Technologies de Chauffage

Transcription

Technologies de chauffage
Les différents types de systèmes
Formation à la Procédure d’Avis Énergétique
Sommaire
Production
z
z
z
z
z
Chauffages décentralisés
Chauffage central : chaudières à brûleur pulsé
Chauffage central : brûleur mazout
Chauffage central : chaudières gaz
Chauffage central : chaudières à condensation
Emission
Régulation
Comparaison
des rendements de production
(formule de Renaud)
2
Sommaire
Production
z
z
z
z
z
Emission
Régulation
Comparaison
(formule de Renaud)
3
Chauffage décentralisé : électrique
Chauffage direct
Radiateurs à infrarouges
Convecteurs de sol
Convecteurs
η = 100 %
(Comprend le η de production et de distribution, ne comprend pas
le η d’émission et de régulation)
4
Chauffage direct par le sol
5
Accumulation / action directe si vide
Accumulation demande de la masse -> appareils très
lourds
η = 95 % (Comprend le η de production et de distribution et
de régulation, ne comprend pas le η d’émission)
6
Chauffage décentralisé : Poêles

Bois / Charbon
Mazout
7
Convecteurs gaz
8
9
Convecteurs gaz
Convecteur avec chambre
Convecteur et son
raccordement à la cheminée de combustion étanche
Convecteur avec
convection forcée
(ventilateur)
10
Convecteurs gaz
Rendement utile (selon l’ARGB) de l’ordre de 78 .. 80 %
à pleine charge ;
Rendement qui chute à charge partielle pour atteindre 73
.. 75%, du fait d’un excès d’air trop important ;
(un convecteur travaille en moyenne sur la saison de
chauffe à moins de 30% de charge !) .
Veilleuse permanente sur chaque appareil ;

Avantage : pas de perte de distribution.
Le rendement saisonnier de production/distribution s’élève
donc en moyenne à 73 .. 80% (77% de moyenne).
(Comprend le η de production et de distribution, ne comprend pas
le η d’émission et de régulation)
11
Sommaire
Production
z
z
z
z
z
Emission
Régulation
Comparaison
(formule de Renaud)
12
1. Choix du
combustible ?
Fuel
Gaz
2. Type de brûleur
Atmosphéri
que
2. Type de brûleur
Atmosphéri
que
Pulsé
Pulsé
3. Régime de température ?
Haute
Basse
Condensati
température température
on
Haute
Basse
Condensati
on
Haute
Basse
Condensati
on
4. Prise d'air et rejet
des fumées ?
des fumées ?
des fumées ?
Non
étanche
Non
étanche
Non
étanche
Etanche
Etanche
Etanche
des fumées ?
des fumées ?
des fumées ?
Non
étanche
Non
étanche
Non
étanche
Etanche
des fumées ?
Non
Etanche
étanche
Etanche
Etanche
des fumées ?
des fumées ?
Non
étanche
Non
étanche
13
Etanche
Etanche
Chaudières à brûleur pulsé (fuel ou gaz)

Le brûleur est choisi
indépendamment de la chaudière ;

Chaudières dites à foyer pressurisé
(déplacement des fumées grâce à la
pression du ventilateur) ;

rendement de combustion
performant mais fonction du réglage
;

pertes à l’arrêt réduites
Chaudière à foyer pressurisé sans et
avec son brûleur
14
Sommaire
Production
z
z
z
z
z
Emission
Régulation
Comparaison
(formule de Renaud)
15
Rôle clapet d’air à
1. moteur, 2. boîte de contrôle,
3. transformateur, 4. électrodes,
5. ventilateur, 6. volute, 7. déflecteur,
8. gicleur, 9. réchauffeur, 10. cellule
photosensible, 11. électrovanne, 12. pompe
et régulateur de pression

ηcomb = 91 … 93%
ηannuel = 86 … 93 %
Brûleur :
z
z
z
z
Marque / type
Date de fabrication
Clapet d’air
Puissance
16
Rôle
z
A l’arrêt (2/3 du temps) :

z
du clapet d’air
éviter les pertes par balayage
En fonctionnement (1/3 du temps) :

réguler l’admission d’air dans la chambre de
combustion
17

Attestation de contrôle
z
z
z
z
z
Date
Rendement de combustion
(%)
l’émission de suie mesurée
(Bacharach)
Pression de la pompe (bar)
Débit du gicleur (gal/h)
18
Entretien / Fiche d’entretien
Chaudières fuel : labels
CE
Optimaz
Ancien logo
Optimaz
Nouveau logo
elite
20
Chaudières fuel : labels Optimaz ?
Performances
plus élevées que les exigences
légales
z
z
z
z
z
z
93% Optimaz (rendement de
combustion)
97.5% Optimaz Elite (eau à 50/30°C)
Pertes à l’arrêt max de 0.8%
Conformité d’émissions NOx et CO
Pertes max du ballon d’ECS: 0.43W/l
Qualité du service
21
Sommaire
Production
z
z
z
z
z
Emission
Régulation
Comparaison
(formule de Renaud)
22
Chauffage central : Chaudière Gaz
Grandes
caractéristiques des chaudières
gaz :
z
z
z
z
z
À brûleur pulsé
Atmosphériques
À chambre de combustion étanche
À condensation
Basse température
23
1. Choix du
combustible ?
Fuel
Gaz
2. Type de brûleur
Atmosphéri
que
2. Type de brûleur
Atmosphéri
que
Pulsé
Pulsé
Haute
Basse
Condensati
on
Haute
Basse
Condensati
on
Haute
Basse
Condensati
on
des fumées ?
des fumées ?
des fumées ?
Non
étanche
Non
étanche
Non
étanche
Etanche
Etanche
Etanche
des fumées ?
des fumées ?
des fumées ?
Non
étanche
Non
étanche
Non
étanche
Etanche
des fumées ?
Non
Etanche
étanche
Etanche
Etanche
des fumées ?
des fumées ?
Non
étanche
Non
étanche
24
Etanche
Etanche
Chaudières gaz atmosphériques
25
1.
Corps de chauffe (en fonte)
2.
Échangeur à ailettes profilées
3.
Isolation
4.
Bouclier thermique
5.
Buse de fumée avec coupetirage intégré
6.
Tableau de commande
7.
Jaquette
8.
Porte d'accès (pivotante)
9.
Collecteur de départ
10.
Collecteur de retour
11.
Brûleur à prémélange (bas
NOx)
12.
Rampe gaz
13.
Électrode d'allumage et sonde
d'ionisation
14.
Transfo d'allumage
15.
Connecteurs électriques
16.
Vanne gaz à 2 allures
17.
Vanne de vidange
26
Chaudières gaz à ventouse assistées par ventilateur
– rendement de combustion parfois
amélioré (meilleur contrôle de l’excès
d’air, intérêt d’un brûleur modulant et
d’un ventilateur modulant),
– pertes à l’arrêt réduites
– sécurité si prise d’air extérieure
27
Caractéristiques
z
z
La combustion se fait à la pression atmosphérique
Foyer ouvert sur l’ambiance (le plus souvent pour les
anciennes chaudières)
z
z
Brûleur = rampe gaz intégrée dans la chaudière
Pas de ventilateur sur le brûleur (parfois un ventilateur
d’évacuation des fumée)
z
Présence d’un coupe tirage (parfois visible sous la forme
conique)
z
z
Allumage par veilleuse (le plus souent pour les anciennes
chaudières). Parfois allumage électronique ;
Pas de mesure de combustion possible - pas de
réglage possible (réglage d’usine).
28
29
z
z
z
rendement de combustion parfois
médiocre (combustion avec
beaucoup d’excès d’air),
pertes à l’arrêt plus importantes
(foyer ouvert en permanence),
production d’NOx plus importante.
ηcomb = 88 … 91%
ηannuel = 80 … 91 %
30
Chauffage central : Chaudière Gaz
à
chambre étanche vs. chaudière
atmosphérique
31
Chaudières gaz : label

CE

AGB/BGV HR

HR + (« haut »
rendement)

HR TOP
(condensation)
32
Sommaire
Production
z
z
z
z
z
Emission
Régulation
Comparaison
(formule de Renaud)
33
1. Choix du
combustible ?
Fuel
Gaz
2. Type de brûleur
Atmosphéri
que
2. Type de brûleur
Atmosphéri
que
Pulsé
Pulsé
Haute
Basse
Condensati
on
Haute
Basse
Condensati
on
Haute
Basse
Condensati
on
des fumées ?
des fumées ?
des fumées ?
Non
étanche
Non
étanche
Non
étanche
Etanche
Etanche
Etanche
des fumées ?
des fumées ?
des fumées ?
Non
étanche
Non
étanche
Non
étanche
Etanche
des fumées ?
Non
Etanche
étanche
Etanche
Etanche
des fumées ?
des fumées ?
Non
étanche
Non
étanche
34
Etanche
Etanche
Chaudières gaz (fuel) à condensation

Principe :
z

refroidir les fumées jusqu’à récupérer la chaleur de
vaporisation de l’eau contenue dans les fumées
Gaz : CH4 + 2 O2 -> CO2 + 2 H2O
Intérêt
Autres : CxHy + n O2 -> x CO2 + y/2 H2O
z
rendement de combustion excellent
z
peu de pertes à l’arrêt
Gain énergétique :
z
8 .. 20% sur la consommation annuelle
fuel Optimaz … mauvaise gaz atmosphérique
ηcomb = 100 … 108%
ηannuel = 97 … 105 %
35
La condensation au fuel ?
z
Max. 6% d’énergie latente récupérable (10% pour le
gaz) -> remboursement du surcoût difficile (4>y/x);
Gaz : CH4 + 2 O2 -> CO2 + 2 H2O
Autres : CxHy + n O2 -> x CO2 + y/2 H2O
z
z
Condensats acides (production de H2SO4) -> besoin
chaudières encore plus résistantes et traitement
avant rejet (mélange de neutralisation avec des composants
basiques) ;
En général utilisation de fuel « extra » à 50 ppm de
souffre. Combustible plus cher ;
36
La condensation au fuel ?
Différence entre les combustibles
z
Point de rosée du fuel plus
faible (45 .. 48°C) ->
travailler avec des t° d’eau
encore plus faibles et
surdimensionner plus les
corps de chauffe.
37
Impératifs liés aux chaudières à condensation
z
Cheminée (simple paroi en acier inoxydable)
résistante à la corrosion
étanche à l’eau

z
Évacuation des condensats
à l’égout (une chaudière de 15 kW produit env. 0,85 lit. de
condensats par heure) ;
en matière plastique : pH entre 3,9 en 4,5 (sans
neutralisation si chaudière au gaz)

38
Acidité de l’eau condensée
pH
basique
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
acide
1
Ammoniaque
Machine à laver
Eau de mer
Eau courante
Eau distillée
Eau de pluie pure
Eau de pluie
vinaigre
Jus de fruit
Acide fort
Vlarem
Condensats gaz
Condensats mazout
0
39
1. Choix du
combustible ?
Fuel
Gaz
2. Type de brûleur
Atmosphéri
que
2. Type de brûleur
Atmosphéri
que
Pulsé
Pulsé
Haute
Basse
Condensati
on
Haute
Basse
Condensati
on
Haute
Basse
Condensati
on
des fumées ?
des fumées ?
des fumées ?
Non
étanche
Non
étanche
Non
étanche
Etanche
Etanche
Etanche
des fumées ?
des fumées ?
des fumées ?
Non
étanche
Non
étanche
Non
étanche
Etanche
des fumées ?
Non
Etanche
étanche
Etanche
Etanche
des fumées ?
des fumées ?
Non
étanche
Non
étanche
40
Etanche
Etanche
Chaudière basse température (gaz – fuel)
Chaudière pouvant travailler avec une basse température d’eau
Intérêt :
z
z
z
Diminuer les pertes à l’arrêt : surtout important avec les anciennes
chaudières (atmosphériques)
Protéger la chaudière dans le cas d’une régulation par thermostat (en
domestique)
Améliorer le rendement de combustion : non !
Et pourquoi vouloir éviter la condensation si on peut condenser ?
41
42
Conclusion :
z
On isole pour freiner l’échange !!
=> NON SENS
Technologie uniquement intéressante pour faire une
bonne régulation sans déteriorer la chaudière
z
z
Pas de sens en gaz, préférer la condensation
En application fuel pour protéger la chaudière
43
1. Choix du
combustible ?
Fuel
Gaz
2. Type de brûleur
Atmosphéri
que
2. Type de brûleur
Atmosphéri
que
Pulsé
Pulsé
Haute
Basse
Condensati
on
Haute
Basse
Condensati
on
Haute
Basse
Condensati
on
des fumées ?
des fumées ?
des fumées ?
Non
étanche
Non
étanche
Non
étanche
Etanche
Etanche
Etanche
des fumées ?
des fumées ?
des fumées ?
Non
étanche
Non
étanche
Non
étanche
Etanche
des fumées ?
Non
Etanche
étanche
Etanche
Etanche
des fumées ?
des fumées ?
Non
étanche
Non
étanche
44
Etanche
Etanche
1. Choix du
combustible ?
Fuel
Gaz
2. Type de brûleur
Atmosphéri
que
2. Type de brûleur
Atmosphéri
que
Pulsé
Pulsé
Haute
Basse
Condensati
on
Haute
Basse
Condensati
on
Haute
Basse
Condensati
on
des fumées ?
des fumées ?
des fumées ?
Non
étanche
Non
étanche
Non
étanche
Etanche
Etanche
Etanche
des fumées ?
des fumées ?
des fumées ?
Non
étanche
Non
étanche
Non
étanche
Etanche
des fumées ?
Non
Etanche
étanche
Etanche
Etanche
des fumées ?
des fumées ?
Non
étanche
Non
étanche
45
Etanche
Etanche
Sommaire
Production
z
z
z
z
z
Emission
Régulation
Comparaison
(formule de Renaud)
46
Emission de chaleur

Radiateurs
z
z
z
z

Chauffage par le sol, plafond ou mur
Systèmes convectifs
z
z

adossés à des murs extérieurs isolés
contre des murs extérieurs non isolés : avec ou sans feuille
réfléchissante
devant les fenêtres : c’est-à-dire superficie complète du
radiateur à hauteur de la partie vitrée de la fenêtre
contre des murs intérieurs
Convecteurs
Ventilo-convecteurs
Chauffage par air (si distribution par air)
47
Radiateur ou convecteur
Radiateurs
(conduction, convection, rayonnement)
Système convectif
(convection)
48
Sommaire
Production
z
z
z
z
z
Emission
Régulation
Comparaison
(formule de Renaud)
49
Systèmes de régulation

Chaudière maintenue sur aquastat, thermostat d’ambiance agissant sur le
circulateur

Avantages :
z
z

gestion de la température ambiante dans le local témoin, coupure nocturne facile
Economie de consommation du circulateur (environ 200 .. 300 kWh/an)
Inconvénients :
z
z
z
pertes à l’arrêt de la chaudière (faire varier l’aquastat manuellement, attention si pas
chaudière à basse température)
Choc thermique dans la chaudière (enclenchement sans débit)
Régulation par train d’eau chaude
50

Thermostat d’ambiance agissant sur le brûleur, circulateur en fonctionnement
permanent, aquastat = aquastat de sécurité

Avantages :
z
z
z

Fonctionnement en température variable de la chaudière (fonction de son inertie)
Relance à pleine puissance
Inconvénients :
z
z
consommation du circulateur
Condensation dans les chaudières non basse température
51

Thermostat d’ambiance agissant sur le brûleur et le circulateur (avec
temporisation), aquastat = aquastat de sécurité

Avantages :

z
z
z
Relance à pleine puissance
z
Consommation réduite du circulateur
Inconvénients :
z
Condensation dans les chaudières non basse température)
52

Température de chaudière commandée par régulateur climatique et sonde
extérieure

Avantages :

z
z
Solution en absence de local témoin
Inconvénients :
z
choix de l’emplacement de la sonde extérieure (maison peu inerte, séjour au sud, …)
z
Difficulté du réglage
z
Type d’intermittence
z
Peu adaptée aux bâtiments fort isolés
53
Courbe de chauffe

Unique pour un bâtiment

Dépend :

z
De l’isolation du bâtiment
z
De la surpuissance des radiateurs
z
Des températures de consigne
Définie par:
z
Sa pente
z
Son déplacement parallèle
Remarque : sonde -> endroit représentatif des conditions les plus exigeantes
54
Courbe de chauffe
55
Réglage du régulateur climatique

Pas par le chauffagiste

Pas au hasard en fonction des plaintes

Par une personne vivant dans le bâtiment et tenant un historique des
réglages
56
Intérêt d’une sonde extérieure ?
Fonctionnement
en température glissante ;
=> Réduit la température moyenne de la
chaudière sur la saison de chauffe ;
=> Améliore le rendement de l’installation ;
=> Favorise la condensation (le cas échéant).
57
Intérêt d’une gestion centralisée de la chaudière en plus de la régulation
locale ?
Fonctionnement
en température glissante ;
=> Réduit la température moyenne de la
chaudière sur la saison de chauffe ;
=> Améliore le rendement de l’installation ;
=> Favorise la condensation (le cas échéant).
Améliore
le fonctionnement de la régulation
locale (vannes thermostatiques).
58
Les vannes thermostatiques peuvent-elles fonctionner correctement si la
température de l’eau est trop élevée ?
1. bulbe thermostatique 2. poignée de réglage 3. tige de
transmission 4. ressort de rappel 5. clapet de réglage
59
Vannes thermostatiques ?

Où est-il surtout important de placer des VT ?
z

Ne pas en mettre où il y a le thermostat d’ambiance
Pourquoi ne pas réguler qu’avec des vannes thermostatiques ?
z
z
z
z
Fonctionnent mal si la température de l’eau est trop
élevée (pompage, sifflement),
Ne permettent pas d’intermittence automatisée ;
Ne limitent la chaleur que dans les locaux profitant
d’apports gratuits plus importants ou demandant une
température de consigne moindre ;
Ne permettent pas de limiter les pertes des
chaudières et des circuits de distribution.
60
Sommaire
Production
z
z
z
z
z
Emission
Régulation
Comparaison
(formule de Renaud)
61
Rendement de production
Rendement
z
z
z
z
z
z
z
de production : formule de Renaud
Type de chaudière/brûleur
Isolation chaudière/brûleur
Rendement de combustion : fonction de l’âge et du
type de chaudière
Pertes à l’arrêt : fonction de l’âge et du type de
chaudière
Température chaudière
Température chaufferie
Temps de fonctionnement annuel
62
Formule de Renaud
η p,1,réel

ηro : rendement instantané (mesuré)
α : coefficient de pertes à l’arrêt
Θ = Tw – To avec
z
z

⎛
⎜
⎛
⎞
⎛
⎞
Θ
1000 − Θ
b
α
⎟⋅⎜
⎟⋅⎜
= (ηro − α / 100) ⋅ ⎜⎜1 +
⋅
⎟ ⎜ 1000 − Θ ⎟ ⎜
α
Θ
Θ
100
⎝
nom ⎠ ⎝
nom ⎠
b
+
⋅
⎜
100 Θnom
⎝
1
2
3
Tw
: température moyenne de la chaudière pendant la
saison de chauffe (°C)
To
: température moyenne de la chaufferie pendant la
saison de chauffe (°C)
4
: charge annuelle de la chaudière
b
nom
: paramètre dans les conditions nominales
(Tw=70°C; To=20°C)
⎞
⎟
⎟
⎟
⎟
⎠
63
ηro
= rendement instantané
= rendement mesuré
= rendement sur la fiche
64
Aperçu de la formule

Nombreux paramètres
Rendement instantané
initialement important
Forte augmentation des
pertes à l’arrêt avec des
charges faibles
Coefficient de pertes à
l’arrêt significatif
Profil différent pour chaque
type de chaudière
...
65
Effets de la régulation de la chaudière sur le rendement

La régulation permet de diminuer la température
moyenne de l’eau pendant la saison de chauffe ;
Les chaudières présentant des pertes à l’arrêt
importantes sont pénalisées par le surdimensionnement
et la mauvaise régulation ;
La condensation a un effet important sur le rendement;
Influence importante des brûleurs modulants : ils
permettent d’augmenter la charge annuelle de la
chaudière ce qui en augmente le rendement (puissance
moyenne du brûleur plus faible). Les brûleurs modulants
ne sont pas représentés dans les figures suivantes.
66
Régulation de la chaudière avec un aquastat
Pertes à l’arrêt de 0,5
à4%
100,0%
95,0%
90,0%
85,0%
80,0%
75,0%
70,0%
65,0%
60,0%
0%
5%
10%
15%
20%
25%
30%
Charge annuelle de la chaudière
67
Régulation de la chaudière avec un thermostat
à4%
100,0%
95,0%
90,0%
85,0%
80,0%
75,0%
70,0%
65,0%
60,0%
0%
5%
10%
15%
20%
25%
30%
68
Régulation de la chaudière avec une sonde de température extérieure
à4%
100,0%
95,0%
90,0%
85,0%
80,0%
75,0%
70,0%
65,0%
60,0%
0%
5%
10%
15%
20%
25%
30%
69
L’effet de la condensation
110,0%
105,0%
100,0%
95,0%
90,0%
85,0%
80,0%
75,0%
70,0%
65,0%
60,0%
0%
5%
10%
15%
20%
25%
30%
70
Chaudières gaz à condensation
Influence sur le rendement thermique
Pertes de
chaleur latente
11%
11%
5% PCS
PCI
Chaleur
utile
88%
92%
Pertes de
chaleur
sensible
12%
8%
Chaudière
traditionelle
Chaudière
HR
104%
2%
Chaudière à
condensation
HR TOP
71
Comparaison des chaudières
rendement de combustion
pertes à l'arrêt
rendement saisonnier
consommation (equ l fuel)*
de
à
de
à
de
à
de
à
Chaudière gaz atmosphérique
88%
91%
0,50%
1,50%
80%
91%
2198
2500
Chaudière fuel
91%
93%
0,25%
0,80%
86%
93%
2151
2326
Chaudière gaz à condensation
100%
108%
0,25%
0,50%
97%
105%
1905
2062
mauvais échangeur
régulation en température
constante
Bon échangeur
régulation en
température glissante
*pour un besoin énergétique de 20 000 kWh/an
72
Performance des chaudières

Classement des types de chaudières
z
Chaudières gaz non condensantes (sur sol ou murales) :

atmosphériques avec évacuation par cheminée
évacuation par ventouse, assistée par ventilateur
z
Chaudières fuel à brûleur pulsé
z
Chaudières gaz (fuel) à condensation
Rendements annuels correspondants :
z
z
z
Chaudières gaz non condensantes : 80 .. 91 %
Chaudières fuel à brûleur pulsé :
86 .. 93 %
Chaudières gaz à condensation:
97 .. 105 %
mauvais échangeur
régulation en température
constante
Bon échangeur
régulation en
température glissante
73
La version originale de cette présentation a été développée en mai
2007 pour le compte de la Région wallonne par le consortium
CSTC, ICEDD, UCL, VITO.
74