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Chauffage : condensation contre pompes à chaleur

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Chauffage : condensation contre pompes à chaleur

Un brûleur à prémélange permet à cette chaudière à condensation gaz au sol (C300) de maintenir le rendement et la qualité de la combustion, quelle que soit la charge. (Doc. De Dietrich.)

Les chaudières à condensation et les pompes à chaleur (Pac) se disputent le remplacement de l’immense parc existant des chaudières domestiques au sol. En construction neuve, plafonds et planchers chauffants électriques sont devenus des solutions standard

En 2004, les chaudières à condensation - ces nouveaux générateurs qui ont peu de rapports avec ceux des années 80- devraient « décoller ». Le maximum théorique de rendement d’une chaudière à condensation, exprimé en PCI (Pouvoir calorifique inférieur), est de 111 % en gaz naturel, 108 % pour le propane et de 106 % pour le fioul. Disponibles dès le début de l’année, certaines chaudières approchent ces valeurs. Remeha revendique 110 % de rendement annuel sur PCI pour sa gamme murale Quinta à gaz naturel. Un taux très probablement maintenu avec un entretien attentif de la chaudière. En effet, il est impossible qu’un générateur atteigne 111 % de rendement dans la durée. Lorsqu’on tient compte du pouvoir calorifique respectif des différents combustibles, les chaudières à condensation fioul et gaz sont à égalité de rendement.

2004 sera également l’année du développement du fioul à condensation dans des générateurs étanches à ventouse. Ainsi, Viessmann introduit deux modèles à l’occasion de Interclima. Tout d’abord, la chaudière Vitoplus 300, modèle mural de 12 à 18 kW pour chauffage fioul seul, avec échangeur radial-inox en acier inoxydable et brûleur compact à deux étages de gazéification, et la Vitolaplus 300, déclinaison de la gamme Vitola, couvrant des puissances de 19,4 à 29,2 kW. Perge sort deux nouvelles chaudières fioul haut rendement à ventouse de 24 et 34 kW.

Privilégier les chaudières à mélange air-gaz piloté

La différence entre gaz naturel et fioul ne réside pas dans le type de chaudière à condensation mais dans leur température de point de rosée. En effet, une chaudière ne condense que si la température de retour du circuit de chauffage est inférieure au point de rosée. Dans le cas d’une combustion stœchiométrique (parfaite, sans excès d’air), la température de point de rosée est de 58,9°C pour le gaz naturel. Avec 20 % d’excès d’air, elle baisse à 55,5°C, puis à 51°C pour 50 % d’excès d’air. Plus l’excès d’air est important, plus le point de rosée descend, plus il est difficile à atteindre et moins la chaudière a de chances de condenser. Le point de rosée des produits de combustion du fioul domestique classique aux conditions stœchiométriques est de 45°C : déjà très bas et plus difficile à atteindre que les 58,9°C du gaz naturel. Cela signifie que, pour tirer le meilleur rendement des chaudières à condensation fioul, elles doivent plutôt être installées sur des circuits basse température.

Toutes les chaudières à condensation désormais à puissance variable

La technologie de combustion des chaudières à condensation influe aussi beaucoup sur leur rendement d’exploitation annuel. Toutes les chaudières à condensation seront dorénavant à puissance variable. Une chaudière atmosphérique gaz modulante varie sa puissance en agissant seulement sur la quantité de gaz introduite dans la chambre de combustion. La quantité d’air demeure constante. L’excès d’air augmente quand la puissance diminue et le rendement de la chaudière atmosphérique baisse avec la charge de l’appareil. Il est à son meilleur niveau à pleine charge (100 % de la puissance) et chute de 7 à 8 points à charge minimale.

Dans une chaudière dont la modulation de puissance est obtenue par un pilotage du mélange air/gaz, la proportion de gaz et d’air reste constante. Lorsque la charge baisse, le rendement augmente. C’est ce qui explique que Geminox, par exemple, revendique 108 % de rendement PCI à charge minimale avec un retour chauffage à 30°C et une petite baisse du rendement à 105 % à charge nominale. Or, les chaudières fonctionnent le plus souvent à charge réduite et n’atteignent leur puissance nominale qu’entre 3 et 12 jours, selon les régions de France. En bilan annuel, une chaudière à condensation atmosphérique consomme plus qu’une chaudière à mélange air-gaz piloté.

L’offre technique de chaudières à condensation est extrêmement diverse. On trouve des modèles au sol de 20 kW à plus de 2,5 MW et jusqu’à 10 MW avec des échangeurs à condensation derrière les chaudières. Les générateurs muraux commencent à 15 kW, en chauffage seul, en versions mixtes instantanées, avec micro-accumulation (inférieur 20 l), avec ballons incorporés (40 à 60 l), ballons accolés (60-80-120 l) ou ballons placés en dessous (100 à 160 l), étanches à ventouse ou sur conduits de fumées, fioul et gaz. La limite supérieure de puissance des chaudières à condensation gaz ne cesse d’augmenter. Les 85 kW atteints par Remeha avec sa gamme Quinta sont maintenant dépassés par les 100 kW de la série CGB de Wolf. Remeha va regagner son leadership avec une nouvelle chaudière à condensation collective - Gas 310 Eco - soit 500 kW sur une surface au sol de 1,2 m2. Elle module sa puissance de 20 à 100 %, ne demande pas de débit de retour minimum et offre une connexion d’un deuxième retour basse température.

Toutes les chaudières à condensation désormais à puissance variable

La technologie de combustion des chaudières à condensation influe aussi beaucoup sur leur rendement d’exploitation annuel. Toutes les chaudières à condensation seront dorénavant à puissance variable. Une chaudière atmosphérique gaz modulante varie sa puissance en agissant seulement sur la quantité de gaz introduite dans la chambre de combustion. La quantité d’air demeure constante. L’excès d’air augmente quand la puissance diminue et le rendement de la chaudière atmosphérique baisse avec la charge de l’appareil. Il est à son meilleur niveau à pleine charge (100 % de la puissance) et chute de 7 à 8 points à charge minimale.

Dans une chaudière dont la modulation de puissance est obtenue par un pilotage du mélange air/gaz, la proportion de gaz et d’air reste constante. Lorsque la charge baisse, le rendement augmente. C’est ce qui explique que Geminox, par exemple, revendique 108 % de rendement PCI à charge minimale avec un retour chauffage à 30°C et une petite baisse du rendement à 105 % à charge nominale. Or, les chaudières fonctionnent le plus souvent à charge réduite et n’atteignent leur puissance nominale qu’entre 3 et 12 jours, selon les régions de France. En bilan annuel, une chaudière à condensation atmosphérique consomme plus qu’une chaudière à mélange air-gaz piloté.

L’offre technique de chaudières à condensation est extrêmement diverse. On trouve des modèles au sol de 20 kW à plus de 2,5 MW et jusqu’à 10 MW avec des échangeurs à condensation derrière les chaudières. Les générateurs muraux commencent à 15 kW, en chauffage seul, en versions mixtes instantanées, avec micro-accumulation (inférieur à 20 l), avec ballons incorporés (40 à 60 l), ballons accolés (60-80-120 l) ou ballons placés en dessous (100 à 160 l), étanches à ventouse ou sur conduits de fumées, fioul et gaz. La limite supérieure de puissance des chaudières à condensation gaz ne cesse d’augmenter. Les 85 kW atteints par Remeha avec sa gamme Quinta sont maintenant dépassés par les 100 kW de la série CGB de Wolf. Remeha va regagner son leadership avec une nouvelle chaudière à condensation collective - Gas 310 Eco - soit 500 kW sur une surface au sol de 1,2 m2. Elle module sa puissance de 20 à 100 %, ne demande pas de débit de retour minimum et offre une connexion d’un deuxième retour basse température.

Développement des chaudières « en cascade »

Cependant, la tendance est au développement de chaudières à condensation, murales ou au sol, « en cascade ». Ces générateurs présentent au moins trois avantages :

- la puissance fournie suit au plus près la puissance appelée. Conséquence, un rendement excellent toute l’année et des économies d’exploitation ;

- malgré leur puissance, les chaufferies restent légères, d’encombrement réduit, d’un niveau sonore maîtrisé, etc… ;

- une fiabilité sans pareil puisqu’il est impossible que tous les générateurs tombent en panne en même temps. Ainsi, Weishaupt propose deux murales à condensation de 45 et 60 kW. Brötje met en avant ses murales Ecotherm Plus WGB 2N, avec une modulation de 9 à 38 kW. La gamme murale Innovens de De Dietrich s’étend de 3,2 à 50 kW de puissance, avec deux modèles « en cascade » de 35 et 50 kW. La Vitodens 200 murale de Viessmann existe en 35, 48,6 et 66,3 kW.

PAC : nouvelle génération de pompes eau/eau

Retour également des pompes à chaleur de nouvelle génération. Il existe déjà des Pac eau/eau capables de concurrencer des chaudières au sol. Mondial Géothermie, représentant en France de l’allemand Waterkotte, distribuera en 2004 une Pac eau/eau AI1 de 11 kW. Elle offre un départ chauffage à 70°C et une production d’ECS de 250 l. Il propose également une gamme de Pac eau/eau atteignant 500 kW, capable de fonctionner avec des températures de départ chauffage à 50, 60 ou 70°C. Chez Viessmann, la gamme Vitocal 300 BW s’étend de 4,8 à 32 kW, voire 43 kW pour la Vitocal 300 WW. Les coefficients de performance instantanés (COP) atteignent 4,61 pour la série BW (source à 0°C et sortie à 35°C) et 5,9 pour le modèle WW (source à 10°C et sortie à 35°C). Ces Pac sont également conçues pour produire chauffage et ECS toute l’année.

Multiclima profite du salon pour présenter sa nouvelle Pac domestique eau/eau utilisant deux compresseurs Copeland. Elle atteint 15 kW de puissance avec une alimentation électrique monophasée en 220 V et module sa puissance en étageant les compresseurs.

Ciat propose également une Pac eau/eau, toute équipée pour le chauffage et la production d’eau chaude, et réversible pour un rafraîchissement par le sol en maison individuelle.

Toutes ces annonces témoignent de l’intérêt des fabricants de pompes à chaleur pour des machines capables d’assurer le chauffage en hiver, la production d’eau chaude toute l’année et, éventuellement, le rafraîchissement en été. Il s’agit pour l’instant de Pac eau/eau sur capteurs enterrés, en attendant l’arrivée en 2004 des machines gainables à condensation par air que l’on pourra installer à la cave en remplacement de la chaudière sol, avec une prise et un rejet d’air suffisants.

Le coût d’installation de ces Pac sera bien inférieur à celui d’une machine eau/eau sur capteurs enterrés. Selon les constructeurs qui les préparent, et Copeland qui développe et fabrique les compresseurs qu’elles utiliseront, elles seront capables de fournir un départ de chauffage à 65 ou 70°C par une température d’air extérieur de -15°C, avec un COP annuel supérieur à 3,5. Ce seront de vraies concurrentes pour les chaudières au sol.

Le rayonnement électrique s’installe en construction neuve

L’un des phénomènes marquants des deux années écoulées est le développement très rapide en logement neuf du plancher rayonnant électrique (PRE) et du plafond rayonnant plâtre (PRP), surtout en tertiaire, au détriment du plus classique PRM (plafond rayonnant modulaire). Le PRE est pratiquement devenu la solution normale en maison individuelle neuve.

Cette croissance s’explique d’abord par la réduction des besoins de chauffage en construction neuve qui permet d’installer de faibles puissances au m2. Elle est également attribuable au confort que procurent ces deux solutions et à leur facilité d’installation. Les PRT et PRP fournissent en même temps un gain significatif en calcul RT 2 000 réglementaire et une vraie réduction des déperditions thermiques dans la vie du bâtiment. Si, comme le souhaite l’Ademe, la RT 2 000 évolue vers des références absolues et non des références relatives en construction neuve - pas plus de X kWh/an/m2 pour tel type de construction à tel endroit - la réduction des déperditions sera favorisée. Ce qui poussera davantage les systèmes rayonnants électriques.

Si le PRP s’impose en collectif, cela tient à l’isolation des dalles hautes qu’il impose qui a également pour effet d’améliorer l’acoustique des logements. C’est l’une des raisons qui pousse plusieurs industriels à développer les plafonds chauffants-rafraîchissants à base de circulation d’eau dans des microtubes. Ainsi, le système GKC, de Giacomini, utilise des plaques de plâtre sur lesquelles sont collés des diffuseurs en aluminium où circule l’eau chaude ou glacée. Ces éléments recouverts d’un isolant en polyuréthanne sont des plaques (600 x 2 000, 1 000 x 1 200 et 1 200 x 2 000 mm) raccordées à l’aide de tubes en PB 16 x 1 mm et des raccords « push-fitting » (sans outil). Plus classique, la série GK du même fabricant fait appel à des plaques métalliques perforées sur lesquelles sont collés des tubes PB et des diffuseurs.

Sécurité pour l’eau chaude collective

Le système de production d’ECS qui se développe davantage en collectif et en tertiaire consiste à associer un échangeur à plaques largement dimensionné pour offrir un bon débit continu, à un stockage pour passer les pointes de puisage et obtenir une eau chaude de qualité. Ce système rassemble tous les avantages : compacité et puissance de production.Les constructeurs tentent de le rendre plus sûr en lui associant des pilotages sophistiqués pour porter régulièrement la température du stockage au-delà de 65°C, pendant une durée suffisante pour tuer les bactéries.

Le Pack Control, gestion d’ECS

Le français Charot a développé une gestion centralisée de la production d’ECS dénommée Pack Control. Ce dernier s’adapte à tous les modes de production d’eau chaude. Dans sa version de base équipée de deux sondes pour la régulation et la surveillance, le Pack Control régule jusqu’à deux éléments chauffants, met en service la pompe d’homogénéisation, assure une relance de jour (si nécessaire dans le cas d’ECS électrique collective) et déclenche les chocs thermiques. Avec ses options complémentaires (1 à 3 sondes de plus), il surveille la température du primaire, du départ d’eau chaude, du retour de boucle, contrôle les débits, programme les chasses rapides automatisées, etc. Toutes ces fonctions sont commandées par l’utilisateur sur le tableau du Pack Control, par un micro-ordinateur sur le site, à distance par modem ou grâce à une GTC à laquelle il peut être raccordé.

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