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Oct 08, 2023

Zone hydronique : l'évolution des chaudières à biomasse

FIGURE 1 : Une façon d'éviter les problèmes de cycle court consiste à installer un

FIGURE 1:Une façon d'éviter les problèmes de cycle court consiste à installer un réservoir de stockage thermique entre la chaudière à granulés, comme illustré ici.

FIGURE 2:Un réservoir avec les mauvaises connexions de tuyauterie ne stratifiera pas correctement.

Pour ceux qui veulent brûler du bois de chauffage, les chaudières modernes à gazéification du bois offrent des rendements de combustion en régime permanent d'environ 80 % et des rendements à cycle complet de l'ordre de 70 à 75 %. C'est beaucoup plus élevé - presque le double - que l'efficacité moyenne du cycle de combustion obtenue par les fournaises extérieures au bois utilisant une combustion à un seul étage.

Les chaudières à biomasse modernes sont aussi différentes des chaudières à bois de la génération précédente que les smartphones le sont de leurs prédécesseurs à cadran rotatif. Par exemple, les chaudières à granulés modernes peuvent fonctionner sans surveillance pendant plusieurs semaines. Ils transportent automatiquement les granulés du stockage en vrac vers leur chambre de combustion, les enflamment et modulent le processus de combustion en fonction de la température de l'eau et de la teneur en oxygène des gaz d'échappement. Certains modèles compriment même la petite quantité de cendres produites, ce qui allonge le temps entre les nettoyages.

Plusieurs des chaudières à granulés actuellement disponibles en Amérique du Nord peuvent fonctionner à des rendements de combustion en régime permanent d'au moins 85 %. Les modèles actuellement utilisés en Europe peuvent augmenter cela de 5 à 7 % supplémentaires en condensant les gaz de combustion avant qu'ils ne soient évacués de la chaudière.

La tendance à la hausse, et souvent imprévisible, du coût du mazout et du propane n° 2, qui sont couramment utilisés dans les bâtiments ruraux et semi-ruraux, a suscité l'intérêt pour les chaudières à biomasse à base de bois à haut rendement. Cela est particulièrement vrai dans le nord-est des États-Unis, où la combustion du bois pour le chauffage domestique est ancrée dans la culture et déjà utilisée dans des dizaines de milliers de foyers.

L'entrepreneur en chauffage moyen pourrait supposer que l'installation d'une chaudière à biomasse à haut rendement est aussi simple que de la raccorder au système à côté d'une chaudière au mazout ou au propane existante. Il suppose que la chaudière à biomasse fournit la charge lorsqu'elle fonctionne et transfère automatiquement la charge à la chaudière conventionnelle si elle manque de combustible. Bien que cela semble logique et soit partiellement vrai dans certains systèmes, cela néglige souvent les exigences de fonctionnement uniques des chaudières à biomasse qui doivent être respectées si l'on veut atteindre des performances optimales.

Pour obtenir une efficacité thermique élevée, de faibles émissions et un confort inégalé, toutes les chaudières à biomasse doivent être associées à un système équilibré et conçu de manière appropriée. Ce dernier fait référence à tous les aspects du système de chauffage complet autres que la chaudière à biomasse. Certains des principaux composants de l'équilibre du système comprennent un réservoir de stockage thermique correctement dimensionné et canalisé, un système de contrôle correctement configuré, des circulateurs à haut rendement, des vannes de mélange et des émetteurs de chaleur à basse température.

Si l'un de ces composants ou sous-systèmes n'est pas correctement sélectionné ou installé, il est probable que la chaudière à biomasse ne fonctionnera pas à son plein potentiel. Cela se traduira par une consommation de carburant accrue, des émissions plus élevées et un confort compromis. Bien que la chaudière soit généralement blâmée, elle n'est généralement pas la cause première de la plupart des problèmes de fonctionnement.

Par exemple, de nombreuses chaudières à pellets à la pointe de la technologie sont capables de moduler leur production de chaleur jusqu'à environ un tiers de leur capacité nominale. Et, bien que cela améliore leur capacité à faire correspondre la production de chaleur à la demande de chaleur, cela n'élimine pas la possibilité de cycles courts dans des conditions de faible charge, en particulier si la chaudière à pellets alimente un système de distribution hautement zoné avec des émetteurs de chaleur à faible masse thermique. Un système de distribution autonome desservant plusieurs radiateurs à panneaux, chacun équipé d'une vanne de radiateur thermostatique, serait un exemple d'un tel système de distribution.

Pour mettre cela en perspective, avez-vous déjà observé le cycle court d'une chaudière mod-con moderne alimentée au gaz lorsqu'elle est connectée directement à un système de distribution hautement zoné sans réservoir tampon ? Je pose souvent cette question aux entrepreneurs qui assistent à mes séminaires de formation. Compte tenu des réponses que j'obtiens, il semble que les cycles courts restent un problème assez répandu dans notre industrie.

Maintenant, comparez cette situation à celle des chaudières modulantes à pellets. La plupart des chaudières mod-con à gaz de la génération actuelle ont des rapports de réduction d'au moins 5:1. La plupart des chaudières à granulés de la génération actuelle ont des rapports de réduction de 3:1, certaines gérant 4:1. Plus le rapport de réduction est petit, plus la capacité de la chaudière à répondre à la charge de chauffage est limitée, en particulier si elle est surdimensionnée par rapport à la charge de conception. Cela implique qu'une chaudière à granulés, avec un taux de variation plus faible, est encore plus susceptible d'avoir un cycle court par rapport à une chaudière à gaz mod-con dans des systèmes sans stockage thermique adéquat.

Une façon d'éviter de tels problèmes consiste à installer un réservoir de stockage thermique entre la chaudière à granulés, comme illustré à la figure 1.

Notez que le réservoir de stockage thermique est raccordé différemment des autres systèmes utilisant des réservoirs tampons. Les détails de cette tuyauterie sont "complémentaires" aux caractéristiques de fonctionnement de la chaudière à pellets. Ils permettent également un tamponnage adéquat de la chaudière auxiliaire sans nécessiter que cette chaudière chauffe l'ensemble du ballon tampon. Ces détails de tuyauterie améliorent la stratification de la température dans le réservoir.

Il existe également trois capteurs de température différents situés à différentes positions dans le réservoir. Leur placement et les algorithmes de contrôle qu'ils facilitent sont complémentaires au fonctionnement des deux chaudières.

Obtenir des performances optimales d'un réservoir de stockage thermique alimenté par une chaudière à granulés nécessite plus qu'un simple calcul du volume du réservoir et la sélection d'un produit facilement disponible du volume requis. Un réservoir avec les mauvaises connexions de tuyauterie ne stratifiera pas correctement. Cela réduit l'utilité du réservoir lorsque l'on tente de créer de longs cycles de fonctionnement pour la chaudière à granulés.

J'ai vu cela se produire dans plusieurs systèmes impliquant des réservoirs qui coûtent plusieurs milliers de dollars. Un exemple est illustré à la figure 2.

Cette performance sous-optimale est à la fois regrettable et évitable. Ce dernier nécessite un examen attentif du fonctionnement de la chaudière à granulés et de la chaudière auxiliaire, une connaissance des caractéristiques de débit et de température de la charge et de la manière dont tout cela affecte le débit entrant et sortant du réservoir. Ces informations peuvent ensuite être utilisées pour déterminer la taille et les emplacements des connexions de tuyauterie qui encouragent plutôt que détruisent la stratification de la température.

La technologie hydronique moderne fournit un milieu qui peut être habilement manipulé pour créer un système parfaitement équilibré pour tous les types de chaudières à biomasse. Grâce à une sélection et un dimensionnement appropriés des composants du système hydronique, la chaudière à biomasse est encouragée à fonctionner sur de longs cycles de combustion où elle atteint une efficacité optimale et des émissions minimales. La chaleur qu'il produit est stockée dans un réservoir de stockage thermique correctement stratifié, en attendant un besoin de chauffage des locaux ou de chauffage de l'eau sanitaire.

Lorsque ce besoin est présent, la chaleur est transmise silencieusement là où elle est nécessaire en utilisant une puissance électrique minimale. La chaleur est doucement diffusée dans l'espace sans même que les occupants s'en aperçoivent. Si nécessaire, une chaudière auxiliaire assume une partie ou la totalité de la charge de chauffage avec une transition en douceur et sans compromis sur le confort.

Il existe de nombreuses façons de créer des conceptions de système équilibrées en fonction du type et de la taille exacts de la chaudière à biomasse qui fournira la chaleur. Les conceptions optimisées pour les chaudières à gazéification du bois ne sont pas nécessairement optimales pour les chaudières à granulés ou celles brûlant des copeaux de bois à humidité plus élevée.

Si vous souhaitez en savoir plus, j'ai donné un cours en ligne qui a approfondi les détails de la combinaison des chaudières à biomasse avec la technologie hydronique moderne - "Systèmes de chauffage à biomasse à base hydronique". Le cours a été dispensé sur 10 semaines grâce à un partenariat avec le HeatSpring Learning Institute et le Biomass Thermal Energy Council (BTEC). Ce cours a exploré les possibilités d'utilisation des chaudières à gazéification du bois, des chaudières à pellets et des chaudières à copeaux de bois. Il a introduit des blocs de construction et des sous-systèmes et a procédé à leur fusion en plusieurs systèmes complets et entièrement documentés.

Il s'est concentré sur les écrous et les boulons nécessaires pour obtenir des résultats optimaux en utilisant du matériel facilement disponible. Si vous êtes intéressé, envisagez de suivre le cours gratuit "test drive" sur bit.ly/btecbiomass.

Les chaudières à biomasse et la technologie hydronique moderne sont faites l'une pour l'autre. Les chaudières fournissent de la chaleur à partir d'une source de carburant renouvelable qui est souvent d'origine locale et nettement moins chère que le mazout ou le propane. La technologie hydronique moderne déplace la chaleur quand et où elle est nécessaire et la fournit avec un confort inégalé. Je suis convaincu que cette relation complémentaire a ouvert la voie à une croissance substantielle du marché à mesure que de plus en plus de professionnels du chauffage découvrent ce qui est disponible.

Êtes-vous prêt à saisir cette opportunité ?

Date de parution : 30/11/2015

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