Le chauffage à eau chaude
Installation de distribution
Le chauffage à eau chaude peut être classé en trois catégories :
1° Le système par gravité, qui part du principe que l'eau chaude, étant rendue plus légère par la dilatation, tend à s'élever.
En effet, la densité de la colonne d'eau chaude qui voyage dans les tuyaux de distribution étant plus faible que celle de l'eau froide des tuyaux de retour, il en résulte un déséquilibre qui provoque la circulation. Ce système est alimenté par un réservoir placé plus haut que les radiateurs et ouvert à la pression atmosphérique, la température de l'eau de la bouilloire ne pouvant dépasser celle du point d'ébullition ou 212° F.
2° Le système par gravité alimenté directement et sous pression par le service de l'aqueduc, avec réservoir fermé, à coussin d'air. Dans ce système, l'eau chaude, tout en se dilatant, peut atteindre sans ébullition une température de 215° à 225° Fahrenheit. Ce système est muni d'un contrôle automatique.
3° Enfin, le système à circulation forcée.
C'est un système fermé à eau chaude muni d'une pompe de circulation placée à l'arrivée du tuyau de retour à la bouilloire. Il est possible, par ce moyen, de porter le point d'ébullition de l'eau à 225° et d'atteindre au besoin 250°.
Un système à circulation forcée doit être conçu et disposé de manière à fonctionner par gravité lorsque la pompe arrête de fonctionner, parce que l'eau chaude atteint la température désirée.
Ce système est aussi muni d'un contrôle automatique d'eau et, obligatoirement, d'un réservoir d'expansion fermé. La pompe de circulation est commandée par un aquastat placé sur le tuyau de retour à son arrivée à la bouilloire.
CHAUFFAGE À EAU CHAUDE PAR GRAVITÉ
Un système de chauffage à eau chaude par gravité ou à circulation forcée peut être installé de deux façons:
1 ° Avec distribution inférieure (up feed), au moyen de maîtres-tuyaux horizontaux pour l'amenée et les branchements, et verticaux pour les montées, avec retours accouplés ou avec tuyaux de retour renversés.
2° Avec distribution par le sommet (down feed) au moyen d'une colonne montante et d'un tuyau d'amenée, avec retour inférieur dans le même sens, ou en sens contraire avec retour renversé.
Ces divers procédés d'installation seront d'ailleurs plus nettement décrits ci-après.
DISTRIBUTION INFÉRIEURE — TUYAUX ACCOUPLÉS
Lorsque la bouilloire est placée dans la cave d'une bâtisse, le réseau de distribution peut s'installer avec avantage et économie au-dessous du plancher du rez-de-chaussée.
Cette installation se fait en suspendant sous le plancher les tuyaux d'amenée et de retour dont les branches s'abouchent aux radiateurs du rez-de-chaussée, tandis que les tuyaux d'élévation — ou montées — desservant les étages supérieurs, sont acheminés à travers les murs et les planchers vers leur étage respectif.
RETOUR RENVERSÉ
Au lieu d'employer pour l'amenée et le retour deux maîtres-tuyaux — ou plus — d'un certain diamètre, en les accouplant, on peut employer un seul tuyau d'amenée dont la surface de section leur est équivalente, et poser un seul tuyau de retour en sens contraire.
Dans ce cas, le premier radiateur branché sur l'amenée sera le dernier sur le retour et ainsi de suite pour les autres radiateurs qui seront pour ainsi dire à distance égale sur le circuit d'aller et retour.
Cette disposition permet à la circulation de se faire d'une manière normale tandis qu'avec le premier système l'eau chaude circulera plus rapidement dans les radiateurs les plus proches et sera plus lente dans les radiateurs éloignés, du fait qu'elle aura rencontré plus de friction et subi une plus grande déperdition de chaleur. (Fig. 94).
Fig. 94.— Système de chauffage à eau chaude à deux tuyaux, par gravité, avec distribution par le sommet.
SYSTÈME DE DISTRIBUTION PAR LE SOMMET
Le système avec colonne montante de distribution par le sommet est très en vogue. Il permet l'emploi de tuyaux de plus petit diamètre, et se trouve en même temps à purger automatiquement l'air des radiateurs.
La distribution se fait au dernier étage, les tuyaux y étant suspendus au plafond. Ce système est souvent employé lorsque le soubassement est habité, le laissant libre de gros tuyaux. Étant dissimulé sous le plancher, le maître-tuyau de retour combat l'humidité et la fraîcheur du sol.
Le système à colonne montante est de préférence employé, cependant, dans les maisons qui ne comportent pas de cave et où le chauffage est à niveau, c'est-à-dire lorsque la bouilloire est placée au niveau du plancher ou à quelques pieds plus bas.
Dans ce système, la circulation de l'eau chaude se fait, pour les divers étages, par des colonnes descendantes alimentant les radiateurs qui doivent être placés, autant que possible, les uns au-dessus des autres. (Fig. 95).
Fig. 95.— Disposition des radiateurs les uns au-dessus des autres lorsque le système à distribution par le sommet est utilisé dans des édifices à plusieurs étages.
Pour faciliter la circulation, le tuyau de retour doit aller en augmentant de diamètre à partir des radiateurs du haut jusqu'au maître-tuyau de retour placé au soubassement au niveau de l'eau de la bouilloire — ou un peu plus bas si l'on a recours à un siphon ou à une pompe de circulation, tel que c'est le cas dans un système à circulation forcée.
Dans le système à une seule colonne montante, la distribution par le sommet peut se faire au moyen d'un ou deux tuyaux desservant les descentes, les deux tuyaux ou le maître-tuyau de retour étant disposés dans le même sens.
Comme dans le système précédent, il est plus avantageux de renverser le ou les tuyaux de retour afin d'avoir une circulation plus égale dans tous les radiateurs. (Fig. 94 et 96).
Fig. 96.— Système de distribution par le sommet avec retour renversé et pourvu d'un activeur à l'arrière de la bouilloire. A noter: la pente des tuyaux de distribution et de retour.
Dans un système à colonne montante, il est d'usage de placer un tuyau activeur (start-ing pipe) entre le bas de la colonne montante et l'arrivée du tuyau de retour à la bouilloire.
Ce tuyau peut avoir de 1" à 1½" de diamètre ; il a pour effet d'amorcer la circulation initiale de l'eau chaude entre la colonne montante et le tuyau de retour. (Fig. 96).
La figure nous montre un système de distribution par le sommet avec retour renversé. On notera que le maître-tuyau va en diminuant de diamètre à chaque groupe de radiateurs et descentes, et qu'inversement le tuyau de retour va en augmentant de diamètre après chaque appareil.
PENTE DES MAÎTRES-TUYAUX ET BRANCHES
Lorsque la bouilloire est placée au soubassement en-dessous du niveau des radiateurs, les tuyaux de distribution et leurs branches doivent être posés avec une légère pente à partir de leur point le plus éloigné, en venant jusqu'à la bouilloire.
Cette pente sera d'au moins 1/2" par 10 pieds de longueur, et suffisante pour permettre à l'air qu'il pourrait y avoir dans les maîtres-tuyaux de s'évacuer en montant jusqu'aux radiateurs.
Dans un système avec colonne montante et distribution par le sommet, la pente doit partir de la tête de la colonne montante au point le plus éloigné des tuyaux de distribution et branches.
La tête même de la colonne montante sera munie d'un robinet purgeur pour éliminer l'air qui pourrait se trouver dans le système; nous décrirons ce dispositif un peu plus loin. Dans ce système, les tuyaux de retour ont leur pente vers la bouilloire, comme du reste dans tout système à eau chaude.
SYSTÈME À UN SEUL TUYAU
On est arrivé à perfectionner un système à un seul tuyau d'amenée revenant à la bouilloire et sur lequel sont branchés le tuyau d'amenée du radiateur et son retour.
Ce système nécessite des branchements spéciaux, (Fig. 97), soit des tés munis d'une petite cloison recourbée qui dirige une partie de l'eau à chaque radiateur en particulier, tandis que sur les tuyaux de retour, le té est séparé en sens inverse.
Fig. 97.— Branchement cloisonné permettant l'installation d'un système de chauffage à eau chaude à tuyau unique.
Ces dispositifs d'admission et de sortie permettent de placer tous les radiateurs sur un seul et même tuyau. (Fig. 98).
Fig. 98.— Disposition des branchements cloisonnés et des radiateurs dans un système à un seul tuyau.
Il va de soi que le degré de la chaleur délivrée aux derniers radiateurs est inférieur à celui des premiers radiateurs placés sur ce genre de conduite, dont le diamètre devra correspondre au diamètre combiné des deux tuyaux d'aller et retour, accouplés ou renversés.
Pour équilibrer la répartition de la chaleur dans ce système à un seul tuyau, — le grand nombre de B.T.U., émis par les radiateurs situés près de la bouilloire et la faible chaleur émise par l'eau des radiateurs les plus éloignés — on augmente le nombre de sections des derniers radiateurs.
Toutefois, l'économie que l'on réalise en supprimant le tuyau de retour peut à peine compenser pour l'augmentation de la surface de radiation ainsi imposée, et le coût des tés spéciaux; ceux-ci sont naturellement plus dispendieux, et sujets, à la longue, à s'obstruer, surtout lorsqu'ils sont raccordés à des tuyaux de petit diamètre.
SYSTÈME DE DISTRIBUTION COMBINÉ
Lorsque, dans un système de chauffage à eau chaude, la bouilloire est au niveau du soubassement ou rez-de-chaussée — ou à quelques pouces plus bas — il y a un grand avantage à employer un système de distribution combiné, c'est-à-dire avec distribution par le sommet (down feed) pour l'étage du bas et distribution inférieure (up feed) pour les étages du haut.
Tout en réduisant le volume d'eau au sommet du système, ce mode d'installation permet de diminuer sensiblement la hauteur de la colonne et des montées.
En effet, dans un système combiné, les montées, partant d'une distribution inférieure, se terminent au niveau du dernier plancher, et les retours se confondent avec les descentes du bas branchées sur le maître-tuyau de retour placé en-dessous du plancher du soubassement.
Ce système, utilisé par l'auteur dans plusieurs maisons de rapport, a donné entière satisfaction tant au point de vue de l'économie dans l'installation et l'entretien, qu'au point de vue rendement et confort.
Muni d'une pompe de circulation (dont nous parlerons dans un autre chapitre) ce système est des plus avantageux pour les bâtisses de 60 pieds et plus de longueur, et à plusieurs étages.
DIAMÈTRE DES TUYAUX DE DISTRIBUTION
Le diamètre des maîtres-tuyaux, colonne montante, tuyaux de distribution et retour — pour des courses n'excédant pas 100 pieds de longueur dans un système à eau chaude par gravité — peut être déterminé d'après le barème ou table que voici :
NOMBRE DE BRANCHES ET EMBRANCHEMENTS À ALIMENTER
DIAMÈTRE DES TUYAUX D'ÉLÉVATION
Le diamètre des montées est limité par les hauteurs suivantes, d'après l'usage, pour les systèmes que nous avons décrits:
Diamètre nominal: 3/4" 1"
1¼" 1½" 2"
Hauteur en pieds: 20
30 45 60
75
CAPACITÉ DES MONTÉES PAR PIED CARRÉ DE RADIATION
Le diamètre des montées et leur capacité par pied carré pour chaque étage peuvent être déterminés par le barème suivant:
RÉDUCTION DES TUYAUX
Le diamètre des tuyaux de distribution doit toujours excéder de deux calibres le diamètre d'une branche ou d'une montée. Ainsi, une branche de 1¼" sera raccordée à un maître-tuyau de 2"; une branche de 1" à un tuyau de 1½".
Pour obtenir une circulation plus rapide et une distribution uniforme, dans un système de chauffage à eau chaude, les tuyaux de distribution partant de la bouilloire ne devraient pas être réduits, après les premières branches, de plus de deux calibres sur toute la distance de leur parcours jusqu'au talon ou coude reliant le dernier radiateur du rez-de-chaussée.
Un maître-tuyau ne doit jamais aboutir à une montée, mais plutôt se terminer en alimentant un des gros radiateurs du rez-de-chaussée.
Les branches reliant les radiateurs du rez-de-chaussée et les tuyaux d'élévation ou montées doivent être d'un diamètre plus grand que les robinets de raccordement des radiateurs qu'ils doivent alimenter.
Aucune branche ou montée alimentant un radiateur ne doit avoir moins de 3/4" de diamètre ; il doit en être ainsi pour les retours. Il faut toujours éviter les longues branches horizontales au plafond des étages ; il est préférable de multiplier les montées en les faisant de diamètre plus petit.
RACCORDEMENT DES BRANCHES AUX MAÎTRES-TUYAUX
Dans certaines installations de chauffage à l'eau chaude, le raccordement des branches est fait sur le dessus du tuyau à l'aide d'un té et d'un coude, tel qu'indiqué dans la figure ci-dessous. (Fig. 99).
Fig. 99.— Raccordement défectueux des branches de radiateur à eau chaude.
Cette méthode de raccorde ment, employée plutôt pour les installations à vapeur, n'est pas recommandable pour un système à eau chaude.
Pour que la circulation s'accomplisse d'une manière rationnelle, le raccordement doit être fait sur le côté du maître-tuyau avec un retrait (offset), que l'on obtient en utilisant deux coudes à 45 °, une bague courte et une longue. (Fig. 100).
Fig. 100.— Façon rationnelle de raccorder les branchements en retrait avec coudes à 45°.
Ce raccordement sur le côté avec retrait doit être fait pour toutes les branches des radiateurs du premier étage au-dessus des maîtres-tuyaux.
RACCORDEMENT SURÉLEVÉ À 45°
Lorsqu'on réduit le diamètre du maître-tuyau après une branche, l'on emploie de préférence le raccordement à 45° surélevé, qui facilite l'évacuation de l'air des tuyaux de distribution vers le radiateur le plus rapproché de l'étage supérieur. (Fig. 101).
Fig. 101.— Raccordement surélevé à 45 ° facilitant l'évacuation de l'air qui pourrait s'accumuler dans les tuyaux.
On ne doit jamais relier une montée sur les branches raccordées de cette façon; les branches servant aux montées pour les étages supérieurs seront raccordées sur le côté du maître-tuyau avec un retrait.
RACCORDEMENT SURBAISSÉ À 45°
Dans un système à distribution inférieure (up feed), on peut se servir avec avantages du raccord surbaissé à 45° pour les branches les plus rapprochées de la bouilloire, jusqu'au tiers de la longueur du maître-tuyau, les branches se prolongeant aux radiateurs du second étage et des étages supérieurs. (Fig. 102).
Fig. 102.— Raccordement surbaissé à 45° utilisé dans les systèmes à distribution inférieure.
Ce raccordement provoquera une circulation plus directe et plus prompte vers l'extrémité du maître-tuyau et aura pour effet d'empêcher ces branches les plus rapprochées d'accaparer la circulation, ce qui permettra de la répartir également entre les divers étages.
On prévoit au bas de ces raccords un petit robinet purgeur afin de pouvoir vider complètement cette branche et l'assécher s'il y a lieu.
Toutes les branches situées sur la balance du parcours du maître-tuyau doivent être raccordées sur le côté avec retrait, ainsi que toutes les branches qui sont plus ou moins longues. (Fig. 103).
Fig. 103.— Au lieu d'utiliser deux coudes à 45°, une bague courte et une longue, puis de fileter les tuyaux, les plombiers qui possèdent un poste de soudure accomplissent comme ci-dessus les raccords sur le côté des maîtres-tuyaux.
Le raccord direct sur le côté ne peut être accepté que lorsque l'espace ne permet pas de faire autrement; il n'en demeure pas moins vrai que ce ne sera toujours qu'un expédient d'un résultat douteux. (Fig. 104).
Fig. 104.— Raccordement sur le côté qui ne doit être utilisé que dans les cas exceptionnels.
Dans un système de distribution par le sommet, les connexions des branches, pour les descentes aux radiateurs, doivent être effectuées, comme nous venons de le voir, au moyen d'un raccord sur le côté avec retrait pour les radiateurs les plus rapprochés de la colonne montante et au moyen d'un raccord à 45° surélevé pour les autres branches.
La branche de l'extrémité est toutefois munie d'un coude de réduction ainsi que le talon du bas, sur le retour, dans lequel se taraude le bout des tuyaux desservant la dernière série de radiateurs.
TUYAUX D'ÉLÉVATION OU MONTÉES
Afin de retarder la circulation dans les montées de manière à l'orienter vers les deuxième et troisième planchers, on raccorde sur le côté du tuyau d'élévation, à l'étage de la fournaise, un talon avec branche verticale pour les étages supérieurs.
Au-dessus du té, la branche correspondant à l'étage est reliée horizontalement au moyen d'un coude (Fig. 105).
Fig. 105. Raccordement des branches horizontales et des montées aux étages inférieurs.
On peut aussi employer à cette fin la connexion O.S. ou té breveté, qui supprime deux coudes et une bague. (Fig. 97).
Le tuyau qui se dirige vers l'étage supérieur se trouve ainsi brisé au-dessous du raccordement de l'étage intermédiaire et l'eau chaude ne s'élève pas en totalité vers le sommet de l'édifice dès son départ de la bouilloire.
Au dernier étage, le radiateur se raccorde au moyen d'un coude et d'une bague (nipple).
S'il y a deux radiateurs de branchés sur le sommet de la montée, on utilisera un té et un coude; le tuyau du plus gros radiateur sera branché sur le sommet du té avec un coude, et l'autre directement sur le côté du té. (Fig. 106).
Fig. 106.— Raccordement des radiateurs du dernier étage ; le plus gros radiateur doit être branché sur le sommet du "T".
LES TUYAUX DE RETOUR
Ce que nous avons dit pour les tuyaux de distribution et les montées s'applique également pour les retours de descentes. Il faut cependant faire exception lorsqu'on est obligé de poser un tuyau de retour directement sur la bouilloire; mais même dans ce cas, les branches ne doivent pas être raccordées, ou se heurter, avec un maître-tuyau de retour.
Si la bouilloire n'est pas munie d'une ouverture supplémentaire à cet effet, un té peut être placé sur la partie horizontale du maître-tuyau de retour à son arrivée à la bouilloire ; de diamètre plus petit, ce retour séparé sera raccordé sur le côté du té à l'aide de deux coudes à 45° avec retrait.
On ne doit jamais raccorder près de la bouilloire un retour sur un tuyau de retour vertical.
Dans un système à deux tuyaux accouplés, on ne doit pas non plus raccorder le retour des radiateurs placés près de la bouilloire directement dans le maître-tuyau de retour ; ces radiateurs ayant une circulation plus active que les radiateurs éloignés feraient passer l'eau plus chaude dans le maître-tuyau de retour et ralentiraient ainsi la circulation de tout le système.
Il est préférable alors d'avoir recours à un retour séparé comme nous venons de le voir.
VANNES DE CONTRÔLE
Dans une installation de chauffage à eau chaude, comprenant deux maîtres-tuyaux de distribution et retour ou davantage, on place souvent des vannes (gâte valves) à proximité de la bouilloire. Cette précaution permet d'arrêter au besoin le chauffage d'une section du système, sans paralyser le chauffage en entier.
Directement en-dessous de chaque vanne est placé un petit robinet de 3/8" (drip) avec conduit reliant le drainage; ce dispositif permet de vider les différentes sections séparément.
DISPOSITION DES ROBINETS DES RADIATEURS
Chaque radiateur doit être muni d'un robinet de contrôle qui s'intercale sur le tuyau d'arrivée de l'eau chaude. Ce robinet, dont l'ouverture sera du calibre extérieur de la bague le reliant au radiateur, ne doit pas avoir moins de 3/4" pour tout radiateur de 25 à 30 pieds carrés de radiation qui se trouve placé à un étage supérieur.
Les robinets ordinairement employés pour le contrôle des radiateurs à eau chaude sont des robinets à soupape dits "quick opening", à ouverture instantanée, qui livrent passage à
l'eau chaude ou en arrêtent le cours, en faisant un demi ou trois quarts de tour, et qui sont, par conséquent, de manipulation facile. (Fig. 107).
Fig. 107.— Robinet de radiateur "quick opening".
Ces robinets sont faits d'équerre pour convenir à des connexions de 1/4" à 1¼" de diamètre nominal et sont d'ordinaire fabriqués en métal nickelé.
On peut toujours employer pour le contrôle des radiateurs des robinets ordinaires, dits robinets droits (globe valves), que l'on pose de préférence sur une conduite verticale, ou le robinet d'équerre (angle ou globe valve) plus lents à manœuvrer, mais que l'on peut quand même utiliser pour régler le débit de l'eau chaude en les ouvrant plus ou moins.
PRÉVISION DE L'AIR DANS LES TUYAUX
L'air est l'ennemi le plus acharné des installations de chauffage à eau chaude.
Aussi faut-il prendre toutes les précautions possibles pour éliminer l'accumulation d'air dans le système. Un radiateur ou une conduite qui renferme une certaine quantité d'air est hors de service — l'eau n'y circule pas.
Un tuyau mal orienté, c'est-à-dire qui n'est pas posé avec une pente d'au moins la hauteur de son propre diamètre pour une longueur donnée, favorisera l'accumulation à son intérieur d'un volume d'air qui y paralysera la circulation. (Fig. 108).
Fig. 108.— Tuyau mal installé qui favorise dans sa partie la plus haute l'accumulation de l'air; cet air peut paralyser complètement la circulation de l'eau dans les radiateurs.
Qui n'a pas eu l'occasion de constater cet inconvénient dans certaines branches de raccordement ayant une pente contraire à partir du pied d'une montée jusqu'au maître-tuyau ? Il n'en faut pas davantage pour mettre le radiateur hors de service.
Et pourtant, il suffit parfois de bien peu de chose pour corriger ce défaut; en soulevant le radiateur d'une fraction de pouce, la circulation se rétablit comme par enchantement à la suite d'un gargouillement à peine perceptible.
Tous les radiateurs doivent être munis à leur sommet d'un petit robinet ou purgeur, permettant l'évacuation de l'air lorsque le besoin s'en fait sentir. Ces purgeurs ont 1/8", 1/4" ou 3/8"; le plus employé est celui de 1/8" ; presque tous les radiateurs ont un orifice de 1/8".
Fig. 109.— Purgeurs d'air de radiateurs: a) avec volant de bois b) avec clé. Ces derniers sont moins sujets à être ouverts par les enfants ou accidentellement et à occasionner d'ennuyeuses inondations.
Il se fabrique des purgeurs automatiques (air relief valves) que l'on place au sommet d'une colonne montante pour éliminer l'air lorsqu'il s'accumule au sommet du système.
Un réservoir d'expansion trop petit, ou placé trop près d'un radiateur, peut occasionner l'accumulation de l'air dans l'installation. En fait aucun réservoir d'expansion ne doit être placé moins haut que 3'6" à compter du dessus du radiateur le plus haut et le dessous du réservoir.
ALIMENTATION D'UN SYSTÈME À EAU CHAUDE
L'alimentation en eau d'un système de chauffage peut se faire de deux manières tout à fait différentes:
1° avec réservoir d'alimentation et d'expansion ouvert à la pression atmosphérique ;
2° au moyen d'un système fermé (closed tank) avec alimentation directe du service de l'aqueduc et un réservoir d'expansion à coussin d'air.
SYSTÈME OUVERT À LA PRESSION ATMOSPHÉRIQUE
La plupart des systèmes de chauffage à eau chaude étaient autrefois alimentés par une conduite d'eau avec robinet, reliée à un tuyau d'expansion vertical qui était lui-même branché sur le maître-tuyau de retour à son arrivée à la bouilloire.
Ce tuyau d'expansion se prolongeait jusqu'à un réservoir placé à 42" au-dessus du sommet du radiateur le plus élevé; c'est dans ce réservoir que l'eau pouvait prendre son expansion.
En général, le réservoir d'expansion (expansion tank) était de forme cylindrique, vertical, en tôle galvanisée, de 12" de diamètre par 30" à 40" de hauteur, et pouvait avoir une contenance de 15 à 30 galions pour convenir à un édifice ayant 500 à 1,000 pieds carrés de radiation.
Il était muni d'un indicateur ou tube en verre donnant le niveau de l'eau et, en plus, d'un tuyau de trop-plein.
On emploie aujourd'hui des réservoirs d'alimentation et d'expansion fournissant automatiquement l'eau au système. Ces réservoirs se fabriquent en bois, sont rendus étanches par un revêtement de plomb ou de cuivre à l'intérieur, et ont une capacité de 8 à 10 gallons.
Ils sont munis d'un robinet à flotteur ainsi que d'un trop-plein qui obvie au gonflement de l'eau.
L'eau chauffée de 40° à 212° augmente de volume. Par conséquent, le réservoir d'expansion doit avoir la capacité voulue pour contenir l'accroissement de volume qui se produit surtout entre 180° et 200° et, en plus, une réserve d'espace pour lui permettre de remplacer l'eau perdue par évaporation ou autrement.
Mais l'un de ses rôles les plus utiles est d'empêcher l'air de pénétrer dans le système.
Le tuyau d'expansion, qui sert en même temps d'alimentation pour la bouilloire, se prolonge directement jusqu'au réservoir. Il est relié au fond de ce dernier à l'aide de contre-écrous placés à l'extérieur et à l'intérieur.
Le bout du tuyau doit dépasser de 1/2" à 3/4" à l'intérieur du réservoir, pour que les sédiments qui reposent au fond de l'eau ne s'introduisent pas dans le système.
Un tuyau ouvert à la pression atmosphérique est branché en-dessous du réservoir sur le tuyau d'expansion et se déverse dans le réservoir, constituant la soupape de sûreté de la bouilloire (safety vent pipe). (Fig. 110).
Fig. 110.— Vue semi-schématique des divers moyens de protection dont doit être pourvu un réservoir d'alimentation ouvert à la pression atmosphérique.
CHAUFFAGE ET VENTILATION
Un tuyau de trop-plein de 1¼" ou 1½" est relié au réservoir à 3" ou 4" du sommet, se déversant dans le tuyau de renvoi, ou drainage, le plus rapproché. (Fig. 111).
Fig. 111.— Diverses variantes d'installations des systèmes d'alimentation d'une bouilloire à eau chaude ouverts à la pression atmosphérique dits "systèmes ouverts".
Le trop-plein du réservoir doit se déverser dans un appareil de plomberie ou dans un réservoir d'une manière indirecte; il ne doit jamais se raccorder directement à un tuyau de renvoi ou drain de maison.
Le tuyau d'alimentation et d'expansion relié à un réservoir ouvert à l'atmosphère, doit avoir au moins 1" de diamètre pour une installation de 100 à 600 pieds carrés de radiation, et 1¼" pour un chauffage de 600 à 1,500 pieds carrés de radiation.
Le tuyau en fer noir de 3/4" de diamètre — et même le tuyau en fer galvanisé — est sujet à la corrosion ; après 5 à 10 années d'usage, ce tuyau devient engorgé et peut provoquer une rupture dans l'une des sections de la bouilloire, rendant de ce fait le système inutilisable pour quelques jours.
TEMPÉRATURE DE L'EAU DE LA BOUILLOIRE
Le degré maximum de chaleur que peut atteindre l'eau, dans un système de chauffage à eau chaude, dépend de la pression à laquelle l'expansion soumet l'eau pendant le chauffage. Différents facteurs déterminent le point d'ébullition de l'eau qui circule ainsi.
La pression à un niveau quelconque de tout système à eau chaude avec réservoir ouvert à la pression atmosphérique, varie en raison directe de la distance où l'on se trouve du niveau de l'eau du réservoir.
En conséquence, il sera théoriquement possible d'élever la température de l'eau dans la bouilloire au degré correspondant à la pression de la tête d'eau avant que l'ébullition ne se produise.
Il sera pratiquement impossible, toutefois, d'élever la température de l'eau à plus de 212° en aucune partie du système ouvert, car la température élevée de l'eau se fera aussitôt sentir dans le réservoir d'alimentation et d'expansion, où elle bouillera.
Cet inconvénient du système ouvert à la pression atmosphérique a amené l'élaboration d'un système fermé (closed tank System) avec réservoir d'expansion à coussin d'air.
Par ce dispositif, on réussit à chauffer l'eau en vase clos, et tout en élevant son point d'ébullition au-dessus de 212°, on permet à l'eau chaude d'arriver avec un degré plus élevé de température aux radiateurs.
Dans le tableau ci-contre, l'on constatera qu'avec l'augmentation du degré de chaleur, le poids de l'eau diminue, ce qui provoque un mouvement d'ascension plus rapide, et une perte moindre de chaleur dans la transmission du liquide.
SYSTÈME FERMÉ AVEC RÉSERVOIR D'EXPANSION À COUSSIN D'AIR
Nous avons vu précédemment que d'après les données de la physique, l'on constate une élévation du point d'ébullition au-dessus de 212° lorsque l'on chauffe un liquide en vase clos, et cela sans qu'il s'en dégage de vapeur. La vapeur, ne pouvant s'évaporer librement dans l'atmosphère, s'accumule à la surface du liquide qu'elle sature.
On peut alors porter l'eau à une température excédant 215° dans un appareil à circulation fermée, augmentant ainsi l'expansion qui, jointe à la tête d'eau, devient la pression de charge.
CONTRÔLE AUTOMATIQUE DE LA PRESSION D'EAU
II se fabrique divers contrôles automatiques d'alimentation d'eau des bouilloires qui comprennent, en plus du robinet qui fournit l'eau à la bouilloire et d'un clapet de retenue, un contrôle de pression (reducing valve) de l'eau que l'on peut régler à 15 lbs si la pression de l'aqueduc est de 40 à 50 lbs ou plus.
Chaque contrôle est aussi muni d'un filtre qui empêche les sédiments d'obstruer ce délicat régulateur de pression.
Une soupape de dégagement (relief valve) sert à expulser l'excédent de l'eau dont la système a besoin, excédent qui résulte de la dilatation de l'eau sous l'effet de la chaleur ; son écoulement n'intervient en rien dans le degré de température de l'eau de la bouilloire.
La soupape de dégagement agit sous la pression seulement et n'est pas affectée par la température de l'eau. Cette soupape de dégagement est supposée fonctionner lorsque la pression de marche atteint 25 à 30 livres, et égoutter ainsi l'excédent d'eau.
La pression de marche est indiquée à l'aide d'un manomètre (pressure gauge).
Il y a des manomètres qui sont gradués en livres de pression au pouce carré, d'autres en pieds d'altitude ; 25 lbs de pression correspondent à 58 pieds d'altitude ; chaque livre de pression équivaut approximativement à deux pieds d'altitude.
Très peu de manomètres étant gradués en pieds d'altitude, nous donnons cette indication comme simple renseignement. (Fig. 112c).
Fig. 112.— L'eau peut être alimentée par un réducteur de pression (A) ou par un robinet ordinaire seulement (B). Ces robinets doivent être étanches une fois fermés.
Quand la chaudière est froide, le manomètre (G) devrait indiquer, dans la moyenne des résidences, une pression d'environ 12 livres. La soupape de sûreté (D) doit être libre de tout sédiment et dépôt et être étanche une fois fermée; elle devrait être réglée—toujours dans la moyenne des maisons—à environ 30 livres.
Le réservoir de dilatation (E) est un vase clos qui doit être étanche à l'air. On doit le vérifier périodiquement pour s'assurer qu'il n'est pas plein d'eau ; si tel était le cas, il faudrait le vider et le remplir d'air.
Une deuxième soupape de sûreté (F) est requise par la loi en certains endroits; elle devrait être réglée à 5 ou 10 livres de pression de plus que la première soupape de sûreté (D). C'est une précaution supplémentaire pour protéger le système contre toute pression excessive.
Les soupapes d'échappement sont d'ordinaire munies d'une manette, que l'on soulève de temps à autre afin de permettre à l'eau de s'égoutter et de constater si l'appareil est en parfait état.
Cette soupape d'échappement (relief valve), qui agit aussi comme soupape de sûreté pour la bouilloire, s'ouvre dès que la pression maximum de sécurité augmente de 5% ; cette soupape est d'ordinaire reliée par un tuyau de renvoi avec un S au tuyau de drainage de la bâtisse. (Fig. 112d).
Elle ne doit cependant pas être reliée directement à ce S mais plutôt se déverser dans un entonnoir branché sur le S ou siphon.
Pour diminuer les variations considérables de pressions auxquelles il est exposé, le système de chauffage sera encore muni d'un réservoir d'expansion, ou chambre d'air, où le gonflement de l'eau due à sa dilatation ira se loger en y refoulant et en comprimant une certaine quantité d'air qui doit stationner dans la partie supérieure du réservoir et qui agit comme un coussin. (Fig. 112e).
L'air, comprimé par la pression de l'eau qui se dilate, absorbera les secousses de l'eau en ébullition et empêchera la bouilloire d'en être endommagée.
Le réservoir d'expansion à coussin d'air est d'ordinaire placé horizontalement à quelques pieds au-dessus et à proximité de la bouilloire. On ne doit pas confondre ce réservoir d'expansion a coussin d'air avec les réservoirs à eau chaude domestique qui sont de forme analogue et placés, eux aussi, dans le voisinage de la bouilloire.
La dimension du vase d'expansion doit être proportionnée à la surface de radiation du chauffage. Ces réservoirs sont d'ordinaire faits en tôle d'acier, ont de 12" à 18" de diamètre, et leur longueur varie comme suit:
Le tuyau d'expansion de la bouilloire doit avoir au moins 1" de diamètre pour les bouilloires de 500 à 1,000 pieds carrés de capacité, et 1¼" pour celles d'une capacité de 1,500 à 2,000 pieds et plus de radiation.
Ce tuyau est relié au bas du réservoir à une extrémité, et à l'autre un tuyau de 3/4" avec un robinet d'arrêt est relié au drainage par un renvoi indirect.
Si l'on veut placer un robinet d'arrêt sur le tuyau d'expansion pour emplir le réservoir après avoir fait le vide, il faut employer un robinet à boisseau à tête carrée (sans poignée) afin que personne ne s'avise de le fermer. On doit de plus l'identifier par une marque verticale sur la tête carrée (Fig. 91), afin de pouvoir constater facilement s'il est ouvert ou fermé.
RETOUR D'EAU DU SYSTÈME DANS L'AQUEDUC
II arrive parfois qu'après quelques années d'usage le clapet de retenue d'un contrôle automatique d'eau ne peut plus fermer étanche par suite des dépôts de sel calcaire en suspension dans l'eau, qui ont adhéré au diaphragme.
De ce fait, le service d'aqueduc se trouvant momentanément interrompu, l'eau dénaturée de la bouilloire retourne dans le tuyau de l'aqueduc, y transportant les sédiments et la rouille contenus dans le système.
Un tel accident laisse le système de chauffage en très mauvaise posture: les radiateurs et tuyaux de transmission étant dépourvus d'eau, l'appareil se convertit bientôt en chaudière à vapeur et devient par le fait même un grave danger.
Afin de pouvoir vérifier si le clapet de retenue est étanche, on peut utiliser un robinet d'arrêt avec purgeur (drip) qui permet de temps à autre de faire le vide entre ce robinet et le clapet, et de juger si ce dernier fonctionne normalement. (Fig. 113).
Fig. 113.— Le contrôle automatique Mueller utilisé dans les systèmes fermés de chauffage à eau chaude.
Le contrôle automatique d'eau fourni par la Cie Mueller est muni d'un régulateur combiné avec un clapet dont la tige glisse verticalement à l'intérieur de celle du robinet. Il suffit de temps à autre de fermer et d'ouvrir ce robinet afin d'en faciliter le rodage et le bon fonctionnement. (Fig. 114).
Fig. 114.— Détails internes de construction d'un dispositif Mueller pour systèmes fermés.
AVANTAGES DU SYSTÈME FERMÉ
Nous avons vu que, dans un système de chauffage à eau chaude par gravité ouvert à la pression atmosphérique, le point d'ébullition était tout naturellement 213°, et que la chaleur émise par livre d'eau aux radiateurs était nominalement de 180 B.T.U.
Mais comme l'eau est rarement à son point exact d'ébullition, il faut estimer la radiation à 160 B.T.U. dans la formule que nous avons énoncée, ce qui correspond à une température de 194° pour l'eau au moment où elle quitte la bouilloire.
Dans un système fermé avec réservoir de compression, (ou d'expansion), le point d'ébullition peut être porté à 215° et même atteindre 225 ° avec une pompe de circulation.
La chaleur émise par les radiateurs atteint dans ce cas 180 — et même 200 B.T.U. avec une pompe de circulation et la combustion contrôlée. Si on le juge à propos, on peut alors utiliser un facteur de 180 au lieu de 160 comme dans la formule donnée, ce qui permet de réduire la surface de radiation.
L'avantage de ce système réside surtout en ce qu'il nécessite moins de radiation, étant donné que le maximum de la température extérieure pour lequel le système a été conçu ne se présente que pour un temps relativement court durant la saison de chauffage, pendant laquelle l'eau de la bouilloire est portée à son maximum de température.
L'usage des contrôles automatiques et des dispositifs de sécurité permet de tirer parti des hautes températures d'eau sans pour cela sacrifier quoi que ce soit sur la conception d'un système de chauffage parfait.
