La production de chaleur

4 - GC

La combustion

Les générateurs de chaleur

2010/2011

Les gLes gLes gLes géééénnnnéééérateurs de chaleur rateurs de chaleur rateurs de chaleur rateurs de chaleur

Il existe plusieurs types de générateurs de chaleur :

- générateurs décentralisés

ex : poêle à bois, cheminée

- générateurs centralisés individuels

ex : chaudière P < 70 kW = prod°d’eau chaude (T<90° C)

- générateurs centralisés collectifs

ex : chaudière P > 70 kW = prod°d’eau chaude (T<11 0°C)= prod°d’eau surchauffée (T>110°C)

ex : échangeurs de chaleur sur un réseau de vapeur (T>140°C)(CPCU : Compagnie Parisienne de Chauffage Urbain)

RANGUEIL

Ensemble Scientifique de Toulouse RangueilRéseau de Chaleur

• 170 ha de site

• 10 km de caniveau de chauffage

(réseau à 180°C)

Passage sous le pont

LAAS, ENAC, SupAéro, Resto CNRS

Isolation(chaudière)

Les chaudiLes chaudiLes chaudiLes chaudièèèères res res res Rôle de la chaudière : transmettre à l’eau la chaleur libérée

par une combustion

Air

Fumées

Combustible Brûleur

Eau «froide»(retour)

Eau «chaude»(départ)

Thermostat

Soupape

∆Teau

Les chaudiLes chaudiLes chaudiLes chaudièèèères res res res

(100 %)(100 %)(100 %)(100 %)

.PCim

Qη

gaz

ChaudièreChaudière

&=

eaueauchaudière T .Cp.∆mQ &=

- rendement de chaudière

• c’est le rendement de l’appareil

avec :

Les chaudiLes chaudiLes chaudiLes chaudièèèères res res res Différents types de chaudières

Chaudière traditionnelle- Gamme de températures : départ T<95°C et retour T >55°C- Rendements : de l’ordre de 92% - mini regl.: 88 %-- Avantage : technologie « simple »

Chaudière à condensation- Gamme de températures : départ T<95°C et retour T ≈ 30 °C- Rendements : jusqu’à 110% - mini regl.: 92 %-- Avantage : économies d’énergie importantes

Chaudière à basse température- Gamme de températures : départ T<95°C et retour T ≈ 35/50°C- Rendements : jusqu’à 95% - mini regl.: 90 %-- Avantage : limite les pertes de chaleur (chaudière, «en ligne»)

Echangeur tubulaireEchangeur à ailettes

BRULEUR

ECHANGEUR

Les chaudiLes chaudiLes chaudiLes chaudièèèères res res res Schéma de principe d’une chaudière à condensation

Rôle du brûleur : mélanger l’air (comburant) et le gaz (combustible) puis assurer une bonne combustion

Les brûleurs (gaz)

Pressostats mini. air (allure 1, allure 2)

Surface d’accroche

Electrodes (ionisation, allumage)

Electrovannes(allure 1, allure 2)

Electrovanne de sécurité

Régulateur de pression

Pressostat mini. gazVolet d ’air

Ventilateur

Circuit gaz

Les brûleurs (gaz)

Réglage d’alimentation en air manuel

Surfaces d’accroche de la flamme

Déflecteur Rampe

Chaudières et brûleurs (gaz) Chaudières et brûleurs (gaz) : comment choisir ?

Chaudière traditionnelle avec une puissance < à 70kW :

- brûleur « atmosphérique » (=pas de ventilateur)

Chaudière traditionnelle avec une puissance > à 70kW :

- brûleur à « air soufflé » (=avec ventilateur)• au-dessous de 150 kW, de type «tout ou rien»• au-delà de 150 kW, de type «2 allures»• au-delà de 1000 kW, de type «modulant»

Chaudière à condensation :

- brûleur à «air soufflé» modulant dans une grande plage (10% à 100%) = avec adaptation automatique de l’air

Remarque : Brûleur à « faible NOx »

Ce type de brûleur vise à diminuer les émissions polluantes(imbrûlés,CO, NOx) grâce à un recyclage des gaz de combustion dans la tête du brûleur (en général : par induction).

La réduction peut atteindre 20% à 50% d’émission de NOxmais : consomme un peu plus d’énergie

niveau sonore augmente il y a encrassement des électrodes d’allumage

Rque : NOx = recombinaison de N2 avec O2Facteurs influents :

- température de flamme élevée (> 1200°C)- excès d’air important- temps de séjour de N2 près de la flamme- concentration importante en N2

Les brûleurs (gaz)

Les chaudiLes chaudiLes chaudiLes chaudièèèères (bois)res (bois)res (bois)res (bois)

BûchesPlaquettes Granulés

Doc. Energie Systeme

Bois

Cendres

Air

Fumées

Foyer

Echang

Les chaudiLes chaudiLes chaudiLes chaudièèèères (bois)res (bois)res (bois)res (bois)

Doc. Deville

Les chaudiLes chaudiLes chaudiLes chaudièèèères (bois)res (bois)res (bois)res (bois)

Légende1– Silo d’alimentation2– Chaîne de transfert du bois3– Vis d’alimentation automatique4/5– Ventilateurs6/7– Chambre de combustion

8– Collecteur de cendres9– Echangeurs

10– Vis de décendrage automatique11– Container à cendres12– Armoire de régulation

Doc. Ademe

Les chaudiLes chaudiLes chaudiLes chaudièèèères (bois)res (bois)res (bois)res (bois)

Doc ADEME2005

Chaufferies

- industrielles : 500 (700 MW)

- collectives : 1500 (650 MW)

Chaufferies indust.Chaufferies collectivesLogistique

d’approvisionnement

Les pompes Les pompes Les pompes Les pompes àààà chaleurchaleurchaleurchaleur

Doc. DeDietrich

• le plus courant = Ch. individuel (P < 30 kW)• sur le marché : Pmaxi = 110 kW

Les pompes Les pompes Les pompes Les pompes àààà chaleurchaleurchaleurchaleur

Doc. Sofath

Géothermie de surface = PAC sol/eau (60cm)

• le cycle thermodynamique

Définition du COP :(coefficient de performances)

consomméeEnergierécupéréeEnergie

COP =

Les pompes Les pompes Les pompes Les pompes àààà chaleurchaleurchaleurchaleur

Géothermie profonde

= puits profonds (1000 m)

Doc. BRGM

Eau froide Eau

chaude

www.energies-renouvelables.org

Le solaire Le solaire Le solaire Le solaire «««« thermiquethermiquethermiquethermique »»»»

Capteur

Eau froide

Eau chaude

Chauffage

Le solaire Le solaire Le solaire Le solaire «««« thermiquethermiquethermiquethermique »»»»

Mémo :Parc solaire en 2005 = 12087 MWth

Parc solaire installé durant2008 (MWth)

Parc solaireen 2008 (MWth)

Les chaudiLes chaudiLes chaudiLes chaudièèèèresresresresChaudières : comment choisir…

- Quelle puissance installer ?* combattre les déperditions des bâtiments + les déperditions

« en ligne » entre les bâtiments (en général, faibles)* assurer un démarrage « réactif » de l’installation, vieillissement

= on admet un surdimensionnement (maxi.15%)

- Combien de chaudières faut-il prévoir?Dans le collectif , on essaie d’assurer une production minimale

de 2/3 des besoins en toutes circonstances= souvent, on installe 2 ou 3 chaudières pour palier à une

panne ou à l’entretien des chaudières = ces chaudières sont généralement de même puissance

pour permettre des rotations

Les chaudiLes chaudiLes chaudiLes chaudièèèèresresresresChaudières : comment choisir…

- Quel type de chaudières installer ?Critères multiples : type d’émetteurs, type de site, coût , aides

de l’Etat, réglementation environnementale, volonté du maître d’œuvre …

- Faut-il prévoir un système d’appoint ?L’installation de générateurs de chaudière du type : Ch. Bois,

PAC, Solaire… se fait généralement en « doublon » avec un complément de chauffage (chaudière, ballon électrique) :

= complémentarité des combustibles

Les chaufferies (P > 70kW)Objectifs : sécurité + répartition des responsabilités

: hygiène, confort, économies d’énergie, environnement

Réglementation (DTU 65-4 + décrets, arrêtés)

Evacuation des fumées & pollution

Combustible

Distribution de chaleur

Ventilation

Encombrement & accès

Rendements de chaudièresLocal spécifique

Ex: arrêté 23/06/78