Vase d'expansion du système de chauffage : conception, calcul et sélection de la meilleure option
Un vase d'expansion du système de chauffage correctement sélectionné et correctement installé empêchera sa panne et maintiendra la pression au niveau requis.Il est nécessaire comme réserve pour l'eau qui se dilate lorsqu'elle est chauffée. Selon le type de système, l'extenseur intégré peut être ouvert ou fermé.
Nous vous expliquerons comment sélectionner une capacité de réserve en fonction du schéma de chauffage à créer. L'article que nous avons présenté décrit les caractéristiques de conception et les spécificités de l'installation des extensions. Des recommandations sont données qui, si elles sont suivies, garantiront un fonctionnement idéal de tout type de circuit de chauffage.
Le contenu de l'article :
Vases d'expansion de type ouvert
Une caractéristique de conception des détendeurs de type ouvert est le contact du liquide de refroidissement avec l'atmosphère. La circulation dans les systèmes équipés d'un détendeur de ce type est par convection. Lorsqu'il est chauffé, le volume de liquide augmente, son excès est absorbé par le réservoir du récipient.
Lorsque la température baisse, le liquide revient par gravité, sous l'influence de la gravité.
En raison de la pression nulle dans le réservoir, l'appareil ne nécessite pas de structure métallique solide, donc :
- n'importe quel métal est utilisé dans la fabrication du boîtier ;
- un récipient prêt à l'emploi en plastique résistant à la chaleur peut être utilisé ;
- La forme du réservoir n'a pas d'importance.
Dans les maisons de campagne, ces équipements peuvent être assemblés à partir des matériaux disponibles. Comme récipient, vous pouvez utiliser un bidon ou un fût en plastique équipé d'un tuyau d'entrée et d'une sortie pour trop-plein.
Extérieurement, il s'agit d'un réservoir métallique ordinaire dont le plan supérieur est équipé d'un trou pour l'entretien et l'ajout de liquide. Le couvercle étanche offre une protection contre le colmatage. Des unités de fixation sont prévues en bas ou sur le plan latéral.
Les systèmes de chauffage ouverts sont utilisés dans les bâtiments de faible hauteur, où le volume de liquide de refroidissement et la longueur des communications de chauffage sont relativement faibles.
Les exigences d'installation sont simples :
- l'extenseur est placé à hauteur maximale, sur la ligne d'alimentation ;
- l'alimentation est reliée au réservoir par un tuyau ;
- Pour évacuer l'excès de liquide, un trop-plein est inséré au-dessus du niveau calculé.
Pour assurer la circulation par gravité, il est recommandé d'utiliser des tuyaux de section augmentée pour l'installation.
Habituellement, ils essaient d'installer le réservoir dans une pièce chauffée, équipée d'un grenier isolé, et si cela n'est pas possible, le réservoir devra alors être isolé. La présence d'isolant empêchera le gel du liquide et la perte de fonctionnalité du système.
Vases d'expansion fermés
La spécificité de conception des modifications fermées du réservoir est une étanchéité totale, qui permet de maintenir la pression nécessaire à la circulation en tout point du système.
Le réservoir à l’intérieur est divisé par une membrane en parties air et liquide. Chacun des compartiments est complètement scellé - le mélange contenant de l'azote du compartiment à air ne se mélangera jamais au liquide de refroidissement remplissant le compartiment liquide.
Principe d'opération vase d'expansion fermé consiste dans le fait que le liquide chauffé du système est poussé dans la partie liquide du réservoir et commence à exercer une pression de son côté sur la membrane scellée. La cloison se déforme et agit sur la partie air en la comprimant.
En conséquence, le volume de la chambre à air du réservoir diminue et le gaz qu'il contient est comprimé. Cette situation contribue à une augmentation de la pression dans le système. Dès que la pression se normalise, le liquide de refroidissement est repoussé hors du compartiment liquide.
Si la pression augmente rapidement, lorsque le volume critique de liquide dans le réservoir est atteint, la soupape de sécurité est activée. En conséquence, l’excès de liquide de refroidissement sera éliminé du réservoir.
Selon leur forme, tous les détendeurs fermés destinés à être installés dans le système de chauffage sont divisés dans les types suivants :
- En forme de boule - un type de structure membranaire à cloison élastique.Lorsque le liquide entre, il s’étire et absorbe tout l’excès de volume. Le réservoir lui-même ressemble à une capsule sphérique.
- ovale - un autre type de compensateurs hydrauliques à membrane. Le cylindre d'expansion est traditionnellement divisé par une membrane flexible en chambres à gaz et à liquide, mais la configuration du corps a une forme verticale quelque peu allongée.
Extérieurement, les dilatateurs ovales sont un ballon cylindrique peint en rouge. D'une part, il y a un mamelon pour créer une pression dans la chambre à gaz, de l'autre, il y a un tuyau par lequel se fait la connexion au système.
Des unités de fixation sont soudées sur le corps, qui permettent une installation articulée de l'équipement et sont capables de supporter son poids opérationnel. La modification sphérique du réservoir ne diffère de la version ovale que par sa forme.
Dans les systèmes fermés, la circulation gravitaire ne sera pas en mesure de fournir le niveau de pression requis. La conception comprend donc pompe de circulation.
L'extenseur lui-même peut être installé à n'importe quel point du système, mais lors de l'exécution des travaux d'installation, il est conseillé de prendre en compte les recommandations suivantes :
- le meilleur endroit pour l'installation est la conduite de retour, jusqu'au point d'insertion de la pompe ;
- Il est préférable de fournir du liquide de refroidissement par le haut, ce qui réduira la pénétration de l'air et maintiendra la fonctionnalité si la membrane est endommagée ;
- le manque de volume principal peut être compensé en installant un extenseur supplémentaire de plus petite capacité.
Lors de l'installation, il n'est pas interdit de prendre en compte l'intérieur de la pièce, si nécessaire. Pour le contrôle de niveau pression du système de chauffage L'expanseur doit être équipé d'un manomètre.
La possibilité de placement à proximité de la chaudière élimine la question de la nécessité d'isoler le réservoir. L'équipement est situé dans une pièce chaude, ce qui garantit une facilité d'utilisation.
Quel design est le meilleur ?
Les systèmes, selon la conception et le matériau du vase d'expansion, diffèrent par la liste des avantages et des inconvénients. Mais, selon les experts et les utilisateurs expérimentés, les avantages en termes de fonctionnalité se situent du côté des options fermées.
Avantages et inconvénients d'un réservoir ouvert
Un système à écoulement automatique nécessite des tuyaux de plus grand diamètre, ce qui augmente directement les coûts. Budget de développement système de chauffage ouvert avec un dilatateur qui fuit augmente légèrement, bien qu'il reste relativement faible.
Les principaux avantages de cette option sont la simplicité ainsi que le faible coût des composants et des travaux d'installation. Un autre point positif est qu’il n’est pas nécessaire de contrôler le niveau de pression.
Cependant, il y a bien plus d'inconvénients :
- l'utilisation d'antigel est dangereuse en raison des vapeurs toxiques ;
- les possibilités d'installation ne sont limitées que par le point haut du système ;
- un contact constant avec l'atmosphère augmente le risque de poches d'air et de corrosion ;
- échauffement lent;
- les changements de température accompagnant la circulation par convection accélèrent l'usure des équipements ;
- utilisé pour chauffer des bâtiments de faible hauteur, de deux étages maximum ;
- pertes de chaleur importantes et consommation d'énergie pour le chauffage.
Un autre inconvénient d'un système ouvert réside dans les pertes dues à l'évaporation et aux débordements. Par conséquent, lors de l’installation du réservoir, il convient de veiller à ce que l’orifice de remplissage soit accessible.
Avantages et inconvénients d'un réservoir fermé
Si les détendeurs ouverts gagnent en termes de prix et de facilité d'installation, alors la fonctionnalité est le point fort d'un réservoir fermé, également appelé vase d'expansion.Ils sont utilisés dans la construction systèmes de chauffage fermésqui n'ont pas de contact direct avec l'atmosphère.
Les expanzomats présentent les avantages suivants :
- une étanchéité complète permet l'utilisation d'antigel;
- L'emplacement de l'extenseur n'affecte pas les performances du système ;
- l'isolation de l'espace interne du réservoir minimise le risque de poches d'air et de corrosion ;
- après le démarrage, le système chauffe plus rapidement et est plus sensible au contrôle de la température ;
- une différence plus petite entre les conditions de fonctionnement des conduites d'alimentation et de retour, ce qui augmente par conséquent la durée de vie ;
- ne nécessite pas l'installation de tuyaux de grand diamètre, ce qui permet d'économiser sur la construction ;
- ne nécessite pas une attention constante au niveau et à l'état du liquide ;
- possibilité d'utilisation dans des systèmes conçus pour plusieurs étages ;
- petites pertes de chaleur, réduisant les coûts pendant le fonctionnement de l'équipement.
Lors du choix d'extenseurs de ce type, vous pouvez rencontrer des cylindres scellés de conception non séparable. En cas de dysfonctionnement du diaphragme, le cylindre devra être remplacé par un neuf.
Parmi les inconvénients, il est important de noter la complexité de la conception, les exigences particulières en matière de matériaux, qui augmentent le coût de l'équipement. A cela s’ajoute la nécessité de surveiller en permanence la pression et de la rétablir si nécessaire.
Règles de calcul de la capacité du réservoir
Tout type de dilatateur ne sera efficace que si le volume est choisi correctement. Pour ce faire, tenez compte de la capacité du liquide à se dilater pendant la période de chauffage.L'eau dans les anneaux de chauffage se dilate d'au moins 3 % du volume total du système d'eau, l'antigel - de près de 5 %.
Les liquides appartiennent à la catégorie des milieux incompressibles, le réservoir doit donc leur assurer une réserve de dilatation thermique suffisante avec une certaine marge. À condition que le circuit soit entièrement rempli de liquide de refroidissement, même la dilatation thermique dans les volumes calculés peut entraîner un écoulement de liquide à travers soupape de sécurité et renverser du liquide de refroidissement sur le sol.
Par conséquent, afin que le dépassement du volume de liquide de refroidissement en expansion n'entraîne pas d'accidents, des réservoirs fermés pour petits circuits dans les maisons privées sont achetés de manière à ce que leur volume soit égal à 10 % du volume total de liquide de refroidissement circulant dans le système. Cette règle est valable pour les systèmes d'une capacité allant jusqu'à 150 l.
Si plus de 150 litres de liquide de refroidissement se déplacent le long de l'anneau chauffant, la capacité d'un réservoir fermé est calculée en multipliant le volume total de liquide par son coefficient de dilatation à des températures de fonctionnement spécifiques dans le système.
À la valeur obtenue, vous devez ajouter la taille du joint hydraulique, c'est-à-dire le volume de liquide de refroidissement formé dans le réservoir en raison de la pression statique standard du fluide. Pour les grands anneaux de chauffage, ce chiffre est généralement égal à 0,5 % du volume total du liquide de refroidissement ; pour les petits, d'une capacité allant jusqu'à 150 litres, il est estimé à 20 %.
Le montant obtenu est multiplié par un facteur de correction déterminé à partir des valeurs de pression préliminaire et finale dans le système de chauffage. L'estimation préliminaire est qu'il y a 1 barre pour 10 m de hauteur de contour. La pression finale est formée à la suite du fonctionnement du système.
Le calcul du volume d'un réservoir fermé pour les grandes structures de chauffage complexes ressemble à ceci :
La capacité du type ouvert n'est pas strictement réglementée par la réglementation, mais il existe une règle : le volume du réservoir ouvert jusqu'au tuyau de trop-plein doit être compris entre 3,5 et 4 % du volume total de liquide de refroidissement dans le circuit de chauffage.
Cette estimation est suffisante pour une petite maison de campagne, mais un bâtiment de résidence permanente nécessitera un calcul plus précis. Tout d'abord, vous devrez connaître le volume total du système de chauffage.
Options de calcul de la capacité de chauffage totale
Cet indicateur peut être déterminé avec différents degrés de précision de trois manières principales. Premièrement, sur la base des données du passeport de la chaudière. Ainsi, environ 15 litres de liquide sont nécessaires par unité de puissance de l'équipement de la chaudière. Pour obtenir les données nécessaires, il faudra multiplier 15 par la puissance de la chaudière indiquée dans la fiche technique.
Deuxièmement, vous pouvez connaître le volume à l'aide d'un compteur d'eau lors du remplissage du système. Au fur et à mesure du remplissage, la quantité de liquide utilisée est prise en compte. C'est une option plus précise et plus gênante.
La troisième méthode consiste à calculer le volume total de tous les éléments du système de chauffage. C'est l'option la plus précise. La capacité de l'échangeur de chaleur de la chaudière, des radiateurs, des convecteurs et des instruments de mesure peut être déterminée à partir des caractéristiques du passeport.Pour calculer la capacité du tuyau, les données du tableau sont utilisées.
Le tableau montre le volume de tuyaux par mètre de longueur, fabriqués à partir des matériaux les plus populaires et les plus modernes. Le diamètre interne est indiqué en pouces de 0,5 à 1,5 unités.
Une autre méthode qui prétend être très précise est le calcul à l'aide de la formule :
Vtotal = π x D2 x L/4,
Où:
- π est égal à 3,14 ;
- D - indique les paramètres du diamètre interne des tuyaux ;
- L - indique la longueur du pipeline du système.
Après avoir reçu les données nécessaires, elles sont résumées et le volume total du système est obtenu, qui est utilisé dans d'autres calculs.
Étapes et formules pour le cycle complet de calculs pour la conception et l'organisation du chauffage d'une maison privée sont donnés ici. Nous vous recommandons de lire les informations utiles.
Sélection d'un vase d'expansion selon le tableau
Si vous disposez des données nécessaires, l'option d'expansion optimale peut être sélectionnée à l'aide du tableau des volumes et de la pression de conception.
Le volume total du système est calculé selon la méthode spécifiée, les paramètres de pression ne sont pertinents que pour les modifications fermées et sont indiqués dans la fiche technique de l'équipement.
Cette option ne nécessite pas de calculs particuliers autres que le calcul du volume total du système. L'utilisation du tableau simplifie et accélère grandement la sélection d'un détendeur avec la capacité de réservoir requise.
Utiliser des formules de calcul
Si les données du tableau ne suffisent pas, il est possible de calculer vous-même l'indicateur de capacité requis.
Pour ce faire, utilisez la formule suivante :
Vb = Vc x k/D,
Où:
- Vb - indique la capacité d'extension souhaitée ;
- Vc – capacité totale du système ;
- k est le coefficient de dilatation du liquide lorsqu'il est chauffé ;
- D – coefficient d'efficacité de l'expandeur.
Parmi les données nécessaires au calcul, les coefficients k et D restent inconnus. Le premier est une valeur tabulaire et le second est calculé à l'aide d'une formule distincte.
Un tableau d'expansion de température existe également et est utilisé. Il permet de déterminer le coefficient pour les systèmes à eau ou antigel. La valeur n'est pas linéaire, elle change lorsqu'on chauffe, en fonction de la présence et de la concentration de glycol dans le liquide.
Pour l'eau, la concentration d'éthylène glycol est prise comme « 0 » ; pour l'antigel, la concentration est déterminée selon les données déclarées par le fabricant. La température de chauffage est considérée comme opérationnelle pour un système spécifique.
Pour calculer indépendamment le coefficient d'efficacité du vase d'expansion, utilisez la formule :
(Qm – Qb) : (Qm + 1),
Où:
- Qm est la pression maximale du système en fonction du seuil de réponse nominal de la soupape de sécurité ;
- Qb est la pression préliminaire dans la chambre à air du détendeur selon la fiche technique.
Si ce dernier paramètre est inconnu, il est mesuré lors du gonflage ou par purge par le téton du cylindre.
Autres méthodes de calcul
En plus des calculs indépendants utilisant des formules et des tableaux, il existe des méthodes alternatives. Une option de calcul accessible est l’aide d’une calculatrice en ligne.
Une autre option pour obtenir les données nécessaires consiste à contacter des designers professionnels.C'est le moyen le plus fiable, mais l'exactitude des informations obtenues coûtera assez cher.
Vous familiarisera avec les règles d'installation et de connexion des extenseurs de type fermé et ouvert prochain articledédié à ces questions.
Comment choisir le bon vase d'expansion ?
Il est recommandé de décider du type de système de chauffage au stade de la planification. Le choix du réservoir est généralement reporté après le montage du caisson, lorsque le système est installé et que son volume est connu.
Lors de la sélection de l'option optimale de vase d'expansion, il est recommandé :
- se concentrer sur le volume du vase d'expansion fermé, qui dépasse la valeur de la dilatation thermique du liquide de refroidissement ;
- lors de l'achat, vous devez faire attention à la connexion, à la forme du conteneur et à l'emplacement des connecteurs pour les fixations - cela évitera les surprises lors du processus d'installation ;
- Il est important de prêter attention aux instructions sur le boîtier, qui contiennent des informations d'installation utiles et des paramètres techniques.
Lors de l'achat, il vaut mieux se concentrer sur un fabricant de confiance, même si ses cylindres coûteront plus cher. Ce sera la clé de la longévité du système de chauffage, à condition qu’il soit utilisé correctement et régulièrement entretenu.
Avant le raccordement, la pression préalable dans le compartiment gaz du réservoir à membrane est réglée à une valeur égale à la pression statique de la colonne de liquide de refroidissement dans le circuit de chauffage. Le réglage s'effectue à l'aide d'une pompe de voiture ordinaire et est contrôlé par un manomètre.
Ne confondez pas les détendeurs pour les systèmes de chauffage et accumulateurs hydrauliques pour les conduites d'alimentation en eau froide. Ils diffèrent par leur apparence et leurs caractéristiques de conception.Les premiers sont peints en rouge et ne sont généralement pas démontables, les seconds sont bleus et équipés d'une bride amovible pour réparer la membrane.
Conclusions et vidéo utile sur le sujet
La vidéo vous aidera à déterminer les paramètres d'un extenseur de modification fermé et à comprendre les différences entre les ballons de chauffage et les systèmes de chaudière :
Le principe de fonctionnement et les caractéristiques du choix d'un conteneur dans le clip vidéo :
Le système de chauffage d'une maison privée peut être réalisé selon un circuit ouvert ou fermé, ce qui nécessite l'installation d'un détendeur de conception appropriée. Le facteur clé de ses performances est le volume, que vous pouvez calculer vous-même ou confier cette question à des designers professionnels.
Un équipement correctement sélectionné aidera à maintenir le volume de liquide requis dans un système ouvert et, en cas de chauffage scellé, il maintiendra le niveau de pression de fonctionnement.
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