CHAUDIÈRE  A  CONDENSATION

PRÉ-REQUIS :  Chaleur  sensible  &  chaleur  latente  -  Énergie,  Puissance  &  Rendement - Loi d'eau

Rappel :  Toutes  les  chaudières  à  combustibles  ont  besoin  d'Oxygène (O2)  pour  brûler  leur  combustible,  généralement  à  base  de  Carbone  (C)  et  d'Hydrogène.

Ainsi,  on  retrouve  dans  les  fumées  de  combustion  principalement  du  dioxyde  de  carbone   (CO2)  et  de  l'eau  (H2O)  sous  forme  de  vapeur.

Dans  les  anciennes  chaudières,  on  ne  voulait  surtout  pas  que  cette  vapeur  d'eau  se  condense  et  repasse  à  l'état  liquide.  Cela  pouvait  être  corrosif  et  ronger  le  corps  de  chauffe  de  la  chaudière.

Aujourd'hui,  il  existe  des  matériaux  inoxydables  capables  de  résister  à  cette  corrosion.  On  peut  alors  refroidir  davantage  les  fumées,  jusqu'à  faire  condenser  la  vapeur  d'eau.

Cela  a  le  double  avantage :

-  de  récupérer  plus  de  chaleur  sensible  dans  les  fumées, 

celles-ci  s'échappant  à  plus  basse  température, 

- et  de  récupérer  la  chaleur  latente  restituée  par  le  passage  de  l'eau

de  l'état  vapeur  à  l'état  liquide.

Sur  les  chaudières  fioul,  les  fabricants  rajoutent  généralement  un  condenseur  inox  après  la  sortie  du  corps  de  chauffe  acier  ou  fonte.  Les  fumées  sortent  chaudes  du  corps  de  chauffe,  l'eau  repassant  à  l'état  liquide  uniquement  dans  ce  condenseur.

Chaudière  à  récupérateur-condenseur  séparé

Dans  la  plupart  des  chaudières  à  condensation  gaz  dernière  génération,  la  condensation  a  lieu  dans  le  corps  de  chauffe  réalisé  entièrement  en  matériau  inoxydable.

Chaudière  à  récupérateur-condenseur  intégré

( Chaudière  murale  condensation  gaz  à  prémélange )

JEU    entraînement

Aucune  chaudière  ne  restitue  toute  la  chaleur  de  la  flamme  à  l'eau  de  chauffage.  Il  y  a  toujours  des  pertes,  qui  sont  variables  en  fonction  de  l'efficacité  de  la  chaudière.

Longtemps,  on  a  considéré  que  ces  pertes  se  limitaient  à  de  la  chaleur  sensible,  et  on  a  ignoré  les  pertes  de  chaleur  contenues  dans  la  vapeur  d'eau  sous  forme  de  chaleur  latente.

Du  coup,  on  a  pris  la  mauvaise  habitude  de  calculer  la  puissance  de  la  flamme  sans  tenir  compte  de  cette  chaleur  latente  qu'elle  fournissait  à  l'eau,  donc  de  "MINIMISER"  cette  puissance  par  rapport  à  la  réalité  scientifique.

A  partir  de  cette  puissance  de  flamme  minimisée,  on  en  a  déduit  le  Pouvoir  Calorifique  Inférieur  ( P C I ),  quantité  de  chaleur  maximale  que  peut  fournir  1 kg  de  combustible  en  brûlant,  sans  tenir  compte  de  la  chaleur  latente  absorbée  par  la  vapeur  d'eau.

Pour  le  fioul,  ce  P C I  est  de  11,89  kWh / kg

On  obtient  ainsi  le  rendement  sur  PCI,  Ƞ _PCI 

Rendement  sur  PCI,  Ƞ _PCI 

Exemple  1 :   Chaudière  basse  température  fioul

Obtenir  un  rendement  de  92%  avec  8%  de  pertes  ne  choque  personne.

Calculons  le  rendement  de  la  même  façon,  mais  pour  une  chaudière  à  condensation,  dans  laquelle  une  partie  de  la  vapeur  d'eau  va  condenser.

Exemple  2 :   Chaudière  à  condensation  fioul

Obtenir  un  rendement  de  103%,  en  constatant  une  puissance  perdue  de  1kW, 

c'est  complètement  illogique,  voire  IMPOSSIBLE  d'un  point  de  vu  scientifique.

Rendement  sur  P C S,  Ƞ _PCS

En  réalité,  si  on  tient  compte  de  la  chaleur  latente  absorbée  par  la  vapeur  d'eau,  l'énergie  fournie  par  la  flamme  n'est  pas  de  11,89 kWh  pour  1 kg  de  fioul  brûlé,  mais  de  12,60 kWh.

Ce  chiffre  correspond  au  Pouvoir  Calorifique  Supérieur  ( P C S ).

Le  P C S  du  fioul  est  donc  de  12,60 kWh / kg. 

D'un  point  de  vu  scientifique,  c'est  ce  chiffre  qu'il  aurait  fallu  prendre  pour  calculer  la  "vraie"  puissance  absorbée  ( puissance  de  la  flamme ),  et  ensuite  calculer  le  "vrai"  rendement,

le  rendement  sur  PCS.  

Exemple  1 :   Chaudière  basse  température  fioul

On  s'aperçoit  ainsi  que  la  puissance  utile  récupérée  est  toujours  de  92 kW.

Par  contre,  en  plus  des  8 kW  perdus  en  chaleur  sensible  dans  les  fumées,  il  y  a  aussi  6 kW  perdus  en  chaleur  latente  dans  la  vapeur  d'eau.

La  vraie  puissance  fournie  par  la  flamme  est  de  106 kW,  et  non  pas  de  100 kW  comme  on  aurait  pu  le  croire  en  utilisant  le  P C I.

Le  rendement  de  la  chaudière  basse  température,  qui  avait  été  surévalué  à  92%  sur  PCI,  est  en  réalité  seulement  de  86,8 %.

Exemple  2 :   Chaudière  à  condensation  fioul

Pour  la  chaudière  à  condensation.  on  remarque  qu'il  y  a  moins  de  chaleur  latente  perdue  dans  la  vapeur  d'eau  : 2 kW  contre  6 kW  pour  une  chaudière  basse  température  qui  n'est  pas  prévue  pour  condenser.

De  plus,  les  fumées  étant  davantage  refroidies  par  leur  passage  dans  le  condenseur,  il  y  a  également  moins  de  chaleur  sensible  perdue. 

Le  "vrai"  rendement  sur  P C S  n'est  pas  de  103 %,  mais  seulement  de  97,2 %,  donc  bien  inférieur  à  100%.

Ce  résultat  est  enfin  en  adéquation  avec  la  réalité  scientifique.

CE  QU'Il  FAUT  RETENIR

On  ne  change  pas  les  vieilles  habitudes.  Les  fabricants  de  chaudières  continuent  à  parler  de  rendement  PCI.  Cela  permet  de  comparer  plus  facilement  leur  rendement  avec  celui  des  anciennes  chaudières.

Il  n'y  a  pas  pour  autant  "tromperie  sur  la  marchandise".  Qu'on  exprime  le  rendement  sur  PCS  ou  sur  PCI,  dans  nos  exemples,  il  y  a  sensiblement  le  même  gain  en  économies  d'énergie.

Les  techniciens  continuent  à  utiliser  le  PCI  pour  calculer  et  régler  la  puissance  de  la  flamme,  ce  qui  n'engendre  aucun  problème.

Nous  admettrons  donc  que  le  rendement  peut  être  supérieur  à  100%,  et  continuerons  donc  à  calculer  la  puissance  de  la  flamme  en  utilisant  la  formule :

Pa  =  q  x  PCI

La  condensation  est  moins  intéressante  sur  une  chaudière  fioul  que  sur  une  chaudière  gaz.

Pour  100 kW  de  chaleur  sensible,  il  n'y  a  que  6 kW  de  chaleur  latente  récupérable  dans  les  fumées  de  combustion  du  fioul.

 Pour  100  kW  de  chaleur  sensible,  on  peut  récupérer  jusqu'à  11 kW  de  chaleur  latente  dans  les fumées  de  combustion  du  gaz.

Le  rendement  sur  PCI  d’une  chaudière  à  condensation  fioul  ne  pourra  être  en  théorie  que  de  106%,  contre  111%  pour  le  gaz.

Ainsi,  le  rendement  sur  PCI  peut  atteindre  jusqu'à  109%  sur  une  chaudière  condensation  gaz,  contre  104%  sur  une  chaudière  condensation  fioul.

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REMARQUE :  On  peut  obtenir  le  rendement  sur  PCS  à  partir  du  rendement  sur  PCI,  en  appliquant  :

- pour  le  fioul,      η _PCS  = η _PCI  ÷ 1,06

 donc  η _PCS  =  96  ÷ 1,06 =  90,6 %  pour  la  chaudière  basse  température, 

et    η _PCS  =  104  ÷ 1,06 =  98,1 %  pour  la  chaudière  à  condensation

- pour  le  gaz,      η _PCS  = η _PCI  ÷ 1,11

 donc  η _PCS  =  96  ÷ 1,11 =  86,5 %  pour  la  chaudière  basse  température, 

et    η _PCS  =  109  ÷ 1,11 =  98,2 %  pour  la  chaudière  à  condensation

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En  plus  de  cela,  le  point  de  rosé  de  la  combustion  du  fioul  -  température  à  partir  de  laquelle  ses  fumées  de  combustion  se  condensent  -  se  situe  aux  alentours  de  47°C.

L’ acide  sulfurique  contenue  dans  les  mêmes  fumées,  provenant  du  souffre  contenu  dans  le  fioul,  se  condense  déjà  aux  alentours  de  120 °C.

Il  est  donc  impossible  de  faire  de  la  condensation  avec  une  chaudière  fioul  sans  la  protéger  contre  la  corrosion  due  à  la  présence  d’acide  sulfurique.

Cela  nécessite  l’utilisation  d’acier  inoxydable  plus  noble  et  plus  couteux  pour  fabriquer  la  chaudière.

Il  n'y  a  quasiment  pas  de  souffre  dans  le  gaz. 

Son  point  de  rosé  se  situe  aux  alentours  de  57 °C.  Sur  une  période  de  chauffe,  la  chaudière  gaz  parviendra  à  faire  condenser  ses  fumées  pendant  une  plus  longue  durée  d’utilisation

( voir  « Loi de Chauffe »  ci-dessous ).

Courbe  de  chauffe

pour  radiateurs  haute  température

( régime  d'eau  80°C / 60°C )

Ci-dessus,  la  courbe  de  chauffe  pour  des  radiateurs  haute  température

( régime  d'eau  80°C / 60°C )

On  constate  que  les  fumées  commencent  à  se  condenser  au-dessus  d'une  température  extérieure  de  - 5 °C  dans  une  chaudière  gaz  ( point  A ).

Il  y  a  condensation  pendant  98%  de  la  durée  de  fonctionnement  annuelle  de  la  chaudière.

Dans  une  chaudière  fioul,  il  faut  attendre  que  la  température  extérieure  monte  au-dessus 

de  + 5 °C  pour  que  les  fumées  commencent  à  se  condenser  ( point  B ).

Il  y  a  condensation  pendant  seulement  65%  de  la  durée  de  fonctionnement  annuelle  de  la  chaudière.

REMARQUE :  Pour  des  installations  neuves,  il  faut  privilégier  l'utilisation  de  planchers  chauffants  avec  une  chaudière  à  condensation.  Avec  ce  type  d'émetteurs,  les  fumées  condenseront  pendant  l'intégralité  de  la  période  de  chauffe,  quelque  soit  le  combustible  utilisé.

Courbe  de  chauffe

pour  planchers  chauffants

( régime  d'eau  45°C / 35°C )

En  rénovation,  lors  de  l'installation  d'une  chaudière  à  condensation  fioul,  il  faudra  prévoir  l'abaissement  des  températures. 

Cela  peut  se  faire  en  conservant  les  radiateurs  haute  température  si  le  remplacement  de  chaudière  fait  suite  à  l'isolation  thermique  du  bâti.

Sinon,  on  pourra  aussi  remplacer  ces  radiateurs  par  des  radiateurs  basse  température.

Les  condensats  sont  de  0,14 L / h  par  kW  pour  le  gaz  et  de  0,09 L / h  par  kW  pour  le  fioul.

La  condensation  d’une  chaudière  gaz  de  20 KW  pourra  fournir  chaque heure  2,8 litres de condensats   ( 0,14 x 20 )  contre  seulement  1,8 litres  pour  une  chaudière  à  condensation  fioul  de  même  puissance  ( 0,09 x 20 ).

Du  fait  de  la  présence  de  souffre,  les  condensats  sont  très  acides  et  peuvent  donc  provoquer  une  corrosion  importante.  Ils  doivent  passer  par  un  bac  de  neutralisation  avant  d'être  rejetés à l’égout  ( selon  réglementation  locale ).

 Pour  une  chaudière  gaz  à  condensation,  les  condensats  étant  faiblement  acides,  aucune  règlementation  n’empêche  à  l’heure  actuelle  leur  évacuation  "directe"   à l’égout  ( sauf  réglementation  locale).  Dilués  par  les  eaux  usées  des  ménages  étant  beaucoup  plus  basiques,  ils  perdent  leur  acidité.

Lorsque  l'évacuation  des  condensats  se déverse  dans  une  fosse  septique,  il  est  plus  que  recommandé  d'utiliser  un  neutralisateur  de  condensat.

Dans  tous  les  cas,  le  raccordement  au  réseau  d’évacuation  doit  s’effectuer  en  PVC,  ou  autres matériaux  non  corrosifs.

Source  VIESSMANN

NEUTRALISATEURS  DE  CONDENSATS

La  plupart  des  fabricants  proposent  en  option  une  solution  de  traitement  des  condensats  indépendante,  à  placer  sous  la  chaudière  ou  pouvant  être  intégrée  à  celle-ci. 

L’eau  qui  s’écoule  de  la  chaudière  à  condensation  traverse  alors  un  réservoir  contenant  des  billes  qui  vont  faire  remonter  (neutraliser)  le  pH  de  l’eau,  et  le  rétablir  entre  6  et  8  avant  son rejet  à  l’égout.

Chaque  année,  à  l’aide  d’un  simple  test  pH  avec  bandelettes,  il  est  possible  de  vérifier  le  pH  en  sortie  du  dispositif  de  neutralisation.  Cela  permet  de  déterminer  s’il  est  nécessaire  de  remplacer  ou  pas  les  billes  pour  que  le  neutralisateur  retrouve  son  efficacité.

Neutralisateur  de  condensats  CONDENSAFE+

(SENTINEL)

La  condensation  démarrée  dans  la  chaudière  à  condensation  se  poursuit  dans  le  conduit  d’évacuation  des  fumées.  Celui-ci  doit  donc  être  fabriqué  également  en  matériaux  inoxydables

( métalliques  ou  synthétiques ).

Pour  aller  plus  loin ...

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