Vase d'expansion pour l'alimentation en eau : choix, conception, installation et raccordement

Un réseau d'eau autonome, qui alimente indépendamment les points de puisage comme dans un appartement en ville, a depuis longtemps cessé d'être une rareté. C'est une norme de la vie à la campagne, qu'il faut simplement concevoir, assembler et équiper de manière compétente avec des dispositifs capables de démarrer et d'arrêter le système en fonction de l'utilisation des robinets.

Le vase d'expansion pour l'alimentation en eau assure le fonctionnement stable du réseau indépendant. Il protège des coups de bélier, prolonge considérablement la durée de vie des équipements de pompage, garantit un remplissage régulier du système en eau et évite d'avoir à transporter l'eau avec des seaux.

Nous sommes ravis de vous présenter les caractéristiques et le principe de fonctionnement du réservoir hydraulique. Les règles de choix du réservoir à membrane, les spécificités de montage et de raccordement y sont minutieusement décrites. Nous avons complété les informations proposées par des illustrations utiles, des schémas et des guides vidéo.

Caractéristiques des vases d'expansion fermés

Le réservoir hydraulique (ou l'accumulateur hydraulique, vase d'expansion) est un récipient métallique hermétique qui sert à maintenir une pression stable dans la conduite d'eau et à créer différentes réserves d'eau en volume.

À première vue, le choix et l'installation de cet appareil ne devraient pas poser de difficultés – dans n'importe quelle boutique en ligne, on peut voir de nombreux modèles qui ne diffèrent que légèrement par leur forme et leur volume, mais ne diffèrent pas significativement par leur fonctionnalité.

Ce n'est pas du tout le cas. Il y a de nombreuses nuances dans la conception du vase d'expansion et dans son principe de fonctionnement.

Spécificités de conception et de construction

Différents modèles de vases d'expansion peuvent avoir des restrictions d'utilisation : certains sont conçus uniquement pour l'eau technique, d'autres peuvent être utilisés pour l'eau potable.

Selon la construction, les accumulateurs hydrauliques se distinguent :

• les réservoirs avec poire interchangeable ;
• les cuves à membrane fixe ;
• les réservoirs hydrauliques sans membrane.

D'un côté du réservoir à membrane amovible (pour un réservoir à raccordement inférieur, en bas) se trouve une bride filetée spéciale à laquelle la poire est fixée. De l'autre côté, il y a un nipple pour gonfler ou purger l'air ou le gaz. Il est conçu pour être connecté à une pompe automobile ordinaire.

Dans un réservoir à poire interchangeable, l'eau est pompée dans la membrane sans entrer en contact avec la surface métallique. Le remplacement de la membrane se fait en dévissant la bride maintenue par des boulons. Dans les grands réservoirs, pour stabiliser le remplissage, la paroi arrière de la membrane est en outre fixée au nipple.

La durée de vie de la poire amovible dépend des réglages de la pression d'air dans le compartiment gazeux de l'accumulateur hydraulique. Parfois, pour créer une plus grande réserve d'eau, l'utilisateur réduit la quantité d'air et augmente la quantité d'eau dans la poire. Cela conduit la membrane à toucher la paroi du réservoir et provoque une usure rapide.

L'espace intérieur du réservoir à membrane fixe est divisé par celle-ci en deux compartiments. Dans l'un se trouve le gaz (air), dans l'autre l'eau entre. La surface intérieure d'un tel réservoir est recouverte d'une peinture résistante à l'humidité.

Le plus souvent, les réservoirs à membrane fixe sont utilisés pour les systèmes de chauffage. Comme la membrane est un élément qui tombe en panne beaucoup plus rapidement, la durée de vie d'un tel réservoir est plus courte que celle d'un dispositif à poire amovible.

Il existe également des réservoirs hydrauliques sans membrane. Dans ceux-ci, les compartiments pour l'eau et l'air ne sont pas séparés. Leur principe de fonctionnement repose également sur la pression mutuelle de l'eau et de l'air, mais avec une telle interaction ouverte, il y a mélange des deux substances.

L'avantage de ces dispositifs est l'absence de membrane ou de poire, qui est le maillon faible dans les accumulateurs hydrauliques habituels.

Extérieurement, les réservoirs d'expansion peuvent être divisés uniquement en modèles horizontaux et verticaux, mais leurs paramètres de fonctionnement peuvent être très différents.

La diffusion de l'eau et de l'air oblige à entretenir les réservoirs assez souvent. Environ une fois par saison, il faut réinjecter de l'air qui se mélange progressivement à l'eau. Une diminution significative du volume d'air, même à une pression normale dans le réservoir, entraîne des démarrages fréquents de la pompe.

Les accumulateurs hydrauliques dans les systèmes d'alimentation en eau réduisent la probabilité de coups de bélier, protègent les pompes contre des démarrages trop fréquents, permettent de constituer une réserve d'eau et de maintenir la pression dans le circuit.

Principe de fonctionnement de l'accumulateur hydraulique

Les réservoirs hydrauliques fermés pour l'alimentation en eau fonctionnent selon ce principe : la pompe envoie de l'eau dans la poire, la remplit progressivement, la membrane se dilate et l'air situé entre la poire et le boîtier métallique se comprime.

Plus l'eau entre dans la poire, plus elle appuie sur l'air, et celui-ci, à son tour, cherche à la pousser hors du réservoir. En conséquence, la pression dans le réservoir augmente, ce qui entraîne l'arrêt de la pompe.

Pendant un certain temps, lorsque de l'eau est consommée dans le système, l'air comprimé maintient la pression. Il pousse l'eau vers la canalisation. Lorsque la quantité d'eau dans la membrane diminue au point que la pression tombe à la limite inférieure, le relais se déclenche, remettant la pompe en marche.

Dans un réservoir hydraulique, l'eau et le gaz, séparés par une membrane en caoutchouc, interagissent en permanence. Le volume de liquide à l'intérieur de l'appareil est régulé par la quantité de gaz (sa pression). (+)

Classification par domaine d'application

Il ne faut pas confondre les réservoirs pour l'alimentation en eau et ceux pour le système de chauffage. C'est pourquoi lors du choix, il faut connaître leur destination. Pour une identification claire, les fabricants peignent les accumulateurs hydrauliques pour le chauffage en rouge, et ceux pour l'alimentation en eau en bleu.

Cependant, certains ne respectent pas ce code couleur, donc les caractéristiques suivantes peuvent servir de critère distinctif :

• Pour l'alimentation en eau, la température maximale d'utilisation de l'accumulateur hydraulique peut atteindre 70 °C, la pression admissible peut aller jusqu'à 10 bars;
• Les appareils destinés au système de chauffage peuvent supporter des températures jusqu'à +120 °C, la pression de service du réservoir d'expansion ne dépasse souvent pas 1,5 bar.

Tous les paramètres les plus importants sont indiqués sur le capuchon décoratif (plaque signalétique) qui recouvre le nipple.

Ce dispositif, conçu pour le système de chauffage, sert de réservoir supplémentaire permettant au fluide caloporteur de se dilater librement lors du chauffage. Sans lui, le système est voué à la destruction.

La liste des fonctions remplies par le réservoir hydraulique dans le système d'eau froide (EF) est bien plus large :

• Maintien d'une pression stable et constante dans la canalisation. Grâce à la pression de l'air, la pression est maintenue pendant un certain temps même lorsque la pompe est éteinte, jusqu'à ce qu'elle tombe au minimum défini et que la pompe se remette en marche. Ainsi, la pression dans le système est conservée même lors de l'utilisation simultanée de plusieurs appareils sanitaires.
• Protection contre l'usure de l'équipement de pompage. Les réserves d'eau contenues dans le réservoir permettent d'utiliser la canalisation pendant un certain temps sans actionner la pompe. Cela réduit le nombre de démarrages de la pompe par unité de temps et prolonge sa durée de vie.
• Protection contre les coups de bélier. Une brusque augmentation de la pression dans la canalisation lors de la mise en marche de la pompe peut atteindre 10 atmosphères ou plus, ce qui affecte négativement tous les éléments du système. Le réservoir à membrane absorbe le choc en égalisant la pression.
• Création de réserves d'eau. En cas de coupure de courant, le système d'alimentation en eau continuera à fournir de l'eau pendant un certain temps, même si c'est pour une courte durée.

Pour le raccordement du chauffe-eau, on utilise des vases d'expansion capables de supporter des températures élevées.

Matériaux pour l'équipement hydropneumatique

La membrane du vase d'expansion est fabriquée à partir de différents matériaux qui supportent différentes plages de températures en service.

Dans les accumulateurs hydrauliques, on utilise :

• Du caoutchouc naturel — NATURAL. Ce matériau peut entrer en contact avec l'eau potable, il est utilisé pour l'accumulation d'eau froide. Avec le temps, il peut commencer à laisser passer l'eau. Il supporte des températures de -10 à 50 °C au-dessus de zéro.
• Du caoutchouc butyle synthétique — BUTYL. Le plus universel, imperméable à l'eau, utilisé pour les stations de pompage, convient à l'eau potable. La température de fonctionnement peut varier de -10 à 100 °C.
• Du caoutchouc synthétique en éthylène-propylène — EPDM. Plus perméable à l'eau que le précédent, il peut entrer en contact avec l'eau potable. Plage de températures autorisées : de -10 à 100 °C.
• Le caoutchouc SBR est utilisé uniquement pour l'eau technique. La température d'utilisation est la même que pour les marques précédentes.

Pour l'organisation de l'alimentation en eau froide, il est nécessaire de choisir des réservoirs avec une poire fabriquée en caoutchouc alimentaire aux propriétés élastiques améliorées, ce qui permet de mieux amortir les coups de bélier et de maintenir une pression d'eau stable dans le système.

Le corps du réservoir est le plus souvent fabriqué en acier allié résistant à la corrosion, recouvert à l'extérieur d'un revêtement de peinture. On trouve également dans le commerce des réservoirs en inox, très résistants mais chers.

Calcul du volume du réservoir pour le choix

Des réservoirs d'une capacité de 24 à 1000 litres sont mis en vente. Le choix à faire est déterminé par des calculs, dont le résultat doit être arrondi à la valeur supérieure. En choisissant un réservoir avec une membrane amovible, il faut se rappeler que le volume d'eau occupe 30% du volume total du réservoir, c'est-à-dire que dans un réservoir de 100 litres, la réserve d'eau sera d'environ 30 litres.

Le tableau montre la relation entre les paramètres de la pression d'air dans le compartiment gazeux de l'hydroaccumulateur et les réglages du relais et la taille du réservoir (+)

La particularité des petits réservoirs est qu'ils n'ont souvent pas de valve pour purger l'air de la poire en caoutchouc. Cela peut causer des inconvénients lors de l'utilisation. Les grands réservoirs ont une telle valve, et en plus de créer une plus grande réserve d'eau, ils assurent mieux le maintien d'une pression stable dans le système.

Le calcul du volume total du réservoir hydropneumatique pour l'alimentation en eau de type fermé s'effectue selon la formule suivante :

Vt=K*Amax*((1+Pmax)*(1+Pmin))/(Pmax-Pmin)*(1+Pvozd.),

où :

• Vt — volume total du réservoir hydropneumatique ;
• Amax – débit d'eau maximal possible par minute, litre ;
• K – coefficient (voir tableau), dépendant de la puissance de la pompe ;
• P_max – réglages du relais lors de l'arrêt de l'équipement, bar ;
• P_min – réglages du relais lors du démarrage de l'équipement, bar ;
• P_vozd. – pression dans le réservoir hydropneumatique (dans sa chambre gazeuse), bar.

Le coefficient K peut être déterminé à l'aide du tableau suivant :

Tableau du coefficient K, dépendant de la puissance de la pompe, pour le calcul du volume total du réservoir hydropneumatique de type fermé pour l'alimentation en eau

Certains fabricants calculent également le volume du réservoir hydropneumatique différemment :

La société Djileks, qui fabrique une large gamme d'équipements pour les systèmes d'alimentation en eau et de chauffage, propose une autre formule pour la détermination rapide du volume du réservoir hydropneumatique.

Orientation horizontale et verticale

Le choix entre un réservoir vertical et un réservoir horizontal dépend des caractéristiques de la pièce. Si la pièce est petite ou si le volume du réservoir est important, on installe un réservoir vertical pour ne pas prendre trop de place.

Le réservoir horizontal a une capacité plus faible, peut être suspendu au mur et servir de support pour l'installation d'une pompe de surface. Des fixations spéciales sont prévues pour son montage. Les grands réservoirs sont fabriqués uniquement en version verticale et sont installés sur des pieds.

En résumant tout ce qui précède, on peut noter que le choix d'un accumulateur hydraulique devra se faire entre les caractéristiques distinctives suivantes :

• pression de service ;
• pays de fabrication ;
• volume plus ou moins grand ;
• membrane en caoutchouc remplaçable ou non ;
• membrane pour eau technique ou eau potable ;
• matériau du corps : acier inoxydable ou acier émaillé.

Pour éviter des difficultés de remplacement des pièces à l'avenir, il est préférable de choisir les modèles les plus courants. Les poires en caoutchouc correspondantes sont toujours disponibles dans le commerce ; si un remplacement urgent est nécessaire, vous n'aurez pas à attendre longtemps la livraison.

Schémas de raccordement des réservoirs hydrauliques

Pour le système d'eau chaude sanitaire, l'installation du vase d'expansion se fait sur le tronçon du circuit de circulation, la ligne d'aspiration de la pompe, à proximité du chauffe-eau.

Le réservoir est équipé :

• d'un manomètre, d'une soupape de sécurité, d'un purgeur d'air — groupe de sécurité ;
• d'une vanne d'arrêt avec un dispositif empêchant une fermeture accidentelle.

Dans un système de plomberie où un équipement de chauffage de l'eau est présent, l'appareil assume les fonctions de vase d'expansion.

Schéma d'installation dans le système ECS : 1 – réservoir hydraulique ; 2 – soupape de sécurité ; 3 – équipement de pompage ; 4 – élément de filtration ; 5 – clapet anti-retour ; 6 – vanne d'arrêt

Dans le système d'eau froide, la règle principale lors de l'installation de l'accumulateur hydraulique est de le monter au début du raccordement, près de la pompe.

Dans le schéma de raccordement, les éléments suivants sont obligatoirement présents :

• un clapet anti-retour et une vanne d'arrêt ;
• un groupe de sécurité.

Les schémas de raccordement peuvent être très variés. Un réservoir hydraulique connecté normalise le fonctionnement de l'équipement, réduisant le nombre de démarrages de la pompe par unité de temps et prolongeant ainsi sa durée de vie.

Schéma d'installation dans un système d'eau froide avec puits : 1 – réservoir ; 2 – clapet anti-retour ; 3 – robinet d'arrêt ; 4 – pressostat ; 5 – appareil de commande de la pompe ; 6 – groupe de sécurité

Dans le schéma avec une station de pompage de surpression, l'une des pompes fonctionne en continu. Ce système est installé pour les maisons ou bâtiments ayant une consommation d'eau élevée. Le réservoir hydraulique sert ici à neutraliser les variations de pression, et pour l'accumulation d'eau, on installe un réservoir de volume aussi grand que possible.

Réalisation de l'installation du vase d'expansion

Avant de commencer les travaux, vérifiez que le réservoir hydraulique ne présente aucun dommage. Installez l'appareil dans une pièce insonorisée, à une température positive. Pour avoir accès au robinet de vidange, à la robinetterie d'arrêt, etc., laissez une distance d'au moins 0,6 m entre le réservoir et le plafond ou les murs.

Dans la pièce, prévoyez également la possibilité de remplir le réservoir et de vidanger l'eau. Les fixations et l'emplacement d'installation doivent supporter une capacité remplie à 100 %.

Pour les vases d'expansion d'un volume allant jusqu'à 30 litres, on utilise une fixation murale ; les grands réservoirs sont installés sur des pieds.

Le réservoir hydraulique ne doit pas subir de contraintes mécaniques ou statiques ; il est déconseillé de le soumettre à l'action de tuyaux ou d'appareils. Vissez le réservoir au sol à l'aide de joints en caoutchouc. À l'entrée du réservoir, installez un clapet anti-retour et un robinet de vidange.

Les étapes énumérées étaient nécessaires pour réaliser le circuit du réservoir hydraulique, qui a été effectué en surface. Pour les prochaines actions, vous devez vous rendre dans le caisson.

Après avoir effectué l'assemblage final du système, il reste à effectuer les tests de contrôle et à démarrer le circuit d'alimentation en eau.

Particularités du réglage du réservoir hydraulique

Les réservoirs d'expansion pour l'alimentation en eau sont vendus avec les réglages standard du fabricant — souvent, la pression dans la chambre à air est déjà réglée à 1,5 bar. La pression admissible est toujours indiquée sur l'étiquette et le fabricant déconseille de s'écarter des paramètres définis, surtout en l'augmentant.

Avant de procéder au réglage, déconnectez le système du réseau électrique et fermez les vannes d'arrêt. Videz complètement le réservoir à membrane en évacuant l'eau — la pression exacte ne peut être mesurée que lorsque le compartiment d'eau est vide.

Ensuite, mesurez la pression à l'aide d'un manomètre précis. Pour ce faire, retirez le capuchon décoratif de la valve et approchez l'appareil. Si la pression diffère de la valeur requise, ajustez-la en gonflant ou en purgeant l'excès d'air.

Compte tenu que le fabricant s'oppose aux écarts par rapport aux valeurs de pression recommandées, il est nécessaire de choisir, dès la phase de conception, un équipement approprié dont les paramètres ne seront pas en conflit.

Lors du réglage de la pression dans la chambre à gaz du réservoir, le fabricant la remplit de gaz inerte, par exemple d'azote sec. Cela empêche la corrosion de la surface intérieure. C'est pourquoi il est également recommandé d'utiliser de l'azote technique pour augmenter la pression.

Réglage de la pression du réservoir dans le système d'alimentation en eau

La pression dans un réservoir fermé est toujours réglée légèrement inférieure (de 10 %) à la pression de démarrage de la pompe. En ajustant la pression dans l'appareil, vous pouvez corriger le débit d'eau. Plus la pression du gaz dans le réservoir hydraulique est faible (mais pas moins de 1 bar), plus il pourra contenir d'eau.

Le débit deviendra alors irrégulier — fort lorsque le réservoir est plein et de plus en plus faible lorsqu'il se vide. Pour assurer un flux d'eau fort et régulier, on règle la pression dans la chambre à air ou à gaz entre 1,5 bar.

La pression d'eau dans la canalisation est réglée à l'aide du relais. Lors du réglage de la pression dans la chambre d'expansion, il est nécessaire de prendre en compte ces valeurs.

Réglage du réservoir hydraulique dans le circuit du chauffe-eau

Le réservoir d'expansion utilisé pour l'alimentation en eau chaude ne doit pas contenir d'eau au départ. La pression dans l'appareil est réglée à une valeur supérieure de 0,2 au seuil supérieur d'arrêt de la pompe.

Par exemple, si le relais est réglé pour arrêter l'équipement à une pression de 4 bar, alors la pression dans le compartiment à gaz du réservoir d'expansion doit être réglée à 4,2 bar.

Installé dans le circuit du chauffe-eau, le réservoir ne sert pas à maintenir la pression. Il est destiné à compenser la dilatation lorsque l'eau chauffe. Si la pression y est réglée à une valeur inférieure, le réservoir contiendra constamment de l'eau.

Règles d'entretien du réservoir hydraulique

L'inspection planifiée du vase d'expansion consiste à vérifier la pression dans le compartiment gazeux. Il est également nécessaire d'inspecter les vannes, les robinets d'arrêt, le purgeur d'air, de vérifier le fonctionnement du manomètre et du relais de pression d'eau. Pour s'assurer de l'intégrité du réservoir, on effectue un examen visuel.

Lors de l'entretien préventif, il convient de mesurer la pression dans le réservoir hydraulique et de la corriger si nécessaire.

Malgré toute la simplicité de l'appareil, les réservoirs d'expansion pour l'alimentation en eau ne sont pas éternels et peuvent tomber en panne. Les causes typiques sont la rupture de la membrane ou la perte d'air par le nipple. Les signes de pannes peuvent être détectés par des déclenchements fréquents de la pompe, l'apparition de bruit dans le système de canalisation. Comprendre le principe de fonctionnement de l'accumulateur hydraulique est la première étape vers un entretien correct et le dépannage.

Installation du réservoir hydraulique de type ouvert

Le dispositif de type ouvert est de moins en moins utilisé, car il nécessite une intervention constante de l'utilisateur dans son fonctionnement. Le vase d'expansion ouvert est un récipient non hermétique qui sert à créer une pression dans la conduite d'eau, à accumuler l'eau, et sert également de chambre d'expansion.

Au réservoir, on raccorde : un robinet de vidange, des raccords pour le tuyau de recirculation et d'alimentation, un tuyau de contrôle et un tuyau de trop-plein

Le réservoir est installé au-dessus du point sanitaire le plus élevé, par exemple dans le grenier, l'eau arrive dans le système par gravité. Chaque mètre d'élévation de l'appareil augmente la pression dans la conduite d'eau de 0,1 atmosphère.

Pour automatiser le processus d'alimentation en eau, le réservoir est équipé d'un interrupteur à flotteur et d'un relais automatique qui allume et éteint la pompe.

Le récipient est monté dans une pièce hors gel, recouvert d'un couvercle contre la poussière et les débris, et les parois sont enveloppées de laine minérale ou d'un autre isolant.

Cette méthode d'organisation de l'alimentation en eau nécessite un contrôle régulier de l'utilisateur, sinon l'eau peut geler à des températures négatives (si la pièce n'est pas chauffée). Le liquide s'évapore, il faudra donc le remplir constamment.

De plus, un tel récipient est encombrant et peu esthétique, et il est impératif de disposer d'un grenier dans la maison. Mais le principal défaut de l'appareil est que le réservoir n'est pas adapté à fonctionner sous une pression d'eau élevée dans le système.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Vidéo #1. Tout sur les vases d'expansion — classification, fonction, réglage et signes de dysfonctionnement :

Vidéo #2. Un fonctionnement incorrect de la station de pompage est souvent lié à des défaillances de l'accumulateur hydraulique :

Vidéo #3. Les nuances du choix des réservoirs hydrauliques pour l'alimentation en eau :

Dès la phase de planification et de développement du système d'alimentation en eau, il est nécessaire de réfléchir à tous les points fondamentalement importants et de calculer tous les paramètres. Si vous n'êtes pas sûr de l'infaillibilité de vos calculs et du choix correct du réservoir hydraulique pour l'alimentation en eau, il est préférable de consulter des spécialistes.

La plupart des entreprises qui vendent des équipements professionnels fournissent des conseils ou même effectuent des calculs gratuitement. Cela vous aidera à éviter des erreurs et des dépenses inutiles.

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