L’ÉVOLUTION DES MATÉRIELS
L'amélioration des performances
Les normes applicables aux chaudières et brûleurs fioul
La condensation
La nouvelle directive ECODESIGN
Préoccupations écologiques
L'amélioration des performances
En trois décennies, des améliorations considérables ont été apportées aux
brûleurs et aux générateurs, permettant d’obtenir 30 % d’économies d’énergie.
Durant cette période, des évolutions technologiques majeures ont été
apportées aux matériels permettant des gains de consommation de 30 à 40 %.
Cette amélioration des performances résulte de l’addition de plusieurs
facteurs :
- les pertes par les fumées réduites par les foyers à parcours multiples,
- l’isolation des parois extérieures du foyer souvent doublée par
l’isolation de la jaquette,
- une meilleure combustion réduisant l’encrassement,
- une réduction des puissances permettant une bonne adéquation entre la
puissance du générateur et les besoins de chauffage,
- un meilleur dimensionnement de la production d’eau chaude sanitaire et
sa régulation indépendante,
- le fonctionnement à basse température des installations
surdimensionnées rendu possible par la généralisation des chaudières "basse
température" et "condensation",
- l’intégration dès la livraison de la régulation et de la programmation
sur la majorité des chaudières. Des efforts considérables ont été déployés ces
deux dernières décennies par les constructeurs en matière de recherche-
développement et les normes se rapportant à ces matériels ont permis
d’entériner et d’imposer ces avancées technologiques.
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Normes applicables aux chaudières et brûleurs fioul
Cela fait près de trente ans que les générateurs équipés de brûleurs fioul à
pulvérisation mécanique doivent respecter des exigences normatives.
En 1989, a été publiée la 1ère norme française, la NF
D 30-002, définissant les notions de chaudière "standard" et "haut
rendement " pour des puissances nominales Pn ≤ 70 kW.
Depuis juillet 1999, la NF EN 303 fixe les seuils d’émission de
polluants des chaudières domestiques. Ces polluants sont : les imbrûlés
solides, le monoxyde de carbone et les oxydes d’azote.
La norme NF EN 267 publiée en décembre 1999 et s’appliquant aux
brûleurs fioul destinés à équiper des chaudières neuves ou anciennes reprend
les mêmes seuils d’émissions.
Elle a été révisée en mars 2006.
Parallèlement à ces normes, la directive européenne 92/42/CE
applicable aux chaudières de 4 à 400 kW a été rendue d’application obligatoire
en janvier 1996. Elle définit trois catégories de chaudières "standard – basse
température – condensation " avec un renforcement des exigences portant
notamment sur le rendement à charge partielle de 30 %. C’est un point
important pour apprécier la performance globale d’un générateur ; en effet la
majeure partie de la saison de chauffe la chaudière ne fonctionne qu’au tiers
de sa puissance nominale. Cette directive va prochainement laisser la place à
la directive "ECODESIGN".
La condensation
En condensant la vapeur d’eau contenue naturellement dans les produits de
combustion d’une chaudière, on augmente sensiblement son rendement.
Pour optimiser les échanges thermiques et récupérer un maximum de
chaleur, les constructeurs ont étendu aux chaudières fioul le principe de la
condensation de la vapeur d’eau contenue dans les produits de combustion.
Il suffit de refroidir cette vapeur d’eau au contact d’un échangeur
thermique dont la température moyenne est inférieure au point de rosée du
fioul domestique.
Pour ce combustible, le seuil se situe aux environs de 50 °C.
Ce procédé permet de récupérer, au-delà de la chaleur « sensible » des
fumées (récupération se traduisant par un abaissement de température), la
chaleur « latente » de changement d’état de la vapeur d’eau. Celle-ci passe
ainsi de la phase gazeuse sous forme de vapeur à la phase liquide, sous forme
d’eau dénommée « condensat ». Ce mode de fonctionnement permet donc
d’exploiter la totalité de l’énergie disponible dans le pouvoir calorifique
inférieur (PCI*) et en plus une partie de l’énergie disponible dans le pouvoir
calorifique supérieur (PCS*). C’est ce qui nous conduit à exprimer des valeurs
de rendement supérieures à 100 % sur PCI, le maximum théorique pour le fioul
domestique étant de 107 % sur PCI puisque l’écart PCS/PCI est de +/– 7 %.
Il est évident que cette technologie trouve naturellement son domaine de
mise en oeuvre avec les planchers chauffants basse température et les
radiateurs « chaleur douce » car ces émetteurs sont dimensionnés pour
fonctionner avec des températures d’eau inférieures ou égales à 50 °C. Plus
basse sera la température de retour d’eau des émetteurs, meilleur sera le
rendement du générateur.
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• PCI (Pouvoir Calorifique Inférieur) : c’est la quantité
de chaleur résultante directement de la combustion du fioul domestique.
• PCS (Pouvoir Calorifique Supérieur) Il tient compte à la
fois de la chaleur issue de la combustion du fioul domestique (PCI) et de
l’énergie récupérée lors de la condensation de la vapeur d’eau engendrée par
cette combustion.
La nouvelle directive "ECODESIGN" 2005/32/CE
"ECODESIGN" vise deux objectifs :
- améliorer l’information des consommateurs et des professionnels
- s’inscrire dans une démarche de réglementation thermique.
Cela pouvant se traduire au travers d’une labellisation de type «
énergie » déjà appliquée aux équipements électroménagers et au diagnostic de
performance énergétique (DPE).
Concernant les chaudières, de nouvelles exigences de rendements minimaux
s’imposent. Les rendements sont exprimés sur le pouvoir calorifique supérieur
(PCS) pour le fioul et gaz.
Les niveaux de performance sont durcis ce qui conduit à la disparition
de la catégorie « standard » et les rendements minimaux sont désormais
exprimés pour deux températures différentes de fonctionnement à la puissance
maximale et à la puissance minimale du générateur. Ainsi, une chaudière fioul
double service pourrait, pour un type d’installation donné et pour un usage de
l’eau chaude sanitaire, faire l’objet d’un affichage distinct pour :
- sa performance avec l’installation de chauffage,
- sa performance en production d’ECS,
- son niveau sonore,
- ses émissions de CO et de NOx.
Précoccupations écologiques : les performances des brûleurs fioul
La production de CO résulte d’une combustion imparfaite du carbone présent
dans ces combustibles. Il se forme généralement à la suite d’un apport en air
comburant insuffisant ou d’un conduit de fumée défectueux ralentissant
l’évacuation des produits de combustion et empêchant un apport d’air comburant
normal au brûleur.
La combustion du fioul domestique est considérée comme exempte de CO. La
technologie des brûleurs fioul à pulvérisation mécanique, en particulier la
surveillance de flamme par cellule photo-résistante, les met dans la quasi
impossibilité d’en produire, la luminosité de la flamme diminuant
parallèlement à l’excès d’air.
Le mécanisme de formation des NOx est complexe.
Pour simplifier, on peut dire qu’il dépend d’une part du combustible
(fioul, gaz de réseau, GPL…) et d’autre part de l’excès d’air comburant
(composé à 80 % d’azote “N”), mais également du type de brûleur utilisé. Le
principal moyen pour atteindre ce résultat est la réduction de la température
de combustion qui doit s’accompagner d’une excellente adéquation du couple
foyer-brûleur.
Pour améliorer les performances écologiques de leurs brûleurs, certains
constructeurs ont opté pour la recirculation des produits de combustion. En
effet, les NOx ne se forment pas en présence d’une basse température de flamme
( = 1 200 °C). Pour maintenir la température de flamme sous ce seuil, il faut
recycler environ 15 % de gaz de combustion et les mélanger avec l’air
comburant. Cette technologie est aujourd’hui éprouvée et nombreux
constructeurs proposent des brûleurs « bas NOx » à leurs catalogues.