Chaudière à condensation - le pour et le contre, le principe de fonctionnement

Le coût de l'énergie, qui ne cesse de croître, a poussé scientifiques et ingénieurs à créer un nouveau type de générateur de chaleur: une chaudière à condensation. Lorsqu'il est installé dans un système de chauffage à basse température, un condensateur de condensat peut afficher un rendement supérieur à 100%. Comment y parvenez-vous? Quel est le principe de fonctionnement d'une chaudière à gaz à condensation? Quels sont ses avantages et inconvénients? Après avoir lu notre article, vous en saurez tout ou presque.

Principe de fonctionnement d'une chaudière à condensation

Une chaudière à condensation est le frère cadet de la chaudière à convection au gaz la plus courante. Le principe de ce dernier est extrêmement simple, et donc compréhensible même pour les personnes qui connaissent mal la physique et la technologie. Comme son nom l'indique, le combustible d'une chaudière à gaz est du gaz naturel (tronc) ou liquéfié (ballon). La combustion du carburant bleu, ainsi que de toute autre matière organique, produit du dioxyde de carbone et de l’eau et libère de grandes quantités d’énergie. La chaleur dégagée sert à chauffer le liquide de refroidissement - l'eau technique circulant dans le système de chauffage de la maison.

Le rendement d’une chaudière à convection à gaz est d’environ 90%. Ce n'est pas si mal, du moins, plus élevé que celui des générateurs de chaleur à combustibles liquides et solides. Cependant, les gens ont toujours cherché à rapprocher le plus possible ce chiffre du 100% chéri. À cet égard, la question se pose: où vont les 10% restants? La réponse, hélas, est prosaïque: voler dans le tuyau. En effet, les produits de combustion des gaz sortant du système par la cheminée sont chauffés à une température très élevée (150-250 ° C), ce qui signifie que 10% de l'énergie perdue par nous est dépensée pour chauffer l'air extérieur de la maison.

Les scientifiques et les ingénieurs recherchent depuis longtemps la possibilité d’une récupération plus complète de la chaleur, mais les développements théoriques de leurs développements théoriques ont été découverts il ya seulement 10 ans, quand une chaudière à condensation a été créée.

Quelle est sa différence fondamentale avec le générateur de chaleur à gaz à convection traditionnel? Après avoir élaboré le processus principal de combustion du carburant et transféré une partie importante de la chaleur libérée vers l’échangeur thermique, le condensat condense les gaz de combustion à 50-60 ° C, c’est-à-dire jusqu’à ce que le processus de condensation de l’eau commence. Cela suffit déjà pour augmenter considérablement l'efficacité, dans ce cas, la quantité de chaleur transférée au liquide de refroidissement. Cependant, ce n'est pas tout.

À 56 ° C, au point de rosée, l'eau passe d'un état vaporeux à un liquide, autrement dit, une condensation de vapeur d'eau se produit. En même temps, de l’énergie supplémentaire est libérée, mais elle est perdue en même temps que l’évaporation de l’eau. Elle est perdue dans les chaudières à gaz ordinaires en même temps que le mélange vapeur-gaz volatilisant. La chaudière à condensation est capable de «capter» la chaleur générée lors de la condensation de la vapeur d'eau et de la transférer dans le liquide de refroidissement.

Les fabricants de générateurs de chaleur à condensation attirent invariablement l'attention de leurs clients potentiels sur le rendement exceptionnellement élevé des appareils qu'ils fabriquent - supérieur à 100%. Comment est-ce possible? En fait, il n’ya pas de contradiction avec les canons de la physique classique. Juste dans ce cas, utilisez un système de calcul différent.

Souvent, en évaluant l'efficacité des chaudières de chauffage, on calcule la quantité de chaleur libérée transférée au liquide de refroidissement. La chaleur, "prise" dans la chaudière ordinaire, et la chaleur provenant du refroidissement en profondeur des gaz de combustion donneront un rendement total de 100%. Mais si nous ajoutons ici aussi la chaleur dégagée lors de la condensation de la vapeur, nous aurons environ 108-110%.

Du point de vue de la physique, de tels calculs ne sont pas tout à fait corrects. Lors du calcul de l'efficacité, il est nécessaire de prendre en compte non pas la chaleur libérée, mais l'énergie totale libérée lors de la combustion d'un mélange d'hydrocarbures d'une composition donnée. Cela inclura l'énergie dépensée pour le transfert de l'eau dans un état gazeux (libéré plus tard au cours du processus de condensation).

Il s’ensuit que l’efficacité, dépassant les 100%, n’est qu’une sournoise manœuvre des spécialistes du marketing qui exploitent l’imperfection d’une formule de calcul obsolète. Néanmoins, il convient de noter que, contrairement à une chaudière à convection classique, une chaudière à condensat peut «extraire» tout ou presque du processus de combustion du combustible. Les points positifs sont évidents - efficacité accrue et consommation réduite de ressources fossiles.

Dispositif des unités principales d'une chaudière à condensation

D'un point de vue structurel, une chaudière à condensation est peu, mais reste différente de celle d'une centrale à gaz normale.Ses éléments principaux sont:

• une chambre de combustion équipée d'un brûleur, d'un système d'alimentation en carburant et d'un ventilateur pour souffler de l'air;
• échangeur de chaleur n ° 1 (échangeur de chaleur primaire);
• mélange supplémentaire de vapeur et de gaz refroidissant à une température voisine de 56-57 ° C;
• échangeur thermique n ° 2 (échangeur thermique à condensation);
• réservoir de récupération des condensats;
• à cheminée pour évacuation du froid gaz de combustion;
• une pompe qui fait circuler l’eau dans le système.

Dans l’échangeur de chaleur primaire associé à la chambre de combustion, les gaz dégagés sont refroidis à une température sensiblement supérieure au point de rosée (en fait, les chaudières à gaz à convection classiques ressemblent à cela). Ensuite, le mélange de fumée est envoyé de force dans un échangeur de chaleur à condensation où il est ensuite refroidi à une température inférieure au point de rosée, c'est-à-dire inférieure à 56 ° C. Dans ce cas, la vapeur d'eau est condensée sur les parois de l'échangeur de chaleur, "abandonnant ce dernier". Le condensat est collecté dans un réservoir spécial, d'où il s'écoule dans les égouts.

L’eau jouant le rôle de liquide de refroidissement se déplace dans le sens opposé au mélange vapeur-gaz. L'eau froide (retour d'eau de chauffage) est préchauffée dans un échangeur de chaleur à condensation. Il entre ensuite dans l'échangeur de chaleur primaire où il est chauffé à une température plus élevée définie par l'utilisateur.

Le condensat n’est, hélas, pas de l’eau pure, comme beaucoup le croient, mais un mélange d’acides inorganiques dilués. La concentration en acides dans le condensat est faible, mais étant donné que la température dans le système est toujours élevée, cela peut être considéré comme un liquide agressif. C'est pourquoi la production de telles chaudières (et principalement d'échangeurs de chaleur à condensation) utilise des matériaux résistant aux acides - acier inoxydable ou silumin (alliage aluminium-silicium). L'échangeur de chaleur est généralement moulé, car les soudures constituent un point vulnérable. C'est ici que commence le processus de destruction corrosive du matériau.

La vapeur doit se condenser sur l'échangeur à condensation. Tout ce qui s'est passé dans la cheminée, d'une part, est perdu pour le chauffage, de l'autre - cela a un effet destructeur sur le matériau de la cheminée. C’est précisément pour cette raison que la cheminée est en acier inoxydable ou en plastique résistant aux acides et qu’une petite pente est fixée à ses sections horizontales de manière à ce que l’eau formée lors de la condensation de quantités négligeables de vapeur, qui pénètrent encore dans la cheminée, soit évacuée dans la chaudière. Il faut tenir compte du fait que les gaz de combustion sortant du condensat sont fortement refroidis et que tout ce qui ne se condense pas dans la chaudière conduira nécessairement dans la cheminée.

À différentes heures de la journée, la chaudière nécessite une quantité de chaleur différente, qui peut être régulée à l'aide d'un brûleur. Le brûleur de la chaudière à condensation peut être modulé, c’est-à-dire avec la possibilité d’un changement de puissance en douceur pendant le fonctionnement, ou non modifié - avec une puissance fixe. Dans ce dernier cas, la chaudière s'adapte aux exigences du propriétaire en modifiant la fréquence du brûleur. La plupart des chaudières modernes conçues pour le chauffage de maisons privées sont équipées de brûleurs simulés.

Nous espérons donc que vous avez une idée générale de ce qu’est une chaudière à condensation, de son fonctionnement et de son principe. Cependant, très probablement, ces informations ne seront pas suffisantes pour comprendre si vous en valez la peine personnellement pour acheter un tel équipement. Pour vous aider à prendre telle ou telle décision, nous vous expliquerons tous les avantages et inconvénients d’une chaudière à condensation en la comparant à une chaudière à convection traditionnelle.

Avantages d'une chaudière à condensation

La liste des avantages d'une chaudière à condensation est impressionnante, ce qui explique en fin de compte la popularité croissante de ce type d'équipement de chauffage:

• Economie de carburant comparé à une chaudière à convection conventionnelle, il peut atteindre 35%.
• La réduction des émissions nocives lors du passage des modèles traditionnels au gaz à la condensation est estimée à 70% en moyenne.
• La basse température des gaz de combustion permet d’installer des cheminées en plastique nettement moins chères que celles en acier classiques.
• Faible bruit augmente le niveau de confort des occupants de la maison.

Parlons plus en détail de certains des avantages énumérés des chaudières à condensation.

L'économie de carburant en cas d'utilisation dans des systèmes à basse température

La consommation de carburant dépend directement de la puissance de l'équipement et de la charge imposée au système de chauffage.Pour chauffer une maison d’une superficie de 250 m ² , une chaudière à condensation de 28 kW avec un débit de gaz maximal de 2,85 m ³ / h suffit. Une chaudière classique de la même capacité consomme 3.25 m ³ / h. À condition que la chaudière fonctionne six mois sur douze, vous économiserez environ 3 000 roubles par an. (aux prix courants du gaz principal pour les consommateurs russes). Il est probablement difficile d'appeler de telles économies importantes - elles ne couvrent même pas la différence de coût de l'entretien annuel des chaudières.

Mais examinons la situation du point de vue du consommateur européen moyen, pour qui le gaz naturel coûte quatre à cinq fois (voire plus) plus cher. Le montant des économies dans ce cas sera d'environ 300 euros, mais cela vaut la peine de se battre.

Consommation de gaz dans les chaudières à condensation de différentes capacités:

Réduction des émissions nocives

lors de la combustion de combustibles fossiles gaz de dioxyde de carbone lors de l'interaction avec l'eau. En outre, tout carburant contient toujours des impuretés composées de composés soufrés, de phosphore, d'azote et de nombreux autres éléments. Lors de la combustion, ils forment des oxydes qui, combinés à de l’eau, produisent également des acides.

Dans les chaudières à convection classiques, les vapeurs d’eau mélangées à des acides (charbon, acide sulfurique, acides nitriques, phosphoriques) sont rejetées dans l’atmosphère. Les chaudières à condensation ne présentent pas cet inconvénient: des acides restent dans le condensat. Cependant, étant donné les problèmes liés à l'élimination du condensat, la notoriété écologique de cet équipement peut être mise en doute.

Les inconvénients d’une chaudière à condensation

Une chaudière à condensation avec tous ses avantages ne peut pas être qualifiée d’équipement de chauffage idéal, car elle n’est pas sans inconvénients:

• prix élevé;
• coût élevé de l'échangeur thermique (et, par conséquent, nécessité de surveiller attentivement l'état de l'ensemble du système de chauffage);
• utilisation inappropriée dans les systèmes à haute température;
• difficulté d'utilisation du condensat;
• sensibilité à la qualité de l'air.

Prix

Vous devez payer pour des pourcentages supplémentaires d'énergie calorifique. Techniquement, la chaudière à condensation est plus compliquée et donc plus chère. Le coût d'un bon condensat domestique d'un fabricant bien connu est plusieurs fois supérieur au coût d'un appareil classique de même capacité. Bien entendu, ces équipements sont achetés depuis plus de dix ans, ce qui signifie qu'il est logique de privilégier les technologies innovantes qui augmentent le confort d'utilisation.

Conventionnellement, tous les modèles de chaudières à condensation peuvent être divisés en trois catégories de prix: prime, classe moyenne et classe économique:

1. La classe Premium est conçue pour quelques acheteurs. Les chaudières à condensation de classe premium incluent, par exemple, les modèles de marque allemande. Cet équipement est efficace et pratique, conforme aux normes environnementales européennes et fabriqué avec des matériaux de haute qualité. Les chaudières "Premium" ont de nombreuses fonctions utiles qui augmentent considérablement le confort lors de leur fonctionnement: programmation des modes de fonctionnement (maintien de la température ambiante au minimum en l'absence de propriétaires ou légère diminution de la température la nuit), régulation en fonction de la météo, interaction intelligente avec d'autres générateurs de chaleur , une télécommande utilisant un programme spécial sur un téléphone portable, etc. Le seul point négatif est le prix élevé.

2. La classe moyenne comprend des produits moins chers, mais avec des qualités de consommation légèrement plus modestes. Ce sont des unités économiques et écologiques qui répondent à toutes les exigences et offrent des performances élevées. Ils se distinguent par une large gamme de fonctions et sont équipés d'un système de contrôle automatique qui modifie indépendamment les paramètres en fonction de la température du caloporteur et de l'air ambiant.

3. La classe économique est conçue pour ceux qui sont disposés à accepter des niveaux de confort moindres pour des raisons d’économie. Le produit "de masse" mène toujours en termes de ventes. Les principales positions sur le marché des chaudières à condensation de la classe économique appartiennent aux sociétés coréennes et slovaques. Leurs produits sont au moins deux fois moins chers que les modèles haut de gamme. Un autre avantage de cet équipement est son adaptation aux conditions de fonctionnement russes. Les condenseurs à faible coût dotés de fonctionnalités simples tolèrent silencieusement les interruptions d'alimentation et les pertes de charge lorsque l'automatisation coûteuse cesse de fonctionner.

Pour évaluer vos capacités financières, vous devez prendre en compte les coûts inévitables d'installation et de mise en service des équipements, qui vous coûteront également très, très cher.

Il convient de rappeler que pendant le fonctionnement, la chaudière à condensation permet des économies de gaz.Cependant, cette économie est tellement illusoire que l'investissement ne sera pas rentable à court terme. Cela signifie qu'avant d'acheter de la chaleur de condensation, il convient de procéder à une évaluation préliminaire: le coût du combustible économisé justifiera-t-il le prix élevé de l'équipement.

L'impact économique positif de l'acquisition d'une telle chaudière ne devrait être attendu que dans certaines conditions - si celle-ci est installée dans une maison neuve à conception permanente (lire "en construction") avec un système de chauffage au sol à basse température organisé. L’ampleur de l’effet dépend directement de la température moyenne en hiver, c’est-à-dire de la région où est située la maison (le principe est simple: plus il faut de chaleur, plus cette technique a de sens.).

Le coût élevé de l’échangeur thermique utilisé

L’échangeur thermique est un élément techniquement complexe et coûteux. En cas d'échec, vous, comme on dit, "montez sur la poupée". Pour l'argent que vous dépensez pour l'achat d'un nouvel échangeur de chaleur et pour payer le travail de remplacement, vous pouvez facilement acheter une nouvelle chaudière à convection de la même capacité.

Il s’ensuit qu’il est nécessaire de surveiller attentivement l’état de l’échangeur thermique. Rincez-le quand il obstrue, ce sera extrêmement difficile. Lors de l'installation d'une chaudière à condensation, il est nécessaire de procéder à un audit de l'ensemble du système de chauffage. Les tuyaux et les radiateurs ne doivent pas être rouillés.

La sécurité de l'échangeur thermique dépend de la qualité du liquide de refroidissement utilisé. L'eau doit être douce, sinon les tubes vont s'accumuler rapidement à l'intérieur de la balance. La présence de rouille, de corps étrangers, de calcium et de sels de fer dans l'eau est inacceptable.

Le condensat contenant des acides, l’échangeur de chaleur doit pouvoir supporter leurs effets. Le plus souvent, les échangeurs de chaleur sont en silumin et en acier inoxydable de haute qualité. L’échangeur thermique en silumin est fabriqué par coulée de métal. En raison du coût moindre des matériaux et de la technologie de production, ces échangeurs de chaleur sont moins chers que les échangeurs de chaleur en acier inoxydable. Mais ces échangeurs de chaleur ont un inconvénient: ils sont moins résistants aux environnements acides agressifs.

Les échangeurs de chaleur en acier inoxydable sont fabriqués par soudage de pièces individuelles. Le coût final de tels échangeurs de chaleur est plus élevé que celui des échangeurs au silumin. Cependant, ils résistent mieux à l'environnement acide et renforcent la fiabilité de l'équipement.

Utilisation inappropriée dans les systèmes à haute température

L'efficacité promise de 108-110% ne peut pas toujours être obtenue - le chiffre réel dépend du système de chauffage. Il existe deux types de systèmes de chauffage fondamentalement différents: la température élevée et la température basse. Ils diffèrent par la plage de température du liquide de refroidissement à l'entrée et à la sortie du générateur de chaleur.

Dans les systèmes de chauffage conventionnels à haute température, le rapport entre la température de l'eau fournie et celle du circuit de retour est généralement compris entre 75 et 80 ° C et entre 55 et 60 ° C. Un système avec une chaudière à condensation n’est efficace que dans le mode basse température, c’est-à-dire lorsque le rapport des températures d’alimentation et de retour est compris entre 50 et 55 ° C et entre 30 et 35 ° C. Ce rapport est idéal si le chauffage de la maison est effectué à l'aide de sols chauds. Sinon, pour réchauffer la pièce, il faudra installer des radiateurs supplémentaires avec une augmentation de 2,5 à 3 fois la surface utile calculée pour la température du caloporteur ne dépassant pas 50 ° C.

L'efficacité de la chaudière à condensation est déterminée principalement par la température du liquide de refroidissement à l'entrée. La raison est simple: plus la température de l'eau dans le circuit de retour est basse, plus la condensation est intense. L'efficacité de la chaudière dans un système de chauffage à basse température (température d'entrée / sortie est d'environ 30/50 ° C) peut atteindre les mêmes 108 à 110%. Si une telle chaudière est conçue pour fonctionner dans un système à haute température (60/80 ° C), il n'y aura pas de condensat et l'efficacité tombera à 98-99% - c'est plus que les chaudières à convection conventionnelles, mais moins que ce ne pourrait être.

Ainsi, si vous souhaitez tirer le meilleur parti du condensat, la décision de son installation doit être prise au stade de la conception de la maison. Si vous achetez une telle chaudière pour une maison existante avec un système de chauffage existant, cela signifie la reconstruction inévitable du bâtiment, le remplacement du système de chauffage par radiateur à haute température par un système de chauffage par le sol à basse température (et une telle réparation à grande échelle représente à nouveau une dépense considérable, et l'impact économique de toute l'entreprise est perdu).

Condensat difficile à utiliser

L'utilisation d'une chaudière à condensation implique l'élimination du condensat. Et ce dernier est formé en quantités considérables - un litre d'un mètre cube de gaz brûlé. Par exemple: une chaudière d’une puissance de 25 kW par heure consomme environ 2,8 m ³ de gaz, c’est-à-dire qu’en une heure seulement de fonctionnement, un peu moins de 3 litres de condensat se détachent, 70 jours par jour.

Rappelez-vous que le condensat est une solution d’acides, ce qui signifie que la question de savoir où le mettre est posée n’est pas du tout oisive. Eh bien, si votre maison est connectée à un système d'égout centralisé. Même dans le cadre de normes européennes strictes, les chaudières d’une capacité jusqu’à 28 kW ne nécessitent pas une utilisation particulière du condensat. On suppose qu'une telle quantité de condensat est suffisamment diluée dans les eaux usées domestiques pour ne pas endommager les canalisations d'égout.

Mais qu'en est-il des propriétaires de maisons privées avec égouts autonomes? Il est impossible de verser dans la fosse septique - les bactéries bénéfiques (et coûteuses) mourront. Il est inacceptable de jeter sur le sol - la salinisation du sol se produira et, avec le temps, rien ne poussera dans cet endroit. L'élimination quotidienne de 70 litres pour le recyclage est extrêmement difficile. Un seul moyen de sortir - de fournir son propre système distinct pour neutraliser les acides contenus dans le condensat. En Occident, où les exigences de conformité aux normes environnementales sont plus strictes que les nôtres, un convertisseur catalytique est automatiquement acquis lors de l’installation d’une chaudière à condensation.

Sensibilité à la qualité de l'air aspiré

Un point important auquel vous devez faire attention si vous souhaitez que votre chaudière fonctionne normalement - élimination des produits de combustion et accès à l'air de combustion.

L’utilisation d’une chambre de combustion de type fermé est l’une des différences entre les chaudières à condensation et les chaudières à convection. Les chaudières à convection prennent l'air de la pièce, la condensation - de la rue. Dans le premier cas, la circulation naturelle de l’air (convection) est utilisée pour saturer le mélange air-carburant avec de l’oxygène, et dans le second cas, il est prévu un ventilateur qui force l’air vers le brûleur. Par ailleurs, l'élimination des produits de combustion qui s'y trouvent est également forcée. Les masses d'air sont distribuées, généralement à travers une cheminée coaxiale, qui est une structure "pipe in pipe". L'air aspiré se déplace à travers la cavité externe de la cheminée, les produits d'échappement de la combustion, à travers l'intérieur.

Il résulte de tout cela que les purgeurs de condensat doivent être très sensibles à la qualité de l'air aspiré. La présence d'une quantité importante de poussière dans l'air entraîne une usure rapide de la turbine (ventilateur).

Non seulement la propreté, mais également la température de l'air extérieur sont d'une grande importance pour le fonctionnement normal d'une chaudière à condensation. Si de l'air pénètre dans le système par un tuyau de cheminée coaxial, le conduit d'admission d'air en hiver peut geler en hiver, car la température des gaz de combustion est assez basse et qu'ils ne peuvent pas chauffer les parois de la cheminée. Ceci entraîne une diminution de l'apport en oxygène nécessaire à la combustion du carburant et, par conséquent, une diminution du rendement de l'équipement.

Pour éviter que cela ne se produise et qu'il ne soit pas nécessaire de réchauffer périodiquement les canalisations pour les libérer du gel, des techniciens de maintenance agréés doivent se charger du calcul, de l'installation, de la mise en service et du réglage du système. Pour ajuster le paramètre responsable du débit d’air dans la quantité nécessaire à la combustion du combustible dans la chaudière d’une puissance donnée, ils utilisent un analyseur de gaz. Sans cet équipement spécial, l'efficacité requise de la chaudière ne peut être atteinte. De plus, les résidents de zones soumises à des conditions climatiques difficiles, lorsqu’ils décident d’installer une chaudière à condensation, devraient demander aux représentants du fabricant des éclaircissements sur la possibilité de faire fonctionner ces équipements à une plage donnée de températures extérieures locales.