Par Hervé SEBASTIA - ingénieur thermicien de la société ATLANTIC GUILLOT
Nous savons « qu'en théorie » la chaudière à condensation peut présenter un rendement jusqu'à 111% sur le PCI. Dans la pratique, ce n'est pas toujours le cas. A l'ère du bâtiment BBC, il est important de profiter de la «condensation» avec le maximum d'efficacité énergétique. Cette chronique vous indiquera les bonnes pratiques pour éviter une sous-exploitation de vos chaudières !
L'optimisation d'une chaudière ou d'une chaufferie avec chaudière(s) à condensation passe par 6 points très précis :
- 1. Se rapprocher de la combustion stœchiométrique
- 2. Limiter la surpuissance chaudières
- 3. Privilégier une régulation des chaudières en cascade parallèle
- 4. Privilégier une température moyenne chaudière faible
- 5. Sélectionner une chaudière à condensation adaptée
- 6. Sélectionner une production ECS adaptée
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1°/ Se rapprocher de la combustion stœchiométrique
Il est nécessaire dès le départ de se rapprocher de la combustion parfaite avec le bon dosage d'air au niveau du brûleur. Cette combustion dite « stœchiométrique » suit le cycle suivant :
1 m³ de Gaz + 10 Nm³ d'air à chaleur sensible jusqu'à 100% du PCI + chaleur latente (récupération au niveau des fumées par la condensation (+11% du PCI) à soit 111% sur PCI.
Sur le graphe comparatif ci-dessous, nous nous apercevons qu'avec une combustion avec excès d'air, la courbe de rendement chute mais le point de rosée est à température inférieure donc moins favorable à condenser et à récupérer la chaleur des fumées.
2°/ Limiter la surpuissance chaudières
Quelle surpuissance chaudière doit-on mettre en œuvre ? Nous nous apercevons qu'il faut limiter au maximum la surpuissance. Une trop grosse surpuissance provoquant une baisse de rendement global avec une plus mauvaise combustion.
En effet, lorsqu'on doit satisfaire des besoins inférieurs au taux de modulation minimum d'une chaudière - 20% dans notre exemple - les cycles de combustion marche-arrêt brûleur s'enclenchent et provoquent des pertes par pré-ventilation, une mauvaise combustion et des pics de pollution.
3°/ Privilégier une régulation des chaudières en « cascade parallèle » !
Nous savons l'importance des régimes intermédiaires par rapport au régime de chauffe maxi à 100%. Dans l'exemple ci-après avec deux chaudières, le choix d'enclencher une chaudière après l'autre est ancré dans les habitudes, néanmoins il demeure moins bon sur le plan de l'efficacité énergétique.
En effet, à 50% des besoins, nous pourrions ne fonctionner qu'avec une seule chaudière qui chaufferait au maximum pour un régime régulé plus doux avec des retours d'eau chaudes à 35°C par exemple.
Avec le choix de réguler les deux chaudières en « cascade/parallèle », ce sont les deux chaudières qui sont en appel de puissance, chacune d'elle à 50%. L'eau de retour irrigue alors le double de surface d'échange qui profite du phénomène de condensation.
Soit une simple disposition de régulation en cascade de chaudières qui permet de gagner sans frais supplémentaire 6% de rendement et d'économies d'énergie dans cet exemple.
4°/ Privilégier une température moyenne chaudière faible
Avec les régulations embarquées sur les chaudières, nous avons tout intérêt à réguler initialement le départ d'eau chaude sans surélévation importante de sa température. Pourquoi ? parce que si un circuit contraint la chaudière à avoir un départ à température constant soit 80°C dans notre exemple, d'une part le débit de retour des circuits régulés sera de plus en plus faible au fil de la saison, et d'autre part la température moyenne dans la chaudière sera plus élevée, en conséquence, la condensation s'en trouvera limitée voire ne s'effectuera JAMAIS.
En ce qui concerne la demande de température primaire élevée pour la production d'eau chaude sanitaire, nous invitons le lecteur à se référer au dernier paragraphe de cette chronique.
5°/ Sélectionner une chaudière à condensation adaptée
Il n'existe pas un seul type de chaudière à condensation.
La chaudière à condensation à deux piquages simples, avec un seul retour et un seul départ de chauffe, elle, est adaptée à des circuits de chauffage à lois d'eau égales.
La chaudière à condensation à trois piquages est plus adaptée à deux circuits à lois d'eau différentes.
La chaudière condensation à 4 piquages dessert efficacement le circuit 4/3 pour servir un circuit régulé tel un réseau de radiateurs ou plancher chauffant, et le circuit 2/1 pour desservir des circuits hautes températures non régulés tels des aérothermes, des sous stations, ...
6°/ Sélectionner une production ECS adaptée
Le schéma ci-dessus montre une chaudière à condensation à trois piquages avec l'inconvénient suivant : le départ primaire de chaudière est en demande continu à température élevée, sans doute autour de 70 à 80°C pour produire de l'ECS à 60°C.
En effet, avec ce type de production d'eau chaude sanitaire semi instantanée par échangeur à plaques, il est déconseillé d'arrêter la pompe secondaire de celui-ci pour éviter un entartrage prématuré, ce qui entraîne un refroidissement continu du ballon par le retour bouclage ECS qu'il faut combattre.
En revanche dans les cas de figures ci-dessous, une fois que la consigne du ballon d'eau chaude est atteinte, la pompe de charge qui fonctionne en "tout ou rien" s'arrête. Le ballon sert ainsi de stockage d'énergie pour produire de l'eau chaude sanitaire et combattre les déperditions du bouclage ECS. Entre deux relances, la chaudière peut glisser en température et adapter son départ à la loi d'eau des circuits chauffage provoquant condensation et rendement élevé.
Hervé SEBASTIA
Hervé SEBASTIA est expert en chauffage, eau chaude sanitaire, et énergies renouvelables concernant le marché du Collectif. Son activité est axée en amont vers la prescription de solutions et produits à valeur ajoutée de la société ATLANTIC GUILLOT
Cette présentation est issue de la conférence tenue lors de l'Université ICO du 11 au 13 mai 2011.
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