Fonds de Formation professionnelle de la Construction MANUEL MODULAIRE CHAUFFAGE CENTRAL MODULE 3.1 PRODUCTION DE CHALEUR: CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 1 20/12/2010 16:29:25 2 Numéro de dépot: D/2009/1698/14 MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 2 20/12/2010 16:29:28 MODULE 3: PRODUCTION DE CHALEUR VOLUME 1 CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE AVANTPROPOS Mise en perspective Les manuels relatifs au chauffage central sont légion, mais ils sont la plupart du temps désuets ou trop théoriques. La demande pour un guide pratique est dès lors grande. Le ‘Manuel du Chauffage central’ a été rédigé pour le compte du FFC (Fonds de Formation professionnelle de la Construction), sous l’impulsion de Roland Debruyne, président honoraire de l’UBIC (Union Belge des Installateurs en Chauffage) et avec l’appui de la BOUWUNIE (la fédération flamande des PME de la construction). Cet ouvrage a plusieurs chapitres communs avec l’ouvrage ‘L’installateur sanitaire’ (édition du FFC). Ils ont été harmonisés en concertation avec la rédaction. Des experts de la formation, la “Vlaams Agentschap voor Ondernemersvorming”, Syntra et plusieurs entreprises ont uni leurs forces et constitué l’équipe de rédaction. Cet ouvrage de référence repose sur la structure de formation modulaire que le Service Formation professionnelle du Ministère flamand de l’Enseignement et de la Formation a élaboré. Cette structure a ellemême été extraite du profil professionnel. Dès lors, certains volumes s’adresseront davantage à l’exécutant (monteur), tandis que d’autres intéresseront davantage le collaborateur d’entretien (technicien) ou le responsable (installateur). La structure actuelle, composée de modules et de volumes, figure dans le classeur collectif ; nous l’adapterons, si la formation l’exige, en cas d’ajout de nouvelles techniques. Ce livre alterne le texte et les illustrations, afin que son contenu vous soit également présenté de manière visuelle. Chaque sujet débute par une description pratique, qui se rapporte à la réalité et aux principes de l’apprentissage des compétences. Vous n’y trouverez en revanche aucun exercice pratique, car il ne s’agit pas d’un manuel scolaire. Indépendant du type de formation Nous ambitionnons d’organiser une formation permanente ; c’est la raison pour laquelle il s’agit d’un ouvrage de référence pour plusieurs groupes cibles. Que vous soyez un élève, un participant à un cours de formation des classes moyennes, un demandeur d’emploi en formation, un chauffagiste désireux de « rester dans le coup » ou un installateur désireux de rafraîchir ces techniques, vous y trouverez chaussure à votre pied. Une approche intégrée L’installation durable est un des fils rouges de ce manuel. La sécurité, la santé, l’environnement, … sont parfois même abordés comme un thème distinct. Nous prévoyons en outre dans chaque volume un encadré séparé consacré aux sciences appliquées. Vous y trouverez également des extraits de normes et de publications de la CSTC. Rik Hinnens Président du FFC 3 MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 3 20/12/2010 16:29:31 Rédaction Coordination: Patrick Uten Textes: Marc Decat Gustaaf Flamant Marc Legrand Dessins: Thomas De Jongh UALIT DQ Y IE ISO 9001 M STE SY CERT IF Groupe de travail : Paul Adriaenssens Inge De Saedeleir Marc Decat Frans Despierre Gustaaf Flamant René Onkelinx Jacques Rouseu BCCA © Fonds de Formation professionnelle de la Construction, Bruxelles, 2010. Tous droits de reproduction, de traduction et d’adaptation, sous quelque forme que ce soit, réservés pour tous les pays. D/2009/1698/14 Contact Pour adresser vos observations, questions et suggestions, contactez: fvb•ffc Constructiv Rue Royale 132/5 1000 Bruxelles Tél.: 0032 2 210 03 33 Fax: 0032 2 210 03 99 Site web: ffc.constructiv.be 4 MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 4 20/12/2010 16:29:32 MODULE 3: PRODUCTION DE CHALEUR VOLUME 1 CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE SOMMAIRE 1 AVANT-PROPOS ........................................................5 5.2.13 Gicleur ..................................................................20 2 APERÇU GÉNÉRAL .................................................8 5.2.15 Câbles d’allumage ..........................................20 5.2.14 Transformateur d’allumage .........................20 3 LA CHAUDIÈRE ........................................................11 5.2.16 Electrodes d’allumage...................................21 3.1 Chambre de combustion .....................................11 3.2 Tubes de fumées ........................................................12 3.3 Boîte à fumées et raccordement à la cheminée.......................................................................12 3.3.1 Isolation et jaquette (habillage)...................12 3.3.2 Raccordements du côté eau.........................12 5.2.17 Régulateur d’air ................................................21 4 COMBINAISONS DE CARBURANTS SOLIDES TRÈS COURANTES ..................15 4.1 Généralités .....................................................................15 4.1.1 Combustion haute ............................................15 4.1.2 Combustion basse ............................................15 4.2 Chaudière à bois et dérivés du bois ...............16 4.3 Charbon ...........................................................................16 5 COMBINAISONS TRÈS FRÉQUENTES: COMBUSTIBLES LIQUIDES ......................17 5.1 Chaudière à fioul avec brûleur à gazéification ....................................................17 5.1.1 Généralités ............................................................17 5.1.2 Fonctionnement ................................................17 5.1.3 Régulateur de niveau de fioul ......................18 5.2 Brûleur fioul à pulvérisation haute pression ..19 5.2.1 Carter du brûleur ...............................................19 5.2.2 Moteur du brûleur .............................................19 5.2.3 Boîtier du ventilateur........................................19 5.2.4 Ventilateur .............................................................19 5.2.5 Vanne magnétique............................................19 5.2.6 Pompe à combustible .....................................19 5.2.7 Raccordement combustible (flexible) ......19 5.2.8 Raccord entre moteur et pompe ................20 5.2.9 Ligne de pulvérisation et porte-gicleur ...20 5.2.10 Réchauffeur........................................................20 5.2.11 Tube de brûleur................................................20 5.2.12 Accrocheur de flamme .................................20 5.2.18 Coffret de commande et de sécurité .....21 5.2.19 Détecteur de flamme ....................................21 5.2.20 Capot du brûleur .............................................21 5.2.21 Bride de fixation ...............................................21 5.2.22 Fiche de raccordement électrique ..........21 5.3 Le brûleur fioul à pulvérisation haute pression à deux allures .......................................................................22 6 COMBINAISONS TRÈS FRÉQUENTES: COMBUSTIBLES GAZEUX .........................23 6.1 Chaudière au sol à brûleur atmosphérique (ouverte ou fermée) .........................................................23 6.1.1 Agencement ........................................................23 6.1.2 Bloc combiné gaz ..............................................23 6.1.3 Brûleur ....................................................................24 6.1.4 Echangeur de chaleur......................................27 6.1.5 Chambre de combustion ...............................27 6.1.6 Collecteur de gaz de combustion ..............27 6.1.7 Coupe-tirage antirefouleur............................27 6.1.8 Contrôle de l’évacuation des produits de la combustion (TTB) de type BS .................................28 6.1.9 Protection de type CS ......................................28 6.1.10 Tableau de commande .................................28 6.2 Chaudière murale à brûleur atmosphérique (ouverte ou fermée) .........................................................29 6.2.1 Agencement ........................................................29 6.2.2 Echangeur de chaleur......................................29 6.2.3 Chambre de combustion ...............................29 6.2.4 Tableau de commande ...................................29 6.3 Brûleur à air pulsé ......................................................30 6.3.1 Rampe gaz ............................................................30 6.3.2 Ligne de combustion et porte-gicleur .....31 6.3.3 Gicleur ....................................................................31 6.3.4 Pressostat air ........................................................31 5 MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 5 20/12/2010 16:29:33 MODULE 3: PRODUCTION DE CHALEUR VOLUME 1 CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE SOMMAIRE 6.3.5 Accrocheur de flamme....................................31 9.5.1 Généralités ............................................................43 6.3.6 Coffret de commande et de sécurité ........31 9.5.2 Composition ........................................................43 6.3.7 Contrôle de flamme .........................................31 9.5.3 Avantages et inconvénients .........................43 6.4 Le brûleur à air pulsé pour gaz et fioul (mixte) ..31 9.6 Système multicouches ...........................................43 9.6.1 Généralités ............................................................43 9.6.2 Composition ........................................................43 9.6.3 Avantages et inconvénients .........................43 7 LA CHAUDIÈRE À CONDENSATION (GAZ OU FIOUL) ....................................................33 7.1 La chaudière ‘traditionnelle’.................................33 7.2 Principe de la chaudière à condensation ...33 7.3 Type de chaudières à condensation ..............34 7.3.1 Chaudière à un seul échangeur de chaleur .34 7.3.2 Chaudière à condenseur externe ...............35 7.3.3 Chaudière à condenseur intégré ................35 8 BRÛLEURS GAZ À PRÉMÉLANGE (BRÛLEURS PRÉMIX) .......................................37 8.1 Généralités .....................................................................37 8.2 Principe ............................................................................37 8.3 Brûleurs ............................................................................38 9 CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE : CLASSIFICATION SELON LE MATÉRIAU 39 9.1 Acier ...................................................................................39 9.1.1 Généralités ............................................................39 9.1.2 Composition ........................................................39 9.1.3 Avantages et inconvénients .........................39 9.2 Fonte..................................................................................40 9.2.1 Généralités ............................................................40 9.2.2 Composition ........................................................41 9.2.3 Avantages et inconvénients .........................41 9.3 Cuivre ................................................................................42 9.3.1 Généralités ............................................................42 9.3.2 Composition ........................................................42 9.3.3 Avantages et inconvénients .........................42 9.4 Alliage d’aluminium .................................................42 9.4.1 Généralités ............................................................42 9.4.2 Composition ........................................................42 9.4.3 Avantages et inconvénients .........................42 9.5 Acier inoxydable (inox)...........................................43 10 CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE : CLASSIFICATION SELON LA PRESSION DANS LE FOYER .......45 10.1 Chaudière de chauffage à foyer en dépression .............................................................................45 10.2 Chaudière de chauffage à foyer en surpression ............................................................................45 11 CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE : CLASSIFICATION SELON QUE LE FOYER EST HUMIDE OU SEC ....47 11.1 Foyer humide ............................................................47 11.2 Foyer sec .......................................................................47 12 CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE : CLASSIFICATION SELON LES LABELS.49 12.1 Label Optimaz pour la combinaison chaudière-brûleur .............................................................49 12.1.1 Mise en perspective .......................................49 12.1.2 Garanties techniques.....................................49 12.2 Label HR+ et HR TOP.............................................50 12.2.1 Mise en perspective .......................................50 12.2.2 Garanties techniques.....................................50 13 PRODUCTION D’EAU CHAUDE PAR UNE CHAUDIÈRE DE CHAUFFAGE CENTRAL ..............................51 13.1 Boiler (ballon) à chauffage indirect..............51 13.2 Avec accumulation ................................................51 13.3 Sans accumulation.................................................52 13.4 Régulation de la température de l’eau chaude sanitaire (ECS) ....................................................52 6 MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 6 20/12/2010 16:29:34 MODULE 3: PRODUCTION DE CHALEUR VOLUME 1 CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE SOMMAIRE 13.5 Légionellose ...............................................................53 13.5.1 Généralités .........................................................53 13.5.2 Facteurs de prolifération ..............................53 13.5.3 Mesures de précaution .................................53 14 CONDUIT DE RACCORDEMENT ET CONDUIT D’ÉVACUATION DES PRODUITS DE COMBUSTION ...........55 14.1 Généralités ..................................................................55 14.2 Conduit de raccordement.................................55 14.3 Conduit d’évacuation ...........................................55 14.4 Exigences relatives aux conduits de raccordement et d’évacuation ..................................56 15 AÉRATION ET VENTILATION DU LOCAL DE MONTAGE, DU LOCAL TECHNIQUE ET DE LA CHAUFFERIE 57 16 RACCORDEMENT COMBUSTIBLE - FIOUL .............................59 16.1 Système monotubulaire .....................................59 16.2 Système à deux tuyaux .......................................59 16.3 Accessoires..................................................................60 16.3.1 Vanne anti-siphon ...........................................60 16.3.2 Soupape d’aspiration.....................................60 16.3.3 Filtre à mazout ..................................................60 18 RACCORDEMENTS HYDRAULIQUES..67 19 AUTRES SOURCES D’ÉNERGIE ........73 19.1 Cogénération ............................................................73 19.2 Pompe à chaleur .....................................................74 19.3 Piles à combustible ................................................75 19.4 Energie solaire ...........................................................76 19.5 Energie renouvelable ...........................................76 19.5.1 Généralités .........................................................76 19.5.2 Qu’est-ce qu’une énergie renouvelable? 76 20 SCIENCES APPLIQUÉES ............................77 20.1 Frittage ..........................................................................77 20.2 Fonte ...............................................................................77 20.3 NOX ...................................................................................77 20.4 CO .....................................................................................77 20.5 CO2 ...................................................................................77 20.6 Thermosiphon ..........................................................77 20.7 Bain-marie ...................................................................77 20.8 Géothermie ................................................................77 20.9 Point de rosée ...........................................................77 16.3.4 Filtre à mazout avec désaérateur (nom commercial : Tigerloop) .............................................61 16.3.5 Pompe d’alimentation ..................................61 16.3.6 Cuve journalière...............................................61 17 RACCORDEMENT COMBUSTIBLE - GAZ ...................................63 17.1 Gaz naturel ..................................................................63 17.1.1 Stockage .............................................................63 17.1.2 Distribution ........................................................63 17.2 Gaz de pétrole liquéfiés (GPL) .........................65 17.2.1 Stockage .............................................................65 17.2.2 Distribution ........................................................65 7 MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 7 20/12/2010 16:29:35 MODULE 3: PRODUCTION DE CHALEUR VOLUME 1 CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE 2. APERÇU GÉNÉRAL 2. APERÇU GÉNÉRAL Dans une chaudière, la chaleur est produite par la combustion d’un combustible. Un échangeur de chaleur transfère cette chaleur vers l’eau de chauffage (ou à un autre fluide caloporteur, dont nous ne parlerons pas ici). COMBUS- Nom de la chaudière TIBLE SOLIDE FIOUL Structure Chaudière à charbon Chaudière à bois, y compris pellets Chaudière pour tous les combustibles Matériau de l’échangeur de chaleur Fonte/acier/inox Chaudière et éventuel brûleur séparé Acier/fonte/inox Fonte/acier/inox Chaudière avec brûleur à pulvérisation haute pression Chaudière et brûleur séparément ou en un seul élément Chaudière à condensation Conçue avec un échangeur de chaleur plus grand afin que les produits de combustion Acier/fonte émaillée/inox libèrent de la chaleur (latente et sensible) sous le point de rosée. Brûleur à gazéification Ökofen Fonte/acier/inox/ multicouches Acier Oertli Chaudière et brûleur forment un tout. Vous pouvez claireChaudière ment différencier la rampe gaz, atmosphérique le brûleur, le foyer, l’échangeur au sol de chaleur, la commande, voire le coupe-tirage. Fonte/acier/inox/ aluminium/cuivre/ multicouches Junkers-Bosch GAZ GTI Mortsel Même éléments que dans la Chaudière chaudière au sol, mais concepti- Acier/inox/aluminium/ atmosphérique on plus compacte pour pouvoir cuivre murale être fixée au mur. 8 MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 8 20/12/2010 16:29:41 2. APERÇU GÉNÉRAL COMBUS- Nom de la chaudière TIBLE GAZ Chaudière étanche au sol Structure Mêmes éléments que dans la chaudière atmosphérique au sol, mais avec une chambre de combustion étanche. Est également sans connexion avec le local et sans coupe-tirage. MODULE 3: PRODUCTION DE CHALEUR VOLUME 1 CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE Matériau de l’échangeur de chaleur Fonte/acier/inox/ aluminium/cuivre/ multicouches Oertli Acier inoxydable/ aluminium/cuivre/ acier émaillé/fonte émaillée Chaudière à brûleur pulsé (chaudière au sol) Chaudière et brûleur séparément ou en un seul élément Fonte/acier/inox/ (alliage d’) aluminium/ multicouches Chaudière à brûleur pulsé (mixte) Chaudière et brûleur sont agen- Fonte/acier/inox/ cés séparément. multicouches Viessman Chaudière à condensation Conçue avec un échangeur de chaleur plus grand. Ce faisant, les produits de combustion libèrent de la chaleur (latente et sensible) sous le point de rosée. Riello Chaudière murale étanche Mêmes éléments que dans la chaudière atmosphérique murale, mais avec une chambre Acier/inox/aluminium/ de combustion étanche. Est cuivre également sans connexion avec le local et sans coupe-tirage. Viessman GAZ/ FIOUL Weishaupt 9 MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 9 20/12/2010 16:29:49 10 MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 10 20/12/2010 16:29:49 3. LA CHAUDIÈRE MODULE 3: PRODUCTION DE CHALEUR VOLUME 1 CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE 3. LA CHAUDIÈRE La principale fonction d’une chaudière ? Transférer l’énergie dégagée par la combustion à l’eau, l’huile ou l’air de chauffage. Certaines chaudières admettent aussi bien un brûleur à fioul qu’un brûleur à gaz. Nous examinerons ci-après les éléments d’une chaudière. 3.1 Chambre de combustion La chambre de combustion soutient le processus de combustion, afin qu’il soit plus propre et rejette dès lors moins de substances nocives. Une bonne partie de la chaleur qui se forme est absorbée par conduction, rayonnement et convection dans la chambre de combustion. Les dimensions et la forme dépendent de son matériau et du combustible. Diamètre, longueur et géométrie: tous ces paramètres jouent un rôle dans l’obtention d’une combustion idéale. Pour le fioul et le gaz par exemple, une chambre de combustion circulaire est idéale. Si la chambre de combustion est trop petite, il y a un risque de contact entre la flamme et une paroi froide. Conséquence : ce contact provoque une surfusion et une combustion incomplète. La chambre de combustion pourrait également en être endommagée. Si la chambre de combustion est trop grande, l’excès d’air autour de la flamme peut également provoquer une surfusion. Il est possible d’insérer dans certaines chaudières un cylindre supplémentaire (en inox) pour améliorer la combustion. Auparavant, la chambre de combustion était tapissée de brique réfractaire (chamotte). Depuis les années 70/80, cela n’est (pratiquement) plus le cas. Vous pouvez agrandir la surface de chauffe au moyen de protubérances ou de nervures sur les éléments. 11 MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 11 20/12/2010 16:29:49 MODULE 3: PRODUCTION DE CHALEUR VOLUME 1 CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE 3.2 3. LA CHAUDIÈRE Tubes de fumées Les tubes de fumées se situent dans le prolongement de la chambre de combustion. La plupart des chaudières appliquent le principe du triple parcours. La chaudière produit plus de chaleur grâce à des éléments destinés à ralentir l’écoulement des gaz de combustion (turbulateurs pour écoulement turbulent). En effet, si les produits de combustion quittent trop vite la chaudière, le rendement diminuera. S’ils y séjournent trop longtemps, la concentration en NOX augmentera. Les tubes de fumées et la chambre de combustion sont construits à l’horizontale ou à la verticale, afin de pouvoir les nettoyer plus facilement lorsque la porte de la chaudière est ouverte. Les éléments destinés à ralentir l’écoulement des gaz de combustion peuvent parfois se trouver à l’arrière. Viessman 3.3 Boîte à fumées et raccordement à la cheminée Ils varient en fonction de la construction de la chaudière et de la plage de puissance. Pour l’étanchéité, vous avez besoin de cordon ou de pâte spéciaux résistants à la chaleur. Le raccordement entre la chaudière et la cheminée se fait par emboîtement femelle de la boîte à fumées. Pour le gaz, il s’agit d’un emboîtement mâle. 3.3.1 Isolation et jaquette (habillage) Le corps de la chaudière est isolé au moyen d’un matériau résistant à la chaleur. Une jaquette en acier laqué et/ou en matière synthétique est utilisée pour la finition. 3.3.2 Raccordements du côté eau La chambre d’eau communique avec la chaudière par l’avant ou par l’arrière à l’aide d’un raccord fileté ou de brides s’il s’agit d’une chaudière de puissance supérieur (présence de colliers à l’extrémité des tuyaux pour pouvoir les relier au moyen de vis). 12 MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 12 20/12/2010 16:29:51 3. LA CHAUDIÈRE 3.3 MODULE 3: PRODUCTION DE CHALEUR VOLUME 1 CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE Boîte à fumées et raccordement à la cheminée Porte de la chaudière et du brûleur La porte de la chaudière donne accès au foyer et la porte du brûleur sert de fixation au brûleur. Elles peuvent également être combinées. Tableau de commande électrique Junkers Le tableau de commande contient le dispositif de régulation et de protection: • interrupteur de marche/arrêt • interrupteur été / hiver • commutateur à trois positions (manuel/ automatique/test) • fusible général • thermostat de la chaudière • thermostat de sécurité • thermomètre • thermomètre à gaz de combustion • compteur horaire • régulation pour la production d’eau chaude sanitaire ou commande de circuits • régulation atmosphérique • régulation en cascade Unité L’unité est l’ensemble comprenant la chaudière, le brûleur, voire les appareils de régulation et les accessoires. Nous obtenons dès lors une unité de chauffe complète. La chaudière et le brûleur sont parfaitement appareillés, ce qui est idéal pour les applications domestiques. Vaillant Une unité de base (chaudière, tableau de commande et brûleur) peut être complétée par les éléments suivants : • circulateur(s) • clapet à effet gravitationnel • soupape de dépression • robinets d’arrêt • robinet de purge • soupape de sécurité • manomètre • dégazeur • séparateur d’air • vase d’expansion • robinet à trois voies • production d’eau chaude • collecteurs • … 13 MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 13 20/12/2010 16:29:53 14 MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 14 20/12/2010 16:29:53 4. COMBINAISONS DE CARBURANTS SOLIDES TRÈS COURANTES MODULE 3: PRODUCTION DE CHALEUR VOLUME 1 CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE 4. COMBINAISONS DE CARBURANTS SOLIDES TRÈS COURANTES 4.1 Généralités Nous répartissons encore les chaudières à combustibles solides en fonction du combustible et du système de combustion. Une distinction est opérée entre combustion haute (complète) et combustion basse. Les chaudières sont équipées d’une grille fixe ou d’une grille mobile. La fumée peut être évacuée manuellement ou automatiquement. 4.1.1 Combustion haute Dans les chaudières à combustion haute, la chambre de combustion est en même temps la chambre de remplissage. Ce principe se rencontre essentiellement dans les chaudières plus simples et moins onéreuses (dans les chaudières plus spécialisées, on distingue la combustion primaire et la postcombustion). Les gaz brûlés quittent la chambre de combustion par le haut. 4.1.2 Combustion basse Dans les chaudières à combustion basse, l’air primaire est acheminé dans la chambre de remplissage. Le combustible est introduit par le haut et descend pendant la combustion. La postcombustion s’effectue dans la partie basse de la chambre de combustion, séparée par une grille. Ce faisant, l’air secondaire arrive par le biais de la grille inférieure. Un ventilateur achemine l’air, améliore la combustion et réduit les émissions. Les gaz brûlés quittent la chambre de combustion par le bas. 15 MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 15 20/12/2010 16:29:54 MODULE 3: PRODUCTION DE CHALEUR VOLUME 1 CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE 4.2 4. COMBINAISONS DE CARBURANTS SOLIDES TRÈS COURANTES Chaudière à bois et dérivés du bois De tout temps, le bois a été un combustible très utilisé. Cette utilisation du bois a cependant diminué dans notre pays pour des raisons écologiques et la protection des forêts. Nous l’utilisons désormais pour créer une ambiance, dans un feu ouvert par exemple. Les résidus du traitement du bois sont également utilisés comme combustible. Les prix élevés de l’énergie en font une piste intéressante. L’exemple en ce sens vient des pays scandinaves, de l’Allemagne et de l’Autriche. Propriétés des pellets : Valeur calorifique inférieure 5 kWh/kg Masse spécifique 650 kg/m³ Densité relative (d) 1,12 Teneur en humidité max. 10 % Cendres max. 0,5 % Longueur des pellets 10 - 30 mm Diamètre des pellets 5 - 6 mm Teneur en poussière max. 10 % Composition 100% bois avec max. 15% d’écorce Dans ce domaine, les pellets sont la nouvelle tendance. Il s’agit de petits granulés de déchets de bois, aux dimensions standardisées, comprimés sans ajout de liants chimiques. Leur avantage ? Une combustion optimale (5 kWh/kg) et des émissions nocives très réduites. Etant donné que leur teneur en eau est faible, les pellets laissent peu de cendres après la combustion, notamment par rapport aux bûches de bois ordinaire. Ces résidus peuvent à leur tour être compostés. Les pellets alimentent des chaudières entièrement automatisées, qui peuvent être reliées à un système de chauffage classique ou à un système de chauffage par le sol. Plus le besoin en chaleur augmente, plus les quantités de pellets alimentant les chaudières augmente. Les pellets prennent peu de place et chaque maison dispose de l’espace nécessaire à un tel système. 4.3 Charbon Le charbon représente moins de 10% des combustibles utilisés. Sa valeur calorifique inférieure varie de 33 à 35,6 MJ/kg. La chaudière est la plupart du temps fabriquée en acier. Elle est également tapissée de brique réfractaire ou d’inox aux endroits les plus chauds et dans la chambre de postcombustion. 16 MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 16 20/12/2010 16:29:54 5. COMBINAISONS TRÈS FRÉQUENTES: COMBUSTIBLES LIQUIDES MODULE 3: PRODUCTION DE CHALEUR VOLUME 1 CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE 5. COMBINAISONS TRÈS FRÉQUENTES: COMBUSTIBLES LIQUIDES 5.1 Chaudière à fioul avec brûleur à gazéification 5.1.1 Généralités Le fioul n’est pas inflammable à température ambiante ; le brûleur à gazéification réchauffe donc le fioul à 65 °C, lequel se gazéifie et devient inflammable. Ce gaz se mélange ensuite avec l’air dans le brûleur. 5.1.2 Fonctionnement Un brûleur à gazéification fonctionne la plupart du temps sans électricité. Vous ouvrez le robinet régulateur et le régulateur de niveau afin qu’une petite quantité de fioul tombe sur le fond. Il est enflammé en y intégrant une source de chaleur, par exemple un allume-feu en paraffine. La chaleur de cette flamme d’allumage amène lentement le volume du brûleur à la température nécessaire pour la gazéification du combustible. L’air comburant est aspiré dans le brûleur par les ouvertures de ventilation ; il s’y mélange ensuite aux gaz de fioul pour former un mélange inflammable. Résultat ? Un phénomène de combustion se produit. Si vous modifiez le débit de fioul dans le brûleur, vous modifiez l’intensité de la flamme et, par conséquent, la capacité calorifique du foyer. Des anneaux internes situés dans le pot stabilisent la flamme. Si vous y intégrez un catalyseur, la gazéification du combustible en sera améliorée. Jacques Rousseu Parfois, l’air est soufflé par un ventilateur, ce qui améliore l’amenée d’air dans le brûleur et diffuse plus efficacement la chaleur du pot dans le local. Il vous est également loisible d’utiliser un thermostat d’ambiance, qui commandera à distance le ventilateur et le régulateur de niveau. Il existe des brûleurs à flamme jaune et des brûleurs à flamme bleue. 17 MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 17 20/12/2010 16:29:56 MODULE 3: PRODUCTION DE CHALEUR VOLUME 1 CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE 5.1 5. COMBINAISONS TRÈS FRÉQUENTES: COMBUSTIBLES LIQUIDES Chaudière à fioul avec brûleur à gazéification 5.1.3 Régulateur de niveau de fioul Positionnement Cedicol Le régulateur de niveau (carburateur) est placé entre la cuve et le brûleur, à une hauteur déterminée par le fabricant. Cette hauteur doit être proportionnelle au point le plus haut par lequel le fioul s’écoule dans le brûleur et avec la rangée la plus basse d’ouvertures d’admission de l’air primaire dans la paroi latérale du brûleur. Important Un brûleur à gazéification fonctionne bien lorsqu’il est de niveau et que la cheminée fonctionne parfaitement. L’amenée de combustible dans le brûleur à gazéification Jacques Rousseu L’amenée du combustible au brûleur à gazéification peut s’effectuer de plusieurs manières : • au moyen d’un réservoir intégré dont le niveau est complété en continu ; • au moyen d’une cuve plus grande, située plus haut que les appareils, de telle façon que le fioul est amené par la force de gravité ; • au moyen d’une cuve située maximum sept mètres sous les appareils. Une pompe (avec un débit d’environ 12 litres) alimente en combustible un petit réservoir d’environ 2 litres équipé d’un flotteur, d’où le combustible peut s’écouler en direction des appareils. 18 MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 18 20/12/2010 16:29:58 5. COMBINAISONS TRÈS FRÉQUENTES: COMBUSTIBLES LIQUIDES 5.2 MODULE 3: PRODUCTION DE CHALEUR VOLUME 1 CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE Brûleur fioul à pulvérisation haute pression Un brûleur à pulvérisation haute pression met en mouvement un flux de combustible et un flux d’air. Le combustible est pulvérisé pour arriver de la sorte le plus rapidement possible en phase gazeuse. Il est ensuite mélangé à l’air ; enfin, l’allumage déclenche la combustion. 5.2.1 Carter du brûleur Tous les éléments du brûleur se trouvent sur le carter et autour de celui-ci. 5.2.2 Moteur du brûleur Le moteur du brûleur entraîne la pompe à combustible et le ventilateur. Il tourne à gauche ou à droite, en fonction de l’assemblage du brûleur. Il s’agit la plupart du temps d’un moteur monophasé avec condensateur de démarrage. 5.2.3 Boîtier du ventilateur Le ventilateur se trouve dans le boîtier du ventilateur, qui fait lui-même partie du carter du brûleur. 5.2.4 Ventilateur Le ventilateur de type centrifuge aspire l’air nécessaire à la combustion. Il l’amène ensuite à une pression suffisante pour le comprimer dans l’accrocheur de flamme et pour vaincre la résistance des tubes de fumées, de l’échangeur de chaleur et de la contre-pression provenant de la chambre de combustion. Weishaupt 5.2.5 Vanne magnétique La vanne magnétique sert à libérer du combustible au moment opportun en direction du gicleur, ou interrompre ce débit. Elle est généralement intégrée dans la pompe à combustible, mais peut aussi se trouver dans la ligne de pulvérisation. 5.2.6 Pompe à combustible La pompe à combustible aspire le combustible et l’amène au gicleur à une pression suffisante. 5.2.7 Raccordement combustible (flexible) Des conduites souples relient la pompe à combustible aux conduites de combustible et au filtre. La forme et les dimensions des flexibles sont propres à chaque marque. 19 MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 19 20/12/2010 16:30:00 MODULE 3: PRODUCTION DE CHALEUR VOLUME 1 CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE 5.2 5. COMBINAISONS TRÈS FRÉQUENTES: COMBUSTIBLES LIQUIDES Brûleur fioul à pulvérisation haute pression 5.2.8 Raccord entre moteur et pompe Le raccord en matière plastique entre le moteur et la pompe assure l’entraînement de la pompe. Si elle se grippe, le raccord interrompt la liaison. 5.2.9 Ligne de pulvérisation et porte-gicleur La ligne de pulvérisation relie la pompe à combustible et le porte-gicleur. Les électrodes d’allumage, l’accrocheur de flamme ou le réchauffeur peuvent également se trouver sur cette ligne. 5.2.10 Syntra Aalst Réchauffeur Le chauffage permet de chauffer le combustible, afin de le rendre fluide et pour que la combustion se produise toujours dans les mêmes conditions. 5.2.11 Tube de brûleur Ce tube cylindrique comprime l’air comburant et l’envoie vers l’accrocheur de flamme. 5.2.12 Accrocheur de flamme L’accrocheur de flamme distribue l’air et stabilise la flamme. Il fait tourbillonner l’air comburant en vue de créer un bon mélange entre l’air et le combustible pulvérisé. 5.2.13 Gicleur Le gicleur sert à pulvériser ou à nébuliser le combustible suivant un schéma normalisé au préalable. Il diffère en fonction du débit, de l’angle et du schéma de pulvérisation. 5.2.14 Transformateur d’allumage Le transformateur d’allumage convertit la tension réseau en haute tension (+/- 10 kV). La tension arrive du côté primaire, tandis que du côté secondaire, il déclenche la haute tension. Un condensateur se décharge dans un transformateur électronique. 5.2.15 Câbles d’allumage Les câbles d’allumage relient le transformateur d’allumage aux électrodes d’allumage. 20 MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 20 20/12/2010 16:30:02 5. COMBINAISONS TRÈS FRÉQUENTES: COMBUSTIBLES LIQUIDES 5.2 MODULE 3: PRODUCTION DE CHALEUR VOLUME 1 CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE Brûleur fioul à pulvérisation haute pression 5.2.16 Electrodes d’allumage L’arc électrique entre les électrodes d’allumage isolées est assez puissant pour enflammer le mélange combustibleair et provoquer ainsi l’allumage. Une seule électrode suffit parfois, la masse du brûleur fournissant l’autre conducteur. 5.2.17 Régulateur d’air Il vous permet de régler exactement la quantité d’air acheminée, par le biais d’une commande manuelle, hydraulique ou avec un servomoteur. Il permet également au technicien de régler la quantité d’air optimale pour le brûleur. Cedicol 5.2.18 Coffret de commande et de sécurité Le coffret de commande et de sécurité permet de synchroniser les différents composants électriques au bon moment, afin de garantir la sécurité. 5.2.19 Détecteur de flamme Le détecteur de flamme précise au coffret de commande et de sécurité si une flamme brûle éventuellement. En cas de problème, le brûleur se met en mode sécurité. 5.2.20 Capot du brûleur Le capot du brûleur atténue le bruit produit et protége les pièces. 5.2.21 Bride de fixation La bride de fixation vous permet de monter rapidement et efficacement le brûleur complet sur la chaudière. 5.2.22 Fiche de raccordement électrique Cette fiche de raccordement est normalisée et a généralement 7 pôles. 21 MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 21 20/12/2010 16:30:03 MODULE 3: PRODUCTION DE CHALEUR VOLUME 1 CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE 5.3 5. COMBINAISONS TRÈS FRÉQUENTES: COMBUSTIBLES LIQUIDES Le brûleur fioul à pulvérisation haute pression à deux allures Il sert à adapter la puissance nécessaire aux fluctuations de la demande en chaleur. Les deux puissances sont des états de combustion à part entière. Un régulateur détermine quand la deuxième allure doit être activée ou désactivée. Cette régulation peut s’effectuer avec deux gicleurs ou un seul. Dans le deuxième cas, nous obtenons une puissance différente en générant une pression de pulvérisation supérieure ou inférieure (pression de la pompe). Une variante particulière de ce système est le gicleur à retour; la fermeture du retour permet d’augmenter le débit du gicleur. Le servomoteur commande le volet d’air et adapte ainsi le débit d’air à la puissance. Les autres pièces sont comparables à celles d’un brûleur à pulvérisation haute pression. 22 MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 22 20/12/2010 16:30:03 6. COMBINAISONS TRÈS FRÉQUENTES: COMBUSTIBLES GAZEUX MODULE 3: PRODUCTION DE CHALEUR VOLUME 1 CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE 6. COMBINAISONS TRÈS FRÉQUENTES: COMBUSTIBLES GAZEUX 6.1 Chaudière au sol à brûleur atmosphérique (ouverte ou fermée) 6.1.1 Agencement La chaudière au sol à brûleur atmosphérique est posée sur le sol, à tous les étages, de la cave au grenier. Cette chaudière est la plupart du temps posée sur un socle résistant à la température, une plaque ou dans un bac de réception. La construction de la chaudière est simple et comprend différents éléments. Pour une chaudière fermée, d’autres pièces sont livrées ou prescrites. Ces accessoires concernent l’amenée d’air comburant et l’évacuation des produits de combustion, via un ventilateur intégré. 6.1.2 Bloc combiné gaz La rampe gaz se compose la plupart du temps d’un bloc combiné gaz avec soupape de sécurité, clapet de sécurité, allumage lent et, parfois, régulateur de pression. Le bloc combiné gaz détermine la pression finale du brûleur que vous pouvez mesurer sur la nourrice de distribution ou sur le bloc combiné gaz lui-même. Il est soit réglé sur l’allumage électronique du brûleur, soit sur l’allumage du brûleur au moyen d’une veilleuse – avec une protection par thermocouple ou une protection par ionisation avec coffret de commande et de sécurité. Patrick Uten Les principaux éléments du bloc gaz sont : • clapet de sécurité • clapet de réglage • allumage lent • régulateur de pression (scellé) • bouton(s) de commande • nipple de mesure de pression d’entrée • nipple de mesure de pression du brûleur • éventuellement vis de réglage de la veilleuse • vis de réglage de pression du brûleur (scellée) • éventuellement nipple de raccord de conduite de la veilleuse • bobine magnétique avec raccord au thermocouple et éventuellement disjoncteur Pour les grandes puissances, le bloc combiné gaz est agrandi et devient une rampe gaz avec détection de fuite. 23 MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 23 20/12/2010 16:30:05 MODULE 3: PRODUCTION DE CHALEUR VOLUME 1 CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE 6.1 6.1.3 6. COMBINAISONS TRÈS FRÉQUENTES: COMBUSTIBLES GAZEUX Chaudière au sol à brûleur atmosphérique (ouverte ou fermée) Brûleur Le brûleur dispose de plusieurs rampes munies chacune de son propre gicleur. La nourrice de distribution répartit le gaz du bloc combiné gaz aux différents gicleurs. Conduite de raccordement La plupart du temps, un raccordement par tube rigide entre bloc gaz et nourrice de distribution. Gicleurs Les gicleurs sont vissés sur la nourrice de distribution. Leur diamètre y est indiqué : ‘2.3’ signifie un diamètre de 0,23 mm. Les bouches des gicleurs peuvent avoir une ou deux perforations. Elles disposent souvent d’une pièce rapportée résistante à la chaleur. Le nettoyage ne peut s’effectuer qu’avec des matériaux doux. Il est absolument interdit de les adapter, voire de les percer. Venturi L’écoulement du gaz dans le venturi provoque une dépression. L’air primaire est ainsi aspiré dans la bonne proportion dans la chambre de mélange du brûleur et se mélangé bien au gaz. Thomas De Jongh Tiroir brûleur Les rampes du brûleur, assemblées avec la nourrice d’injection. Orifice de combustion Il s’agit de l’orifice de sortie de la rampe où se forme la flamme. Sa forme et son ouverture parfaites garantissent une combustion stable. Si la pression du brûleur est trop faible, vous entendrez un grondement. Il s’agit de la propagation de flamme : des flammes se forment à l’intérieur de la rampe. Si la pression du brûleur est trop élevée, vous entendez un écoulement : ce phénomène s’appelle le décollement de la flamme. Dans ce cas, la flamme se forme au-dessus des orifices de combustion dans la chambre de combustion ou ne se forme tout simplement pas. 24 MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 24 20/12/2010 16:30:06 6. COMBINAISONS TRÈS FRÉQUENTES: COMBUSTIBLES GAZEUX 6.1 MODULE 3: PRODUCTION DE CHALEUR VOLUME 1 CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE Chaudière au sol à brûleur atmosphérique (ouverte ou fermée) Brûleur de veilleuse Les brûleurs atmosphériques traditionnels ont un brûleur de veilleuse. Il est la plupart du temps réglable et sa puissance est réduite (max. 150 W) par rapport au brûleur principal. La veilleuse, le thermocouple et l’électrode d’allumage sont montés ensemble, au niveau des orifices de combustion. Ils allument le brûleur et contrôlent son bon fonctionnement. Le brûleur de veilleuse se compose d’une conduite de veilleuse, d’une vis de réglage et d’un injecteur de veilleuse. Patrick Uten Allumage Allumage piézo-électrique (piézo) Le piézo crée une énergie électrique pour générer une étincelle lors de l’allumage de la veilleuse. Il convertit dès lors l’énergie mécanique (pression sur le bouton) en énergie électrique. Allumage électronique L’allumage électronique fonctionne avec un transformateur haute tension alimenté en tension réseau. Les extrémités de la bobine secondaire du transformateur sont raccordées à l’électrode d’allumage. Si le brûleur n’a pas de veilleuse, l’étincelle ne se formera pas entre deux électrodes, mais directement entre une électrode unique et la masse du brûleur. Une gerbe d’étincelles au démarrage du brûleur assure l’allumage. Electrode d’allumage L’énergie électrique générée passe par le câble d’allumage à l’électrode d’allumage. Elle provoque une décharge entre cette électrode et la tête de la veilleuse. Une étincelle est générée et la veilleuse apparaît. L’électrode se compose d’un noyau métallique et d’une enveloppe de porcelaine. Protection par sonde d’ionisation Le gaz dans la zone de combustion est dans un état ionisé, sous l’effet des réactions chimiques et des températures élevées. Conséquence : il conduit de l’électricité. L’électrode de flamme se trouve dans la zone où l’ionisation est à son maximum, c’est-à-dire vers l’extrémité de la flamme. S’il détecte une flamme, le courant continue de passer et le gaz, d’affluer. Si la flamme s’éteint, l’électrode interrompt la liaison et l’alimentation en gaz. Elle doit être bien isolée de la masse et résister à des températures élevées. Patrick Uten 25 MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 25 20/12/2010 16:30:09 MODULE 3: PRODUCTION DE CHALEUR VOLUME 1 CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE 6.1 6. COMBINAISONS TRÈS FRÉQUENTES: COMBUSTIBLES GAZEUX Chaudière au sol à brûleur atmosphérique (ouverte ou fermée) Patrick Uten Protection par thermocouple Thermocouple Si vous souhaitez vérifier le brûleur, vous devez l’arrêter. A défaut, vous pourriez mettre l’utilisateur en danger ou abîmer le matériel. Si deux métaux différents se trouvent dans un circuit électrique et si on chauffe la jonction (soudure chaude), un courant se créera dans ce circuit. Le fonctionnement du thermocouple repose sur ce principe. Il s’agit de l’élément sensible à la température (ou thermo-élément). Dans un appareil à gaz, une veilleuse réchauffe le thermocouple. Cela génère de l’énergie, qui est transférée à une bobine électrique. L’armature de cette bobine est malgré la force de rappel du ressort - comprimée sur un noyau et elle y reste collée par magnétisme. La soupape de sécurité d’un bloc combiné gaz reste dès lors ouverte. Marc Decat Lorsque la veilleuse s’éteint, la jonction refroidit et plus aucune énergie ne passe par la bobine. L’armature se desserre et la soupape de sécurité se referme. Ce système de protection thermoélectrique doit se mettre en service dans un délai de 60 secondes. Une quantité d’énergie comprise entre sept et trente millivolts passe par la bobine. Interrupteur de thermocouple Ce limiteur est un interrupteur thermique non réglable (klixon, thermoplongeur, bilame). Il est monté en série avec le circuit du thermocouple. Si le brûleur surchauffe, le contact s’ouvre, ce qui coupe la liaison entre le thermocouple et la bobine de sécurité et referme la soupape de sécurité. 26 MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 26 20/12/2010 16:30:13 6. COMBINAISONS TRÈS FRÉQUENTES: COMBUSTIBLES GAZEUX 6.1 MODULE 3: PRODUCTION DE CHALEUR VOLUME 1 CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE Chaudière au sol à brûleur atmosphérique (ouverte ou fermée) 6.1.4 Echangeur de chaleur La chaleur dégagée par les gaz de combustion est absorbée ici par l’eau de chauffage. L’échangeur de chaleur est soit d’une seule pièce, soit se compose de plusieurs échangeurs en cascade. Il est fabriqué en fonte, acier, acier émaillé, inox, cuivre ou alliage d’aluminium (fonte d’aluminium ou aluminium extrudé). Viessman Vaillant RVS 6.1.5 Chambre de combustion L’espace qui entoure le brûleur et l’échangeur de chaleur est appelé chambre de combustion ou, parfois, foyer. Selon la construction des canaux d’eau, elle peut être totalement refroidie, uniquement à la base ou uniquement au niveau de l’échangeur. 6.1.6 Collecteur de gaz de combustion Le collecteur de gaz de combustion est la boîte à fumées où s’accumulent les gaz de combustion. Ils sont ensuite évacués vers le conduit de fumées via le coupe-tirage ou le ventilateur. 6.1.7 Coupe-tirage antirefouleur Le coupe-tirage antirefouleur assure la stabilité du brûleur dans une chaudière ouverte - indépendamment des variations du tirage de la cheminée et d’un éventuel refoulement passager. Vous ne pouvez jamais y apporter la moindre modification. Gustaaf Flamant 27 MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 27 20/12/2010 16:30:16 MODULE 3: PRODUCTION DE CHALEUR VOLUME 1 CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE 6.1 6. COMBINAISONS TRÈS FRÉQUENTES: COMBUSTIBLES GAZEUX Chaudière au sol à brûleur atmosphérique (ouverte ou fermée) 6.1.8 Contrôle de l’évacuation des produits de la combustion (TTB) de type BS Ce système assure la protection contre le refoulement des gaz de combustion dans une chaudière ouverte, qui pourrait s’avérer dangereux. Songez notamment aux intoxications au CO. Il s’agit d’un élément sensible (liquide, bilame, sonde CTN) situé à un endroit bien précis du coupe-tirage. En cas de refoulement des gaz de combustion, l’élément sensible se réchauffe et la protection s’enclenche. Après un certain temps, il peut être déverrouillé automatiquement ou manuellement. 6.1.9 Protection de type CS Si un appareil est intégré dans une installation de gaz VMC (VMC = ventilation mécanique contrôlée), un dispositif spécifique de protection sur l’évacuation devra être placé dans le conduit d’évacuation. L’appareil ne pourra fonctionner que lorsque l’évacuation des produits de combustion sera suffisamment assurée. 6.1.10 Oertli Tableau de commande Appareils de régulation : un thermostat de réglage, un thermostat de maximum, voire un pressostat eau, et une sécurité manque d’eau (éventuellement placée dans le circuit du thermocouple). Dans les chaudières plus modernes, la régulation s’effectue au moyen de sondes CTN ou CTP (sensibles à la température). Plusieurs modules peuvent être intégrés dans le tableau de commande : régulation atmosphérique, minuteries, régulation de priorité, … 28 MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 28 20/12/2010 16:30:16 6. COMBINAISONS TRÈS FRÉQUENTES: COMBUSTIBLES GAZEUX 6.2 MODULE 3: PRODUCTION DE CHALEUR VOLUME 1 CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE Chaudière murale à brûleur atmosphérique (ouverte ou fermée) Nous n’examinerons plus les composants dont dispose également la chaudière au sol : bloc combiné gaz, brûleur, coupe-tirage antirefouleur, collecteur de gaz de fumées, BS et CS. 6.2.1 Agencement La chaudière murale à brûleur atmosphérique est fixée à un mur et libère dès lors de la place au sol. La construction de la chaudière comprend différents éléments, qui, ensemble, forment une ‘unité’. C’est l’ensemble composé de la chaudière, du brûleur, des appareils de régulation, des accessoires, voire de la préparation d’eau chaude. GTI Mortsel Une unité de base (chaudière, tableau de commande et brûleur) peut être complétée par les éléments suivants : • circulateur(s) • clapet à effet gravitationnel • pressostat différentiel • vannes • robinet de purge • soupape de sécurité • manomètre • dégazeur • séparateur d’air • vase d’expansion • robinet à trois voies • production d’eau chaude 6.2.2 Echangeur de chaleur L’échangeur de chaleur est l’endroit où la chaleur dégagée par les gaz de combustion est absorbée par l’eau de chauffage et/ou l’eau sanitaire. Il se compose de canaux d’eau sur lesquels sont fixées des lamelles. Les canaux sont la plupart du temps en cuivre et les lamelles, en cuivre ou en acier inoxydable. 6.2.3 Riello Chambre de combustion La chambre de combustion est l’espace qui entoure le brûleur et l’échangeur de chaleur. Elle est parfois encore appelée le foyer. Selon la construction des canaux d’eau, on parle d’un foyer refroidi ou non. Il s’agit la plupart du temps de chambres de combustion sèches, fabriquées en matériaux d’isolation résistant au feu. 29 MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 29 20/12/2010 16:30:20 6. COMBINAISONS TRÈS FRÉQUENTES: COMBUSTIBLES GAZEUX MODULE 3: PRODUCTION DE CHALEUR VOLUME 1 CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE 6.2 Chaudière murale à brûleur atmosphérique (ouverte ou fermée) 6.2.4 Tableau de commande Appareils de régulation : un thermostat de réglage, un thermostat de maximum, voire un pressostat, et une sécurité manque d’eau (éventuellement placée dans le circuit du thermocouple). Dans les chaudières plus modernes, la régulation s’effectue au moyen de sondes CTN ou CTP (sensibles à la température). Plusieurs modules peuvent être intégrés dans le tableau de commande : régulation atmosphérique, minuteries, régulation de priorité, … 6.3 Brûleur à air pulsé Dans un brûleur gaz à air pulsé, un flux d’air est créé par un ventilateur. Le gaz est mélangé à l’air et la combustion est déclenchée. Les éléments suivant sont communs avec le brûleur fioul à pulvérisation haute pression: • • • • • • • • • • • • carter du brûleur moteur du brûleur boîtier du ventilateur ventilateur tube de brûleur transformateur d’allumage câbles d’allumage électrodes d’allumage régulateur d’air capot du brûleur bride de fixation fiche de raccordement électrique Oertli 30 MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 30 20/12/2010 16:30:20 6. COMBINAISONS TRÈS FRÉQUENTES: COMBUSTIBLES GAZEUX 6.3 MODULE 3: PRODUCTION DE CHALEUR VOLUME 1 CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE Brûleur à air pulsé Nous examinerons ci-après les éléments spécifiques au brûleur à air pulsé : 6.3.1 Rampe gaz La rampe gaz laisse passer le gaz dans la ligne de combustion ou lui coupe le passage. Tous les organes de régulation et de protection sont raccordés à la rampe gaz. En principe, la rampe gaz se compose de deux clapets (en série) et le tout doit satisfaire à EN 676. La rampe gaz se compose des éléments suivants : • valve d’arrêt manuelle • filtre • détendeur • pressostats gaz • robinet de sécurité gaz • robinet de réglage La génération actuelle de brûleurs à air pulsé au gaz n’a en règle générale plus de rampe gaz indépendante. Elle est remplacée par un bloc gaz combiné, avec les mêmes pièces de rechange, mais plus compacte. 6.3.2 Ligne de combustion et porte-gicleur La ligne de combustion va du bloc gaz au porte-gicleur. 6.3.3 Gicleur Le gicleur achemine la bonne quantité de gaz à la tête de combustion, à la bonne vitesse. 6.3.4 Pressostat air Si la pression est nulle ou insuffisante, le pressostat air ne laisse pas (plus) passer de gaz. 6.3.5 Accrocheur de flamme L’accrocheur de flamme distribue l’air et stabilise la flamme. Il fait tourbillonner l’air comburant en vue de créer un bon mélange avec le gaz. 31 MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 31 20/12/2010 16:30:20 MODULE 3: PRODUCTION DE CHALEUR VOLUME 1 CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE 6.3 6. COMBINAISONS TRÈS FRÉQUENTES: COMBUSTIBLES GAZEUX Brûleur à air pulsé 6.3.6 Coffret de commande et de sécurité Le coffret de commande et de sécurité synchronise le fonctionnement du moteur, du transformateur d’allumage et du bloc gaz, afin de garantir la sécurité. 6.3.7 Contrôle de flamme Le contrôle de flamme précise au coffret de commande et de sécurité si une flamme brûle éventuellement. En cas de problème, le brûleur se met en mode sécurité. Cette détection s’effectue soit par une cellule UV (sensibilité aux ultraviolets) soit par une électrode d’ionisation (mesure du courant d’ionisation). 6.4 Le brûleur à air pulsé pour gaz et fioul (mixte) Ce brûleur peut fonctionner au gaz ou au fioul. Le brûleur peut changer de combustible après une intervention simple. Weishaupt 32 MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 32 20/12/2010 16:30:22 7. LA CHAUDIÈRE À CONDENSATION (GAZ OU FIOUL) MODULE 3: PRODUCTION DE CHALEUR VOLUME 1 CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE 7. LA CHAUDIÈRE À CONDENSATION (GAZ OU FIOUL) 7.1 La chaudière ‘traditionnelle’ Un réglage sur le retour fait régner, dans l’échangeur de chaleur, une température supérieure au point de rosée, ce qui exclut toute possibilité de condensation. Dans les chaudières traditionnelles, la température des produits de combustion est supérieure à 120 °C. Comme les déperditions des produits de combustion n’excèdent pas 12 à 18 %, le rendement de combustion s’élève donc à 92 %, calculé sur la valeur inférieure du combustible. Les produits de combustion contiennent de la vapeur d’eau, avec une chaleur latente qui n’est pas exploitée. La quantité de vapeur d’eau dépend du combustible. 7.2 Principe de la chaudière à condensation Le rendement de combustion d’une chaudière à condensation varie en fonction de la température dans le retour. Plus elle diminue, plus le rendement augmente et avec lui, le volume de condensation. Si la température des gaz de combustion est inférieure au point de rosée, on obtient un rendement supérieur à 100 % au pouvoir calorifique inférieur. Il est dès lors plus logique d’exprimer le rendement d’une chaudière à condensation en fonction du pouvoir calorifique supérieur – qui est inférieur à 100%. Viessman Si la température des gaz de combustion est supérieure au point de rosée, le rendement obtenu est également supérieur, car la surface de son échangeur de chaleur est plus grande. Le matériau de l’échangeur de chaleur dépend de la technique de condensation et du combustible. Pour le gaz, il s’agit par exemple souvent de l’aluminium(/silicium), de l’inox, du cuivre ou de l’acier, tandis qu’avec le mazout de chauffage, la fonte, l’acier ou les multicouches sont utilisés. 33 MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 33 20/12/2010 16:30:23 MODULE 3: PRODUCTION DE CHALEUR VOLUME 1 CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE 7.3 7. LA CHAUDIÈRE À CONDENSATION (GAZ OU FIOUL) Type de chaudières à condensation 7.3.1 Chaudière à un seul échangeur de chaleur La surface d’échange d’une chaudière à un seul échangeur de chaleur est beaucoup plus grande que dans une chaudière classique. L’évacuation des condensats s’effectue sans perturber la poursuite de la combustion, car ils ne dégoulinent pas sur le brûleur. Weishaupt Weishaupt 34 MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 34 20/12/2010 16:30:25 7. LA CHAUDIÈRE À CONDENSATION (GAZ OU FIOUL) 7.3 MODULE 3: PRODUCTION DE CHALEUR VOLUME 1 CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE Type de chaudières à condensation 7.3.2 René Onkelinx Chaudière à condenseur externe Un condenseur (récupérateur de chaleur) est parfois installé à l’arrière d’une chaudière classique, afin de refroidir les produits de combustion sous le point de rosée. Ce principe est souvent mis en œuvre pour la transformation des chaudières classiques à surpression. Plus la surface de récupération du condenseur est grande, plus le rendement obtenu est élevé. La puissance d’échange du condenseur est aussi grande que celle de la chaudière. Les surfaces d’échange sont dès lors de mêmes dimensions. En fonction du matériau utilisé pour l’échangeur de chaleur, une surface d’échange de 0,07 à 0,1 m² par kW s’avère nécessaire. Vous ne pouvez placer que les condenseurs-récupérateurs prescrits par le fabricant ; vous ne pouvez en outre jamais rien modifier à l’appareil. Oertli 7.3.3 Chaudière à condenseur intégré La plupart des constructeurs de chaudières intègrent le condenseur dans la chaudière. Des tests en laboratoire leur permettent ensuite de calculer la puissance appropriée. Une jonction est toujours opérée entre le condenseur et la partie classique de la chaudière. Oertli 35 MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 35 20/12/2010 16:30:29 36 MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 36 20/12/2010 16:30:29 8. BRÛLEURS GAZ À PRÉMÉLANGE (BRÛLEURS PRÉMIX) MODULE 3: PRODUCTION DE CHALEUR VOLUME 1 CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE 8. BRÛLEURS GAZ À PRÉMÉLANGE (BRÛLEURS PRÉMIX) 8.1 Généralités Les brûleurs à prémélange sont équipés d’un brûleur rayonnant. Le gaz et l’air sont entièrement pré-mélangés : le gaz naturel brûle dès lors pratiquement sans flamme et une grande partie de la chaleur dégagée est évacuée directement de la zone de réaction par rayonnement thermique infrarouge. Nous obtenons dès lors une température de combustion extrêmement basse (moins de 1.200 °C) et donc une concentration extrêmement réduite en NOX. Viessman Les brûleurs à pré-mélange peuvent produire deux types de flammes. Si l’excès d’air est faible (jusqu’à 1,2), la surface du brûleur devient incandescente et une flamme rouge/orange apparaît. Si l’excès d’air est plus important (à partir de 1,3), la flamme se détachera de la surface du brûleur et sera bleue. De ce fait, nous obtenons aussi deux sortes d’émissions thermiques : un rayonnement avec la flamme rouge et, essentiellement, une convection avec la flamme bleue. Le brûleur est fabriqué en acier inoxydable, en matériau céramique ou en matériau fritté. Un brûleur en acier inoxydable est équipé d’un tube de brûleur percé d’un grand nombre d’orifices de combustion ou des grilles en acier inoxydable en forme d’hémisphère. La surface d’un brûleur en matériau céramique est perforée. Les brûleurs en matériau fritté ont une porosité de 60 à 80 %. Leurs nombreux canaux débouchent à la surface et servent d’orifice de combustion. La densité élevée en flammes génère des flammes en position basse et de faibles émissions de NOX. 8.2 Principe Un ventilateur modulant fonctionnant en courant continu aspire l’air nécessaire. En traversant un venturi, l’air aspire à son tour la quantité nécessaire de gaz pour obtenir une combustion complète. Le gaz et l’air sont parfaitement mélangés dans la chambre de pré-mélange et ce mélange est amené à la surface du brûleur par un orifice ou par un répartiteur. La flamme s’y stabilise. Thomas De Jongh 37 MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 37 20/12/2010 16:30:31 MODULE 3: PRODUCTION DE CHALEUR VOLUME 1 CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE 8.3 8. BRÛLEURS GAZ À PRÉMÉLANGE (BRÛLEURS PRÉMIX) Brûleurs Les brûleurs à pré-mélange permettent d’obtenir des charges thermiques élevées, de 10 à 200 W/cm². En cas de flamme bleue, la température superficielle est maintenue sous les 500 °C. Une flamme rouge signifie qu’elle excède 600 °C. Dans ce cas, la combustion ne se produit plus au-dessus de la surface, mais dans la surface du brûleur. Vous avez dès lors besoin de plaques céramiques ou de membranes métalliques. Patrick Uten Les plaques céramiques sont dures et rigides, résistent à la corrosion et sont légères. Elles sont malheureusement onéreuses et difficilement manipulables. A l’heure actuelle, les brûleurs en fibre métallique avec une membrane métallique sont des alternatives plus intéressantes. La membrane sur laquelle s’effectue la combustion est fine et perméable. Elle est posée sur une structure portante en acier spécial ou en céramique. La fibre peut supporter une température continue maximale de 1.050 °C. La membrane en métal fritté et le tricot métallique (knitted) font le plus souvent office de surface du brûleur. Leurs formes sont très diverses : plats, cylindriques, sphériques (hémisphères ou matrices), coniques, voire surface du brûleur incandescente à l’intérieur. Oertli La membrane en métal fritté se compose de couches constituées de toutes sortes de fibres assemblées par frittage. Ces couches peuvent être cintrées et façonnées pour des brûleurs à rayonnement ou à convection. Le tricot métallique est une couche en fils d’acier spécial, qui présente une structure très régulière. Il peut également être cintré et soudé par points sur une structure portante. La surface du brûleur des premières versions des brûleurs prémix se composaient surtout de plaques perforées en acier spécial (brûleur à surface rayonnante ). Le brûleur catalytique est la toute dernière évolution en date ; le catalyseur placé dans les fibres y assure une combustion encore plus propre. Viessman 38 MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 38 20/12/2010 16:30:34 9. CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE : CLASSIFICATION SELON LE MATÉRIAU MODULE 3: PRODUCTION DE CHALEUR VOLUME 1 CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE 9. CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE : CLASSIFICATION SELON LE MATÉRIAU 9.1 Acier 9.1.1 Généralités Fabriqué en acier Siemens Martin (four électrique) ou en acier Thomas amélioré (de qualité chaudière). L’épaisseur de la tôle dépend : • de la puissance, par exemple 2 kg/kW ; • des pressions d’essai et de service ; • du transfert d’énergie entre les gaz de combustion et l’eau. Les épaisseurs minimales de la tôle sont : • 6 mm en cas de contact avec la flamme (7 mm pour l’acier Thomas) ; • 5 mm en l’absence de tout contact avec la flamme ; • 3,25 mm dans les tubes de fumées. Les tôles sont laminées et assemblées par soudage pour créer différentes formes. 9.1.2 Composition La plupart du temps, le fabricant livre la chaudière comme un tout. Certaines marques livrent les divers éléments et les soudent ensuite sur place. L’isolation, la jaquette, les bouts filetés ou les contre-brides destinées au raccordement du côté eau sont ensuite posées sur la chaudière. La porte et la plaque foyère sont livrées séparément. Les turbulateurs dans les tubes de gaz de combustion permettent d’uniformiser la charge thermique et d’augmenter le rendement. 9.1.3 • • • • Avantages et inconvénients léger ; recyclable ; corrosion si la qualité de l’acier est inférieure ; une chaudière monobloc est plus difficile à acheminer dans le local de chauffe. 39 MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 39 20/12/2010 16:30:35 MODULE 3: PRODUCTION DE CHALEUR VOLUME 1 CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE 9.2 9. CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE : CLASSIFICATION SELON LE MATÉRIAU Fonte 9.2.1 Généralités La composition de la fonte est souvent un secret bien gardé. Les types suivants sont très fréquemment rencontrés : • GG (fonte grise, par exemple: GG 25 - résistance à la traction minimale de 0,25 kN/mm²) ; • GP (fonte perlitique) ; • GN (fonte nodulaire) ; • GL (180 M) ; • fonte eutectique (riche en graphite) ; • fonte hypo-eutectique. 9.2.2 Viessman Composition La chaudière se compose d’éléments amovibles (membres) assemblés par des nipples coniques en acier et des joints, ou par des nipples filetés. Le contact métal contre métal assure l’étanchéité. Les parties peuvent être assemblées dans l’usine ou dans le local de chauffe. Sur les chaudières modernes, des joints en silicone sont placés entre les éléments. Parfois, le bloc chaudière est peint afin d’éviter la corrosion extérieure. Les éléments sont également assemblés au moyen de tiges filetées munies des rondelles (pour la dilatation) et d’écrous. Ils sont placés l’un derrière l’autre ou sont juxtaposés. Nous distinguons trois types d’éléments : • élément antérieur (à l’avant) ; • éléments intermédiaires (de taille différente selon la puissance) ; • élément arrière (dernier élément). Viessman Des protubérances générant une plus grande surface d’émission de chaleur sont parfois placées sur les éléments. Les dimensions d’un élément correspondent à une puissance donnée. La puissance de la chaudière est dès lors déterminée par le nombre d’éléments consécutifs, lequel diffère par fabricant. Un certain nombre d’éléments intermédiaires sont nécessaires pour atteindre les dimensions minimales de la chambre de combustion. La puissance maximale est dès lors limitée. 40 MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 40 20/12/2010 16:30:37 9. CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE : CLASSIFICATION SELON LE MATÉRIAU 9.2 MODULE 3: PRODUCTION DE CHALEUR VOLUME 1 CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE Fonte Auparavant, l’intérieur de la chaudière était recouvert de briques réfractaires destinées à protéger la fonte et à améliorer le rendement. Ensuite, les chaudières dont la chambre de combustion était un cylindre d’acier terminé par une brique réfractaire ont été commercialisées. Les briques réfractaires ne tapissent plus les chaudières modernes. Les autres composants sont montés sur les éléments : les raccords destinés à la conduite de départ et à la conduite de retour, l’éventuel bouchon de purge, une boîte à fumées, la porte du brûleur, la porte d’entretien et des points de raccordement pour appareils de mesure, de régulation et de commande. Les chaudières sont également prévues pour être munies de pieds. Viessman Le tout est pourvu d’une coquille isolante et d’une jaquette en tôle laquée, ainsi que d’un tableau de régulation électrique. 9.2.3 Avantages et inconvénients • • • • • poids élevé ; résistance à la corrosion ; assure l’inertie thermique grâce à son poids ; possibilité d’adapter la puissance grâce aux éléments ; possibilité de remplacer les membres, même si cela demande beaucoup de main-d’œuvre et, dès lors, est onéreux ; • résistance mécanique : de nouveaux types de fonte (eutectique) résistent aux variations de température ; • coupure complète possible entre deux cycles de chauffe ; • recyclable. 41 MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 41 20/12/2010 16:30:38 MODULE 3: PRODUCTION DE CHALEUR VOLUME 1 CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE 9.3 9. CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE : CLASSIFICATION SELON LE MATÉRIAU Cuivre 9.3.1 Généralités Chaudières à échangeurs de chaleur en cuivre. 9.3.2 Composition L’échangeur de chaleur se compose de conduits en cuivre sur lesquels sont fixées des lamelles. L’unité peut être étamée. 9.3.3 Avantages et inconvénients • recyclable ; • corrosion due au contact avec d’autres matériaux dans le système de chauffage. 9.4 Alliage d’aluminium 9.4.1 Généralités L’aluminium ne peut être utilisé qu’avec le gaz. Il est beaucoup employé dans les chaudières gaz murales et plus spécifiquement dans les appareils à condensation. Si l’alliage est obtenu avec du silicium (Al-Si), le façonnage et le traitement en seront facilités. La combinaison avec le magnésium (Al-Mg-Si) rend le tout facilement soudable et résistant à la corrosion. 9.4.2 Composition Il se peut que toute l’unité ou que seul l’échangeur de chaleur principal soit en aluminium (alliage aluminiumsilicium). Dans ce cas, les autres côtés seront fabriqués dans un autre matériau comme une tôle d’acier (émaillée) pauvre en carbone. L’échangeur de chaleur principal est coulé d’une pièce et contient parfois, à l’intérieur, des protubérances pour améliorer le transfert de chaleur. Oertli 9.4.3 • • • • • • • • Avantages et inconvénients poids réduit (un tiers de l’acier) ; bon rendement ; pas de corrosion ; peu d’entretien ; résistance au condensat ; bonne conduction de la chaleur ; est recyclable ; sensible au pH (6 < pH < 9) (dureté de l’eau). 42 MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 42 20/12/2010 16:30:40 9. CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE : CLASSIFICATION SELON LE MATÉRIAU 9.5 MODULE 3: PRODUCTION DE CHALEUR VOLUME 1 CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE Acier inoxydable (inox) 9.5.1 Généralités L’acier inoxydable (rvs) ne rouille pas, car il est recouvert d’un film d’oxyde résultant de la réaction chimique entre le chrome et l’oxygène. 9.5.2 Composition L’acier inoxydable est soudé en forme de cylindre ou des tubes d’acier inoxydable sont cintrés en forme de cylindre et ensuite assemblés par soudage à des endroits bien précis. En cas de production d’eau chaude sanitaire et de chauffage, on peut appliquer un système Tank-in-Tank. 9.5.3 Viessman 9.6 Avantages et inconvénients • poids réduit ; • résistance à la corrosion (y compris au condensat, sauf au chlore) ; • durée de vie prolongée ; • les soudures sont les points faibles (corrosion en criques) ; • le condensat contient parfois des métaux lourds (chrome, nickel). Système multicouches 9.6.1 Généralités Surtout pour les chaudières à basse température. Il est formé par compression de différents matériaux. 9.6.2 Composition Il peut s’agir d’une combinaison de : • fonte et acier ; • fonte, acier et silicium ; • alufer: acier inoxydable et aluminium. 9.6.3 Viessman • • • • • • • Avantages et inconvénients est fourni en un bloc ou en éléments ; durée de vie prolongée ; avec une chaudière à basse température ; pompe mélangeuse superflue ; bien adapté à la chaudière à condensation ; émissions réduites de substances nocives ; surface de chauffe supérieure. 43 MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 43 20/12/2010 16:30:42 44 MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 44 20/12/2010 16:30:43 10. CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE : CLASSIFICATION SELON LA PRESSION DANS LE FOYER MODULE 3: PRODUCTION DE CHALEUR VOLUME 1 CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE 10. CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE : CLASSIFICATION SELON LA PRESSION DANS LE FOYER Il existe des chaudières à foyer en dépression et des chaudières à foyer en surpression. 10.1 Chaudière de chauffage à foyer en dépression Cette chaudière est aussi appelée chaudière à tirage naturel. Sa résistance aux gaz de combustion est inférieure au tirage de la cheminée, ce qui produit une dépression (pression inférieure à la pression atmosphérique) dans le foyer. Il est important de maintenir un tirage aussi stable que possible dans la cheminée afin d’éviter les perturbations. 10.2 Chaudière de chauffage à foyer en surpression En raison des conduits de fumée plus petits, la résistance de la chaudière est supérieure au tirage de la cheminée. Vous obtenez de la sorte une surpression dans le foyer. Le brûleur (ventilateur) devra vaincre la résistance de la chaudière. Choisissez dès lors attentivement le champ d’action du brûleur. La chaudière doit être entièrement étanche au gaz. 45 MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 45 20/12/2010 16:30:43 46 MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 46 20/12/2010 16:30:43 11. CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE : CLASSIFICATION SELON QUE LE FOYER EST HUMIDE OU SEC MODULE 3: PRODUCTION DE CHALEUR VOLUME 1 CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE 11. CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE : CLASSIFICATION SELON QUE LE FOYER EST HUMIDE OU SEC 11.1 Foyer humide L’eau de chauffage entre directement en contact avec la paroi du foyer. Thomas De Jongh 11.2 Foyer sec Il n’y a pas de contact direct entre l’eau de chauffage et la paroi du foyer. Une gaine enchâssée sépare les deux. Thomas De Jongh 47 MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 47 20/12/2010 16:30:45 48 MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 48 20/12/2010 16:30:45 12. CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE : CLASSIFICATION SELON LES LABELS MODULE 3: PRODUCTION DE CHALEUR VOLUME 1 CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE 12. CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE : CLASSIFICATION SELON LES LABELS 12.1 Label Optimaz pour la combinaison chaudière-brûleur 12.1.1 Mise en perspective Le label Optimaz est accordé par une commission d’agrément indépendante à des ensembles chaudièrebrûleur fioul agréés. Cette norme exige des rendements minimaux sans cesse améliorés pour ces combinaisons. Le label est scindé - comme pour le gaz - en deux catégories, ayant chacune son propre logo : • la catégorie Optimaz pour les combinaisons à haut rendement appliquant la technique à basse température ; • la catégorie Optimaz pour les combinaisons à haut rendement appliquant la technique à condensation. 12.1.2 Cedicol Garanties techniques • Le rendement de combustion d’une combinaison chaudière-brûleur Optimaz a évolué au fil des ans pour atteindre ses exigences actuelles. • Les pertes à l’arrêt ont diminué. • L’amélioration de la production d’eau chaude sanitaire a permis de réduire les pertes. • Les limites d’émissions autorisées de NOx, CO2 et CO sont respectées. 49 MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 49 20/12/2010 16:30:47 MODULE 3: PRODUCTION DE CHALEUR VOLUME 1 CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE 12. CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE : CLASSIFICATION SELON LES LABELS 12.2 Label HR+ et HR TOP 12.2.1 Mise en perspective Le label HR+ est un label de qualité pour les chaudières au gaz naturel. Les chaudières à condensation au gaz naturel arborant le label HR TOP garantissent les plus hautes économies possibles dans le cadre de l’utilisation rationnelle de l’énergie (URE). Ce faisant, la chaleur contenue dans les produits de combustion est presque entièrement récupérée. Le label HR+ garantit déjà que la chaudière répond aux exigences les plus strictes de la directive européenne en matière de rendement. 12.2.2 KVBG Garanties techniques • Le rendement de combustion d’une chaudière HR+ ou HR TOP a évolué au fil des ans pour atteindre ses exigences actuelles. • Marquage CE: l’appareil satisfait à la norme belge et européenne la plus stricte en matière de sécurité. • I2E+: l’appareil peut utiliser tous les gaz naturels distribués en Belgique sans la moindre adaptation (HR+). • I2E(S)B: l’appareil peut utiliser tous les gaz naturels distribués en Belgique, avec une puissance nominale différente pour le gaz L et le gaz H (HR TOP). • Les pertes à l’arrêt ont diminué. • L’amélioration de la production d’eau chaude sanitaire a permis de réduire les pertes. • Les limites d’émissions autorisées de NOx, CO2 et CO sont respectées. 50 MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 50 20/12/2010 16:30:47 13. PRODUCTION D’EAU CHAUDE PAR UNE CHAUDIÈRE DE CHAUFFAGE CENTRAL MODULE 3: PRODUCTION DE CHALEUR VOLUME 1 CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE 13. PRODUCTION D’EAU CHAUDE PAR UNE CHAUDIÈRE DE CHAUFFAGE CENTRAL 13.1 Boiler (ballon) à chauffage indirect La chaudière de chauffage chauffe la réserve d’eau présente dans le boiler. Cela s’effectuait auparavant avec un thermosiphon ; de nos jours, le recours à un circulateur est plus fréquent. Le chauffage de l’eau s’effectue soit à la surface de la double paroi qui entoure le boiler, soit à l’aide d’un serpentin chauffant, raccordé comme un circuit à l’installation de chauffage. Un circulateur à régulation thermique y est placé ; il accélère l’échange de chaleur entre l’eau de chauffage et l’eau sanitaire. Dans un tel système, la température de l’eau sanitaire ne dépend plus nécessairement de l’eau de chauffage envoyée aux corps de chauffe. La distance entre la chaudière et le boiler doit être la plus courte possible. Il vous est aussi loisible de choisir un système où le boiler est placé à côté ou en dessous de la chaudière. Le type de combustible utilisé est sans importance pour le système. 13.2 Avec accumulation Une combinaison chaudière-boiler avec ballon accumulateur est un ensemble. La réserve d’eau sanitaire se trouve dans un ballon intégré. Ce boiler et la chaudière se trouvent dans un manteau isolé, sans ponts thermiques, placé directement dans la chaudière. Oertli MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 51 51 20/12/2010 16:30:48 MODULE 3: PRODUCTION DE CHALEUR VOLUME 1 CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE 13. PRODUCTION D’EAU CHAUDE PAR UNE CHAUDIÈRE DE CHAUFFAGE CENTRAL 13.3 Sans accumulation Un serpentin est immergé dans l’eau de la chaudière de chauffage. Lorsque la chaudière prend de l’eau sanitaire, l’eau traverse le serpentin et prend instantanément la température de l’eau de chauffage. La température de l’eau sanitaire dépend ainsi entièrement de l’eau de chauffage. Si la température de l’une augmente, celle de l’autre augmentera également. Vous voulez de l’eau sanitaire chaude ? La température de la chaudière devra donc être réglée suffisamment haut. Un robinet mitigeur fera en sorte que le système de chauffage ne doive pas être constamment alimenté. Vaillant Les échangeurs de chaleur à plaques sont une forme plus courante de chauffage direct de l’eau sanitaire. Ce sont des blocs compacts très performants. Ils sont composés de plaques profilées en acier inoxydable et peuvent assurer un débit d’eau chaude relativement important. Toutefois, en cas de puisage direct à l’échangeur de chaleur, un petit décalage initial est remarqué, ce qui diminue sa convivialité. Il est possible de remédier à ce décalage en le raccordant au circuit d’eau sanitaire auquel est également raccordé un ballon. De l’eau chaude sortira immédiatement du robinet grâce à ce boiler, tandis que l’échangeur de chaleur réchauffera le reste de l’eau. Vaillant 13.4 Régulation de la température de l’eau chaude sanitaire (ECS) Un système de régulation régule la température de l’eau chaude sanitaire, indépendamment du chauffage. De nombreuses régulations réchauffent par exemple de temps à autre l’eau jusqu’à 80 °C, pour éviter l’apparition de la légionellose. Junkers Il faut monter un clapet antiretour dans la conduite de retour. En cas de panne de l’installation, ce clapet retiendra l’eau sanitaire, afin que le fonctionnement du thermosiphon ne réchauffe pas l’eau de chauffage. 52 MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 52 20/12/2010 16:30:51 13. PRODUCTION D’EAU CHAUDE PAR UNE CHAUDIÈRE DE CHAUFFAGE CENTRAL MODULE 3: PRODUCTION DE CHALEUR VOLUME 1 CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE 13.5 Légionellose 13.5.1 Généralités La bactérie Legionella pneumophila provoque la maladie du légionnaire ou légionellose. Vous pouvez être infecté après l’inhalation de gouttelettes d’eau contaminées, finement nébulisées (aérosols). La bactérie de la légionellose est plus dangereuse qu’initialement envisagé. Elle peut notamment entraîner une pneumonie à Légionelle, une forme grave d’inflammation des poumons. Dans le pire des cas, vous pouvez en mourir. Les principaux foyers de contamination sont les douches, les bains à bulles, les tours de refroidissement, les systèmes d’humidification et de climatisation. 13.5.2 Facteurs de prolifération Un dépôt visqueux composé de micro-organismes, dont des amibes (biofilm) se forment sur les parois internes de toutes les installations d’eau chaude. C’est le terreau idéal pour la bactérie de la légionellose. Une température agréable, de l’eau stagnante, des dépôts de rouille, de la boue : tous ces éléments favorisent la prolifération de la bactérie. 13.5.3 Mesures de précaution Si vous découvrez une concentration trop élevée de légionellose dans une installation, vous devrez, le plus rapidement possible, la désinfecter en profondeur. Nous connaissons deux types de désinfection : • thermique : rinçage abondant de l’installation à l’eau très chaude ; • chimique : circulation pendant un temps suffisamment long de fortes concentrations de produits bactéricides (biocides) dans l’installation. 53 MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 53 20/12/2010 16:30:51 54 MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 54 20/12/2010 16:30:51 14. CONDUIT DE RACCORDEMENT ET CONDUIT D’ÉVACUATION DES PRODUITS DE COMBUSTION MODULE 3: PRODUCTION DE CHALEUR VOLUME 1 CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE 14. CONDUIT DE RACCORDEMENT ET CONDUIT D’ÉVACUATION DES PRODUITS DE COMBUSTION 14.1 Généralités La norme NBN B61-002 stipule les exigences techniques et de sécurité relatives aux conduits de raccordement et d’évacuation des produits de la combustion. Elle vaut tant pour les combustibles gazeux que pour les combustibles fossiles, solides et liquides. 14.2 Conduit de raccordement Ce tube raccorde l’extrémité du manchon de sortie ou le coupe-tirage antirefouleur de l’appareil à combustion au conduit d’évacuation. Gustaaf Flamant 14.3 Conduit d’évacuation Ce tube ou ce conduit évacue les produits de la combustion à l’extérieur du bâtiment. Il peut être incorporé dans la construction ou être indépendant, à l’intérieur ou à l’extérieur du bâtiment. 14.4 Exigences relatives aux conduits de raccordement et d’évacuation Les conduits de raccordement et d’évacuation doivent répondre aux exigences suivantes : • sécurité incendie – feu de cheminée ; • choix du matériau ; • acheminement de l’eau (condensats) ; • résistance à la température ; • résistance à la pression ; • résistance à la corrosion. 55 MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 55 20/12/2010 16:30:52 MODULE 3: PRODUCTION DE CHALEUR VOLUME 1 CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE 14. CONDUIT DE RACCORDEMENT ET CONDUIT D’ÉVACUATION DES PRODUITS DE COMBUSTION 14.5 Tableau Spécification du matériau Type de générateur de chaleur Dispositifs en métal Type de matériau suivant EN 1856-1 EN AW10 11 13 Gaz 4047A EN AW1200A EN AW6060 Gaz Fioul léger - Combustible Fioul léger condensation condensation solide admis admis interdit interdit interdit admis admis interdit interdit interdit admis admis interdit interdit interdit 20 1.4301 304 admis interdit interdit interdit interdit 30 1.4307 304L admis admis interdit interdit interdit 40 1.4401 316 admis admis admis interdit interdit 50 1.4404 1.4571 316L 316Ti admis admis admis admis admis (2) 60 1.4432 316L * admis admis admis admis admis (2) 70 1.4539 904L admis admis admis admis admis (2) Béton (5) admis (2) interdit (1) admis (2) interdit (3) admis (2) Terre cuite (6) admis (2) interdit (1) admis (2) interdit (3) admis (2) Matière synthétique (4) interdit admis (4) interdit admis (4) interdit Dispositifs en d’autres matériaux (1) sauf si le système peut démontrer qu’il a été répertorié dans la classe de résistance aux condensats W et la classe de résistance à la corrosion 1 (2) pour autant qu’un calcul sur la base de la norme NBN EN 13384-1 démontre qu’il ne peut se produire de condensations (4) Les dispositifs d’évacuation en matière synthétique peuvent uniquement être admis lorsqu’il a été satisfait aux exigences de §7.1.2.2.3 (5) Les dispositifs d’évacuation en béton doivent satisfaire aux normes NBN EN 1857; NBN EN 1858; NBN EN 12446 et prEN 13359 (6) Les dispositifs d’évacuation en terre cuite doivent satisfaire aux normes NBN EN 1457; NBN EN 1806; prEN 13063-1/-2; prEN13069 56 MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 56 20/12/2010 16:30:52 15. AÉRATION ET VENTILATION DU LOCAL DE MONTAGE, DU LOCAL TECHNIQUE ET DE LA CHAUFFERIE MODULE 3: PRODUCTION DE CHALEUR VOLUME 1 CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE 15. AÉRATION ET VENTILATION DU LOCAL DE MONTAGE, DU LOCAL TECHNIQUE ET DE LA CHAUFFERIE Les endroits où sont installées les chaudières de chauffage central doivent être ventilés. La chaleur de la chaudière et des conduites doit être évacuée. Ventilation mécanique ou naturelle ? Cela ne fait guère de différence, aussi longtemps que les appareils disposent de suffisamment d’air comburant pour fonctionner. Si la ventilation mécanique peut influencer les appareils à combustion ouverte, il conviendra de prendre des mesures de précaution supplémentaires. ZONE 1 ZONE 2 ZONE 3 Thomas De Jongh 57 MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 57 20/12/2010 16:30:54 58 MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 58 20/12/2010 16:30:54 16. RACCORDEMENT COMBUSTIBLE - FIOUL MODULE 3: PRODUCTION DE CHALEUR VOLUME 1 CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE 16. RACCORDEMENT COMBUSTIBLE - FIOUL 16.1 Système monotubulaire Dans une installation monotubulaire, le débit maximal de fioul par heure est égal au débit maximal du gicleur. Vous pouvez l’utiliser pour des installations où le fioul s’écoule de lui-même de la cuve vers la pompe. La cuve est positionnée au-dessus de la pompe : vous n’avez besoin que d’une conduite d’aspiration et pas d’une conduite de retour. 16.2 Système à deux tuyaux Dans une installation à deux tuyaux, le débit maximal de fioul par heure est égal au débit total du gicleur. Si le gicleur ne fonctionne pas correctement, il retournera dans la cuve. Ce système peut être utilisé lorsque la cuve se trouve plus bas que le brûleur. Un clapet antiretour monté sur la conduite d’aspiration empêchera le fioul de refluer vers la cuve en cas d’arrêt du brûleur. Il sera monté le plus près possible de la cuve et devra toujours rester accessible pour les entretiens ou pour les réparations. Cedicol 59 MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 59 20/12/2010 16:30:55 MODULE 3: PRODUCTION DE CHALEUR VOLUME 1 CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE 16. RACCORDEMENT COMBUSTIBLE - FIOUL 16.3 Accessoires 16.3.1 Vanne anti-siphon Elle est placée dans la conduite d’aspiration des installations au fioul. Le niveau de remplissage maximal se trouve dans ce cas au-dessus du point le plus bas de cette conduite. En cas de fuite dans la conduite raccordée à la cuve, la membrane faisant effet de vanne anti-siphon empêchera la cuve de se vider. 16.3.2 Soupape d’aspiration Un tube d’écartement maintient le clapet antiretour vertical à une certaine distance du fond de la cuve. Ce système empêche l’aspiration des dépôt dans la cuve. La soupape empêche également la conduite d’aspiration du brûleur de se vider après un arrêt prolongée et facilite ainsi le redémarrage du brûleur. 16.3.3 Filtre à mazout Un filtre à mazout est monté sur chaque conduite d’aspiration pour fioul afin d’empêcher les impuretés de pénétrer dans le brûleur. L’élément de filtration diffère d’un modèle à l’autre. Chaque type a ses avantages et ses inconvénients : choisisse-le donc attentivement. Watts Les éléments filtrants peuvent se composer • de bronze fritté ; • de tamis en nickel ; • de feutre ; • de plastique. La finesse de l’élément filtrant varie entre 50 et 150 µm. 60 MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 60 20/12/2010 16:30:56 16. RACCORDEMENT COMBUSTIBLE - FIOUL MODULE 3: PRODUCTION DE CHALEUR VOLUME 1 CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE 16.3 Accessoires 16.3.4 Filtre à mazout avec désaérateur (nom commercial : Tigerloop) Le filtre à mazout avec désaérateur se compose uniquement d’une conduite d’aspiration entre la cuve et le désaérateur. Une amenée et un retour sont raccordés entre la pompe du brûleur à fioul et le désaérateur. La purge est assurée par un système de flotteur qui est la plupart du temps dans un boîtier en plastique transparent, ce qui permet d’en contrôler le bon fonctionnement. Watts 16.3.5 Pompe d’alimentation Les systèmes à conduite circulaire fonctionnent avec des pompes d’alimentation. Plusieurs brûleurs peuvent être raccordés à cette conduite circulaire. Les diamètres des conduites et le débit de la pompe sont déterminés par la somme des puissances de brûleur demandées, multipliées par un facteur 1,8 à 2 à titre de sécurité. La vitesse d’écoulement dans la conduite sera de 0,2 - 0,5 m/sec, selon le type de fioul et la taille de l’installation. Gustaaf Flamant 16.3.6 Cuve journalière Lorsque la distance et/ou la différence de hauteur entre la cuve à mazout et le brûleur sont trop grandes, une cuve journalière sera utilisée. Elle fournira le combustible de la journée et devra être systématiquement remplie. 61 MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 61 20/12/2010 16:30:59 62 MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 62 20/12/2010 16:30:59 17. RACCORDEMENT COMBUSTIBLE - GAZ MODULE 3: PRODUCTION DE CHALEUR VOLUME 1 CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE 17. RACCORDEMENT COMBUSTIBLE - GAZ 17.1 Gaz naturel 17.1.1 Stockage Pour faire face à des grandes variations de consommation et de transport, il est nécessaire de disposer d’une capacité de stockage relativement importante. Trois possibilités peuvent être à l’heure actuelle utilisées en Belgique : • Zeebrugge et Dudzele: sous forme liquide (cuves) ; • Loenhout: sous forme gazeuse (nappes aquifères profondes) ; • Anderlues et Péronnes: sous forme gazeuse (dans des mines de charbon désaffectées). 17.1.2 Distribution Pour recueillir et transporter le gaz naturel, la Belgique dispose d’une vaste infrastructure. Une partie importante du gaz naturel qui arrive dans notre pays est destiné aux pays voisins : France, Grand-Duché de Luxembourg et Allemagne. Lorsque le gaz naturel s’écoule dans les gazoducs, le frottement contre leur paroi interne abaisse progressivement sa pression. Plus la distance à parcourir par le gaz est longue, plus la perte de charge sera importante. Pour pouvoir le transporter et le distribuer, le gaz part dès lors à une pression relativement élevée. Il sera en définitive livré – par le réseau approprié – chez chaque consommateur à la pression appropriée. ROYAUMEUNI NORVÈGE PAYS-BAS PAYS-BAS SOURCES DE GNL NORVÈGE ALLEMAGNE RUSSIE ALLEMAGNE FRANCE ESPAGNE ITALIE G.D. DE LUXEMBOURG G.D. DE LUXEMBOURG 3800 km de canalisations Gaz naturel à haut pouvoir calorifique Gaz naturel à bas pouvoir calorifique Terminal GNL Station de compression Stockage Station de comptage frontière Station de mélange KVBG MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 63 63 20/12/2010 16:30:59 MODULE 3: PRODUCTION DE CHALEUR VOLUME 1 CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE 17. RACCORDEMENT COMBUSTIBLE - GAZ 17.1 Gaz naturel Les réseaux sont subdivisés suivant la pression maximale de service (PMS - en anglais MOP = maximum operating pressure) : Réseau haute pression Les réseaux de transport haute pression fonctionnent à des pressions de service supérieures à 15 bars. Réseau moyenne pression Les installations des sociétés de distribution de gaz naturel au public comportent des stations de réception, de comptage et de détente. Elles sont approvisionnées à une pression maximale de 15 bars. Elles ajoutent une odeur de détection au gaz et le transportent vers les cabines de distribution ou les cabines des clients industriels. Le gaz est ensuite progressivement ‘détendu’ pour atteindre les différents niveaux de pression variant de 15 bars à 5 bars, selon les distances à franchir et les quantité à fournir. Si la pression oscille entre 100 mbars et 15 bars, nous parlons dans ce cas de moyenne pression. Réseau basse pression Le gaz est à faible pression des ‘cabines de quartier’ : 100 mbars ou 20/25 mbars. Les conduites du réseau basse pression acheminent le gaz naturel jusque chez les clients (ménages, artisans, PME) par l’intermédiaire des branchements et des compteurs de gaz. Il forme un maillage qui doit éviter les fluctuations de pression et garantir la sécurité d’approvisionnement. Lorsque le gaz parvient chez le client ménager, sa pression doit être de 20 ou 25 mbars, car il s’agit de la pression de service des appareils consommateurs en Belgique. Si le gaz naturel provient de Slochteren, la pression devra être de 25 mbars. S’il provient de la Mer du Nord, d’Algérie ou du Qatar, nous n’aurons besoin que de 20 mbars. Si la pression du gaz dans la cabine de quartier est encore de 100 mbars, la société de distribution devra placer un régulateur de pression en aval du compteur, qui réduira la pression à 20 ou 25 mbars. 64 MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 64 20/12/2010 16:30:59 17. RACCORDEMENT COMBUSTIBLE - GAZ MODULE 3: PRODUCTION DE CHALEUR VOLUME 1 CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE 17.2 Gaz de pétrole liquéfiés (GPL) 17.2.1 Stockage Le GPL est stocké dans des cuves aériennes ou souterraines de divers formats : • cuves aériennes : capacité de 500 à 4800 litres ; • souterraines : capacité de 1600 à 3000 litres. L’installation et le stockage de cuves nécessitent le respect de certaines conditions et distances de sécurité, qui varient en fonction de la Région et du contenu total des bonbonnes ou du type de cuve. Thomas De Jongh 1) capot de protection 2) soupape de sécurité externe 3) robinet de service, jauge max. 85% 4) jauge 5) bouche de remplissage 6) détendeur à un étage 7) (check-lock) prise en phase liquide 8) mise à la terre 9) porte-valve 65 MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 65 20/12/2010 16:31:02 MODULE 3: PRODUCTION DE CHALEUR VOLUME 1 CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE 17. RACCORDEMENT COMBUSTIBLE - GAZ 17.2 Gaz de pétrole liquéfiés (GPL) 17.2.2 Distribution Les appareils à fonctionnement discontinu et de puissance limitée peuvent être raccordés au moyen d’un tuyau flexible agréé gaz d’une longueur maximale de 2 mètres. Le raccordement des appareils fixes doit s’effectuer au moyen d’une conduite métallique (cuivre, acier). Thomas De Jongh Les installations qui comprennent deux appareils ou plus doivent toujours être équipées d’une double détente. Un premier détendeur (prédétendeur) est placé à la sortie du récipient ; il permet de réduire la pression du gaz de 7 bars à 1,5 bar. Le deuxième détendeur est placé juste avant les appareils consommateurs et réduit la pression de 1,5 bar à 37, 40 ou 50 mbars, selon la plaquette signalétique de l’appareil. La conduite d’alimentation est en métal (cuivre, acier). Les appareils consommateurs mobiles peuvent être raccordés au moyen d’un tuyau flexible agréé d’une longueur maximale de 0,50 m. Thomas De Jongh Un robinet d’arrêt individuel facilement accessible sera placé devant chaque appareil raccordé. Pour un usage artisanal, une pression maximale de 3 bars est parfois autorisée. Un pressostat sera parfois nécessaire. 66 MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 66 20/12/2010 16:31:05 18. RACCORDEMENTS HYDRAULIQUES MODULE 3: PRODUCTION DE CHALEUR VOLUME 1 CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE 18. RACCORDEMENTS HYDRAULIQUES Schéma 1 : chaudière murale au gaz avec ballon de stockage, raccordés par une boucle de Tichelman Thomas De Jongh Schéma 2 : disposition en cascade avec préparation d’eau chaude, circuit de radiateurs et chauffage par le sol Thomas De Jongh 67 MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 67 20/12/2010 16:31:08 MODULE 3: PRODUCTION DE CHALEUR VOLUME 1 CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE 18. RACCORDEMENTS HYDRAULIQUES Chauffage par radiateur • Applications à +/- la même température • Pas de débit minimum nécessaire • ... Thomas De Jongh Chauffage par radiateur + par le sol • Applications à différentes températures • Pas de débit minimum nécessaire • ... Thomas De Jongh 68 MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 68 20/12/2010 16:31:12 18. RACCORDEMENTS HYDRAULIQUES MODULE 3: PRODUCTION DE CHALEUR VOLUME 1 CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE Chauffage par radiateur • Applications à +/- la même température • Débit minimum nécessaire • ... Thomas De Jongh Chauffage par radiateur • Applications à +/- la même température • Débit minimum nécessaire • ... Thomas De Jongh 69 MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 69 20/12/2010 16:31:16 MODULE 3: PRODUCTION DE CHALEUR VOLUME 1 CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE 18. RACCORDEMENTS HYDRAULIQUES Chauffage par radiateur • Applications à +/- la même température • Débit nominal nécessaire • ... Thomas De Jongh Chauffage par radiateur • Applications à différentes températures • Radiateurs + air chaud • Pas de débit minimum nécessaire Thomas De Jongh 70 MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 70 20/12/2010 16:31:20 18. RACCORDEMENTS HYDRAULIQUES MODULE 3: PRODUCTION DE CHALEUR VOLUME 1 CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE Chauffage par radiateur • Applications à différentes températures • Radiateurs + préparation ECS+ chauffage par le sol • Pas de débit minimum nécessaire Thomas De Jongh Chauffage par radiateur • Applications à différentes températures • Radiateurs + préparation ECS avec préchauffage de l’eau • Débit minimum ou nominal nécessaire • Thomas De Jongh 71 MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 71 20/12/2010 16:31:25 MODULE 3: PRODUCTION DE CHALEUR VOLUME 1 CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE 18. RACCORDEMENTS HYDRAULIQUES Chauffage de piscine Thomas De Jongh 72 MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 72 20/12/2010 16:31:27 19. AUTRES SOURCES D’ÉNERGIE MODULE 3: PRODUCTION DE CHALEUR VOLUME 1 CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE 19. AUTRES SOURCES D’ÉNERGIE 19.1 Cogénération Une installation de cogénération produit en même temps de l’électricité et de la chaleur. Pour améliorer le rendement de la centrale, elle utilise aussi la chaleur qui, à défaut, serait perdue. Si vous souhaitez utiliser la cogénération dans un bâtiment, une étude de rendement vous en précisera la faisabilité. Viessman Une installation de cogénération se compose d’un moteur à combustion qui entraîne un générateur électrique. Elle consomme du combustible et produit de l’électricité (générateur) et de la chaleur (eau de refroidissement). Au départ de 100 unités de combustible, elle produit 35 unités d’électricité et 50 unités de chaleur. Pour produire les mêmes quantités d’énergie utile de manière ‘classique’ (électricité dans une centrale et chaleur dans une chaudière), 120 unités d’énergie seraient nécessaires. La cogénération permet dès lors de réaliser une économie d’énergie de 20 %. 73 MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 73 20/12/2010 16:31:28 MODULE 3: PRODUCTION DE CHALEUR VOLUME 1 CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE 19. AUTRES SOURCES D’ÉNERGIE 19.2 Pompe à chaleur Vaillant L’atmosphère, le sol, le sous-sol, les cours d’eau, etc. renferment tous une certaine quantité de chaleur. Si nous pouvons en extraire la chaleur, nous pourrions utiliser l’énergie ainsi libérée. Cette chaleur se trouve cependant à une température trop basse. La pompe à chaleur porte dès lors cette quantité de chaleur à une température supérieure, que nous pouvons utiliser directement pour le chauffage. Si l’on veut transvaser un liquide d’un réservoir inférieur vers un réservoir situé plus en hauteur, nous aurons besoin d’une pompe entraînée par un moteur. Une pompe à chaleur fonctionne selon un principe analogue. Elle porte de l’eau ayant une température inférieure à une température supérieure. Dans ce cas également, un moteur (la plupart du temps électrique) entraîne la pompe. Lorsqu’un liquide s’évapore, il absorbe de la chaleur qu’il prélève dans son environnement. C’est pourquoi vous avez froid lorsque vous sortez de votre bain. A l’inverse, le gaz qui se condense libère de la chaleur. La température du gaz augmente également lorsque vous le comprimez. Le transfert de chaleur est donc une espèce de cycle. Le système de la pompe à chaleur repose sur l’utilisation d’un liquide de refroidissement qui change de situation. 74 MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 74 20/12/2010 16:31:29 19. AUTRES SOURCES D’ÉNERGIE MODULE 3: PRODUCTION DE CHALEUR VOLUME 1 CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE 19.3 Piles à combustible Vaillant Une pile à combustible transforme l’oxygène et l’hydrogène en électricité et en chaleur. Le principe est basé sur l’électrolyse inverse. L’énergie est dès lors produite sans combustion. Et pratiquement sans bruit, car aucun élément rotatif n’apparaît dans le processus. Le rendement des piles à combustible est d’environ 80 à 85%. Leur coût est cependant dix fois supérieur à celui d’un moteur à combustion de même puissance. Vaillant La pile à combustible contient une anode et une cathode séparées par une membrane (électrolyte). Les électrons quittent l’hydrogène sur l’anode sous l’effet d’un catalyseur de platine. Ils produisent le courant électrique pour le circuit externe. Les ions d’hydrogène traversent la membrane. Ils se dirigent vers la cathode et produisent de la chaleur et de l’eau par réaction avec l’oxygène de l’air. La tension électrique produite est du courant continu (CC ou DC = direct current en anglais). 75 MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 75 20/12/2010 16:31:32 MODULE 3: PRODUCTION DE CHALEUR VOLUME 1 CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE 19. AUTRES SOURCES D’ÉNERGIE 19.4 Energie solaire Les chauffe-eau solaires sont disponibles en toutes sortes de formes et de dimensions. Chaque type d’installation peut disposer d’un chauffe-eau solaire approprié. Ce système est adapté aux petits ou gros consommateurs d’eau chaude, aux petites ou grandes maisons et peut être combiné avec le chauffage de locaux ou uniquement l’eau chaude sanitaire, … Thomas De Jongh Pour le choix d’un chauffe-eau solaire, c’est principalement le mode de fonctionnement qui est primordial. En fonction de cela, vous devrez disposer différemment les éléments du système (ballon de stockage, collecteur). Nous distinguons quatre types de chauffe-eau solaire qui diffèrent en termes de confort d’utilisation et de système de postchauffage. 19.5 Energie renouvelable 19.5.1 Généralités La majeure partie de notre énergie provient des combustibles fossiles et nucléaires. Les réserves en combustibles fossiles s’épuisent inexorablement et le stockage des déchets nucléaires pose toujours problème, sans parler des immenses quantités de CO2 que nous rejetons dans l’atmosphère. Les énergies renouvelables sont une alternative intéressante, car elles ne s’épuiseront pas et ne pollueront pas l’atmosphère. 19.5.2 Qu’est-ce qu’une énergie renouvelable? L’énergie renouvelable est obtenue au départ de sources renouvelables. Une source est renouvelable lorsque nous pouvons l’utiliser sans en limiter l’usage ultérieur. Ainsi, les moulins à vent récupèrent-ils l’énergie éolienne et les centrales hydrauliques, la force de l’eau, sans que cette source d’énergie ne s’épuise ni ne détériore l’environnement. D’autres exemples encore ? L’architecture bioclimatique, les panneaux thermiques et les piles photovoltaïques puisent le maximum de l’énergie solaire. La biomasse, la méthanisation, la gazéification et les biocarburants utilisent le bois et certains résidus organiques. La géothermie convertit la chaleur de la Terre, et certaines turbines utilisent même l’énergie des vagues ou des marées. 76 MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 76 20/12/2010 16:31:34 20. SCIENCES APPLIQUÉES MODULE 3: PRODUCTION DE CHALEUR VOLUME 1 CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE 20 SCIENCES APPLIQUÉES 20.1 Frittage La technique du frittage consiste à chauffer un matériau poudreux à haute température pendant un bref laps de temps. Les particules situées à la surface ramollissent et se soudent entre elles pour former un matériau poreux. Exemples : les cokes, la poterie, le grès, certaines plaques métalliques. Ces dernières sont obtenues en comprimant une fine poudre métallique jusqu’à ce qu’elle forme un tout cohérent puis en l’introduisant dans un four pour la fritter. De tels matériaux frittés sont certes poreux, mais peuvent également être très solides, ce qui s’avère pratique pour les brûleurs. 20.2 Fonte La fonte est un alliage coulé de fer brut, carbone (2 à 4,5%), manganèse et silicium. Elle est préparée dans un cubilot en présence de coke et de chaux. Un maximum de 0,8% de phosphore et 0,1% de soufre sont admis dans la composition. Chaque fabricant a sa propre ‘recette’. L’’élasticité de la fonte est déterminée à l’aide du poids et du pourcentage de vieille fonte. 20.3 NOx De l’azote (N2) est présent dans le combustible et dans l’air comburant. Au moment de la combustion, l’azote se lie à l’oxygène (O2) pour former l’oxyde d’azote (NO). Rapidement, l’oxyde d’azote s’oxyde avec l’oxygène pour former du dioxyde d’azote (NO2) - un gaz très toxique. Le NOx est le nom générique pour qualifier la concentration en NO et en NO2. 20.4 CO Lorsque la combustion n’est pas complète, du monoxyde de carbone apparaît : il s’agit d’un gaz incolore, inodore et insipide, mais toxique. A trop forte concentration dans le sang, ce dernier ne capte plus l’oxygène et vous pouvez en mourir. 20.5 CO2 Le dioxyde de carbone est également un gaz incolore et inodore, mais il n’est pas toxique. Les plantes transforment le CO2 en O2 ; toutefois, les gaz de combustion des appareils de chauffage peuvent entraver ce processus. 20.6 Thermosiphon Ce système utilise le principe selon lequel un fluide chaud monte, créant ainsi une circulation naturelle dans un circuit de chauffage. 20.7 Bain-marie Un système de bain-marie assure le réchauffement indirect d’un liquide ; il n’entre pas en contact direct avec l’eau de la chambre de combustion de la chaudière. 20.8 Géothermie La récupération de la chaleur (thermie) dans le sol (géo). 20.9 Point de rosée Si nous refroidissons les produits de combustion au-dessous du point de rosée, la vapeur d’eau qu’ils contiennent se condensera en un fluide et la chaleur absorbée pendant l’évaporation sera libérée. La point de rosée du gaz naturel (58,6 °C) est supérieur à celui du fioul (47 °C). Cela signifie qu’en termes de vapeur d’eau, les produits de combustion se condenseront plus rapidement avec le gaz naturel qu’avec le fioul. MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 77 77 20/12/2010 16:31:34 MODULE 3: PRODUCTION DE CHALEUR VOLUME 1 CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE NOTES NOTES 78 MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 78 20/12/2010 16:31:34 NOTES MODULE 3: PRODUCTION DE CHALEUR VOLUME 1 CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE NOTES 79 MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 79 20/12/2010 16:31:34 MODULE 3: PRODUCTION DE CHALEUR VOLUME 1 CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE NOTES NOTES 80 MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 80 20/12/2010 16:31:34 NOTES MODULE 3: PRODUCTION DE CHALEUR VOLUME 1 CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE NOTES 81 MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 81 20/12/2010 16:31:34 MODULE 3: PRODUCTION DE CHALEUR VOLUME 1 CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE NOTES NOTES 82 MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 82 20/12/2010 16:31:37 Fonds de Formation professionnelle de la Construction rue Royale 132/5, 1000 Bruxelles t +32 2 210 03 33 • f +32 2 210 03 99 ffc.constructiv.be • [email protected] © Fonds de Formation professionnelle de la Construction, Bruxelles, 2010. Tous droits de reproduction, de traduction et d’adaptation, sous quelque forme que ce soit, réservés pour tous les pays. MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 83 83 20/12/2010 16:31:40 MANUELS MODULAIRES CHAUFFAGE CENTRAL • Les manuels disponibles • 1.1 Chauffage central: généralités et dessins techniques d’installations • 1.2 Tuyaux: matériaux, façonnage, joints et fixations • 2.1 Transport de chaleur: pose des canalisations • 2.2 Transport de chaleur: principe, protection et entretien de l’installation • 2.3 Emission thermique: corps de chauffe et accessoires • 3.1 Production de chaleur: chaudières de chauffage • 3.2 Production de chaleur: accessoires d’installation et instructions de montage Fonds de Formation professionnelle de la Construction MODULE 3_Warmteprod-deel1_Verwarmingsketels 2010-FR.indd 84 20/12/2010 16:31:43
* Your assessment is very important for improving the work of artificial intelligence, which forms the content of this project
advertisement
© 2021