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Édition janvier 2018 Le vase d’expansion d’une installation solaire thermique c

Édition janvier 2018 Le vase d’expansion d’une installation solaire thermique collective Eau chaude sanitaire solaire collective Vase d'expansion ‐ Edition janvier 2018 2 Introduction Cette fiche technique vise à rappeler aux professionnels l'importance du système d’expansion dans une installation solaire thermique collective. Elle rappelle ainsi son rôle, sa sélection, sa mise en œuvre et son bon dimensionnement. Eau chaude sanitaire solaire collective Vase d'expansion ‐ Edition janvier 2018 3 Le rôle du système d’expansion Un système d’expansion solaire a pour rôle de :  Maintenir une pression suffisante dans le circuit  Absorber la dilatation du liquide lors des montées en température ;  Compenser la rétractation lors des baisses de température, en particulier en cas de gel, pour éviter les entrées d’air aux points qui sinon pourrait se retrouver en dépression  Lorsqu’il est dimensionné pour cela : absorber le volume de fluide lié à la vaporisation dans les capteurs Il est associé à une soupape de sécurité qui protège l’installation en cas de surpression. On rappelle que conformément à la norme NF EN 12977-1 (Installations solaires thermiques et leurs composants - Installations assemblées à façon), le dispositif d’expansion des « petites installations » (capteurs < 30 m² ou stockage < 3 m3) doit être capable d’absorber la totalité du liquide contenu dans les capteurs en cas de vaporisation. On rappelle également que le DTU 65-12 prévoit que l’installation solaire doit pourvoir redémarrer seule après un arrêt intempestif, par exemple par coupure de l’alimentation électrique. Eau chaude sanitaire solaire collective Vase d'expansion ‐ Edition janvier 2018 4 Choix du système d’expansion Pour les installations auto vidangeables, un dispositif d’expansion n’est pas nécessaire puisque le dispositif de vidange est conçu pour assurer ce rôle, en termes de volume, de température et de résistance à la pression. Pour les installations avec capteurs remplis en permanence, le dispositif d’expansion à mettre en œuvre doit être constitué :  d’un vase d’expansion à pression variable : à l’intérieur du vase, la séparation entre le liquide caloporteur du circuit et le gaz (généralement l’azote) est assurée soit par une membrane soit par une vessie ;  ou d’un groupe de maintien de pression constante : il remplace les vases d’expansion sur des installations étendues (avec des volumes importants en fluide caloporteur) et/ou présentant des hauteurs statiques importantes, pour lesquelles l’encombrement des vases fermés devient une difficulté. Par rapport aux vases d'expansions traditionnels, les vases d'expansion solaires doivent supporter des pressions de service maximales plus élevées et des concentrations en glycol plus importantes et nécessitent pour cela une membrane / vessie plus résistante. Il faut cependant prendre les mesures nécessaires pour éviter des températures élevées dans le vase afin de protéger la membrane (voir § « mise en œuvre du système d’expansion »). Les critères de choix d’un vase d'expansion sont :  Pression d’ouverture (décollement de la membrane lors du remplissage)  Compatibilité au glycol de la membrane / vessie ;  Perméabilité à l’air de la membrane / vessie (< 10% par an si possible) ;  Pression de service du vase (10 bars pour une soupape à 6 bars) ;  Pression maximale admise par la membrane/ vessie (6-7 bars) ;  Température maximale admise par la membrane/ vessie (110°C). Les vases à vessie en butyle et ceux à membrane en nitrile permettent de répondre à ces deux derniers critères Eau chaude sanitaire solaire collective Vase d'expansion ‐ Edition janvier 2018 5 La mise en œuvre du système d’expansion La mise en œuvre du vase d’expansion doit être conforme aux spécifications du NF DTU 65.11 P1-1. Les conditions de montage suivantes doivent être respectées : Schéma de principe d'une installation solaire thermique sous-pression et positionnement du vase d'expansion (N2). Source : "Production d’eau chaude sanitaire solaire thermique collective - Schémas de principe"- SOCOL Décembre 2012.  Le vase doit être placé sur le circuit de retour de la boucle de transfert (tuyauterie la plus froide) ;  La conduite de raccordement, entre le circuit solaire et le vase d’expansion, doit être d’une longueur suffisante (par ex 5m d’inox annelé DN 25 mm) et non calorifugée ;  Le vase doit si possible être raccordé par le haut pour éviter que la membrane ne soit endommagée si du fluide trop chaud pénètre dans le vase. .  Le clapet anti thermosiphon doit être placé en amont du vase pour permettre l’évacuation de vapeur en amont ET en aval des capteurs et ainsi limiter le plus possible la production de vapeur.  Le vase doit être accessible pour les opérations d’entretien et de maintenance ; il doit en particulier comporter un dispositif d’isolement et de vidange manœuvrable à l’aide d’un outil pour les opérations d’entretien.  La pression de gonflage doit être notée sur le vase à l’aide d’un marqueur indélébile (avec la date de gonflage) Informations complémentaires : Il est possible d'installer un volume tampon intermédiaire entre le vase d'expansion et l'installation, on parle alors de vase amont ou pré vase. Il permet, grâce à un volume de fluide tampon à plus basse température, de protéger le vase d'expansion de la surchauffe en cas de stagnation. Dans certaines installations de grandes dimensions, le volume des vases d’expansion peut être très important. Dans ce cas, il est possible de recourir à la mise en place d’un Groupe de Maintien de Pression (GMP) à bâche fermée. Son dimensionnement s’effectue comme un vase d’expansion de facteur de pression égal à 1. Néanmoins, le recours à ce type de matériel de type actif (contrairement aux vases classiques qui sont des matériels passifs) induit une obligation de vérification périodique de son bon fonctionnement et donc un coût d’entretien supérieur à la solution standard. Eau chaude sanitaire solaire collective Vase d'expansion ‐ Edition janvier 2018 6 Le dimensionnement du système d’expansion Le dimensionnement d’un vase d’expansion consiste à déterminer sa pression de gonflage et sa capacité totale. La méthode de dimensionnement peut varier selon la taille de l’installation. En effet, conformément à la norme NF EN 12977-1 :  Pour les « petites installations » (capteur < 30 m² ou stockage < 3 m3) : le dispositif d’expansion de la boucle de capteur doit être dimensionné de telle sorte que, même après une interruption de l’alimentation électrique de la pompe de circulation installée dans la boucle de capteur lorsque l’éclairement énergétique solaire est maximal, le fonctionnement puisse reprendre automatiquement après rétablissement de l’alimentation et remplissage de l’absorbeur de liquide, c’est-à-dire que la vapeur s’est recondensée. Le vase d’expansion doit être en mesure de compenser la dilatation thermique dans la totalité de la boucle plus le volume de fluide caloporteur contenu dans la totalité du champ de capteurs, y compris les canalisations de raccordement entre les capteurs, plus 10 %. Un avertissement doit être intégré aux instructions d’utilisation dans l’éventualité où le fonctionnement ne reprendrait pas automatiquement après stagnation. Les instructions du constructeur doivent être suivies.  Pour les « grandes installations » : aucune exigence n’est stipulée, cependant, il est recommandé que les dispositifs d’expansion soient conçus en tenant compte de « toute dilatation thermique potentielle ». La norme ne préjuge pas de l’architecture hydraulique du champ de capteurs solaires ; or lorsqu’il y a plusieurs batteries de capteurs, il n’est pas exclu qu’en cas de stagnation il y ait une répartition non homogène de la vapeur. C’est pourquoi certains acteurs préfèrent opter pour une gestion de la surchauffe par arrêt de l’installation plutôt que par le vase d’expansion. Outils logiciels disponibles pour le calcul d’un vase d’expansion solaire PRENANT EN COMPTE la vaporisation : Outil Vesth de l’INES : http://e-learning.ines-solaire.org/course/view.php?id=134 Outils logiciels disponibles pour le calcul d’un vase d’expansion solaire NE PRENANT PAS en compte la vaporisation : Pour ceux qui souhaiteraient réaliser leur propre outil de calcul ou calculer « à la main », voir les fiches techniques correspondantes. Les industriels proposent leurs propres outils de calcul donnant des résultats indicatifs qui doivent être vérifiés par le BE dans tous les cas. Respect de la règlementation et critères de qualité :  Le circuit qui inclura le vase sera du type "sans communication avec l'atmosphère", conformément au DTU 65-11.  Le vase devra être marqué CE en conformité avec la directive 2014/68/UE. Eau chaude sanitaire solaire collective Vase d'expansion ‐ Edition janvier 2018 7 Quelques textes de référence :  NF DTU 65.11 Dispositifs de sécurité des installations de chauffage central concernant le bâtiment ;  NF DTU 65.12 Installations solaires thermiques avec des capteurs vitrés ;  Recommandations professionnelles RAGE ;  Directive CE97/23 du Parlement Européen et du Conseil du 29 mai 1997, relative au rapprochement des législations des Etats membres concernant les équipements sous pression ;  Fiche CLAP n°197i – orientation 2/23 – AFNOR – 31/03/2006 ;  "Production d'eau chaude sanitaire collective par énergie solaire - Guide de conception des installations", ADEME.  Recommandations professionnelles RAGE du programme PACTE Eau chaude sanitaire solaire collective Vase d'expansion ‐ Edition janvier 2018 8 Méthode de dimensionnement pour les « petites installations » (capteurs < uploads/s3/ de-l-x27-importance-du-vase-d-x27-expansion-dans-le-solaire-thermique.pdf