Pression finale
- Pression atteinte installation chaude. Elle reste sous le tarage de la soupape, moins son écart de fermeture.
Les technologies
Vase ouvert
Un bac à l'air libre placé au point le plus haut. La pression est donnée par la seule hauteur d'eau.
Ses atouts
- Aucun réglage
- Pas de membrane à surveiller
Ses limites
- L'eau s'oxygène en permanence
- Évaporation et risque de gel en combles
On le choisit pour : les installations anciennes à thermosiphon. On le remplace lors d'une rénovation.
Vase fermé à membrane
Membrane fixe sertie entre deux coquilles. L'eau touche l'acier d'un côté.
Ses atouts
- Simple et économique
- Aucune énergie
Ses limites
- Membrane non remplaçable : un vase percé se change
- Volume utile limité quand la plage de pression est étroite
On le choisit pour : la grande majorité des installations de chauffage et de climatisation jusqu’à quelques centaines de kW.
Vase à vessie
L'eau est contenue dans une poche en caoutchouc, sans contact avec l'acier.
Ses atouts
- Vessie remplaçable
- Pas de corrosion de l'enveloppe
- Existe en grands volumes
Ses limites
- Plus cher
- Plus encombrant
On le choisit pour : les gros volumes, l'eau glacée et l'eau sanitaire.
Maintien de pression par compresseur
Un compresseur ajoute ou retire de l'air côté gaz pour tenir une pression constante, à ±0,1 bar.
Ses atouts
- Tout le volume du vase est utile
- Pression stable quelle que soit la température
Ses limites
- Matériel actif : alimentation, entretien, alarme
- Investissement plus élevé
On le choisit pour : les installations de forte puissance ou de grande hauteur, où un vase passif deviendrait énorme.
Maintien de pression par pompe
L'eau en excès est déversée dans une bâche à pression atmosphérique, puis réinjectée par une pompe.
Ses atouts
- Très grands volumes
- Dégazage et appoint souvent intégrés
Ses limites
- Le plus complexe des systèmes
- Bâche à protéger de l'oxygène
On le choisit pour : les chaufferies de plusieurs mégawatts et les réseaux de chaleur.
Comment on le dimensionne
- 1
Évaluer le volume d'eau
Générateurs, tuyauteries, émetteurs, ballons. C'est la donnée qui pèse le plus, et la plus souvent sous-estimée.
- 2
Calculer le volume d'expansion
Volume d'eau multiplié par la dilatation entre la température de remplissage et la température maximale. Avec du glycol, la dilatation est plus forte.
- 3
Ajouter une réserve
0,5 % du volume d'eau, avec un minimum de 3 L : elle compense les petites pertes et la contraction à froid. Pour un vase de 15 L ou moins, 20 % de son volume.
- 4
Fixer la pression de gonflage
Hauteur statique au-dessus du vase, plus 0,3 bar, avec un minimum de 0,5 bar. Au-delà de 100 °C, on ajoute la pression de vapeur.
- 5
Fixer la pression finale
Tarage de la soupape moins son écart de fermeture : 0,5 bar jusqu’à 5 bar de tarage, 10 % au-delà.
- 6
En déduire le volume du vase
On prend ensuite la taille courante immédiatement supérieure.
- 7
Vérifier le remplissage
Rempli à froid 0,3 bar au-dessus du gonflage, le vase retenu doit rester sous la pression finale une fois l’installation chaude. Sinon, on passe à la taille au-dessus.
Vn = (Ve + Vr) × (pf + 1) / (pf − p0)
- Vn
- volume nominal du vase
- Ve
- volume d'expansion
- Vr
- réserve d'eau
- pf
- pression finale, en bar relatifs
- p0
- pression de gonflage, en bar relatifs
Où le raccorder, comment le régler
- Sur le retour, à l'aspiration de la pompe : c'est le point de pression neutre. Toute la hauteur manométrique de la pompe s'ajoute alors à la pression statique, et aucun point ne passe en dépression.
- Avec une vanne d’isolement verrouillable et une vidange, pour contrôler le gonflage sans vidanger le réseau.
- Raccordement par le haut ou piquage vers le bas, pour que les boues ne se déposent pas dans le vase.
- Gonflage contrôlé une fois par an, vase isolé et vidé : un vase qui a perdu son gaz ne travaille plus.