LES GENERATEURS DE CHALEUR J-M R. DS-BTP

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1 LES GENERATEURS DE CHALEUR J-M R. DS-BTP

2 Généralités Le générateur sans production d eau chaude sanitaire Le générateur avec production d eau chaude sanitaire Divers 2

3 Généralités Introduction Le générateur au sol Le générateur mural La condensation 3

4 Introduction Les générateurs peuvent être classés en fonction de divers paramètres. D après le matériau : - Générateur en fonte - Générateur en acier D après la pression de fonctionnement : - Générateur basse pression - Générateur haute pression D après le type de chaudière : - Générateur spécifiquement conçu pour un combustible - Générateur transformable - Générateur polycombustible D après la pression régnant dans la chambre de combustion : - Générateur à foyer atmosphérique - Générateur à foyer pressurisé D après le combustible : - Générateur à combustible solide - Générateur à combustible liquide - Générateur à combustible gazeux - Générateur électrique D après le fluide caloporteur : - Générateur à eau chaude < à 110 C - Générateur à eau chaude > à 110 C - Chaudière vapeur basse pression - Chaudière vapeur haute pression D après le type de préparation d eau chaude sanitaire : - Générateur à préparation d eau chaude sanitaire à accumulation - Générateur à production d eau chaude sanitaire instantanée D après le type de circulation des gaz brûlés : - Générateur à combustible solide, combustion à travers la masse - Générateur à combustible liquide, simple, double ou triple parcours - Générateur à combustible gazeux, à air soufflé ou atmosphérique REMARQUE IMPORTANTE Nous utiliserons d une manière générale le terme «générateur» pour l eau chaude et surchauffée et réserverons le terme «chaudière» pour la vapeur. 4

5 Introduction La générateur est un équipement dans lequel la chaleur produite par transformation de l énergie fournie (fioul, gaz, charbon, bois) est transmise à de l eau pour augmenter sa température. 5

6 Le générateur au sol Le générateur fonte Le générateur acier Terminologie 6

7 Le générateur fonte Dans les petites et moyennes installations, la production de chaleur se faisait autrefois presque exclusivement à partir de générateurs à éléments en fonte. De tels générateurs se composent d un nombre plus ou moins grand d éléments intermédiaires fixés ensemble auxquels on adjoint un élément de façade et un élément arrière ce qui permet d obtenir en fonction du nombre d éléments différentes puissances. De nos jour, la construction de tels générateurs se fait encore sur le même principe. Les principales caractéristiques de ces générateurs sont : - fabrication en grande série de caractéristiques constantes, - facilité de montage même dans les cas de rénovation de l habitat ancien, - sécurité de fonctionnement presque absolue, risques de corrosion tant à l extérieur qu à l intérieur très réduit, - possibilité d augmentation de la puissance par simple adjonction d éléments intermédiaires. 7

8 Le générateur fonte 8

9 Le générateur fonte Le rôle du foyer et de permettre à la flamme de se développer et d absorber l énergie produite par celle ci Le foyer est composé d éléments intermédiaires dont le nombre permet d adapter la puissance fournie aux besoins. 9

10 Le générateur fonte - Ils sont entièrement démontables. - Ils sont constitués d éléments assemblés entre eux par des nipples et des tirants. 10

11 Principaux constituants d un générateur fonte Collecteur de fumées 11

12 Le générateur à brûleur atmosphérique Il peut être en fonte ou acier. Il est utilisé en installation domestique et en installation de moyenne puissance. 12

13 Le générateur acier à brûleur vertical 13

14 Le générateur fonte de moyenne puissance 14

15 Le générateur acier Ces générateurs sont en général monobloc. Certaines marques proposent pour des puissances élevées un assemblage sur site afin de pallier les contraintes dimensionnelles. Ils possèdent des foyers avec différents modes de parcours de fumées et peuvent fonctionner à basse voire très basses températures. Les principaux avantages de ces générateurs sont par rapport à la fonte : - masse moins importante à puissance égale, - géométrie optimale de la chambre de combustion, - possibilité de réparation par simple soudage, - bien adaptés aux pression et températures élevées, - plus grande charge thermique des surfaces de chauffe, - puissances élevées par unité. Par contre, des inconvénients subsistent : - les risques de corrosion sont plus élevés, - impossibilité d augmenter la puissance par adjonction d éléments, - difficultés de transport et de manutention dans le cas de grosses unités. 15

16 Le foyer d un générateur acier Il existe pour les générateurs en acier différents types de foyer Les générateurs à foyer borgne Les générateurs à foyer non borgne Le foyer est fermé dans le fond. Les fumées reviennent sur le devant puis passent dans les carneaux, avant d être évacuées à la cheminée. Le foyer est ouvert dans le fond. Les fumées traversent les carneaux, puis sont évacuées à la cheminée. 16

17 Terminologie Tableau de commande Permet de réunir les divers raccordements électriques, commandes et signalisations. 17

18 Terminologie Sortie générateur Entrée générateur Permettent de raccorder le générateur à l installation. 18

19 Terminologie Doigts de gants Permettent d installer les bulbes des organes de mesure de température. 19

20 Terminologie Calorifuge Isole thermiquement le corps du générateur. 20

21 Terminologie Raccord de soupapes Permet de raccorder directement la soupape de sûreté sur le générateur. 21

22 Terminologie Boite à fumées Récupère les fumées en sortie de carneaux 22

23 Terminologie Buse de fumées Permet le raccordement du conduit de fumées. 23

24 Terminologie Trappe de ramonage Permet de récupérer les suies et résidus de combustion de la boite à fumées. 24

25 Terminologie Raccord de chasse Permet de raccorder directement une vanne de chasse ou de vidange sur le générateur. 25

26 Terminologie Foyer Permet à la flamme de se développer et de transmettre l énergie au générateur. 26

27 Terminologie Les carneaux Permettent la circulation des fumées et la transmission de l énergie au générateur. 27

28 Terminologie Turbulateurs Permettent de ralentir le passage des fumées dans les carneaux et d augmenter le temps d échange entre les fumées et l eau. 28

29 Le générateur acier de forte puissance à tubes de fumées 29

30 Le générateur mural Le générateur chauffage seul Le générateur ECS seul Le générateur mixte 30

31 Le générateur mural vue en coupe 31

32 Terminologie Purgeur d air ventouse Vase d expansion Corps de chauffe Bloc gaz Tubulure gaz Ventilateur Circulateur Vannes trois voies Départ chauffage Retour chauffage 32

33 Terminologie 33

34 Le générateur chauffage seul Le générateur chauffe l eau du circuit chauffage Le radiateur chauffe le local Gaz 34

35 Le générateur ECS seul 35

36 Le générateur mixte Le générateur assure deux services, il est en attente d une demande de sanitaire ou de chauffage 36

37 La condensation Le générateur à condensation Le condenseur autonome 37

38 Le générateur à condensation Dans ce type de générateur on récupère la chaleur latente contenue dans la vapeur d eau des fumées, ainsi que la chaleur sensible de ces fumées. Pour que le générateur fonctionne dans des conditions optimales il faut que la température du circuit soit inférieure au point de rosée qui est d environ 60 C pour le gaz. 38

39 Le générateur à condensation de forte puissance 39

40 Le condenseur autonome 40

41 Le générateur sans production d eau chaude sanitaire Généralités Le générateur à combustibles solides Le générateur gaz à brûleur atmosphérique Le générateur gaz ou fioul à brûleur à air soufflé Le générateur spéciale Le générateur aéraulique Le générateur électrique 41

42 Généralités Ce type de générateur dit «à simple service» a uniquement pour fonction de réchauffer de l eau au niveau primaire de l installation. Dans la partie secondaire du réseau, le générateur peut fournir de l énergie soit pour le chauffage, soit pour la production d eau chaude sanitaire via un échangeur soit assurer les deux fonctions. 42

43 Le générateur à combustibles solides 43

44 Le générateur gaz à brûleur atmosphérique Il peut être au sol ou mural. D une manière générale, les générateurs muraux sont réservés aux petites puissances. Ces générateurs en opposition aux générateurs équipés de brûleurs à air soufflé ne sont pas équipés de brûleurs à ventilateurs. L air nécessaire à la combustion est aspiré par simple ascension des gaz brûlés. Il est important de ne pas confondre le ventilateur du brûleur et le ventilateur d extraction des gaz brûlés, que nous trouvons sur certains générateurs très performants, mais dont la résistance au passage des gaz brûlés est supérieure au tirage naturel que pourrait offrir une cheminée. Ces générateurs à brûleur atmosphérique peuvent être soit raccordés au conduit de fumées et prennent l air comburant dans le local où ils sont situés, soit équipés de ventouses assurant l alimentation en air comburant depuis l extérieur dans un conduit double enveloppes. Les brûleurs peuvent prendre plusieurs formes et peuvent être constitués de rampes acier, fonte ou de diffuseur hémisphériques. 44

45 Le générateur gaz à brûleur atmosphérique 45

46 Le générateur gaz à brûleur atmosphérique moyenne puissance 46

47 Le générateur gaz ou fioul à brûleur à air soufflé De tels générateurs qu ils soient au fioul ou au gaz, ne se différencient pas fondamentalement du point de vue construction si bien qu ils peuvent fonctionner indifféremment avec un brûleur fioul ou un brûleur gaz soufflé. Les principaux avantages du fioul sont : - bonnes possibilités de régulation, - possibilité de marche programmée, - libre choix du vendeur de combustible, - simplicité des brûleurs facilitant la maintenance. Les principaux avantages du gaz sont : - paiement des factures au vu des consommations, - encombrement minimal du fait de l absence de stockage, - contrôle simple des consommations, - propreté des installations. 47

48 Le générateurs spéciaux Le générateur à tubes d eau La chaudière vapeur Le générateur à huile thermique Le générateur solaire 48

49 Le générateur aéraulique Le générateur aéraulique à combustibles solides Le générateur aéraulique à gaz Le générateur aéraulique à fioul 49

50 Le générateur électrique Le générateur électrique à eau comme fluide accumulateur Le générateur électrique avec autre fluide accumulateur 50

51 Le générateur à tubes d eau Ce sont des générateurs surtout utilisés en centrales thermiques. Contrairement aux générateurs traditionnels à tube foyer, c est l eau qui circule dans des tubes. Cette eau peut circuler naturellement ou être forcée par un circulateur. Ce type de générateurs est réservé à des puissances très élevées. 51

52 La chaudière vapeur Cette chaudière est principalement utilisée pour des process industriels divers : - chauffage urbain, - cuisines collectives, - hôpitaux, - laveries industrielles, - pressing. Le circuit primaire est constitué par une chaudière à vapeur et le circuit secondaire produit l eau chaude par un échangeur de chaleur qui peut être monté soit dans la chambre vapeur du générateur soit sur la chaudière soit sur un châssis annexe à la chaudière 52

53 La chaudière vapeur 53

54 Le générateur à huile thermique De même que la chaudière vapeur, le générateur à huiles thermiques est surtout utilisé en industrie. C est la propriété des huiles de pouvoir atteindre des températures élevées à la pression atmosphérique qui est retenue dans ce principe. Comme c est le cas pour l eau, les huiles peuvent être réchauffées dans des générateurs spéciaux puis être distribuées aux différents utilisateurs au moyen de pompes. La mise en température s effectue au moyen de brûleurs fioul, gaz ou encore électriquement. La circulation de l huile peut se faire en circuit ouvert ou fermé. 54

55 Le générateur à huile thermique Générateurs à huile 55

56 Le générateur solaire 56

57 Le générateur aéraulique à combustibles solides C est un appareil composé de trois parties, à savoir : - le foyer, - l échangeur de chaleur, - l habillage. Le foyer est constitué d une chambre en matériau réfractaire dans laquelle a lieu la combustion. Ce générateur est souvent fabriqué en fonte et est recouvert de profilés en forme d ailettes afin d augmenter la surface de chauffe. Il est utilisé essentiellement pour réchauffer de grands volumes (gymnases par exemple). L habillage est constitué d une chambre maçonnée, l air à réchauffer entrant par le dessous et la sortie de l air chaud se faisant en partie supérieure. L utilisation de tels générateurs est pratiquement abandonnée du fait de l impossibilité d obtenir un chauffage uniforme et du fait de la difficulté de réguler. 57

58 Le générateur aéraulique à gaz Dans ce type d appareil, on utilise la chaleur dégagée par la combustion du gaz pour assurer directement le réchauffage de l air sans utiliser de fluide caloporteur intermédiaire tel que l eau ou la vapeur. Les principaux éléments de se générateur sont : - le brûleur, - l échangeur, - les dispositifs de régulation, - les dispositifs de sécurité. 58

59 Le générateur aéraulique à fioul Dans l ensemble, on peut leur appliquer tout ce qui à été dit à propos des générateurs gaz. Il se composent principalement de : - une chambre de combustion en acier spécial, - un brûleur fioul, - une batterie de chauffage, - un châssis permettant le raccordement aux conduits d air. 59

60 Le générateur électrique à eau comme fluide accumulateur Dans ce type de générateur, la chaleur produite par le courant électrique est accumulée dans l eau. Le réchauffage de l eau s effectue, soit directement dans l accumulateur même, soit dans un générateur indépendant auquel on adjoint un accumulateur indépendant. Le réchauffage direct est surtout utilisé pour des petites installations. C est une ou plusieurs résistances plongeantes qui réchauffent l eau et la maintient à température dans le lieu de stockage. Le réchauffage indirect est dédié aux grosses puissances. C est un ensemble de résistances plongeantes qui réchauffent instantanément un petit volume d eau qui est transporté au moyen d une pompe dans une unité de stockage annexe. 60

61 Le générateur électrique à eau comme fluide accumulateur 61

62 Le générateur électrique avec autre fluide accumulateur A la place de l eau on utilise dans ces générateurs un autre médium accumulateur de chaleur. Les substances accumulatrices peuvent être liquides telle que l huile ou solides tels que des éléments réfractaires. Dans tous les cas, les médium utilisés ont un pouvoir accumulateur donc une capacité thermique massique élevée et une bonne conductibilité thermique. 62

63 Le générateur avec production d eau chaude sanitaire Généralité Le générateur mural Le générateur au sol Le générateur ECS indépendant 63

64 Généralités Ce type de générateur dit «à double service» a pour fonction de réchauffer de l eau au niveau primaire de l installation. Dans la partie secondaire du réseau, ce générateur peut fournir directement ou via un échangeur l énergie pour la production d eau chaude sanitaire et pour le chauffage. 64

65 Le générateur mural La production d ECS instantanée La micro accumulation L accumulation 65

66 La production d ECS instantanée Le générateur assure deux services il est en attente d une demande de sanitaire ou de chauffage Pour assurer ces fonctions le générateur devra : - prendre en compte les souhaits de l utilisateur ( d eau chaude), - assurer la détection (débit-stat, valve à eau), - assurer l alimentation en gaz (vanne de barrage, bloc gaz), - assurer la combustion (brûleur, foyer, contrôle de flamme), - assurer l échange (corps de chauffe), - assurer la régulation (aquastat, thermistances, modulation), - assurer l évacuation des fumées (coupe tirage, cheminée, ventouse). 66

67 La production d ECS instantanée 67

68 La micro accumulation Le générateur maintient le micro accumulateur en température, lors d un puisage, le brûleur du générateur s allume instantanément pour maintenir la micro accumulation en température Gaz Eau froide Pour assurer ces fonctions le générateur devra : - prendre en compte les souhaits de l utilisateur ( d eau chaude), - maintenir la réserve d eau en température, - assurer la détection (débit-stat, valve à eau), - assurer l alimentation en gaz (vanne de barrage, bloc gaz), - assurer la combustion (brûleur, foyer, contrôle de flamme), - assurer l échange (corps de chauffe), - assurer la régulation (aquastat, thermistances, modulation), - assurer l évacuation des fumées (coupe tirage, cheminée, ventouse). 68

69 La micro accumulation 69

70 L accumulation Le générateur maintient le ballon en température, lors d un puisage le ballon chute en température, et le brûleur du générateur se rallumera si besoin. Gaz Eau froide Pour assurer ces fonctions le générateur devra : - prendre en compte les souhaits de l utilisateur ( d eau chaude), - contrôler la température de stockage (aquastat ballon), - assurer l alimentation en gaz (vanne de barrage, bloc gaz), - assurer la combustion (brûleur, foyer, contrôle de flamme), - assurer l échange (corps de chauffe, échangeur), - assurer la régulation (aquastat, thermistances, modulation), - assurer la sécurité hydraulique (groupe de sécurité, soupape, disconnecteur), - assurer l évacuation des fumées (coupe tirage, cheminée, ventouse). 70

71 L accumulation 71

72 Le générateur au sol La production semi - instantanée La production semi - accumulée La production instantanée 72

73 La production semi - instantanée Seule la capacité du ballon d ECS change entre la production semiinstantanée et la production semiaccumulée. 73

74 La production semi - accumulée Seule la capacité du ballon d ECS change entre la production semi-instantanée et la production semi-accumulée. 74

75 Le générateur avec production d eau chaude sanitaire Pour un générateur monobloc le ballon est immergé dans la partie supérieure de la chaudière. La production d eau chaude sanitaire est prioritaire sur le chauffage, un aquastat la commande. 75

76 Le générateur fonte avec accumulation E.C.S. 76

77 Le générateur acier avec accumulation E.C.S. 77

78 La production instantanée 78

79 Les générateurs ECS indépendants Le générateur électrique instantané Le générateur électrique accumulé Le générateur gaz instantané Le générateur gaz ou fioul accumulé 79

80 Le générateur électrique instantané 80

81 Le générateur électrique accumulé 81

82 Le générateur gaz instantané 82

83 Le générateur gaz ou fioul accumulé 83

84 Le générateur fonte avec accumulation E.C.S. 84

85 Le générateur électrique avec autres fluides accumulateurs Générateurs à huile 85

86 Le générateur mural La production instantanée La micro accumulation L accumulation 86

87 Le générateur au sol La production semi instantanée La production semi accumulée La production instantanée 87

88 Le générateur E.C.S. indépendant Le générateur électrique instantané Le générateur électrique accumulé Le générateur gaz accumulé Le générateur fioul accumulé Le générateur gaz instantané 88

89 Divers Choix d un générateur Sélection générateur sur catalogue Raccordements hydrauliques d un générateur Équipements périphériques d un générateur Débits d irrigation 89

90 Choix d un générateur En fonction du combustible : fioul ou gaz. En fonction de son utilisation : chauffage seul ou chauffage avec ECS. En fonction de sa puissance : par rapport aux besoins de l installation. En fonction de son rendement : générateur plus ou moins performant. 90

91 Sélection d un générateur sur catalogue 91

92 Équipements périphériques d un générateur Soupape de sécurité Pompe de circulation Vannes d isolement chaudières Pompe de recyclage Thermomètres Générateur Remplissage disconnecteur Vase d expansion 92

93 Raccordements hydrauliques d un générateur Alimentation par un générateur acier d un circuit radiateur : Départ chauffage Pompe de circulation Soupape de sécurité Thermomètres Vannes d isolement chaudières Retour chauffage Recyclage Recyclage Vase d expansion Générateur Remplissage 93

94 Débits d irrigation Débit d irrigation d un générateur : Il faut éviter tout choc thermique. Le débit d irrigation d un générateur sera compris entre 1/3 et 3 fois le débit nominal. Le débit nominal = Puissance générateur / (1.16 * Δθ) avec Δθ = 15 K Si il y a variation de débit dans le générateur, il devra être progressif. Exemple de calcul d un débit d irrigation pour un générateur de 200 kw QV nominal = 200/ (1.16*15) = m 3 /h QV d irrigation minimum = 11.50/3 = 3.84 m 3 /h 94

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