Vase d’expansion fermé d’une installation de chauffage
Calcule le volume nominal minimal d’un vase d’expansion à membrane, sa pression de prégonflage et la plage de pression de remplissage à froid, selon la méthode de l’annexe D de la norme NF EN 12828. Méthode simplifiée (eau, 1 bar pour 10 m) ou détaillée (eau ou mélange eau-glycol, masse volumique tabulée au pas de 5 °C, ρ·g·H, altitude, pression de vapeur, vase au refoulement).
Volume nominal minimal du vase
Hypothèses et limites
- Méthode de l’annexe D de la NF EN 12828 : vase fermé à membrane, coussin de gaz à température constante (loi de Boyle-Mariotte). Domaine de la norme : installations à eau jusqu’à 105 °C. Au-delà (méthode détaillée, jusqu’à 120 °C), le résultat est signalé hors domaine.
- Méthode simplifiée : eau sans antigel, masse volumique IAPWS à pression atmosphérique interpolée par pas de 10 °C, pression statique H/10 bar, pression atmosphérique prise à 1 bar. Un mélange eau-glycol se dilate davantage : utiliser la méthode détaillée.
- Méthode détaillée : masse volumique de l’eau (IAPWS-95) et des mélanges eau-glycol (Melinder 2010) tabulée au pas de 5 °C et interpolée linéairement ; pression statique ρ·g·H avec la masse volumique à la température de remplissage ; pression atmosphérique selon l’altitude (atmosphère type OACI) dans le passage en pression absolue.
- Pression de vapeur pD (méthode détaillée) : pression de saturation de l’eau à la température maximale diminuée de la pression atmosphérique locale, nulle en dessous. Pour un mélange eau-glycol, la pression de vapeur de l’eau pure est retenue, ce qui est majorant.
- Estimation du volume d’eau par postes : tuyauteries à partir du diamètre intérieur normalisé de chaque tube (π d² / 4 par mètre) ; émetteurs à partir de ratios indicatifs en litres par kW (valeurs basse, moyenne et haute : ordres de grandeur), modifiables ; générateurs et ballons à partir des volumes saisis. Préférez les volumes du catalogue du fabricant quand vous les avez.
- Estimation rapide : contenances globales publiées par Viessmann et Reflex pour un départ à 90 °C (radiateurs 13,5 L/kW, panneaux 8,5 L/kW, plancher 20 L/kW) ; 5 L/kW pour les convecteurs est un ordre de grandeur. Pour un régime plus bas, la part émetteurs grossit comme (60 K / ΔT moyen)^1,3 (exposant usuel de la NF EN 442) : la valeur proposée est la moyenne entre le ratio publié et le ratio entièrement corrigé ; la fourchette va de l’un à l’autre, élargie à ±20 %.
- Hauteur estimée par les niveaux : nombre d’étages × hauteur d’étage + hauteur du point haut au-dessus du dernier plancher ; les hauteurs proposées sont des ordres de grandeur.
- Prégonflage p0 = pression statique + 0,2 bar, augmenté en méthode détaillée de pD et, vase au refoulement, de la hauteur de la pompe (fiche technique Reflex). Reflex recommande en outre p0 ≥ 1 bar pour les circulateurs : signalé par un badge.
- Pression finale pe = tarage soupape − 0,5 bar jusqu’à 5 bar, 0,9 × tarage au-delà (écart de fermeture de la soupape).
- Réserve d’eau VWR = 0,5 % du volume de l’installation, au moins 3 L.
- Plage de pression de remplissage inférieure à 0,2 bar : la taille retenue est juste (critère repris de la documentation du logiciel LINEAR), un badge d’information le signale.
- Gamme de tailles commerciales (8 à 1 000 L) : hypothèse représentative du marché, à vérifier sur le catalogue du fabricant retenu.
Pour aller plus loin
Volume nominal du vase
Le vase doit absorber le volume de dilatation de l’eau entre la température de remplissage et la température maximale, plus une réserve qui compense les petites pertes d’eau, sans que la pression dépasse la pression finale admissible. Avec un coussin de gaz à température constante, la norme NF EN 12828 (annexe D) donne :
VN volume nominal du vase (L) ; Ve volume de dilatation (L) ; VWR réserve d’eau, au moins 0,5 % du volume de l’installation et 3 L ; pe pression finale et p0 pression de prégonflage, en bar relatif ; patm ramène en pression absolue : 1 bar dans la norme et en méthode simplifiée, pression atmosphérique du site en méthode détaillée.
Méthode simplifiée ou détaillée
| Terme | Méthode simplifiée | Méthode détaillée | Effet sur VN |
|---|---|---|---|
| Masse volumique | Eau, table IAPWS au pas de 10 °C | Eau IAPWS-95 ou eau-glycol Melinder, pas de 5 °C | Eau : 0,2 à 0,9 % sur e entre deux pas de 10 °C ; glycol : +20 à +100 % sur Ve |
| Pression statique | H / 10 | ρ g H à la température de remplissage | pst −1,9 % (eau à 10 °C), VN un peu plus petit |
| Passage en pression absolue | + 1 bar | + patm(altitude) | +0,3 à 0,5 % au niveau de la mer, −2 à −4 % à 1 000 m |
| Pression de vapeur pD | Négligée (≤ 100 °C) | psat(Tmax) − patm | 0,42 bar à 110 °C au niveau de la mer |
| Vase au refoulement | Non traité | + ρ g HMT au prégonflage | VN nettement plus grand |
| Température maximale | 20 à 100 °C | 20 à 120 °C (eau), 100 °C (glycol) ; badge au-delà de 105 °C | – |
Le prégonflage s’écrit, selon la fiche technique Reflex : p0 = pst + pD + Δpp + 0,2 bar, où Δpp est la hauteur de la pompe quand le vase est raccordé au refoulement. Reflex recommande aussi p0 ≥ 1 bar pour protéger les circulateurs, et un tarage de soupape au moins égal à p0 + 1,5 bar : l’outil signale ces deux points par un badge.
Volume de dilatation
Va volume d’eau de l’installation ; ρ masse volumique du fluide aux deux températures.
| Température maximale | Eau (kg/m³) | Eau | MPG 30 % | MPG 40 % | MEG 30 % |
|---|---|---|---|---|---|
| 50 °C | 988,04 | 1,18 % | 2,04 % | 2,40 % | 1,80 % |
| 60 °C | 983,20 | 1,68 % | 2,69 % | 3,11 % | 2,39 % |
| 70 °C | 977,76 | 2,24 % | 3,37 % | 3,86 % | 3,04 % |
| 80 °C | 971,79 | 2,87 % | 4,09 % | 4,64 % | 3,74 % |
| 90 °C | 965,31 | 3,56 % | 4,84 % | 5,44 % | 4,49 % |
| 100 °C | 958,35 | 4,31 % | 5,61 % | 6,25 % | 5,30 % |
Dilatation depuis un remplissage à 10 °C. Eau : IAPWS-95 ; mélanges (concentration en masse) : Melinder 2010, via CoolProp. À 80 °C, un mélange à 30 % de propylène glycol se dilate 43 % de plus que l’eau : un vase calculé pour de l’eau est alors trop petit.
Pression atmosphérique et pression de vapeur
| Altitude | patm | Tmax | pD au niveau de la mer | pD à 1 000 m |
|---|---|---|---|---|
| 0 m | 1,013 bar | 100 °C | 0,00 bar | 0,12 bar |
| 500 m | 0,955 bar | 105 °C | 0,20 bar | 0,31 bar |
| 1 000 m | 0,899 bar | 110 °C | 0,42 bar | 0,54 bar |
| 2 000 m | 0,795 bar | 120 °C | 0,97 bar | 1,09 bar |
patm : atmosphère type OACI. pD : pression de saturation de l’eau (IAPWS-IF97) diminuée de patm, en bar relatif. En altitude, l’eau bout avant 100 °C : à 1 000 m, une installation à 100 °C demande déjà 0,12 bar de plus au prégonflage.
Estimer le volume d’eau d’une installation
Le volume d’eau est la donnée la plus souvent inconnue, et une erreur sur ce volume se reporte directement sur la taille du vase. Le plus fiable reste la lecture du compteur pendant un remplissage. À défaut, l’outil propose deux estimations.
Par postes, en additionnant :
- Les tuyauteries, à partir des métrés par diamètre : un mètre de tube contient π d² / 4 litres, d étant le diamètre intérieur en décimètres. Un DN 50 acier contient environ 2,2 L/m, un DN 100 environ 8,7 L/m.
- Les émetteurs, à partir de la puissance installée et d’une contenance par kW. Ces ratios sont des ordres de grandeur : la contenance varie beaucoup selon le modèle, et le catalogue du fabricant donne la valeur exacte. Laissée à la valeur moyenne, la contenance est encadrée par les valeurs basse et haute du tableau, et l’outil affiche la fourchette de volume et de vase qui en résulte.
- Les générateurs et volumes annexes (chaudières, ballon tampon, bouteille de découplage, échangeurs), à reprendre des fiches techniques.
| Émetteur | Basse | Moyenne | Haute |
|---|---|---|---|
| Radiateurs en fonte | 8 L/kW | 12 L/kW | 15 L/kW |
| Radiateurs acier à panneaux | 5 L/kW | 7 L/kW | 10 L/kW |
| Radiateurs aluminium | 3 L/kW | 4 L/kW | 6 L/kW |
| Convecteurs, ventilo-convecteurs | 1 L/kW | 2 L/kW | 3 L/kW |
| Plancher chauffant | 8 L/kW | 12 L/kW | 20 L/kW |
Contenance des seuls émetteurs. Ordres de grandeur, à remplacer par la valeur du catalogue. Pour un plancher chauffant, le métré de tube (PER 16 × 1,5 : 0,13 L/m, environ 6,7 m/m² au pas de 15 cm) donne une valeur plus sûre.
Une majoration de l’ordre de 10 % couvre les collecteurs, vannes, filtres et purgeurs. Sur une installation ancienne en fonte, le volume d’eau est souvent bien plus élevé qu’on ne l’imagine : c’est aussi l’installation où un vase sous-dimensionné fait le plus souvent déclencher la soupape.
Estimation rapide, à partir de la seule puissance installée et d’une contenance globale de l’installation (réseau, émetteurs et générateur) :
| Type d’émetteurs | Contenance globale à 90 °C | 70/50 °C (proposé) | 45/35 °C (proposé) | Source |
|---|---|---|---|---|
| Radiateurs fonte ou à colonnes | 13,5 L/kW | 18,2 L/kW | 34,9 L/kW | Viessmann, Reflex |
| Radiateurs à panneaux | 8,5 L/kW | 11,4 L/kW | 22,0 L/kW | Viessmann, Reflex |
| Plancher chauffant | 20 L/kW | 20 L/kW | 20 L/kW | Viessmann |
| Convecteurs, ventilo-convecteurs | 5 L/kW | 5 L/kW | 5 L/kW | ordre de grandeur |
Les valeurs publiées valent pour un départ à 90 °C. Un émetteur dimensionné en régime plus bas est plus grand, dans le rapport f = (60 K / ΔTmoyen)1,3 (exposant usuel des radiateurs selon la NF EN 442) : f = 1,69 en 70/50, 4,17 en 45/35. Comme le réseau et le générateur ne grossissent pas dans ce rapport, l’outil propose la moyenne entre le ratio publié et le ratio entièrement corrigé, et affiche une fourchette qui va du ratio publié (ou −20 %) au ratio corrigé (ou +20 %). Ce choix est une hypothèse de l’outil.
Estimer la hauteur statique
Si le dénivelé n’est pas connu, l’outil l’estime par H = dénivelé entre le vase et son plancher + nombre d’étages × hauteur d’étage + hauteur du point haut au-dessus du dernier plancher. Hauteurs d’étage proposées (ordres de grandeur) : 2,7 m en logement récent, 3,0 m en logement ancien et bureaux, 3,5 m en tertiaire avec faux plafond, 4,0 m en commerce ou enseignement. Point haut : 1 m pour un purgeur de radiateur, 2,5 m pour un réseau en plafond. Une erreur de 1 m sur H change le prégonflage d’environ 0,1 bar.
Pressions
La pression de prégonflage p0 est la pression statique au droit du vase majorée de 0,2 bar, pour garder une surpression au point haut. La pression finale pe reste sous le tarage de la soupape pSV d’un écart de fermeture : pe = pSV − 0,5 bar jusqu’à 5 bar, pe = 0,9 × pSV au-delà. Plus l’écart pe − p0 est faible, plus le vase est gros : sur un immeuble de grande hauteur, un tarage de soupape à 3 bar devient vite insuffisant.
Une fois la taille commerciale choisie, la pression de remplissage à froid pa doit se situer entre deux bornes :
Borne basse : la réserve d’eau VWR est présente dans le vase à froid. Borne haute : à température maximale, la pression n’atteint pas pe. Si l’écart entre les deux bornes est inférieur à 0,2 bar, la taille retenue est juste : l’outil le signale et il vaut mieux prendre la taille au-dessus.
Points de contrôle sur site
- Le prégonflage se mesure vase isolé et vidangé côté eau ; une mesure installation en eau n’indique que la pression du réseau.
- Un vase dont la membrane est percée ou le prégonflage tombé à zéro provoque des déclenchements de soupape à chaud et des appoints d’eau répétés.
- Le volume d’eau d’une installation existante se détermine au mieux par le compteur lors d’un remplissage ; à défaut, avec l’estimation proposée par l’outil.
- Avec un mélange eau-glycol, contrôler la concentration au réfractomètre : elle fixe à la fois la protection contre le gel et la dilatation.
Sources : NF EN 12828+A1 (2014), Systèmes de chauffage dans les bâtiments – Conception des systèmes de chauffage à eau, annexe D ; NF DTU 65.11, Dispositifs de sécurité des installations de chauffage central ; fiche technique Reflex N (prégonflage p0 = pst + pD + 0,2 bar + Δpp, p0 ≥ 1 bar, pSV ≥ p0 + 1,5 bar, contenances 13,5 et 8,5 L/kW) ; tableau de sélection rapide des vases Viessmann (contenances 13,5 / 8,5 / 20 L/kW à 90 °C) ; IAPWS-95 et IAPWS-IF97, propriétés de l’eau ; Å. Melinder, Properties of secondary working fluids for indirect systems, IIR, 2010 (via CoolProp 8.0) ; ISO 2533, atmosphère type ; NF EN 442-2 (exposant des radiateurs) ; NF EN 10255 et NF EN 1057 pour les diamètres de tubes.
Document indicatif de pré-dimensionnement. Le choix final du vase se fait avec les données du fabricant et le tarage réel de la soupape.
Mis à jour le 06/11/2026 : méthode détaillée (masse volumique au pas de 5 °C, mélanges eau-glycol, ρ·g·H, pression atmosphérique selon l’altitude, pression de vapeur, vase au refoulement, eau jusqu’à 120 °C avec badge hors domaine), estimation rapide du volume par kW selon le régime, fourchettes de volume et de vase, estimation de la hauteur statique par les niveaux, nouveaux contrôles (p0 ≥ 1 bar, plage de remplissage). La méthode simplifiée reste celle de la version du 02/11/2026.