J-M R. DS-BTP

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LES GENERATEURS DE CHALEUR

2006

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Généralités

Le générateur sans production d’eau chaude sanitaireLe générateur avec production d’eau chaude sanitaireDivers

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Introduction

Le générateur au sol

Le générateur mural

Généralités

La condensation

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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 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 la pression régnant dans la chambre de combustion :

- Générateur à foyer atmosphérique

- Générateur à foyer pressurisé

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.

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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.

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Le générateur fonte

Le générateur acier


Terminologie

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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.

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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.


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- Ils sont entièrement démontables.

- Ils sont constitués d’éléments assemblés entre eux par des nipples et des tirants.

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Principaux constituants d’un générateur fonte

Collecteur de fumées

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Il peut être en fonte ou acier.

Il est utilisé en installation domestique et en installation de moyenne puissance.

Le générateur à brûleur atmosphérique

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Le générateur acier à brûleur vertical

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Le générateur fonte de moyenne puissance

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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.

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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.

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Terminologie

Tableau de commande

Permet de réunir les divers raccordements électriques, commandes et signalisations.

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Sortie générateur

Entrée générateur

Permettent dePermettent de raccorder le générateur à l’installation.

Terminologie

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Doigts de gants

Permettent d’installer les bulbes des organes de mesure de température.

Terminologie

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Calorifuge

Isole thermiquement le corps du générateur.

Terminologie

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Raccord de soupapes

Permet de raccorder directement la soupape de sûreté sur le générateur.

Terminologie

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Boite à fumées

Récupère les fumées en sortie de carneaux

Terminologie

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Buse de fumées

Permet le raccordement du conduit de fumées.

Terminologie

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Trappe de ramonage

Permet de récupérer les suies et résidus de combustion de la boite à fumées.

Terminologie

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Raccord de chasse

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

Terminologie

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Foyer

Permet à la flamme de se développer et de transmettre l’énergie au générateur.

Terminologie

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Les carneaux

Permettent la circulation des fumées et la transmission de l’énergie au générateur.

Terminologie

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Turbulateurs

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

Terminologie

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Le générateur acier de forte puissance à tubes de fumées

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Le générateur chauffage seul

Le générateur ECS seul


Le générateur mixte

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Le générateur mural vue en coupe

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Terminologie

Vase d ’expansionventousePurgeur d ’air

Corps de chauffe

Bloc gaz

Tubulure gaz

Circulateur

Ventilateur

Vannes trois voies

Départ chauffage Retour chauffage

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Terminologie

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Le générateur chauffage seul

Gaz

Le générateur chauffe l’eau du circuit chauffage

Le radiateur chauffe le local

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Le générateur ECS seul

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Le générateur mixte

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

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Le générateur à condensation

Le condenseur autonome

La condensation

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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.

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Le générateur à condensation de forte puissance

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Le condenseur autonome

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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

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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.

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Le générateur à combustibles solides

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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.

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Le générateur gaz à brûleur atmosphérique moyenne puissance

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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.

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Le générateur à tubes d’eau

La chaudière vapeur

Le générateurs spéciaux

Le générateur à huile thermique

Le générateur solaire

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Le générateur aéraulique à combustibles solides

Le générateur aéraulique à gaz

Le générateur aéraulique

Le générateur aéraulique à fioul

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

Le générateur électrique

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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.

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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

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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.

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Générateurs à huile

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Le générateur solaire

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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.

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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.

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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.

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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.

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Le générateur électrique à eau comme fluide accumulateur

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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.

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Le générateur avec production d’eau chaude sanitaire



Le générateur ECS indépendant

Généralité

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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.

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La production d’ ECS instantanée

La micro accumulation


L’accumulation

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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).

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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).

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

GazEau froide

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L’accumulation

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).

GazEau froide

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.

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L’accumulation

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La production semi - instantanée

La production semi - accumulée


La production instantanée

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La production semi - instantanée

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

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La production semi - accumulée

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

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La production d’eau chaude sanitaire est prioritaire sur le chauffage, un aquastat la commande.

Pour un générateur monobloc le ballon est immergé dans la partie supérieure de la chaudière.

Le générateur avec production d’eau chaude sanitaire

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Le générateur fonte avec accumulation E.C.S.

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Le générateur acier avec accumulation E.C.S.

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Le générateur électrique instantané

Le générateur électrique accumulé

Les générateurs ECS indépendants

Le générateur gaz instantané

Le générateur gaz ou fioul accumulé

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Le générateur gaz ou fioul accumulé

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Le générateur fonte avec accumulation E.C.S.

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Le générateur électrique avec autres fluides accumulateurs

Générateurs à huile

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L’accumulation

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La production semi instantanée

La production semi accumulée


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Le générateur E.C.S. indépendant



Le générateur gaz accumulé

Le générateur fioul accumulé


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Divers

Choix d’un générateur

Sélection générateur sur catalogue

Raccordements hydrauliques d’un générateur

Équipements périphériques d’un générateur

Débits d’irrigation

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Choix d’un générateur

En fonction de son utilisation : chauffage seul ou chauffage avec ECS.

En fonction de son rendement :générateur plus ou moins performant.

En fonction du combustible :fioul ou gaz.

En fonction de sa puissance :par rapport aux besoins de l’installation.

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Sélection d’un générateur sur catalogue

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Équipements périphériques d’un générateur

Soupape de sécurité

Générateur

Pompe de circulation

Vannes d’isolement chaudières

Thermomètres

Pompe de recyclage

Vase d’expansion

Remplissagedisconnecteur

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Raccordements hydrauliques d’un générateur

Alimentation par un générateur acier d’un circuit radiateur :

GénérateurGénérateur

Départ chauffageDépart chauffage

Soupape de Soupape de sécuritésécurité

Vannes Vannes d’isolement d’isolement chaudièreschaudières

Pompe de Pompe de circulationcirculation

Vase Vase d’expansiond’expansion

Retour chauffageRetour chauffageThermomètres Thermomètres

RemplissagRemplissagee

RecyclageRecyclageRecyclageRecyclage

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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) = 11.50 m3/h

QV d’irrigation minimum = 11.50/3 = 3.84 m3/h

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