Différences entre condensation et basse température

 

Basse température ou condensation – Comment choisir ?

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(Afin de ne pas mettre trop de notions d’un seul coup nous n’aborderons dans cet article que le cas des chaudières murales)

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Le moment arrive où il est temps de se décider sur le remplacement de son ancienne chaudière. Il y a encore quelques années cela ne posé pas de grandes difficultés puisque les installateurs chauffagistes pour la plupart ne proposaient que des chaudières basses températures, s’était tellement normal que le professionnel n’indiquer même pas à son client que la chaudière était basse température.

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Puis voilà que depuis 5 ou 6 ans fut introduit de nouveau sur le marcher la fameuse chaudière à condensation, le client avait un choix supplémentaire mais cela apporté de nouvelles interrogations. Finalement qu’y a t’il comme différence entre la chaudière basse température et la chaudière à condensation ? Pour répondre à cet question il est nécessaire de détailler et d’expliquer les réelles différences qui existent entre ces deux systèmes mais avant de présenter ces différences, ce qui a peut être apporté la vrai confusion dans l’esprit des usagers c’est que les fabricants de chaudières murales à condensation qui sont les mêmes qui fabriquent les chaudières murales basses températures ont voulu que les deux systèmes se présentent extérieurement exactement de la même manière, cela est tellement vrai que moi même professionnel quand je me rends chez un nouveau client il m’est impossible du premier coup d’oeil de savoir si j’ai affaire à une chaudière à condensation ou à une chaudière basse température. Les deux systèmes condensation / basse température étant identiques à première vue cela devenait difficile de faire comprendre à l’utilisateur final les différences qui séparent les deux systèmes.

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a) La chaudière basse température

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1 – L’échangeur primaire d’une chaudière basse température

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Photo n° 1 – Dessous d’un échangeur tubulaire en place d’une chaudière basse température

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– L’échangeur primaire est en cuivre recouvert d’un alliage à base d’aluminium et de silicone afin de résister à la température élevée des fumées. Ce type d’échangeur est très sensibles à l’acidité des condensats produit naturellement par les fumées. Il est constitué d’une ou deux nappes de tube en cuivre sur lesquelles sont fixées des ailettes on parle d’échangeur tubulaire. Observé sur cette photo dans la coin gauche en bas de l’échangeur ces petits traces turquoises ses sont des sels de cuivre probablement sous forme de carbonate de cuivre apparu sous l’action des condensats acides. La chaudière basse température de cette photo condense alors qu’elle n’est pas prévue pour cela.

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Photo n° 2 – Dessus d’un échangeur tubulaire déposé d’une chaudière basse température

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A nouveau on observe ces traces turquoises de carbonates de cuivre ainsi que des traces de corrosion brunâtre sur les plaques latérales en acier de l’échangeur primaire, la couleur de l’oxyde ne trompe pas c’est de l’oxyde de fer appelé communément « Rouille ». On observe bien également les parties tubulaires qui sortent de chaque côtés, c’est dans ce tube que passe toute l’eau du réseau chauffage qui sera chauffée par le brûleur de la chaudière.

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2 – Le bloc gaz d’une chaudière basse température

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Photo n° 3 – Vanne gaz d’une chaudière basse température de marque Viessmann

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On observe sur cette photo que le bloc gaz est raccordé en bas à un tube cuivre coudé c’est par là qu’arrive le gaz venant du compteur. Il y a également un tube en laiton en haut du bloc c’est par là que le gaz sort pour aboutir au brûleur. La poussée se fait du bloc gaz vers le brûleur par la pression du gaz en sortie du compteur. Dans le Nord cette pression est en moyenne de 25 mbar (attention ceci ne veut pas dire que lorsque le professionnel prends la pression gaz en sortie de compteur qu’elle soit à 25 mbar, elle oscille plutôt entre 25 et 31 mbar).

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Photo n° 4 – Vanne gaz d’une chaudière basse température de marque Saunier duval

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On observe bien sur cette photo qu’en haut du bloc il y a un tube en cuivre coudé qui relie le brûleur ici en couleur chromé vue de côté.

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Photo n° 5 – Bloc gaz d’une chaudière basse température de marque De diétrich

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3 – Le brûleur atmosphérique d’une chaudière basse température

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Le brûleur atmosphérique d’une chaudière basse température est composé d’une série de becs comprenant plusieurs groupes d’orifices qui sont alimentés par une nourrice constituée d’un ensemble d’injecteurs.

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Photo n° 6 – Brûleur atmosphérique d’une chaudière basse température

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Sur cette photo on observe 15 becs sorte de barres percées d’orifices. On peut également reconnaître le thermocouple et sa veilleuse permanente sur le bas et au centre de cette photo.

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Photo n° 7 – Nourrice et injecteurs gaz

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On observe sur cette photo que le brûleur a été retiré ne laissant en place que la nourrice et ses injecteurs gaz naturel c’est par là que le gaz est injecté dans les becs et qui au contact d’une étincelle forme la flamme du brûleur. On retrouve également sur cette photo l’échangeur tubulaire d’une chaudière basse température (marque : Saunier Duval – Modèle : Isosplit).

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Photo n° 8 – Brûleur type H-MOD basse température mis au point par le fabricant Saunier Duval

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La rampe H-Mod est constituée de deux cavités qui alimentent chacune un inverseur sur deux. Une électrovanne permet de couper l’arrivée de gaz de l’une des cavités réduisant ainsi la puissance au brûleur. Cette fonction permet de répondre aux besoins chauffage et sanitaire opposés (besoins chauffage faibles, besoins sanitaires élevés).

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– Le brûleur s’allume toujours sur l’ensemble des injecteurs afin de garantir l’interallumage.

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– Si les besoins sont faibles, le brûleur passe en fonction H-Mod : l’électrovanne gaz H-Mod se ferme et le brûleur n’est plus alimenté que de moitié.

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Photo n° 8 – Brûleur H-Mod basse température en fonctionnement

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On observe sur cette photo que la fonction H-mod est activée. La moitié du brûleur est alimentée afin de descendre en puissance pour que la sécurité soit totale la température de hotte des fumées est contrôlée par une thermistance type CTN, si la température se rapproche du point de rosée et donc de la température de condensation la fonction H-mod est temporairement annulée afin d’éviter tout risque pour la chaudière. Cette innovation crée par Saunier Duval permets de réduire le nombre d’allumages / extinctions de la chaudière et donc l’usure de l’appareil.

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La température des fumées ou gaz brûlés dans une chaudière basse température ne doit pas descendre en dessous de 55 °C en effet le point de rosé du gaz naturel est compris entre 50 °C et 55 °C en fonction de l’excès d’air, plus celui ci est élevé et plus la température de condensation est basse, en dessous de 50 °C la vapeur d’eau contenue dans les fumées se transforme en condensats (c’est à dire en eau) acides qui attaquent le primaire en cuivre de la chaudière pouvant allé jusqu’à le percer. Il est donc nécessaire de maintenir une chaudière basse température à une certaine température afin de ne pas faire baisser de trop la température des fumées. Concrètement une chaudière basse température devra travailler avec un départ d’eau chaude dans les radiateurs pas en dessous de 55 °C et même pour une question de sécurité il est préférable de maintenir le départ au minimum à 60 °C.

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Photo n° 9 – Attaque acide d’un échangeur primaire d’une chaudière basse température

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Cette photo présente une partie d’un échangeur primaire attaqué par les condensats acides des fumées probablement lié à un mauvais réglage de la chaudière.

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Il reste à préciser qu’à l’origine les chaudières étaient prévue pour avoir des départs d’eau chaude vers les radiateurs à une température de 90 °C bien entendu il s’agissait de chaudière au sol avec un primaire à grosse contenance en eau et en fonte, puis peu à peu avec l’amélioration des techniques le départ de l’eau chaude vers les radiateurs est descendue à 80 °C puis à 70 °C, il est actuellement à 60 °C voilà pourquoi on a appelé ces chaudières des « basses températures ». Il faut bien comprendre que plus la température de départ de l’eau vers les radiateurs est basse et plus le rendement est élevé, il y a moins de consommation de gaz pour produire la même quantité d’énergie.

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b) Les chaudière à condensation ou chaudière très basse température

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1 – L’échangeur primaire d’une chaudière à condensation

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L’échangeur primaire est un condenseur en inox 316 L ou en inox 904 L il est constitué de deux étages séparé par un déflecteur qui va assurer la condensation des fumées, c’est à dire leur passage de l’état gazeux à l’état liquide. Certains fabricants utilisent des échangeurs en fonte d’aluminium (Aluminium + Silicium) moins cher que l’inox. L’échangeur primaire ou principal est surdimensionné et constitué de telle manière qu’il est totalement insensible à l’attaque acide des condensats.

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Photo n° 10 – Echangeur primaire d’une chaudière à condensation de marque Intergaz

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On observe sur cette photo la très grande surface de l’échangeur dans lequel sont intégrés deux circuits en cuivre distincts. L’échangeur est en fonte d’aluminium. Il est nécessaire d’apporter pour ce type d’échangeur une attention toute particulière lors du nettoyage annuel, ne pas utiliser de brosse métallique pour retirer les dépôts d’oxyde d’aluminium. C’est en haut qu’il fait le plus chaud et plus on descend plus la température des fumées baisse pour atteindre le point de rosée et même allé encore en dessous de celui-ci. Les condensats acides sous forme liquide sont évacués de la chaudière par l’orifice central que l’on observe dans le bas de la photo et sont ensuite recueilli par un siphon qui doit être amorcé afin d’éviter tout désagrément.

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Echangeur primaire en inox de chaudière à condensation murale

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Schéma de fonctionnemnt d’un échangeur primaire avec son brûleur et ses accessoires équipant les chaudières Saunier Duval à condensation.

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2 – le bloc gaz à air soufflé d’une chaudière à condensation

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La vanne gaz d’une chaudière à condensation est dite à air soufflé en effet elle est asservie à un ventilateur qui va apporter par aspiration mécanique le mélange air comburant et gaz combustible au brûleur.  Le débit de gaz est engendré directement par le débit d’air, par le biais de la dépression crée par le ventilateur et transmise au mécanisme gaz. Par exemple à 1200 tours / minutes la chaudière Isosplit condens de chez Saunier Duval se trouve à la puissance minimum. alors qu’à 5900 tours / minute elle se trouve à puissance maxi pour le sanitaire.

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Les contrôles ou les réglages du mélange air / gaz se fait obligatoirement en mesurant le taux de CO2 dans les fumées pour cela il est nécessaire de posséder un analyseur électronique de combustion mais également posséder les valeurs caractéristiques apportées par le fabricant. On place la canule de l’analyseur de combustion dans le point test des fumées situé sur le conduit d’évacuation, placer la chaudière à puissance maximum (en puisant de l’eau chaude sanitaire par exemple), laisser stabiliser le CO 2 sur l’analyseur de combustion (2 minutes environ), agir sur la vis située sur le bloc gaz pour ajusté la valeur du CO2 en fonction de la valeur indiqué par la fabricant. Placer ensuite la chaudière en débit minimum en forçant par exemple le petit débit gaz qui est une fonction inscrite dans la fonction électronique de la chaudière, laisser également stabiliser la valeur CO2 pendant environ 2 minutes également puis en cas de nécessité agir sur la seconde vis prévue à cet effet et située également sur le bloc gaz.

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Tous ce protocole nous indique également une différence importante et trop souvent oubliée entre une chaudière basse température et une chaudière condensation, l’importance des contrôles et des réglages et le fait également que le professionnel doit être nécessairement appareillé.

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Photo n° 11- Bloc gaz à air soufflé d’une chaudière à condensation de marque Intergaz

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Schématisation de fonctionnement d’un bloc gaz (Chaudière Théma plus Condens de la Marque : Saunier Duval)

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1°- Le premier dessin représente la vanne gaz en position fermée, les clapets de sécurité sont fermés, le débit de gaz = 0

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2° – Le second dessin représente l’alimentation des deux clapets de sécurité en 24 V DC (courant continu) ils sont donc ouverts, la pression de gaz arrive au clapet du régulateur (voir en bas schéma sur l’asservissement air / gaz) par le canal 1 et elle continue par le canal 2. Le ventilateur tournant à vitesse maximum engendre une dépression qui est transmise sous la membrane du régulateur par le canal 3 ce qui entraîne la fermeture du clapet du régulateur laissant passer toute la pression du gaz par le canal 2 une augmentation de la pression P1 et donc une ouverture totale du clapet modulant on se trouve à puissance maximum au niveau du brûleur.

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3° – Le troisième dessin représente la diminution de la vitesse du ventilateur ceci  réduit de fait l’aspiration de la membrane du clapet régulateur qui s’ouvre peu à peu laissant passer un débit de fuite par le canal 3 tout le gaz passant à puissance maximum uniquement par le canal 2 passe en partie par le canal 3 ce qui fait chuter la pression P2 sous la membrane du clapet modulant qui se ferme plus ou moins en fonction de l’importance du débit de fuite du canal 3.

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Schématisation de l’asservissement air / gaz pour une chaudière Modèle : Théma plus de la marque : Saunier Duval

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On observe sur ce schéma le clapet modulant et le clapet régulateur. L’air nécessaire à la combustion traverse le venturi, la dépression engendrée au col du venturi est alors transmise au mécanisme gaz. Le régulateur du mécanisme gaz pilote alors le débit de gaz en suivant le débit d’air : lorsque la vitesse du ventilateur diminue, le régulateur réduit le débit de gaz en agissant sur le clapet modulant. Lorsqu’au contraire la vitesse du ventilateur augmente, le régulateur augmente le débit de gaz. Avec une chaudière ventouse c’est le ventilateur qui va faire varier la puissance utile fournie par la chaudière.

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3° – Le brûleur d’une chaudière à condensation

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Le brûleur est surfacique à pré mélange total, la flamme ainsi obtenue est bleue et courte.

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Photo n° 12 – Brûleur surfacique d’une chaudière à condensation de Marque Intergaz

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On observe sur cette photo que la taille du brûleur est plutôt modeste en comparaison avec la taille démesurée de l’échangeur primaire. On constate qu’un brûleur de chaudière à condensation ne possède plus de becs, ni d’injecteur, ne de nourrice. D’autres formes de brûleurs sont utilisées, par exemple chez le fabricant Viessmann son brûleur est hémisphérique c’est le modèle « Matrix » ou celui du fabricant Frisquet avec son brûleur modèle « Flatfire » en forme de disque.

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La température des fumées d’une chaudière à condensation descends bien en dessous des 55 °C grâce à la conception judicieuse du primaire, le point de rosée est atteint et il y a formation de condensats acides qui seront évacués dans une boîte à condensats intégrée à la chaudière. Etant donné que la chaudière peut travailler à des températures très basses elle peut ainsi envoyer dans les radiateurs de l’eau à 35 ou 40 °C et ainsi travailler à très basse température.

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Là encore une différence tout à fait remarquable entre une chaudière basse température et une chaudière à condensation c’est la présence de ces condensats en grande quantité et le moyen de les évacuer. Si la chaudière condense peu ou pas mais que la chaudière fonctionne normalement au niveau de la chauffe de vos locaux cela signifie tout simplement que votre chaudière condensation fonctionne comme une basse température, vous avez investis pour une chaudière très haut rendement et vous n’obtenez que du haut rendement.

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Photo n° 12 – Boîte à condensats pour chaudière à condensation

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Il est estimé que pour une consommation moyenne de gaz de 3 000 m ³ / an il y aurait formation de 3 à 3,5 m³ de condensats environ ce qui représente une part très faible au regard du volume totale d’eau usée rejetée.  Il est donc tout à fait possible de les évacuer sur le réseau public d’évacuation, cependant il est possible qu’une réglementation locale particulière soit imposé auquel cas il sera nécessaire de vous rapprocher de votre Mairie afin d’avoir les précisions à ce sujet. Bien veiller à ce que les tubes d’évacuation des condensats soient en matériaux inerte vis à vis de l’acidité des produits évacués pour cela ne pas utiliser du tube en fer ou en galvanisé ni même en cuivre qui risqueraient de se corroder.  Par contre il peut être utilisé des tubes en PVC rigide, en polyéthylène haute densité (PEHD), en polypropylène ou en acier inoxydable (attention pour ce dernier utiliser un acier inoxydable de classe 316 L ou supérieur). L’évacuation des condensats au tout à l’égout est donc possible (en veillant à respecter quand même la réglementation locale), il est par contre nécessaire que ceux ci soient évacués par un siphon anti-odeurs bien souvent prévu à l’origine dans la chaudière. Si une neutralisation des condensats est prescrite par exemple par la réglementation locale elle devra se faire dans le sens de la basicité, le volume du bac de neutralisation devra être adapté à la quantité de condensats attendue, un contrôle de l’installation devra être réalisé de temps en temps pendant les premiers mois et un entretien annuel devra être effectué.

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Ce que vous devez retenir :

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Il faut bien comprendre que plus la température de l’eau chaude qui traverse les radiateurs est basse plus les surfaces de ceux ci doit être grande afin de conserver aux radiateurs leur puissance de chauffe initiale, en effet les pièces qui composent le logement n’ont pas diminuées suit au remplacement de la chaudière et même si l’isolation c’est améliorée il est quand même nécessaire d’apporter des puissances importantes aux logements anciens. De plus il faut bien veiller à ce que les radiateurs aient une réactivité importante pour cela les radiateurs en acier sont les plus adaptés, la fonte étant très lente on parle d’inertie élevée ce matériaux n’est pas adapté à la condensation car un radiateur fonte aura besoin d’emmagasiner beaucoup d’énergie (donc de l’eau très chaude) pour ensuite restitué lentement mais longtemps la chaleur, il n’est nullement l’objet dans cet article de dévaluer l’emploi des radiateurs en fonte cependant ces radiateurs étaient en usage voilà assez longtemps car les chaudières envoyées de l’eau à 90° C, 80 °C ou même 70 °C, cependant la technologie condensation puise son efficacité dans le fait que la température de l’eau envoyée dans les radiateurs soit la plus basse possible 40 ° C ou 45 °C. Les fabricants de chaudières ayant conscience de ce problème et afin de ne pas de ne pas rencontrer à nouveau les difficultés qui leur ont fait abandonné (en France) le marcher de la condensation dans les années 1980 ont conçu des chaudières « hybrides » en intégrant à leur chaudière un calculateur électronique qui va permettre à la chaudière à condensation de travailler avec des départs d’eau chaude élevés 60, 70 et même 80 °C cependant puisque l’on s’éloigne du point de rosée au fur et à mesure que la température augmente la chaudière à condensation ne condensera plus ou très peu et le rendement s’approchera de celui d’une chaudière basse température. En un mot l’usager qui aura investit plus d’argent dans une technologie au départ très efficace celle de la condensation, aura lui comme l’installateur bien souvent l’impression que la chaudière fonctionne normalement tout simplement parce que la chaudière chauffera l’eau chaude sanitaire ainsi que les pièces de la maison mais en ayant un rendement proche de celui d’une chaudière basse température, le coût du fonctionnement économique annoncé au départ n’est pas au rendez vous car l’installation n’est pas adaptée, la chaudière condensation fonctionne oui mais mal car elle ne condense pas dans des plages étendues. Pour le prix plus élevé d’une technologie condensation on se retrouve avec une technologie basse température améliorée. Et c’est bien cette nuance qui pose le problème de la mise en place justifiée ou non d’une chaudière à condensation certes performante mais qui se révèle nettement plus couteuse en consommation que prévue dès lors qu’elle se retrouve raccordée à l’installation.

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Rubrique : Pour aller plus loin – Chaleur sensible / Chaleur latente – PCI / PCS – Notion de rendement

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1° – La Chaleur sensible / la Chaleur latente

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La condensation consiste à récupérer les calories sous forme de chaleur contenues dans la vapeur d’eau des fumées qui sont produite par la combustion du gaz.

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Voici un petit schéma qui montre que la combustion d’un mètre cube de gaz nécessite la présence de dix mètres cube d’air que cela va produire de la chaleur qui va chauffer l’échangeur primaire puis l’eau en circulation dans le réseau de chauffage mais également des déchets dont notamment un mètre cube de CO2 + deux mètres cubes de vapeur d’eau (plus précisément s’est 1,62 mètre cube de vapeur d’eau ici la valeur est arrondie) + huit mètres cube d’azote (sous forme d’oxydes d’azote (NO x) qui donnent aux fumées cette odeur âcre et piquante). Cette réaction se produit que l’on soit en présence d’une chaudière basse température ou d’une à condensation.

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Cette réaction s’écrit également : CH 4 + 2 O2 —-> CO2 + 2 H2O + chaleur

Le méthane (CH4) se combine à l’oxygène de l’air (O2) pour former du dioxyde de carbone (CO2) et de la vapeur d’eau (H2O) en dégageant de la chaleur, notons que la combustion du méthane produit deux fois plus de vapeur d’eau que de dioxyde de carbone.

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Cette forme de combustion est dite « parfaite » ou « stoechiométrique » il n’y a ni excès, ni défaut d’air, c’est une combustion « théorique ». La combustion réelle du gaz naturel est différente puisque dans la pratique on ne pourra rencontrer que deux types de combustion : la combustion en défaut d’air (voir à ce sujet l’article sur la production du monoxyde de carbone) et la combustion en excès d’air. La combustion en défaut d’air est éviter absolument car non seulement elle est n’est pas rentable sur un plan financier car le pouvoir calorifique du Monoxyde de carbone est nul mais en plus elle est très dangereuse pour la santé il faut indiquer également qu’il peut exister des combustion incomplète avec excès d’air tout simplement parce que le mélange de l’air et du gaz est mauvais lié et ceci lié à une mauvaise conception du brûleur ou à un encrassement anormal d’où l’intérêt de faire entretenir sa chaudière au moins une fois par an par un Professionnel afin d’éviter cet encrassement. La combustion en excès d’air est recherchée mais attention un trop fort excès d’air entraîne des pertes thermiques importantes car elle augmente le volume des fumées surtout lorsque la température des fumées évacuées est élevée. Pour analyser la qualité d’une combustion, il faut donc s’être assuré que la combustion soit bien complète (absence de monoxyde de carbone) mais également il est nécessaire de quantifier l’excès d’air en effet l’excès d’air à également une influence sur la production de vapeur d’eau.

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Par exemple on remarque sur ce tableau que le gaz de Groningue (celui distribué dans la Nord) va commencer à transformer sa vapeur d’eau contenue des ses fumées en eau de condensation à une température de 58,8 °C si il n’y a pas d’excès d’air c’est à dire lors d’une combustion parfaite ou stoechiométrique, par contre plus l’excès d’air sera élevé et plus la température de transformation de la vapeur d’eau contenue dans les fumées en eau de condensation sera basse on aura donc plus vite de l’eau ruisselante qui sera formé et donc la quantité de cette eau sera plus importante. Voilà pourquoi l’excès d’air est important dans l’analyse de la combustion du gaz.

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Ce qui nous intéresse au premier plan dans la combustion du gaz c’est la chaleur qu’elle produit et qui sera transmise à l’eau pour augmenter sa température. A ce titre pour faire passer de 0° C à 100 °C un kg d’eau il faut lui fournir 116 Wh, la quantité de chaleur qui est maintenant contenue dans cette eau est liée sensiblement à sa température en effet plus on lui apporte d’énergie à cette eau et plus elle sera chaude sauf qu’à partir d’un certains point et à la pression atmosphérique cette eau ne pourra chauffer à plus de 100 °C. Si on continue à apporter de l’énergie à cette eau elle va se vaporiser c’est à dire changer d’état ou d’apparence elle passera de l’état liquide initialement à l’état gazeux sous forme de vapeur d’eau, pour vaporiser 1 kg d’eau qui est déjà à 100 °c il faut lui apporter 625 Wh d’énergie, la chaleur contenue dans ces 625 Wh n’est pas liée à la température de l’eau puisque celle ci reste à 100 °C cette chaleur est contenue de manière latente dans la vapeur d’eau à 100 °C. Sachez que cette opération est réversible, si l’on refroidit 1 kg de vapeur d’eau à 100 °C jusqu’à obtenir de l’eau liquide à 0 °C, l’eau restituera la chaleur latente et la chaleur sensible qu’elle contenait soit 116 Wh de chaleur sensible + 625 Wh de chaleur latente soit au total = 741 Wh.

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Le petit schéma ci dessous représente le processus mais avec des unités différentes. Retenez que 1,16 Wh = 4,18 kj (kilojoule) = 1 mth (millithermie) = 1 kcal (kilocalorie) donc en prenant les 418 kj obtenu nous les transformons en Wh de la manière suivante : (418 x 1,16) / 4,18 = 116 Wh – Idem pour les 2257 kj obtenu nous les transformons en Wh de la manière suivante : (2257 x 1,16) / 4,18 = 626 Wh (à l’écart près du calcul).

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La chaleur sensible c’est la quantité de chaleur qui provoque la variation de la température (en plus ou en moins) d’un corps sans modifier son état physique.

La chaleur latente c’est la quantité de chaleur qui provoque le changement d’état d’un corps sans modifier sa température (chaleur contenue dans vapeur d’eau).

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2° – Le Pouvoir calorifique inférieur (PCI) et le Pouvoir calorifique supérieur (PCS) du gaz

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Revenons au fonctionnement des chaudières maintenant, une chaudière basse température étant donné qu’elle ne doit pas former d’eau de condensation qui risquerait d’endommager son échangeur doit maintenir la température de ses fumées de manière assez élevée, l’énergie contenue dans ces fumées sous forme de chaleur latente est perdue, elle ne va récupérée en fait qu’une partie de la chaleur sensible qui sera proportionnelle à la quantité d’énergie apportée à cette eau. La chaudière à condensation quand a elle étant totalement adaptée à travailler avec des températures de fumées très basses va récupérer une grande partie de la chaleur sensible mais en plus elle va savoir récupérer une partie également de la chaleur latente contenue dans les fumées produites lors de la combustion du gaz avant qu’elles ne sortent voilà pourquoi une chaudière à condensation doit travailler avec des fumées très basses, si ces fumées possède une température trop élevée en sortie toute cette énergie sera perdue selon l’expression consacrée « elle chauffera les rues ».

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La notion de chaleur Sensible et de chaleur Latente à fait apparaître une autre notion celle du PCI Pouvoir calorifique Inférieur) et du PCS (Pouvoir Calorifique Supérieur).

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Le tableau n°1 ci dessous nous indique en fonction de la provenance du gaz le PCI et le PCS.

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Le pouvoir calorifique d’un gaz est la quantité de chaleur produite par la combustion d’un mètre cube de ce gaz à 0 ° C et à la pression absolue de 1013 mbar. Cette quantité de chaleur produite sera variable en fonction  que l’eau produite lors de la combustion reste sous la forme de vapeur auquel cas la chaleur contenue dans cette vapeur sera perdue on parlera donc de Pourvoir Calorifique Inférieur (PCI) ou que l’eau produite sous forme de vapeur contenue dans les fumées change réellement d’état et passe sous la forme liquide ce qui lui fera libérer la chaleur qu’elle contient sous forme de chaleur latente on parlera à ce moment de Pouvoir Calorifique Supérieur ou PCS.

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En prenant dans le tableau n°1 ci-dessus le gaz de Lacq on constate que celui ci possède :

Un PCI de 10,2 kWh / mètre cube (n)*

*(n) correspond à la mol d’atome de la matière considérée

Un PCS de 11,3 kWh / mètre cube (n)

La différence entre PCS et PCI est de 1,1 kWh ce qui correspond à la chaleur latente contenue dans 1,62 kg de vapeur d’eau à 0°C. Cette quantité de chaleur latente contenue dans la vapeur d’eau d’un mètre cube de gaz de Lacq consommé représente 10 % du PCI du gaz. Ce qui revient à écrire :

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Nous en arrivons à la notion de Rendement de manière générale il faut retenir :

1° – Le rendement PCS ne pourra jamais dépasser 100 % et ceci même en présence d’une chaudière à condensation. Lorsque les fabricants parlent d’un rendement de 105 % par exemple d’une chaudière à condensation il s’exprime toujours en rendement PCI donc bien vérifier lorsqu’on lit les caractéristique d’une chaudière si l’on se trouve en rendement PCI ou en rendement PCS.

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Premier exemple théorique d’une chaudière basse température :

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On apporte à cette chaudière basse température 10 m³ de gaz soit environ 100 kWh d’énergie exprimée en PCI ou (100 + 11 kWh) = 111 kWh d’énergie exprimée en PCS. La chaudière étant basse température les 11 kWh de chaleur latente sont perdus dans la vapeur d’eau des fumées. Si l’on récupère 90 kWh de chaleur utile c’est que l’on a perdu 10 kWh de chaleur sensible dans les fumées, le rendement PCI de cette chaudière sera donc :

Rendement (PCI) = 90 kWh  de puissance utile / 100 kWh (PCI) de puissance apportée = 90 % de rendement sur le PCI du gaz

Rendement (PCS) sera de : 90 kWh de puissance utile / 111 kWh (PCS) de puissance totale apportée = 81 % de rendement sur le PCS du gaz

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Second exemple théorique d’une chaudière à condensation :

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On apporte à cette chaudière à condensation également 10 m³ de gaz soit environ 100 kWh d’énergie exprimée en PCI ou (100 + 11 kWh) = 111 kWh d’énergie exprimée en PCS. La chaudière étant à condensation imaginons que l’on récupère 6 kWh de chaleur latente par le phénomène de condensation des fumées et qu’en plus on récupère 8 kWh  de de chaleur sensible liée au refroidissement des fumées nous avons donc récupérer :

Rendement (PCI) = 90 kWh de puissance utile + 8 kWh de chaleur sensible (refroidissement) + 6 kWh de chaleur latente (condensation) / 100 kWh (PCI) de puissance apportée = 104 / 100 = 104 % de rendement sur le PCI du gaz .

Rendement (PCS) = 90 kWh de puissance utile / 8 kWh de chaleur sensible (récupérée par refroidissement) + 6 kWh de chaleur latente (récupérée par condensation) / 111 kWh (PCS) de puissance totale apportée = 104 / 111 = 93,6 % de rendement sur le PCS du gaz.

On voit ici le double intérêts des chaudières à condensation puisqu’elle va permettre d’utiliser la chaleur latente contenue dans la vapeur d’eau des fumées sous forme de chaleur sensible, de plus la quantité de chaleur évacuée par la cheminée ou la ventouse dans les fumées est considérablement réduite.