La chaudière à condensation HPE

Son principe de fonctionnement est simple à comprendre. Cette chaudière à condensation ou HPE (Haute Performance Energétique) dont le fonctionnement sera le même qu'une chaudière classique aura la particularité en plus de récupérer la chaleur latente produite par la condensation de la vapeur d'eau contenues dans les produits de combustion.

Tout comme pour les gaz d'échappement encore très chaud expulsés par les tuyères d’un avion, les fumées contiennent une proportion significative de vapeur d'eau. Ce qui se voit n'est pas la vapeur (gaz invisible) mais un ensemble de gouttelettes (un nuage) ou plus communément des traînées de condensation produites par la liquéfaction de la vapeur au contact de l’air froid. Comme pour un réacteur d'avion, après la combustion du gaz ou du fioul, il reste de la vapeur d'eau dans les fumées évacuées par une chaudière. Les surfaces d'échange thermique des chaudières à condensation essayent d'exploiter la quasi totalité de la chaleur latente des gaz brûlés avant leur évacuation.

Les gaz de combustion sont refroidis à un point tel que la vapeur d'eau se condense en liquide (changement d'état), sortant ainsi d'une chaudière à condensation à une température maximale de l'ordre de 40°C (de l'ordre de 100 à 120°C pour une chaudière classique « basse température »). La chaudière va utiliser l'énergie dissipée pour ce changement d'état pour réchauffer l'eau de retour de chauffage qu'il faudra donc moins chauffer avec le brûleur avant de la renvoyer dans les émetteurs de chauffage.

Un peu de physique

La chaleur latente est la chaleur nécessaire qu'il faut à un corps pour changer d'état physique (liquide - solide - gazeux) sans changer de température. Si nous voulons transformer de l'eau dans une casserole à une température de 100°C en vapeur, il faut lui apporter de l'énergie supplémentaire pour qu'elle s'évapore. Cette énergie supplémentaire va faire changer d'état l'eau (liquide vers gazeux) sans en changer sa température. Dans une chaudière à condensation, c'est le phénomène inverse qui se déroule. L'eau de retour « froid » du circuit de chauffage va pénétrer dans la chaudière via un échangeur qui est balayé par les fumées « chaude » : la vapeur d'eau contenue dans les fumées va alors changer d'état et condenser (gazeux vers liquide). Ce changement d'état va libérer de l'énergie qui sera transmise à l'eau de chauffage repartant dans le circuit.

Comment condenser

Pour condenser, le retour de chauffage doit être le plus « froid » possible. Il devra atteindre la température de point de rosée du combustible utilisé, qui est le point de température à partir duquel les vapeurs d'eau contenues dans les fumées vont condenser. Pour le gaz, il est se situe aux environs de 57°C, tandis que pour le fioul, c'est plutôt aux alentours de 47°C. Pour condenser et par conséquent réaliser des économies d'énergie, il est impératif que le retour de chauffage soit donc en dessous du point de rosée. Il est donc recommandé d'associé une chaudière à condensation avec des émetteurs fonctionnement également en basse température (plancher chauffant, radiateurs basse température ou chaleur douce) qui auront un retour de chauffage toujours inférieur à 57°C. Mais il est aussi tout à fait possible d'associer une chaudière à condensation avec des émetteurs dits « haute température » comme de bons vieux radiateurs fonte, car bien souvent le bâtiment aura été rénové permettant de faire fonctionner les émetteurs (alors sur-dimensionnés pour la nouvelle isolation) à des températures bien plus basse. De plus, si la température d'eau du circuit de chauffage est modulée intelligemment sur les déperditions réelles du logement (à l'aide d'une régulation sur température extérieure), la chaudière ne condensera pas uniquement lors de températures extérieures extrêmes mais très exceptionnelles pour toute la période de chauffe, soit 5 à 10 jours tout au plus sur plus de 200 jours de chauffe !

Pour aller + loin

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Pourquoi un rendement supérieur à 1

Le rendement des chaudières traditionnelles est calculé hors récupération de la chaleur latente. Il est généralement de l'ordre de 90 à 95% pour les plus récentes. Dans une chaudière à condensation, le rendement déjà excellent est accru par la récupération de la chaleur latente, de l'ordre de 11%. On atteins donc les 109% annoncés par les fabricants, tout proche du rendement théorique maximum de 111%. Obtenir un rendement supérieur à 100% peut paraitre un non sens, un rendement ne pouvant être supérieur à 100%. Mais ceci est abus marketing des constructeurs. Le PCI (pouvoir calorifique inférieur) est la quantité de chaleur dégagée par la combustion complète d'un combustible sans prendre en compte l'énergie récupérée dans les fumées. Ce PCI sert de comparatif entre les chaudières classiques (sans condensation). A l'inverse, le PCS (pouvoir calorifique supérieur) prend en compte le PCI plus la chaleur dégagée par la condensation de la vapeur d'eau contenue dans les fumées. Pour mettre en avant les chaudières à condensation, les constructeurs ont eu l'idée de comparer les anciennes chaudières sur PCI avec les nouvelles chaudières à condensation normalement sur PCS mais en le ramenant à un PCI. Ainsi à titre d'exemple, une chaudière classique a un rendement de 89% sur PCI (0,89kWh produit / 1kWh consommé = 89%); une chaudière à condensation a un rendement de 97% sur PCS (0,97kWh produit / 1kWh consommé = 97%). Si l'énergie produite avec un système à condensation est comparée à l'énergie produite sans condensation, le rendement sera égal à 106% (0,97/0,89 = 109%) !

Dans tous les cas, avec un rendement maximum, une fiabilité et une longévité supérieures, une pollution minimale, on ne peut guère faire mieux ! Mais la combinaison de vapeur d'eau et des gaz de fumées produisant des condensats acides, les surfaces d'échange doivent être particulièrement résistantes, en acier inoxydable austénitique de très haute qualité, renforcé au titane (316 TI), afin de garantir la longévité de la chaudière à condensation.

Reportage sur la Chaudière à Condensation

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