TECHNIQUES DES INSTALLATIONS SANITAIRES

ET

ENERGIES THERMIQUES

Mr CHENUIL Nom : Chaudires au sol

Notions sur les diffrentes Chaudires au sol

On donne : Un dossier ressource dfinissant : - Les combustibles - Les diffrentes chaudires - Puissance nominale et rendement des chaudires - Le rendement des chaudires sur PCI ou sur PCS - Les trois gnrations de chaudires Un document dvaluation formative. On demande : - de complter le dossier

Section nergtique

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LES COMBUSTIBLES Donner un ou deux exemples de :

Combustibles solides : (charbon, bois), Combustibles liquides : (fuel domestique, fuel lourd, GPL), Combustible gazeux : (gaz naturel,).

Les GPL (butane et propane) sont des gaz obtenus partir du ptrole.

Dans les chaudires combustible solide, le bois ou le charbon sera en gnral enfourn manuellement. Les chaudires gaz et fuels seront quipes d'un brleur en charge de l'amene de combustible et ventuellement de l'air ncessaire la combustion. Les gaz de combustion s'vacueront par le conduit de fume. LES CHAUDIERES EN FONTE ET LES CHAUDIERES EN ACIER

La fonte est plus lourde et plus cassante que l'acier. Par contre, elle rsiste bien la corrosion. Les chaudires en fonte contiennent en gnral beaucoup d'eau et leur inertie convient bien aux combustibles solides dont l'approvisionnement est difficile rguler. L'changeur est constitu d'lments assembls. Elles peuvent donc, lorsque ncessaire, tre rentres par lment dans la chaufferie et montes sur place.

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Les chaudires en acier sont plus lgres, plus compactes et donc plus faciles installer que les chaudires en fonte. Plus sensibles la corrosion, la qualit et la temprature de l'eau d'irrigation devront tre bien matrises.

LES CHAUDIERES BRULEUR ATMOSPHERIQUE ET BRULEUR AIR SOUFFLE Les brleurs atmosphriques n'existent que pour les combustibles gazeux. Ils assurent l'entre du gaz dans le foyer de la chaudire o il brlera au contact de l'air ambiant. Lvacuation des gaz se fait par tirage naturel Le brleur air souffl assure l'entre du mlange combustible (gaz ou fuel) et l'air puls par un ventilateur, dans le foyer de la chaudire pour en assurer la combustion. Les petites chaudires murales prvues pour tre installes dans les appartements sont en majorit brleur atmosphrique. Les chaudires brleur atmosphrique ont un rendement plus faible que celles quipes d'un brleur air souffl, car il est impossible de rgler finement le dbit d'air de combustion. Les chaudires quipes d'un brleur air souffl (au gaz ou au fuel) dit foyer pressuris sont plus compactes, et ont un meilleur rendement que les chaudires atmosphriques. Elles doivent tre rgles avec soin.

Brleur air souffl

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PUISSANCE NOMINALE ET RENDEMENT DES CHAUDIERES

Cette chaudire fournit 100 kW l'eau de chauffage. C'est sa puissance nominale (dit puissance utile), est la puissance indique par le fabricant. En fait, pour fournir 100 kW, la chaudire a d recevoir 108 kW, car elle a des pertes : Par ses parois (1 kW) Par son conduit de fumes (7 kW) sous forme de fume chaude.

La puissance nominale d'une chaudire est celle indique par le fabricant et qui sera fournie l'eau de chauffage. Elle est infrieure celle reue par la chaudire, amene par le brleur. Le rendement de la chaudire est l'indication en % .La lettre utilise pour l'indiquer est On utilisera aussi u pour prciser rendement " utile ".

Dans l'exemple ci-dessus, la puissance calorifique (chaleur) apporte par la combustion est de 108 [kW] et la puissance calorifique transmise l'eau de 100 kW. Le rendement de la chaudire sera de :

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Etude de cas : Quelle est la puissance perdue par les parois de la chaudire dfinie ci-dessous en [kW] ? Quel est le rendement de la chaudire ?

Rponse : Rponses : 3 [kW], 92 %

Explication : - La puissance perdue par les parois de la chaudire sera de : Pertes parois = 272 - (250 + 19) = 3 [kW] - Le rendement de la chaudire sera de : u= (250 / 272) x 100 = 92 %

Dterminez le rendement de la chaudire ci-dessous.

Rponse : Rponse : 92,6 %

Explication : On dtermine la puissance reue par la chaudire Pr. = 1250 + 85 + 15 = 1350 kW Il en rsulte un rendement de chaudire de : u = (1250 / 1350) x 100 = 92,6 %

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LE RENDEMENT DES CHAUDIERES SUR PCI OU SUR PCS Le PCI est le Pouvoir Calorifique Infrieur du combustible. Il indique la quantit de chaleur qu'il va librer lors de la combustion par unit de volume ou de masse. Ainsi, le PCI du gaz naturel est d'environ 10 kWh/m3, celui du fuel domestique de 11,7 kWh/kg, celui du charbon d'environ 6500 kWh/ tonne. On indique les rendements de chaudire sur le PCI. Ceci veut simplement dire que l'on compare les quantits de chaleur " libres " par le combustible la quantit de chaleur fournie l'eau. En ralit, lors de la combustion, il se libre de la chaleur (PCI), mais il y a aussi formation de vapeur d'eau. Cette formation de vapeur demande de l'nergie qui a t libre lors de la combustion. En rgle gnrale, cette nergie est perdue car la vapeur est vacue par le conduit de fume. Le combustible contient donc plus d'nergie que son potentiel calorifique (PCI). On parle de son PCS : Pouvoir Calorifique Suprieur.

PCS = Energie Chaleur (PCI) + Energie vapeur En rgle gnrale, les chaudires ne sont capables de transmettre l'eau qu'une partie de l'nergie chaleur "contenue" dans le combustible. On parle alors d'un rendement sur le PCI. Le rendement des chaudires est indiqu sur le PCI : PCI Ainsi, la combustion d'un [m3] de gaz naturel fournira en ralit :

10 kWh de chaleur : Le PCI du gaz naturel est de 10 kWh/m3 1 kWh de vapeur : Le PCS du gaz naturel est de 11 kWh/m3

Sur ces 10 kWh de chaleur, une chaudire traditionnelle en transmettra environ 9 kWh l'eau de chauffage cause des pertes1. On dira alors que le PCI de cette chaudire est de :

On aurait pu dfinir le rendement des chaudires en comparant l'nergie utile rcupre l'nergie totale " contenue " dans le combustible (chaleur et vapeur). On aurait alors annonc un rendement calcul sur le PCS, mais ce n'est pas l'usage :

1 Voir schma Page 7

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Comme nous l'avons dj indiqu dans le dossier caractristiques des gaz , seule une partie de " l'nergie chaleur de combustion " peut tre en gnral rcupre. La vapeur est vacue par le conduit de fume. Pour rcuprer cette nergie perdue, il faut refroidir la fume jusqu' ce que la vapeur qu'elle contient se condense. Elle restituera alors l'nergie qui avait t ncessaire sa formation. Mais, les condensas forms sont trs corrosifs et au moins une partie de la chaudire et tout le conduit de fume devra alors tre en acier inoxydable, d'o un surcot non ngligeable. Ce type de chaudire est appel chaudire condensation. Caractristique des pertes dune installation de chauffage :

LES TROIS GENERATIONS DE CHAUDIERES Les chaudires traditionnelles Ce sont les chaudires les moins chres et les plus courantes. Leur rendement instantan est de l'ordre de 91 92 %. Elles exigent une temprature minimum d'irrigation (de 60 65C) pour viter tout risque de condensation. Sauf indication du fabricant, elles devront tre quipes d'une pompe de recyclage dont le but sera le maintien d'une irrigation minimale et le rchauffage des retours d'eau.

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Les chaudires haut rendement (dites " basse temprature ") Elles peuvent fonctionner avec de l'eau moins chaude que les chaudires traditionnelles, sans qu'il s'y produise de condensation. Ce sont des chaudires au gaz ou au fuel. Le rendement instantan est un peu plus lev que celui d'une chaudire traditionnelle (93 95 %). Pour une mme puissance fournie, une chaudire haut rendement consommera moins de combustible qu'une chaudire traditionnelle. Etude de cas : Calculez le rendement de la chaudire haut rendement dfinie ci-dessous.

Rponse : 94 %

Explication : Le rendement de la chaudire sera de : R PCI= ( 100 / 106,3 ) x 100 = 94 % R PCS= 94 x (10/11)=85 %

Les chaudires condensation Leur conception spciale permet d'obtenir un rendement nettement plus lev par rcupration de l'nergie contenue dans la vapeur d'eau cre lors de la combustion. Ce sont principalement des chaudires au gaz. Il existe des chaudires fuel condensation, mais l'nergie " vapeur " alors rcuprable est plus faible. Elles peuvent atteindre des rendements de 103 104% sur le PCI. Pour une mme puissance fournie, une chaudire condensation consommera moins de combustible qu'une chaudire haut rendement.

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Etude de cas : Calculez le rendement sur PCI de la chaudire condensation dfinie ci-dessous.

Rponse : 104 [%]

Explication : En faisant le rapport des chaleurs sensibles de la puissance nominale et de la puissance reue,le rendement de la chaudire sera de :

PCI= ( 100 / 96 ) x 100 = 104 [%] Si nous interprtons le graphique suivant, nous obtenons pour une temprature de retour de 30[C] le mme rendement de 104 [%]

PCS= 104x 0,9= 93,6 % Le rendement des chaudires condensation variera avec la temprature de retour la chaudire. Plus elle sera basse, plus la condensation de la vapeur contenue dans la fume sera importante et donc meilleur sera le rendement.

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Etude de cas : En utilisant le diagramme ci-dessus, dterminez le rendement de la chaudire condensation dfinie ci-dessous.

Rponse : La temprature de retour la chaudire est de 30 [C] Pour cette temprature de retour, le diagramme indique un rendement de ~ 104 % /PCI.

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Evaluation :

1. Une chaudire dite mixte est :

o Une chaudire qui assure le chauffage et la production deau chaude sanitaire o Une chaudire qui peut utiliser 2 combustibles diffrents o Une chaudire qui peut tre installe en batterie

2. Une chaudire en fonte de 100 kW est :

o Plus puissante quune chaudire acier de 100 kW o Moins puissante quune chaudire acier de 100 kW o Aussi puissante quune chaudire acier de 100 kW

3. Dans les chaudires dites " foyer pressuris " :

o Lair de combustion est introduit dans le foyer par le brleur o Lair de combustion est introduit dans le foyer par le tirage de la chemine o Lair de combustion est introduit dans le foyer par le gicleur

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4. Lorsque la temprature de retour la chaudire baisse, le rendement de la chaudire

condensation :

o Baisse o Reste stable o Augmente

5. Le rendement sur PCI de cette chaudire peut atteindre :

o 95% o 99% o 103%

6. Lors d'une combustion, il y a formation :

o Dazote o Doxygne o De vapeur

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7. Ces chaudires sont :

o tube deau o tubes de fume o tubes de fuel

8. Quelle est la bonne galit :

o PCS = PCI + Energie vapeur o PCI = PCS + Energie vapeur o Energie vapeur = PCS + PCI

9. Les conditions de fonctionnement et de rendement de cette chaudire correspondent

une chaudire de type :

o traditionnel o haut rendement, basse temprature o condensation

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10. Le rendement de cette chaudire correspond une chaudire de type :

o traditionnel o haut rendement o condensation