Calculateur de vase d'expansion : chauffage, chauffe-eau, eau glacée

À quoi sert un vase d'expansion

L'eau se dilate quand elle chauffe. Dans un circuit fermé, ce volume en plus n'a nulle part où aller : sans vase, la pression monterait jusqu'à ouvrir la soupape de sécurité. Le vase d'expansion à membrane contient un coussin de gaz (azote ou air) séparé de l'eau par une membrane. Quand l'eau se dilate, elle comprime le gaz et la pression monte de façon limitée ; quand elle refroidit, le gaz repousse l'eau vers le circuit.

Un vase fermé s'accompagne d'une soupape de sécurité (NF DTU 65.11 pour le chauffage central). Le vase sert à éviter que la soupape s'ouvre à chaque montée en température, il ne la remplace pas.

La formule, pas à pas

Le gaz du vase suit la loi de Boyle-Mariotte : à température constante, pression × volume reste constant. Vase vide d'eau, le gaz occupe tout le volume Vn à la pression absolue de pré-gonflage Pa. En fin de montée en température, le vase contient Ve + Vv d'eau et le gaz occupe Vn − (Ve + Vv) à la pression absolue finale Pe :

Pa × Vn = Pe × (Vn − Ve − Vv) soit Vn = (Ve + Vv) / (1 − Pa/Pe)

• Ve : expansion de l'eau = volume d'eau de l'installation × coefficient de dilatation. Le coefficient est la variation de volume d'une même masse d'eau entre la température la plus basse et la plus haute : ρ(T min) / ρ(T max) − 1.
• Vv : réserve d'eau laissée dans le vase à froid. Les fabricants conseillent 0,5 % du volume d'eau avec un minimum de 3 L en chauffage ; elle est réglable dans l'outil et nulle par défaut en sanitaire.
• Pa = pré-gonflage relatif + 1 bar, Pe = pression finale relative + 1 bar. La pression finale est le tarage de la soupape moins une marge (0,5 bar, ou 10 % du tarage au-delà de 5 bar, valeurs usuelles des fabricants).
• Taux d'utilisation = 1 − Pa/Pe : la part du vase effectivement occupée par l'eau à la pression finale.

Exemple. Circuit de chauffage de 200 L entre 10 °C et 80 °C, point haut à 10 m, soupape à 3 bar. Dilatation : 999,80 / 971,88 − 1 = 2,87 %, soit Ve = 5,74 L. Réserve : 0,5 % de 200 L = 1 L, relevée au minimum de 3 L. Pré-gonflage : 10 m × 0,098 + 0,3 = 1,28 bar. Pression finale : 3 − 0,5 = 2,5 bar. Pa = 2,28 bar, Pe = 3,5 bar, 1 − 2,28 / 3,5 = 0,348. Vn = (5,74 + 3) / 0,348 = 25,1 L : il faut un vase d'au moins 25 L.

Chauffage, sanitaire, eau glacée, solaire : ce qui change

Régler les pressions

• Pré-gonflage : mesuré à froid, vase isolé de l'installation et côté eau vidangé. En chauffage, il est supérieur à la pression due à la hauteur d'eau pour qu'aucune dépression n'apparaisse au point haut.
• Pression de remplissage à froid : légèrement au-dessus du pré-gonflage pour que la réserve d'eau entre dans le vase. L'outil la calcule dès qu'une réserve est prévue.
• Tarage de la soupape : il doit rester compatible avec les composants les moins résistants (chaudière, vase, canalisations). L'outil compare le tarage à la pression maximale admissible du vase si vous la renseignez.

Contrôler un vase déjà installé

Dans les réglages avancés, saisissez la capacité du vase en place. L'outil calcule la pression qu'atteindrait le circuit à la température maximale : Pe = Pa × Vn / (Vn − Ve − Vv). Si elle dépasse la pression finale admissible, le vase est trop petit ou mal pré-gonflé et la soupape risque de s'ouvrir. Un vase dont la membrane est percée ou dont le gaz a fui se reconnaît à un pré-gonflage qui a chuté : cela se mesure sur place.

Ce que l'outil ne fait pas

• Il n'estime pas le volume d'eau d'après la puissance de la chaudière ni le nombre de radiateurs : aucune valeur générale fiable n'existe. Le volume se saisit, ou se calcule pour les canalisations.
• Il ne connaît pas la dilatation d'un mélange glycolé : elle se saisit d'après la fiche du fluide.
• Il ne propose pas de gamme commerciale : les capacités varient selon le fabricant. Retenez la capacité nominale immédiatement supérieure au minimum calculé.
• Il ne traite ni les vases ouverts, ni les vases à vessie d'autoclave, ni les installations à vapeur.
• Il ne remplace pas la notice du fabricant ni l'étude de l'installation (NF EN 12828 pour le chauffage). Pour estimer la puissance du générateur avant de dimensionner le reste, voir le calculateur de déperditions et de puissance de chauffage.

Valeurs de référence : l'eau qui se dilate

Masse volumique de l'eau liquide (NIST, sous 0,3 MPa) et dilatation par rapport à 10 °C, calculée comme ρ(10 °C) / ρ(T) − 1. L'outil utilise la table complète, de 0 à 130 °C par pas de 1 °C.