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CHAUFFAGE Trois étapes pour améliorer les rendements

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CHAUFFAGE Trois étapes pour améliorer les rendements

Combustion correcte, économie d’énergie et réduction de la pollution sont les trois phases d’évolution du chauffage depuis la première crise pétrolière. Seul un changement de technologie pourrait encore améliorer les techniques de combustion qui ont atteint leur maximum théorique.

Avant le premier choc pétrolier de 1974, les chaudières au sol étaient avant tout conçues pour brûler du charbon. On les adaptait au fioul ou au gaz en montant un brûleur dessus. Les pertes de chaleur des générateurs étaient considérables, les rendements médiocres. On ne se préoccupait pas des rendements. L’objectif était d’atteindre une combustion la plus complète possible. Il fallait minimiser les imbrûlés pour éviter l’encrassement des cheminées et préserver la santé des personnes. Ideal-Standard avait le premier innové avec sa gamme de chaudières IT, conçue pour le fioul.

Première étape : tolérance zéro pour les imbrûlés

À la moitié des années 70, le monotube-série était la règle en logements et en tertiaire. Les radiateurs étaient raccordés les uns derrière les autres par un seul tube qui entrait dans le premier, en sortait, alimentait le suivant, etc. On ne pouvait rien réguler sur les émetteurs. D’ailleurs, il s’agissait souvent de convecteurs à eau chaude et non de radiateurs. Le convecteur à eau chaude d’Atlantic a été posé par centaines de milliers d’exemplaires en France. Il fonctionnait avec un débit constant et l’on « régulait » la température en actionnant un volet au-dessus de la batterie à eau chaude. La régulation automatique par pièce était impossible et ne venait à l’idée de personne. Le dimensionnement de l’installation était très difficile, puisqu’il fallait tenir compte pour le radiateur n 1 de la chute de température dans le radiateur n. Ce genre d’architecture aboutissait d’habitude à une surchauffe des locaux situés au début de la boucle monotube-série. Comme la température chutait dans la boucle, il fallait en effet partir très chaud pour que les dernières pièces en fin de boucle soient encore convenablement chauffées. Outre l’ouverture des fenêtres en hiver, la seule action de régulation possible portait sur la loi d’eau en chaufferie, en fonction de la température extérieure. Les régulateurs RVL 1 et RVL1Y de Landis & Gyr, avec leur célèbre courbe réglable, ont dominé le marché des chaufferies françaises pendant vingt ans. En maison individuelle, la seule régulation consistait en l’action sur l’aquastat quand il s’agissait d’une chaudière au sol. On descendait à la cave augmenter l’aquastat au début de l’hiver et le baisser au début du printemps. Dans de nombreux cas, l’installation individuelle comportait même une vanne trois voies manuelle. La chaudière devait être maintenue en température pour la production d’ECS et, suivant les besoins de chauffage, on actionnait manuellement la vanne trois voies en laissant passer plus ou moins d’eau vers les radiateurs.

Deuxième étape : réduire la consommation

Il a fallu attendre cinq ou six ans après le premier choc pétrolier, avant de voir les premières transformations en chaufferies. La première partie des années 80 a vu le développement des chaudières à condensation gaz en chaufferie et en murales. La conception trop hâtive d’une partie de ces premiers modèles a conduit à une série de sinistres par corrosion des générateurs. Tous les installateurs de plus de 45 ans se souviennent des chaudières à condensation « Paquet Thermique » de sinistre mémoire. Elles se corrodaient et fuyaient parfois en quelques semaines. Les premières chaudières à condensation murales n’étaient pas non plus des modèles de fiabilité. Saunier-Duval et Chaffoteau & Maury se sont beaucoup appuyés sur GDF pour remplacer un certain nombre de générateurs défaillants. e.l.m. leblanc selon son habitude d’alors – l’entreprise était encore dirigée par Marcel ­Leblanc – avait sagement attendu que ses concurrents aient essuyé les plâtres. Tout cela a donné à la condensation une image durablement mauvaise dans l’esprit des installateurs français. Dans la série des mauvais souvenirs, les installateurs ont encore en mémoire les pompes à chaleur en relève de chaudière existante (Perche) et ont de ce fait durablement rejeté les technologies – condensation et Pac – qui leur étaient associées.

La condensation murale et individuelle au sol a d’ailleurs rapidement disparu, remplacée par le « haut rendement ». Elle aurait d’ailleurs complètement disparu si GDF n’avait pas soutenu financièrement son développement par des primes élevées versées en construction neuve, lorsqu’une maison obtenait un Label HPE (haute performance énergétique).

Pourtant, un certain nombre de marques (Guillot, De Dietrich, Chappée, Ideal-Standard et Viessmann en chaudières au sol, Seccacier en grandes puissances et Geminox pour les murales gaz) produisait des machines parfaitement fiables. La condensation en France a discrètement traversé les années 90 en chaufferie. Les « chaufferies composées », associant chaudière haut rendement et chaudière à condensation, représentent encore aujourd’hui une sorte d’optimum coût-efficacité. Geminox ne vendait pratiquement plus de chaudières murales à condensation en France, mais exportait vers l’Allemagne et la Suisse 90 % de sa production. Ses produits y avaient acquis une réputation d’excellence justifiée.

Troisième étape : polluer moins

Si les chaudières à condensation réapparaissent aujourd’hui, c’est pour maîtriser la pollution. Les meilleures chaudières gaz à condensation atteignent depuis environ dix ans un rendement instantané de 110 % sur PCI (pouvoir calorifique inférieur). Le rendement théorique maximum se situe à 111 % environ. Il n’y a plus de progrès significatif à attendre dans ce sens. Depuis la moitié des années 90, les constructeurs s’orientent vers la recherche de la meilleure hygiène de combustion possible.

La combustion produit des poussières, des hydrocarbures volatiles (CxHy), du monoxyde de carbone (CO), des oxydes de soufre (SOx) et des oxydes d’azote (NOx). La formation des NOx est fortement encouragée par la température de flamme, par le temps de présence des gaz de combustion dans la zone haute température de la chambre de combustion, par la pression partielle de l’oxygène et par sa concentration.

Les chaudières dont le foyer est à passage direct réduisent la flamme du brûleur, ce qui raccourcit le temps de présence de la flamme à haute température. La suppression d’inversion de flamme permet aussi un refroidissement plus rapide par les parois du foyer irriguées par l’eau. La « recirculation » d’une partie des gaz de combustion, soit dans la tête du brûleur, soit en les prélevant à l’entrée de la buse de fumées et les réinjectant dans la chambre de combustion avec l’air comburant, réduit la pression partielle d’oxygène, donc la température de flamme. La réduction de l’excès d’air, grâce à un pilotage très fin du mélange air gaz dans les brûleurs à prémélange total et les brûleurs à air proportionnel, contribue aussi à la réduction de la pression partielle d’oxygène.

L’autre grand moyen de réduction de la pollution demeure tout de même la maîtrise des consommations : moins on consomme, moins on pollue. La puissance variable pour les chaudières devient générale. Ce qui condamne à brève échéance les brûleurs atmosphériques. Une chaudière, à condensation avec un brûleur à prémélange et à puissance variable, atteint un meilleur rendement à charge partielle qu’à charge nominale. Ce qui correspond à la réalité de son fonctionnement dans l’année. Les nouvelles chaudières à condensation sont également capables de condenser en produisant l’eau Chaude sanitaire, cette avancée technique entraîne de réelles économies. La généralisation actuelle des chaudières en cascade constitue également un moyen de polluer moins et de consommer moins. Cette construction permet d’ajuster en permanence la puissance fournie aux besoins réels de l’installation.

La pile à combustible à l’horizon

Le prochain grand horizon technologique est celui de la pile à combustible. C’est une idée radicalement différente qui produit chaleur et électricité à la fois, à partir de l’hydrogène. En l’absence d’une infrastructure de distribution d’hydrogène, les premières fonctionneront au gaz naturel. Un « réformeur » se chargeant d’extraire l’hydrogène du gaz naturel. Les difficultés de la mise au point des piles à combustible sont telles qu’aucun industriel du chauffage n’envisage sérieusement leur commercialisation en masse avant une douzaine d’années. Tous y travaillent cependant, des tests grandeurs nature ont lieu dans divers pays d’Europe, dont en France. Les premières machines devraient être commercialisées dans 5 ou 7 ans.

En attendant et pendant les dix années à venir, les économies d’énergie supplémentaires vont se trouver dans l’étroite association des chaudières avec des énergies renouvelables : panneaux solaires, récupération de chaleur sur l’air extrait, pompe à chaleur, etc. Voire même dans l’apparition de nouveaux générateurs individuels capables de produire chaleur et électricité à base de moteurs, par exemple Stirling. Ou bien dans l’association d’une pompe à chaleur gaz à absorption et d’une chaudière à condensation dans un même générateur (Buderus, Robur, etc.). Mais tout aussi probablement, nous verrons un fort développement du chauffage électrique – Pac ou chauffage électrique direct, associé au solaire pour l’ECS – rendu économique par un abaissement des besoins de chauffage (construction neuve et réhabilitation lourde) du à l’amélioration des performances du bâti.

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