Surpresseur collectif — débit, HMT et réservoir

Déroulons la méthode sur un cas réel, celui que le calculateur pré-remplit : un immeuble de 8 étages sur un niveau de sous-sol, 30 logements de type T3/T4 (équipement Ex. 2 : évier, lavabo, baignoire, bidet, WC, lave-linge, lave-vaisselle, soit 1,35 l/s de débit de base par logement), alimenté par un réseau public garanti à 2,5 bar, avec compteur, disconnecteur BA et filtre en tête. Objectif : 3 bar au point de puisage le plus défavorisé. Chaque ligne ci-dessous est calculée par le moteur de l'outil.

L'analyse réglementaire complète le dimensionnement : à l'arrêt des pompes, la pression de déclenchement (7,5 bar) s'applique presque entièrement aux niveaux bas — des réducteurs de pression sont donc obligatoires sur les étages où elle dépasse le seuil DTU de 4 bar, et le bâtiment dépassant 6 étages appelle une réflexion de zonage (art. R.1321-58 du CSP). En vitesse variable, le même projet se contenterait d'un réservoir de 24 L. Reproduisez ce calcul avec vos propres données dans le calculateur en haut de page.

Le calcul du débit brut part des débits de base normalisés de chaque appareil sanitaire, en eau froide. Ce sont les valeurs qu'utilise le mode expert du calculateur ; les WC à robinet de chasse directe, très consommateurs (1,5 l/s), sont traités hors coefficient de simultanéité, avec un nombre forfaitaire d'appareils fonctionnant en même temps.

En avant-projet, les guides fabricants donnent directement le débit instantané probable en m³/h selon le nombre de logements et leur niveau d'équipement : Ex. 1 = 5 appareils (évier, lavabo, douche, WC, lave-linge), Ex. 2 = 7 appareils (+ baignoire, bidet, lave-vaisselle, la douche devenant baignoire), Ex. 3 = 9 appareils (+ douche et 2ᵉ WC). C'est la méthode de contrôle que le calculateur affiche en parallèle du calcul DTU — les deux concordent à quelques pourcents près.

En vitesse fixe, le réservoir à vessie n'est pas un stock d'eau : son rôle est de limiter la fréquence des démarrages du moteur, qui chauffe à chaque appel de courant. Plus le moteur est puissant, moins il tolère de démarrages horaires — et plus le réservoir doit être gros. Le volume calculé est ensuite arrondi au volume commercial supérieur.

Une colonne d'eau de 10,2 m exerce une pression de 1 bar (1 bar = 10,2 mCE en pratique, 10,33 en théorie — l'outil utilise une constante unique pour éviter les écarts d'arrondi). Ce simple rapport donne un ordre de grandeur immédiat : chaque étage « coûte » environ 0,26 bar de pression statique, auxquels s'ajoutent les pertes de charge et la pression résiduelle visée. Le tableau ci-dessous montre pourquoi, avec une ville garantie entre 2,5 et 3 bar, la surpression devient généralement nécessaire dès R+4 / R+5 quand on vise 3 bar au dernier étage.

Deux écritures du coefficient de simultanéité collectif circulent. Les guides des fabricants (KSB, Salmson/Wilo, Delabie) et l'usage professionnel dominant appliquent y = 0,8/√(x−1) pour les parties collectives ; certaines transcriptions du § 3.2.1 du DTU énoncent y = 1/√(x−1). L'écart est de 25 % sur le débit calculé — loin d'être anecdotique sur le choix des pompes. L'outil applique 0,8/√(x−1) — l'écriture publiée par les guides de dimensionnement comme celle du DTU, cohérente avec les tableaux forfaitaires fabricants qui servent de contrôle croisé — et affiche toujours le facteur utilisé dans le détail du calcul. Pour une note de calcul opposable, vérifiez l'écriture retenue sur l'édition AFNOR d'août 2013 du NF DTU 60.11.

Le Code de la santé publique (art. R.1321-58) impose une hauteur piézométrique d'au moins 3 mètres en tout point de mise à disposition à l'heure de pointe, et encadre la mise en œuvre de surpresseurs pour les immeubles de plus de six étages ; le Règlement Sanitaire Départemental type reprend la même exigence. Le NF DTU 60.11 fixe la méthode de calcul des débits et le minimum de 1 bar à l'entrée des logements, la NF EN 1717 la protection contre les retours d'eau (disconnecteur BA en tête d'immeuble), et l'arrêté du 30 novembre 2005 les températures ECS anti-légionelle (≥ 50 °C en tout point du réseau bouclé). En Belgique, les mêmes textes européens (NBN EN 806, NBN EN 1717) s'appliquent, complétés par les prescriptions Belgaqua (PN 10 minimum pour les conduites). Ces résultats restent un pré-dimensionnement : le choix définitif du groupe se valide sur les courbes constructeur au point de fonctionnement, sous la responsabilité du professionnel.

Le moteur est couvert par une suite de 42 tests automatisés construite sur des références extérieures au code : le cas chiffré complet du guide de la surpression KSB, ses deux tableaux recopiés du PDF, et la physique du problème. Le moteur n'est jamais comparé à ses propres sorties.

• Le cas de référence du guide KSB est rejoué de bout en bout. Immeuble de 60 logements équipés selon l'exemple 2, 10 étages sur sous-sol, adoucisseur et réducteur-régulateur à l'aspiration, ville garantie à 3 bar, 1,5 bar au point le plus défavorisé. Le guide publie 81,00 l/s de débit de base, 420 appareils, Y = 0,039, un débit probable de 3,16 l/s soit 11,4 m³/h, et une HMT de 38 mètres. Le moteur retrouve 81,00 l/s, 420 appareils et 11,40 m³/h ; les 0,17 % d'écart sur le débit viennent de ce que le guide arrondit Y à trois décimales avant de multiplier, et le test le démontre en rejouant son calcul de plume.
• Les tableaux publiés sur cette page sont assertés contre les constantes du moteur. Les 14 débits de base et les 51 valeurs du tableau des débits forfaitaires sont comparés un à un aux valeurs recopiées du PDF KSB : si un tableau affiché divergeait un jour de ce que l'outil calcule, les tests tomberaient. La lecture est exacte sur les 17 lignes publiées, sans interpolation.
• Le réservoir est vérifié à rebours, par sa fonction. On repart du volume retourné, on en déduit le volume utile par la détente de la vessie, puis le nombre de démarrages horaires qu'il autorise au soutirage dimensionnant : on doit retrouver exactement le plafond du moteur. Le volume repose sur la règle du quart de cycle, la même qu'emploie l'outil pompe de relevage de ce site.
• Vérité analytique sur les grandeurs physiques. Le coefficient 0,8/√(x−1) est recalculé hors du moteur pour 6, 10, 100 et 420 appareils ; la constante 367 de la puissance hydraulique est comparée à P = ρ·g·Q·H, dont elle dérive à 0,03 % près ; le volume utile de la vessie est vérifié par la loi de Boyle-Mariotte ; un étage supplémentaire doit coûter exactement 2,70 m de hauteur plus 0,30 mCE de pertes.
• Les deux méthodes du guide sont comparées l'une à l'autre. Sur les 51 combinaisons du tableau, le calcul par les débits de base reste compris entre −9,0 % et +0,9 % du forfait constructeur. Le premier chiffre n'est pas rassurant par hasard : c'est sur les petits parcs en équipement réduit que les deux méthodes s'écartent le plus, et l'outil affiche toujours les deux résultats côte à côte plutôt que d'en masquer un.
• Cas particuliers et entrées dégradées. Les cinq paliers de WC à robinet de chasse (1 à 3, 4 à 12, 13 à 24, 25 à 50, plus de 50) sont couverts, le forfait est bien ajouté après le coefficient de simultanéité et non avant, la majoration hôtel vaut exactement 1,25, et une installation vide ou une hauteur d'étage nulle renvoient une absence de résultat plutôt qu'un NaN.

Références

• NF DTU 60.11 P1-1 (AFNOR, août 2013) — Règles de calcul des installations de plomberie sanitaire, partie 1-1 : réseaux d'alimentation d'eau froide et chaude sanitaire. Source des débits de base par appareil, du coefficient de simultanéité collectif, du forfait des WC à robinet de chasse et du minimum de 1 bar à l'entrée des logements.
• Guide de la surpression KSB — Tableau A (débits instantanés par nombre de logements et équipement type), tableau B (débits de base), formule de HMT et cas chiffré de l'immeuble de 60 logements qui sert de référence aux tests de cette page.
• Code de la santé publique, article R.1321-58 — « La hauteur piézométrique de l'eau distribuée par les réseaux intérieurs doit, pour chaque réseau et en tout point de mise à disposition, être au moins égale à trois mètres, à l'heure de pointe de consommation. Lorsque les réseaux desservent des immeubles de plus de six étages, des surpresseurs et des réservoirs de mise sous pression […] peuvent être mis en œuvre. » Ne s'applique pas aux installations existant avant le 7 avril 1995.
• NF EN 1717 — Protection contre la pollution de l'eau potable et exigences générales des dispositifs de protection contre la pollution par retour. Fonde l'ensemble de protection en tête d'installation (disconnecteur BA en collectif) et sa perte de charge dans le calcul de HMT.
• Arrêté du 30 novembre 2005 modifiant l'arrêté du 23 juin 1978 relatif aux installations fixes destinées au chauffage et à l'alimentation en eau chaude sanitaire — température maximale de 50 °C aux points de puisage des pièces destinées à la toilette, 55 °C minimum à la sortie des stockages de plus de 400 litres, volume de 3 litres maximum entre le bouclage et le point de puisage. Concerne le surpresseur dès qu'il alimente une production d'ECS.
• Règle du quart de cycle et loi de Boyle-Mariotte — Le volume utile Vu = Q/(4·a) découle du temps de cycle T = Vu/(Qp−Qc) + Vu/Qc, minimal pour un soutirage Qc = Qp/2 ; le facteur (Pd+1)/(Pd−Pe) découle de la détente isotherme de la vessie prégonflée à Pe. Les deux sont redémontrés dans les tests plutôt que cités.