Soupape de sécurité dans un système de chauffage : types, fonction, schémas et installation

En raison d'une mauvaise utilisation, de variations de température et de pics de pression, des dysfonctionnements peuvent survenir dans le fonctionnement des systèmes de chauffage autonomes. Les conséquences négatives dans de telles situations sont critiques : allant de la panne de composants individuels à la destruction de bâtiments et à une menace sérieuse pour la vie.

Une soupape de sécurité dans le système de chauffage permet d'éliminer les risques dangereux. Qu'est-ce que c'est et quel est son principe de fonctionnement ? Nous aborderons ces questions dans notre article. Nous examinerons également les variétés de ces vannes et indiquerons les principales différences entre elles, étudierons les règles d'installation dans le système de chauffage et donnerons des recommandations pour le choix et le réglage de la robinetterie de sécurité.

À quoi sert une soupape de sécurité ?

Les systèmes de chauffage sont remplis d'eau dont la température est d'environ 15 degrés. En circulant dans un circuit fermé, le fluide caloporteur se réchauffe, augmentant considérablement de volume. À ce moment, la pression exercée sur la surface intérieure des tuyaux et des appareils installés dans le système augmente considérablement.

Le dépassement de la norme admissible, dans la plupart des cas supérieur à 3,5 bars, se traduit par :

• des fuites aux points de raccordement des parties de la canalisation ;
• des dommages ou ruptures des éléments de raccordement et des tuyaux en polymères ;
• l'explosion de la cuve de la chaudière ;
• un court-circuit des équipements électriques dans la chaufferie.

Le risque le plus élevé de situations d'urgence est caractéristique des chaudières à combustible solide, dans lesquelles il est difficile de réguler la puissance de transfert de chaleur.

La performance des équipements électriques et à gaz est rapidement ajustée des niveaux de démarrage aux niveaux maximaux et vice versa. Souvent, ils sont équipés d'un dispositif de sécurité automatique qui désactive les éléments de travail en cas d'augmentation excessive de la température.

L'intensité de la combustion du bois, du charbon et d'autres types de combustible dans une chaudière à combustible solide est ajustée par l'ouverture/fermeture du registre. Cependant, la puissance de dégagement de chaleur ne change pas immédiatement, mais progressivement. En raison de l'inertie du générateur de chaleur, le fluide caloporteur liquide peut considérablement surchauffer.

Avec le manomètre qui mesure la pression et le purgeur d'air qui élimine l'air du système, le clapet de sécurité est souvent inclus dans le groupe de sécurité

Lorsque le bois dans la chambre est bien chauffé, portant l'eau du réseau aux températures nécessaires, l'accès à l'air est fermé, et la flamme active commence à s'éteindre.

Cependant, à l'état incandescent, le foyer continue de libérer la chaleur accumulée. Atteignant 90-95 degrés, le caloporteur bout et déclenche une formation intense inévitable de vapeur. Cela provoque une brusque montée de pression.

C'est dans ces circonstances que le clapet de sécurité entre en action. Lorsque la pression atteint le paramètre limite, il ouvre le clapet, libérant ainsi la vapeur formée vers l'extérieur. Après stabilisation des valeurs, le clapet se ferme automatiquement et repasse en mode veille.

Son installation est obligatoire non seulement pour les chaudières à combustible solide, mais aussi pour les chaudières à vapeur, ainsi que pour les poêles équipés d'un circuit d'eau. De nombreuses modifications d'équipements de chauffage sont fournies avec cet appareil dès la phase de production. Souvent, cette vanne est l'un des éléments du groupe de sécurité. Généralement, le dispositif est inséré directement dans l'échangeur de chaleur ou installé dans la canalisation à proximité de la chaudière.

Variétés d'appareils et principe de fonctionnement

La structure du clapet de décharge comprend deux composants obligatoires : une pièce d'arrêt composée d'un siège et d'un obturateur, et un dispositif de réglage de la force. Il existe plusieurs types d'équipements, chacun ayant ses propres caractéristiques. Ils sont classés selon certains critères.

Classification #1 — par mécanisme de serrage

Dans les systèmes de chauffage des maisons individuelles, des appartements et des installations industrielles de faible puissance, la préférence est donnée au type à ressort.

L'élément de travail principal de l'appareil est le ressort. Il soutient la membrane qui ferme le siège. Sur la tige reliée à la poignée se trouve une rondelle dans laquelle s'appuie la partie supérieure du ressort. La position de la rondelle et la pression exercée sur la membrane sont réglées par la poignée.

L'appareil se distingue par une structure simple et fiable, des dimensions compactes, la possibilité de combinaison avec d'autres éléments du bloc de sécurité, et un prix abordable. La force de compression du mécanisme à ressort dépend du paramètre de pression auquel le clapet s'actionne. La plage de réglage est influencée par l'élasticité du ressort lui-même.

Le principe de fonctionnement des clapets de sécurité à ressort est le suivant :

• le flux d'eau agit sur l'obturateur de l'appareil ;
• le mouvement du caloporteur est limité par la force du ressort ;
• la pression critique dépasse la force de compression, soulevant la tige du clapet vers le haut ;
• le liquide est envoyé dans la tubulure de sortie ;
• le volume interne d'eau se stabilise ;
• Le ressort ferme le clapet, le ramenant à sa position initiale.

Le corps du dispositif à ressort est fabriqué en laiton de haute qualité et haute résistance, en utilisant des technologies et des méthodes d'estampage à chaud. La production du ressort utilise de l'acier. La membrane, les joints et la poignée sont fabriqués en polymères.

Certaines marques commerciales produisent des équipements avec des réglages d'usine préétablis. Il existe également dans la gamme des modèles réglables sur site pendant la période de mise en service.

Les soupapes peuvent être ouvertes ou fermées. Dans le premier type de conception, le caloporteur est évacué dans l'atmosphère ; dans le second, il est déversé dans la canalisation de retour.

Les soupapes de sécurité à levier et à contrepoids ne sont pas aussi répandues. Dans les systèmes autonomes privés avec chaudière, elles sont rarement installées. Leur utilisation est concentrée dans l'industrie, sur les grandes installations où le diamètre des canalisations est d'au moins 200 mm.

Dans ces mécanismes, la force sur la tige n'est pas fournie par un ressort, mais par une masse suspendue à un levier. Celle-ci se déplace le long du levier, ajustant la force avec laquelle la tige appuie sur le siège.

La soupape à levier et à contrepoids s'ouvre lorsque la pression du fluide provenant de la partie inférieure du tiroir dépasse les valeurs exercées par le levier. Ensuite, l'eau s'échappe par un orifice d'évacuation spécial.

Le réglage des soupapes de sécurité à levier et à contrepoids s'effectue en déplaçant la tige le long du levier. Afin d'éviter toute modification non autorisée ou accidentelle, la masse est fixée avec des boulons, recouverte d'un capot spécial et verrouillée.

La pression de déclenchement, ainsi que la plage de réglage, sont déterminées par la longueur du levier et la masse du contrepoids. Les dispositifs de sécurité à levier ne sont pas inférieurs aux appareils à ressort en termes de fiabilité, mais ils coûtent plus cher. Ces dispositifs sont montés sur des raccords à brides de tuyaux d'un diamètre nominal de 50 et plus.

Classification #2 — par hauteur de levée du clapet

Dans les soupapes de sécurité à faible levée, le clapet ne se soulève pas de plus de 0,05 fois le diamètre du siège. Le mécanisme d'ouverture de cet équipement est proportionnel.

Il a une faible capacité de débit et la conception la plus simple. Les équipements à faible levée sont utilisés sur les récipients contenant un milieu liquide.

Les dispositifs à pleine levée sont équipés d'un mécanisme d'ouverture à deux positions. Ils équipent non seulement les récipients contenant des liquides, mais aussi les systèmes dans lesquels circulent des fluides compressibles (air comprimé, vapeur, gaz).

Pour les appareils à levée totale, la levée du clapet est plus haute. Cela signifie que leur capacité de débit est bien meilleure que celle de la version précédente, ils peuvent donc évacuer des volumes plus importants de l'excès de fluide caloporteur.

Classification #3 — par vitesse de déclenchement

Le couvercle de clapet des soupapes de sûreté proportionnelles s'ouvre progressivement. En règle générale, le degré d'ouverture est proportionnel à l'augmentation de la pression exercée sur la surface intérieure. Simultanément à la levée du mécanisme, les volumes de fluide caloporteur évacué augmentent progressivement.

La conception des dispositifs ne limite pas leur utilisation dans un milieu compressible, mais ils prédominent néanmoins dans les systèmes avec de l'eau ou d'autres liquides.

Parmi les avantages des soupapes de sûreté à vitesse d'actionnement proportionnelle : prix bas, simplicité de construction, absence d'auto-oscillations, ouverture partielle au niveau des valeurs nécessaires au maintien de paramètres de fonctionnement spécifiques.

La particularité des soupapes tout-ou-rien est l'actionnement instantané avec ouverture complète après avoir atteint les valeurs limites de pression dans le système, auxquelles le clapet de sécurité s'ouvre.

Les spécialistes recommandent d'utiliser ces dispositifs dans des milieux compressibles. Parmi leurs principaux inconvénients, on note la présence d'auto-oscillations caractéristiques du clapet.

Lors de l'installation d'une soupape tout-ou-rien dans un système de chauffage avec un fluide caloporteur liquide, il faut tenir compte du fait que lors de l'ouverture brusque du clapet, une grande quantité d'eau sera évacuée.

Cela entraînera une chute trop rapide de la pression. La vanne se fermera instantanément, ce qui provoquera un coup de bélier. Les dispositifs proportionnels ne présentent pas de tels risques.

Particularités des vannes d'urgence à trois voies

Il convient de parler séparément d'un dispositif moins connu des consommateurs : la soupape à trois voies avec commutateur manuel ou électrique. Elle est utilisée dans les systèmes de chauffage avec des circuits à basse température.

La conception des soupapes de sécurité est équipée de trois orifices, dont un d'entrée et deux de sortie. Les flux du fluide sont contrôlés par un obturateur en forme de bille ou de tige. Le fluide en mouvement est redistribué par des rotations.

Les soupapes de sécurité à trois voies sont adaptées aux chaudières à condensation et dans les cas où plusieurs systèmes différents fonctionnent à partir d'un même équipement de chauffage.

Imaginons une situation : dans une maison, un schéma de chauffage est réalisé avec un système de radiateurs classiques et un plancher chauffant. Les exigences techniques pour le fonctionnement de la seconde option prévoient des températures de fluide caloporteur pas trop élevées.

La chaudière chauffe l'eau à un même régime de température pour tous les systèmes. Dans de telles conditions, il devient nécessaire de disposer d'un dispositif de redistribution, dont une vanne à trois voies remplit parfaitement les fonctions.

Il est responsable des fonctions suivantes :

• la délimitation des zones ;
• la répartition de la densité du flux par zones ;
• la facilitation du mélange du caloporteur provenant des ramifications principales d'alimentation/retour pour envoyer dans le tuyau du plancher chauffant une eau plus froide que dans les radiateurs.

Afin de ne pas avoir à contrôler constamment la température ambiante vous-même, il est nécessaire de prêter attention aux modèles de vanne équipés d'un servomoteur.

Cet appareil fonctionne à partir d'un capteur installé dans le circuit basse température. Lorsque les relevés de température changent, un mécanisme d'arrêt s'active, ouvrant ou fermant l'alimentation en liquide du retour.

Nous avons parlé plus en détail des variétés de vannes à trois voies pour le chauffage et des critères de leur sélection dans l'article suivant.

Conseils pour choisir le modèle optimal

Avant de vous arrêter sur un équipement de sécurité spécifique, vous devez absolument vous familiariser en détail avec les caractéristiques techniques de l'installation de la chaudière.

Les températures négatives ont un impact négatif sur le fonctionnement de la vanne de sécurité. Par conséquent, une caractéristique assez importante pour l'appareil est la présence d'une protection contre le gel.

Il ne faut pas négliger l'étude des instructions du fabricant, qui indiquent toutes les valeurs limites.

Plusieurs critères jouent un rôle décisif dans le choix d'un appareil de chauffage :

1. La puissance de la chaudière.
2. La pression maximale admissible du fluide pour la puissance thermique de l'équipement de chauffage.
3. Le diamètre de la vanne de sécurité.

Il faut vérifier que le régulateur de pression de l'appareil a une plage qui inclut les paramètres de la chaudière concernée. La pression de déclenchement doit être de 25 à 30 % supérieure à la valeur de fonctionnement requise pour un fonctionnement stable du système.

Plus les valeurs de pression de fonctionnement sont élevées, moins l'appareil doit mettre de temps pour s'actionner. L'écart entre la pression au début du mouvement et celle à l'ouverture complète de l'obturateur doit être de 15 % pour une valeur nominale inférieure à 2,5 atm, de 10 % – pour des paramètres plus élevés.

Le diamètre de la vanne de sécurité ne peut pas être inférieur au raccord du tuyau d'alimentation. Sinon, la résistance hydraulique constante empêchera le dispositif de sécurité de remplir pleinement ses tâches directes.

Le matériau de fabrication optimal de l'équipement est le laiton. Il possède un faible coefficient de dilatation thermique, ce qui exclut la destruction du corps sous l'effet de fortes pressions.

Le bloc de régulation est fabriqué à partir de matériaux plastiques thermorésistants qui conservent la rigidité nécessaire même au contact d'un liquide bouillant.

Règles d'installation et de réglage

Si vous planifiez l'installation indépendante de la soupape de sécurité pour le chauffage, préparez à l'avance un ensemble d'outils. Vous ne pourrez pas vous passer de clés à molette, de clés plates, d'un tournevis cruciforme, de pinces, d'un mètre ruban et de mastic silicone.

Avant de commencer le travail, vous devez déterminer un emplacement approprié pour l'installation. Il est recommandé de fixer la soupape de sécurité sur la conduite d'alimentation, près du tuyau de sortie de la chaudière. La distance optimale entre les éléments est de 200 à 300 mm.

Tous les disjoncteurs domestiques compacts sont filetés. Pour assurer une étanchéité totale lors du vissage, vous devez étanchéifier le tuyau avec de l'étoupe ou du silicone. Il est déconseillé d'utiliser du ruban FUM, car il ne supporte pas toujours les températures critiques élevées.

Dans la documentation normative fournie avec chaque appareil, le processus d'installation est généralement décrit étape par étape.

Certaines règles clés d'installation sont valables pour tous les types de soupapes :

• si le dispositif de sécurité n'est pas installé dans le cadre d'un groupe de sécurité, un manomètre doit être placé à côté ;
• dans les soupapes à ressort, l'axe du ressort doit être strictement vertical et situé sous le corps du dispositif ;
• dans les équipements à levier et à contrepoids, le levier doit être placé horizontalement ;
• sur le tronçon de canalisation entre l'équipement de chauffage et le dispositif de sécurité, l'installation de clapets anti-retour, de robinets, de vannes et de pompes de circulation est interdite;
• pour éviter d'endommager le corps lors de la rotation de la soupape, vous devez utiliser la clé du côté où se fait le vissage ;
• le tuyau de vidange, qui évacue le fluide caloporteur vers le réseau d'égouts ou le tuyau de retour, est raccordé au tuyau de sortie de la soupape ;
• le tuyau de sortie est raccordé aux égouts non pas directement, mais par l'intermédiaire d'un entonnoir ou d'un puisard ;
• dans les systèmes où la circulation du fluide se fait par schéma naturel, la vanne de sécurité est placée au point le plus haut.

Le diamètre nominal de l'appareil est choisi sur la base des méthodes développées et approuvées par Gostekhnadzor. Pour résoudre ce problème, il est plus judicieux de faire appel à des professionnels.

Si cela n'est pas possible, vous pouvez essayer d'utiliser des programmes en ligne spécialisés pour le calcul.

Pour réduire les pertes hydrauliques lors de la pression du fluide sur le disque de la soupape, l'installation de l'équipement de sécurité est réalisée avec une inclinaison vers la chaudière.

Le réglage du clapet dépend du type de construction de la bride. Dans les dispositifs à ressort, il y a un capuchon. La précontrainte du ressort se règle en le tournant. La précision de réglage de ces produits est élevée : +/- 0,2 bar.

Dans les dispositifs à levier, les réglages sont effectués en augmentant la masse ou en déplaçant la charge.

Après 7 à 8 déclenchements dans le dispositif d'urgence installé, le ressort et la plaque s'usent, ce qui peut entraîner une perte d'étanchéité. Dans ce cas, il est conseillé de remplacer le clapet par un neuf.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Comment est conçu et de quoi se compose un clapet de sécurité :

Le clapet d'urgence dans le groupe de sécurité :

Pour en savoir plus sur le choix et l'installation du clapet de sécurité optimal :

Le clapet de sécurité est un équipement simple et fiable qui permet de protéger votre logement des situations d'urgence imprévues pouvant survenir dans les systèmes de chauffage. Pour cela, il suffit de choisir un appareil de qualité avec les paramètres appropriés, puis d'effectuer son réglage et son montage corrects.

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