Rapport de stage terminale SE chaudières à condensation

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Dans une chaudière, un combustible est introduit dans le brûleur. En présence d’oxygène présent dans l’air (le comburant), ce combustible est brûlé. Il en résulte la formation de fumées (CO2, H2O, …) et un dégagement de chaleur. C’est justement cette chaleur qui va être utilisée dans une chaudière en étant transmise au circuit de chauffage.

Le circuit de chauffage est constitué d’un réseau de tuyaux, et d’émetteurs (radiateurs, plancher chauffant, aérothermes, …).

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I.2 Schéma d’une chaudière gaz classique

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II. La chaudière gaz à condensation

II.1 Principe de base

Définition : La condensation est le nom donné au phénomène physique de changement d'état de la matière d'un état gazeux à un état condensé (solide ou liquide).

Pour comprendre l'intérêt d'une chaudière à condensation, il faut commencer par s'intéresser au principe même de la combustion. Comme nous l’avons vu ci-dessus toute combustion libère obligatoirement deux éléments : le dioxyde de carbone (CO2), et l'eau (H2O). Ainsi voici la réaction de combustion d’un combustible quelconque:

GN, fuel… + 2 O2 -> chaleur + CO2 + 2 H2O (gazeux)

Combustible + Oxygène de l’air-> chaleur + fumées

On constate que lorsqu’on brûle un combustible, on récupère en retour du dioxyde de carbone (CO2) et de l’eau (H2O) sous forme gazeuse. Cette dernière est ensuite évacuée en tant que vapeur dans les fumées. Or l'évaporation est un procédé qui nécessite de l’énergie (absorption de chaleur), ce qui fait que l'évaporation de cette eau consomme une partie de la chaleur issue de la combustion. Cette énergie absorbée est donc perdue dans les fumées, piégée dans la vapeur d'eau sous forme latente.

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II.2 Principe de fonctionnement

Le principe de la chaudière à condensation va être de récupérer l’énergie absorbée pour la vaporisation de l’eau, en re-condensant la vapeur d'eau contenue dans les fumées. Par rapport à une chaudière classique, on va « simplement » ajouter un échangeur complémentaire.

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Dans cet échangeur, qui se trouve sur le chemin des fumées, circule l'eau de retour du réseau de chauffage. Pour que la vapeur des fumées condense, il faut que cet échangeur soit à une température relativement basse. C'est pour cela que les chaudières à condensation sont particulièrement adaptées aux réseaux de chauffage basse température. Au contact de l'échangeur, la vapeur d'eau des fumées va se condenser, libérant au passage la chaleur latente qui avait été emmagasinée durant l'évaporation. Cette énergie est alors absorbée par l'eau du réseau de chauffage, qui se trouve ainsi préchauffée. C'est ici qu'intervient le gain d'énergie, puisque la quantité de chaleur à lui apporter par la suite est réduite.

Dans les chaudières classiques, on essaye au contraire d'éviter la condensation, en maintenant une température de retour d'eau suffisamment haute. L'eau issue de la condensation est en effet en contact direct avec les fumées, et deviennent par conséquent très acides en raison des résidus de combustion. Les parties métalliques de la chaudière seraient alors rapidement détériorées. C'est pour cela que le revêtement intérieur des chaudières à condensation est spécialement conçu pour résister aux attaques acides : leur foyer est fabriqué avec des matériaux inoxydables (au moins partiellement). Il est par ailleurs nécessaire de prévoir une évacuation pour l'eau générée par la condensation.

Le fonctionnement d'une chaudière à condensation gaz est plus économique que celui d'une chaudière classique. Pour optimiser ce rendement l'idéal est de disposer de radiateurs et/ou de planchers chauffants à chaleur douce c'est à dire avec de l'eau dont la température est comprise entre 45 et 49 degrés. [pic 7]

Plus la température de l'eau de retour est faible plus le rendement de la chaudière à condensation gaz est optimal en effet si la température et trop forte il devient impossible aux vapeurs d'eau évacuées de condenser

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II.3 Schéma d’une chaudière gaz à condensation

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II.4 Système d’évacuation des fumées

Pendant la combustion la chaudière à condensation gaz produit des fumées basse température qu'il faut évacuer.[pic 9]

2 systèmes d’évacuation sont possibles :

- Système ventouse :

Un système de ventouse (horizontal ou vertical) peut être mis en place. Ce système d'évacuation pompe l'air nécessaire à la chaudière gaz à condensation directement à l'extérieur grâce à un tube de cheminée à double conduit (double flux), un pour l'évacuation des fumées et le deuxième pour l'arrivée d'air. Son avantage est qu'il permet de placer la chaudière dans un espace non ventilé et d'améliorer la sécurité de l'installation.

- Conduit de cheminée :

Cette possibilité consiste à utiliser le conduit de cheminée déjà existant. Il faut néanmoins le faire réhabiliter en réalisant un tubage complètement étanche au cœur du conduit. Ce dernier va être doublé d'une gaine en inox, une matière résistant à l'effet corrosif des fumées et qui les acheminera jusqu'à l'extérieur.

A noter que dans ce cas il est nécessaire d’installer des ouvertures (sur les fenêtres par exemple) pour amener de l'air à la chaudière. En effet la ventilation du local doit être suffisante pour réaliser une combustion de qualité permettant ainsi d’éviter la production de monoxyde carbone, polluant inodore, incolore, de densité équivalente à celle de l’air, et particulièrement toxique.

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