Manuel d Hydronique Moderne P R E M I È R E É D I T I O N

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1 Manuel d Hydronique Moderne P R E M I È R E É D I T I O N Résidentiel Industriel Commercial Fonte de n eige/glace Solutions professionelles de chauffage par rayonnement

2 M ANUEL D HYDRONIQUE M ODERNE

3 Ce manuel est publié de bonne foi et il est censé être fiable. Les données techniques sont le résultat d analyses scientifiques et empiriques. IPEX soutient une politique d amélioration continue des produits. Il peut en résulter la modification des caractéristiques ou des données techniques, sans préavis par IPEX. Tous droits réservés. Aucune partie de ce manuel ne peut être utilisée ou reproduite de quelque façon que ce soit sans permission écrite. Pour information, s adresser à IPEX Inc., Service Marketing, 6665, chemin Saint-François, Saint-Laurent, Québec H4S 1B IPEX WR003UC-FR

4 INTRODUCTION L HYDRONIQUE MODERNE Tous les ans, des dizaines de milliers d'immeubles sont mis en chantier dans toute l'amérique du Nord. Des milliers d'autres sont l'objet de rénovations. Qu'ils soient neufs ou en rénovation, la plupart de ces bâtiments devront être équipés d'un système de chauffage à installer ou à modifier. Parmi les centaines de décisions qu'ils auront à prendre, les propriétaires auront à sélectionner un système de chauffage. Malheureusement, et la plupart du temps involontairement, le choix d'un tel système repose sur des facteurs qui, en fin de compte, n'apportent pas au propriétaire ou aux occupants le confort qu'ils attendent. Dans de nombreux cas, le système de chauffage, souvent considéré comme une partie du bâtiment indispensable mais sans attrait, est sélectionné uniquement en fonction de son coût d'installation. Dans d'autres cas, la sélection repose strictement sur ce que le constructeur offre ou recommande. Enfin, ce choix peut également dépendre des systèmes habituellement offerts pour le type de bâtiment en construction ou l'emplacement de ce bâtiment. De telles décisions peuvent se traduire par des années d'inconfort dans des immeubles difficiles à chauffer. Avec le recul, de nombreuses personnes ayant pris ce genre de décisions et en ayant supporté les conséquences seraient prêtes à changer rapidement d'avis si elles en avaient l'occasion. La plupart d'entre elles investiraient d'ailleurs facilement plus d'argent (au besoin) dans un système de chauffage qui réponde réellement à leurs attentes. Cette situation n'est pas irrémédiable! En fait, peu nombreuses sont les personnes qui n'apprécient pas un intérieur chaud et confortable par une froide journée d'hiver. Que ce soit à la maison ou au travail, cette douce chaleur leur fait oublier la neige, la glace et le vent qui souffle à l'extérieur. Un tel environnement procure en effet une sensation de bien-être et de contentement et la productivité s'en trouve améliorée. Le chauffage hydronique vous offre un tel environnement. Dans n'importe quel immeuble, ce genre de chauffage assure un confort inégalé durant des années. 1

5 MANUEL D HYDRONIQUE MODERNE DE IPEX La technologie hydronique possède la capacité sans pareille de transférer la chaleur avec précision à l'endroit désiré et au moment voulu. L'apport de chaleur s'effectue doucement, en silence et sans créer de courants d'air désagréables ni transporter de poussière et de polluants atmosphériques dans l'immeuble. Un système hydronique bien conçu coûte souvent nettement moins cher à utiliser que les autres installations de chauffage. Il existe une vaste gamme d'installations de chauffage hydronique, que ce soit dans une pièce supplémentaire ou dans de grands immeubles industriels et commerciaux. Un concepteur compétent est en mesure de configurer un système répondant aux besoins exacts d'un bâtiment et de ses occupants. Les systèmes s installent sans compromettre la structure du bâtiment ni remettre en cause son aspect esthétique. En bref, le chauffage hydronique s'adresse aux gens avisés qui attendent d'un immeuble qu'il soit aussi confortable qu'agréable à regarder. En matière de confort, de flexibilité et de rendement, le chauffage hydronique établit une norme selon laquelle les autres formes de chauffage devraient être évaluées. C'est le bon moment Il n'y a jamais eu de meilleur moment, pour un professionnel du chauffage, pour s'intéresser à l'hydronique. En effet, de nouveaux matériaux, et outils de conception, ainsi que de nouvelles techniques d'installation offrent aujourd'hui aux professionnels innovateurs des occasions d'affaires rentables et sans précédent. IPEX a élaboré ce manuel pour vous aider à mettre en œuvre la technologie du chauffage hydronique en utilisant le dernier cri de la conception et de l'installation. Notre but est de vous aider à satisfaire les besoins exacts de vos clients en utilisant les méthodes les plus raffinées et les matériaux offerts en matière de chauffage hydronique moderne. Nous désirons alimenter votre réflexion et vous donner le réflexe de penser «C est possible» lorsque des situations vous auraient conduit à des compromis en l'absence de la souplesse offerte par l'hydronique. Un système de tuyauterie universel La tuyauterie constitue naturellement un composant essentiel de tout système hydronique. Non seulement cette tuyauterie doit-elle contenir l'eau chauffée sous pression en toute sécurité, mais elle doit également résister à la corrosion, au cycle thermique et s'installer facilement. Les tuyaux Kitec XPA MC ont été lancés par IPEX en 1988 comme tuyauterie pressurisée à usages multiples, tant pour le chauffage hydronique, que la distribution d'eau potable. De par leur fabrication, les tuyaux Kitec combinent les meilleures propriétés de l'aluminium et du polyéthylène réticulé (PER), pour un produit composite unique en son genre utilisable dans des conditions de service dépassant souvent les limites du métal ou de la matière plastique seule. La partie centrale en aluminium des tuyaux Kitec XPA offre à la fois résistance et facilité de cintrage. L aluminium réduit considérablement les effets de contraction et dilatation associés aux changements de température comparativement aux tuyaux en plastique seulement. Il forme également une barrière extrêmement efficace contre la pénétration de l'oxygène, qui peut corroder les autres composants d'un système hydronique. La couche extérieure PER assure l'intégrité de la partie centrale en aluminium, en la protégeant contre l'abrasion et l'action des produits chimiques, lorsqu'on l'encastre dans un matériau comme le béton. La couche intérieure PER a une surface lisse et procure d'excellentes caractéristiques hydrauliques, ainsi qu'une très bonne résistance chimique. De par leur fabrication unique en son genre, les tuyaux Kitec XPA offrent également une excellente flexibilité pour une installation facile, particulièrement dans les endroits exigus, dans lesquels il n'est tout simplement pas possible d'envisager de tuyauterie rigide. Contrairement à la plupart des tuyaux en matière plastique, les produits Kitec XPA conservent la forme voulue après cintrage. Il est également facile de les redresser, pour une installation d'aspect propre et professionnel dans les endroits exposés. Les tuyaux Kitec XPA sont véritablement des produits universels convenant à toutes sortes d'usages, dans les systèmes de chauffage hydronique. De la dalle chauffante aux murs et plafonds chauffants en passant par les systèmes de fonte de neige et les circuits pour plinthes chauffantes, vous vous apercevrez que les qualités des produits Kitec XPA en font le choix par excellence pour tous vos besoins de tuyauterie de chauffage hydronique. De la tuyauterie aux systèmes En plus des tuyaux Kitec, IPEX offre également une gamme complète d'accessoires, comme les raccords de tuyauterie, les manifolds et les coffrets de commande Ambio-Confort. Tous ces produits sont conçus pour une installation rapide et simple, et peuvent s'utiliser dans de nombreuses applications. Dans les sections qui 2

6 MANUEL D HYDRONIQUE MODERNE DE IPEX suivent, nous vous présenterons de nouvelles méthodes d'utilisation de ces produits, pour concevoir et installer des systèmes susceptibles de mettre en valeur la qualité et le confort qui caractérisent depuis longtemps l'hydronique. Ce sont des techniques qui vous permettront de tirer avantage des projets présentant des défis que d'autres ne veulent pas relever tout en assurant votre réputation comme véritable professionnel du confort. De concert avec IPEX, vous pourrez maîtriser avec succès les innombrables possibilités offertes par la technologie de l'hydronique moderne. 3

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8 MANUEL D HYDRONIQUE MODERNE DE IPEX TABLE DES MATIÈRES Section 1: De nombreuses possibilités! Section 2: Options de sources de chaleur Section 3: Régulation de la température de l'eau Section 4: Méthodes de chauffage par rayonnement dans le plancher Section 5: Murs et plafonds rayonnants Section 6: Systèmes de manifolds Section 7: Coffrets de commande préfabriqués Section 8: Systèmes de distribution pour chauffage hydronique Section 9: Conception de systèmes hydroniques multiples Section 10: Tuyaux pour chauffage à rayonnement Section 11: Chauffage hydronique pour fonte de neige / glace Annexes 5

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10 SECTION 1 DE NOMBREUSES POSSIBILITÉS! Question: Quelles demandes de chauffage peut-on satisfaire au moyen de la technologie hydronique moderne? Réponse: Pratiquement n'importe quelle demande imaginable! Pendant des années, le concept de chauffage hydronique a fait penser à des radiateurs en fonte ou à des plinthes chauffantes à tube à ailettes, installés dans des maisons d'habitation et des immeubles commerciaux - rien de plus. Les premiers systèmes hydroniques étaient habituellement considérés comme «résidentiels» ou «commerciaux» par nature. Les systèmes résidentiels étaient du ressort des entrepreneurs en plomberie/chauffage. Les règles de conception empiriques suffisaient habituellement, étant donné le peu de variétés des systèmes installés. La tuyauterie et les méthodes de régulation sont restées à peu près inchangées sur ces systèmes entre les années 50 et les années 80 en Amérique du Nord. Les systèmes hydroniques commerciaux, distincts de leurs équivalents résidentiels, formaient un monde véritablement à part. En effet, les techniques reposant sur les tuyauteries primaires/secondaires, les systèmes de distribution d'eau à multiples températures, ainsi que la régulation en fonction de la température extérieure étaient mis en œuvre avec succès dans les systèmes commerciaux, mais n'étaient pratiquement jamais considérés pour des installations résidentielles. L'hydronique entre dans une ère nouvelle Les temps ont bien changés, du point de vue de l'hydronique. Les systèmes résidentiels et commerciaux partagent maintenant certaines solutions communes en matière de tuyauterie et de régulation. Ainsi, des méthodes d'installation intéressantes mises au point il y a plusieurs dizaines d'années sont actualisées, en faisant appel à des matériaux et des principes de commande modernes, assurant des décennies de fonctionnement fiable et économique en énergie. 7

11 MANUEL D HYDRONIQUE MODERNE DE IPEX L'époque où les systèmes hydroniques ne comprenaient que les radiateurs en fonte, ainsi que des tuyauteries en cuivre ou en fonte et des plinthes de chauffage à tube à ailettes est révolue. Il est aujourd'hui possible, grâce à de nouveaux produits comme les tuyaux Kitec et les coffrets de commande Ambio-Confort, d'installer des systèmes de qualité répondant à des demandes de chauffage multiples. Les systèmes modernes peuvent comprendre un certain nombre d'émetteurs de chaleur. On sélectionne chacun de ces émetteurs en fonction des exigences thermiques, esthétiques et budgétaires précises d'un projet. On demande aujourd'hui aux entrepreneurs en chauffage hydronique de fournir des systèmes pour des projets de toutes tailles, allant du petit appartement à la maison d'habitation construite sur mesure, en passant par un certain nombre d'immeubles à usage commercial. Chaque projet comporte ses exigences propres. Les systèmes modernes comprennent plusieurs genres d'émetteurs de chaleur, fonctionnant à différentes températures d'eau; ils peuvent être divisés en une douzaine de zones, chaque zone étant dotée d'une régulation indépendante. Certains entrepreneurs hésitent à se lancer dans l'installation de systèmes aussi complexes. D'autres au contraire considèrent que, en utilisant les bons matériaux et les bonnes méthodes de conception, il est non seulement possible d'installer de tels systèmes, mais que c'est aussi une excellente occasion de faire des profits et de se démarquer auprès de la clientèle. L'entrepreneur conscient de ce que la technologie hydronique moderne peut lui offrir, et qui prend le temps d'étudier l'application des nouvelles méthodes de conception et d'utilisation des nouveaux produits, voit ses affaires se développer comme jamais auparavant. Le client avisé recherche ce genre de spécialiste de l'hydronique, car il peut lui offrir ce que ses concurrents ne peuvent pas, c'est-à-dire la capacité de combiner les produits et méthodes de conception modernes, dans le but de créer des systèmes de chauffage taillés sur mesure pour répondre aux besoins de leurs clients. Pour tirer parti de telles occasions, vous devez savoir comment utiliser ces techniques modernes d'installation et de régulation. C'est le but de ce manuel. Il vous apprendra ainsi comment utiliser les tuyaux Kitec, les coffrets de commande Ambio-Confort et autres accessoires pour assembler des systèmes hydroniques à la fine pointe de la technologie, assurant confort, économie et fiabilité et, par dessus tout, la satisfaction du client. Fort de ces connaissances, vous découvrirez que le chauffage hydronique moderne constitue l'un des créneaux les plus gratifiants et les plus lucratifs de l'industrie du CVC. La société IPEX possède la volonté et la capacité de vous aider à tirer profit des nombreux avantages offerts à ceux qui savent comment maîtriser la technologie hydronique moderne. 8 Un système à tout faire L'expression qui s'applique le mieux au concept de chauffage hydronique moderne est la suivante : Une seule source de chaleur dessert des charges multiples Parmi ces charges, on peut citer : Le chauffage par rayonnement des planchers, murs et plafonds Le chauffage par plinthes et panneaux-radiateurs Les sous-systèmes aérothermes Le chauffage indirect de l'eau à usage domestique Le chauffage de garage intermittent Le chauffage des piscines et baignoires à remous La fonte de neige Le «chauffage urbain» de plusieurs bâtiments adjacents Les charges rencontrées dans le domaine de l'agriculture et de l'horticulture, comme le chauffage des enceintes pour animaux, des serres et le réchauffage du gazon. De nombreuses installations peuvent comporter plusieurs de ces charges, correspondant à des demandes de chaleur différentes à des moments différents et à des températures différentes. Par exemple, le meilleur moyen de chauffer les locaux d'un immeuble donné peut consister à combiner plusieurs émetteurs de chaleur hydronique. Certaines zones peuvent être parfaitement adaptées au chauffage par rayonnement dans le plancher, tandis que d'autres seront mieux chauffées par rayonnement dans le plafond. Dans d'autres endroits enfin, le chauffage idéal peut être réalisé au moyen de plinthes ou même de gaines de chauffage à air pulsé assurant la circulation de l'air dans une section de traitement équipée d'un serpentin à eau chaude. Dans presque toutes les maisons et presque tous les immeubles commerciaux, on a également besoin d'eau chaude à usage domestique. Dans certains cas, la charge de chauffage correspondante peut être supérieure ou égale à la charge de chauffage des locaux. De nombreuses installations constituent également une application de choix pour la fonte de neige par chauffage hydronique, encore faut-il que les responsables soient conscients des avantages offerts par rapport aux méthodes traditionnelles d'enlèvement de la neige. Dans de telles situations, certains concepteurs proposent un système hydronique séparé pour chaque charge. On a ainsi une chaudière pour chauffer le bâtiment, une autre pour fondre la neige dans l'allée d'accès au garage et peut-être encore une autre pour chauffer la piscine. Dans le même immeuble, on peut aussi utiliser un ou plusieurs chauffe-eau directs à usage domestique. Bien qu'une telle approche soit possible, elle permet rarement de tirer parti de la capacité, unique en son genre, d'un système hydronique à raccorder toutes les charges sur une seule source de chaleur. Cette dernière solution permet en effet souvent de réduire la taille et le coût de l'ensemble du système. L'entretien s'en trouve également facilité et la consommation de combustible réduite. Une telle synergie dans un système est rendue possible grâce à la technologie hydronique moderne.

12 SECTION 1 DE NOMBREUSES POSSIBILITÉS De la simplicité à la sophistication Examinons comment la technologie hydronique moderne, de par sa flexibilité, permet de satisfaire les besoins aussi bien des installations simples que des installations sophistiquées. Commençons par une installation de base : un système de chauffage par le plancher pour un petit agrandissement dans une maison. Comme la charge est faible, on utilisera un chauffe-eau comme source de chaleur. La figure 1-1 illustre ce chauffe-eau ainsi que les autres composants du système. enfin brancher l'alimentation électrique. COFFRET DE COMMANDE EN BOUCLE OUVERTE sortie d'eau chaude C-E entrée d'eau froide sortie d'eau chaude Figure 1-2 C-E entrée d'eau froide Figure 1-1 Bien que l'installateur puisse acheter les composants (comme les manifolds, la pompe de circulation en bronze et le réservoir d'expansion) ainsi que la robinetterie séparément, il peut aussi utiliser un coffret de commande Ambio-confort, ce qui lui permettra d'économiser énormément de temps et de main-d'œuvre. Tous les composants nécessaires sont pré-assemblés dans un module compact et d'installation facile. Tout ce qu'il reste à faire c'est d'installer la tuyauterie entre le coffret de commande Ambio-Confort et le chauffe-eau, raccorder les circuits dans le plancher et Bien que ce système soit de conception très simple et facile à installer, il peut quand même offrir un confort de loin supérieur à celui obtenu avec d'autres systèmes, dont plusieurs peuvent être plus chers à installer ainsi qu'à utiliser. Une installation légèrement plus importante Dans une maison de type courant, la charge de chauffage calculée est souvent supérieure à la puissance générée par un chauffe-eau, en particulier si ce dernier doit également fournir l'eau chaude à usage domestique. Dans un tel cas, il vaut mieux prévoir une chaudière comme source de chaleur. La figure 1-3 présente un exemple de système hydronique assurant le chauffage des locaux grâce à un plancher rayonnant; il fournit l'eau chaude à usage domestique par le biais d'un chauffe-eau indirect. thermostats de pièce CC CONVENTIONNEL boucle primaire RÉGULATION DE MÉLANGE sortie d'eau chaude thermostats de pièce C-E indirect boucle pour eau chaude domestique alimentation CHAUDIÈRE CC CONVENTIONNEL entrée d'eau froide retour Figure 1-3 9

13 MANUEL D HYDRONIQUE MODERNE DE IPEX On a prévu deux coffrets de commande Ambio-Confort pour fournir l'eau et les commandes électriques pour la partie chauffage des locaux du système. Dans cette installation, des actionneurs électriques ont été montés sur les robinets, dans les coffrets de commande Ambio-Confort, afin d'assurer une régulation individuelle de la température dans plusieurs pièces. Un système de mélange par injection externe a été installé entre les coffrets de commande Ambio-Confort et la boucle primaire, dans le but de faire varier la température fournie aux circuits dans le plancher en fonction de la température extérieure (régulation en fonction de la température extérieure). Ce système de mélange protège également la chaudière contre la condensation des gaz de combustion, due à une température d'eau de retour trop basse. Des températures d'eau multiples pas de problème Certains immeubles peuvent exiger (ou certains clients peuvent préférer) différents émetteurs de chaleur hydroniques qui fonctionnent à des températures d'eau différentes. Par exemple, dans une partie du bâtiment, on peut utiliser un chauffage par rayonnement dans le plancher. Le circuit de tuyauterie dans la dalle de plancher chauffante peut alors fonctionner à une température d'eau de 40,5 C (105 F) dans les conditions de conception. Une autre partie du bâtiment peut être chauffée au moyen de plinthes avec tubes à ailettes exigeant cette fois-ci une eau à 82,2 C (180 F). Il est relativement aisé d'assurer ces températures d'eau multiples grâce à un système de tuyauterie/régulation dont le schéma est illustré à la figure 1-4. Remarquez que le manifold d'alimentation des circuits de plinthes chauffantes est raccordé directement sur la boucle primaire et reçoit ainsi de l'eau chaude (82,2 C (180 F)). Les circuits de chauffage dans le plancher sont alimentés en eau à température réduite, par le biais d'un système de mélange par injection et du coffret de commande Ambio-Confort. Notez que tous les composants assurant le fonctionnement des circuits de chauffage dans le plancher ont été incorporés dans un seul coffret de commande préfabriqué Ambio-Confort. La chaudière fournit également de l'eau chaude (82,2 C (180 F)) à l'échangeur de chaleur du chauffe-eau indirect, pour une plus grande efficacité de récupération. Ce système dessert donc trois charges de chauffage différentes, à partir d'eau à deux températures. Mais nous sommes encore loin des limites de la technologie hydraulique moderne. Une installation sophistiquée Supposons qu'après avoir discuté du système ci-dessus, vos clients vous demandent si vous pouvez également ajouter la fonte de neige, ainsi qu'un chauffage intermittent du garage ou de la piscine. Peut-être vous demandera-t-il même d'assurer ces trois charges de chauffage simultanément. C'est là que l'hydronique peut véritablement apporter une solution. boucle primaire 82,2 C (180 F) sortie d'eau chaude P / T RÉGULATION DE MÉLANGE thermostats de pièce CONVENTIONAL CP dhw loop alimentation 40,5 C (105 F) C-E indirect sortie d'eau froide CHAUDIÈRE retour Figure

14 SECTION 1 DE NOMBREUSES POSSIBILITÉS Dans une telle situation, vous pouvez offrir à votre client un système sur mesure et efficace, répondant exactement à ses besoins. La figure 1-5 illustre l'une des manières d'assembler un tel système. Représentez-vous ce système comme une série de sousensembles «branchés» sur une source commune d'eau chaude : la boucle primaire. Le sous-ensemble de chauffage dans le plancher se présente comme sur la figure 1-4, sauf que maintenant il y en a deux. Ils sont tout simplement branchés sur une boucle primaire plus grande. Dans le même ordre d'idée, le manifold alimentant les zones chauffées par plinthes est branché sur la boucle primaire de la même manière que sur la figure 1-4. Ce qu'il y a de nouveau, ce sont les sous-ensembles qui alimentent l'échangeur de chaleur destiné à la fonte de neige et au chauffage de la piscine. Représentons-nous les échangeurs de chaleur comme des zones de séparation entre l'eau chaude dans la boucle primaire et les fluides transportant la chaleur vers l'installation de fonte de neige et de chauffage de la piscine. La chaleur est ainsi transférée d'un fluide à l'autre, mais ces derniers ne se mélangent jamais. La «centrale thermique» alimentant ce système sophistiqué comprend deux chaudières commandées par un dispositif de régulation à étages. Ce concept - désigné par système à chaudières multiples - est aujourd'hui couramment utilisé dans les grandes installations de maisons d'habitation et commerciales. Un système à chaudières multiples est dimensionné pour fournir une puissance suffisante pour satisfaire toutes les demandes de chaleur simultanées. Une telle solution assure un rendement saisonnier plus élevé qu'avec une seule chaudière de plus grande capacité. La fiabilité du système s'en trouve également améliorée, du fait qu'une chaudière peut continuer à fonctionner même si l'autre tombe en panne. Le système illustré par la figure 1-5 met en œuvre le dernier cri de la technologie, en matière de tuyauterie et de techniques de régulation, pour assurer les charges de chauffage d'une grande maison d'habitation pourvue de nombreuses commodités. On emploie également des tuyaux Kitec et du matériel Ambio-Confort pour une installation plus rapide et une qualité supérieure. Dans les sections qui suivent, nous traitons des nombreux concepts essentiels et options offertes pour l'assemblage des systèmes hydroniques simples et sophistiqués. Apprenez-les, appliquez-les et soyez fier d'offrir à vos clients le confort et le rendement que seule la technologie hydronique moderne peut leur procurer. chauffage à plinthes boucle primaire chauffage à rayonnement alimentation CHAUDIÈRE retour boucle pour eau chaude domestique alimentation sortie d'eau chaude CHAUDIÈRE retour C-E indirect entrée d'eau froide fonte de neige piscine Figure

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16 SECTION 2 OPTIONS DE SOURCES DE CHALEUR On peut utiliser une grande variété de sources de chaleur pour alimenter les systèmes de chauffage hydronique. Parmi ces sources de chaleur, nous pouvons citer les chaudières à gaz et à mazout, les pompes à chaleur hydroniques et les chauffe-eau à usage domestique. Certaines conviennent mieux aux systèmes à haute température, tandis que d'autres représentent le choix idéal pour les systèmes à basse température. Cette section décrit les caractéristiques de plusieurs sources de chaleur utilisables en chauffage hydronique. Pour de plus amples informations sur la sélection et l'installation de ces appareils, on pourra se reporter utilement à la documentation et aux manuels des fabricants. On doit également consulter les codes du bâtiment/de mécanique qui s'appliquent à l'installation particulière envisagée. Les renseignements indiqués à la fin de cette section permettent au concepteur de comparer les coûts de l'énergie fournie par divers combustibles, en tenant compte des coûts de ces derniers et aussi du rendement de conversion en énergie. 2-1 Chaudières conventionnelles La chaudière «conventionnelle» à gaz ou à mazout est la source de chaleur la plus souvent utilisée dans un système hydronique. On peut se les procurer avec échangeurs de chaleur en fonte, en acier et à tubes à ailettes en cuivre. Bien que conçues pour fonctionner à des températures relativement hautes, les chaudières conventionnelles peuvent s'adapter à des systèmes hydroniques à basse température, comme le chauffage par rayonnement dans le plancher, par le biais d'un dispositif de mélange. De par leur aptitude à produire de l'eau à haute température, elles constituent un bon choix pour les systèmes comprenant des émetteurs de chaleur à basse et aussi à haute température. Le terme «conventionnel» s'applique à une chaudière conçue pour un fonctionnement sans condensation continue des gaz durant le processus de combustion dans la chaudière. Ces gaz de combustion se composent de vapeur d'eau, de dioxyde de carbone et de traces d'autres produits de combustion dépendant du réglage du brûleur. Dans toute chaudière, il y a condensation temporaire des gaz de combustion au démarrage à froid. Lorsque la chaudière est raccordée sur un système de distribution de faible masse, conçu pour fonctionner à une température d'eau élevée 13

17 MANUEL D HYDRONIQUE MODERNE DE IPEX - des plinthes chauffantes à tubes à ailettes par exemple - la condensation des gaz ne dure pas. Au fur et à mesure que la chaudière s'échauffe, le liquide condensé s'évapore en effet rapidement au-dessus du point de rosée des gaz de combustion. Cependant, lorsqu'une chaudière conventionnelle sert de source de chaleur à un système de distribution à basse température, il est indispensable de maintenir la température d'entrée dans cette chaudière au-dessus du point de rosée des gaz de combustion. Dans le cas d'une chaudière à gaz, la température d'entrée d'eau en service continu ne doit pas descendre en-dessous de 54,4 C (130 F) tandis que, pour une chaudière à mazout, cette température ne doit pas être inférieure à 65,5 C (150 F). À défaut d'assurer une protection de la chaudière en maintenant ces températures d'entrée d'eau, il y aura condensation continuelle de vapeur d'eau (ainsi que d'autres composés présents dans les gaz) sur les surfaces internes de l'échangeur de chaleur. De par leur nature acide, ces liquides condensés peuvent entraîner rapidement de graves problèmes de corrosion, ainsi que la formation de tartre à l'intérieur de la chaudière. Il peut également y avoir corrosion des tuyauteries d'évent galvanisées, ainsi qu'une détérioration des cheminées en maçonnerie. Dans le cas d'un système de distribution hydronique de masse thermique élevée, il peut aussi y avoir condensation prolongée des gaz de combustion lors de la montée en température du système. Une dalle de béton froide avec circuits de tuyauterie encastrés constitue un bon exemple d'un tel système. Au moment où la dalle commence à se réchauffer, et du fait de sa masse thermique, elle peut soutirer la chaleur de l'eau qui circule de 3 à 4 fois plus vite que dans les conditions normales. Comme l'eau cède la chaleur à un rythme beaucoup plus élevé que cette chaleur n'est produite, la température de l'eau (dans une chaudière non protégée) descend rapidement en-dessous du point de rosée des gaz de combustion. La chaudière peut alors fonctionner durant des heures avec condensation continue des gaz de combustion. Il faut absolument éviter une telle situation. Le seul moyen d'éviter que la température d'entrée d'eau dans la chaudière ne diminue trop c'est d'empêcher toute extraction de chaleur de l'eau du système de distribution - quel qu'il soit - à un rythme plus rapide que la production de chaleur par la chaudière. Les dispositifs modernes de mélange peuvent assurer une surveillance et une régulation automatiques de la température de retour à la chaudière, par limitation du transfert de chaleur dans le système de distribution, au moyen d'un mélangeur. La figure 2-1 illustre le concept de la tuyauterie. Nous traiterons des détails de la protection de la chaudière par action sur la température de l'eau de retour dans la section Chaudière à condensation Contrairement à une chaudière conventionnelle, une chaudière à gaz à condensation est spécialement conçue pour favoriser la condensation de la vapeur d'eau produite lors de la combustion. Cette chaudière est conçue avec échangeur de chaleur interne de grande surface, afin de soutirer un maximum de chaleur des gaz de combustion. Les surfaces de l'échangeur de chaleur sont en acier inoxydable de haute qualité ou autre alliage spécial; elles résistent ainsi à la corrosion par le condensat acide, formé au fur et à mesure que les gaz refroidissent en-dessous du point de rosée. Lorsqu'on les utilise judicieusement dans les systèmes hydroniques à basse température, de telles chaudières peuvent avoir un rendement supérieur ou égal à 95%. Bien que plus complexes et plus chères que la plupart des chaudières conventionnelles, les chaudières à condensation sont très bien adaptées aux systèmes hydroniques à basse température, comme le chauffage dans une dalle de plancher, la fonte de neige, le chauffage d'une piscine et le chauffage d'eau à usage domestique à basse et à moyenne température. Plus la température de l'eau de retour du système de distribution est faible, plus la formation de condensat est intense et plus le rendement de la chaudière est élevé. Bien qu'on puisse utiliser une chaudière à condensation comme source de chaleur sur un système hydronique à haute température, ce n'est pas conseillé. La température d'eau plus élevée en service empêche en effet la chaudière de fonctionner avec condensation continue des gaz de combustion. Dans de telles conditions, le rendement est comparable à celui d'une chaudière conventionnelle. Encore une fois, la meilleure façon d'avoir un rendement élevé avec une chaudière à condensation c'est de l'utiliser sur un système de distribution à basse température. dispositif de mélange système de distribution système de distribution alimentation CHAUDIÈRE boucle de chaudière alimentation CHAUDIÈRE boucle de chaudière retour retour chaudière conventionnelle Figure 2-1 chaudière à condensation Figure