Sommaire
L’attestation de contrôle d’un générateur de chaleur et ses paramètres
La fiche d’entretien est un document qui, selon l’Arrêté wallon du 29/01/2009, doit être établi par un technicien agréé, au terme de l’entretien obligatoire des chaudières. Un modèle type à utiliser est disponible sur le site de l’AWAC.
Cette fiche contient le relevé des différents paramètres que l’on mesure pour calculer le rendement de combustion de la chaudière.
Caractéristiques de l’alimentation en fuel
La fiche d’entretien reprend les caractéristiques du gicleur installé sur le brûleur : calibre en [gal/h] ou [kg/h] et son angle de pulvérisation, ainsi que la pression d’alimentation en combustible en [bar].
Le calibre et la pression permettent de calculer la puissance du brûleur par les formules :
où,
- qfuel = débit de fuel
- qgicleur = calibre du gicleur
- p = pression de la pompe fuel
Pbrûleur [kW] = qfuel [litres/h] x 10 [kWh/litre]
On peut comparer cette puissance à la puissance utile de la chaudière et se rendre ainsi compte de la charge de la chaudière. Par exemple, une puissance de brûleur inférieure à la puissance de la chaudière permet d’augmenter le temps de fonctionnement du brûleur, ce qui est favorable à une bonne combustion (moins de cycles de démarrage/arrêt). Diminuer la puissance du gicleur par rapport à la puissance de la chaudière permet également d’augmenter le rendement de combustion (la surface d’échange par kW de flamme est plus grande et les fumées ressortent plus froides). Une limite existe cependant : si la puissance du brûleur est trop faible (moins de 50 .. 60 %), les fumées se refroidissent tellement que des condensations risquent d’apparaître dans la chaudière.
Remarque : si on se trouve en présence d’un brûleur 2 allures, chacun des essais correspondant à la mesure des paramètres de combustion pour chaque allure.
| Exemple.
Sur une attestation d’entretien, on retrouve :
Le débit du brûleur est donc de :
La puissance du brûleur est de : 31,1 [l/h] x 10 [kWh/l] = 311 kW La chaudière est donc chargée à : 311 [kW] / 539 [kW] = 58 [%] |
Remarquons que la fiche d’entretien ne reprend pas une troisième caractéristique du gicleur : le type de pulvérisation. Si, après entretien, les performances de l’installation ont diminué, sans explication, par rapport à l’entretien précédent, il peut être bon de vérifier auprès du technicien d’entretien si le type du gicleur n’a pas été modifié.
Caractéristiques de la cheminée
La dépression dans la buse de cheminée est l’image du tirage de cette dernière, quand le brûleur est en fonctionnement.
Chaudières en dépression
Pour les chaudières fonctionnant en dépression (les chaudières dont on peut ouvrir le regard), il faut que la dépression soit comprise entre 10 et 15 Pa pour permettre une combustion et une évacuation des fumées correctes.
Si “Pression de la cheminée” < 10 PA, le tirage n’est pas suffisant. Il y a alors un risque de surpression dans le foyer, d’introduction de gaz de combustion dans la chaufferie et de production d’imbrûlés (suies, CO).
Si “Pression de la cheminée” > 15 PA .. 20 PA, le tirage est trop important. Les fumées sont aspirées trop rapidement par la cheminée et se refroidissent moins. Il est résultera une baisse de rendement. Cela peut également nuire au démarrage en provoquant un “décrochement” de la flamme et l’arrêt du brûleur. L’installation du régulateur de tirage ou son meilleur réglage (s’il existe) s’impose.
Régulateur de tirage.
Chaudières en surpression
Il est plus difficile de définir des règles de bon fonctionnement. Celles-ci dépendent du type de brûleur et de chaudière. Il faut, en tout cas, être en dépression au niveau de la buse de cheminée. Faute de quoi, des fumées risquent de s’introduire dans la chaufferie.
| Améliorer le tirage de la cheminée. |
Indice de noircissement des fumées
L’indice de noircissement des fumées “Indice fumée” ou indice de “Bacharach” est l’image de la production de suie du brûleur. Selon l’AGW du 29 janvier 2009, cet indice ne peut dépasser une valeur de 2.
L’indice de Bacharach est mesuré en aspirant les fumées au travers d’un papier filtre et en comparant à l’échelle de noircissement ci-dessus.
Cela est évidemment trop élevé. Il suffit pour s’en convaincre de voir la mesure la quantité de suie produite pour atteindre un tel indice.
L’objectif est un indice 0. Le label “OPTIMAZ” est obtenu pour un indice maximum de 1. 0 ..1 sont donc des valeurs acceptables. Une amélioration (meilleur réglage ou changement du brûleur) s’impose au-delà de 1.
La formation de suie et de CO (qui composent les d’imbrûlés) sont liés. Une teneur en CO des fumées mesurée de 75 ppm équivaut à un indice de Bacharach de 1.
La production de CO et de suie est le résultat d’un manque d’air comburant :
- Réglage de l’excès d’air trop faible (s’accompagne alors d’un déficit de CO2 dans les fumées).
- Manque de ventilation de la chaufferie. Attention, cette ventilation peut être correcte au moment de la mesure et ne plus l’être au quotidien car on avait enlevé le capot du brûleur, car on avait laissé la porte de la chaufferie ouverte, car couramment un séchoir en fonctionnement crée une dépression, …
- Mauvais choix du couple gicleur, pression de pompe.
- Inadéquation entre la puissance du brûleur et la puissance de la chaudière. Ces deux derniers éléments perturbent le mélange intime entre le combustible et l’air comburant, au niveau de l’accroche-flamme et du foyer.
- Tirage incorrect de la cheminée (trop grand, trop faible, inconstant) qui perturbe le développement de la flamme et qui risque de provoquer des retombées dangereuses de CO vers la chaufferie.
Remarquons que si on dispose d’un appareil permettant de mesurer la teneur en CO des fumées (analyseur de combustion électronique), on peut estimer l’émission de CO au démarrage du brûleur (introduire l’analyseur de combustion dans le conduit de fumée, avant d’enclencher le brûleur). Plus celle-ci est élevée (> 120 ppm), plus le brûleur produit de la suie à ce moment et plus vite la chaudière va s’encrasser.
Idéalement, cette mesure de CO devrait être complétée par une mesure manuelle de l’indice de Bacharach pour éviter toute erreur liée à l’interprétation de la mesure de CO de l’appareil électronique.
Teneur en CO2 des fumées
La teneur en CO2 des fumées est une image de la transformation complète du combustible. Plus la teneur en CO2 des fumées est grande, meilleur est le rendement de combustion.
Ordre de grandeur
La teneur maximale en CO2 que l’on peut atteindre dans les gaz de combustion est de 15,2 % pour le fuel (en fonction de la teneur en carbone du combustible) et de 11,9 % pour le gaz naturel. D’un point de vue pratique, il est impossible de régler le brûleur à ces valeurs sans produire d’imbrûlés (suie, CO).
La valeur cible est de
- 12,5 % pour les chaudières fuel de moins de 400 kW
- 13 % pour les chaudières fuel de plus de 400 kW (ces deux valeurs sont, en fait les exigences pour l’attribution du label “OPTIMAZ”)
- 10 % pour les chaudières gaz.
Une teneur de 14 % pour le fuel (pour les brûleurs à flamme bleue) ou 11 % pour le gaz n’est toutefois pas impensable.
Influence du réglage de la combustion et de l’excès d’air
Évolution du contenu des fumées avec l’excès d’air [%].
Une trop faible teneur en CO2, entraînant un mauvais rendement de combustion, peut avoir deux origines :
- Un excès d’air trop important qui dilue les gaz de combustion. C’est comme si on prenait simplement de l’air à 20°C, qu’on le chauffait à environ 160°C (ou plus) et qu’on le rejetait directement dehors. À titre d’exemple, un excès d’air de 50 % conduit à une perte calorifique d’environ 2 %.
- Un excès d’air trop faible (c’est plus rare) et donc un manque d’oxygène pour assurer une combustion complète du combustible.
Il vaut donc toujours mieux contrôler aussi par mesure l’excès d’air de combustion. Une valeur de référence est un excès d’air de 17 .. 24 % (valeur qui dépend du tandem brûleur/chaudière). En dessous, il y aura production d’imbrûlés et de monoxyde de carbone (CO) et au dessus, le rendement de combustion diminue.
Réglage d’un brûleur avec analyse en direct des fumées.
| Exemple.
en connaissant le % CO2 repris sur la fiche d’entretien, il est possible de connaître l’excès d’air de la combustion : Excès d’air (calculé) = % CO2 théorique max / % CO2 mesuré Si le % CO2 mesuré est de 10 % : Excès d’air = 15,2 % / 10 % = 1,52 ou 52 % d’excès d’air ce qui est excessif. Si le % CO2 mesuré est de 14,5 % : Excès d’air = 15,2 % / 14,5 % = 1,05 ou 5 % d’excès d’air ce qui est vraisemblablement trop peu pour éviter les imbrûlés. Un excès d’air de 17 % équivaut à un % CO2 de 13 % et un excès d’air de 20 % équivaut à un % CO2 de 12,5 %. |
En résumé
En résumé, on peut dire qu’il faut régler le brûleur pour atteindre le % CO2 maximal tout en évitant :
- La production de suie dans les chaudières fuel. L’objectif à atteindre est un indice de Bacharach compris entre 0 et 1,
- La production de CO dans les chaudières gaz. L’objectif à atteindre est de moins de 75 ppm de CO maximum (une pointe de 120 ppm maximum au démarrage est admissible). En Allemagne, une valeur de 30 ppm maximum est imposée.
Notons qu’un réglage trop élevé de la teneur en CO2 peut causer des problèmes. Lors de basse température (hiver), la teneur en oxygène dans l’air est plus importante qu’à température élevée (été). Lorsque la température de l’air ambiant, aspiré par le brûleur augmente, la quantité d’oxygène, pour assurer une combustion correcte, diminue inévitablement. Ceci peut entraîner la formation de suie qui se déposera sur les parois du foyer. Par conséquent :
- L’échange diminuera dans la chaudière et la température des fumées augmentera.
- la résistance du foyer augmentera et la quantité d’air de combustion aspirée va diminuer. La production de suie s’accentuera avec comme suite la panne du brûleur.
Dans les anciennes chaudières, la présence d’inétanchéités au niveau du foyer (fentes, portes non étanches, …) peut rendre difficile la réduction de l’excès d’air dans les fumées sans conduire à la production d’imbrûlés. Il est donc impératif de supprimer au maximum les entrées d’air parasites pour garantir un rendement correct.
Chaudières très anciennes présentant d’importants défauts d’étanchéité au niveau des portes : une carrosserie de chaudière rouille très rapidement si elle est contact avec des fumées. Cette rouille est donc un signe d’inétanchéité de la chaudière.
| Améliorer le réglage du brûleur ou même remplacer le brûleur. |
Température des fumées
Moins l’échange de chaleur entre la flamme et l’eau est bon, plus la température des fumées à la sortie de la chaudière (“T°gaz”) est élevée, et plus grandes sont les pertes.
Ordre de grandeur
Les chaudières modernes performantes peuvent fonctionner avec une température de fumée de l’ordre de 120°C, encore moins pour les chaudières à condensation.
Une température de fumée de l’ordre de 160°C (pour le gaz) à 180°C (pour le fuel) peut être considérée comme performante pour une chaudière ancienne.
À titre de comparaison, il n’est pas rare de mesurer, sur d’anciennes chaudières, des températures de fumée de plus de 300°C. Il en résulte une perte et une consommation supérieure d’une dizaine de pour cent par rapport aux chaudières modernes performantes.
Diagnostic
Une température de fumée élevée peut être le résultat
- d’une mauvaise conception du corps de la chaudière (ancienne chaudière),
- d’une puissance de brûleur trop importante par rapport à la chaudière,
- d’un passage trop rapide des fumées dans la chaudière. Cela peut s’expliquer par un tirage trop important de la cheminée,
- d’un mauvais échange dû à la présence de suie dans la chaudière (1 mm de suie sur la surface de l’échangeur équivaut à une perte de rendement de combustion de 4 à 8 %),
- d’un brûleur inadapté à la chaudière (puissance trop importante, mauvaise forme de flamme).
Notons que les fabricants de chaudières indiquent dans leur documentation, la température nominale des fumées (à pleine charge et à charge partielle) à laquelle doit théoriquement fonctionner leur matériel.
Extrait de fiche technique d’une chaudière.
On peut considérer qu’un dépassement de plus de 15 % de la valeur constructeur constitue une anormalité. De même, une température de fumée supérieure de 15°C à la valeur mesurée lors du dernier entretien indique souvent un encrassement excessif de la chaudière.
| Placer un régulateur de tirage, diminuer la puissance du brûleur, remplacer le brûleur. | |
| Remplacer la chaudière. | |
| Améliorer la maintenance. |
Température ambiante
La température ambiante est la température de la chaufferie mesurée à l’entrée du brûleur.
Lorsque la mesure du rendement est effectuée manuellement, la plupart des chauffagistes indiquent par défaut une valeur de 20°C. La température réelle de la chaufferie est bien souvent différente, parfois de plus de 30°C dans d’anciennes chaufferies. Cela change un peu le résultat dans le calcul du rendement.
| Exemple.
Valeurs reprises sur la fiche d’entretien : Teneur en CO2 : 12 % Si la température ambiante réelle est de 35°C, le calcul du rendement de combustion donnerait comme résultat : 91,1 % |
Rendement
Il s’agit ici du rendement de combustion, c’est-à-dire un rendement instantané lorsque le brûleur est en fonctionnement. Il ne représente donc pas le rendement global de la chaudière durant toute la saison de chauffe, qui est évidemment inférieur puisqu’il prend également en compte les pertes de la chaudière lorsque le brûleur est à l’arrêt.
En dessous de 88 %, le rendement de combustion doit être considéré comme inacceptable et une amélioration doit être apportée.
Si celle-ci s’avère impossible, parce qu’elle entraîne par exemple la production de suie, parce qu’il n’est plus possible de diminuer l’excès d’air du fait de l’usure mécanique de l’alimentation d’air du brûleur, parce que la chaudière présente des inétanchéités trop importantes, il faudra envisager le remplacement du brûleur et éventuellement de la chaudière.
| Améliorer la chaudière. | |
| Remplacer la chaudière. |
En résumé : contrôle des paramètres de la combustion
| Contrôle des paramètres de la combustion | |||
|---|---|---|---|
| Contrôle | Causes | Conséquences | Amélioration |
| Température de fumée trop élevée | Encrassement de la chaudière | Perte de rendement | Nettoyer la chaudière |
| Tirage de la cheminée trop important | Placer un régulateur de tirage sur la cheminée Régler le régulateur de tirage | ||
| Conduit de fumée trop court ou de section trop grande (diminution de résistance de la cheminée à l’écoulement des fumées) | Vérifier et diminuer la section de la cheminée | ||
| Température de fumée trop faible (< 160°C pour les anciennes chaudières) | Excès d’air trop important | Risque de condensation | Régler le registre d’air |
| % CO2 trop faible % CO2 < 12 % (fuel) ou 9 % (gaz) |
Excès d’air trop important | Perte de rendement | Régler le registre d’air |
| Mauvais mélange air/combustible au niveau de la tête de combustion | Régler la tête de combustion | ||
| Si volet d’air presque fermé, entrées d’air parasites dans la chaudière | Colmater les inétanchéités de la chaudière (portes, entre éléments en fonte) | ||
| Production d’imbrûlés (suies, CO) Indice de Bacharach > 2, CO > 75 ppm |
Excès d’air insuffisant ou extrêmement important | Pollution atmosphérique
Encrassement de la chaudière Perte de rendement |
Régler le registre d’air |
| Mauvais mélange air/combustible au niveau de la tête de combustion (accroche flamme déformé ou déplacé) | Régler la tête de combustion ou la remplacer | ||
| Registre d’air bloqué en position intermédiaire | Nettoyer le registre et régler | ||
| Ouïe d’aspiration du brûleur obturée par des déchets (poussières, pluches, …) | Nettoyer le brûleur | ||
| Roue du ventilateur encrassée | Nettoyer le brûleur | ||
| Gicleur non adapté (angle trop grand ou trop petit) (fuel) | Vérifier l’adéquation du gicleur (angle/débit) et changer | ||
| Gicleur défectueux (rayure ou obstruction) (fuel) | Changer le gicleur ou le nettoyer | ||
| Arrivée irrégulière de combustible | Vérifier le filtre à combustible et le bon fonctionnement de la pompe (fuel) et du régulateur de pression (vis de réglage desserrée, désétallonage du ressort, piston coincé, … ) | ||
| Température du fuel trop basse | Vérifier l’état et le réglage du réchauffeur | ||
| Tirage de la cheminée insuffisant | Colmater les inétanchétités de la chaudière (portes, entre éléments en fonte)
Vérifier si la buse de la chaudière n’est pas trop enfoncée dans la cheminée Nettoyer la cheminée Modifier le tracé de la cheminée si trop sinueux Écarter la dalle de couverture de la cheminée Vérifier le bon positionnement du débouché de cheminée Placer un aspirateur statique sur la cheminée |
||
| Améliorer la chaudière. | |
| Concevoir un conduit de cheminée. |
| Exemple : mesure des paramètres de la combustion avant et après réglage d’un brûleur gaz pulsé.
Exemple 1 :
Régulateur de tirage. Exemple 2 :
|
Auteur : les anciens
Eté 2008 : Brieuc.
Notes : 26.01.09