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  • Departement Genie Thermique EnergieIUT dEvry - Bretigny - Juvisy

    Technologie des systemes thermiques

    LAFFAY Pierre-Olivier

    laffay@crans.org

    Version 2007-2008

  • Extrait1 du Programme Pedagogique National (( Genie Thermique et energie ))

    Intentions pedagogiques et competences associees

    Cet enseignement est un enseignement technologique de premiere annee. Il est destine a presenterles appareils essentiels de chauffage, de distribution et de transfert de fluide et a en etudierla decomposition eventuelle en sous-ensembles. Ce module vise a completer ceux de machinesthermiques et de mecanique des fluides en insistant sur les aspects technologiques et sur ceux lies aucouplage entre les machines qui transferent les fluides et les reseaux qui les distribuent. Les compresseurssont vus par ailleurs. Il presentera techniquement la composition globale des ensembles que lon trouveaussi bien dans le batiment que dans les industries, et la description fonctionnelle des divers elementsqui les composent. Seront mis en evidence leurs roles, leurs courbes caracteristiques de fonctionnement,les regles de securite a respecter. Les travaux pratiques seront prioritairement destines a permettre uncontact etroit de letudiant avec ces appareillages ; ils comporteront donc essentiellement des manipula-tions de demontage, mesurage, remontage. Les TP pourront etre groupes avec des TP dautres disciplinesdu meme semestre.

    Letudiant devra :

    savoir monter et demonter une chaudiere, un corps de chauffe ou un bruleur. connatre les fonctions caracteristiques des differents organes de distribution des

    fluides.

    savoir appliquer les regles de securite.

    Programme

    Bruleurs et chaudieres :

    les bruleurs : ... les chaudieres : ...

    Machines frigorifiques :

    organes principaux et auxiliaires

    Transferts et distribution des fluides :

    Les pompes : les differents types, vitesse variable, courbes caracteristiques Les ventilateurs : les differents types, vitesse variable, courbes caracteristiques

    Les reseaux aerauliques et hydrauliques :

    les composants : tubes, gaines, vannes, bouteilles de decouplage, ... pertes de charge, equilibrage adaptation reseaux - machine hydraulique et aeraulique, point de fonctionnement

    1Avec quelques adaptations mineures

  • Table des matieres

    Cours :

    1 Chaudieres et bruleurs 5

    2 Reseaux de fluides 47

    3 Pompes et ventilateurs 87

    4 Compresseurs 111

    5 Machines Frigorifiques 143

    6 Complements 173

    TD :

    1 Machines frigorifiques 185

    2 Hydraulique 189

  • Cours 1

    Chaudieres et bruleurs

    Contenu du coursI. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

    II. Prix de lenergie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

    III. Abrege de combustion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

    III.1. La combustion en elle meme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

    III.2. Proprietes fondamentales des combustibles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

    III.3. Le F.O.D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

    III.4. Les gaz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

    IV. Organisation de la chaufferie (introduction) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

    V. Les chaudieres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

    V.1. Logamax U122 de Buderus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

    V.2. Vitorond 200 de Viessmann . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

    V.3. Vitocrossal 200 de Viessmann . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

    V.4. Vitogas 100 de Viessmann . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

    V.5. Vitomax 200 de Viessmann . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

    V.6. Petit bilan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

    VI. Les bruleurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

    VI.1. Principe du bruleur a air souffle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

    VI.2. Bruleur Fioul OEN-156L EV de Oertli (33 a 50kW) . . . . . . . . . . . . . . 26

    VI.3. Vue partielle du Bruleur Gulliver BS1D de Riello . . . . . . . . . . . . . . . 27

    VI.4. Bruleur gaz EG 03 B de Elco (108 a 360kW) . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

    VI.5. Principe du bruleur gaz atmospherique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

    VI.6. Connecteur 7 broches et botier de controle de flamme . . . . . . . . . . . . 30

    VI.7. Sonde dionisation/Cellule photo-resistante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

    VI.8. Pompe a fioul . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

    VI.9. Gicleur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

    VI.10. Rechauffeur fioul . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

    VI.11. Detente et regulation gaz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

    VI.12. Chronogramme de mise en marche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

    VI.13. Courbe de chauffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

    VI.14. Selection dune chaudiere et dun bruleur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

    VII. Complements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

    VII.1. Loi demission de radiateurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

    VII.2. Elements permettant le reglage dun bruleur . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

    VII.3. Analyse de la combustion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

  • 6 COURS 1. CHAUDIERES ET BRULEURS

    I. Introduction

    La production deau chaude et de vapeur intervient dans de multiples domaines :

    eau chaude sanitaire et chauffage central reseaux de vapeur comme celui de la CPCU (Compagnie Parisienne de Chauffage

    Urbain)

    Le chauffage etant un des besoins fondamentaux de lhomme, il y a une tres forte demande de

    specialistes en conception, installation et maintenance dinstallationsde chauffage.

    En ordre de grandeur il faut retenir :

    ampoule a incandescence : 40W a 120 W installation de chauffage domestique : 10kW a 80kW installation de chauffage industriel : 100kW a 60MW centrale nucleaire : 1GW par coeur nucleaire

    La puissance de la chaudiere se determine a partir des besoins thermiques du bati, ces besoins

    etant eux-memes calcules suivant la reglementation thermique en vigeur soit laRT2005 depuis le 1er septembre 2006.

    Il est cependant utile en avant projet (pour pouvoir determiner lordre de grandeur du cout des

    installations,...) de pouvoir estimer la puissance de la chaudiere a installer. Une methode classi-quement utilisee est la methode des ratios. Avant daller plus loin sur le sujet signalons des-a-present

    que ces ratios ne sauraient en aucun cas se substituer a un calcul thermiquereglementaire complet lors de letude complete.

    Dans la methode des ratios, les deperditions maximales en France sont en premiere approximationcomprisent entre 20 et 60W.m3. Cette fourchette est assez large, il importe cependant de preciser quela consommation maximale est atteinte par des habitations anciennes souvent non ventilees, alors quela consommation minimale est atteinte par des installations neuves ou renovees qui sont ventilees.

    On peut affiner ce ratio :

    Puissance specifique (standard) de chauffage W.m3Volume/surface isolationdeperditive (m) actuelle annees 80 sans

    0.5 34 46 681 20 27 48

    1.5 18 23 412 17 21 373 16 20 344 15 17 32

    Prenons lexemple dune maison de 100m2 et de hauteur sous plafond 2,7m.

    Son volume est : V = 100 2, 7 = 270m3Lisolation est (( standard )), on choisit un ratio de 30W.m3.Soit une estimation des deperditions : P 270 30 = 8100 8kW

    Du fait de la relance thermique (retour de vacances, ralenti de jour/nuit,...), il fautselectionner une chaudiere pouvant fournir (choix par defaut) 20% de puissance en plus.

    IUT dEvry - Bretigny - Juvisy GTE 2007-2008

  • COURS 1. CHAUDIERES ET BRULEURS 7

    En France la reglementation distingue les installations a Eau Chaude Basse Temperature (ECBT)(inferieure a 110C) des installations a Eau Chaude Haute Temperature (ECHT). Leau est qualifiee

    de fluide caloporteur car cest elle qui vehicule lenergie calorifique depuis sa pro-duction (combustion dans la chaudiere) vers son utilisation (emission par les radiateurs,planchers chauffants,...).

    Les elements essentiels dune installation de chauffage a eau chaude sont :

    production : chaudiere et bruleur distribution : pompe et tuyauterie emission : robinets thermostatiques et radiateurs securite :vase dexpansion et soupape de securite regulation : sondes de temperatures et botier deregulation

    Tcapteur de temperature exterieure

    botierderegulation

    soupape

    bruleur

    chaudiere pompe

    vase dexpansion

    En pratique on rencontre des reseaux 80/60C ou 45/35C. Les seconds etant qualifies de reseauxa tres basse temperature (planchers chauffants essentiellement). La notation 80/60 a la significa-

    tion suivante : la temperature de depart chaudiere est de 80C et celle de retourchaudiere est de 60C.

    IUT dEvry - Bretigny - Juvisy GTE 2007-2008

  • 8 COURS 1. CHAUDIERES ET BRULEURS

    II. Prix de lenergie

    Lenergie est un defi davenir : manque de ressources, pollu-tion, independance energet

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