Vanne à trois voies sur système de chauffage : fonctionnement, règles de sélection, schéma et installation
Pour maintenir en permanence un équilibre thermique confortable dans la maison, un élément tel qu'une vanne à trois voies est intégré au circuit de chauffage, répartissant uniformément la chaleur dans toutes les pièces.
Malgré l'importance de cet élément, il ne se distingue pas par une conception complexe. Examinons ensemble les caractéristiques structurelles et les principes de fonctionnement de la vanne à trois voies. Quelles règles faut-il suivre lors du choix de l'appareil et quelles sont les nuances de son installation ?
Contenu de l’article :
Caractéristiques de la vanne à trois voies
L'eau arrivant au radiateur a une température déterminée sur laquelle il est souvent impossible d'agir. La vanne à trois voies effectue la régulation en modifiant non pas la température, mais la quantité de liquide.
Cela permet, sans modifier la surface du radiateur, de fournir aux pièces la quantité de chaleur nécessaire, mais uniquement dans les limites de la puissance du système.
Appareils séparateurs et mélangeurs
Visuellement, la vanne à trois voies ressemble à un té, mais remplit des fonctions totalement différentes. Ce nœud, équipé d'un thermostat, appartient à la robinetterie d'arrêt et en est l'un des éléments principaux.
Il existe deux types de ces dispositifs : les séparateurs et les mélangeurs.
Les premiers sont utilisés lorsqu'il est nécessaire d'acheminer le caloporteur simultanément dans plusieurs directions. En fait, le nœud est un mélangeur qui forme un flux stable avec une température définie. Il est installé dans le réseau de distribution d'air chauffé et dans les systèmes d'alimentation en eau.
Les dispositifs du second type servent à combiner les flux et à les réguler thermiquement. Pour les flux entrants ayant des températures différentes, deux orifices sont prévus, et pour leur sortie, un seul. Ils sont utilisés lors de l'installation de planchers chauffants pour éviter la surchauffe de la surface.
La vanne à trois voies et le régulateur de température sont vendus séparément. Pour les systèmes de chauffage autonomes, il est toutefois considéré comme plus rationnel et plus efficace d'acquérir un ensemble avec thermostat.
Conception des vannes à trois voies
Selon leur conception, les vannes se divisent en vannes à siège et vannes rotatives. Le principe de fonctionnement des premières repose sur un déplacement rythmique de la tige verticalement — un schéma de régulation « tige-siège ». Ce type appartient aux vannes de mélange. Souvent, la commande est assurée par un actionneur électromécanique.
L'élément clé de la conception rotative est un secteur rotatif. Lors du mouvement, la tige agit sur le clapet à bille, et celui-ci coupe partiellement ou totalement l'alimentation en fluide caloporteur. Ce schéma de régulation est appelé « bille-siège ».
Ces dispositifs ont une résistance à l'usure accrue. Ils sont adaptés aux grandes variations de température et sont classés comme robinetterie d'arrêt. Dans les maisons individuelles, où l'eau est consommée en quantité relativement faible, ils peuvent également fonctionner comme des mélangeurs.
La particularité de la vanne de mélange est la présence d'une sortie et de deux entrées. Elle est conçue pour contrôler la température du fluide de travail en combinant des flux à haute et basse température. Avec une installation appropriée, le produit peut également séparer les flux.
Une vanne à trois voies de type séparateur est utilisée lorsqu'il est nécessaire d'acheminer le fluide caloporteur chaud dans plusieurs directions.
Tous les modèles de ces robinets diffèrent les uns des autres selon certains critères :
- la mécanique de l'obturateur — elle peut être à tirage ou à presse-étoupe ;
- la forme du bouchon — il existe des formes en L, en T, en S ;
- le type d'obturateur — on trouve des obturateurs cylindriques, sphériques, coniques ;
- le raccordement au circuit — à l'aide d'un manchon, d'une bride, par soudage, etc. ;
- le mode de commande — automatique, semi-automatique, manuel.
Le dispositif de mélange est équipé d'une tige placée au centre, avec un seul clapet à bille. Celui-ci ferme au moment voulu l'obturateur de l'orifice d'entrée.
Dans les appareils de type séparateur, la tige est équipée de deux clapets montés dans les tubulures de sortie.
Il fonctionne selon un schéma un peu différent. Le fonctionnement d'une vanne à trois voies devient plus clair après une analyse détaillée de sa construction.
Le corps de ce type de produit est moulé. Il est fabriqué en laiton ou en bronze avec un revêtement galvanique en chrominickel. Ce revêtement remplit à la fois des fonctions de protection et de décoration. Pour le raccordement à la canalisation, il existe des sorties filetées — trois au total. Le type de raccord fileté dépend du modèle choisi.
Pour un fonctionnement stable de la vanne, les paramètres de pression optimaux dans le système de chauffage sont de 10 kg/cm². Au-delà de cette valeur, des problèmes peuvent survenir.
Il existe également des limites de température : 95º pour les chaudières, 110º pour les panneaux solaires. La plage de réglage de température du fluide caloporteur varie selon les modèles entre 20 et 60º. Le débit se situe entre 1,6 et 2,5 m3/h.
Principe de fonctionnement de l'appareil
L'installation d'une vanne mélangeuse à trois voies permet d'obtenir une température de liquide en sortie dans les limites définies.
Le principe de fonctionnement est le même pour un système de chauffage fermé que pour un système d'eau chaude sanitaire. La seule différence est que dans le premier cas, le fluide caloporteur transfère uniformément la chaleur de la source aux radiateurs, tandis que dans le second, il achemine l'eau chaude vers les appareils domestiques.
Jusqu'à ce que l'élément thermosensible atteigne une certaine température, le fluide caloporteur est fourni depuis le raccord avant et arrive librement dans le raccord droit. Lorsque l'élément de travail dépasse la température définie, il se dilate.
Cela entraîne un déplacement vertical vers le bas de la vanne et par conséquent l'obturation de l'arrivée du fluide caloporteur chauffé par le bas. Ensuite, le raccord gauche s'ouvre pour l'alimentation en liquide froid.
Le mélange du liquide froid avec le liquide chaud équilibre la température. L'élément thermosensible retrouve sa forme initiale et le volet reprend sa position d'origine.
Si la vanne à trois voies est installée dans le circuit de retour, le processus doit se dérouler dans l'ordre inverse. Lorsque le liquide se refroidit, le passage pour l'eau chaude de la chaudière s'ouvre directement.
Mécanisme d'actionnement de l'appareil
Le type de mécanisme d'entraînement peut également varier selon les vannes. L'entraînement peut être hydraulique, électromécanique, pneumatique ou manuel.
L'entraînement électromécanique se décline en plusieurs types, le plus courant étant le simple thermostatique. Il fonctionne par dilatation d'un liquide contenant un élément thermoactif, ce qui exerce une pression sur la tige. Il s'agit d'une version facilement amovible, utilisée dans les appareils installés dans les systèmes domestiques.
La variante suivante est l'entraînement avec tête thermostatique, équipé d'un élément sensible aux variations de température. L'appareil est complété par un capteur de température déporté placé directement dans la canalisation. Il est relié à l'entraînement par un tube capillaire.
Ce type de réglage est considéré comme le plus précis. Sur demande, le simple entraînement thermostatique peut facilement être remplacé par une tête thermostatique.
Il existe une variante de vanne trois voies avec commande électrique. Elle est contrôlée par un régulateur équipé de capteurs de température qui envoie des commandes au mécanisme principal. Une version simplifiée de l'actionneur avec régulateur est le servomoteur.
Il commande directement la vanne. L'actionneur le plus simple est manuel. Ici, le réglage s'effectue en tournant un capuchon en plastique à connexion filetée. Son fond est en contact avec l'extrémité de la tige. En vissant ou dévissant, on déplace le tiroir.
La présence d'un actionneur électrique ou d'un servomoteur permet de programmer le régime de température en fonction de l'heure de la journée. Initialement, le mécanisme d'entraînement n'est pas inclus dans la vanne trois voies. Il est acheté séparément en fonction des spécificités du réseau de chauffage. Le produit peut être utilisé dans tout type de système de chauffage.
Où utilise-t-on les vannes à trois voies ?
On rencontre des vannes de ce type dans différents schémas. Elles sont intégrées dans le schéma de montage des planchers chauffants pour assurer un chauffage uniforme de toutes ses sections et éviter la surchauffe de certaines dérivations.
En présence d'une chaudière à combustible solide, de la condensation est souvent observée dans sa chambre. L'installation d'un robinet trois voies permet de lutter contre ce phénomène.
Le dispositif trois voies fonctionne efficacement dans un système de chauffage lorsqu'il est nécessaire de connecter un circuit d'eau chaude sanitaire et de séparer les flux thermiques.
L'utilisation d'une vanne dans le circuit des radiateurs permet de se passer d'un bypass. Son installation sur le retour crée les conditions pour la mise en place d'un circuit court.
Nuances du choix de l'appareil
Voici les recommandations générales pour choisir une vanne trois voies adaptée :
- Il est préférable de choisir des fabricants réputés. On trouve souvent sur le marché des robinetteries de mauvaise qualité provenant de sociétés inconnues.
- Les produits en cuivre ou en laiton offrent une meilleure résistance à l'usure.
- La commande manuelle est plus fiable, mais moins fonctionnelle.
Le point clé réside dans les paramètres techniques du système dans lequel il est prévu de l'installer. On tient compte des caractéristiques suivantes : le niveau de pression, la température maximale du fluide caloporteur au point de montage de l'appareil, la chute de pression admissible, le volume d'eau traversant la vanne.
Seule une vanne avec un débit correctement adapté fonctionnera bien. Pour cela, il faut comparer les performances de votre système de plomberie avec le coefficient de débit de l'appareil. Celui-ci est obligatoirement indiqué sur chaque modèle.
Pour les pièces de surface limitée, comme la salle de bains, il n'est pas rationnel de choisir une vanne coûteuse avec un mitigeur thermostatique.
Dans les grandes surfaces avec planchers chauffants, un appareil à régulation automatique de la température est nécessaire. Le choix doit également être guidé par la conformité du produit à la norme GOST 12894-2005.
Le coût peut varier considérablement, tout dépend du fabricant.
Dans les maisons de campagne équipées d'une chaudière à combustible solide, le schéma de chauffage n'est pas très complexe. Une vanne à trois voies de conception simplifiée convient parfaitement ici.
Il fonctionne de manière autonome et ne possède ni tête thermostatique, ni capteur, ni même de tige. L'élément thermostatique qui commande son fonctionnement est réglé sur une certaine température et se trouve dans le boîtier.
Fabricants de vannes à trois voies
Le marché offre un large assortiment de vannes à trois voies, aussi bien de la part de fabricants réputés que de fabricants inconnus. Le modèle peut être choisi une fois les paramètres généraux du produit déterminés.
La première place du classement des ventes est occupée par les vannes de la société suédoise Esbe. C'est une marque assez connue, donc les produits à trois voies sont fiables et durables.
Les vannes à trois voies du fabricant coréen Navien sont connues pour leur qualité parmi les consommateurs. Il convient de les acheter si vous possédez une chaudière de cette même société.
Une grande précision de réglage est obtenue en installant un appareil de la société danoise Danfoss. Il fonctionne entièrement automatiquement.
Les vannes Valtec, fabriquées conjointement par des spécialistes italiens et russes, se distinguent par leur bonne qualité et leur prix abordable.
Les produits de la société américaine Honeywell sont efficaces dans leur fonctionnement. Ces vannes ont une conception simple et sont faciles à installer.
Caractéristiques de l'installation du produit
Lors de l'installation de vannes à trois voies, de nombreuses nuances apparaissent. Leur prise en compte détermine le bon fonctionnement du système de chauffage. Chaque vanne est accompagnée d'une notice du fabricant dont le respect permettra d'éviter de nombreux désagréments par la suite.
Recommandations générales pour l'installation
L'essentiel est d'installer la vanne dans la bonne position dès le départ, en suivant les indications marquées par des flèches sur le corps. Les repères indiquent la trajectoire du flux d'eau.
Le symbole A désigne le passage direct, B la direction perpendiculaire ou de dérivation, AB l'entrée ou la sortie combinée.
Selon l'orientation, il existe deux modèles de vannes :
- avec un schéma symétrique ou en T ;
- avec un schéma asymétrique ou en L.
Lors du montage selon le premier, le fluide entre dans la vanne par les orifices d'extrémité. Il sort par l'orifice central après mélange.
Dans la deuxième option, le flux chaud entre par l'extrémité et le flux froid par le bas. La sortie après mélange des fluides à différentes températures se fait par la deuxième extrémité.
Un deuxième point important lors du montage de la vanne mélangeuse : il ne faut pas placer son actionneur ou sa tête thermostatique vers le bas. Avant de commencer les travaux, une préparation est nécessaire : avant le point d'installation, coupez l'eau. Ensuite, vérifiez la tuyauterie pour détecter tout résidu susceptible d'endommager le joint de la vanne.
L'essentiel est de choisir un emplacement d'installation tel que la vanne soit accessible. Il sera peut-être nécessaire de la vérifier ou de la démonter par la suite. Pour tout cela, un espace libre est nécessaire.
Montage de la vanne de mélange
Lors du raccordement d'une vanne trois voies de type mélangeur à un système de chauffage centralisé, plusieurs options sont possibles. Le choix du schéma dépend du type de raccordement du système de chauffage.
Lorsque les conditions de fonctionnement de la chaudière permettent un phénomène tel que la surchauffe du fluide caloporteur dans le retour, une surpression se produit inévitablement. Dans ce cas, on installe un by-pass qui réduit la pression excessive. Il est installé en parallèle par rapport au mélange de la vanne.
Le schéma sur la photo garantit un réglage de qualité des paramètres du système. Si le robinet trois voies est raccordé directement à la chaudière, ce qui est le plus souvent le cas dans les systèmes de chauffage autonomes, un raccordement d'une vanne d'équilibrage est nécessaire.
Si l'on néglige la recommandation concernant l'installation de l'appareil d'équilibrage, des changements significatifs du débit du fluide de travail peuvent se produire dans le port AB, en fonction de la position de la tige.
Le raccordement selon le schéma présenté ne garantit pas l'absence de circulation du fluide caloporteur à travers la source. Pour y parvenir, il est nécessaire de raccorder en supplément un séparateur hydraulique et une pompe de circulation dans son circuit.
La vanne mélangeuse est également montée dans le but de séparer les flux. La nécessité se présente lorsqu'il est inadmissible d'isoler complètement le circuit de la source, mais qu'un by-pass du fluide vers le retour est possible. Le plus souvent, cette option est utilisée en présence d'une chaufferie autonome.
Il est nécessaire de savoir que l'utilisation de certains modèles peut provoquer des vibrations et du bruit. Cela est dû à une incohérence des directions d'écoulement dans la tuyauterie et le dispositif de mélange. Cela peut entraîner une chute de pression sur la vanne en dessous de la valeur admissible.
Montage de l'appareil de séparation
Lorsque la température de la source est plus élevée que ce dont le consommateur a besoin, une vanne de séparation des flux est incluse dans le circuit. Dans ce cas, avec un débit constant dans le circuit de la chaudière et chez le consommateur, ce dernier ne recevra pas de liquide surchauffé.
Pour que le schéma fonctionne, la présence d'une pompe est nécessaire dans les deux circuits.
Sur la base de ce qui précède, on peut résumer les recommandations générales :
- Lors du montage de toute vanne à trois voies, des manomètres sont installés avant et après celle-ci.
- Pour éviter l'entrée de toutes sortes d'impuretés, un filtre est monté avant le dispositif.
- Le corps de l'appareil ne doit subir aucune contrainte.
- Un bon réglage doit être assuré en installant, avant la vanne, des dispositifs étranglant la pression excessive.
- Lors de l'installation, la vanne ne doit pas se trouver au-dessus de l'actionneur.
Il est également nécessaire de respecter les sections droites recommandées par le fabricant avant et après le dispositif. Le non-respect de cette règle entraînera une modification des caractéristiques techniques déclarées. La garantie de l'appareil ne sera pas applicable.
Conclusions et vidéo utile sur le sujet
Les nuances de l'installation, dont la prise en compte garantit le bon fonctionnement de la vanne :
Détails de l'installation de la vanne lors du montage d'un plancher chauffant :
Un composant tel qu'une vanne thermostatique à trois voies est nécessaire dans un système de chauffage, mais pas dans tous les cas. Sa présence garantit une utilisation rationnelle du fluide caloporteur, permettant une consommation économique de combustible. De plus, il sert également de dispositif assurant la sécurité d'exploitation de la chaudière à combustible solide.
Néanmoins, avant d'acquérir un tel dispositif, il faut consulter au préalable sur l'opportunité de son installation.
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À 9:25 dans la vidéo. D'où va-t-il prendre l'eau froide pour diluer la température du fluide caloporteur dans le plancher chauffant à la valeur souhaitée, si vous avez installé un clapet anti-retour (il doit bien prendre l'eau de dilution du retour) ?