COLLOQUE MULTI ÉNERGIES DE L AGPI 9 ET 11 AVRIL Simon Mandeville Directeur technique, division chauffage ENVIROAIR Industries

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1 COLLOQUE MULTI ÉNERGIES DE L AGPI 9 ET 11 AVRIL 2013 Simon Mandeville Directeur technique, division chauffage ENVIROAIR Industries 1

2 1. L évolution des chaudières au fil des ans 2. La condensation L optimisation des systèmes hydroniques 4. L intégration des contrôles 5. Questions 2

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4 Les chaudières modulantes ont remplacé les chaudières à deux stages (ou arrêt/départ) Chaudières arrêt/départ Chaudières modulantes 4

5 Efficacité d une chaudière = Efficacité d une chaudière différence entre énergie consommée VS énergie réellement utilisée 5

6 L efficacité d une chaudière peut être calculée en utilisant un analyseur de combustion et en y combinant la température t d air de combustion et la température des gaz comburés Excès Efficacité de combustion à différence de température nette (Temp. gaz comb. temp. air de comb.) 6

7 Chaudières modulantes Chaudières à haute efficacité 7

8 L efficacité d une chaudière peut être calculée en utilisant un analyseur de combustion et en y combinant la température t d air de combustion et la température des gaz comburés Excès Efficacité de combustion à différence de température nette (Temp. gaz comb. temp. air de comb.) 8

9 Efficacité thermique par rapport à la température de l eau de retour mique (%) Efficacité therm Température de l eau de retour 9

10 Chaudières à haute efficacité Chaudières à Condensation 10

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12 + + = COMBUSTIBLE + AIR + ÉNERGIE = CHALEUR + EAU + AUTRES RÉSIDUS CH4 (GAZ NATUREL) + (O2 + N2) = CHALEUR + H2O + CO2 + N2 + O2 12

13 CH4 + 2(O2 + N2) = Chaleur + CO2 + 2N2 + 2H2O + NOx + CO 10 % à 12 % des btu sont de l énergie latente 13

14 Nom communément donné au phénomène physique de changement d'état de la matière qui passe d'un état gazeux à un état liquide Afin de permettre la condensation, il est nécessaire d atteindre le point de saturation, soit un taux d humidité relative de 100 % Les gaz comburés typiques des vieilles chaudières ( 400 F) présentent une humidité relative de 10 à 12 % Il est possible d atteindre le point de saturation d au maximum 135 degrés F si (et seulement si!) on contrôle adéquatement le ratio air/gaz Lorsqu il y a condensation, il est possible de récupérer btu/hr par livre d eau En respectant les lois de la physique, nous pouvons atteindre 99 % d efficacité 14

15 L efficacité thermique à «non-condensation» est ~ 85 % (85 % de l énergie thermique du combustible est transférée en chaleur dans l eau) 85 % Sortie eau Air combustible ~1600 o F ~15 % gaz de combustion ~ 300 F Pertes minimales Entrée eau 15

16 CH4 + 2(O2 + 3,76N2) => CO2 + 2H2O + 2(3,76N2) + Chaleur Dewpoint Tem mperature F FLUE GAS DEWPOINT Percent CO₂ in Flue Gases Gain chaleur latente (970 BTU/1 lb) Gain chaleur sensible (1 BTU/1 lb) Abaisser la température des gaz d échappement sous le point de rosée Entrée eau Gaz combustion ~1600 o F Gaz Combustion Sortie eau Combustible Air 16

17 Chaudières à Chaudières à haute efficacité Condensation 17

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19 Réglage de la température de la boucle hydronique à 180 o F, avec retour à 160 F Pompage primaire/secondaire Protection des chaudières de la condensation/choc thermique Calcul de la charge du «jour de calcul», choix d une grosse chaudière avec une deuxième pour assurer la redondance Des systèmes modernes non soumis à ces contraintes peuvent être conçus 19

20 Efficacité thermique par rapport à la température de l eau de retour. Efficacité therm mique (%) Température de l eau de retour Chaudières à non-condensation 20

21 Efficacité thermique par rapport à la température de l eau de retour* Efficacité therm mique (%) Puissance nominale Taux de modulation typique de 5:1 Température de l eau de retour, F, différence de température de 20 F 21

22 À non-condensation et haut feu : 83,5 % eff À condensation et haut feu : 88,0 % eff Différence de : 4,5 % eff À non-condensation et bas feu : À condensation et bas feu : Différence de : 87,0 % eff 89,5 % eff 25%eff 2,5 22

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25 Charge de chauffage Charge de chauffage de conception - 4,0MM BTU La charge réelle varie selon la saison 25

26 * Dispositif de réglage en fonction de la température de l air extérieur 26

27 Temp. de la boucle dans le bâtiment temp. de la bo oucle point de consigne de la boucle dispositif d ajustement en fonction de la temp. ext. temp. ajustée * Dispositif de réglage en fonction de la température de l air extérieur 27

28 Chaudières à non-condensation * Dispositif de réglage en fonction de la température de l air extérieur 28

29 À non-condensation et haut feu : 83,5 % eff À condensation et haut feu (AOR) : 90,0 % eff Différence de : 6,5 % eff À non-condensation et bas feu : À condensation et bas feu (AOR) : Différence de : MACH Modu Fire 87,0 %eff 93,0 %eff 6,0 %eff PRIX BUDGÉTAIRE PATTERSON KELLY ($CAN) capacité en MBTU/H PRIX BUDGET MACH $ 9,483 $ 10,742 $ 16,841 $ 17,623 $ 19,034 $ 30,770 $ 30,855 $ 38,912 $ 46,304 $ 59,969 SUBVENTIONS $2,000 $3,000 $5,750 $6,500 $7,750 $11,500 $15,250 $19,250 $23,000 $25,000 PRIX BUDGET $ 16,479 $ 16,631 $ 21,055 $ 21,439 $ 31,761 $ 32,716 SUBVENTIONS $1,500 $2,000 $3,000 $4,000 $5,000 $6,000 ( $ $) ( $ $) = (3 350 $) d économies * Dispositif de réglage en fonction de la température de l air extérieur 29

30 Réseau primaire variable 30

31 Pompe de chaudière Pompe de chaudière Pompe du système Chaudière n 1 Dimensionnée pour charge maximale Chaudière n 2 Redondante à 100 % 31

32 Chaudière n 1 Dimensionnée pour charge maximale Chaudière n 2 Redondante à Pompe du système 100 % Adéquat pour les appareils sous pression à condensation à masse et volume élevés 32

33 Les chaudières de type tube à feu sont souvent mieux adaptées au débit variable, en raison de leur inertie interne Certaines chaudières sont de type «zéro débit» À cause du volume d eau 33

34 Cyclages réduits Tolérance aux débits variables et/ou à l absence de débit Pas de température minimale du retour d eau Tolérance aux variations chimiques de l eau Risque réduit d entartrage et/ou d érosion 34

35 Une conception qui minimise les inconvénients liés aux conceptions traditionnelles : Choc thermique q Fatigue cyclique Défaillances prématurées 35

36 Débit variable Chaudière n 1 Dimensionnée pour charge maximale Chaudière n 2 Redondante à 100 % Pompe du système 36

37 Contrôle de la vitesse d un moteur Varie selon l énergie électrique transmise au moteur Réduction des coûts d exploitation de la pompe et du système Permet de contrôler le système pour maximiser le T = retours froids Taux de modulation typique d un système à vitesse variable =5:1 Lois d affinité des pompes pour calculer la capacité volumique, la hauteur manométrique (tête) ou la consommation électrique des pompes lors des changements de vitesse (tr/min) L ampérage du moteur est réduit 37

38 Maximise l efficacité globale du système Minimise les pertes de charge côté eau dans les chaudières Permet de diminuer le coût installé (moins de capitalisation) Occupe moins d espace dans une salle mécanique (moins d équipements) Réduit les besoins du système en énergie Pas de pompe de circulation dédiée en action Énergie générée par les chaudières directement utilisée par la boucle hydronique Pas de boucles d injection de chaleur Coût de pompage inférieur Permet de faire fonctionner plusieurs chaudières à faible charge pour améliorer leur efficacité 38

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41 Cycle de vie d une chaudière : Les contraintes sur l échangeur de chaleur et l appareil à pression sont les principaux déterminants du cycle de vie d une chaudière Quelles sont les causes de ces contraintes? Cyclage (marche/arrêt de la chaudière) Absence de stratégie de contrôle Entretien ti insuffisant 41

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43 35 % d économie d énergie Réduction de cycles par an à moins de 1000 cycles/an 43

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45 Nous avons optimisé i notre système en : utilisant des chaudières à condensation à très haute efficacité utilisant un dispositif de «rajustement en fonction de la température de l air extérieur» (Outdoor Reset) évaluant la possibilité de faire du primaire variable intégrant un système de contrôle logique (PLC) adapté 45

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