Quelle chaudière choisir

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Chaudière

Chaudières : Types, applications et efficacité
Les ingénieurs doivent comprendre quelle chaudière est appropriée pour l’application, puis savoir comment en optimiser l’utilisation.

Les chaudières sont la base du chauffage et de l’eau chaude sanitaire dans de nombreuses installations commerciales, industrielles, institutionnelles et éducatives. Le terme « chaudière » peut être trompeur car dans de nombreuses applications, la chaudière ne produit pas d’eau à des températures d’ébullition de 212 F ou plus. Cet article commence par une description générale des différents types de chaudières à combustible, puis se concentre sur des types et des applications spécifiques.

Les applications traditionnelles de production d’eau chaude consistent généralement en un système à température d’eau moyenne avec un minimum de deux chaudières conduites en parallèle dans une configuration de boucle d’eau de chauffage primaire. Il existe deux types de rendement pour les chaudières à combustible : le rendement de combustion et le rendement thermique. L’efficacité de la combustion est le pourcentage d’énergie potentielle chimique du combustible qui est converti pendant le processus de combustion pour produire de l’énergie thermique. L’efficacité thermique est simplement exprimée en pourcentage de l’énergie potentielle du combustible qui est convertie en énergie thermique sortant de la chaudière sous forme d’eau ou de vapeur chauffée. C’est l’efficacité thermique qui devrait être la préoccupation principale de l’ingénieur-conseil lors du processus de sélection de l’équipement. Veuillez vous référer à la norme d’essai BTS-2000 de la division pour les chaudières de chauffage pour des informations supplémentaires sur les essais d’efficacité des chaudières, ou au manuel.

Les chaudières, en termes généraux, se divisent en deux catégories principales, chaque catégorie principale ayant plusieurs types en fonction du type et de l’objectif de chaque conception. Les principales catégories sont l’eau chaude et la vapeur.

Contrôle des chaudières et efficacité du système

Afin de maximiser l’efficacité de la chaudière et, en fin de compte, du système de chauffage, la contrôlabilité de la chaudière ou le ratio « turn-down » doit être soigneusement examiné pour la demande de projet individuel. Les systèmes de chaudière doivent être sélectionnés et dimensionnés de manière à permettre une grande fluctuation de la charge de chauffage du bâtiment, ce qui permet au système de correspondre étroitement aux besoins de chauffage du bâtiment à un moment donné.

La formation traditionnelle de nombreux ingénieurs et concepteurs en CVC consiste à fournir deux chaudières dont la taille correspond aux deux tiers de la charge de chauffage totale. Cette méthode tient compte du fait que si le calcul de la charge de chauffage a été effectué correctement, une seule chaudière suffira pendant une journée d’hiver typique. La deuxième chaudière servira effectivement de secours à 100 % lors d’une journée type. Ce type de conception permet également de chauffer correctement le bâtiment pendant les périodes de froid extrême.

Les chaudières à tubes d’eau flexibles se composent généralement d’un réservoir d’eau supérieur et inférieur avec une série de tubes d’acier pliés conçus pour absorber les contraintes de la dilatation thermique. Bien que cette approche soit conservatrice et ait bien servi l’industrie au fil des ans, elle n’est peut-être pas l’application la plus efficace en raison de la contrôlabilité des chaudières sélectionnées. De nombreuses petites chaudières ont un réglage de feu élevé ou bas qui ne permet pas d’adapter la capacité de la chaudière à la charge réelle du bâtiment. Dans de nombreux cas, si la chaudière est dotée de commandes de combustion « modulantes », le taux de réduction n’est pas assez élevé pour répondre aux demandes de chauffage plus faibles du système. À moins que plusieurs chaudières ne soient utilisées pour permettre un contrôle plus petit ou plus strict de la température d’alimentation en eau de chauffage, ce système ne sera pas aussi efficace qu’il pourrait l’être.

Applications de l’eau chaude

Les systèmes traditionnels de tuyauterie primaire des chaudières à eau chaude : Les applications traditionnelles d’eau chaude consistent généralement en un système à température d’eau moyenne (180 à 210 F) avec un minimum de deux chaudières conduites en parallèle dans une configuration de boucle d’eau de chauffage primaire. La température de l’eau de chauffage est réglée en fonction de la température de l’air ambiant extérieur et « réinitialisée » à une certaine température de façon linéaire avec une température minimale de l’eau à une température ambiante extérieure prédéterminée.

Les chaudières en fonte, à tubes d’eau droits et à tubes de fumée nécessitent une attention particulière pour éviter d’endommager la chaudière (communément appelé choc thermique) avec une eau de retour qui est inférieure de plus de 20 F à l’eau sortant de la chaudière. La plage de réajustement de la température de l’eau d’alimentation est de 210 à 160 F. La température de l’eau de retour doit rester à un maximum de 20 F inférieure à la température de l’eau de sortie de la chaudière, et le débit dans la chaudière doit rester dans une plage proche des exigences du fabricant de la chaudière pour garantir que de la vapeur de revaporisation (un cliquetis dans la chaudière indique que la vapeur de revaporisation et le débit d’eau sont faibles) n’est pas produite.

La tuyauterie d’une boucle de chaudière primaire-secondaire de base montre un débit non égal dans deux boucles qui sont reliées par une section commune de tuyauterie « découpleuse » Les chaudières à tubes d’eau flexibles causent beaucoup moins de problèmes de choc thermique que leurs homologues en fonte ou à tubes droits. Les chaudières à tubes d’eau flexibles sont généralement constituées d’un réservoir d’eau supérieur et inférieur avec une série de tubes d’acier courbés conçus pour absorber les contraintes de la dilatation thermique.

Le rendement global de cette application peut être relativement faible par rapport à d’autres types de chaudières et de configurations de tuyauterie. Les inefficacités comprennent le maintien des températures de la chaudière et de la masse d’eau ainsi que le maintien de la température du système de tuyauterie de distribution en fonction de la limitation des chaudières. Les types de chaudières modulaires, qui seront abordés plus loin, réduisent ces pertes globales.

Un autre inconvénient de la tuyauterie traditionnelle de la boucle de chaudière primaire uniquement est le débit constant ou partiellement variable requis dans le système de tuyauterie de la boucle d’alimentation. Les systèmes à débit constant uniquement pour la chaudière primaire ne maintiennent pas le différentiel de température de l’eau (température de l’eau d’alimentation moins celle de l’eau de retour) pendant toute la gamme des conditions de charge. Le maintien du différentiel de température de l’eau de conception, sur toute la gamme des conditions de charge, est un objectif d’efficacité majeur.

Systèmes de tuyauterie de chaudière primaire/secondaire : Le découplage de la boucle d’écoulement de la tuyauterie de la chaudière de la boucle d’écoulement du bâtiment est devenu plus courant ces dernières années. Le concept de pompage primaire/secondaire existe depuis les années 1950. Il a été principalement utilisé dans les systèmes d’eau réfrigérée. Les avantages comprennent la possibilité d’avoir un débit non égal dans deux boucles qui sont reliées par une section commune de tuyauterie « découpleur ». Il s’agit d’un arrangement similaire à un système de tuyauterie d’eau réfrigérée primaire-secondaire. La boucle primaire permet un débit constant à travers la chaudière en fonctionnement tout en permettant à la boucle secondaire du bâtiment d’agir de manière semi-indépendante de la boucle primaire. Cela permet d’éviter de nombreux problèmes de débit avec les systèmes de tuyauteries primaires uniquement (tels qu’un faible débit, de la vapeur de revaporisation dans les tubes et un encrassement accru des tubes en raison de leur faible vitesse).

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