Qu’est-ce que la condensation dans le domaine du chauffage ?
La condensation est le processus par lequel la vapeur d’eau présente dans les fumées d’une chaudière se transforme en eau liquide. Ce changement d’état gazeux à liquide permet de récupérer de l’énergie complémentaire par rapport à une combustion traditionnelle. Pour que ce phénomène se produise, les fumées doivent passer en dessous d’une certaine température, appelée point de rosée. Plus les fumées refroidissent et plus l’énergie complémentaire récupérée est importante.
Pourquoi une chaudière à condensation n'est pas tout le temps pertinente ?
- Les chaudières à condensation ont un coût supérieur à une chaudière traditionnelle.
- Le phénomène de condensation n’est efficace que si les fumées sont suffisamment refroidies. Pour cela, il faut que l’eau du retour chauffage (radiateurs / plancher chauffant / réseaux de chauffage, etc.), soit suffisamment froide, de l’ordre de 20 à 40°C maximum pour les chaudières à granulés. Ceci n’est donc possible que dans certains bâtiments spécifiques. A l’inverse, si cette température de retour chauffage est trop élevée, la condensation n’a pas lieu et les gains deviennent marginaux ou nuls.
- Plus le combustible est humide et plus l’énergie récupérée sera élevée. Des combustibles secs tels que du fioul, du gaz, du granulé (< 10% d’humidité) sera donc moins efficace qu’un combustible humide tel que du bois déchiqueté (20 à 60% d’humidité).
- Dans certaines configurations de conduit de fumées, les températures de fumées peuvent devenir trop froides et la note de calcul de fumisterie peut alors interdire ce type d’installation.
- Le coût d’entretien d’une chaudière à condensation est supérieur à celui d’une chaudière traditionnelle. Il faut donc que la condensation soit effective la majorité du temps pour avoir un retour financier intéressant.
Au vu des éléments ci-dessus, pour qu’une installation à condensation soit techniquement et économiquement efficace, il faut impérativement que le(s) bâtiment(s) soient adaptés à ce type de chauffage. Si ce n’est pas le cas, le coût d’investissement et d’entretien engendrés par la condensation peut se révéler supérieur aux gains potentiels liés à la condensation.
Pour certains projets, le gain apporté par la condensation devient marginal, voire nul, face au coût plus élevé induit par l'acquisition et l'entretien du matériel.
Il est fréquent pour nos équipes d’étudier des cahiers des charges de projets d’ampleur avec une ou plusieurs chaudières à granulés à condensation préconisées. Cette préconisation n’est pas toujours pertinente et peut relever de stratégies commerciales plus que de réels bénéfices pour l’utilisateur. Ici, nous souhaitons affirmer clairement un principe simple : la condensation, comme les antibiotiques, ce n’est pas automatique.
Par exemple, pour un projet avec 3 chaudières à pellets à condensation, nous proposons une variante avec 2 chaudières de 100 kW sans condensation. Grâce à cette variante, vous simplifiez l’installation en chaufferie et réduisez les coûts liés au matériel périphérique, au local technique et à la mise en service.
Nous clarifions ci-dessous les limites de la technologie de la condensation.
Un condenseur est efficace uniquement en fonctionnement direct sur réseau de distribution avec des retours froids continus.
L’humidité du bois augmente la quantité d’énergie condensable. La température des retours valorise cette énergie.
Dans le graphique ci-contre, on observe que les gains de rendement obtenus avec un condenseur sont fonctions de la température des fumées et que le taux d’humidité dans le combustible a un impact important sur les gains d’énergie complémentaire. On peut aussi observer que plus le combustible est sec et plus la température des fumées doit être froide pour débuter le phénomène de condensation. Ainsi, plus le combustible est sec et plus le bâtiment doit être parfaitement adapté à ce type de fonctionnement.
Le granulé, avec son taux d’humidité inférieur à 10 % (courbe marron), génère peu de gains de rendement. Par exemple, le gain de rendement n’est que de 5 % si les fumées sortent à 45°C de l’échangeur. Au contraire, une plaquette forestière à 45 % d’humidité (comme celles utilisées dans les installations industrielles) présente un gain théorique de rendement de 20 % dans les mêmes conditions.
Pour améliorer l’apport de la condensation, il faut diminuer les températures des retours chauffage. Mais la limite théorique est un gain de rendement de 15 % lorsque les fumées sortent à 20°C de l’échangeur. A cette température, la note de calcul de fumisterie indiquera forcément un risque de gel à la sortie du conduit et interdira donc la mise en place. Il est donc déconseillé (voire infaisable) de faire fonctionner la chaufferie dans ces conditions.
Enfin, sur des réseaux de chaleur et grosses installations, les chaudières fonctionnent souvent à haute température ce qui augmente inéluctablement la température des retours. En d’autres termes, dans une configuration avec ballon tampon, échangeur à plaques et production d’eau chaude sanitaire, la température des retours est généralement trop élevée pour rendre un condenseur pertinent.
Passage essentiel (page 7-8-9) du REX du CIBE : Les points de réflexion sur la condensation
Un condenseur externe à la chaudière peut s'avérer pertinent s'il est installé sur une boucle "basse température" spécifique plutôt que directement intégré à la chaudière.
4.1 L’efficacité énergétique
L’efficacité énergétique d’une unité de condensation est étroitement liée à l’humidité du combustible, d’une part, et à la température des fumées en aval de l’échangeur (c’est-à-dire du niveau de température de la source « froide »), d’autre part.
Plus le bois est humide, plus les fumées présentent une teneur en eau élevée. Cette dernière influence le point de rosée des fumées : ainsi, la température de rosée est d’autant plus élevée que les fumées sont humides.
Le gain de rendement est étroitement lié aux conditions de combustion, et notamment au coefficient d’excès d’air et à la température des fumées à la sortie du condenseur. Dans les conditions courantes de combustion, le gain de rendement peut s’élever :
- de 26 à 27 % pour un bois à 55 % d’humidité (PCS/PCI = 1,31)
- de 8 à 9 % pour un bois à 25 % d’humidité (PCS/PCI = 1,12)
4.2 Rechercher les retours les plus froids possibles
4.2.1 Les usages à privilégier
L’efficacité énergétique d’une installation de condensation est étroitement liée au niveau de température de la source « froide ». Sur un réseau de chaleur, les usages suivants doivent donc être privilégiés :
Les piscines. Les bassins devant désormais être chauffés à 28 °C (voire 32 °C pour les plus petits), les températures de retour ne dépassent en général guère le seuil de 30 °C. À Breteuil (60), le délégataire (DALKIA) a proposé de réaliser un réseau spécifique entre la piscine et la chaufferie bois (2 MW) pour alimenter le condenseur (250 kW).
Dans l’habitat neuf (nouvelles constructions, éco-quartier…). Le chauffage est assuré à partir de planchers chauffants ou de radiateurs « basse température ». Compte tenu de la loi d’eau, la température de retour se situe, en fonction de la saison, entre 20 et 30 °C.
Dans l’habitat ancien. Le chauffage est assuré à partir de radiateurs « haute température ». La loi d’eau de ces émetteurs (70/90 °C – 60/80 °C) induisent des températures de retour plus élevées. Toutefois, celles-ci peuvent être abaissées sous réserve d’adapter les sous-stations, d’une part, et les régimes d’eau du réseau de distribution, d’autre part. En première approche, les retours pourraient éventuellement descendre en dessous de 50 °C, voire de 40 °C lorsque les sous-stations sont régulées.
4.2.2 La condensation est-elle justifiée sur les réseaux « haute température » ?
Dans l’Hexagone, les réseaux de chaleur alimentés par une chaufferie bois suivent en règle générale des régimes d’eau « basse pression – hautes températures » (105-95 °C/75 °C). La condensation apparaît adaptée à ces réseaux dans certaines conditions :
Mettre en place une boucle « basse température » (réseau spécifique) pour alimenter le condenseur, qui est indépendant de la chaufferie bois.
Chercher à abaisser systématiquement les niveaux de température de retour, ce qui suppose de pouvoir également diminuer en demi-saison et en été les températures de départ. La température de départ du réseau serait dans ce cas glissante (plutôt que de disposer, comme c’est le cas de la majorité des réseaux de chaleur actuellement, d’une température de départ constante). Cette démarche nécessite cependant d’inciter les abonnés à choisir un régime de température des émetteurs le plus bas possible, de façon à avoir un retour d’eau le plus froid possible. Parallèlement, elle oblige également à réguler les sous-stations pour favoriser les retours les plus froids possibles, ce qui nécessite l’installation d’une vanne motorisée et l’implantation d’une batterie de pompes « réseau » à débit variable en chaufferie centrale.
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