Système hors réseau

Pour cet article, nous considérons un système hors réseau dans lequel l'eau provient d'une rivière située à 60,9 m de la cabine et est pompée dans un réservoir de stockage situé à 4,6 m au-dessus de la cabine. La cabane se trouve à une altitude de 20 pieds au-dessus du niveau de la rivière. Ce réservoir utilise la gravité pour distribuer l'eau aux différents appareils, tels que les robinets et les toilettes, par l'intermédiaire d'un réseau de tuyaux. Des vannes sont placées à des endroits stratégiques pour réguler le débit d'eau. Les sections suivantes expliquent chacun de ces éléments en détail.

Source d'eau

Une source d'eau est nécessaire : un puits, une source, un ruisseau ou de l'eau de pluie recueillie dans une citerne. Normalement, les sources d'eau sont plus basses que les cabanes, de sorte qu'une pompe est nécessaire pour que l'eau s'écoule de la source au réservoir. Il est également possible de transporter de l'eau d'une source proche pour remplir manuellement le réservoir de stockage. Si l'eau doit être utilisée pour la boisson, il est important d'utiliser des tuyaux, des flexibles et des vannes fabriqués à partir de matériaux sûrs pour l'eau potable et disposant des certifications nécessaires. Parmi les matériaux courants qui sont sans danger pour l'eau potable, on peut citer

• Acier inoxydable
• Cuivre
• PVC
• PEX

Il est également important de nettoyer régulièrement le système d'eau pour éviter la prolifération des bactéries. Les méthodes de nettoyage les plus courantes sont les suivantes :

• Rinçage du système à l'eau claire
• Utilisation d'une solution d'eau de Javel
• Utilisation d'un nettoyant commercial pour systèmes d'eau

Si l'eau ne sert qu'à tirer la chasse d'eau et à se laver les mains, il n'est pas nécessaire d'utiliser des matériaux spécifiquement sûrs pour l'eau potable. Cependant, il est toujours important d'utiliser des matériaux durables qui résistent à la corrosion et aux fuites. Voici quelques matériaux courants qui conviennent pour l'eau non potable :

• PVC
• ABS
• Galvanisé - Acier

Pompe

Une pompe déplace l'eau de la source au réservoir de stockage. C'est la seule partie du système qui nécessite de l'énergie. En fonction de la disponibilité et de l'efficacité, une pompe manuelle, une pompe solaire, une pompe éolienne ou une pompe à moteur peut être utilisée. Il est important d'utiliser une crépine sur le tuyau d'aspiration d'une pompe à eau pour empêcher les débris de pénétrer dans la pompe. Cela peut endommager la pompe et réduire sa durée de vie.

Dimensionnement et sélection des pompes

1. Calculer la hauteur dynamique totale (TDH) : Le TDH est la résistance totale que la pompe doit surmonter. Elle comprend la différence d'altitude entre la pompe et le point de livraison, la perte par frottement dans la conduite et la hauteur d'aspiration.

1. Tête d'élévation : Dans l'exemple ci-dessus, le réservoir de stockage de l'eau se trouve à environ 15 pieds au-dessus de la cabine, qui se trouve à une altitude de 20 pieds de la source d'eau ; la hauteur d'élévation est donc de 35 pieds.
2. Perte de friction : La perte de charge quantifie la résistance à l'écoulement et les pertes par frottement qui se produisent lorsque l'eau s'écoule dans un conduit tel qu'un tuyau ou un boyau. Cela dépend de la taille et de la longueur du tuyau et du débit. Prenons l'exemple d'un tuyau de 1" de diamètre avec une perte de charge d'environ 4 pieds par 100 pieds pour un débit d'environ 18,93 litres par minute (5 gallons par minute) (ce qui est typique pour un usage domestique). Ainsi, la perte par frottement pour une longueur de tuyau d'environ 200 pieds est de (60,96/30,48) * 1,22 = environ 8 pieds.

Note: Pour calculer la perte de charge exacte, il faut déterminer l'hypoténuse du triangle formé par la distance horizontale entre la pompe et la cabine (200 pieds) et l'altitude du réservoir par rapport à la pompe (35 pieds) ; on obtient ainsi la longueur exacte du tuyau qui transporte l'eau pompée. En outre, la perte par frottement est généralement faible par rapport à la somme de la hauteur d'élévation et de la hauteur d'aspiration.

3. Tête d'aspiration : La hauteur d'aspiration est la distance verticale entre le niveau de l'eau dans la rivière et le centre de l'entrée de la pompe. Il détermine la hauteur maximale à laquelle la pompe peut élever l'eau. Dans cet exemple, la hauteur d'aspiration est de 5 pieds.

La pompe doit avoir une hauteur d'aspiration d'au moins 5 pieds pour soulever l'eau de la rivière jusqu'au réservoir de stockage sans cavitation. La cavitation désigne la formation de cavités ou de bulles remplies de vapeur dans un liquide, tel que l'eau, en raison d'une diminution de la pression, ce qui peut se produire dans une pompe lorsque la hauteur d'aspiration est insuffisante, ce qui peut entraîner des dommages et une réduction de l'efficacité.

Ainsi, le TDH = hauteur d'élévation + perte de charge + hauteur d'aspiration = 35 ft + 8 ft+ 5 ft = environ 48 ft.

2. Sélectionnez la pompe : Choisissez une pompe capable de fournir le débit requis au TDH calculé. Les fabricants de pompes fournissent des courbes de performance pour leurs pompes, indiquant le débit à différentes hauteurs de chute. Trouvez une pompe capable de fournir la hauteur d'aspiration, la hauteur d'élévation et le débit nécessaires à l'application. Choisissez une pompe plus puissante si le remplissage rapide du réservoir est une priorité. La figure 4 montre un exemple de courbe de pompage. Pour un système avec une hauteur dynamique totale de 48 pieds et un débit requis de 5 gallons par minute, l'utilisateur peut sélectionner la pompe B. (Habituellement, les courbes ont leur puissance nominale correspondante à côté d'elles, comme 0,5 HP ou ¾ HP).

Flexibles

Les tuyaux transportent l'eau de la source à la pompe et de la pompe au réservoir surélevé. Les tuyaux doivent avoir une pression nominale suffisante pour supporter le débit de la pompe. Des tuyaux en PVC renforcé ou en caoutchouc conviendraient pour l'application citée en exemple, offrant une solution durable et plus permanente au lieu d'un scénario où les individus doivent assembler leur équipement chaque fois qu'ils veulent pomper de l'eau. De nombreux utilisateurs optent pour un système dans lequel ils stockent la pompe et le tuyau, et lorsque le besoin d'eau se fait sentir, il leur suffit de récupérer l'équipement, de le brancher, de le pomper, puis de le ranger. Cette approche pratique souligne l'importance d'un tuyau fiable, tel qu'un tuyau à plat, qui peut considérablement rationaliser le processus, le rendant plus efficace et plus pratique pour l'accès aux ressources en eau. Un tuyau de 1" de diamètre est généralement conçu pour une vitesse de 9 à 12 gpm, ce qui en fait un choix approprié pour cette application.

Réservoir de stockage

Le réservoir d'eau doit être surélevé par rapport au point d'utilisation. La force de gravité tire l'eau vers le bas, créant ainsi une pression de l'eau. La hauteur du réservoir détermine la pression de l'eau ; plus le réservoir est haut, plus la pression est élevée. Le réservoir doit pouvoir contenir suffisamment d'eau pour répondre à tous les besoins, et il doit également être couvert et scellé pour éviter toute contamination. Tenez compte des conditions météorologiques lorsque vous décidez de placer le réservoir à l'intérieur ou à l'extérieur. Par temps froid, le fait de placer le réservoir à l'intérieur peut empêcher l'eau de geler, ce qui pourrait endommager le réservoir. Toutefois, un réservoir extérieur peut s'avérer plus pratique par temps doux et permettre d'économiser de l'espace à l'intérieur. Le réservoir peut être carré ou rond.

• Les réservoirs carrés sont compacts et faciles à déplacer. Toutefois, en raison de leurs parois plates, ils n'ont pas la résistance structurelle inhérente aux réservoirs ronds. L'ajout d'une cage métallique apporte un soutien structurel et empêche le réservoir de s'effondrer ou de se déformer lorsqu'il est rempli.
• Les réservoirs ronds occupent plus d'espace horizontal.

Il est conseillé de prévoir un moyen d'évacuer l'eau excédentaire si le réservoir est trop plein lors du pompage de l'eau. Cela l'empêchera d'éclater ou d'inonder votre cabine si le réservoir se trouve à l'intérieur. Envisagez d'installer un robinet à boisseau sphérique vers le haut du réservoir, qui peut être ouvert pendant le pompage de l'eau et fermé lorsque le remplissage est terminé.

Vide dans le réservoir de stockage

L'utilisation d'eau provenant d'un réservoir étanche créera un vide dans le réservoir. Lorsque l'eau s'écoule, l'air à l'intérieur du réservoir se dilate pour remplir l'espace vide. Cela réduit la pression à l'intérieur du réservoir et crée un vide.

La quantité de vide créée dépend de plusieurs facteurs, notamment de la taille du réservoir, de la vitesse à laquelle l'eau est utilisée et de la température de l'eau. Si le réservoir est grand et que l'eau est utilisée lentement, la dépression sera moindre que si le réservoir est petit et que l'eau est utilisée rapidement. En outre, plus l'eau est chaude, plus elle se dilate, créant ainsi un vide plus important.

Voici quelques conseils pour réduire le vide créé dans votre réservoir d'eau :

• Remplir lentement le réservoir.
• Installer un casse-vide ou une soupape de sûreté.
• Évitez d'utiliser trop d'eau à la fois.

Pipe

Objectif et types

Le réservoir de stockage est relié aux appareils par des tuyaux. La différence de hauteur entre le réservoir et le point d'utilisation crée une pression d'eau dans ces tuyaux. La gravité tire l'eau vers le bas et la force à travers les tuyaux, le robinet et les toilettes lorsqu'ils sont ouverts.

• Tuyaux en PEX (polyéthylène réticulé) : Les tuyaux PEX sont flexibles, faciles à installer, résistants au calcaire et au chlore, et conviennent pour l'eau chaude et l'eau froide. De plus, ils ne nécessitent pas de soudure comme le cuivre. Cependant, ils ne conviennent pas à une utilisation en extérieur car ils peuvent se dégrader sous l'effet de la lumière UV.
• Tuyaux en cuivre : Les tuyaux en cuivre sont très durables, résistants à la corrosion et peuvent supporter des températures froides et chaudes. Ils sont souvent utilisés dans la construction ou la rénovation haut de gamme. Cependant, ils sont plus coûteux et leur installation nécessite des compétences en soudure.

Conception

L'installation de conduites d'eau nécessite une planification minutieuse afin d'assurer une performance optimale du système et une maintenance aisée. Voici quelques éléments importants à prendre en compte :

• Conception du bâtiment : L'agencement influence considérablement la manière dont les conduites d'eau sont posées et l'endroit où elles le sont. Il est essentiel de bien comprendre la conception du bâtiment, notamment l'emplacement des installations et des appareils nécessitant de l'eau.
• Isolation : Isoler les tuyaux pour les protéger contre le gel et les pertes de chaleur. Ceci est crucial pour les maisons hors réseau, qui peuvent ne pas maintenir une température interne constante. Les matériaux d'isolation comprennent des tubes en mousse isolante ou des câbles chauffants pour les climats extrêmement froids.
• Voie d'accès : Le parcours des lignes doit éviter les câbles électriques, les conduits de chauffage et les zones où elles peuvent être endommagées, telles que les passages de porte ou les zones très fréquentées.
• Paroi traversante : Pour faire passer les conduites d'eau dans les murs, percez des trous à travers les montants et enfilez les tuyaux. Utiliser des plaques de recouvrement pour éviter de percer le tuyau. Les tuyaux horizontaux doivent être placés plus bas que les embouts d'alimentation et d'évacuation afin de permettre une pente descendante.
• Dans les plafonds : Il est moins courant de faire passer des lignes dans les plafonds, principalement en raison des dégâts potentiels en cas de fuite. Toutefois, cela peut être nécessaire dans les bâtiments à plusieurs étages.

Note : Les tuyaux flexibles peuvent être plus pratiques dans certaines situations, en particulier si les unités de service doivent être déplacées. Ces tuyaux doivent être sûrs pour l'eau potable s'ils sont utilisés pour l'eau potable. Les tuyaux tressés en acier inoxydable sont couramment utilisés à cette fin pour leur durabilité et leur sécurité.

Taille

Tenez compte du débit et de la pression des tuyaux qui acheminent l'eau du réservoir vers les appareils sanitaires. Des tuyaux plus grands peuvent être nécessaires pour gérer le débit combiné si plusieurs appareils sont utilisés simultanément. Cependant, un tuyau de 1/2" pourrait être utile à chaque appareil, car il peut généralement supporter un débit de 1,5 gpm, ce qui est suffisant pour la plupart des appareils.

Vannes

Les vannes sont utilisées dans un système d'alimentation en eau par gravité pour contrôler le débit de l'eau, isoler les sections du système pour l'entretien et empêcher les retours d'eau.

• Clapets anti-retour : Un clapet anti-retour est souvent placé à la sortie de la pompe. Il permet à l'eau de s'écouler dans une seule direction vers le réservoir de stockage. Lorsque la pompe est arrêtée, elle empêche l'eau de retourner dans le puits ou la source d'eau. Dans certains cas, la pompe peut être équipée d'un clapet anti-retour intégré.
• Au niveau du réservoir de stockage : Deux valves sont souvent utilisées. Un robinet d'arrêt (comme un robinet à bille) à l'entrée permet à l'utilisateur d'arrêter le flux d'eau dans le réservoir, ce qui est utile lors du nettoyage ou de la réparation du réservoir.
• A la sortie du réservoir : Une autre vanne d'arrêt peut être placée à la sortie du réservoir. Cela empêche l'eau de s'écouler du réservoir dans les tuyaux lors de la réparation ou du remplacement de pièces du système de tuyauterie.
• À chaque point d'utilisation : Des vannes d'arrêt séparées sont souvent installées à chaque point (par exemple, sous chaque évier, derrière les toilettes, au niveau du chauffe-eau, etc.) Ils permettent d'interrompre l'écoulement de l'eau vers des appareils individuels sans affecter le reste du système.
• Vannes de vidange : Les vannes de vidange sont placées aux points les plus bas du système, comme le fond du réservoir, ou aux points bas de la tuyauterie pour vidanger le système à des fins d'entretien ou d'hivernage (voir plus loin).

Chaque vanne doit être compatible avec l'eau et dimensionnée en fonction de son débit et de sa pression (voir plus loin).

Raccordement des luminaires

Système de chauffage de l'eau

Dans un système de plomberie hors réseau, la conduite d'eau chaude est généralement raccordée à un système de chauffage de l'eau, tel qu'un chauffe-eau solaire, un chauffe-eau au propane ou un poêle à bois équipé d'un dispositif de chauffage de l'eau. L'eau chauffée est ensuite distribuée par la conduite d'eau chaude aux différents points de vente du système, tels que les douches, les éviers et les machines à laver. La conduite d'eau chaude doit être correctement isolée pour éviter les pertes de chaleur pendant le transport.

Robinetterie

Il existe deux options principales de robinetterie :

• Robinet standard : De nombreux robinets standard ont un débit de 2,2 gallons par minute (GPM) ou plus. Les robinets standard ne sont généralement pas équipés de dispositifs permettant de réduire la consommation d'eau, tels que les aérateurs ou les limiteurs de débit, qui divisent l'eau en fines gouttelettes, réduisant ainsi la quantité d'eau utilisée sans compromettre les performances.
• Robinets à basse pression : Ces robinets sont conçus pour limiter la quantité d'eau qui s'écoule, ce qui les rend plus économes en eau que les robinets standard. Ils sont idéaux pour les systèmes hors réseau où la conservation de l'eau est une priorité. Les robinets à faible débit ont généralement un débit de 1,5 GPM, voire moins. Cela signifie que l'on utilise beaucoup moins d'eau avec un robinet à basse pression, même pour des tâches simples comme se laver les mains ou rincer la vaisselle.

Filtration

Selon la qualité de la source d'eau, un système de filtration ou de purification peut être nécessaire pour garantir que l'eau est potable et utilisable à d'autres fins. Il peut s'agir d'un simple filtre à tamis pour éliminer les sédiments et les débris ou d'un système plus complexe pour éliminer les bactéries, les virus et autres contaminants. Les filtres sont généralement installés aux endroits suivants :

• Après la pompe mais avant le réservoir de stockage
• Avant la pompe sur le tuyau d'aspiration
• Un filtre secondaire au point d'utilisation du robinet pour l'eau potable

Un filtre à sédiments de base peut suffire si l'eau est relativement propre et doit être exempte de sédiments. Toutefois, si la source d'eau contient des bactéries ou d'autres micro-organismes, utilisez un filtre UV ou un système d'osmose inverse.

L'hivernage

L'hivernage des conduites d'eau hors réseau est essentiel pour éviter qu'elles ne gèlent et n'éclatent, ce qui pourrait entraîner des réparations coûteuses. Un moyen pratique d'empêcher/de ralentir le gel consiste à recouvrir le réservoir d'une toile noire résistante pour le paysage. Voici un guide étape par étape sur la façon d'hiverner un système de plomberie hors réseau :

1. Couper l'alimentation en eau : Coupez l'alimentation en eau (en fermant la vanne d'entrée du réservoir de stockage) afin d'empêcher toute nouvelle entrée d'eau dans le système.
2. Vidanger le système : Ouvrez le(s) robinet(s) de vidange pour laisser l'eau s'écouler des tuyaux. Ouvrez également tous les robinets pour permettre au système de se vider complètement.
3. Utilisez de l'air pour évacuer l'eau restante : Une fois que la majeure partie de l'eau a été vidée, utilisez un compresseur d'air pour évacuer l'eau restante qui pourrait geler. Connectez le compresseur d'air au système (à un robinet ou à la vanne de vidange) et appliquez une faible pression pour expulser l'eau restante. Veillez à ouvrir chaque robinet l'un après l'autre jusqu'à ce que toute l'eau ait été évacuée.
4. Ajouter de l'antigel : Ajoutez de l'antigel pour plomberie non toxique dans le système pour une protection supplémentaire. Versez l'antigel dans toutes les canalisations, les toilettes et les appareils électroménagers. Cela empêchera l'eau restante de geler. L'antigel non toxique pour plomberie est conçu pour être sans danger pour le système de plomberie et est généralement biodégradable. Il reste dans les tuyaux et les canalisations jusqu'à ce qu'il soit progressivement évacué par l'utilisation régulière de l'eau lorsque le temps se réchauffe.
5. Isoler les tuyaux : L'isolation des tuyaux permet d'éviter qu'ils ne gèlent. Utilisez de l'isolant ou du ruban adhésif sur les tuyaux exposés au froid.
6. Vannes d'arrêt : Enfin, fermez toutes les vannes et tous les robinets de votre système. Il s'agit des vannes d'arrêt à chaque point d'utilisation et de la vanne de sortie principale du réservoir de stockage.

Perte de charge

Il est essentiel de déterminer la perte de pression d'un réservoir surélevé pour s'assurer que le débit d'eau est suffisant pour les besoins du système et pour éviter d'endommager les installations sanitaires et les appareils électroménagers en raison d'une pression excessive.

Pression statique

La pression dans un réservoir d'eau surélevé peut être déterminée à l'aide de la formule suivante :

P = ρgh

• P : Pression du fluide
• ρ : Densité du fluide
• g : Accélération due à la gravité
• h : Hauteur de la colonne de fluide au-dessus du point en question

Dans ce cas, le fluide est de l'eau, de sorte que la densité ρ est d'environ 1000 kg/m^3. L'accélération due à la gravité g est d'environ 9,81 ^m/s2. La hauteur h est de 4,57 m (15 pieds).

Donc, P = 1000 kg/m^3 * 9,81 m/s^2 * 4,57 m = 44,77 kPa (6,5 psi)

Il s'agit de la pression au fond du réservoir ou à une sortie au niveau du sol. Si la sortie est plus haute, utilisez la hauteur de la colonne d'eau au-dessus de cette sortie.

Perte de charge

Lorsque l'eau s'écoule, la pression effective diminue en raison des pertes dues au frottement et à d'autres facteurs. La perte de charge est généralement calculée à l'aide de l'équation de Darcy-Weisbach :

• ΔP : Perte de charge
• f: Facteur de frottement de Darcy
• L : Longueur du tuyau
• V : Vitesse d'écoulement
• D : Diamètre du tube
• 𝝆 : Densité du fluide

Le facteur de frottement de Darcy est principalement déterminé par le type d'écoulement (laminaire ou turbulent) et la rugosité de la surface interne de la conduite. Elle peut être obtenue à l'aide de tableaux de correspondance, de corrélations ou de logiciels à partir de données expérimentales. Appliquez l'équation à chaque section de tuyau et à chaque raccord pour calculer la perte de pression à chaque sortie.

Calculer la perte de pression au niveau d'un évier. Supposons un facteur de frottement (f) de 0,02 (typique pour les tuyaux lisses) et une vitesse (v) de 1 m/s (typique pour l'approvisionnement en eau domestique).

ΔP = 0,02 * (10m / 0,025m) * (1000 kg/m³ * (1 m/s)² / 2) = 16000 Pa (2,32 psi). Il s'agit de la perte de pression due au frottement dans la conduite.

La pression réelle à la sortie lorsque l'eau s'écoule sera la pression statique moins la pression dynamique :

P_outlet = P - ΔP = 44817.7 Pa - 16000 Pa = 28817.7 Pa (4.17 psi)
Note :

• Utilisez un manomètre à la sortie pour obtenir les mesures de pression les plus précises. Cela permet d'obtenir des relevés de pression en temps réel qui peuvent être comparés aux calculs pour garantir la précision.
• Il s'agit d'un exemple simplifié ; les conditions peuvent varier en fonction des coudes, des vannes, des raccords, etc. En outre, le facteur de frottement et la vitesse d'écoulement doivent généralement être calculés sur la base d'informations plus détaillées concernant la conduite et les conditions d'écoulement. Commencez par comprendre les bases de la résistance dans votre système d'eau. Rassemblez les informations pertinentes, recherchez les dimensions des tuyaux et calculez la vitesse d'écoulement pour avoir une première idée du problème.

FAQ

Quelles sont les possibilités d'approvisionnement en eau hors réseau ?

En fonction de l'emplacement et des ressources disponibles, les options d'approvisionnement en eau hors réseau comprennent la collecte de l'eau de pluie, l'eau de puits, l'eau de surface provenant de cours d'eau ou d'étangs, et la livraison d'eau par camion.

Comment obtenir de l'eau chaude en dehors du réseau ?

Pour obtenir de l'eau chaude en dehors du réseau, envisagez des options telles que les chauffe-eau solaires, les chauffe-eau sans réservoir au propane ou au gaz, ou les chauffe-eau à bois, en fonction de votre source d'énergie et de vos préférences.

Comment faire fonctionner la plomberie en dehors du réseau ?

S'approvisionner en eau à partir de puits, de sources ou d'eau de pluie, la stocker dans des réservoirs, utiliser des pompes alimentées par des énergies renouvelables, distribuer l'eau par des tuyaux jusqu'aux appareils sanitaires et envisager des options de gestion des déchets.