Récupération de la chaleur au moyen d'économiseurs de cheminée de chaudière
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Description
Un économiseur de chaleur de cheminée (voir figure 1) est
un échangeur de chaleur air-eau conçu pour utiliser la chaleur
des gaz de combustion chauds d'une chaudière afin de préchauffer
de l'eau. Depuis de nombreuses décennies, les économiseurs
sont utilisés sur les chaudières à vapeur tout usage
pour préchauffer l'eau d'adduction pour la chaudière
en utilisant la chaleur récupérée de la cheminée.
Le même principe peut être appliqué aux chaudières
de chauffage hydrique de plus petite taille là où il existe
une demande en eau chaude à proximité. Ces appareils sont
devenus plus rentables depuis l'augmentation des prix de l'énergie
et la création d'économiseurs plus petits dotés
d'échangeurs de chaleur qui sont légers, durables et
efficaces.
Spécifications techniques
Les économiseurs sont dimensionnés de telle sorte qu'ils
peuvent être installés dans la cheminée, et ce, le
plus près possible de la sortie des gaz de combustion de la chaudière.
La figure 2 représente le schéma d'un économiseur
de cheminée utilisé pour récupérer la chaleur
de la cheminée d'une chaudière afin de chauffer l'eau
domestique d'un immeuble.
L'intérieur de l'économiseur de la cheminée
doit pouvoir supporter les effets corrosifs de la condensation des gaz
de combustion. La transmission thermique se fait généralement
par des tubes munis d'ailettes qui doivent être fabriqués
en acier inoxydable au chrome-nickel (316). La surface intérieure
doit être accessible aux fins d'inspection et de nettoyage.
Ce type d'économiseur est en général adapté
aux chaudières d'une capacité minimale de 590 kW (60
cv) et dont 60 p. 100 au moins de la chaleur résiduelle récupérable
peut être utilisée pour préchauffer l'eau froide.
La chaudière doit également être équipée
d'un brûleur à air pulsé et ne doit pas être
un modèle à condensation à haut rendement.
Information sur l'énergie
Les économies d'énergie réelles générées
par un économiseur proviennent de la chute de température
des gaz de combustion circulant dans l'économiseur, multipliée
par leur débit massique. La température des gaz de combustion
d'une chaudière classique sans condensation est de 135 °C
(275 °F). Un économiseur de taille. appropriée fera
chuter la température des gaz de combustion à 77 °C
(170 °F) en les condensant et en transférant la chaleur absorbée
dans l'eau en circulation. L'économiseur peut faire passer
le rendement thermique saisonnier réel de ces chaudières
de moins de 80 p. 100 à près de 90 p. 100.
Comparaison
En termes de rendement énergétique, une chaudière
existante à laquelle on ajoute un économiseur de cheminée
est en fait transformée en chaudière à condensation
(voir figure 3). L'un des avantages d'une chaudière combinée
à un économiseur de cheminée par rapport à
une nouvelle chaudière à condensation réside dans
le fait qu'avec l'économiseur, les gaz de combustion
se condensent selon des températures de retour d'eau plus
normales, de l'ordre de 70 °C (160 °F). En principe, une
chaudière à condensation requiert des températures
d'eau de retour inférieures à 60 °C (140 °F)
pour permettre la condensation. Toutefois, les chaudières à
condensation peuvent fonctionner selon des rendements beaucoup plus élevés
si elles ont été conçues de façon appropriée.
Étude de cas
Au Vancouver Aquatic Centre, un économiseur de cheminée
de modèle Cannon FS-5-DS5 a été installé pour
préchauffer l'eau d'appoint froide de la piscine. L'appareil
a été conçu pour récupérer en permanence
66 kW (225 000 Btu/h) des gaz de combustion de l'une ou des deux
chaudières à tubes de fumée, modèle Cleaver
Brook CB, de 980 kW (3,35 MMBtu/h1).
Comme l'illustre le tableau 1, ce système permet d'économiser
environ 900 gigajoules par an, ce qui représente actuellement 8
100 $ selon les tarifs d'énergie en vigueur localement. Un
système installé aujourd'hui permettrait d'obtenir
une période de récupération simple de 3,45 ans, ce
qui est excellent. Ce système est utilisé avec succès
depuis cinq ans, sans qu'aucun problème ne soit survenu. Les
tubes à ailettes de l'économiseur n'ont pas encore
requis de nettoyage.
1 MMBtu/h = millions de Btu par heure; MBtu/h = milliers de Btu par heure.
Tableau 1 -Économies prévues
pour le projet du Centre aquatique
Données d'entrée |
Tarif du gaz naturel |
9 $/GJ |
Capacité d'entrée des chaudières (deux chaudières) |
7,6 MMBtu/h1 |
Capacité de récupération de chaleur (pour les deux chaudières) |
450 MBtu/h1 |
Heures d'utilisation |
4 200 heures |
Sommaire de la période de
récupération |
Économies annuelles en gaz naturel |
900 GJ/an |
Économies nettes annuelles |
8 100 $ |
Coût de fabrication |
28 000 $ |
Période de récupération |
3,45 ans |
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