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Condensation gaz, condensation fioul

Par Gilles Waterspieler - Société VIESSMANN - mars 2009

LA PROBLEMATIQUE

Les bases de la condensation

La condensation est une technique efficace de transformation du gaz naturel ou du fioul en chaleur utile au travers de la combustion. Comme la technique de la basse température, elle permet à la chaudière de ne fonctionner qu’à la température nécessaire pour couvrir les besoins calorifiques du bâtiment à chauffer.

Utilisation de la chaleur latente

Alors que les chaudières basse température obligent à éviter toute condensation des produits de la combustion et donc toute humidification des surfaces d’échange, les chaudières à condensation permettent aux produits de la combustion de se condenser afin de pouvoir utiliser sous forme de chaleur sensible la chaleur latente contenue dans la vapeur d’eau des fumées.

Les paramètres influant sur la condensation

La quantité d’énergie gagnée par une chaudière à condensation par rapport à une chaudière basse température n’est pas exclusivement fonction de la récupération de chaleur latente, mais, pour une part notable, des déperditions par les fumées réduites, car résultant de températures de fumées plus faibles. Il en résulte que la charge moyenne des chaudières sur une année est inférieure à 30 %. L’avantage de la condensation apparaît nettement à ces charges faibles.

Conditions à remplir par le circuit hydraulique pour les chaudières à condensation

Condensation gaz, condensation fioul

L'ANALYSE ET LE SAVOIR FAIRE DE L'INDUSTRIEL

Gain d’énergie par la condensation

Les variations de la composition chimique du gaz naturel et du fioul induisent différents points de rosée de la vapeur d’eau dans les fumées. Dans la zone quasi stoechiométrique, le point de rosée de la vapeur d’eau est de 57°C environ pour le gaz naturel et de 47°C environ pour le fioul.

Le gain théorique de chaleur par rapport aux chaudières basse température est de 11 % pour le gaz naturel. Dans le cas du fioul, il est possible de récupérer jusqu’à 6 %.

Matériau et combustible

Le choix de matériaux adaptés doit assurer que les condensats qui se forment ne puissent induire de la corrosion sur le générateur de chaleur. Depuis de longues années, l’acier inoxydable austénitique a fait ses preuves dans ce domaine. Ce matériau résiste sans autre traitement de surface durablement à l’attaque des condensats. Il peut être utilisé aussi bien pour les chaudières fioul que gaz, au sol ou murales, de petite ou de grande puissance. L’emploi de l’acier inoxydable permet de donner des formes optimales aux surfaces d’échange. Deux solutions sont possibles : il est possible de former les surfaces d’échange de manière à créer des turbulences permanentes dans les fumées et d’empêcher la formation de flux centraux présentant des températures assez élevées. Les tubes lisses ne conviennent pas ou bien il faut les doter de chicanes et d’emboutissages modifiant la section. Une autre possibilité est de remplacer les fortes turbulences du flux de fumées, comme celles atteintes avec les surfaces d'échange Inox-Crossal par un principe de transmissions calorifiques laminaires (surfaces d'échange Inox-Radial).

Surfaces d'échange Inox-Radial permettant la condensation sans risque d’oxydation

Surfaces  d'échange Inox-Radial permettant la condensation sans risque d’oxydation

Teneur en CO2, conception du brûleur

Une condensation efficace demande de faire fonctionner les équipements de chauffe avec une teneur en CO2 élevée ou un faible excès d’air, le point de rosée étant fonction de la teneur en CO2 des fumées. On maintiendra dans la mesure du possible le point de rosée à une valeur élevée afin de pouvoir induire une condensation y compris dans les chauffages présentant des températures de retour élevées. C’est pourquoi il est nécessaire de viser une teneur en CO2 maximale - donc un faible excès d’air - dans les produits de la combustion. La teneur en CO2 pouvant être atteinte dépend en premier lieu de la conception du brûleur. Pour cette raison, il est déconseillé d’employer des brûleurs atmosphériques, leur important excès d’air induisant des teneurs en CO2 peu élevées et donc de faibles valeurs des points de rosée des produits de la combustion. Si la température des fumées est de 50°C ou moins, le tirage induit par la chaleur restant dans les fumées est, en règle générale, insuffisant pour assurer une évacuation naturelle par la cheminée ou le conduit de fumées. A ce sujet, il est important que le ventilateur des brûleurs modulants soit à vitesse contrôlée afin de pouvoir adapter le débit d’air au débit de gaz. Seule cette solution permet de maintenir une teneur en CO2 élevée même en marche modulante.

Emissions polluantes

Le niveau très élevé de l'hygiène de combustion en association avec les brûleurs hémisphériques radiants MatriX permet aux chaudières à condensation Viessmann d’être largement en-dessous des valeurs limites de l’ensemble de la réglementation existante.

Emissions polluantes

Les émissions polluantes sont déjà en partie inférieures à la limite technique de détection. Les très faibles émissions polluantes du brûleur hémisphérique radiant MatriX sont induites par un pré-mélange complet gaz/air et à une température de combustion particulièrement basse générée par la grande surface de réaction hémisphérique. Une part non négligeable de la chaleur dégagée est évacuée de la zone de réaction par des rayonnements infrarouges, ce qui abaisse sensiblement la formation de NOX. Les chaudières fioul à condensation devront être équipées de brûleurs à flamme bleue, puisque ces derniers présentent des émissions polluantes particulièrement basses.

Intégration hydraulique

Les circuits hydrauliques devront induire une température de retour nettement inférieure au point de rosée des produits de la combustion afin que les fumées puissent se condenser. Il est capital d’éviter toute élévation de la température de retour par des liaisons directes avec le départ. C'est pourquoi il est vivement déconseillé pour les chaudières à condensation de réaliser des circuits comprenant une vanne mélangeuse 4 voies. On pourra remplacer ces dernières par des vannes 3 voies. Elles dirigent l’eau de retour chauffage directement vers la chaudière à condensation sans qu’il y ait élévation de la température.

Evacuation des fumées

La température des fumées étant basse (< 85°C), il est nécessaire de dimensionner le conduit de cheminée en conséquence. L’humidité résiduelle risquant de se condenser dans le conduit rend indispensable l'utilisation de matériaux résistant à l’acidité des condensats. Ces exigences sont remplies par des conduits de cheminée réalisés en matériau de synthèse, en acier inoxydable, en céramique ou en verre. L’évacuation des fumées par circuit étanche (ventouse) constitue une solution intéressante de substitution à une cheminée.

LES SOLUTIONS PRODUITS

La condensation jusqu'à 6600 kW de puissance

Pour une maison individuelle, on pourra employer une chaudière murale simple service couplée à un ballon d’eau chaude ou une chaudière murale double service à échangeur confort (micro-accumulation) intégré. Cette chaudière gaz pourra être en version cheminée ou en version ventouse et être montée dans les combles, le volume habitable ou au sous-sol.

Une autre solution est d’installer à la cave une chaudière gaz au sol à condensation associée à un ballon d’eau chaude indépendant. Pour les immeubles collectifs, on pourra opter pour des chaudières individuelles ou une chaudière collective. Dans le premier cas, une chaudière murale est, en règle générale installée dans chacun des appartements. La production d’eau chaude sanitaire est assurée par un ballon placé au mur, en-dessous ou à côté de la chaudière ou par un échangeur de chaleur à plaques avec système confort intégré à la chaudière. Dans le second cas, la chaudière est couplée à plusieurs ballons de stockage de grande capacité. Une solution de plus en plus prisée des gestionnaires d'immeubles consiste à mettre en place des chaudières murales de moyenne puissance raccordées en cascade.

Chaudière double service
à échangeur de chaleur instantané à système confort intégré
Chaudière simple service associée à un ballon indépendant
Besoin en eau chaude, confort Besoins ECS pour un appartement confort
Besoins ECS pour une maison individuelle
Besoins ECS centralisés pour un immeuble collectif
Besoins ECS décentralisés pour un immeuble collectif
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0

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+

Uilisation des différents points de soutirage desservis Un point de soutirage
Plusieurs points de soutirage, emploi non simultané
Plusieurs points de soutirage emploi simultané
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0

0
0 / +

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Distance entre le point de soutirage et l’appareil Jusqu’à 7 m (sans conduite de bouclage)
Avec conduite de bouclage
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Rénovation Ballon d’eau chaude existant
Remplacement d’une chaudière double service existante
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Place nécessaire Faible (mise en place dans un renfoncement)
Suffisante (local)
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0

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+ = recommandé 0 = recommandé dans certaines conditions – = déconseillé

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