Les chaudières à condensation

Les chaudières à condensation

Combustion du gaz naturel : CH 4 + 2 O 2 CO 2 + 2 H 2 O + chaleur CH4 : Le méthane qui est le combustible O2 : L oxygènede l air qui est le comburant comburant CO2 : Le dioxyde de carbone H2O : L eau sous forme vapeur Chaleur : C est la chaleur obtenue grâce à la combustion du gaz naturel combustion

Cas d une chaudière classique : L eau issue des produits de combustion reste à l état vapeur. Cas d une chaudière à condensation : L eau contenue dans les fumées passe de l état vapeur à l état liquide. L énergie ainsi récupérée est la la chaleur latente de de condensation chaleur

Quand est-ce qu il y a phénomène de condensation? Il y a phénomène de condensation lorsque la température des parois des surfaces d échange côté fumée ( T retour chaudière) chute en dessous d un point qui est appelé : Point de rosée de la vapeur d eau. Les températures du point de rosée varient selon les combustibles employés car les compositionsl l chimiques ne sont pas les mêmes. Voici ci-contre un graphique qui donne la valeur de la température du point de rosée du gaz naturel et du fuell en fonction de la teneur en en CO 2. la CO 2.

Application : Gaz naturel : 10 % CO2. La réponse est 56 C.

Notion de PCI et de PCS PCI : Le Pouvoir Calorifique Inférieur (PCI) correspond à la chaleur produite lors de la combustion totale d une unité de combustible si l eau formée est à l état vapeur. PCS : La Le Pouvoir Calorifique Supérieur (PCS) représente la chaleur produite lors de la combustion totale d une unité de combustible, y compris la chaleur latente de de condensation contenue dans la vapeur d eau des fumées.

PCI Gaz naturel : 10,2 kwh/m3 Fioul : 10,1 kwh/l Chaleur latente de condensation de l eau Gaz naturel : 11 % Fioul : 6 % PCS Gaz naturel : 11,3 kwh/m3 Fioul : 10,7 kwh/l PCS = PCI + chaleur latente de condensation de l eau

Gain réalisable : Pour le gaz naturel : 11 % de chaleur par rapport à une chaudière classique Pour le fuel : 6 % de chaleur par rapport à une chaudière classique Rendement : Cas d une chaudière classique : Puisque l on ne peut pas récupérer la chaleur la chaleur latente latente de de condensation de l eau, alors on utilise un rendement par rapport au PCI du combustible.

Cas d une chaudière à condensation : Puisque dans ce cas, on souhaite récupérer la chaleur latente de condensation de l eau, alors on utilise un rendement par rapport au PCS du combustible. Dans le cas contraire, on pourrait se retrouver avec des rendements supérieurs à 100 %. Relation entre Rendement sur PCI et Rendement sur PCS : Rendement sur PCS = Rendement sur PCI / (PCS / PCI) Application : Rendement sur PCI = 104 %, quel est le rendement sur PCS? Rendement PCS = Rendement PCI / (PCS/PCI) = 104 / 1,11 = 93,7 %

Les deux intérêts énergétiques d une chaudière à condensation Une récupération de chaleur latente Les produits de combustion issus d une chaudière traditionnelle sont rejetés à des températures de100 à 220 C. Dans une chaudière à condensation, on refroidit tellement les fumées pour arriver à lacondensation que l on récupère aussi de l énergie, on réalise donc : Une récupération de chaleur sensible

T fumées : 200 C T fumées : 45 C T eau aller : 90 C T eau aller : 55 C T eau retour : 70 C Chaudière classique T eau retour : 40 C Chaudière à condensation

Les différents types de combustible associés aux chaudières à condensation La technique de la condensation est principalement utilisée pour les chaudières fonctionnant au gaz. Il existe également des chaudières à condensation fonctionnant au fioul mais leur utilisation est actuellement rare pour trois raisons : Ø La température du point derosée ée est plus bbasse que celui des chaudières à condensation fonctionnant au gaz, il est donc plus difficile de réaliser la condensation nsation.

Ø o o La quantité de chaleur récupérable est plus faible. Elle est de 6 % pour le fioul. 6 Elle est de 11% pour le gaz naturel. Ø Les condensats ont un ph très faibleet sont donc très agressifs pour l échangeur de la chaudière.

Principe : Le transfert de chaleur entre l eeau et la fumée ée s effectue à travers les parois d un ou plusieurs échangeurs angeurs. Si la température de retour de la chaudière est inférieure à la température du point point de rosée de rosée des fumées, alors la chaudière fonctionne en con densation. condensation T fumée En règle générale, la température des fumées est supérieureure de 3 à 15 C (suivant le type d échangeur) de plus que l eau de retour de la chaudière. T fumée = T retour + 3 à 15 C T Retour T Départ

Cas de l échangeur unique : Dans ce cas, la condensation s effectue dans la partie terminale de l échangeur. T fumée : 35-55 C Retour Départ Evacuation des condensats T fumée = 1600 C

Cas de l échangeur en deux parties : Les deux parties de l échangeur sont dimensionnées telles que la condensation se produise seulement dans la seconde conde partiepartie. La première partie de l échangeur que l on appelle «échangeur sec» peut donc être réalisée de manière classique. C est dans cette seconde partie que se réalise la condensationde la vapeur d eau contenue dans les fuméesées. Cette deuxième partie se nomme le «condenseur», il doit être réalisé avec des matériaux résistants à la corrosion tels que l acier inox ou la fonte d aluminiumm car les condensats sont légèrement acides

T fumée : 35-55 C Retour Condenseur Echangeur sec T fumée : 140 C Départ T fumée = 1600 C Evacuation des condensats

Conception des chaudières à condensation Comme pour les chaudières classiques, on peut distinguer : - Les chaudières murales - Les chaudières au sol

Chaudière murale Ø L échangeur de dechaleur (2) réalisé en aluminium extrudé est décomposé en deux zones distinctes : o Une première zone d échange classique que l on peut appeler la partie «échangeur sec». o Une seconde zone d échange où va se réaliser la condensation que l on appelle partie «condenseur». Evacuation des fumées Deuxième zone d échange Evacuation des condensats Première zone d échange

Ø Un système d évacuation des condensats qui comprend : o Une sonde de détection de niveau des condensats (13) o Un siphon de récupération des condensats (6) 2 : Echangeur en aluminium extrudé

Les chaudières au sol Départ Retour Retour Buse des fumées Evacuation des condensats Ø Les produits de la combustion sont dirigés vers lebas b as, le plus près possible du raccordement retour pour obtenir un refroidissement maximal.

Ø Les fumées et l eau de la chaudière doivent circuler à contrecourant à l intérieur de la chaudière Ø Les matériaux utilisés doivent résister à lacorrosion on tels que l acier inoxydable ou la fonte d aluminium. Ø Un système d évacuation descondensats

Pourquoi y a t il deux raccordements pour le retour de la chaudière? Ø Le raccordement retour «haute température» permet de relier les circuits haute température ne favorisant pas lacondensation tels que les circuits de production d eau chaude sanitaire, les circuits batterie à eau chaude, Ø Le raccordement retour «basse température» permet de relier les circuits favorisant la condensation tels que les circuits plancherschauffa nts chauffants, circuits radiateurs basse température,

EC EF

Départ Retour haute température Retour basse température Echangeur condenseur en inox Evacuation des fumées en inox

Intégration hydraulique des chaudières à condensation Irrigation des chaudières - Sans irrigation imposée que l on appelle chaudière à grand volume d'eau d'eau - Avec irrigation faible ou moyenne imposée - Avec irrigation importante que l on appelle chaudière à faible volume d'eau d'eau Désormais, la plupart des chaudières à condensation sont des chaudières dites «à grand volume volubbme d eau d eau». Ce type de chaudière n a pas d irrigation imposée et l installation ne devra donc pas posséder de pompe de de charbbbbge. charge

Quelques règles hydrauliques à respecter Puisque le but de ce type de chaudière est d arriver à obtenir une température de retour la plus froide possible pour favoriser la conden sation condensation, alors il y a quelques erreurs hydrauliques à ne pas commettre : Ø Il faut éviter de réaliser des circuits comprenant une vanne mélangeuse quatre voies voieet préférer une vanne mélangeuse trois trois voies voies Vanne 3 voies mélangeuses Vanne 4 voies mélangeuses Elévation de la température de retour Pas d élévation de la température de retour

Ø Eviter d installer une soupape dif différentielle férentielle qui risquerait de recycler l eau de départ dans la conduite de retourur ce qui pourrait avoir comme effet d augmenter la température d entrée au condenseur Il serait donc préférable d installer une pompe à débit variable sur ce type d installation.

Ø Eviter d installer une vanne trois voies montées en répartitionion et préférer l installation d une vanne trois voies montée en mélange afin d éviter les retours chauds auds. Vanne 3 voies montée en répartition Vanne 3 voies montée en mélange

Ø Eviter d utiliser une bouteille de de mélange car elle favorisera les retours chauds

Echangeur à condensation non intégré Il est également possible d utiliser ce type d échangeur que l on peut aussi appeler «condenseur séparé». On peut le rajouter à une chaudière classique (voir le schéma de principe ci-dessous) de manière à augmenter son rendement annuel de l ordre de 8 à8 à 10 10 %. %. On aura donc transformé une chaudière classiqueen chaudière à condensation. Ces récupérateurs de chaleur peuvent être ou non munis d un extracteur de defumée intégré é. Fumée Entrée Sortie Echangeur à condensation Sortie Entrée Fumée Chaudière

Ces échangeurs sont réalisés en matériaux résistants à la corrosionsion. On peut voir ci-dessous des exemples concrets d échangeur non intégré :

Evacuation et traitement des condensats Conduits de cheminée Les conduits de cheminée devront être réalisés en matériau résistant à la corrosion osion tel que l acier inoxydable ou en matériau synthétique ayant fait l objet d un avis technique du C.S.T.B. Tous les condensats qui prennent naissance dans le conduit d évacuation des fumées doivent être renvoyé àà l égout (prévoir évacuation des condensats et pente suffisante).

Traitement des condensats Les chaudières à condensation fonctionnant au gaz rejettent des condensats qui ont un ph compris entre 3.5 et 5,2, ils sont donc légèrement acides et sont du même ordre que l eau de pluie.

Ø Pour les chaudières ayant une puissance inférieure à200 kw, les condensats peuvent être directement dirigés vers le réseau public d évacuation des deseaux usées. La part des condensats dans le total des eaux usées est si faible que ces eaux assurent une dilution suffisante. Ø Pour les chaudières ayant une puissance supérieure à 2200 kw, en général, les fabricants prescrivent un traitement dans le but de rele relever le niveau du ph des condensats à un niveau nneutre (rappel : PH neutre = 7). Pour ce faire, les condensats devront passer dans un bloc qui se nomme «Equipement de neutralisation alisation». Ce bloc est composé pour l essentiel d un bac rempli de granulés.

Fonctionnement : Une partie des granulés (composé d hydrolithe hydrolithe de de magnésium) se dissout au passage des condensats et fait remonter le ph à des valeurs comprises entre 66,5,5 à 9.