Schéma coté

Piquages directs
Corps de la bouteille — cliquer pour régler vitesse et hauteur0992976278259901,5d = 993d = 1985d = 3303d = 1982,5d = 165H corps 990H tot 1 290Piquage P1 — cliquer pour régler le primaireP1 · Départ primaireØ 66 imposé · 12,90 m³/hPiquage S1d — cliquer pour régler ce circuitS1d · Départ secondaireDN 65 · 12,90 m³/hPiquage P2 — cliquer pour régler le primaireP2 · Retour primaireØ 66 imposé · 12,90 m³/hPiquage S1r — cliquer pour régler ce circuitS1r · Retour secondaireDN 65 · 12,90 m³/hA1 · purgeur d'air grand débit DN 20V · vidange / désembouage DN 50
Départ (chaud) Retour Écoulement dans la bouteillecotes en mm depuis le haut du corps · d = 66,0 mm

Règles de l'art : vitesse dans le corps et règle des 3d (Caleffi, Énergie+) · tubes NBN EN 10216-1

Mis à jour le

À quoi sert une bouteille de découplage ?

La bouteille casse-pression (découplage hydraulique) est un tube vertical de gros diamètre, placé entre le circuit des générateurs, le primaire, et les circuits de distribution, les secondaires. On la trouve aussi sous les noms de séparateur hydraulique, bouteille de mélange ou bouteille d'équilibre.

L'eau y circule si lentement que la pression est presque la même à tous ses piquages. Chaque pompe ne travaille donc que sur son propre circuit, et les débits primaire et secondaire deviennent indépendants. Cette faible vitesse a deux effets utiles : l'air remonte vers un purgeur placé en point haut, et les boues se déposent vers une vidange en point bas.

Règle à retenir : l'eau en trop d'un côté traverse la bouteille vers l'autre côté. Si le primaire a trop d'eau, de l'eau chaude part directement au retour. Si ce sont les circuits qui ont trop d'eau, de l'eau de retour se mélange au départ.

DébitsFonctionnementÉcoulement dans la bouteilleConséquence
Qp ≈ QsÉquilibreQuasi nulLes températures passent d'un côté à l'autre sans mélange.
Qp > QsDécouplageDescendant, débit Qp − QsLes circuits reçoivent la température de production ; le retour vers les générateurs est réchauffé.
Qp < QsMélangeAscendant, débit Qs − QpLe départ des circuits est refroidi par de l'eau de retour ; le retour vers les générateurs est froid.

Comment dimensionner une bouteille casse-pression ?

Aucune norme ne fixe la méthode : on applique les règles de l'art publiées par les fabricants et les guides de conception (Caleffi, Énergie+). Deux critères dimensionnent la bouteille, la vitesse dans le corps et la règle des 3d ; le placement des piquages en multiples de d en donne la hauteur.

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Débits primaire et secondaires

Le débit de chaque circuit découle de sa puissance et de son écart de température :

Débit d'un circuit

Q =
P1,163 × ΔT

Q : débit (m³/h) · P : puissance du circuit (kW) · ΔT : écart départ − retour (K) · 1,163 : capacité thermique de l'eau (kWh/m³·K)

Le débit secondaire Qs est la somme des circuits. Le débit primaire Qp est celui de la pompe des générateurs, réglé sur son propre écart de température. C'est la comparaison des deux qui fixe le sens de l'écoulement dans la bouteille.

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Diamètre des piquages

Chaque piquage est dimensionné pour une vitesse d'environ 1 m/s, puis arrondi au tube supérieur de la série :

Diamètre théorique d'un piquage

d = √(353,68 × Q / v)

d : diamètre intérieur (mm) · Q : débit du piquage (m³/h) · v : vitesse visée (m/s, 1 par défaut) · 353,68 = 4·10⁶ / (3 600 × π)

Les tubes sont ceux de la série acier sans soudure NBN EN 10216-1, désignés par leur diamètre extérieur × épaisseur. Au-delà de 0,9 m/s, les piquages doivent être alternés en hauteur : deux piquages face à face laisseraient l'eau passer directement d'un côté à l'autre.

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Diamètre du corps : vitesse de 0,1 m/s et règle des 3d

Le corps doit satisfaire deux conditions, et l'on retient la plus exigeante :

Critère de vitesse

D = √(353,68 × max(Qp ; Qs) / v)

D : diamètre intérieur du corps (mm) · Q : plus grand des débits primaire et secondaire (m³/h) · v : vitesse maximale dans le corps (0,10 m/s)

Règle des 3d

D ≥ 3 × d

d : diamètre intérieur du piquage primaire (mm)

À 0,10 m/s, la bouteille assure à la fois le découplage, le dégazage et la décantation. Caleffi ne juge la règle des 3d suffisante seule que jusqu'à 0,9 m/s au primaire : l'outil applique donc toujours les deux critères. Elle donne un minimum ; une bouteille beaucoup plus large (D/d au-delà de 4 environ) n'est pas meilleure, car des courants montants et descendants peuvent y coexister.

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Position des piquages et hauteur

Depuis le haut du corps : le départ primaire, puis les départs secondaires, une zone neutre, le retour primaire, puis les retours secondaires. Les entraxes s'expriment en multiples de d :

Hauteur du corps (N circuits en piquages directs)

H = (khaut + N × kdép + kneutre + N × kret + kbas) × d

H : hauteur du corps (mm) · k : entraxes en multiples de d — haut, entre départs, zone neutre, entre retours, bas · d : diamètre du piquage primaire (mm)

Avec des entraxes de 1,5 / 3 / 5 / 3 / 2,5 d, le corps mesure 15 d pour un circuit et 33 d pour quatre. Le profil Caleffi (1 / 3 / 3 / 3 / 2 d) donne de 12 d à 30 d. L'outil vérifie aussi que deux piquages voisins ne se gênent pas, tubes ou brides compris.

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Piquages directs ou bouteille + collecteur

Caleffi signale les bouteilles de plus de 2,5 m, purgeur et vidange compris. Au-delà de cette hauteur, l'outil propose une bouteille à une seule paire de piquages secondaires, raccordée à un collecteur qui distribue les circuits. Les deux variantes s'affichent côte à côte, à la même échelle : le choix devient évident.

Températures : découplage, mélange et condensation

Le bilan d'énergie de la bouteille donne les températures de chaque côté. Côté générateurs, l'écart réel vaut ΔTp = Ps / (1,163 × Qp) ; côté circuits, ΔTs = Ps / (1,163 × Qs), où Ps est la puissance totale des circuits.

Retour vers les générateurs

Tret prim = Tdép prim − ΔTp

T ret prim : retour vers les générateurs (°C) · T dép prim : production (°C) · ΔTp : écart réel côté générateurs (K)

Départ des circuits en mélange (Qp < Qs)

Tdép sec = Tdép prim − (ΔTp − ΔTs)

T dép sec : départ des circuits (°C) · ΔTp − ΔTs : écart supplémentaire imposé aux générateurs (K) ; en découplage (Qp ≥ Qs), T dép sec = T dép prim

Avec une chaudière à condensation, le piège est le découplage : l'excédent du primaire redescend directement et réchauffe le retour. Énergie+ situe autour de 55 °C le début de la condensation d'une chaudière au gaz naturel, et la température de retour limite 5 °C sous ce point de rosée, soit 50 °C. Il conseille un circulateur primaire à vitesse variable, qui ralentit quand la demande des circuits baisse. Dès que le retour atteint 50 °C, l'outil propose un débit primaire un peu inférieur à celui des circuits : un écart côté chaudière de 2 à 5 K au-dessus de celui des émetteurs, à confirmer avec la notice du fabricant.

Quel diamètre de bouteille pour quel débit ?

Débit maximal de chaque tube de corps à 0,10 m/s, puissance correspondante sous un écart de 10 K et de 20 K, et plus gros piquage admis par la règle des 3d. Un corps DN 250, par exemple, passe 19,17 m³/h, soit 446 kW sous 20 K, avec des piquages jusqu'au DN 80.

CorpsDe × e (mm)Débit max. (m³/h)P max. ΔT 10 KP max. ΔT 20 KPiquage max. (3d)
DN 100114,3 × 3,63,2438 kW75 kWDN 25
DN 125139,7 × 4,04,9057 kW114 kWDN 40
DN 150168,3 × 4,57,1883 kW167 kWDN 40
DN 200219,1 × 5,912,15141 kW283 kWDN 50
DN 250273 × 6,319,17223 kW446 kWDN 80
DN 300323,9 × 7,127,12315 kW631 kWDN 80
DN 350355,6 × 8,032,61379 kW758 kWDN 100
DN 400406,4 × 8,842,74497 kW994 kWDN 100

Tubes acier sans soudure NBN EN 10216-1 (nuance P235TR2), désignés De × e. Le débit maximal ne tient pas compte de la règle des 3d : un gros piquage primaire peut imposer un corps plus large que ce tableau.

Exemple : une chaufferie de 150 kW

Une chaufferie de 150 kW alimente un seul circuit en régime 70/60 (ΔT 10 K). Le piquage primaire est imposé à 66 mm de diamètre intérieur. Toutes les valeurs ci-dessous sont celles que l'outil affiche pour cette saisie : c'est l'exemple chargé à l'ouverture.

  1. Débit — 150 / (1,163 × 10) = 12,90 m³/h, identique au primaire et au secondaire : la bouteille est en équilibre.
  2. Critère de vitesse — D = √(353,68 × 12,90 / 0,10) = 213,58 mm.
  3. Règle des 3d — 3 × 66 = 198 mm, moins exigeant que la vitesse.
  4. Corps retenu — DN 250 (273 × 6,3, diamètre intérieur 260,4 mm), soit 0,067 m/s dans le corps et un rapport D/d de 3,95.
  5. Piquages — primaire à 1,05 m/s dans les 66 mm imposés ; secondaire en DN 65 (76,1 × 2,9), à 0,92 m/s.
  6. Cotes depuis le haut — départ primaire à 99 mm, départ secondaire à 297 mm, retour primaire à 627 mm, retour secondaire à 825 mm. Corps de 990 mm, soit 1 290 mm avec 300 mm de pieds et purgeur.
  7. Fabrication — 52,7 L d'eau et environ 46,8 kg d'acier sans les piquages.

Beaucoup de feuilles de calcul arrondissent les coefficients à 1,16 et 352. Elles trouvent ici 213,35 mm au lieu de 213,58 mm : 0,1 % d'écart, sans effet sur le DN retenu. L'outil propose ces coefficients arrondis en option, pour retrouver exactement une feuille existante.

Comment ce calcul est vérifié

Le moteur de cet outil est couvert par une suite de 33 tests automatisés, construite sur des références extérieures à l'outil et non sur ses propres sorties.

  • Les cas chiffrés de référence sont reproduits au centième. La chaufferie de 150 kW retrouve les valeurs d'une feuille de calcul de référence, établie avec les coefficients arrondis 1,16 et 352 : 213,35 mm, DN 250, 1 290 mm de haut. Deux chaufferies de 4 circuits, en découplage et en mélange, retrouvent aussi leurs températures, leurs cotes et leurs alertes.
  • Les bilans d'énergie sont réécrits indépendamment du moteur. Sur 15 réglages de la pompe primaire, les générateurs fournissent exactement la puissance consommée par les circuits. Les mélanges d'eau dans la bouteille se bouclent, dans les deux sens d'écoulement.
  • Les pertes de charge sont recoupées avec une seconde implémentation du site. L'écart sur le coefficient de frottement reste sous 0,07 %. En tube lisse, le calcul retombe sur la loi de Blasius à 2,4 % près ; en écoulement lent, sur la loi de Poiseuille.
  • Les données de base sont contrôlées. Chaque tube vérifie son diamètre intérieur et sa masse linéique à 0,33 % près pour un acier de 7 850 kg/m³. Les propriétés de l'eau sont recoupées avec les formules de Kell et de Vogel, à 0,005 % et 1,2 % près.
  • Les tableaux et l'exemple de cette page sont produits par le moteur. Les seuils d'alerte sont testés de part et d'autre : 1,50 m/s dans un piquage passe, 1,51 m/s alerte ; une bouteille de 2 500 mm reste en piquages directs, à 2 501 mm le collecteur est proposé.
  • Les saisies incomplètes ne produisent jamais de résultat trompeur. Champ vide, valeur négative, texte, retour plus chaud que le départ : l'outil explique ce qui manque au lieu d'afficher un chiffre faux.

Références

  • Caleffi France, revue Hydraulique n°3 (octobre 2006), « Les séparateurs hydrauliques », pages 26 à 30 — vitesse de 0,1 m/s dans le corps, règle des 3d et sa limite de 0,9 m/s au primaire, piquages alternés au-delà de 0,9 m/s, hauteurs de 12 d à 30 d selon le nombre de circuits. Source principale de la méthode.
  • Énergie+ (Architecture et Climat, UCLouvain), « Chaudières à condensation » — début de la condensation du gaz naturel autour de 55 °C, température de retour limite 5 °C sous le point de rosée, recyclage partiel d'eau chaude quasi inévitable dans une bouteille casse-pression, circulateur primaire à vitesse variable. Énergie+.
  • Énergie+ (UCLouvain), « Les circuits hydrauliques primaires » — circulation inverse quand le débit secondaire dépasse le primaire, risque de double circulation dans une bouteille trop large, règle des 3d. Énergie+.
  • NBN EN 10216-1 — tubes sans soudure en acier non allié pour service sous pression (nuance P235TR2), désignés par leur diamètre extérieur × épaisseur : dimensions du corps et des piquages. NBN EN 1092-1 — diamètres des brides PN16, pour le contrôle d'encombrement.
  • Directive 2014/68/UE (équipements sous pression) — classement de la bouteille : hors catégorie (article 4, paragraphe 3) tant que PS × V reste sous les seuils de l'annexe II.

Aucune norme belge ou européenne ne fixe de méthode de dimensionnement des bouteilles de découplage. La note de calcul de l'outil se présente donc comme un dimensionnement selon les règles de l'art, jamais comme une attestation de conformité normative.

Questions fréquentes (FAQ)

La bouteille de découplage, ou bouteille casse-pression, est un tube vertical de gros diamètre placé entre le circuit des générateurs (primaire) et les circuits de distribution (secondaires). L'eau y circule si lentement que la pression est presque la même à tous ses piquages : chaque pompe ne travaille que sur son propre circuit, et les débits primaire et secondaire deviennent indépendants. Cette faible vitesse fait aussi remonter l'air vers un purgeur et déposer les boues vers une vidange.

Deux critères, et l'on retient le plus exigeant. La vitesse de l'eau dans le corps ne doit pas dépasser 0,10 m/s, calculée sur le plus grand des débits primaire et secondaire : D = √(353,68 × Q / v), avec Q en m³/h et D en mm. Le corps doit aussi mesurer au moins trois fois le diamètre du piquage primaire (règle des 3d). Pour une chaufferie de 150 kW en ΔT 10 K, soit 12,90 m³/h, le critère de vitesse donne 213,58 mm : on retient un tube DN 250 (273 × 6,3).

C'est une règle de l'art : le diamètre du corps vaut au moins trois fois le diamètre d de la tuyauterie primaire. Caleffi précise qu'elle ne suffit seule que si la vitesse au primaire reste sous 0,9 m/s ; au-delà, il faut calculer la vitesse dans le corps, ce que fait toujours l'outil. Le diamètre d sert aussi d'unité pour placer les piquages en hauteur (par exemple 3d entre deux départs). C'est elle qui vaut à ces bouteilles le nom de « bouteille 3D ». Une bouteille beaucoup plus large que 4d n'est pas meilleure : des courants montants et descendants peuvent y coexister et mélanger les températures.

La hauteur se compte en multiples de d. Avec des entraxes de 1,5 / 3 / 5 / 3 / 2,5 d, le corps mesure 15 d pour un circuit et 33 d pour quatre circuits en piquages directs. Le profil Caleffi (1 / 3 / 3 / 3 / 2 d) donne 12 d à 30 d. Pour la chaufferie de 150 kW de l'exemple, cela fait 990 mm de corps et 1 290 mm avec les pieds. Au-delà de 2,5 m, mieux vaut une bouteille à une seule paire de piquages secondaires suivie d'un collecteur.

Pas toujours. Ces chaudières sont généralement sans contrainte de débit minimal ni de température de retour, et Énergie+ note qu'avec une bouteille il est quasi impossible d'empêcher le recyclage partiel d'eau chaude vers les chaudières. Si une bouteille est posée, la pompe primaire doit envoyer un peu moins d'eau que les circuits n'en consomment ; Énergie+ conseille un circulateur primaire à vitesse variable. Sinon l'excédent d'eau chaude redescend directement vers les chaudières et réchauffe leur retour. Dans l'exemple de 4 circuits, une pompe primaire réglée sur 15 K renvoie l'eau à 55,0 °C : la condensation devient très limitée. L'outil propose alors un écart côté chaudière de 2 à 5 K au-dessus de celui des circuits, à confirmer avec la notice du fabricant.

L'eau en trop côté circuits remonte dans la bouteille et se mélange au départ : les circuits reçoivent une eau plus froide que la production. Dans l'exemple de 4 circuits avec une pompe primaire réglée sur 25 K, 3,15 m³/h d'eau de retour remontent et le départ des circuits tombe à 64,1 °C au lieu de 70 °C. Pour leur fournir 70 °C, il faudrait produire à 75,9 °C ou augmenter le débit primaire.

Avec un ou deux circuits, les piquages directs sur la bouteille restent compacts. À partir de trois ou quatre circuits, la bouteille dépasse souvent 2,5 m de haut. On garde alors une seule paire de piquages secondaires sur la bouteille, raccordée à un collecteur qui distribue les circuits. Dans l'exemple de 4 circuits, la hauteur passe de 3 023 mm à 1 538 mm.