Annexe D (informative)  Méthode de dimensionnement du vase d'expansion

D.1  Données

Afin de déterminer le vase d'expansion, il convient de disposer des données suivantes :

1. La capacité en eau du circuit hydraulique sur lequel il doit être positionné (V_circuit) ;

2. La température la plus basse atteinte dans le circuit hydraulique dans des conditions normales de fonctionnement ;

3. La température la plus élevée atteinte dans le circuit hydraulique dans des conditions normales de fonctionnement ;

4. Le coefficient d'expansion du liquide caloporteur circulant dans le circuit hydraulique lorsque la température du liquide passe de la température la plus basse à la température la plus élevée (C_exp) ;

5. La hauteur statique de l'installation au-dessus du vase (H_s). Elle correspond à la hauteur de l'installation entre le raccord du vase et le point le plus haut du circuit. Elle est mesurée en mètre de colonne d'eau (1,02 mCE = 0,1 bar) ;

6. La pression de tarage de la soupape de sécurité (P_s) [bar]. Les soupapes de sécurité doivent être réglées à une pression (pression de tarage) de telle manière qu'aucun point de l'installation ne puisse être soumis à une pression supérieure à la pression maximale admissible.

D.2  Calculs

D.2.1  Volume d'expansion V_exp

Le volume d'expansion V_exp correspond au volume généré par la dilation du liquide caloporteur lorsque sa température augmente. Ce volume devra être absorbé par le vase d'expansion.

Il est déterminé de la manière suivante :

Avec :

• ρ_min : masse volumique du liquide caloporteur à la température minimale atteinte dans le circuit hydraulique dans des conditions normales de fonctionnement ;

• ρ_max : masse volumique du liquide caloporteur à la température maximale atteinte dans le circuit hydraulique dans des conditions normales de fonctionnement.

D.2.2  Réserve de liquide caloporteur V_réserve

Le vase d'expansion ne sert pas seulement à absorber la dilation générée par le réchauffement du liquide caloporteur mais également à stocker une quantité d'eau servant à compenser les pertes dues aux fuites du circuit hydraulique sur une certaine période de temps. En maintenant une quantité minimale d'eau dans le vase d'expansion, on évite que le circuit, lorsqu'il atteint ses températures les plus basses, entre en dépression par rapport à son environnement extérieur et laisse pénétrer de l'air (un circuit hydraulique est étanche à l'eau mais pas à l'air).

Ainsi, une réserve de liquide caloporteur est ajoutée au volume d'expansion.

Elle est fixée à 0,5 % de la capacité en eau du circuit hydraulique (V_circuit), sans toutefois être inférieure à 3 litres :

D.2.3  Volume net V_n

Le volume net correspond à la quantité minimale de liquide caloporteur que le vase d'expansion doit être en mesure de recevoir, soit : V_n[l] = V_exp[l] + V_réserve[l] = V_circuit[l] × (C_exp[%] + 0,005)

D.2.4  Pression de gonflage du vase P_g

La pression de glonflage est la pression régnant dans le vase d'expansion qui ne contient pas encore d'eau, avant qu'il ne soit raccordé par exemple.

Cette pression est choisie égale à : avec un minimum de 0,5 bar.

En outre, il convient de vérifier, notamment pour les constructions basses (sans dénivelé important) :

Avec :

• NSPH : pression d'aspiration nette du circulateur précisée par le fabricant [bar] (1 bar = 10,20 mCE = 100 000 Pa) ;

• H_v-c : hauteur entre le point de raccordement du vase d'expansion et le circulateur [m] ;

• ΔP_v-c : pertes de charge engendrées entre le point de raccordement du vase d'expansion et le circulateur [bar].

Cette condition permet de s'assurer qu'à l'aspiration du circulateur règnera une pression suffisante pour éviter toute cavitation source de bruit et nuisible au bon fonctionnement du circulateur.

D.2.5  Pression finale P_f

La pression finale est la pression que l'on ne peut dépasser en tout point de l'installation en fonctionnement.

Lorsque le fluide caloporteur sera complètement dilaté (à la température la plus élevée atteinte sur le circuit hydraulique dans des conditions normales de fonctionnement), la pression en tout point du circuit doit être inférieure à la pression de tarage des soupapes de sécurité pour éviter leur ouverture intempestive.

Afin de respecter cette règle, il convient donc de fixer P_f suivant la formule suivante :

P_f[bar] = P_s[bar] - 10 % × P_s[bar]

D.2.6  Volume minimum du vase d'expansion à installer

Le volume du vase d'expansion choisi doit être supérieur à :

F_p est appelé facteur de pression ou effet utile ou rendement en volume. Il est déterminé à partir de la pression de gonflage P_g et de la pression finale P_f selon la formule suivante :

NOTE

Il faut absolument éviter de choisir un vase trop petit. Aux valeurs limites, il convient donc de choisir le vase supérieur.

D.2.7  Pression de remplissage du circuit hydraulique P_r

Afin de disposer d'une réserve de liquide caloporteur, la pression de remplissage à froid à appliquer lors de la mise en eau du circuit est définie de la manière suivante :

La pression à laquelle l'installation doit être remplie dépend de la température à laquelle cette opération s'effectue. Il conviendra de déterminer préalablement le volume d'expansion (V_exp) du liquide caloporteur à ces conditions de température.

D.3  Données pour aider à la détermination du volume du circuit

Les tableaux ci-dessous permettent de définir à partir de la longueur des tubes leur contenance.

Tableau D.1  Contenance des canalisations en acier par mètre linéaire

Tableau D.2  Contenance des canalisations en cuivre par mètre linéaire

Tableau D.3  Contenance des canalisations en matériaux de synthèse par mètre linéaire