On vend les chaudières à condensation comme une façon économe de se chauffer, c’est-à-dire plus économe qu'une chaudière traditionnelle. Cet article a pour but d'expliquer le mécanisme astucieux derrière les chaudières à condensation.
Principe d’un système de chauffage
Le principe de base d'un chauffage à combustible (donc non électrique) quel qu'il soit est simple : on brûle un combustible pour en récupérer la chaleur dégagée. Cela se fait soit directement (feu de camp), soit indirectement (poêle à bois : le bois brûle et chauffe le poêle, et le poêle chauffe l'air), soit encore plus indirectement par l'intermédiaire d'un fluide transporteur de chaleur, comme l'air ou l'eau.
Ce dernier cas est celui d'une chaudière au fioul ou au gaz : on brûle du gaz, qui permet de chauffer de l'eau, et l'eau ensuite circule dans les radiateurs, qui enfin chauffent l'air. L'eau est donc là pour transporter l'énergie thermique, les calories, de la chaudière vers les pièces à vivre. L'eau est donc appelé un fluide caloporteur, et elle acquière ses calories via des échangeurs thermiques.
Quand l'eau transmet ses calories au radiateur, elle va elle-même les perdre et refroidir. Entre l'eau qui sort de la chaudière (~65 °C) et l'eau qui y retourne (~40 °C), il y a donc une différence de température, d'une vingtaine de degrés idéalement.
L'eau retournant dans la chaudière ne doit pas être trop froide car sinon elle doit être chauffée davantage pour la réchauffer complètement. Si la baisse de température reste modérée, alors on peut réduire la puissance de chauffe de la chaudière et faire des économies.
Ce réglage fait, l'efficience énergétique d'un tel système dépend ensuite de l'efficacité des échanges de chaleur : du brûleur à gaz vers l'eau, puis de l'eau au radiateur, puis du radiateur vers l'air.
Le premier échange thermique est particulièrement important : en effet, chaque calorie qui n'est pas transféré au fluide caloporteur est est alors perdue et évacuée avec les gaz de combustion, dehors. On chauffe littéralement pour rien si de la chaleur se trouve être renvoyée dehors.
Cas d'une chaudière à condensation
Les chaudières à condensation sont la norme aujourd’hui car ils présentent un rendement meilleur que les chaudières d’une génération précédente. Elles réalisent cela avec plusieurs « astuces ».
Première astuce
Une des astuces que l'on peut mettre en en œuvre, c'est donc tenter de capter les calories qui sont encore présenter dans les gaz d'échappement.
L'idée est de faire passer l'eau qui revient vers la chaudière par un échangeur thermique qui traverse les gaz d'échappements encore chauds. Les calories des gaz d’échappement sont alors récupérées : l'eau est alors préchauffée et la chaudière à proprement parler peut réduire sa puissance pour atteindre la température de chauffe de l’eau : on réduit ainsi la consommation de gaz.
Une des conséquences de cette méthode c'est que si l'eau se réchauffe dans les gaz d'échappements, alors les gaz d'échappement, eux, se refroidissent. Or, ces derniers contiennent essentiellement de la vapeur d'eau et du dioxyde de carbone. L'eau, en se refroidissant un peu, va se condenser et goutter à la sortie du condenseur. L'appellation vient de là.
Seconde astuce
Avec la première astuce, on récupère une partie des calories des gaz de combustion directement dans l'eau du circuit de circulation des radiateurs. Malheureusement, toutes les calories ne peuvent pas être captés. L’eau qui revient des radiateurs pour repasser dans la chaudière n’est pas exactement froide : elle est encore à environ 40 °C. Si l’eau est trop proche de la température des gaz, alors elle n’en capturera pas les calories. Pire, les gaz ne ne peuvent pas chauffer de l'eau qui dépasse leur propre température, et qui plus est, plus la différence de température est réduite, plus l'efficacité de l'échangeur thermique est réduite aussi. On peut faire mieux.
Pour avoir un bon échange thermique avec des gaz de combustions devenus tièdes, il faut y passer quelque chose de froid. En l'occurrence, on va y faire passer de l'air froid. Pas n'importe lequel : l'air que l'on chercher à envoyer dans le brûleur, celui qui servira de comburant dans la chaudière.
Si les gaz comburants sont déjà tièdes, c'est toujours ça qu'on n'aura pas à réchauffer avec du gaz, pour atteindre la température de fonctionnement. On a donc à nouveau fait des économies.
De plus, en réchauffant de l'air froid, on abaisse drastiquement son hygrométrie (qui dépend de la température), ce qui contribue à améliorer le rendement de la combustion.
Il y a toutefois un petit bémol : à force de refroidir des gaz de combustion, ils montent moins facilement dans la cheminée : le tirage de la cheminée est moins bon et on risque un encrassage des voies d'échappement des gaz de combustion. Un compromis et un bon réglage doivent être faits ici.
Cette seconde astuce complète la première dans l’idée de récupérer un maximum de calories de la combustion de la chaudière.
Troisième astuce
Une troisième astuce qui permet de gagner encore quelques pourcents de rendement global, c’est de chauffer moins l’eau. Ainsi, quand elle arrive en retour vers la chaudière, l’eau étant un peu plus froide, elle captera davantage de calories des gaz de combustion.
Pour des radiateurs, on ne peut pas baisser la température de l’eau : le radiateur doit pouvoir chauffer un minimum tout de même. Mais quand on a un plancher chauffant, ce dernier n’a pas besoin d’être à 60 °C : on peut se contenter de 45 °C. Le plancher chauffe globalement toute la pièce et par le bas, ce qui est une méthode très efficace pour chauffer une pièce.
L’eau est moins chauffée et ça utilise moins de combustible. De plus, l’eau de retour est également plus froide et l’échange thermique est meilleure là aussi.
C’est une astuce supplémentaire, mais pour l’appliquer, il faut bien-sûr réaliser quelques travaux dans la maison. Ce n’est donc pas forcément à portée de tout le monde. Mais cela reste une méthode efficace pour gagner en efficience.
Conclusion
L’appellation d’une chaudière à condensation vient de l’installation du second échangeur thermique pour réchauffer l’eau avec les gaz d’échappement. Ces gaz contiennent de la vapeur d’eau qui finissent par se liquéfier, se condenser, quand ils transmettent leur calories à l’eau du circuit de chauffage.
Cette astuce, ainsi que toutes les autres présentées ici sont destinées à récupérer le maximum de calories du gaz brûlé, par rapport à une chaudière « normale » (sans condensation), le gain peut aller jusqu’à 15 à 20 %, voire plus si vous avez une très vieille chaudière !
Il faut bien se dire que c’est une quantité d’énergie qui serait autrement perdue dans la nature et qu’ici on récupère pour chauffer notre maison. Il s’agit également d’un gain direct sur la facture, sans compter autant de gaz à effets de serre en moins. Bien sûr, le dispositif n’est rien sans un réglage convenable réalisé par un professionnel.
Heureusement, ce genre de chaudières semblent être devenues la norme aujourd’hui, ce qui limite donc les surconsommations d’énergie.
