La production de chaleur

2010/2011
4 - GC
La production de chaleur
La combustion
Les générateurs de chaleur
Les gé
générateurs de chaleur
Il existe plusieurs types de générateurs de chaleur :
- générateurs décentralisés
ex : poêle à bois, cheminée
- générateurs centralisés individuels
ex : chaudière P < 70 kW = prod°d’eau chaude (T<90° C)
- générateurs centralisés collectifs
ex : chaudière P > 70 kW = prod°d’eau chaude (T<11 0°C)
= prod°d’eau surchauffée (T>110°C)
ex : échangeurs de chaleur sur un réseau de vapeur (T>140°C)
(CPCU : Compagnie Parisienne de Chauffage Urbain)
RANGUEIL
Ensemble Scientifique de Toulouse Rangueil
Réseau de Chaleur
Passage sous le pont
LAAS,
ENAC,
SupAéro,
Resto CNRS
• 170 ha de site
• 10 km de
caniveau de
chauffage
(réseau à 180°C)
Les chaudiè
chaudières
Rôle de la chaudière : transmettre à l’eau la chaleur libérée
par une combustion
Fumées
Thermostat
Soupape
Eau «chaude»
(départ)
∆Teau
Eau «froide»
(retour)
Air
Combustible
Isolation
(chaudière)
Brûleur
Les chaudiè
chaudières
- rendement de chaudière
• c’est le rendement de l’appareil
(100 %)
η Chaudière
Q Chaudière
=
& gaz .PCi
m
avec :
& eau.Cp.∆ Teau
Qchaudière = m
Les chaudiè
chaudières
Différents types de chaudières
Chaudière traditionnelle
- Gamme de températures : départ T<95°C et retour T >55°C
- Rendements : de l’ordre de 92% - mini regl.: 88 %- Avantage : technologie « simple »
Chaudière à basse température
- Gamme de températures : départ T<95°C et retour T ≈ 35/50°C
- Rendements : jusqu’à 95% - mini regl.: 90 %- Avantage : limite les pertes de chaleur (chaudière, «en ligne»)
Chaudière à condensation
- Gamme de températures : départ T<95°C et retour T ≈ 30 °C
- Rendements : jusqu’à 110% - mini regl.: 92 %- Avantage : économies d’énergie importantes
Echangeur à ailettes
Echangeur tubulaire
ECHANGEUR
BRULEUR
Les chaudiè
chaudières
Schéma de principe d’une chaudière à condensation
Les brûleurs (gaz)
Rôle du brûleur : mélanger l’air (comburant) et le gaz
(combustible) puis assurer une bonne combustion
Ventilateur
Pressostats mini. air
(allure 1, allure 2)
Surface d’accroche
Electrodes
(ionisation, allumage)
Electrovannes
(allure 1, allure 2)
Electrovanne de sécurité
Régulateur de pression
Volet d ’air
Pressostat mini. gaz
Circuit gaz
Les brûleurs (gaz)
Réglage d’alimentation en air manuel
Surfaces d’accroche de la flamme
Déflecteur
Rampe
Chaudières et brûleurs (gaz)
Chaudières et brûleurs (gaz) : comment choisir ?
Chaudière traditionnelle avec une puissance < à 70kW :
- brûleur « atmosphérique » (=pas de ventilateur)
Chaudière traditionnelle avec une puissance > à 70kW :
- brûleur à « air soufflé » (=avec ventilateur)
• au-dessous de 150 kW, de type «tout ou rien»
• au-delà de 150 kW, de type «2 allures»
• au-delà de 1000 kW, de type «modulant»
Chaudière à condensation :
- brûleur à «air soufflé» modulant dans une grande plage
(10% à 100%) = avec adaptation automatique de l’air
Les brûleurs (gaz)
Remarque : Brûleur à « faible NOx »
Ce type de brûleur vise à diminuer les émissions polluantes
(imbrûlés,CO, NOx) grâce à un recyclage des gaz de
combustion dans la tête du brûleur (en général : par induction).
La réduction peut atteindre 20% à 50% d’émission de NOx
mais : consomme un peu plus d’énergie
niveau sonore augmente
il y a encrassement des électrodes d’allumage
Rque : NOx = recombinaison de N2 avec O2
Facteurs influents :
- température de flamme élevée (> 1200°C)
- excès d’air important
- temps de séjour de N2 près de la flamme
- concentration importante en N2
Les chaudiè
chaudières (bois)
Fumées
Echang
Bûches
Plaquettes
Granulés
Bois
Foyer
Doc. Energie Systeme
Air
Cendres
Les chaudiè
chaudières (bois)
Doc. Deville
Les chaudiè
chaudières (bois)
Doc. Ademe
Légende
1– Silo d’alimentation
8– Collecteur de cendres
2– Chaîne de transfert du bois
9– Echangeurs
3– Vis d’alimentation automatique 10– Vis de décendrage automatique
4/5– Ventilateurs
11– Container à cendres
6/7– Chambre de combustion
12– Armoire de régulation
Les chaudiè
chaudières (bois)
Chaufferies indust.
Chaufferies collectives
Logistique
d’approvisionnement
Chaufferies
- industrielles :
500 (700 MW)
- collectives :
1500 (650 MW)
Doc ADEME
2005
Les pompes à chaleur
• le plus courant = Ch. individuel (P < 30 kW)
• sur le marché : Pmaxi = 110 kW
Doc. DeDietrich
Les pompes à chaleur
• le cycle thermodynamique
Géothermie de surface
= PAC sol/eau (60cm)
Définition du COP :
(coefficient de performances)
COP =
Energie récupérée
Energie consommée
Doc. Sofath
Les pompes à chaleur
Géothermie profonde
= puits profonds (1000 m)
Eau
froide
www.energies-renouvelables.org
Eau
chaude
Doc. BRGM
Le solaire « thermique »
Capteur
Eau chaude
Chauffage
Eau froide
Le solaire « thermique »
Parc solaire
en 2008 (MWth)
Parc solaire
installé durant
2008 (MWth)
Mémo :
Parc solaire en 2005
= 12087 MWth
Les chaudiè
chaudières
Chaudières : comment choisir…
- Quelle puissance installer ?
* combattre les déperditions des bâtiments + les déperditions
« en ligne » entre les bâtiments (en général, faibles)
* assurer un démarrage « réactif » de l’installation, vieillissement
= on admet un surdimensionnement (maxi.15%)
- Combien de chaudières faut-il prévoir?
Dans le collectif, on essaie d’assurer une production minimale
de 2/3 des besoins en toutes circonstances
= souvent, on installe 2 ou 3 chaudières pour palier à une
panne ou à l’entretien des chaudières
= ces chaudières sont généralement de même puissance
pour permettre des rotations
Les chaudiè
chaudières
Chaudières : comment choisir…
- Quel type de chaudières installer ?
Critères multiples : type d’émetteurs, type de site, coût, aides
de l’Etat, réglementation environnementale, volonté du maître
d’œuvre …
- Faut-il prévoir un système d’appoint ?
L’installation de générateurs de chaudière du type : Ch. Bois,
PAC, Solaire… se fait généralement en « doublon » avec un
complément de chauffage (chaudière, ballon électrique) :
= complémentarité des combustibles
Les chaufferies (P > 70kW)
Objectifs : sécurité + répartition des responsabilités
: hygiène, confort, économies d’énergie, environnement
Réglementation (DTU 65-4 + décrets, arrêtés)
Local spécifique
Rendements de chaudières
Distribution
de chaleur
Evacuation des
fumées & pollution
Ventilation
Combustible
Encombrement & accès
Ex: arrêté 23/06/78