Les combustibles bois

Transcription

La forêt française
1
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Accroissement de 40 000 ha/an
Séquestration de 65 millions de tonnes de CO2 par an
Production brute annuelle (2008) : 101,1 millions de m3/an
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Sources : IFN, ONF
Energies vertes du Bourbonnais
Chap. 1 : les combustibles bois
Bois énergie dans l’habitat
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Évolution du marché des appareils de chauffage au bois
La bûche
Utilisation de préférence bien sèche (séchée pendant 18 à 24
mois pour atteindre un taux d’humidité de 20% maximum)
La qualité dépend de son origine (forêt ou bocage)
Conditionnement en rondins ou en quartiers de 25, 33, 50 cm
L’unité de mesure utilisée est le stère (bûches empilées de
façon à constituer un cube d’1 mètre de côté)
La briquette
Fabrication à l’aide d’une presse à partir de copeaux et de
sciure naturelle
Pouvoir calorifique très élevé (> 4,6 kWh/kg)
Hygrométrie entre 8 et 10%
Présentation sous la forme d’un cylindre ou d’un rectangle de
10 cm de diamètre et de 20 à 30 cm de longueur
Source : Observ'ER
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6
Le bois déchiqueté
Autres combustibles
Obtenus à partir du déchiquetage d’arbres, de branches, de bocage ou
de sous produits de l’industrie du bois
Granulométrie : 3 x 2 x 0,5 cm
L’unité de mesure est le mètre cube apparent de bois (MAP – Mètre
cube Apparent Plaquette)
Miscanthus
Le granulé
Blé
Graine de colza
Triticale
Fabrication à base de sciure de bois naturelle compressée
Combustible très dense
Pouvoir calorifique très élevé (> 4,6 kWh/kg)
Présentation sous la forme d’un cylindre de 6 mm de diamètre et
d’une longueur moyenne de 2cm
Livraison en sac conditionné, en vrac ou en big bag
Chaudière
polycombustible
Orge
Granulé de lin
Prix des énergies (à titre indicatif)
Prix en centimes euros TTC/kWh
7
8
Plaquettes
97€
97€/Tonne
8
Équivalence énergétique
2,7 c€ TTC/kWh
Bois bûche
7
60 €/stère bûches 50cm
2,9 c€ TTC/kWh
Granulés
6
4,8 c€ TTC/kWh
Vrac 240€
240€/tonne
Granulés
5
6,0 c€ TTC/kWh
En sac 300€
300€/tonne
Gaz naturel
4
Tarif B1 23260 kWh PCS/an
6,4 c€ TTC/kWh
Fioul domestique
1 STERE
1,5 MAP
1/3 TONNE
Livraison de 2000 à 5000 litres
3
6,6 c€ TTC/kWh
Électricité
2
150 litres de fioul
1
11,8 c€ TTC/kWh
34890 kWh/an et citerne louée
0
2
4
6
Prix (c€/kWh)
Sources : ADEME et www.statistiques.equipement.gouv.fr
12,3 c€ TTC/kWh
13000 kWh/an dont 5000 en heures creuses 12 kVA
Propane en citerne
8
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base de données PEGASE (sept 2010)
Approvisionnement du combustible
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Fabrication de bûches à l’aide d’une fendeuse
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Fabrication de bûches à l’aide d’une scie fendeuse
Source : sp-fendeuse
Source : sp-fendeuse
Source : Pezzolato
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Fabrication des plaquettes bois à l’aide d’un broyeur bois
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Plaquettes
1. Plaquettes forestières :
La plaquette est fabriquée par le déchiquetage des
sous-produits de bois. Elle est achetée à la MAP
(Mètre cube Apparent Plaquette) ou à la tonne.
Sa granulométrie moyenne est de 3x2x1cm.
Ce combustible est très répandu dans les
chaufferies automatiques actuelles.
Sa granulométrie peut varier en fonction du
Le déchiquetage permet également d’utiliser
déchiqueteur et du style de déchiquetage.
On distingue deux types :
les petits branchages qui sont d’habitude
brûlés à l’air libre ou laissés sur place
– Utilisation domestique : La plaquette doit être de petit calibre (2X2X0.5 cm) et son
hygrométrie ne devra pas dépasser 25% afin de pourvoir assurer un bon fonctionnement
de la chaudière
– Utilisation industrielle : chaufferies de moyenne et grosse puissance, voir directement
avec le constructeur de la chaudière pour le calibre et l’hygrométrie adéquats
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Afin d’obtenir une humidité inférieure 30% sur poids brut,
deux modes de déchiquetage sont pratiqués :
Déchiquetage à « sec »
Les branches et perches sont laissées sécher pendant au moins 18
mois à l’air libre avant de les déchiqueter
Déchiquetage en « vert »
Les branches et perches sont déchiquetées immédiatement
après les opérations d’éclaircie et stockées dans des hangars
bien aérés
Séchage à l’air libre
18 mois minimum
Déchiquetage
Plaquettes à environ
30% d’humidité
Le séchage est effectué par fermentation des plaquettes (température
pouvant atteindre 70°C au cœur du tas)
Séchage en 3 à 6 mois
Humidité 40 à 50%
Déchiquetage
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Plaquettes
2. Plaquettes industrielles :
Issues
des produits connexes de l’industrie du bois (1ère et 2ème
transformation), composées de dosses, délignures, chutes de bois non
traité qui sont broyées et séchées sous abri ventilé pendant 3 à 6 mois,
puis calibrées
Livraison
La livraison des plaquettes est effectuée par :
camion à benne basculante ou à fond mouvant de 30 ou 90 m3 pour
les chaufferies de grande puissance
tracteur agricole pour les petites chaufferies (à partir de 15 m3)
Stockage 3 à 6 mois
Humidité < 30%
Stockage 3 à 6 mois
Humidité < 30%
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Les différentes chaînes d’approvisionnement en plaquettes
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Facturation :
Au MAP :
La chaîne d’approvisionnement direct (flux tendu)
Destiné aux
installations
de grosse puissance !
(humidité > 50%)
permet de mesurer sans pesée : une benne de 25 m3 = 25 MAP
varie peu en fonction de l’humidité : le client qui reçoit une livraison humide
est moins pénalisé que s’il est facturé à la tonne
nécessite de s’assurer que l’humidité reste dans les fourchettes prévues
bien adapté aux chaufferies rurales de petite puissance
Vérifier l’essence des plaquettes livrées !!!
La chaîne d’approvisionnement indirect (filière sèche)
A la tonne :
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nécessite une pesée
varie beaucoup en fonction de l’humidité
nécessite absolument de s’assurer que l’humidité reste dans les
fourchettes prévues
adaptée aux chaufferies de taille moyenne
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Schéma de principe de la fabrication des granulés
Livraison : il existe deux modes de
livraison
En vrac :
La livraison est effectuée par camion souffleur
Le camion est compartimenté (généralement 3
tonnes par compartiment), d’où la nécessité
d’une commande à nombre entier de
compartiments pour éviter le pesage du reste
du compartiment après livraison (surcoût)
S’assurer de l’accessibilité du silo pour effectuer
la livraison : longueur du tuyau
(20 à 30 mètres - selon livreur)
Remarque : La qualité du granulé est inversement proportionnelle aux
longueurs de transfert
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Sacs conditionnés :
Les granulés sont conditionnés dans des sacs
de 10 ou 15 kg
Livraison moins contraignante pour la voirie
nécessitant néanmoins de la manutention
Commande variable selon le besoin (prix!)
définir ensemble le combustible adapté à cette chaudière
solution de livraison adaptée au site et à la consommation
contrat complet et précis
combustible aux caractéristiques constantes
assurer la continuité de l’approvisionnement
respect des horaires de livraison
respect de la propreté du site
tenir compte de la satisfaction du client
(d’après le Référentiel AFAQ Service Confiance® Rhône-Alpes)
Peu de transfert mécanique, le granulé reste
stable
Facturation :
La facturation d’une livraison de granulés est
effectuée à la tonne pour une livraison
en vrac et au sac pour une livraison
conditionnée
Garantie du produit livré
Garantie d’information
Garantie du confort et de la sécurité
NF GRANULES biocombustibles
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Pour les granulés de bois :
BOIS HAUTE PERFORMANCE : pour tout poêle et toute chaudière automatique à granulés
de bois
BOIS STANDARD : pour certains poêles et certaines chaudières automatiques à granulés de
bois, selon les spécifications du fabricant de chaudières
BOIS INDUSTRIEL : pour chaufferies automatiques à granulés de bois collectives ou
industrielles selon les spécifications du fabricant de chaudières
Pour les granulés d'origine agricole :
AGRO HAUTE PERFORMANCE : pour chaudières poly-combustibles domestiques et
automatiques
AGRO INDUSTRIEL : pour chaudières automatiques à biomasse et à grille mobile selon les
spécifications du fabricant de chaudières
Caractéristiques certifiées :
Les dimensions
Le pouvoir calorifique inférieur (PCI) et l’humidité
Le taux de fines
Le taux de cendre
La résistance mécanique
La masse volumique apparente
Les teneurs en souffre, chlore et azote
Granulés de
bonne qualité
Les certifications
L’ADEME en partenariat avec le FCBA et l’AFNOR a créé la
marque NF Bois de chauffage. Le but est de garantir aux
utilisateurs de bois de chauffage un combustible de qualité et
une pérennité dans l’approvisionnement
Les entreprises certifiées s’engagent et garantissent 3
caractéristiques essentielles :
Granulés de
mauvaise qualité
Les certifications
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Les engagements nécessaires de l’approvisionneur,
du point de vue du client :
Il n’y a pas que le combustible!
La qualité c’est aussi :
Les certifications
Les certifications
NF GRANULES biocombustibles
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Les certifications O-Norm (Autrichienne)
DIN et DIN PLUS (Allemandes)
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Caractéristiques
AGRO HAUTE
HAUTE
INDUSTRIE
STANDARD
PERFORMANC
PERFORMANCE
L
E
AGRO
INDUSTRIEL
Herbacée
Herbacée
et/ou fruitière et/ou fruitière
Origine
Ligneuse
Longueur (mm)
3,15 à 5xD²
3,15 à 5xD²
3,15 à 5xD²
Diamètre (mm)
6
6à9
6 à 16
6à8
6 à 16
Masse volumique
apparente (kg/m3)
≥650
≥650
≥650
≥650
≥650
Ligneuse
Ligneuse
3,15 à 5xD² 3,15 à 5xD²
Taux humidité
≤10%
≤10%
≤15%
≤11%
≤15%
Taux de cendres
≤0,7%
≤1,5%
≤3%
≤5%
≤7%
PCI (KWh/kg)
≥4,6
≥4,6
≥4,3
≥4,4
≥4,1
Taux de fines (%
en masse, <
3,15mm)
≤1%
≤2%
≤3%
≤2%
≤3%
3
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Assurer la qualité de l’approvisionnement
:
la qualité du combustible :
normes en préparation, ou chartes
volontaires
à inclure dans le contrat
d’approvisionnement
la qualité du service :
référentiel AFAQ :
encore limité à la Région Rhône-Alpes
charte volontaire à définir
à inclure dans le contrat
d’approvisionnement
3
3
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Contractualiser l’approvisionnement :
Principaux points figurant dans un contrat
d’approvisionnement :
durée du contrat
nature du combustible : bois propre, exempt de tout corps étranger
humidité : moyenne et maximum
granulométrie : moyenne et maximum (éventuellement % maxi de fines et de gros bouts
pour les plaquettes)
méthode de mesure de la quantité (poids, volume?)
garantie d’approvisionnement
délais et horaires de livraison
type de camions acceptés
prix du combustible ; formule et modalités de révision du prix
définition des moyens de vérification et des pénalités en cas de non respect du contrat,
notamment pour les caractéristiques du combustible
Composition chimique du bois
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Composition chimique du bois
Le bois est un édifice moléculaire chimique complexe
possédant une forte teneur en matières volatiles
Il produit :
Matières minérales 1%
Charbons de bois
85% de matières volatiles (67% de son énergie)
14% de charbon de bois (33% de son énergie)
1% de cendre
La composition chimique élémentaire des différentes essences de bois à
l’état anhydre (bois complètement sec) est approximativement la même :
Carbone
Oxygène
Hydrogène
Azote
Cendres
Matières volatiles
49 %
44 %
6%
0,3 %
0,7 %
Rapport de masse
Masse volumique
La masse volumique est la masse de combustible en kilogramme
par unité de volume (m3) à une température de 15°C
En pratique, l’unité de mesure la plus utilisée est le volume
apparent communément appelé le STERE
C’est l’équivalent d’un cube de bûches d’1 mètre d’arête
1m
1m
1 STERE
Il n’occupe plus que
0,8 m3 si les bûches
sont coupées en 2
Rapport énergétique
Masse volumique
31
Rapport de masse et d’énergie
des composants solides et volatiles du bois
30
… et plus que 0,7 m3
si les bûches sont
recoupées en 3
32
Valeur massique d’un STERE m3 de bois en fonction de l’essence
avec une hygrométrie d’environ 20 à 25%
Bouleau :
320 à 380 kg/stère m3 (moyenne 350 kg)
Hêtre – Frêne :
Chêne :
Charme :
Sapin – Epicéa :
Pins :
400 kg/stère m3
310 kg/stère m3
Taux d’humidité
33
Taux d’humidité
L’utilisation d’un bois humide supérieur à 20 % sur brut est
fortement déconseillée pour le chauffage au bois
Le bois est une fibre anhydre (éponge) dont la teneur en eau
sur brut est de l’ordre de 50 à 80%
L’humidité fait varier le pouvoir calorifique et la qualité de la
combustion
On définit cette teneur en eau d’après :
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Evolution de l’humidité en fonction du temps de séchage et
des conditions de stockage
Humidité sur brut (bois humide)
H=
masse d'eau
masse brute de bois
Au bout de 6 mois de séchage, les
quartiers de 33 cm stockés sous
abri sont déjà à 25% d’humidité
L’humidité sur brut est la valeur utilisée dans le bois de chauffage
Il faut 18 mois en moyenne pour
atteindre 20% d’humidité
Source CTBA
Temps de séchage en mois
Séchage du bois
35
Façonnage du bois
Le séchage naturel, c’est-à-dire à l’air libre, est la façon la plus simple
pour sécher le bois. Le vent, le soleil sont les meilleurs alliés.
Il ne faut jamais stocker du bois sous des bâches en polyane,
nylon ou dans un local non ventilé.
Quelques prescriptions élémentaires sont à respecter :
36
Pour obtenir les meilleures performances avec un appareil de
chauffage au bois bûches, il est primordial que celles-ci soient
correctement façonnées (quartiers de 33 cm)
Chargement grossier
Le bois doit être stocké dans un endroit ventilé
Le bois doit être fendu
(plus de surface d’évaporation)
Le bois doit être façonné à la longueur
d’utilisation
Le bois doit attendre au minimum 18 mois
avant son utilisation
L’hygrométrie du bois se mesure avec un hygromètre à bois
au coeur de la bûche
2 FOYERS DE
CHAUDIERE
IDENTIQUES
Mauvaise combustion
Mauvaise autonomie
Formation de voûtes dans le foyer
Chargement calibré en
quartiers de 33 cm
Très bonne combustion
Très bonne autonomie
Pas de voûte dans le foyer
Pouvoir calorifique
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Pouvoir calorifique
Le pouvoir calorifique du bois varie peu suivant les différentes essences
En revanche, il varie dans de fortes proportions suivant son hygrométrie
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Pouvoir calorifique inférieur (PCI) de différents combustibles
Le pouvoir calorifique peut être défini suivant 2 notions :
Energie récupérée par la
condensation de la vapeur
d’eau (chaleur latente)
PCI
PCS = Energie récupérée par la combustion + eau
Le pouvoir calorifique inférieur (PCI) se calcule en déduisant du PCS la
chaleur de vaporisation de l’eau formée au cours de la combustion et
éventuellement de l’eau contenue dans le combustible
Energie perdue par
l’évaporation de l’eau
PCI
POUVOIR
CALORIFIQUE
DENSITE
HYGROMETRIE
Fioul domestique
10 kWh pci/litre
845 kg/m3
-
Gaz naturel
10 kWh pci/m3
0,74 kg/m3
-
Propane
12,8 kWh pci/kg
2,04 kg/m3
-
Bois bûches
3,8 kWh pci/kg
400
kg/stère/m3
20%
Plaquettes
3,5 kWh pci/kg
260 kg/m3
25%
Granulés de bois
4,6 kWh pci/kg
650 kg/m3
10%
COMBUSTIBLES
Le pouvoir calorifique supérieur (PCS) est la quantité d’énergie qui
serait dégagée par la combustion complète du bois
Energie récupérée par la combustion
Pouvoir calorifique
39
Pouvoir calorifique
Pouvoir calorifique inférieur (PCI) de différentes essences
Essences
Chêne
Hêtre
Charme
Bouleau
Aulne
Orme
Erable
Frêne
Peuplier
Châtaignier
Cerisier
Sapin
Pin
Mélèze
État anhydre
(Humidité=0%)
kWh/kg
4,93
4,87
4,95
5,24
4,99
5,13
4,86
4,94
4,80
5,23
4,95
5,37
5,32
5,19
État brut
(humidité=20
%) kWh/kg
3,82
3,78
3,84
4,07
3,87
3,98
3,77
3,83
3,72
4,06
3,84
4,18
4,14
4,03
40
Variation du pouvoir calorifique inférieur (PCI) en fonction de
l’humidité sur brut
Calcul PCI d’une essence de bois
PCI =
PCI0 x (100 – Hpb)
100
- 0,006 x Hpb
PCI0= Pouvoir calorifique à l’état anhydre
Hpb= Hygrométrie mesurée du bois
Combustion du bois
1
Combustion du bois
2
Inflammabilité du bois
2
Température de combustion
En raison de sa forte teneur en gaz, le bois est le combustible solide
naturel qui s’enflamme le plus facilement, c’est-à-dire à la plus basse
température
Le bois anhydre s’enflamme vers 275°C, mais pour des bois non
desséchés, cette température varie suivant les essences et suivant la
teneur en eau; elle est en moyenne de 300°C contre 500 à 800°C pour
la houille et 600 à 800°C pour l’anthracite
On admet que la température maximale de combustion de bois
desséché est de l’ordre de 1800°C. Elle diminue à mesure que la
teneur en eau du bois augmente; dans le cas d’un bois 20%
d’humidité, elle est de l’ordre de 1000 à 1200°C
Chap. 2 : Combustion du bois
Combustion du bois
Combustion du bois
3
4
Résidus de combustion :
Le bois brûle en donnant comme résidus :
Les cendres
Elles sont constituées essentiellement de matières minérales
telles que :
Séchage
Pyrolyse
Oxydation
Evaporation
de l’eau
contenue
dans le bois
Les composés gazeux du
bois sont libérés et il se
forme du charbon de
bois
C’est le processus de combustion.
Ce sont les gaz dégagés par la
pyrolyse et le charbon de bois qui
brûlent, produisant de l’énergie
1
0
200
400
600
800
Température (°C)
Des cendres
Des fumées
1000
1200
Chaux
Potasse
Silice
Magnésie
Acide phosphorique
Elles sont incombustibles
La quantité de résidus est très variable en fonction de la
qualité de la combustion. Une bonne combustion produira
environ 1 à 2% de cendres
Combustion du bois
Combustion du bois
5
6
Résidus de combustion :
Le rendement
Le calcul du rendement de combustion permet d’estimer la
qualité de la combustion et ses performances. Le rendement
instantané, aussi appelé rendement indirect tient compte des
différentes pertes au cours de la combustion :
Les fumées
Outre les effluents gazeux classiques de la combustion tels
que CO2, CO, NOx, H2O et N, les fumées provenant de la
combustion du bois peuvent être chargées en goudrons,
acide acétique et poussières. Leur concentration est
conditionnée par les paramètres suivants :
Conception de la chaudière et principe de combustion
Qualité de la combustion
Les phases de ralenti
La qualité du bois
Pertes par chaleur sensible des fumées (P1), ce sont les plus
importantes. Les fumées chaudes emportent avec elles une partie de
la chaleur produite par la combustion
Pertes par imbrûlés gazeux, essentiellement du CO (P2)
Pertes dues au carbone imbrûlé dans les cendres (P3)
Le rendement indirect de combustion s’obtient par :
ηc = 100 – P1 – P2 – P3
Combustion du bois - Rendement
7
Combustion du bois
Vapeur d’eau H2O
8
La formule de Siegert :
Dans une première approche, l’expression du rendement de
combustion par la formule de Siegert constitue un moyen sûr
pour évaluer les performances d’un appareil de chauffage.
Cette méthode ne tient compte que des pertes par chaleur
sensible.
Les rejets
Monoxyde de carbone CO
Composé Organique Volatile
(COV)
Oxydes d’azotes NOx
Particules
tf : Température des fumées
ηc = 100 – k x
tf – ta
α'
ta : Température ambiante
a’ : teneur en CO2 dans les fumées sèches [%]
k : coefficient de Siegert lié au combustible
considéré et sa teneur en CO2 (k=0,82 pour le bois)
Ref. Climapoche FUMISTERIE
Source ADEME
Combustion du bois
Combustion du bois
9
10
Emissions:
Avec l’amélioration du parc des appareils en 2020 par rapport
à 2001 les taux diminueraient de :
30% pour les métaux
38% pour les dioxines
58% pour les poussières totales
84% pour les composés organiques volatils (COV)
89% pour les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP)
Remarque : 80% des appareils datent d’avant 2000 et leurs performances sont faibles
Source : ADEME – Chauffage au bois, des progrès dans l’air
Source ADEME 2005
La combustion du bois
11
12
Combustion montante & tirage naturel
Les chaudières à combustion montante
Combustion horizontale & tirage naturel
Les chaudières à combustion horizontale
Première évolution technologique des
modèles précédents
Développement des flammes au dessus de
la grille du support du bois
Distinction des phases de séchage et de
combustion du bois
Mauvaise tenue de la braise en fin de
combustion
Prix bas
Pas d’électronique, ni de ventilateur
Pas de bruit
Rendement de l’ordre de 75 à 85%
Mode de combustion identique à celui de la
majorité des poêles
combustion, nécessité de rallumer le feu si le
chargement intervient après quelques heures.
Aucune distinction entre les différentes phases
de combustion, combustion non optimisée
Prix bas, pas de consommation électrique
Pas de bruit
13
14
Combustion inversée & tirage naturel
Les chaudières à combustion inversée
Combustion inversée & tirage forcé
Les chaudières à combustion inversée, foyer en dépression
avec extracteur
Mode de combustion similaire au précédent
Développement des flammes au travers
de la grille de support du combustible
(combustion inversée)
Séchage du bois au dessus du foyer hors
de la zone de combustion
combustion
Bonne combustion
Pas de bruit
Ajout d’un ventilateur d’extraction mettant
le foyer en dépression
Permet d’avoir des surfaces d’échanges plus
importantes d’où une augmentation de la
quantité de chaleur récupérée (donc du
rendement)
Très bonne tenue de la braise (12 à 14h
après allumage)
Très bonne qualité de la combustion
Prix plus élevé, consommation électrique
15
16
Chaudières à bûches fonctionnant en tirage forcé (suite)
•
Présence d’une carte électronique et d’un ventilateur.
•
Bruit dans le conduit plus ou moins important
•
Attention: ce type de chaudière nécessite également une
dépression naturelle à la buse. La valeur est donnée par le
fabriquant. Le ventilateur ayant pour fonction de vaincre les pertes
de charge supplémentaire dues aux parcourt des fumées rallongés.
Ce tirage naturel permettra l’évacuation des produits de
combustions même en cas de coupure de courant ou panne du
ventilateur.
Chaudières à bûches fonctionnant en tirage forcé (suite)
Il existe également des chaudières à
combustion inversée avec le foyer mis
sous pression. Cette solution donne un
résultat équivalent en matière de
combustion, avec l’avantage de ne pas
exposer le ventilateur à la chaleur et aux
poussières mais avec l’inconvénient en cas
de désordre (perte d’étanchéité, conduit
d’évacuation bouché…) d’avoir des sorties
de fumée dans la chaufferie.
Cuisinières à bouilleur
1
Appareils de chauffage au bois
2
NF EN 12 815
NF DTU 65.11 (raccordement hydraulique)
Norme
Fonte ou acier, foyer souvent revêtu de brique réfractaires
Plusieurs arrivées d’air
Autonomie de quelques heures
Bouilleur et ballon hydro
accumulateur pour raccordement
sur chauffage central
Choisir une puissance adaptée
à la pièce
Fonctionnement
3
Source : Tiba
Norme
Fonctionnement
Combustible
Bûches
Briquettes
Granulés (existe en bi-énergie)
Chap. 3 : Appareils de chauffage au bois
Poêles hydro
4
NF EN 13 229
Norme
Fonctionnement
Réglage de l’admission d’air
Système vitre propre (en allure nominale)
Diffusion de la chaleur par convection et
rayonnement
Muni d’une buse de raccordement ou non
Amenée d’air directe de l’extérieur sur
certains modèles
Réserve de combustible et amenée au
foyer par vis sans fin (granulés)
Modèles équipés d’un bouilleur
Rendement
> 70%
Combustible
Bûches
Granulés
70 à 85%
Inserts hydro
3
Rendement
Source : Cheminées de Chazelles
NF EN 13 240 et 14 785
Combustion maîtrisée
Plusieurs arrivées d’air primaire et
secondaire
Réserve de combustible et amenée au
foyer par vis sans fin (granulés)
Autonomie importante (granulés)
Modulation de puissance (granulés)
Bouilleur intégré, et ballon hydro
accumulateur pour raccordement sur
chauffage central
Rendement
80 à 90%
Combustible
Bûches
Granulés
Source : MCZ
Source : DeDietrich
Poêles hydro
Poêles hydro
5
6
A. Entrée air de combustion primaire
Organes hydrauliques (cuisinières, inserts et poêles hydro)
Les appareils hydro sont livrés nus, ou directement avec leurs
accessoires hydrauliques :
B. Entrée air secondaire
C. Manette de réglage de l'air secondaire
D. Entrée eau froide
E. Sortie eau chaude
Soupape de sécurité thermique (3 bar)
Aquastat de sécurité (95°C)
Vase d’expansion
Circulateur
Vanne 3 voies de mélange (retour >61°C)
F. Sortie fumée
G. Bac à cendres
Pour éviter les problèmes de dimensionnement, il sera préférable de choisir
le kit fourni par le fabricant.
Attention, il est nécessaire de faire un calcul du vase d'expansion afin
d'ajouter, si besoin, un second vase.
H. Echangeur
Source : Edilkamin
Poêles hydro
Poêles hydro
7
8
Régulation
La régulation peut être incorporée ou externe :
Mise en garde
A la différence des poêles à granulés qui permettent une
modulation de puissance, les cuisinières / inserts / poêles
bûche hydro sont conçus pour fonctionner en allure
nominale
Une puissance de chauffage trop élevée entraîne un
rayonnement important, une surchauffe de la pièce et un
inconfort. Le choix de l’appareil dépend de la pièce où il est
installé et il faut éviter de surdimensionner l’appareil
Attention aux nuisances sonores des poêles à granulés
induites par la ventilation et éventuellement l’amenée du
combustible
Programmes horaires
Modulation de puissance
Régime d’eau (avec sonde extérieure)
Communication avec la chaudière existante pour appoint / cascade
Source : Jolly-mec
Chaudières à bûches
Chaudières à bûches
9
10
Norme
Fonctionnement
NF EN 12 809
NF EN 303.5
Combustion maîtrisée et optimisée
(suivant technologie)
Chargement manuel
Ballon d’hydro accumulation très
fortement conseillé
Rendement
65 à 90% suivant technologie
Combustible
Bûches
Source : Morvan
Source : HS France
Source : Budérus
Source : HS
Source : Kunzel
Chaudières automatiques
Source : Zaegel Held
11
12
Norme
NF EN 12 809
NF EN 303.5
Fonctionnement
Combustion maîtrisée et optimisée
(réglages spécifiques selon combustible)
Haut degré d’automaticité
(fonctionnement, alimentation)
Autonomie suivant combustible et capacité
de stockage (une semaine à une saison de
chauffe complète)
Rendement
Source : WindHager
Source : Okofen
Source : KWB
Source : Reka
85 à 90%
Source : Okofen
Combustible
Plaquettes
Granulés
Source : HS France
Source : Hargassner
13
14
Principe de fonctionnement d’une chaudière automatique
Un stockage de combustible : trémie ou silo
Un système d’extraction : vis sans fin ou extracteur par aspiration
Un système de sécurité coupe feu : clapet coupe feu, écluse rotative ou sprinkler
Un générateur de chaleur : chambre de combustion, foyer, brûleur, etc.
Une régulation optimisée
Un système d’évacuation des fumées et des cendres
Une chaudière automatique est alimentée en bois déchiqueté ou bois
granulé par un système de vis sans fin (le plus souvent) ou par un système
d’aspiration pneumatique (pour les chaudières fonctionnant au granulé
uniquement)
La vitesse d’amenée de ceux-ci est fonction des besoins du logement à
chauffer
Ce système d’extraction permet d’acheminer le combustible jusqu’au
foyer de la chaudière
Une fois dans le foyer, le combustible se dépose sur une grille ou dans un
creuset, puis il est généralement séché puis gazéifié grâce à la chaleur
fournie par l’allumeur
Une arrivée d’air primaire et secondaire apportée par le ventilateur
fournit l’air comburant nécessaire pour enflammer le bois et le brûler en
quasi-totalité
Ensuite le maintien d’un lit de braises est généralement prévu pour auto
enflammer le combustible
15
16
Exemple de fonctionnement d’une chaudière automatique
1. Brûleur
La régulation
Les régulations peuvent être de 2 types sur les chaudières
automatiques :
Régulation électro-mécanique :
5
2. Tuyère
3. Pot de combustion
4
4. Echangeur de chaleur
5. Extracteur de fumée (combustion turbo)
3
6. Sas de contrôle d’air de combustion
2
7. Vis d’alimentation en combustible du brûleur
1
8. Allumage automatique
6
9. Décendrage automatique
7
8
Gestion des principaux paramètres de combustion (vitesse d’amenée
du combustible, extraction des fumées, allumage de la chaudière)
Sur certains modèles, des temporisateurs et vacuostats permettent de
réguler la vitesse d’amenée du combustible par la vis sans fin
Gestion du nettoyage de la chaudière (décendrage manuel ou
automatique en général)
Nettoyage de l’échangeur manuel ou automatique
9
Source : Energie système
17
18
Régulation électronique :
Gestion des paramètres de combustion (vitesse
d’amenée du combustible, débit d’air secondaire,
allumage de la chaudière et température des
fumées et taux d’oxygène pilotés en continu grâce à
l’installation d’une sonde lambda)
Avec ces équipements, il est possible de faire varier
la puissance de la chaudière, entraînant un
fonctionnement toujours optimum
Gestion du nettoyage de la chaudière (décendrage
automatique en général et nettoyage des
échangeurs)
Gestion des pannes : la régulation peut
diagnostiquer instantanément les pannes
Ramonage automatique
Régulation type lambda
19
Il existe deux systèmes de stockage, définissant le degré d’automatisme
de l’installation
20
Le décendrage
Celui-ci peut-être manuel ou automatique grâce à l’ajout d’une vis sans fin et d’un
bac à cendre
Dans le cas d’un décendrage automatique, le pilotage est réalisé par la régulation
de la chaudière grâce à une temporisation en fonction de la durée de l’utilisation
de la chaudière
Ce système est de plus en plus intégré dans les chaudières lors de leur conception
et permet à l’utilisateur de gagner du temps
Foyer à
décendrage
manuel
Un ramonage automatique de l’échangeur est proposé grâce à des
turbulateurs de nettoyage qui permettent un degré d‘automaticité elevé
Décendrage
automatique
dans le bac à
cendres
Installation semi-automatique à chargement manuel
L’installation est composée d’un stockage situé loin de
la chaufferie, et d’une trémie faisant partie intégrante
de la Chaudière
L’alimentation est assurée par une vis sans fin de
petite longueur entre le foyer et la trémie
La capacité de la trémie (100 à 1000 litres) détermine
l’autonomie de l’installation (1 à 5 jours), elle varie
d’un fabricant à l’autre
(avec possibilité de la choisir en option)
Chaudière Trémie
Remarques :
Mis à part la diminution du degré d’automaticité (chargement manuel du silo), ce système
présente un avantage certain dû au maintien intact des granulés (pas de transfert long) et
diminution des coûts
Dans certaines régions, le système semi-automatique n’est pas éligible aux aides
régionales
21
Installation automatique
L’alimentation est entièrement automatique.
Le silo situé de préférence à proximité immédiate du local chaudière permet
l’alimentation de la chaudière et assure l’autonomie de l’installation
22
Avantages et inconvénients des différents systèmes :
L’alimentation peut se faire par dessileur ou aspiration pneumatique
Il est le fruit d’un compromis entre plusieurs
facteurs, notamment :
Du souhait du maître d’ouvrage en matière d’autonomie, d’automatisme, etc.
Du budget alloué à la chaufferie
De la place disponible
Autonomie
Degré d’automatisme
Entretien limité
Faible autonomie
Coût
Inconvénients Possibilité réduite d’absentéisme Implantation plus complexe
du maître d’ouvrage
24
Encombrement du stockage
Choix d’un système bi-énergie Fioul-Gaz/Bois
Source : HS France
Source : HS France
Lorsque la puissance appelée est faible, l’énergie de substitution
fonctionne seule
Un seul voir deux conduits de fumée sont nécessaires
Source : HS France
Source : HS France
La bi-énergie simultanée
Chaudière automatique
Encombrement réduit
Coût
Fonctionnement plus simple
La bi-énergie
La bi-énergie est un système de chauffage qui associe deux énergies
parmi, le bois, le gaz, le fioul, le solaire, une PAC et l’électricité. Le but est
de faire correspondre au mieux l’énergie utilisée aux besoins de
chauffage du bâtiment tout au long de l’année
L’énergie utilisée en priorité est l’énergie de base, la seconde fournit
l’appoint nécessaire quand la demande est importante
On distingue deux modes de fonctionnement de la bi-énergie :
La bi-énergie alternative
De la configuration du site
Avantages
La bi-énergie
23
Chaudière semi-automatique
La durée d’autonomie souhaitée (annuelle de
préférence)
Le coût de sa construction
La cohérence entre les volumes nécessaires et
livrables
Les voies d’accès qui doivent supporter le
passage et les manœuvres (aire de
retournement) des moyens de livraison et
hauteur de levage des bennes
Le choix d’une chaudière automatique se fera en fonction :
Permet de faire le complément en cas d’appel de puissance, et de limiter le
fonctionnement au ralenti
Deux conduits de fumées sont nécessaires
La bi-énergie
25
Choix d’un système bi-énergie solaire et électrique
Source : HS France
Réglementation
1
Évacuation des fumées
2
Domaines d’application
NF DTU 24.1
Conduit de fumée et raccordement
Chaudières manuelles et automatiques
Cuisinières à bois hydro
Poêles hydro
4
NF DTU 24.2
Conduit de raccordement
Inserts hydro
Conduit de fumée
Inserts hydro
Désignation des conduits de fumée
3
Chap. 4 : Évacuation des fumées
4
T450 : Classe de température
N1 : Classe de pression
Classe de température :
Indiquée par la lettre T suivie de la température nominale de
fonctionnement du conduit
La température indiquée doit être supérieure ou égale à la
température nominale de fonctionnement de l’appareil
Pour les appareils à combustibles solides, on prendra un
conduit ayant une classe de température T avec 50 degrés de
plus que la température de fumée déclarée par le fabricant à
la puissance nominale de l’appareil
D : Classe de résistance aux condensats
Vm : Résistance à la corrosion
L20030 : Nuance d’Inox (L20 = Inox 304)
G : Classe de résistance au feu de cheminée
80 : Distance de sécurité par rapport aux combustibles exprimée en mm
5
6
Classe de pression :
Classe de résistance à la condensation :
Aptitude à supporter des gaz de combustion en pression
négative ou positive
Classe N : Fonctionnement en pression négative (tirage
naturel)
Correspond au fait que les composants soit aptes ou non à
supporter la condensation en régime permanent de
fonctionnement
Classe D (Dry) : Fonctionnement en condition sèche
Classe utilisable pour le conduit de fumée : N1
Classe utilisable pour le conduit de raccordement : N1, N2
L’indice 1 s’applique à des éléments plus étanches que
l’indice 2
La température de la paroi intérieure du conduit à la sortie
de celui-ci doit être :
Supérieure au point de rosée
des fumées pour la classe D
(pour éviter les condensations)
Source : Poujoulat
7
8
Classe de résistance à la corrosion :
Aptitude du matériau constitutif de la paroi intérieure à
résister aux agressions chimiques des condensats des fumées
Combustibles
Classe 1
Types de
combustibles
possibles
Gaz
Gaz naturel
Gaz
Gaz naturel
Gaz
Gaz naturel
Liquide
Kérosène
Pétrole
Kérosène
Pétrole
Kérosène
Bois pour âtres et foyer
ouvert
Bois pour âtres, foyer
ouvert, inserts, poêles ,
cuisinières et chaudières
Bois
Classe 3
Types de
combustibles
possibles
Gaz
3 classes : 1, 2 et 3
Classe 2
Types de
combustibles
possibles
Charbon
Charbon
Tourbe
Tourbe
9
10
Classe de résistance au feu de cheminée :
2 classes :
G ( résistant au feu de cheminée )
O ( non résistant au feu de cheminée )
Combustible bois = classe G obligatoirement
Résistant au feu de cheminée
≠ réutilisation après feu de cheminée
Dans le cas du feu de cheminée on procède à un diagnostic
avant la remise en fonction
Distance de sécurité :
Exprimé en mm
Déclarée par le fabricant du composant
Distance à mesurer en partant de l’extérieur du conduit
Si la distance déclarée par le
fabricant est différente de celle
de la NF DTU, il faut prendre la
plus élevée des deux
Source : Poujoulat
11
Distance de sécurité
12
Distance
de sécurité
Conduits de fumée composites métalliques rigides, en situation intérieure
Conduits de fumée en boisseau de terre cuite,
Conduits de fumée simples ou multi parois en béton en situation intérieure
Résistance thermique du conduit
composite métallique
(Ru exprimé en m² .K/W)
Résistance thermique du conduit
(Ru exprimé en m² .K/W)
Classe de température du
conduit composite métallique
Ru ≤ 0,4
0,4 ≤ Ru ≤ 0,6
Ru ≥ 0,6
Classe de température du
conduit
0,05 < Ru ≤ 0,38
0,38 ≤ Ru ≤ 0,65
Ru ≥ 0,65
T300 à T450
Interdit *
8 cm
5 cm
>T 250 et/ou résistant au feu de
cheminée
10 cm
5 cm
2 cm
La résistance thermique quantifie l’opposition à un flux de chaleur (isolation),
plus sa valeur est élevée, meilleure est l’isolation
La résistance thermique quantifie l’opposition à un flux de chaleur (isolation),
plus sa valeur est élevée, meilleure est l’isolation
13
14
Désignation Vm (conduit métallique)
Classement
conventionnel
Désignation
selon EN1856
Numéro de matière
européen
C3
L70
C2
L60
L50
L50
L40
C1
C0
AISI
Désignation Européenne
1.4539
904L
X1NiCrMoCu 25-20-5
1.4432
1.4404
1.4571
1.4401
316L
316L
316Ti
316
X2CrNiMo 17-12-3
X2CrNiMo 17-12-2
X6CrNiMoTi 17-12-2
X5CrMoTi 17-12-2
L99
L80
L30
L20
1.4521
Acier émaillé sur 2 faces
1.4307
1.4301
444
X2CrMoTi18-2
L13
L11
L10
L05
EN AW – 6060
EN AW – 1200 A
EN AW – 4047A
Acier Aluminié
304L
304
X2CrNi 18-9
X5CrNi 18-10
EN AW Al Mg Si
EN AW-AL 99,0A
EN AW-4047A
EN 10154
Nature des conduits
Composant
Composant
Chaudières avec températures
de fumée comprises entre
300°C et 400°C
Inserts, poêles
double paroi isolé
(EN 1856-1)
T400 N1 DVm(C1) G
T450 N1 DVm(C1) G
simple paroi
(EN 1856-1)
T400 N1 DVm(C2) G
T450 N1 DVm(C2) G
de raccordement rigide
(EN 1856-2)
T400 N2 DVm(C1) G
T450 N2 DVm(C1) G Pour les
poêles acier aluminié autorisé
de tubage rigide
(EN 1856-2)
T400 N1 DVm(C1) G
T450 N1 DVm(C1) G
de tubage flexible
(EN 1856-2)
T400 N1 DVm(C2) G Double
peau, lisse intérieur
T450 N1 DVm(C2) G Double
peau, lisse intérieur
Vm(C1)
Vm(C1)
Vm(C1)
simple paroi (EN1856 -1) (*)
Vm(C2)
Vm(C2)
Vm(C2)
de raccordement rigide
(EN1856-2)
Vm(C1)
Vm(C1)
de tubage rigide (EN1856 -2)
Vm(C1)
Vm(C1)
de tubage flexible (EN1856 -2)
Vm(C2)
Vm(C2)
Vm(C2)
Double peau,
lisse intérieur
Double peau,
lisse intérieur
Double peau,
lisse intérieur
16
Conduit de fumée métallique
Vm(C1)
Pour les poêles, acier
aluminié autorisé
C1 : Inox 304L
C2 : Inox 316L
Inserts, poêles
double paroi isolé (EN1856 -1)
15
Composants utilisables avec le bois bûche
Chaudières avec
Atres et appareils à
température de fumée
foyer ouvert
comprise entre
300°C et 400°C
Vm(C1)
17
Le conduit de fumée
Sortie bien dégagée et dépassant le faîtage du toit d’au moins 40 cm
Cheminée sans étranglement, pas de pertes de charge inutiles
La cloison doit être étanche entre les conduits
La section du conduit doit être adaptée à l’appareil qu’elle dessert
L’isolation d’un conduit de fumée est fortement conseillée. Elle est
garante d’un bon tirage et évite les condensations. La température des
parois accessibles ne doit pas dépasser 50°C dans les zones habitables
(80°C parties non habitables)
6. Le conduit de fumée doit avoir un profil le plus rectiligne possible.
Toute incidence (coudes, dévoiements, etc.) peut favoriser la rétention
de suie ou imbrûlés
7. Une distance de sécurité entre l’extérieur du conduit et tout matériaux
combustibles doit être respectée
8. Le bon fonctionnement d’un appareil de chauffage au bois est lié à des
valeurs limites de tirage. L’installation d’un modérateur de tirage est
indispensable pour maintenir constante la dépression à la buse de
fumée de l’appareil
9. Le conduit de raccordement doit être le plus court possible (voir §
conduit de raccordement). L’isolation de ce conduit est fortement
conseillée
10.Il ne doit y avoir qu’un seul appareil par conduit. Dans le cas de deux
appareils, voir § conduit de raccordement 2 appareils
11.Le conduit doit comporter à sa base une trappe de ramonage
1.
2.
3.
4.
5.
18
Toiture de pente supérieure ou égale à 15°
Toiture de pente inférieure à 15° et toiture terrasse
Le débouché doit être situé à 1,20 m au moins au-dessus du point de sortie en
toiture et à 1 m au moins au-dessus de l’acrotère lorsque celui-ci a une hauteur
supérieure à 0,20 m
19
Conduit de raccordement (1 seul appareil)
Il doit y avoir une distance de sécurité entre la paroi
extérieure du conduit de fumée et l’élément combustible le
plus proche (dépendant de la nature et de la résistance
thermique du conduit de fumée)
Si le conduit est extérieur, il doit être maçonné ou
métallique, aller jusqu’au sol, comporter une trappe de
ramonage et être raccordé à l’appareil par un conduit
métallique
Si le conduit est intérieur, il doit être maçonné ou
métallique, dépasser de l’intégralité de sa section extérieure
dans le local où se trouve l’appareil et être habillé dans les
parties habitables pour ne pas dépasser 50°C en surface
(80°C dans les parties non habitables ou inaccessibles)
20
Il doit être situé à 40 cm au dessus du faîtage sans obstacle dans un rayon de 8 m
Le conduit de raccordement peut comporter une réduction de section à la pénétration
dans le conduit de fumée à condition qu’elle soit réalisée par le biais d’une pièce de
forme (progressive)
La longueur de la projection horizontale du conduit de raccordement ne doit pas
excéder 3 mètres.
La longueur maximale préconisée par les fabricants est en général de 0,5m à 1m.
La partie horizontale d’un conduit de raccordement de plus d’un mètre doit avoir
une pente ascendante vers le conduit de fumée d’au moins 3%. Toute contre-pente
est interdite.
Le nombre de coude autorisé est : 2 coudes à 90°
Les coudes à 90° ne doivent pas être à angle vif.
La somme des angles à ne pas dépasser est 180°. Ainsi un conduit
de raccordement peut comporter un coude 90° et 2 coudes 45°
Pour les inserts hydro, seul 2 coudes à 45° sont autorisés
21
Conduit de raccordement (2 appareils, 2 combustibles différents)
22
Pour une installation de puissance utile totale inférieure à 70kW, l’accouplement des 2 appareils
(l’un à combustible liquide ou gazeux et l’autre à combustible solide) doit obligatoirement être
réalisé par un équipement fourni par le fabricant de l’appareil et ayant été reconnu apte à l’emploi
par un avis technique. Cet équipement doit interdire le fonctionnement simultané des 2 appareils.
Tout appareil polycombustible doit comprendre un dispositif automatique de sécurité n’autorisant
le fonctionnement du brûleur à combustible liquide ou gazeux que lorsque l’allure du foyer à
combustible solide est suffisamment réduite (Tfumée < 100°C ou Teau chaudière < 30°C)
Pièce de forme
Diamètres identiques et au moins égaux
à la buse de l'appareil le plus puissant
Le modérateur de tirage
Principe de fonctionnement :
Le modérateur de tirage, parfois appelé régulateur ou stabilisateur de
tirage sert à limiter la dépression à la buse d’un appareil
C’est un appareil auxiliaire à fonctionnement automatique comportant
un volet qui suit les variations de la dépression dans le conduit
La section doit être au moins égale à celle de la buse de l’appareil desservi
Si le conduit de fumée est plus faible que celui de la buse, il est autorisé par
les DTU de poser un élément réducteur sur le raccordement
Le premier tuyau de raccordement devra être du diamètre de la buse. Aucun
élément réducteur ne sera placé juste sur l’appareil
23
Il doit être visible et démontable sur tout le parcours
Il doit être équipé de trappes de ramonage
Il doit être raccordé sur un appareil de combustion permettant la récupération
des suies
Le montage des conduits de raccordement doit permettre leur libre dilatation
Les conduits de raccordement à emboîtement sont montés partie femelle vers
le conduit de fumée
Section du conduit de raccordement
Les appareils doivent être
installés dans le même local ou
dans deux pièces communicant
entre elles par un passage libre
d’au moins 0,4m²
Mise en œuvre du conduit de raccordement
24
Le rôle du modérateur de tirage est :
De maintenir le tirage à une valeur constante et adaptée au
générateur à bois raccordé, afin d’améliorer la qualité et le rendement
de combustion
Il se ferme automatiquement si le tirage est trop réduit
Il s’ouvre lorsque le tirage dépasse la valeur de réglage
Lorsque le volet est fermé, le tirage est égal ou inférieur à la valeur de
son réglage
Marche au ralenti
Volet fermé
En aucun cas, un modérateur de tirage ne peut augmenter le tirage
dans un conduit
L’ouverture du volet assure la dilution des fumées. On a un
abaissement de la température et donc du point de rosée
Marche à plein
Volet ouvert
25
26
Attention :
Le modérateur de tirage doit être correctement installé et réglé lors
d’une phase de fonctionnement nominale de l’appareil, en mesurant
alors le tirage qui doit être inférieur à 15 ou 20 Pa (vérifier la valeur
maximale préconisée par le fabricant).
Distance minimale
2D pour permettre
le contrôle de la
combustion
Un bon réglage sert à limiter le tirage à une valeur maximum
(abaissement de la température, meilleur rendement, diminution de la
consommation de combustible)
On le règlera selon la valeur maximum de tirage préconisée, donnée
par le fabricant de l’appareil
Source : Zaegel Held
Le modérateur de tirage doit toujours être installé dans
le local où se trouve l’appareil de chauffage
Le modérateur de tirage fait l’objet d’un projet de norme en cours
Schéma d’installation :
Distance minimale 3D (coussin
d’air qui évite le battement du
modérateur et préchauffe l’air)
27
28
Exemple d’installations :
Exemple d’installations :
Distance minimale :
Modérateur trop près de la
buse de l’appareil
2 x D par rapport à la buse de l’appareil
Modérateur trop proche du
conduit
3 x D par rapport au conduit
29
Ventilation haute 5 cm2
30
Tubage
Ancien
conduit
Tubage
Ventilation
basse 20 cm2
Le tubage d’un conduit de fumée n’est pas obligatoire si le
conduit est apte à l’emploi
Le tubage est un moyen de réhabilitation d’un conduit de
fumée
L’espace annulaire entre le tubage et les parois du conduit
de fumée doit être ventilé par le biais d’une entrée d’air
annulaire de 20 cm² et d’une sortie d’air de 5 cm²
Il est autorisé de placer 2 tubages dans un conduit de fumée
sous certaine conditions (voir diapo suivante)
Une gaine de tubage passant à nu (du té de raccordement
jusqu’à la souche en toiture) ainsi que l’amiante ciment sont
interdits pour construire un conduit de fumée servant à
l’évacuation d’une chaudière raccordée en tirage naturel
(utilisation d’un conduit préfabriqué double-peau Inox/Inox)
Avant raccordement d’un appareil de chauffage domestique au bois sur un
conduit de fumée existant, il est nécessaire de réaliser un diagnostic selon la
procédure ci-dessous
Il est admis le passage de plusieurs tubes dans un
même conduit de fumée individuel maçonné dans les
conditions ci-après :
Chaque tube ne peut desservir qu’un seul appareil
Les tubes doivent desservir des appareils situés à
un même niveau et dans un même local ou dans
deux locaux communiquant par une ouverture
permanente de 0,40 m2 au moins, interdisant
toute différence de pression ou dépression dans
les dits locaux
L’ensemble des tubes réalisés doit être de même
nature sans pour autant être de la même nuance
(les tubes peuvent être souples ou rigides)
Les tubes peuvent desservir tout appareil à
l’exception des âtres, appareils à foyer ouverts et
inserts
Appareils au
même Niveau
La norme 13384 -1 :
Elle s’applique aux conduits de fumée fonctionnant :
Sous pression positive (tirage assisté par ventilateur) ou négative
(tirage naturel)
En ambiance humide ou sèche
Appareils :
Foyers fermés (chaudières, inserts)
Combustibles concernés :
32
Appareils à des
Niveaux différents
Dimensionnement
31
Plusieurs tubages dans le même conduit
granulés de bois
bois (23,1 % d'humidité)
bois (33,3 % d'humidité)
Dimensionnement
Dimensionnement
33
34
Cette norme s’articule autour de deux exigences essentielles à respecter :
Données d’entrée pour le calcul :
Fonctionnement (tirage naturel ou forcé et type d’installation)
1/ Exigences relatives à la pression :
Lieu de l’installation
Puissance
Rendement
Type de combustible
Conduit de fumée sous pression négative :
PZ = PH – PR – PL ≥ PW + PFV + PB = PZe en Pa ... (1)
PZ ≥ PB
en Pa ... (2)
où :
Dépression foyer
PB la résistance utile à la pression de l'alimentation en air en Pa
PFV la résistance utile à la pression du conduit de raccordement des fumées en Pa
Diamètre de la buse
PH le tirage théorique disponible dû à l'effet de cheminée, en Pa
Température des fumées
PL la pression de la vitesse du vent, en Pa
Conduit de raccordement (matériaux, diamètre intérieur/extérieur,
longueur, hauteur, pièces de forme)
PR la résistance à la pression du conduit de fumée, en Pa
PW le tirage minimal de l'appareil de chauffage, en Pa
PZ le tirage au niveau de l'admission des fumées dans le conduit en Pa
PZe le tirage requis au niveau de l'admission des fumées dans le conduit en Pa
Conduit de fumée (matériaux, forme, diamètre intérieur/extérieur,
longueur, hauteur, tubage, dévoiement, résistance thermique)
Dimensionnement
Outils de calcul
35
36
2/ Exigence relative à la température :
La relation suivante doit être vérifiée :
Tiob ≥ Tg
Abaques – Cahier CSTB 3590 02/2007
Le logiciel commun : gratuit
Développé à l’initiative du CSTB, par BBS SLAMA,
en K
grâce au soutien financier et technique de :
ADEME, GDF, CHALEUR FIOUL
Uniclima, SER
CERIB, CTTB, ACEF
CAPEB, UCF/AFCF
où :
Tiob est la température de la paroi intérieure à la sortie du conduit à
une température d'équilibre, en degré K
Tg est la limite de température (point de rosée), en degré K
Autres logiciels : chaque fabricant le propose sur son site Internet et
dispose d’une base de donnée importante sur les appareils
1
Comportement d’une chaudière
Hydraulique : circuit primaire
2
Le fonctionnement au ralenti d’une chaudière bois
Ce fonctionnement en allure réduite est une des causes
principales des ennuis et perturbations que rencontrent les
utilisateurs de chaudières bois. Ceci quelque soit :
5
Le type de chaudière
Sa puissance calorifique
Les déperditions du bâtiment
La dépression de la cheminée
L’essence de bois et son hygrométrie
Le fonctionnement au ralenti c’est-à-dire à une allure réduite, commence dès
l’instant où la puissance fournie est supérieure à la puissance absorbée.
Une chaudière bois est toujours surdimensionnée au cours d’une saison de
chauffe. Cette surpuissance est encore amplifiée pour assurer la production
d’eau chaude sanitaire en été.
Chap. 5 : Hydraulique, le circuit primaire
3
4
Quelque soit le dimensionnement choisi pour la chaudière bois bûches, sachant qu’elle fonctionne
en allure nominale durant toute la période de chauffe, elle sera surdimensionnée durant presque
toute l’année.
Exemple d’une chaudière de 20 kW pour des déperditions de 20 kW :
Déperditions (kW)
Déperditions (kW)
Taux de charge chaudière (%)
Exemple d’une chaudière surdimensionnée de 20 kW pour des déperditions de 10 kW :
Taux de charge chaudière (%)
Voici 2 exemples de dimensionnement qui permettent de visualiser le surdimensionnement et le
taux de charge en fonction des besoins d’un bâtiment au cours d’une saison de chauffe.
Température extérieure
Température extérieure
5
6
Pendant les phases de ralenti, que se passe-t-il dans la
chaudière ?
1ère phase :
Le clapet d’admission d’air se ferme (chaudière à dépression
naturelle) ou le ventilateur s’arrête (chaudière à combustion
forcée). La combustion proprement dite diminue
progressivement
2ème phase :
Le bois frais en réserve et non utilisé se trouve au dessus du lit de braises.
C’est alors que commence la phase de carbonisation du bois. C’est à dire
une décomposition thermique du bois en l’absence d’air.
Cette décomposition est endothermique, donc consomme du
combustible.
De plus, elle produit toutes les fractions de gaz et de condensables à
savoir :
7
Goudrons, acides acétique et formique, gaz combustibles, vapeur d’eau,
produits volatiles, etc.
Tous ces produits imbrûlés vont en partie stagner dans la chaudière et en
partie s’évacuer dans la cheminée. Leur proportion sera d’autant plus grande
que la phase de ralenti sera longue et que la capacité du bois frais contenue
dans la chaudière est importante.
Les fumées produites pendant cette phase sont très denses et à basse
température. De ce fait, leur évacuation aux travers de l’échangeur fumées
chaudière et de la cheminée est très lente.
8
3ème phase :
Conséquences :
Lorsque les fumées seront en contact avec les parois internes de la
chaudière et de la cheminée dont la température de surface sera
inférieure au point de rosée humide et acide, une partie des vapeurs
d’eau et d’acide vont se condenser. Le processus de corrosion
commencera. Les constituants les plus lourds en l’occurrence les
goudrons et les imbrûlés solides se déposeront sur les surfaces
intérieures de la chaudière et du conduit de cheminée. Un encrassement
important peut se former jusqu’à l’obstruction de l’échangeur fumée de
la chaudière et de la cheminée.
Feux de cheminée avec toutes les circonstances qui en
résultent
Corrosion prématurée de la chaudière
Dysfonctionnements de la chaudière
Mauvais rendement, surconsommation de bois
Pollution atmosphérique
Accroissement de l’entretien
9
10
Le combustible bois ne laisse pas beaucoup d’alternative pour résoudre la
surpuissance des chaudières bois bûches en évitant les phases de
fonctionnement à allure réduite (ralenti).
Le fractionnement des chargements en combustible est difficile et
dangereux, ainsi les fabricants préconisent fortement l’installation d’une
chaudière avec hydro-accumulation
L’hydro-accumulation
Cette solution est de loin la plus efficace. Elle résout de façon technique
tous les aléas provoqués par une mauvaise combustion ou surpuissance
(ralenti).
Conclusion :
Les fabricants imposent* de plus en plus
l’hydro-accumulation
* : Conditionne très souvent la garantie du fabricant
Elle assure confort et grande autonomie à l’utilisateur
Elle protège la chaudière contre la corrosion
Elle permet sans risque de faire l’eau chaude sanitaire en été avec la
chaudière bois
Elle augmente d’une façon très sensible le rendement (consommation)
Elle diminue la pollution
Hydroaccumulation
Hydroaccumulation
11
12
Cette technique est aujourd’hui indispensable avec une
chaudière bois bûches.
Elle est mise en œuvre dans les pays scandinaves depuis plus
de 25 ans. Les pays voisins, Allemagne, Suisse et l’Italie du
nord en sont adeptes depuis 15 ans.
Installation avec deux hydro-accumulateurs en parallèle
Hydro-accumulation
Hydro-accumulation
13
14
Le principe de l’hydro-accumulation :
Cela consiste à intercaler une réserve d’eau chaude primaire dans des hydroaccumulateurs (ballons tampons) entre la chaudière et les radiateurs.
Cette réserve d’eau stocke en partie ou toute l’énergie produite par la chaudière.
L’énergie ainsi stockée sera restituée au chauffage et à l’eau chaude sanitaire
quand la chaudière sera arrêtée.
Energie restituée
Energie stockée
Grand confort pour l’utilisateur
Économie sensible de bois
Longévité accrue de la chaudière
Diminution sensible de la pollution
Pouvoir faire sa production d’eau chaude sanitaire en été
Son rôle :
Annule les phases de ralenti de la chaudière bois
Absorbe le surdimensionnement de la chaudière
Augmente l’autonomie de l’installation
Diminue les contraintes
Hydro-accumulation
15
Concrètement, l’hydro-accumulation est une technique sûre
qui présente de nombreux avantages :
Hydro-accumulation
16
On distingue deux types d’installation à hydro-accumulation
selon le nombre de charges quotidiennes de la chaudière
durant la période la plus froide
4 à 6 chargements par jour, l’hydro-accumulation est dite
«technique»
Si le nombre de chargements ne dépassent pas 2 pendant les
jours les plus froids, alors l’hydro-accumulation est dite
«confort»
Dans tous les cas, la puissance chaudière choisie sera
supérieure ou égale aux déperditions
L’autonomie de la chaudière est la durée de combustion des
gaz correspondant à une charge de bois lorsque la chaudière
fonctionne en régime nominal permanent
Puissance
utile (kW)
Combustion
des gaz
Rayonnement des braises
Autonomie de la
chaudière
Heures (h)
Hydro-accumulation
17
Hydro-accumulation
Hydrotechnique :
18
Hydro-confort :
En hydrotechnique, la puissance de la chaudière est ajustée au mieux aux
déperditions
La chaudière n’est pas ou très peu surdimensionnée (facteur de
surdimensionnement limité à 1,5)
Le ballon hydro-accumulateur est petit et permet à la chaudière de se décharger
sans phase de ralenti
Puissance de la chaudière : 20 kW
Déperditions du bâtiment : 20 kW
Puissance
utile (kW)
20 kW
Puissance
utile (kW)
Besoins en
chauffage
20 kW
Puissance
utile (kW)
Le ballon
charge
En hydro-confort, la chaudière est largement surdimensionnée (facteur de
surdimensionnement compris entre 1,5 et 2,5)
L’autonomie de l’installation est très importante, de 12 heures les jours les plus
froids à 24 heures et plus en demi-saison
Le ballon charge
Le ballon charge
Besoins en
chauffage
Besoins en
chauffage
15 kW
1ère charge
Heures (h)
1ère charge
2ème charge
20
1. Calculer les besoins journaliers en chauffage du bâtiment : Ech
ECH = 24 x Déperditions [kWh]
2. Fixer le nombre maximum de charges acceptées par l’utilisateur : N
3. Calculer l’énergie minimale dégagée par une charge de bois : EMIN
EMIN =
ECH
2ème charge Heures (h)
N
[kg]
Dimensionnement :
5. Choisir la chaudière bois dont la charge de bois est adapté : MBOIS
MBOIS ≥ MMIN
Pour des raisons pratiques, les constructeurs chaudières indiquent la capacité du foyer en litre.
Voici quelques ratios masse/volume foyer :
Pour les résineux : 0,29 kg/litre
Pour les feuillus : 0,35 kg/litre
6. Calculer l’énergie contenue dans une charge de bois de la chaudière choisie : EBOIS
[kWh]
4. Calculer la charge de bois minimale de la chaudière : MMIN
1ère charge
Heures (h)
Hydro-accumulation
Dimensionnement :
EMIN
MMIN = η x PCI
2ème charge
Hydro-accumulation
19
Il restitue
Heures (h)
Besoins en
chauffage
5 kW
Il restitue
Il restitue
2ème charge
Puissance
utile (kW)
40 kW
40 kW
10 kW
1ère charge
η : rendement de l’appareil
PCI : Pouvoir calorifique du bois
EBOIS = η x MBOIS x PCI
[kWh]
7. Calculer le volume du ballon d’hydro-accumulation : V
EBOIS
V = 1,16 x ∆T [m3]
∆T : Ecart de température sur l’eau (90°C
stockage - 40°C retour installation)
Hydro-accumulation
21
Hydro-accumulation
Calcul des besoins journaliers en chauffage du bâtiment : ECH
22
Exemple de dimensionnement (hydro-confort)
7,7 [kW]
Déperditions =
ECH = 24 x Déperditions
ECH =
185 [kWh]
Fixer le nombre de charges accepté par l’utilisateur : N
Soit le pavillon de construction récente avec des
déperditions de 7,7 kW
N =
E MIN =
2
Calculer l’énergie minimale dégagée par une charge : EMIN
On veut une installation hydro-confort, avec un nombre de
charges de 2
E CH
EMIN =
N
Calculer la charge de bois minimale de la chaudière : MMIN
92,5 [kWh]
85 [%]
rendement de l’appareil η =
M MIN =
E MIN
η × PCI
PCI du bois =
3,9 [kWh/kg]
MMIN =
28 [kg]
Choisir la chaudière bois dont la charge de bois est adaptée MBOIS
Utilisation de bois feuillus (0,35 kg/litre)
MBOIS ≥ MMIN
MBOIS =
28/0,35 = 80 L de
capacité foyer
30 [kg]
Calculer l’énergie contenue dans une charge bois : EBOIS
EBOIS =
E BOIS = η × PCI × M BOIS
99,5 [kWh]
Calculer le volume du ballon d’hydroaccumulation : V
V=
Hydro-accumulation
23
E BOIS
1,16 × ∆T
Écart de température sur l’eau ΔT =
V=
50 [°C]
1,71 [m3]
Choix chaudière
en fonction de ce
volume
Hydro-accumulation
24
Dans le cas de l’exemple ci-dessus, on trouve un volume
tampon de 1 710 litres
Il faut une masse de bois M de 30 kg, ce qui correspond
environ à 85 litres de volume foyer
On choisira la puissance de la chaudière en fonction de ce
volume
Attention ! L’hydro-accumulation peut être assurée
par un ballon de 1 800 litres
Exemple de dimensionnement (hydrotechnique)
Soit le pavillon de construction récente avec des
déperditions de 7,7 kW
On veut une installation hydrotechnique, avec un nombre de
charges de 4
Utilisation de bois feuillus (0,35 kg/litre)
Hydro-accumulation
25
Hydro-accumulation
26
Calcul des besoins journaliers en chauffage du bâtiment : ECH
ECH = 24 x Déperditions
Déperditions =
7,7 [kW]
ECH =
185 [kWh]
Choix de la chaudière et du ballon tampon en fonction du
volume foyer et du nombre de charges
Fixer le nombre de charges accepté par l’utilisateur : N
Rendement chaudière de 80 %
N =
4
Calculer l’énergie minimale dégagée par une charge : EMIN
E CH
EMIN =
N
Calculer la charge de bois minimale de la chaudière : MMIN
46 [kWh]
E MIN =
85 [%]
rendement de l’appareil η =
M MIN =
E MIN
η × PCI
PCI du bois =
3,9 [kWh/kg]
MMIN =
14 [kg]
Choisir la chaudière bois dont la charge de bois est adaptée MBOIS
MBOIS ≥ MMIN
MBOIS =
15 [kg]
Calculer l’énergie contenue dans une charge bois : EBOIS
E BOIS = η × PCI × M BOIS
EBOIS =
49,7 [kWh]
Calculer le volume du ballon d’hydroaccumulation : V
V=
Écart de température sur l’eau ΔT =
E BOIS
1,16 × ∆T
V=
50 [°C]
0,86 [m3]
Hydro-accumulation
27
Hydro-accumulation
28
Hydro-accumulation
29
Hydro-accumulation
30
Conception du ballon
Le ballon hydro-accumulateur perd de la chaleur de 2 façons :
Pour concevoir une installation à hydro-accumulation, il faut
faire un compromis entre :
Les pertes surfaciques dues au rayonnement des parois
Les pertes par ponts thermiques dues aux contacts entre le
ballon et les piquages ou le sol
Un volume utile maximal peut être obtenu par forte
stratification. C’est le phénomène naturel de répartition verticale
de la température d’eau dans le ballon. Les couches les plus
chaudes se situent en haut du ballon.
Des déperditions minimales au ballon de stockage
Un volume utile maximal (c’est-à-dire, le volume d’eau soutirable à la
température maximale de charge moins 10%)
Hydro-accumulation
Hydro-accumulation
31
Afin d’obtenir le meilleur compromis entre pertes thermique et
stratification, il est nécessaire d’avoir un rapport hauteur/diamètre
proche de 2
Il doit être équipé de 3 thermomètres
de contrôle de charge
L’épaisseur d’isolant doit être de
40 à 60 mm de polyuréthane ou
50 à 80 mm de laine de verre
32
Avantages de l’hydro-accumulation
Diminution sensible du coût de l’exploitation
Réduction du nombre de chargement de la chaudière
Longévité accrue de la chaudière
Il faut éviter les turbulences dues
aux entrées et sorties d’eau (effet de jet)
Diminution des émissions de polluants
Il peut être équipé de résistances
électriques d’appoint immergées
Possibilité de production d’eau chaude sanitaire en été
L’équipement d’une régulation climatique
est indispensable pour la bonne gestion
de la décharge du stockage d’énergie
Protection chaudière
33
•
•
Mise en oeuvre
La condensation humide et acide dans les chaudières à bois, réduit
considérablement la durée de vie des appareils
Elle provoque, à terme, le percement du corps de chauffe
Pour éviter la condensation humide, la température de retour d’eau à la
chaudière doit être supérieure au point de rosée eau du bois*
Pour éviter la condensation acide, la température d’eau de la chaudière
ne doit pas être inférieure à 80°C
Le point de rosée eau est la température des fumées à laquelle un film
d’eau se condense sur les parois de la chaudière. Pour le bois, le point de
rosée eau est de 60°C.
34
Montage avec une V3V thermostatique
La V3V thermostatique régule la température d’eau départ chaudière
de façon à assurer des retours supérieurs à 60°C
(remarque : pour l’acide acétique, présent lors d’une combustion incomplète, le point de
rosée est de 118°C et sa décomposition à partir de 440°C– il faut donc associer une bonne
combustion et des retours chauds)
Une solution pour assurer des retours chauds à la chaudière :
Une vanne 3 voies (V3V) thermostatique avec un accélérateur
Mise en oeuvre
Mise en oeuvre
35
65°C
36
Clapet d’équilibrage
automatique
Cartouche
thermostatique
Accélérateur
Thermomètre
retour de
l’installation
Thermomètre
retour vers
chaudière
Fonctionnement
avec une
température
sortie chaudière
inférieure à 72°C
(température de
la cartouche
thermostatique)
Orifice
fermé
65°C
Mise en oeuvre
Mise en oeuvre
37
85°C
85°C
85°C
Fonctionnement
avec une
température
sortie chaudière
supérieure 72°C
(température de
la cartouche
thermostatique)
Orifice
ouvert
40
Dimensionnement
Pour choisir un circulateur, il faut connaître deux paramètres
du circuit :
le débit Q en m3/h P : puissance délivrée nominale de la chaudière en kW
P
1,16 x ∆T
∆T : différence de température entre l’aller et le retour
qui dépend du type d’émetteur:
– 20°C radiateurs haute température
– 15°C radiateurs basse température
– 8°C planchers chauffants
la hauteur manométrique H en mètre de colonne d’eau,
correspondant aux pertes de charge du circuit
Tracer la courbe caractéristique du circuit H=f(Q) sur les abaques du constructeur
Choisir le circulateur tel que le point de fonctionnement résultant soit le plus proche
possible du point de fonctionnement calculé.
Une installation de chauffage central à bois comporte deux
circulateurs destinés à alimenter respectivement :
La chaudière pour le circuit primaire (recyclage)
Le réseau de distribution pour le circuit secondaire
Mise en oeuvre
39
Q=
Un circulateur, appelé aussi pompe de circulation, sert à
alimenter de façon continue en eau une partie d’un circuit
hydraulique
Mise en oeuvre
40°C
65°C
Les circulateurs
38
Exemple de dimensionnement :
Pompe de charge
A
B
V3V fermée
Radiateurs
haute
température
20 kW
D
Q=
20
= 0,86 m3/h
1,16 x 20
C
Exemple 1 : La perte de charge du circuit ABCD est de 100 mmCE compte tenu :
des pertes de charge linéaires des tronçons AB, BC et CD
des pertes de charge singulières dans : la chaudière, la pompe, la V3V
thermostatique, le coude A, les tés B et C
La hauteur manométrique du circulateur doit être de 100 mmCE
pour un débit de 0,86 m3/h
Mise en oeuvre
Mise en oeuvre
41
Exemple de dimensionnement :
Pompe de circulation (émetteurs de 15kW)
Le vase d’expansion
42
Chaudière
de 20 KW
Q=
15
= 0,65 m3/h
1,16 x 20
Exemple 2 : La perte de charge du réseau est de 3 mCE compte tenu :
des pertes de charge linéaires des conduites reliant la chaudière aux
émetteurs
des pertes de charge singulières dans les émetteurs et la V3V de
régulation grande ouverte
Élément de sécurité indispensable dans une installation de
chauffage
Le vase d’expansion doit être raccordé directement à la
chaudière sans organes de coupure totale ou partielle
Doit absorber la dilatation de l’eau dans le réseau lors de la
montée en température de la chaudière et du circuit
Deux types de dispositif :
Vase d’expansion ouvert (non préconisé, voir NF DTU 65.11)
Vase d’expansion fermé (couplé à une soupape de sécurité)
La hauteur manométrique du circulateur doit être de 3 mCE
pour un débit de 0,65 m3/h
Mise en oeuvre
Mise en oeuvre
43
44
Le vase d’expansion fermé
L’ensemble est un système étanche toujours raccordé à son circuit fermé
respectif, mais à une pression supérieure à la pression atmosphérique (à
déterminer) afin de favoriser la circulation du liquide caloporteur
Le dispositif est souvent d’aspect cylindrique et sert à compenser les variations
perpétuelles de volume d’eau d’une installation calorifique grâce à la
compression d’azote maintenu dans ce vase
Il est automatiquement associé à une soupape de sécurité en pression
Cette soupape joue le rôle de tube de sécurité afin d’évacuer l’excès de pression
et la vapeur en cas de surchauffe. Elle doit être tarée à 3 bars
Il est raccordé au retour chaudière
Capacité utile au moins égale à 6% du volume d’eau total de l’installation
Pour le raccordement en hauteur, se raccorder à
une portion d’installation verticale pour éviter les poches d’air
La plupart des vases sont constitués d’une membrane élastique séparant
les phases gazeuse (azote) et liquide (eau). On en distingue deux grands
types du point de vue de leur construction :
Vase à vessie
Vase à membrane
Azote
Azote
Eau
Eau en
contact avec
la paroi
Vessie
On rencontre de plus en plus de vases à vessie car leur conception limite les risques
de fuite d’azote et la corrosion (pas de contact direct avec la paroi)
Mise en oeuvre
Mise en oeuvre
45
46
Les différents vases d’expansions fermés
Calcul d’un vase d’expansion
On estime la contenance en eau de l’installation de chauffage
Il existe deux types principaux de vases fermés :
Volume installation [m3] =
Les vases à pression constante : Dans ces systèmes, la pression est
déterminée uniquement par les conditions de fonctionnement de
l'installation.
Volume d’eau chaudière + Volume tampon + Volume tuyauterie/émetteur
Les vases à pression variable : Dans ces systèmes, la pression reste
comprise entre deux valeurs de consignes imposées, généralement
voisines. Le maintien de la pression entre ces deux valeurs dans le
vase est alors généralement obtenu par un dispositif régulateur.
Exemple :
Volume d’eau chaudière : 100 Litres
Volume tampon : 2 000 Litres
Volume tuyauterie/émetteur : 200 Litres
Volume total : 2 300 Litres
Mise en oeuvre
47
Mise en oeuvre
Ensuite on détermine le volume d’expansion en fonction de la
température suite au volume estimé avec le tableau suivant :
Dilatation de l’eau en litres par
48
Suite exemple :
m3
Volume d’eau chaudière : 100 litres
Volume tampon : 2 000 litres
Volume tuyauterie/émetteur : 200 litres
Volume total : 2 300 litres
Dilatation : 32,7 litres/m3
Volume d’expansion : 2,3 x 32,7 = 75 litres
Mise en oeuvre
Mise en oeuvre
49
50
Puis on détermine la pression de gonflage avec la formule
P0 = H + 0,2 bar
suivante :
H est la hauteur statique de l’installation, c’est-à-dire la différence
entre le point le plus haut de l’installation et le point où se trouve la
tubulure de raccordement du vase (1 m = 0,1 bar)
Finalement on calcule
volume dud'expansion
vase :
P2 le
x Volume
V1 =
P2 –P1
P1 = P0 + 1 bar (pression absolue)
P2 = Tarage de la soupape de sécurité en pression absolue (3
bar + 1 bar)
V1 = Volume du vase en litre
Fin de l’exemple :
Volume d’eau chaudière : 100 litres
Volume tampon : 2 000 litres
Volume tuyauterie/émetteur : 200 litres
Volume total : 2 300 litres
Dilatation : 32,7 litres/m3
Volume d’expansion : 2,3 x 32,7 = 75 litres
Hauteur statique : environ 5 m
Pression de gonflage : 5 x 0,1 + 0,2 = 0,7 bar
Tarage de la soupape : 3 bar
(3 + 1) x 75
= 130 litres
Volume du vase :
(3 + 1) – (0,7 +1)
Mise en œuvre
Mise en oeuvre
51
Sécurité pression
52
Vase d’expansion dans les installations à hydroaccumulation
Une installation à hydroaccumulation nécessite un volume
d’expansion important
Le vase doit être dimensionné de façon à absorber juste la
dilatation du volume d’eau total de l’installation soit 20% du
volume d’eau total de l’installation dans le cas d’un vase
ouvert ou 6% dans le cas d’un vase fermé
Une soupape de sécurité en pression tarée à 3 bar est
également installée pour protéger le circuit des
surpressions susceptibles de survenir malgré le vase
d’expansion.
On associe un manomètre pour surveiller la pression de
l’installation et si besoin effectuer un remplissage
Un écoulement fréquent au niveau de la soupape peut
indiquer que le vase d’expansion doit être regonflé, ou
qu’il est mal dimensionné, ou qu’il ne fonctionne plus
efficacement.
Mise en oeuvre
Protection surchauffe
53
Pour protéger la chaudière d’une éventuelle surchauffe, il
faut ajouter un échangeur de décharge thermique, situé en
partie haute de la chaudière et dont l’alimentation est
commandée par l’ouverture d’une vanne thermostatique
calibrée en moyenne à 95°C
La commande d’ouverture a lieu
lorsque la température d’eau
sortie chaudière atteint 95°C
L’alimentation en eau froide
est prise directement sur
le réseau d’eau de la maison et
l’écoulement vers une évacuation d’eau.
L’écoulement doit être visible
Schémathèques
1
Quelques schémas hydrauliques
2
6
Raccordement du poêle comme source de chaleur unique
Source : Edilkamin
Chap. 6 : Quelques schémas hydrauliques
Schémathèques
Schémathèques
3
4
Raccordement du poêle associé à une chaudière murale gaz
Production d’ECS par la chaudière murale
Les deux appareils ne doivent pas fonctionner simultanément
Source : Edilkamin
Raccordement du poêle comme source de chaleur unique, avec production d’ECS
Chauffage et ECS assurés par l’appareil divisé hydro
La production d’ECS est réalisée par un serpentin dans le ballon avec appoint
électrique
Source : Edilkamin
Schémathèques
Schémathèques
5
6
Vanne thermostatique + Hydroaccumulateur + Vase d’expansion fermé
Poêle hydro avec plancher chauffant et production d’ECS en combinaison
avec solaire et chaudière à gaz
Source : Palazzetti
Schémathèques
Schémathèques
7
Très bonne solution
La vanne 3 voies thermostatique assure la température
de retour minimale quelle que soit la position de la
vanne 3 voies
La vanne mélangeuse 3 voies doit être motorisée pour
mieux gérer le stockage de l’énergie
8
Montage parallèle +Vanne thermostatique + Vanne 3 voies
Montage série +Vanne thermostatique + Vanne 3 voies
Schémathèques
Schémathèques
9
Montage en parallèle
10
Attention à l’équilibrage pour le couplage des
accumulateurs en parallèle (notamment des longueurs
de tuyauterie égales entre le piquage et les ballons)
Vanne thermostatique +
Hydroaccumulateur + Vanne
3 voies
Montage en série
La charge et la décharge des accumulateurs est réalisée
l’une après l’autre
Vanne thermostatique +
Hydroaccumulateur + ECS ext
Schémathèques
11
Très bonne solution
La vanne 3 voies thermostatique assure la température
de retour minimale quelle que soit la position de la
vanne 3 voies
La vanne mélangeuse 3 voies doit être motorisée pour
mieux gérer le stockage de l’énergie
La pause d’un mitigeur thermostatique est
indispensable sur la sortie d’eau chaude sanitaire avec
des ballons au bain marie
Schémathèques
12
Montage parallèle +Vanne thermostatique + Vanne 3 voies
Montage série +Vanne thermostatique + Vanne 3 voies
Schémathèques
13
Montage en parallèle
Schémathèques
Bi-énergie
14
L’équilibrage est délicat pour le couplage des
accumulateurs en parallèle
Montage en série
La charge et la décharge des accumulateurs est réalisée
l’une après l’autre
La production d’eau chaude doit être faite dans le
premier ballon
Vanne thermostatique + Hydroaccumulateur + chaudière fioul/gaz
Schémathèques
15
Schémathèques
Chaudière Bois + Fioul / Gaz + Hydro accumulation
16
Chaudière Bois + Fioul / Gaz + Hydro accumulation (+ECS)
Schémathèques
Schémathèques
17
Chaudière Bois + Fioul ou Gaz + Hydro accumulation avec ECS
18
Vanne thermostatique + Hydroaccumulateur + Panneau solaire + ECS au bain marie
Solution idéale pour la bi-énergie bois/solaire
Pendant la période d’été la chaudière bois est totalement arrêtée
Schémathèques
19
Schémathèques
20
Vanne thermostatique + Hydroaccumulateur + Panneau solaire + CESI mixte
Vanne thermostatique + Hydroaccumulateur 2 échangeurs +
échangeur contenant l’ECS+ Panneau solaire
Conseils de conduite
1
Conduite et Maintenance
Démarrage
2
Chaudière bois :
7
Poêles granulés hydro / Chaudières automatiques :
Pour éviter tout risque de corrosion prématurée du corps de chauffe,
ne surtout pas utiliser :
Chap. 7 : Conduite et Maintenance
Combustion
Démarrage progressif / allumage automatique par air
préchauffé par 1 résistance électrique
3
Allumer avec du papier journal froissé puis du petit bois pour
amorcer le tirage
Ouvrir les entrées d’air
Le conduit de fumée se réchauffe et le tirage naturel s’amorce
Ordures et déchets de tout type
Palettes avec des clous
Caoutchouc
Plastique
Bois peint ou traité
Contreplaqué
Papier de couleur, papier brillant
Peinture, solvant, produit chimique
Allume Barbecue
Huile
Charbon ou charbon de bois
Bois exotiques
Ces produits risquent de générer des fumées toxiques et d’attaquer le foyer,
corps de chauffe, le conduit de fumée
4
Analyse de la combustion
La mesure des paramètres de combustion se fera avec un
appareil approprié, spécifié pour le combustible bois (bûches,
plaquettes et/ou granulés) :
Température des fumées
Mesures de O2, CO
Mesure du tirage
Calcul du rendement
La prise de mesure se fera dans le conduit
de raccordement, avant le coupe tirage, à
une distance de la sortie de l’appareil d’au
moins 2 fois le diamètre du conduit
Source : ADEME
Source : MRU
Maintenance
5
Mesure de la dépression
6
Maintenance et entretien
L’entretien des appareils de chauffage est primordial pour bénéficier des
performances optimales et pouvoir se chauffer en toute sécurité.
L’entretien est à la charge de l’utilisateur qui doit respecter les consignes
d’entretien et de maintenance mentionnées sur les notices des appareils
fournies par les constructeurs. Il peut faire appel à son installateur
QUALIBOIS ou à une société de services compétente.
Déprimomètre
Mesure de dépression
L’arrêté du 15 septembre 2009 impose un entretien annuel des
chaudières à combustibles liquides, gazeux ou solides dont la
puissance est comprise entre 4kW et 400kW
La mesure de la dépression est indispensable
La mesure doit toujours se faire à chaud, en régime établi et chaudière en
fonctionnement
Il est important de faire plusieurs mesures à des températures de fumées
différentes, afin de voir les capacités mini et maxi de la cheminée et de
pouvoir effectuer le réglage du modérateur de tirage
La mesure de la dépression doit se faire à la sortie de la buse de la
chaudière
Le Règlement Sanitaire Départemental Type impose un
ramonage du conduit de fumée et du conduit de raccordement
2 fois par an, dont 1 fois pendant la saison de chauffe.
ARRETE DU 15 septembre 2009
7
ARRETE DU 15 septembre 2009
8
Que faire pendant l’entretien ?
Qui en a l’initiative ?
Lorsque le logement, le local, le bâtiment ou partie de
bâtiment est équipé d'une chaudière individuelle, l'entretien
est effectué à l'initiative de l'occupant, sauf, le cas échéant,
stipulation contraire du bail.
L'entretien comporte :
L'entretien des chaudières collectives est effectué à
l'initiative du propriétaire ou du syndicat des copropriétaires
de l'immeuble.
la vérification de la chaudière, le cas échéant son nettoyage et
son réglage,
la fourniture des conseils nécessaires portant sur le bon usage
de la chaudière en place,
les améliorations possibles de l'ensemble de l'installation de
chauffage
l'intérêt éventuel du remplacement de celle-ci.
Maintenance
9
Tableau récapitulatif
Fréquence
d’entretien
Inserts et
poêles hydro
Poêles à
granulés hydro
Chaudières et
cuisinières à
bûche
Chaudières
automatiques
Quotidien
Décendrage, laisser
les braises
Décrassage de la
grille et contrôle de
l’aspect des flammes
Décendrage, contrôle
de l’aspect des
flammes
Décendrage, laisser
les braises chaudes
Contrôle de l’aspect
des flammes
Décendrage (si non
automatique).
Contrôle de l’aspect
des flammes
Bimensuel
Nettoyage des
surfaces d’échanges
et vérification de
l’étanchéité des
portes
Nettoyage des
surfaces d’échanges et
vérification de
l’étanchéité des portes
Nettoyage des
(foyer et tubes de
fumée)
Nettoyage des
(foyer et tubes de
fumée)
Trimestriel
Vérification de l’état
des joints et serrage
des loquets de porte
Nettoyage des
ventilateurs (si
existants)
Nettoyage du fond du
silo à granulés et de la
vis d’alimentation.
Nettoyage des
ventilateurs
des joints, nettoyage
du ventilateur
des joints, nettoyage
du ventilateur.
Vérification du système
d’alimentation
automatique
Biannuel
Ramonage du conduit
de fumée et du
conduit de
raccordement
vérification des
organes de sécurité
hydrauliques
Ramonage du conduit
de fumée et du conduit
de raccordement,
vérification des
hydrauliques
Ramonage du conduit
de raccordement,
vérification des
hydrauliques
Ramonage du conduit
de raccordement,
vérification des
hydrauliques
Annuel
Vérification du
raccordement au
conduit et nettoyage
complet
Nettoyage et
vérification complète
de l’appareil
Nettoyage et
de l’appareil
Nettoyage et
de l’appareil et du silo
à granulé
Filière bois
1
Filière chauffage bois
2
Coupe du bois
Stocke du bois
Forestier
Fabrication de matériels
8
Développement de
nouveaux matériels
performants
Rédaction de
documentations
techniques et
commerciales
Rencontre et
conseille ses clients
Vente de tout
matériel, souvent
multi-marque
Détermine
l’installation
Grossiste
Filière bois
3
Les contraintes de la filière bois
Filière bois en cours
de structuration
Les actions
Chaque constructeur
forme des installateurs à
ses propres techniques
Harmonisation des
« langages »
Ne peut pas être
spécialiste en tout
Formation des
grossistes au bois
énergie dans
l’individuel
Mauvaise
connaissance de la
réglementation et
des nouvelles
techniques
Formation des
installateurs
Grossiste
Constructeur
Forestier
Permettre
l’organisation de
la filière bois
Installateur
Chap. 8: Filière chauffage bois
«Idée reçue» sur le bois
énergie. Mauvaise durée
de séchage et mauvais
stockage
Information sur
l’utilisation du
matériel et les
nouvelles
techniques
Utilisateurs
Vente aux
particuliers
Rédaction de devis
Formation des
installateurs
Constructeur
Auto consommation
et stockage
Installateur
Chap. 8: Filière chauffage bois
Utilisateurs
Réglementation
1
Réglementation
2
La réglementation technique française actuelle est composée de
deux types de documents :
Les textes législatifs et réglementaires : (Lois, Décrets, Arrêtés)
Les textes techniques :
9
TYPE
Conduits
d’évacuation des
fumées
LEGISLATIF
NORME TECHNIQUE
Arrêté du 22/10/1969
Règlement Sanitaire
Départemental type
Norme EN 303.5
4
Installation
hydraulique
NF P 52-203 (Ancien DTU 65.11)
NF EN 12828 : Conception des systèmes de chauffage à
eau
Insert/Poêle
NF EN 13240 : poêles à bûches
NF EN 14785 : poêles à granulés
NF EN 13229 : inserts et foyers fermés
Cuisinières
NF EN 12815
Chaudières
Décret du 09/06/2009
Aération
Décret du 27/11/2008
Chap. 9 : Réglementation
Réglementation
NF DTU 24.1
NF DTU 24.2 (Atrerie des inserts)
Entretien (appareils
4kW<Pu<400kW)
Nous rappelons dans ce chapitre les principaux textes que le concepteur
devra consulter pour réaliser une installation de chauffage au bois dans
l’habitat individuel (P<70 kW)
Réglementation
3
NF P (NF DTU ) : Documents techniques unifiés ayant acquis le statut de
norme.
NF EN : Normes européennes homologuées en France.
Avis techniques : documents d'information donnant une opinion autorisée sur
l'aptitude à l'emploi de matériaux, de produits, de technologies et de mise en
œuvre, lorsque leur nouveauté ou celle de l'emploi qui en est fait n'en
permettent pas, ou pas encore, la normalisation.
DTA (Document Technique d’Application) : est une forme particulière de l’Avis
Technique formulé pour l’emploi d’un produit ou composant relevant du
marquage CE
NF EN 303.5
Actuellement en cours de révision, la nouvelle version verra le jour
courant 2011.
Cette norme fixe les exigences concernant les caractéristiques de
construction et de fonctionnement, la technique des essais et le
marquage pour les chaudières spéciales pour combustibles solides à
chargement manuel ou automatique de puissance utile inférieure ou
égale à 300 kW.
Elle fixe également les limites d’émission des chaudières.
De manière générale, la norme distingue 3 classes d’appareils (Classe 1, 2,
3) mais les classes 4 et 5 verront le jour en 2011.
Les appareils conformes aux exigences de la norme doivent être munis
d’une plaque signalétique mais n’ont pas de marquage CE.
Les produits labellisés Flamme Verte respectent cette norme.
Réglementation
5
Les émissions :Homogénéisation des valeurs des équipements de chauffage
pour les exprimer en mg/Nm3 à 10% d’O2 à 0°C et 1013 mbar (produits de
combustion secs)
CO : Monoxyde de carbone COV : Composé organique volatil
Formules de calcul du rendement minimum selon le projet de révision de la norme
EN 303-5

Les combustibles bois

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