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1 J-M R. DS-BTP
LES GENERATEURS
DE CHALEUR
2006
2
Généralités
Le générateur sans production d’eau chaude sanitaire
Le générateur avec production d’eau chaude sanitaire
Divers
3
Introduction
Le générateur au sol
Le générateur mural
Généralités
La condensation
4
Introduction
Les générateurs peuvent être classés en fonction de divers paramètres.
D’après le matériau :
- Générateur en fonte
- Générateur en acier
D’après la pression de
fonctionnement :
- Générateur basse pression
- Générateur haute pression
D’après le type de chaudière :
- Générateur spécifiquement
conçu pour un combustible
- Générateur transformable
- Générateur polycombustible
D’après le combustible :
- Générateur à combustible solide
- Générateur à combustible liquide
- Générateur à combustible gazeux
- Générateur électrique
D’après le fluide caloporteur :
- Générateur à eau chaude < à 110°C
- Générateur à eau chaude > à 110°C
- Chaudière vapeur basse pression
- Chaudière vapeur haute pression
D’après la pression régnant dans la
chambre de combustion :
- Générateur à foyer atmosphérique
- Générateur à foyer pressurisé
D’après le type de préparation d’eau
chaude sanitaire :
- Générateur à préparation d’eau chaude
sanitaire à accumulation
- Générateur à production d’eau chaude
sanitaire instantanée
D’après le type de circulation des
gaz brûlés :
- Générateur à combustible solide,
combustion à travers la masse
- Générateur à combustible liquide,
simple, double ou triple parcours
- Générateur à combustible gazeux,
à air soufflé ou atmosphérique
REMARQUE IMPORTANTE
Nous utiliserons d’une manière
générale le terme « générateur »
pour l’eau chaude et surchauffée
et réserverons le terme «
chaudière » pour la vapeur.
5
Introduction
La générateur est un équipement dans lequel la chaleur produite par transformation de
l’énergie fournie (fioul, gaz, charbon, bois) est transmise à de l’eau pour augmenter sa
température.
6
Le générateur fonte
Le générateur acier
Le générateur au sol
Terminologie
7
Le générateur fonte
Dans les petites et moyennes installations, la production de chaleur se faisait autrefois
presque exclusivement à partir de générateurs à éléments en fonte. De tels générateurs se
composent d’un nombre plus ou moins grand d’éléments intermédiaires fixés ensemble
auxquels on adjoint un élément de façade et un élément arrière ce qui permet d’obtenir
en fonction du nombre d’éléments différentes puissances.
De nos jour, la construction de tels générateurs se fait encore sur le même principe.
Les principales caractéristiques de ces générateurs sont :
- fabrication en grande série de caractéristiques constantes,
- facilité de montage même dans les cas de rénovation de l’habitat ancien,
- sécurité de fonctionnement presque absolue, risques de corrosion tant à
l’extérieur qu’à l’intérieur très réduit,
- possibilité d’augmentation de la puissance par simple adjonction
d’éléments intermédiaires.
8
Le générateur fonte
9
Le rôle du foyer et de permettre à la flamme de se développer et d’absorber l’énergie produite par celle ci
Le foyer est composé d’éléments intermédiaires dont le nombre permet
d’adapter la puissance fournie aux besoins.
Le générateur fonte
10
Le générateur fonte
- Ils sont entièrement démontables.
- Ils sont constitués d’éléments assemblés entre eux par des nipples et des tirants.
11
Principaux constituants d’un générateur fonte
Collecteur de fumées
12
Il peut être en fonte ou acier.
Il est utilisé en installation domestique et en
installation de moyenne puissance.
Le générateur à brûleur atmosphérique
13
Le générateur acier à brûleur vertical
14
Le générateur fonte de moyenne puissance
15
Le générateur acier
Ces générateurs sont en général monobloc. Certaines marques proposent pour des
puissances élevées un assemblage sur site afin de pallier les contraintes dimensionnelles.
Ils possèdent des foyers avec différents modes de parcours de fumées et peuvent
fonctionner à basse voire très basses températures.
Les principaux avantages de ces générateurs sont par rapport à la fonte :
- masse moins importante à puissance égale,
- géométrie optimale de la chambre de combustion,
- possibilité de réparation par simple soudage,
- bien adaptés aux pression et températures élevées,
- plus grande charge thermique des surfaces de chauffe,
- puissances élevées par unité.
Par contre, des inconvénients subsistent :
- les risques de corrosion sont plus élevés,
- impossibilité d’augmenter la puissance par adjonction d’éléments,
- difficultés de transport et de manutention dans le cas de grosses unités.
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Le foyer d’un générateur acier
Il existe pour les générateurs en acier différents types de foyer
• Les générateurs à foyer borgne • Les générateurs à foyer non borgne
Le foyer est fermé dans le fond. Les
fumées reviennent sur le devant puis
passent dans les carneaux, avant
d’être évacuées à la cheminée.
Le foyer est ouvert dans le fond. Les
fumées traversent les carneaux, puis
sont évacuées à la cheminée.
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Terminologie
Tableau de commande
Permet de réunir les divers raccordements électriques, commandes et signalisations.
18
Sortie générateur
Entrée générateur
Permettent de raccorder le générateur à l’installation.
Terminologie
19
Doigts de gants
Permettent d’installer les bulbes des organes de mesure de température.
Terminologie
20
Calorifuge
Isole thermiquement le corps du générateur.
Terminologie
21
Raccord de soupapes
Permet de raccorder directement la soupape de sûreté sur le générateur.
Terminologie
22
Boite à fumées
Récupère les fumées en sortie de carneaux
Terminologie
23
Buse de fumées
Permet le raccordement du conduit de fumées.
Terminologie
24
Trappe de ramonage
Permet de récupérer les suies et résidus de combustion de la boite à fumées.
Terminologie
25
Raccord de chasse
Permet de raccorder directement une vanne de chasse ou de vidange sur le générateur.
Terminologie
26
Foyer
Permet à la flamme de se développer et de transmettre l’énergie au générateur.
Terminologie
27
Les carneaux
Permettent la circulation des fumées et la transmission de l’énergie au générateur.
Terminologie
28
Turbulateurs
Permettent de ralentir le passage des fumées dans les carneaux et
d’augmenter le temps d’échange entre les fumées et l’eau.
Terminologie
29
Le générateur acier de forte puissance à tubes de fumées
30
Le générateur chauffage seul
Le générateur ECS seul
Le générateur mural
Le générateur mixte
31
Le générateur mural vue en coupe
32
Terminologie
Vase d ’expansion ventouse
Purgeur d ’air
Corps de chauffe
Bloc gaz
Tubulure gaz
Circulateur
Ventilateur
Vannes trois voies
Départ chauffage Retour chauffage
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Terminologie
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Le générateur chauffage seul
Gaz
Le générateur chauffe l’eau du circuit chauffage
Le radiateur chauffe le local
35
Le générateur ECS seul
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Le générateur mixte
Le générateur assure deux services, il est en attente d’une demande de
sanitaire ou de chauffage
37
Le générateur à condensation
Le condenseur autonome
La condensation
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Le générateur à condensation
Dans ce type de générateur on récupère la
chaleur latente contenue dans la vapeur d’eau
des fumées, ainsi que la chaleur sensible de ces
fumées.
Pour que le générateur fonctionne dans des
conditions optimales il faut que la température du
circuit soit inférieure au point de rosée qui est
d’environ 60 °C pour le gaz.
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Le générateur à condensation de forte puissance
40
Le condenseur autonome
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Le générateur sans production d’eau chaude sanitaire
Généralités
Le générateur à combustibles solides
Le générateur gaz à brûleur atmosphérique
Le générateur gaz ou fioul à brûleur à air soufflé
Le générateur spéciale
Le générateur aéraulique
Le générateur électrique
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Généralités
Ce type de générateur dit « à simple service » a uniquement pour
fonction de réchauffer de l’eau au niveau primaire de l’installation.
Dans la partie secondaire du réseau, le générateur peut fournir de
l’énergie soit pour le chauffage, soit pour la production d’eau chaude
sanitaire via un échangeur soit assurer les deux fonctions.
43
Le générateur à combustibles solides
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Le générateur gaz à brûleur atmosphérique
Il peut être au sol ou mural. D’une manière générale, les générateurs muraux sont
réservés aux petites puissances.
Ces générateurs en opposition aux générateurs équipés de brûleurs à air soufflé ne
sont pas équipés de brûleurs à ventilateurs. L’air nécessaire à la combustion est
aspiré par simple ascension des gaz brûlés.
Il est important de ne pas confondre le ventilateur du brûleur et le ventilateur
d’extraction des gaz brûlés, que nous trouvons sur certains générateurs très
performants, mais dont la résistance au passage des gaz brûlés est supérieure au
tirage naturel que pourrait offrir une cheminée.
Ces générateurs à brûleur atmosphérique peuvent être soit raccordés au conduit de
fumées et prennent l’air comburant dans le local où ils sont situés, soit équipés de
ventouses assurant l’alimentation en air comburant depuis l’extérieur dans un
conduit double enveloppes.
Les brûleurs peuvent prendre plusieurs formes et peuvent être constitués de rampes
acier, fonte ou de diffuseur hémisphériques.
45
Le générateur gaz à brûleur atmosphérique
46
Le générateur gaz à brûleur atmosphérique moyenne puissance
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Le générateur gaz ou fioul à brûleur à air soufflé
De tels générateurs qu’ils soient au fioul ou au gaz, ne se différencient pas
fondamentalement du point de vue construction si bien qu’ils peuvent fonctionner
indifféremment avec un brûleur fioul ou un brûleur gaz soufflé.
Les principaux avantages du fioul sont :
- bonnes possibilités de régulation,
- possibilité de marche programmée,
- libre choix du vendeur de combustible,
- simplicité des brûleurs facilitant la maintenance.
Les principaux avantages du gaz sont :
- paiement des factures au vu des consommations,
- encombrement minimal du fait de l’absence de stockage,
- contrôle simple des consommations,
- propreté des installations.
48
Le générateur à tubes d’eau
La chaudière vapeur
Le générateurs spéciaux
Le générateur à huile thermique
Le générateur solaire
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Le générateur aéraulique à combustibles solides
Le générateur aéraulique à gaz
Le générateur aéraulique
Le générateur aéraulique à fioul
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Le générateur électrique à eau comme fluide accumulateur
Le générateur électrique avec autre fluide accumulateur
Le générateur électrique
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Le générateur à tubes d’eau
Ce sont des générateurs surtout utilisés en centrales thermiques.
Contrairement aux générateurs traditionnels à tube foyer, c’est l’eau qui circule dans
des tubes. Cette eau peut circuler naturellement ou être forcée par un circulateur.
Ce type de générateurs est réservé à des puissances très élevées.
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La chaudière vapeur
Cette chaudière est principalement utilisée pour des process industriels divers :
- chauffage urbain,
- cuisines collectives,
- hôpitaux,
- laveries industrielles,
- pressing.
Le circuit primaire est constitué par une chaudière à vapeur et le circuit secondaire produit l’eau chaude par un échangeur de chaleur qui peut être monté soit dans la chambre vapeur du générateur soit sur la chaudière soit sur un châssis annexe à la chaudière
53
La chaudière vapeur
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Le générateur à huile thermique
De même que la chaudière vapeur, le générateur à huiles thermiques est surtout utilisé
en industrie.
C’est la propriété des huiles de pouvoir atteindre des températures élevées à la pression
atmosphérique qui est retenue dans ce principe.
Comme c’est le cas pour l’eau, les huiles peuvent être réchauffées dans des générateurs
spéciaux puis être distribuées aux différents utilisateurs au moyen de pompes.
La mise en température s’effectue au moyen de brûleurs fioul, gaz ou encore
électriquement.
La circulation de l’huile peut se faire en circuit ouvert ou fermé.
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Le générateur à huile thermique
Générateurs à huile
56
Le générateur solaire
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Le générateur aéraulique à combustibles solides
C’est un appareil composé de trois parties, à savoir :
- le foyer,
- l’échangeur de chaleur,
- l’habillage.
Le foyer est constitué d’une chambre en matériau réfractaire dans laquelle a lieu la
combustion.
Ce générateur est souvent fabriqué en fonte et est recouvert de profilés en forme d’ailettes
afin d’augmenter la surface de chauffe.
Il est utilisé essentiellement pour réchauffer de grands volumes (gymnases par exemple).
L’habillage est constitué d’une chambre maçonnée, l’air à réchauffer entrant par le
dessous et la sortie de l’air chaud se faisant en partie supérieure.
L’utilisation de tels générateurs est pratiquement abandonnée du fait de l’impossibilité
d’obtenir un chauffage uniforme et du fait de la difficulté de réguler.
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Le générateur aéraulique à gaz
Dans ce type d’appareil, on utilise la chaleur dégagée par la combustion du gaz pour
assurer directement le réchauffage de l’air sans utiliser de fluide caloporteur
intermédiaire tel que l’eau ou la vapeur.
Les principaux éléments de se générateur sont :
- le brûleur,
- l’échangeur,
- les dispositifs de régulation,
- les dispositifs de sécurité.
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Le générateur aéraulique à fioul
Dans l’ensemble, on peut leur appliquer tout ce qui à été dit à propos des
générateurs gaz.
Il se composent principalement de :
- une chambre de combustion en acier spécial,
- un brûleur fioul,
- une batterie de chauffage,
- un châssis permettant le raccordement aux conduits d’air.
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Le générateur électrique à eau comme fluide accumulateur
Dans ce type de générateur, la chaleur produite par le courant électrique est
accumulée dans l’eau.
Le réchauffage de l’eau s’effectue, soit directement dans l’accumulateur même, soit
dans un générateur indépendant auquel on adjoint un accumulateur indépendant.
Le réchauffage direct est surtout utilisé pour des petites installations. C’est une ou
plusieurs résistances plongeantes qui réchauffent l’eau et la maintient à température
dans le lieu de stockage.
Le réchauffage indirect est dédié aux grosses puissances. C’est un ensemble de
résistances plongeantes qui réchauffent instantanément un petit volume d’eau qui est
transporté au moyen d’une pompe dans une unité de stockage annexe.
61
Le générateur électrique à eau comme fluide accumulateur
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Le générateur électrique avec autre fluide accumulateur
A la place de l’eau on utilise dans ces générateurs un autre médium accumulateur
de chaleur.
Les substances accumulatrices peuvent être liquides telle que l’huile ou solides
tels que des éléments réfractaires.
Dans tous les cas, les médium utilisés ont un pouvoir accumulateur donc une
capacité thermique massique élevée et une bonne conductibilité thermique.
63
Le générateur avec production d’eau chaude sanitaire
Le générateur mural
Le générateur au sol
Le générateur ECS indépendant
Généralité
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Généralités
Ce type de générateur dit « à double service » a pour fonction de réchauffer de
l’eau au niveau primaire de l’installation.
Dans la partie secondaire du réseau, ce générateur peut fournir directement ou
via un échangeur l’énergie pour la production d’eau chaude sanitaire et pour le
chauffage.
65
La production d’ ECS instantanée
La micro accumulation
Le générateur mural
L’accumulation
66
La production d’ ECS instantanée
Le générateur assure deux
services il est en attente d’une
demande de sanitaire ou de
chauffage
Pour assurer ces fonctions le générateur devra :
- prendre en compte les souhaits de l’utilisateur ( d’eau chaude),
- assurer la détection (débit-stat, valve à eau),
- assurer l’alimentation en gaz (vanne de barrage, bloc gaz),
- assurer la combustion (brûleur, foyer, contrôle de flamme),
- assurer l’échange (corps de chauffe),
- assurer la régulation (aquastat, thermistances, modulation),
- assurer l’évacuation des fumées (coupe tirage, cheminée, ventouse).
67
La production d’ ECS instantanée
68
La micro accumulation
Pour assurer ces fonctions le générateur devra :
- prendre en compte les souhaits de l’utilisateur ( d’eau chaude),
- maintenir la réserve d’eau en température,
- assurer la détection (débit-stat, valve à eau),
- assurer l’alimentation en gaz (vanne de barrage, bloc gaz),
- assurer la combustion (brûleur, foyer, contrôle de flamme),
- assurer l’échange (corps de chauffe),
- assurer la régulation (aquastat, thermistances, modulation),
- assurer l’évacuation des fumées (coupe tirage, cheminée, ventouse).
Le générateur maintient le micro
accumulateur en température, lors d’un
puisage, le brûleur du générateur
s’allume instantanément pour maintenir
la micro accumulation en température Gaz
Eau froide
69
La micro accumulation
70
L’accumulation
Pour assurer ces fonctions le générateur devra :
- prendre en compte les souhaits de l’utilisateur ( d’eau chaude),
- contrôler la température de stockage (aquastat ballon),
- assurer l’alimentation en gaz (vanne de barrage, bloc gaz),
- assurer la combustion (brûleur, foyer, contrôle de flamme),
- assurer l’échange (corps de chauffe, échangeur),
- assurer la régulation (aquastat, thermistances, modulation),
- assurer la sécurité hydraulique (groupe de sécurité, soupape, disconnecteur),
- assurer l’évacuation des fumées (coupe tirage, cheminée, ventouse).
Gaz
Eau froide
Le générateur maintient le ballon en
température, lors d’un puisage le
ballon chute en température, et le
brûleur du générateur se rallumera
si besoin.
71
L’accumulation
72
La production semi - instantanée
La production semi - accumulée
Le générateur au sol
La production instantanée
73
La production semi - instantanée
Seule la capacité du ballon d’ECS
change entre la production semi-
instantanée et la production semi-
accumulée.
74
La production semi - accumulée
Seule la capacité du ballon d’ECS change
entre la production semi-instantanée et la
production semi-accumulée.
75
La production d’eau chaude sanitaire est
prioritaire sur le chauffage, un aquastat
la commande.
Pour un générateur monobloc le ballon
est immergé dans la partie supérieure
de la chaudière.
Le générateur avec production d’eau chaude sanitaire
76
Le générateur fonte avec accumulation E.C.S.
77
Le générateur acier avec accumulation E.C.S.
78
La production instantanée
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Le générateur électrique instantané
Le générateur électrique accumulé
Les générateurs ECS indépendants
Le générateur gaz instantané
Le générateur gaz ou fioul accumulé
80
Le générateur électrique instantané
81
Le générateur électrique accumulé
82
Le générateur gaz instantané
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Le générateur gaz ou fioul accumulé
84
Le générateur fonte avec accumulation E.C.S.
85
Le générateur électrique avec autres fluides accumulateurs
Générateurs à huile
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Le générateur mural
La production instantanée
La micro accumulation
L’accumulation
87
Le générateur au sol
La production semi instantanée
La production semi accumulée
La production instantanée
88
Le générateur E.C.S. indépendant
Le générateur électrique instantané
Le générateur électrique accumulé
Le générateur gaz accumulé
Le générateur fioul accumulé
Le générateur gaz instantané
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Divers
Choix d’un générateur
Sélection générateur sur catalogue
Raccordements hydrauliques d’un générateur
Équipements périphériques d’un générateur
Débits d’irrigation
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Choix d’un générateur
En fonction de son utilisation :
chauffage seul ou chauffage avec ECS.
En fonction de son rendement :
générateur plus ou moins performant.
En fonction du combustible :
fioul ou gaz.
En fonction de sa puissance :
par rapport aux besoins de l’installation.
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Sélection d’un générateur sur catalogue
92
Équipements périphériques d’un générateur
Soupape de
sécurité
Générateur
Pompe de
circulation
Vannes
d’isolement
chaudières
Thermomètres
Pompe de
recyclage
Vase
d’expansion
Remplissage
disconnecteur
93
Raccordements hydrauliques d’un générateur
Alimentation par un générateur acier d’un circuit radiateur :
Générateur
Départ chauffage
Soupape de
sécurité
Vannes
d’isolement
chaudières
Pompe de
circulation
Vase
d’expansion
Retour chauffage Thermomètres
Remplissage
Recyclage
Recyclage
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Débits d’irrigation
Débit d’irrigation d’un générateur :
Il faut éviter tout choc thermique.
Le débit d’irrigation d’un générateur sera compris entre 1/3 et 3 fois le débit nominal.
Le débit nominal = Puissance générateur / (1.16 * Δθ) avec Δθ = 15 K
Si il y a variation de débit dans le générateur, il devra être progressif.
Exemple de calcul d’un débit d’irrigation pour un générateur de 200 kW
QV nominal = 200/ (1.16*15) = 11.50 m3/h
QV d’irrigation minimum = 11.50/3 = 3.84 m3/h
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