OPTIMISATION  DE  LA  CONDENSATION

PRÉ-REQUIS :   Montages  Vannes  3  voies  -  Loi  d'eau  (ou  loi  de  chauffe  )

  Soupape  de  pression  différentielle  -  Bouteille  de  découplage  &  bipasses  lisses

Afin  de  récupérer  au  mieux   la  chaleur  LATENTE  des fumées de combustion,  le  circuit  hydraulique  doit  être  optimiser  afin  d'obtenir   les  retours  d’eau  les  plus  froids  possibles.

Lors du remplacement d'une ancienne chaudière,  ce  circuit  n'a  pas  été  conçu  à  l'origine  pour  une  chaudière  à  condensation.  Il  se  peut  que  les  retours  d'eau  soient  inutilement  réchauffés. 

Cela  peut  détériorer  considérablement  les  performances  que  l'on  croyait  pouvoir  obtenir  avec  une  chaudière  à  condensation.

Il  faut  donc  toujours  analyser  le circuit  hydraulique,  et  si  nécessaire  modifier  ce  qui  peut  l'être, afin  d'optimiser  le  fonctionnement  d'une  chaudière  à  condensation,  pour  que  les  bénéfices  ne  deviennent pas  qu'un  leurre  pour  le  client.

 Quelques  cas  particuliers  à  bannir : 

- utilisation  de  vannes  4  voies,

Lorsque  la  vanne  4  voies  commencent  à  réguler, 

l'eau  de  DÉPART  CHAUDIÈRE  se  mélange  à  l'eau  RETOUR  RADIATEUR 

et  réchauffe  le  RETOUR  CHAUDIÈRE

- vanne 3 voies montée  en  décharge

Lorsque  la  vanne  3  voies  commencent  à  s'ouvrir, 

l'eau  de  DÉPART  CHAUDIÈRE  descend  se  mélanger  à  l'eau  RETOUR  AÉROTHERME

et  réchauffe  le  RETOUR  CHAUDIÈRE

Généralement,  on  préfère  agir  sur  le  débit  que  sur  la  température  lorsqu'on  veut  faire  varier  la  puissance  dans  un  aérotherme  ou  dans  la  batterie  chaude  d'une  CTA  ( Centrale  de  Traitement  d'Air.  Pour  cela,  on  utilise  souvent  une  vanne  3  voies  montée  en  décharge.

Dans  ce  cas  précis,  il  faudra  remplacer  la  vanne  3  voies  par  une  vanne  2  voies.

- pompe  de  recyclage

Sur  certaines  anciennes  chaudières,   un  débit  minimal  était  requis 

et  imposait  l'installation  d'une  pompe  de  recyclage.

Cette  pompe  est  à  supprimer, 

car  elle et  réchauffe  le  RETOUR  CHAUDIÈRE.

-  soupape  de  pression  différentielle  by-passant  les  radiateurs

Lorsqu'un  robinet  thermostatique  se  ferme  sur  un  radiateur,

la  soupape  de  pression  différentielle  s'ouvre  et  réchauffe  le  retour.

Il  est  indispensable  de  supprimer  cette  soupape.

Elle  peut  être  mise  en  parallèle  de  la  pompe. 

Mais  elle  n'a  plus  aucune  utilité  si  on  remplace  la  pompe  existante 

par  un  circulateur  à  vitesse  variable

(parfois  déjà  intégré  dans  les  chaudières  à  condensation  de  petite  puissance)

- recyclage  dans  une  bouteille  de  découplage  ou  un  by-pass

Il  faut  supprimer  la  bouteille  de  découplage 

ou  le  by-pass  entre  les  collecteurs  départ  et  retour  chaudière,

ainsi  que  la  pompe  primaire.

On  pourra  cependant  conserver  la  structure  des  ces  circuits  hydrauliques

si  les  pertes  de  charges  de  la  chaudière  sont  trop  élevées 

pour  éviter  l'interférence  entre  les  débits  hydrauliques  des  2  circuits.

Il  faudra  alors  rajouter  un  régulateur  et remplacer  la  pompe  primaire 

par  un  circulateur  à  vitesse  variable, 

pour  s'assurer  qu'il  y  a  toujours  une  faible  quantité  d'eau

qui  remonte  dans    la  bouteille  de  découplage  ou  le  by-pass. 

Lorsque  la  température  T2  est  égale  à  T1,  on  n'a  aucune  certitude  qu'il  n'y  a  pas  de  l'eau  qui  descend  dans  la  bouteille  de  découplage.

Par  contre,  lorsque  la  température  T2  est  inférieure  à  T1,  on  est  certain  qu'un  peu  d'eau  remonte  dans  la  bouteille  de  découplage  qui  fonctionne  en  mélange. 

Dans  ce  cas,  il  n'y  a  aucun  risque  de  réchauffement  de  l'eau  de  retour  qui  pourrait  nuire  aux  performances  de  la  chaudière.

Pour  garantir  ce  fonctionnement,  le  régulateur  va  comparer  en  permanence  T2  et  T1,  et  agir  sur  la  vitesse  du  circulateur  pour  maintenir  un  écart  de  2°C  entre  les  deux.

-  lorsque  T2  >  T1  - 2°C,  le  circulateur  PRIMAIRE  réduit  sa  vitesse,  donc  le  débit  primaire, 

pour  augmenter  le  mélange  et  réduire  la  température  T2

 -  lorsque  T2  <  T1  - 2°C,  le  circulateur  PRIMAIRE  augmente  sa  vitesse,

donc  le  débit  primaire,  pour  réduire  le  mélange  et  augmenter  la  température  T2 

REMARQUE :  Sur  ce  schéma,  la  vanne  3  voies  a  été  volontairement  supprimée  sur  le  "circuit  fonctionnant  à  la  température  d'eau  la  plus  élevée".

La  vanne  3  voies  montée  "en  mélange"  peut  être  conservée,  mais  elle  est  utile  uniquement  lorsque  l'installation  de  chauffage  possède  deux  circuits  fonctionnant  à  des  régimes  d'eau  différents.  Lorsqu'il  y  a  un  seul  circuit,  il  est  préférable  de  laisser  la  nouvelle  chaudière  à  condensation  gérer  la  loi  de  chauffe.  

Comme  évoqué  ci-dessus,  il  est  inutile  de  multiplier  les  lois  de  chauffe.

En  priorité,  il  faut  privilégier  une  bonne  régulation  de  la  température  de  départ  chaudière,  par  action  directe  sur  le  brûleur.

CI-DESSUS,  les  vannes  3  voies  sont  montées  en  mélange  et  ne  peuvent  pas  nuire 

à  la  condensation  en  réchauffant  le  retour  d'eau.

MAIS  sur  la  figure  1,  sa  présence  n'est  plus  justifiée,    vu  que  c'est  le  seul  circuit  alimenté  par  la  chaudière.  La  régulation  de  température  du  départ  chauffage  par  action  directe  sur  le  brûleur optimisera  le  rendement  de  la  chaudière.

A  défaut  de  modifier  le  circuit  hydraulique,  il  peut  être  judicieux  de  bloquer  cette  vanne  3  voies  en  position  grande  ouverte  et  de  débrancher  son  servomoteur.

Sur  la  figure  2,  seule  la  vanne  3  voies  du  circuit  basse  température  est  vraiment  justifiée.

Il  faut  limiter  autant  que  possible  les  écarts  de  température  inutiles  entre  la  température  départ  chaudière  et  la  température  de  départ  en  sortie  de  vanne  3  voies.

Il  faut  donc  éviter  l'utilisation  de  vanne  3  voies  sur  les  circuits  qui  peuvent  être  régulés  directement  par  action  directe  sur  le  brûleur.

JEU    entraînement

Pour  améliorer  les  performances  d'une  chaudière  à  condensation,  il  est  important  de  bien  régler  le  brûleur  afin  de  s'approcher  le  plus  possible  d'une  combustion  stochiométrique,  avec  un  faible  excès  d'air.

En  effet,  la  température  de  rosé  diminue  avec  l'augmentation  de  l'excès  d'air.

Evolution  de  la  température  de  rosé 

en  fonction  de  la  teneur  en  CO2  dans  les  fumées

(Source  VIESSMANN )

Avec  un  très  faible  excès  d'air,  la  vapeur  d'eau  des  fumées  commence  à  se  condenser  dès  que  les  retour  d'eau  de  chauffage  sont  inférieur  à  57°C.  Avec  une  combustion  stochiométrique,  on  pourrait  même  récupérer  de  la  chaleur  latente  dès  59°C.

Les  chaudières  tradionnelles  fournissaient  le  meilleur  rendement  annuel  à  pleine  charge  (voir  courbe  E,  ci-dessous).  Ces  chaudières  n'étaient  pas  capable  de  faire  moduler  leur  puissance.

Elle  fonctionnait  en  TOUT  OU  RIEN  dès  que  la  pleine  charge  n'était  pas  requise,  avec  les  pertes  de  refroidissement  de  la  chaudière  à  l'arrêt  et  lors  de  la  préventilation  avant  chaque  redémarrage.

Depuis,  la  technologie  a  beaucoup  évolué.  Presque  toutes  les  chaudières  condensation  gaz  sont  capables  de  faire  moduler  leur  puissance.  Certaines  chaudières  murales  gaz  de  petite  puissance  sont  même  capable  de  moduler  en-dessous  de  5%  de  la  puissance  nominale.

Tirant  profit  de  la  loi  d'eau  qui  abaisse  les  températures  d'eau  proportionnellement  aux  besoins,  les  chaudières  à  condensation  seront  d'autant  plus  performantes  que  la  charge  de  chauffage  demandée  sera  faible,  tant  que  la  limite  basse  de  la  modulation  n'est  pas  atteinte  ( voir  ci-dessus,  courbes  A  et  B ).

Pour  profiter  pleinement  de  la  plage  de  modulation  du  brûleur,  il  est  essentiel  de  ne  pas  surdimensionner  la  chaudière.  Une  chaudière  surdimensionnée  fonctionnera  plus  souvent  hors  plage  de  modulation,  en  TOUT  OU  RIEN,  avec  les  pertes  à  l'arrêt  et  la  dégradation  du  rendement  annuel  qu'elles  engendrent.

JEU    entraînement

Dans  le  collectif,   les  prescripteurs  préfèrent  souvent  répartir  la  puissance  à  installer  sur  2 chaudières  en  cascade  (ou  plus),  plutôt  qu'une  seule  grosse  chaudière.

Ce  choix  peut  améliorer  le  rendement  global  annuel  de  ces  chaudières.

Encore  faut-il  que  le  bon  choix  de  régulation  soit  fait  performances  annuelles.

Cascade  hiérarchique  :  La  2nde  chaudière  démarrera  seulement  lorsque  la  1ère  aura  atteint  100%  de  sa  puissance  nominale  et  ne  parviendra  plus  à  satisfaire  les  besoins  en  chauffage.

Cascade  parallèle  :  Dès  que  la  puissance  nécessaire  permet  de  faire  moduler  les  2  chaudières  en  même  temps,  ces  2  chaudières  fonctionneront  chacune  la  moitié  de  la  puissance  nécessaire.

PRENONS  LES  COURBES  DE  RENDEMENT  d'une  chaudière  condensation  gaz  "ATLANTIC Modulo Control"

Rendement  utile  d'une  chaudière  gaz  à  condensation

Source  ATLANTIC-GUILLOT

En  cascade  hiérarchique,  lorsque  la  1ère  chaudière  fonctionne  à  pleine  charge  ( 100%  de  Pn )  avec  un  retour  d'eau  à  40°C,  son  rendement  sur  PCI  est  de  98,5 %.

Si  on  opte  pour  une  cascade  parallèle,  les  deux  chaudières  fonctionneront à  50%  de  Pn,

et  leur  rendement  pour  un  même  retour  d'eau  à  40°C  sera  de  104 %,

soit  un  gain  de  5,5 %

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CONCLUSION  :  La  régulation  de  plusieurs  chaudières  à  condensation 

doit  toujours  se  faire  en  CASCADE  PARALLÈLE

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Chaudières  3  piquages

Certaines  chaudières  à  condensation  sont  conçues  avec  un  retour  d’eau  haute  température  situé  en  sortie  du  condenseur.

 Lorsqu'il  y  a  plusieurs  circuits  distincts,  à  des  températures  différentes,  cela  évite  que  le  retour  d’eau  du  circuit  à  plus  haute  température  réchauffe  le  retour  d'eau  le  plus  froid  entrant  en  bas  du  condenseur.

Ce  retour  haute  température  est  souvent  raccordé  au  retour  de  l'échangeur  du  ballon  ECS.

Chaudières  4  piquages

Il  existe  également  des  chaudières  à  condensation  4  piquages,  avec  condenseur  séparé.

Bien  qu'assez  peu  utilisés  à  cause  de  la  complexité  de  mise  en  oeuvre  de  leur  circuit  hydraulique,   c'est  pourtant  souvent  le  système  fournissant  les  meilleures  performances.

Chiffres  noirs  :  Températures  d'eau  à  la  température  extérieure  de  référence  ( ici  -10°C  à  LYON )

Chiffres  rouges :  Températures  d'eau  en  fin  de  saison  de  chauffe  ( température  extérieure  18°C )