Lexique du chauffage

L'énergie dégagée par la combustion du fioul ou du gaz dans une chaudière ne peut pas être transférée à l'installation de chauffage sans une certaine perte. Les gaz de combustion qui s'échappent dans l'atmosphère via la cheminée contiennent une part relativement importante de chaleur, appelée "pertes dues aux gaz de combustion".

Lors du test annuel des émissions, les inspecteurs déterminent si la qualité de combustion et la perte due aux gaz de combustion en cours de fonctionnement du brûleur sont conformes aux réglementations légales. Ils vérifient que le brûleur fonctionne correctement et que le système est sûr. Même si le brûleur obtient le score maximal, cela ne donne que peu d'indication sur la consommation énergétique du brûleur (son efficacité énergétique saisonnière standard), car elle est également impactée de manière significative par le niveau des pertes en surface.

Les absorbeurs font partie intégrante de tout capteur solaire. Ils se trouvent sous le revêtement en verre transparent et à faible réflexion du capteur de manière que les rayons du soleil les atteignent directement.

Ils absorbent l'ensoleillement presque entièrement et l'énergie solaire est convertie en chaleur. En ce qui concerne le niveau d'efficacité, les absorbeurs dotés d'un revêtement hautement sélectif – ce qui est le cas de tous les capteurs solaires fabriqués par Viessmann – se distinguent des autres.

Une chaudière à co-génération se compose principalement d'un moteur, d'un générateur synchrone et d'un échangeur de chaleur. Le générateur synchrone, entraîné par le moteur à combustion interne (entraînement), génère un courant alternatif triphasé ayant une fréquence de 50 Hz et une tension de 400V qui est généralement utilisé sur le site.

Le réseau basse tension (0,4  kV) sert pour le raccordement électrique. En règle générale, les chaudières à co-génération fonctionnent en parallèle au secteur. Cependant, par principe, elles peuvent également être utilisées en mode de substitution au secteur en déployant des générateurs synchrones.

Le surplus d'électricité peut être exporté vers le réseau du fournisseur d'énergie. Le moteur génère de la chaleur qui peut être absorbée dans le "circuit de refroidissement interne", par le lubrifiant, le liquide de refroidissement du moteur et les gaz d'échappement, et qui peut être transférée au système de chauffage via un échangeur de chaleur à plaque.

Ce système de génération et d'utilisation de l'énergie est appelé co-génération de chaleur et d'électricité, car l'énergie mécanique (électricité) générée par le moteur et l'énergie thermique (chaleur) dégagée par le moteur lorsqu'il entraîne le générateur sont toutes deux utilisées simultanément.

Fonctionnement

Un moteur à combustion gaz entraîne un générateur pour produire de l'électricité. La chaleur créée est extraite du liquide de refroidissement et des gaz d'échappement via l'échangeur de chaleur, ce qui permet de l'utiliser.

En cas de production d'ECS bimode, l'eau chaude sanitaire est chauffée par deux générateurs de chaleur différents –– une chaudière et des capteurs solaires par exemple. La chaleur provenant des capteurs solaires est transférée au ballon d'ECS via un serpentin indirect présent dans le ballon d'ECS. Si nécessaire, l'eau peut être réchauffée par la chaudière via un second serpentin indirect.

De l'hydrogène et de l'oxygène suffisent pour générer de la chaleur et de l'électricité. La réaction chimique entre les deux substances sont la base de ce que l'on appelle parfois la "combustion à froid". Elle se produit entre deux électrodes : l'hydrogène est amené vers l'anode où un catalyseur sépare les ions positifs des électrons négatifs. Les électrons se déplacent vers la cathode via un conducteur électrique, ce qui crée un courant électrique. Dans le même temps, les ions hydrogène chargés positivement atteignent la cathode en passant dans l'électrolyte (une membrane échangeuse d'ions) où ils finissent par réagir avec l'oxygène pour former de l'eau. La chaleur est relâchée. L'ensemble du processus est responsable d'un point de vue environnemental et ne génère aucun polluant.

La valeur calorifique brute (Hs) définit la quantité de chaleur dégagée par la combustion complète, y compris la chaleur d'évaporation latente dans la vapeur d'eau des gaz de combustion.

Jusqu'à récemment, il n'était pas possible d'exploiter la chaleur d'évaporation, car les outils techniques n'existaient pas. La valeur calorifique nette (Hi) fut donc choisie pour tous les calculs de l'efficacité. Si l'on se réfère à Hi et que l'on exploite la chaleur d'évaporation supplémentaire, on peut donc obtenir des niveaux d'efficacité supérieurs à 100%.

La technologie de condensation exploite non seulement la chaleur générée par la combustion sous la forme d'une température mesurable des gaz chauds (valeur calorifique nette), mais aussi la teneur en vapeur d'eau (valeur calorifique brute). Les chaudières à condensation sont capables d'extraire pratiquement toute la chaleur comprise dans les gaz de combustion pour la convertir en énergie de chauffage.

Elles utilisent pour cela des échangeurs de chaleur hautes performances. Ils refroidissent les gaz de combustion avant qu'ils ne s'échappent par la cheminée, permettant la condensation délibérée de la vapeur d'eau contenue dans ces gaz. Cela génère une quantité de chaleur supplémentaire qui est transférée à l'installation de chauffage.

Avec cette technologie, une chaudière à condensation atteint une efficacité énergétique saisonnière standard [selon DIN] allant jusqu'à 98% (par rapport à Hs). Les chaudières à condensation sont donc particulièrement efficaces d'un point de vue énergétique, protégeant à la fois votre portefeuille et l'environnement.

Le principe de conception de la chaudière à triple parcours contribue à la réduction des émissions dangereuses. Les gaz chauds passent d'abord dans la chambre de combustion, puis retournent vers l'avant via une zone d'inversion et entrent dans un troisième parcours. Cela réduit la temps passé par les gaz de combustion dans la partie la plus chaude de la chaudière, ce qui réduit la formation d'oxyde d'azote (NOx).

Une source d'énergie innovante pour les pompes à chaleur eau glycolée/eau

Dans les constructions neuves d'aujourd'hui, un générateur de chaleur sur trois est une pompe à chaleur, et la tendance ne fait que croître. Pour le chauffage, la chaleur est extraite de l'air ambiant, du sol ou de la nappe phréatique.

Avec le système d'accumulation de glace Viessmann, il existe désormais une source de chaleur supplémentaire intéressante pour les pompes à chaleur eau glycolée/eau. L'accumulateur de glace comprend un réservoir avec des échangeurs de chaleur intégrés qui est enterré dans le jardin et rempli d'eau potable standard. Des absorbeurs air/solaires spéciaux sont installés sur le toit de la maison. Ils extraient la chaleur provenant de l'air ambiant et du rayonnement solaire pour l'alimenter vers l'unité de stockage. L'accumulateur de glace extraie également l'énergie directement du sol.

Chauffer avec la glace – une énergie supplémentaire

Lorsque nécessaire, la pompe à chaleur extrait l'énergie requise pour le chauffage et la production d'ECS du réservoir, refroidissant ou même faisant geler l'eau au cours du processus. Même lorsque le réservoir est entièrement gelé, il y a suffisamment de chaleur provenant des absorbeurs air/solaires et du sol pour permettre à la pompe à chaleur de chauffer le bâtiment de manière sûre et économique. L'énergie provenant du soleil et l'air ambiant, ainsi que la chaleur géothermique, servent à dégeler de nouveau le réservoir.

Dans chaque processus de combustion impliquant des combustibles fossiles, des gaz polluants sont générés : du monoxyde de carbone (CO) et de l'oxyde d'azote (Nox), en plus de l'inévitable dioxyde de carbone (CO₂). Les oxydes d'azote sont particulièrement pertinents ici. Une augmentation de ces gaz entraîne non seulement des niveaux supérieurs d'ozone nocif, mais c'est également un des facteurs responsables des pluies acides.

Dans un système de type caloduc, le fluide solaire ne circule pas directement dans les tubes. À la place, un liquide s'évapore dans le caloduc sous l'absorbeur et transfère la chaleur au fluide solaire. La connexion sèche des tubes du caloduc dans la tête, la petite quantité de fluide présente dans le capteur et la mise à l'arrêt automatique en fonction de la température dans le cas du Vitosol 300-T assurent une fiabilité opérationnelle particulièrement élevée.

Une chaudière système est un appareil mural conçu exclusivement pour le chauffage. De tels appareils peuvent être combinés avec un ballon d'ECS pour assurer également la production d'ECS.

Un système de commande du chauffage à compensation météorologique s'assure que la température de départ est adaptée à la demande en chaleur actuelle (la température de départ est la température de l'eau envoyée vers les radiateurs ou vers le plancher chauffant).

Pour cela, la température extérieure est mesurée et la température de départ est calculée en fonction de la température ambiante requise et des conditions à proximité du bâtiment.

La relation entre la température extérieure et la température de départ est décrite par les courbes de chauffe. Pour simplifier : plus la température extérieure est basse, plus la température de départ ou température de l'eau sortant de la chaudière est élevée.

La valeur calorifique nette (Hi) fait référence à la quantité de chaleur dégagée par une combustion complète si l'eau en résultant est relâchée sous forme de vapeur. La chaleur d'évaporation latente dans la vapeur d'eau des gaz chauds n'est pas utilisée.

Un appareil hybride est un appareil alimenté par différentes sources d'énergie. Ces systèmes comprennent par exemple les installations de pompe à chaleur bimode. Il s'agit d'installations de chauffage comprenant une pompe à chaleur fonctionnant à l'électricité combinée à au moins une chaudière à combustible fossile et à une unité de commande de niveau supérieur.

En cours de fonctionnement, la pompe à chaleur couvre la charge de base en utilisant une forte proportion d'énergie environnementale gratuite. Pour cela, l'unité extérieure extrait la chaleur latente de l'air extérieur et, par le biais du compresseur, l'élève à une température de départ pouvant atteindre 55°C.

La chaudière gaz à condensation n'intervient que si cela serait avantageux pour le mode de fonctionnement prédéfini, c'est-à-dire si cela entraînerait des frais de fonctionnement inférieurs pour l'utilisateur du système, des émissions de CO₂ plus faibles ou un confort ECS supérieur.

Tous les appareils muraux compacts à condensation Viessmann sont désormais équipés de l'échangeur de chaleur Inox-Radial en acier inoxydable. Cette technologie offre un niveau d'efficacité extrêmement élevé pouvant atteindre 98% [selon DIN] ainsi qu'un fonctionnement exceptionnellement fiable et efficace tout au long de sa longue durée de vie.

L'échangeur de chaleur Inox-Radial refroidit les gaz de combustion avant qu'ils ne soient envoyés vers la cheminée, permettant la condensation délibérée de la vapeur d'eau contenue dans ces gaz. La chaleur supplémentaire dégagée est transférée à l'installation de chauffage. Cette fonction permet non seulement d'économiser une énergie précieuse, mais aussi de protéger l'environnement grâce à des émissions de CO₂ nettement plus faibles.

Dans les pompes à chaleur, le coefficient de performance (COP) est le rapport entre transfert de chaleur et consommation électrique. Le facteur de performance saisonnier est la moyenne de tous les COP sur une année. Le COP sert à comparer les pompes à chaleur en termes d'efficacité, cependant, il est obtenu pour un point de fonctionnement particulier à des conditions de température définies.

Lors de la planification d'une installation, il faut prendre en compte son fonctionnement sur toute l'année. Pour cela, on détermine la quantité de chaleur transférée sur l'année par rapport à la puissance électrique totale prélevée par la pompe à chaleur (y compris l'alimentation des pompes, des unités de commande, etc.) sur la même période. Le résultat est le facteur de performance saisonnier. Exemple : Un SPF de 4,5 signifie que, en moyenne sur l'année, la pompe à chaleur a nécessité un kilowatt heure d'énergie électrique pour générer 4,5 kilowatt heure de chaleur.

Une chaudière combinée est un appareil mural qui sert à la fois pour le chauffage central et la production d'ECS. L'ECS est chauffée selon le principe du chauffage instantané de l'eau.

Le système de contrôle de la combustion Lambda Pro Control qui équipe les chaudières murales gaz à condensation Vitodens assure une combustion stable et responsable d'un point de vue environnemental, un niveau d'efficacité constamment élevé et une grande fiabilité opérationnelle, même si la qualité du gaz varie.

Le système de contrôle de la combustion Lambda Pro Control reconnaît automatiquement le type de gaz utilisé. Il n'est ainsi plus nécessaire de procéder à des ajustements manuels ni de faire des mesures lors de la mise en service. De plus, le système Lambda Pro Control gère en continu le mélange gaz/air pour assurer une combustion constamment propre et efficace, même lorsque la qualité du gaz varie. L'électrode d'ionisation fournit les données brutes requises pour cela directement depuis la flamme.

La fourniture décentralisée d'électricité et de chaleur devient de plus en plus pertinente. Viessmann propose des solutions qui peuvent contribuer à compenser la volatilité de l'alimentation en électricité provenant des énergies renouvelables. Les fermes éoliennes et les installations photovoltaïques ont été construites en grande quantité pour remplacer les centrales nucléaires et les stations électriques conventionnelles de grande taille.

Cependant, comme la disponibilité de ces énergies renouvelables varie et, par conséquent, ne peut pas être programmée, les chaudières combinées à co-génération sont devenues des composants importants dans le cadre d'une transition énergétique réussie. Ce développement s'appuie sur l'objectif politique d'accroître à 25% la part de l'électricité générée par les chaudières à co-génération d'ici 2020.

Une production d'électricité décentralisée

En cas de pénurie due à une génération d'électricité volatile, les micro chaudières à co-génération peuvent apporter une contribution importante pour couvrir la demande. Étant donné que tout se fait en local et que l'électricité est générée sur site, cela réduit également la pression reposant sur les réseaux électriques. Générer sa propre électricité avec des chaudières à co-génération est aujourd'hui une solution alternative viable à l'utilisation de l'électricité provenant du réseau public. En combinaison avec une unité de stockage d'électricité, il est possible d'obtenir une alimentation en électricité autonome, en particulier avec les micro chaudières à co-génération.

[1] Chaudière pour le pic de charge

[2] Module pile à combustible

[3] Tour ballon avec ballon d'ECS en acier inoxydable de 220 l, équipements hydrauliques et sondes

[4] Système de gaz de combustion équilibré

[5] Compteur d'exportation de co-génération intégré

[6] Interface de communication WiFi

[7] Compteur domestique (compteur d'électricité bi-directionnel)

[8] Circuit électrique domestique

[9] Réseau public

[10] Internet/application ViCare

Le but principal des pompes à chaleur consiste à fournir un chauffage central confortable et pratique, ainsi qu'une production d'ECS fiable. Cependant, elles peuvent aussi servir à rafraîchir un bâtiment. Alors que le sol et la nappe phréatique sont utilisés en hiver pour fournir de l'énergie pour le chauffage, ils peuvent servir en été à un rafraîchissement naturel.

Avec la fonction Natural Cooling, l'unité de commande de la pompe à chaleur ne démarre que la pompe principale et la pompe du circuit de chauffage. Cela signifie que l'eau relativement chaude du plancher chauffant peut transférer sa chaleur à l'eau glycolée du circuit primaire via l'échangeur de chaleur. Cela extrait de la chaleur de toutes les pièces raccordées. Le rafraîchissement naturel est donc un moyen particulièrement efficace sur le plan énergétique et peu coûteux afin de refroidir l'intérieur d'un bâtiment.

L'efficacité énergétique saisonnière standard [selon DIN] fut introduite afin de permettre de comparer la consommation énergétique de différents types de générateur de chaleur. En tant que mesure de l'utilisation d'énergie d'une chaudière, elle indique, sur une année, le pourcentage de l'énergie utilisée qui a été converti en énergie de chauffage utilisable.

Le niveau d'efficacité énergétique saisonnière standard [selon DIN] est particulièrement impacté par le niveau des pertes dues aux gaz de combustion et des pertes en surface en cours de fonctionnement.

Les pertes en surface correspondent à la proportion de la puissance de combustion relâchée dans l'air ambiant par la surface du générateur de chaleur, qui est donc perdue en tant qu'énergie de chauffage utilisable.

Elles se produisent sous la forme de pertes par radiation lorsque le brûleur est en fonctionnement ou sous la forme de pertes en veille lorsque le brûleur n'est pas en fonctionnement, en particulier au printemps et en automne, mais également au cours des mois d'été lorsque le brûleur n'est nécessaire que pour la production d'ECS.

En règle générale, les pertes en surface d'une chaudière ancienne seront substantiellement supérieures aux pertes dues aux gaz de combustion vérifiées par l'inspecteur des gaz de combustion. Le niveau des pertes en surface est donc un facteur critique de l'efficacité en termes de coûts (l'efficacité saisonnière standard) du générateur de chaleur.

Les termes ‘‘avec une cheminée’’ et ‘‘avec une ventouse’’ décrivent le mode d'alimentation d'une chaudière en air nécessaire à la combustion.

En mode de fonctionnement avec une cheminée, la chaudière prélève l'air de combustion dans la pièce où elle est installée. Bien entendu, la pièce doit alors avoir les évents nécessaires. Il y a plusieurs possibilités dans ce cas. Souvent, l'alimentation en air de combustion est assurée via des ouvertures ou fentes (évents) dans le mur extérieur. Si l'appareil est installé dans l'espace de vie, une autre option est 'l'alimentation en air ambiant interconnectée', qui permet une ventilation adéquate par des passages d'air (fentes dans les portes) vers un certain nombre d'autres pièces.

En mode de fonctionnement avec ventouse, l'air de combustion requis est fourni depuis l'extérieur via des tuyaux de ventilation. Principalement, trois solutions peuvent être identifiées :

1. Alimentation en air via une sortie verticale au niveau du toit
2. Alimentation en air via un raccord mural externe
3. Alimentation en air via un conduit des gaz de combustion équilibré

Les avantages d'un fonctionnement avec ventouse est que ce système offre plus de flexibilité qu'un fonctionnement avec une cheminée lors du choix de l'emplacement des chaudières murales gaz. En effet, l'appareil peut alors être installé n'importe où –– que ce soit dans les pièces de vie ou dans des niches, placards ou faux-plafonds.

L'indépendance vis-à-vis de l'air intérieur réduit également les pertes, car l'air chauffé dans la pièce n'est pas utilisé pour la combustion. Les appareils avec ventouse peuvent donc être installés dans l'enveloppe thermique du bâtiment.

Un ballon d'ECS bimode est l'élément central de ce type d'installation. Lorsque l'ensoleillement est suffisant, le fluide solaire présent dans l'installation solaire thermique chauffe l'eau du ballon d'ECS via le serpentin indirect inférieur. Lorsque la température baisse à cause d'un soutirage d'eau chaude, par exemple pour un bain ou une douche, la chaudière se met en marche si nécessaire pour fournir un appoint de chauffage via le deuxième circuit.

En plus de chauffer l'ECS, le fluide solaire chauffé dans les capteurs solaires peut également être utilisé pour porter l'eau de chauffage à température. Pour cela, le circuit de chauffage, via un échangeur de chaleur, utilise l'eau du ballon solaire qui est chauffée en permanence par les capteurs solaires. La régulation vérifie si la température ambiante souhaitée peut être atteinte. Si la température est inférieure à la valeur de consigne, la chaudière se met également en marche.

Un capteur solaire génère de la chaleur à chaque fois que la lumière du soleil atteint l'absorbeur – même lorsqu'aucune chaleur n'est requise. Par exemple, cela peut être le cas en été lorsque les résidents sont en vacances. Si le transfert de chaleur, via le ballon d'ECS ou le ballon tampon d'eau de chauffage, n'est plus possible car ils sont déjà tous les deux entièrement chauffés, la pompe de circulation se désactive et l'installation solaire thermique passe en stagnation.

En cas d'ensoleillement ultérieur sur le capteur, sa température augmente jusqu'à ce que le fluide caloporteur s'évapore, causant un stress thermique important sur les composants système tels que les joints, les pompes, les vannes et le fluide caloporteur lui-même. Dans les systèmes équipés de la mise à l'arrêt en fonction de la température ThermProtect, la formation de vapeur est évitée de manière fiable.

Capteur plan à plaque avec couche absorbante à commutation

Pour la première fois, un capteur plan à plaque évitant toute absorption d'énergie une fois une certaine température atteinte a été développé et breveté. Le revêtement de l'absorbeur du Vitosol 200-FM est basé sur le principe des ‘couches à commutation’. La structure cristalline, et donc la puissance du capteur, change en fonction de la température du capteur, réduisant ainsi la température de stagnation. À des températures d'absorbeur de 75°C ou plus, la structure cristalline du revêtement change, multipliant plusieurs fois le taux de rayonnement thermique. Cela réduit la puissance du capteur lorsque sa température augmente ; la température de stagnation diminue de manière significative et évite la formation de vapeur.

Une fois que la température dans le capteur chute, la structure cristalline revient à son état d'origine. Plus de 95% de l'énergie solaire entrante peut maintenant être absorbée et convertie en chaleur. Seule une petite proportion (moins de 5%) est irradiée de nouveau. Cela signifie que le rendement du nouveau capteur est supérieur à celui des capteurs plans à plaque conventionnels, car le capteur n'entre jamais en phase de stagnation et peut fournir de nouveau de la chaleur à tout moment. Le nombre de fois que la structure cristalline peut être modifiée est illimité, ce qui signifie que cette fonction est disponible en continu.

En mode capteur standard, le nouveau revêtement de l'absorbeur du capteur plan à plaque Vitosol 200-FM agit comme un revêtement d'absorbeur standard sur les capteurs plans à plaque Viessmann. À des températures de capteur de 75°C et plus, le transfert de chaleur est multiplié, évitant ainsi de manière fiable la surchauffe et la formation de vapeur en cas de stagnation.