Installations au Gaz - Combustion et Appareils - PDF

MODULE 7.2 INSTALLATIONS AU GAZ : COMBUSTION ET APPAREILS version 2013 Constructiv CHAUFFAGE CENTRAL  Rédaction...

MODULE 7.2 INSTALLATIONS AU GAZ : COMBUSTION ET APPAREILS version 2013 Constructiv CHAUFFAGE CENTRAL  Rédaction Coordination: Patrick Uten Groupe de travail: Paul Adriaenssens Inge De Saedeleir Gustaaf Flamant René Onkelinx Jacques Rouseu Chris De Deyne Textes: Paul Adriaenssens Gustaaf Flamant Kurt Goolaerts Tony Kempeneers Bart Thomas Patrick Uten et les autres membres du groupe de travail CERGA sous la direction de l’ARGB. Constructiv, Bruxelles, 2012 Dessins: Thomas De Jongh + ARGB Cette publication est disponible sous la licence de Creative Commons : Attribution - Pas d’Utilisation Commerciale - Partage dans les Mêmes Conditions 4.0 International. Contact Cette licence permet de copier, distribuer, modifier et Pour adresser vos observations, questions et suggestions, contactez: adapter l’œuvre à des fins non-commerciales, pour autant que Constructiv soit mentionné comme auteur et que les Constructiv nouvelles œuvres soient diffusées selon les mêmes conditions. Rue Royale 132 boîte 1 https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/deed.fr 1000 Bruxelles t +32 2 209 65 65 D/2012/12.388/13 [email protected] 173108 site web : www.constructiv.be  MODULE 7: VOLUME 2 Avant-propos COMBUSTION ET APPAREILS AVANT-PROPOS Contexte Le secteur de la construction, pilier de notre économie, est confronté constamment a un grand nombre de défis. Parmi ceux-ci, le secteur veille à assurer la formation continue de la main-d’œuvre en activité dans la construction. Pour renforcer la réserve de main-d’œuvre qualifiée, Constructiv porte une attention particulière à l’enseignement et à la formation des jeunes qui choisissent une formation dans le domaine de la construction. La formation tout au long de la carrière professionnelle demeure une nécessite car les techniques et les matériaux évoluent de manière significative; une plus grande attention sera accordée aux dispositions relatives à la sécurité et aux exigences liées à la « Construction durable ». Par conséquent, Constructiv, avec le soutien des organisations professionnelles, charge des équipes de rédaction de manuels modulaires de formation. Ces manuels peuvent être complémentaires aux publications du CSTC. Les équipes de rédaction peuvent varier selon le sujet. Les experts sont généralement identifiés auprès des opérateurs de formation et de l’enseignement, des professionnels du secteur en activité ou encore auprès des fabricants, pour être le plus proche possible de la réalité actuelle du milieu professionnel. Les manuels de Constructiv Les manuels modulaires ont été développés par Constructiv et ses partenaires comme supports de cours à adapter selon les types de formation et selon les groupes cibles. Les supports didactiques et du contenu supplémentaire sont également disponibles en format téléchargeable sur notre bibliothèque digitale www.buildingyourlearning.be Robert Vertenueil, Président 3  Le contenu des volumes est réparti de manière bien identifiable à l’intention de 3 groupes: monteur (M), technicien (T) et installateur (I). 4  MODULE 7: VOLUME 2 1. Table des matières COMBUSTION ET APPAREILS 1. TABLE DES MATIÈRES 1. TABLE DES MATIÈRES 5 4.2 C  LASSIFICATION DES APPAREILS D’UTILISATION SUIVANT LA CONCEPTION DE L’ARRIVÉE D’AIR 2. L A COMBUSTION [TI] 9 DE COMBUSTION ET (OU) DE L’ÉVACUATION  ÉFINITION 9 2.1 D DES PRODUITS DE COMBUSTION - TYPES 39 2.2 C ONDITIONS POUR LA COMBUSTION 4.2.1 Généralités 39 DU GAZ NATUREL 10 4.2.2 1er Code à lettres 39 2.2.1 1 ère Exigence: mélanger le gaz et l’air 4.2.3 C odes à chiffre 39 intimement et en proportions convenables 10 4.2.4 2ème Code à lettres 40 2.2.2 2 ème Exigence : température 4.2.5 A ppareil type A 41 d’inflammation correcte 11 4.2.6 A ppareil type B 41 2.3 BRÛLEURS 12 4.2.7 A ppareil type B1 42 2.3.1 le brûleur atmosphérique 13 4.2.8 A ppareil type B2 42 2.3.2 le brûleur à prémélange - brûleur prémix 14 4.2.9 A ppareil type B3 43 2.3.3 le brûleur à air soufflé 15 4.2.10 A  ppareil type B4 43 2.4 RÉACTIONS CHIMIQUES DE LA COMBUSTION17 4.2.11 A ppareil type BP 44 2.4.1 L a quantité d’air théorique 17 4.2.12 A  ppareil type C 44 2.4.2 C oefficient d’excès d’air ou 4.2.13 C  onclusion 44 facteur d’air comburant 18 5. D  ISPOSITIFS DE SÉCURITÉ POUR LES 2.4.3 C ombustion théorique 18 2.4.4 C ombustion complète avec excès d’air 20 APPAREILS OUVERTS 45 2.4.5 C ombustion avec défaut d’air 20 5.1 C  ONTRÔLE D’ATMOSPHÈRE 45 2.4.6 C ombustion incomplète 21 5.2 DISPOSITIF DE CONTRÔLE D’ÉVACUATION (TTB) 46 2.4.7 D angers du “CO” 22 2.4.8 C irconstances dans lesquelles la combustion 6. RÉSUMÉ [MTI] 49 est incomplète 23 7. ÉVACUATION DES PRODUITS 2.5 T YPES DE FLAMMES 24 DE COMBUSTION, AMENÉE D’AIR 2.5.1 F lamme bleue 24 COMBURANT ET VENTILATION 2.5.2 F lamme jaune 25 2.5.3 L ongueur de la flamme 26 DES APPAREILS À GAZ OUVERTS 51 3. C  HALEUR DÉGAGÉE LORS 8. A MENÉE D’AIR COMBURANT ET DE LA COMBUSTION [TI] 27 VENTILATION DES ESPACES  OUVOIRS CALORIFIQUES 27 3.1 P D’INSTALLATION POURVUS 3.1.1 Unités de chaleur 27 D’APPAREILS À GAZ OUVERTS 53 3.1.2 Vapeur d’eau / condensation 28 8.1 AMENÉE D’AIR COMBURANT 53  énéralités [MTI] 53 8.1.1 G 3.2 DEUX VALEURS DE POUVOIR CALORIFIQUE 8.1.2 E spaces d’installation à pourvoir d’un orifice DIFFÉRENTES 29 d’amenée d’air [TI] 53 3.3 INDICE DE WOBBE 30 8.1.3 E mplacement des orifices d’amenée d’air [TI] 55 3.4 DÉBIT CALORIFIQUE – PUISSANCE UTILE - 8.1.4 S ection minimale des orifices d’amenée d’air et RENDEMENT 32 des ouvertures de transfert [TI] 56 8.1.5 A ppareil d’utilisation installé dans une cave [TI] 60 4. CLASSIFICATION DES APPAREILS 8.1.6 Amenée d’air comburant par un conduit [TI] 61 D’UTILISATION [TI] 35 8.2 VENTILATION DES ESPACES D’INSTALLATION 4.1 C  LASSIFICATION SUIVANT LES GAZ DES APPAREILS D’UTILISATION [TI] 63 SUSCEPTIBLES D’ÊTRE UTILISÉS - CATÉGORIES 35 8.2.1 G  énéralités 63  lassification des gaz 35 4.1.1 C 8.2.2 A  menée et évacuation naturelle – système A 63  atégories 36 4.1.2 C 8.2.3 V  entilation basse 64  atégorie I 36 4.1.3 C 8.2.4 V  entilation haute 64  atégorie II 37 4.1.4 C 8.2.5 V  entilation mécanique 66  ppareils d’utilisation à gaz admis en Belgique 38 4.1.5 A  econversion 38 4.1.6 R 5  Le contenu des volumes est réparti de manière bien identifiable à l’intention de 3 groupes: monteur (M), technicien (T) et installateur (I). 6  MODULE 7: VOLUME 2 1. Table des matières COMBUSTION ET APPAREILS 8.3 PRESCRIPTIONS AFIN D’ÉVITER DES 9.6.2 É vacuation mécanique des produits de INTERACTIONS INADMISSIBLES ENTRE LES combustion dans un immeuble avec DISPOSITIFS DE VENTILATION MÉCANIQUE ET ventilation mécanique contrôlée 112 LES APPAREILS D’UTILISATION OUVERTS [TI] 67  énéralités 67 8.3.1 G 10 C  ONDITIONS D’UTILISATION,  menée mécanique et évacuation 8.3.2 A PLACEMENT, REMPLACEMENT ET naturelle – système B 68 MISE EN SERVICE DES APPAREILS  menée naturelle et évacuation mécanique 8.3.3 A D’UTILISATION [TI] 113 ou amenée et évacuation mécaniques 69 10.1 CONDITIONS D’UTILISATION 113  otte de cuisine, sèche-linge et appareils 8.3.4 H  lacement d’appareils d’utilisation de type B 113 10.1.1 P similaires comportant des systèmes  lacement d’un chauffe-eau de type A1AS 113 10.1.2 P d’extraction vers l’extérieur 73  lacement d’un appareil de type A ou B 10.1.3 P dans une armoire 114 9. É VACUATION DES PRODUITS DE COMBUSTION 75 10.2 PLACEMENT DES APPAREILS D’UTILISATION [TI] 114 9.1 GÉNÉRALITÉS [TI] 75  énéralités 114 10.2.1 G 10.2.2 A ppareils reprenant plusieurs indications de types115 9.2 ÉVACUATION DES PRODUITS DE COMBUSTION 10.2.3 E spaces d’installation pour chaudières de chauffage DES APPAREILS DE TYPE A [TI] 76 central à circuit de combustion non étanche 115 9.3 ÉVACUATION PAR TIRAGE NATUREL DES 10.2.4 C haudières de chauffage central avec une PRODUITS DE COMBUSTION DES APPAREILS puissance nominale totale installée ≤ 30 kW 116 DE TYPE B 77 10.2.5 C haudières de chauffage central avec une puissance 9.3.1 Exigences de matériaux pour les conduits nominale totale installée > 30 kW mais < 70 kW 116 de raccordement et d’évacuation [TI] 77 10.3 R EMPLACEMENT D’UN APPAREIL 9.3.2 Choix des conduits de raccordement et DANS UN BÂTIMENT EXISTANT [TI] 117 d’évacuation 80 9.3.3 Choix du matériau 81 10.4 MISE EN SERVICE [TI] 118 9.3.4 Conduit d’évacuation 82 10.5 RÉSUMÉ [MTI] 119 9.3.5 Mise en œuvre du conduit d’évacuation [TI] 84 9.3.6 Sécurité incendie 84 11 ÉVACUATION DES PRODUITS 9.3.7 Mise en œuvre du conduit d’évacuation intégré 87 DE COMBUSTION ET AMENEE 9.4 C  ONDITIONS PARTICULIÈRES POUR D’AIR COMBURANT POUR LES LA MISE EN ŒUVRE D’UN CONDUIT APPAREILS A GAZ ETANCHES 121 D’ÉVACUATION AUTONOME [TI] 93 12 VENTILATION DES ESPACES 9.5 CONDITIONS PARTICULIÈRES POUR LE TUBAGE D’UN CONDUIT D’ÉVACUATION EXISTANT [TI] 94 D’INSTALLATION POUR CHAUDIÈRES  énéralités 94 9.5.1 G DE CHAUFFAGE CENTRAL À CIRCUIT 9.5.2 P oser un tubage 94 DE COMBUSTION ÉTANCHE [TI] 123 9.5.3 T ubage au moyen d’un tube métallique flexible 95 9.5.4 T ubage au moyen de tubes métalliques rigides 96 13 S ÉCURITÉ INCENDIE [TI] 124 9.5.5 T ubage au moyen de tubes en matière 14 CONDITIONS PARTICULIÈRES synthétique 97 AUX APPAREILS ÉTANCHES [TI] 127 9.5.6 C onduit de raccordement 98 14.1 APPAREILS DE TYPE C1 127 9.5.7 E xécution du conduit de raccordement 98 14.2 APPAREILS DE TYPE C2 128 9.5.8 R accordement au conduit d’évacuation 102 14.3 APPAREILS DE TYPE C3 128 9.5.9 G énéralités [MTI] 102 14.4 APPAREILS DE TYPE C4 129 9.5.10 A  ppareils équipés d’un conduit 14.5 APPAREILS DE TYPE C5 132 de sortie vertical [MTI] 103 14.6 APPAREILS DE TYPE C6 132 9.5.11 R accordement de plusieurs appareils de type 14.7 A PPAREILS DE TYPE C7 133 B11BS à un conduit d’évacuation collectif [TI] 104 14.8 A PPAREILS DE TYPE C8 133 9.6 ÉVACUATION MÉCANIQUE DES PRODUITS DE 14.9 APPAREILS DE TYPE C9 (avant C3*S) 134 COMBUSTION DES APPAREILS DE TYPE B [TI] 110 14.10 IMPLANTATION [TI] 135 9.6.1 É vacuation mécanique des produits de 14.11 RÉSUMÉ 135 combustion dans un immeuble sans ventilation mécanique contrôlée 110 7 8  MODULE 7: VOLUME 2 2. LA COMBUSTION [TI] COMBUSTION ET APPAREILS 2. LA COMBUSTION [TI] 2.1 DÉFINITION La combustion est la réaction chimique exothermique, à haute température, des constituants d’un combustible avec de l’oxygène, puisé généralement dans l’air atmosphérique (air comburant). Elle permet, comme indiqué ci-dessus, le dégagement de chaleur qui peut être utilisée. Ce dégagement de chaleur peut être lent en présence d’un catalyseur ou rapide avec formation d’une flamme. Les gaz naturels sont composés en grande partie d’hydrocarbures légers dont le méthane est l’élément prédominant (formule chimique CH4)(1). Les hydrocarbures sont formés des éléments carbone (symbole: C) et hydrogène (symbole H). Le comburant est généralement de l’air atmosphérique. On considérera l’air sec composé uniquement d’oxygène et d’azote avec les concentrations volumétriques de 21% pour l’oxygène et 79% pour l’azote. Symboles chimiques: oxygène O2 – 21% azote N2 – 79% Ce n’est que l’oxygène qui oxyde les hydrocarbures contenus dans les combustibles gazeux – l’oxygène s’attache au carbone et à l’hydrogène pendant la réaction chimique en formant des nouvelles matières, CO2 (dioxyde de carbone) et H2O (eau). L’azote quant à lui ne participe pas à la combustion et se retrouve intégralement dans les produits de combustion. 1 m³n air = 0,21 m³n O2+ 0,79 m³n N2 ou → on a besoin de 4,76 m3n d’air pour avoir 1 m3n de O2 (1) Voir aussi le manuel “Canalisations de gaz naturel” 9  MODULE 7: VOLUME 2 2. LA COMBUSTION [TI] COMBUSTION ET APPAREILS 2.2 C  ONDITIONS POUR LA COMBUSTION DU GAZ NATUREL Deux conditions doivent être réalisées : un mélange le plus intime possible et en proportions convenables entre le gaz naturel et l’oxygène (de l’air atmosphérique); une température minimum d’amorçage de la combustion appelée température d’inflammabilité. 2.2.1 1 ère Exigence: mélanger le gaz et l’air intimement et en proportions convenables Comme le combustible et l’air comburant sont tous les deux gazeux, il est aisé au niveau d’un brûleur à gaz de réaliser un très bon brassage des deux éléments et d’obtenir ainsi un contact intime entre les molécules de gaz et celles de l’oxygène – au niveau des orifices de sortie à la tête du brûleur (cf. § 2.3.). Un mélange quelconque gaz/air ne s’enflammera pas forcément. La combustion ne peut s’amorcer et s’entretenir que si la concentration en volume de gaz combustible dans le mélange est comprise entre deux limites appelées limites d’inflammabilité: la limite inférieure correspond à un mélange pauvre, caractérisé par une faible teneur en gaz naturel, nommée LEL (Low Explosion Limit); la limite supérieure correspond à un mélange riche caractérisé par une teneur en gaz naturel plus élevée que la précédente. 10  MODULE 7: VOLUME 2 2. LA COMBUSTION [TI] COMBUSTION ET APPAREILS Mélange Mélange Mélange trop pauvre inflammable trop riche 0% 5% 15% 100 % gaz gaz naturel Limites d'inflammabilité du gaz naturel naurel (à une température ambiante de 20°C) A une température ambiante de 20°C un mélange d’air et de gaz naturel est inflammable si la proportion de méthane se trouve comprise entre 5 et 15% dans ce mélange. Les limites d’inflammabilité dépendent: de la nature du gaz naturel (gaz L ou gaz H); de la température du mélange air/gaz naturel; de la présence de certains gaz inertes dans le mélange (p.ex. une augmentation des concentrations de N2 et CO2 diminuent les limites d’inflammabilité); de la concentration de O2 dans l’air comburant (une augmentation de la concentration de O2 augmente les limites). En dehors de ces limites (mélange trop pauvre ou trop riche), le mélange ne peut être enflammé. ATTENTION Dans un espace fermé les concentrations air/gaz peuvent changer très vite et de façon inattendue par ex., une quantité d’air peut affluer par une porte qui s’ouvre: si avant on avait un mélange trop riche (avec une concentration plus haute que la limite supérieure donc sans risque d’inflammation), on se trouve soudain dans des conditions d’inflammabilité. Le gaz naturel, étant plus léger que l’air, on peut avoir des concentrations très variées dans un espace fermé – la concentration au niveau du sol sera beaucoup plus faible en gaz naturel qu’au niveau du plafond. 2.2.2 2 ème Exigence : température d’inflammation correcte La combustion s’amorce dès qu’un point du mélange intime est porté à une température supérieure à la température d’inflammation. 11  MODULE 7: VOLUME 2 2. LA COMBUSTION [TI] COMBUSTION ET APPAREILS Après que les molécules du combustible et de l’air comburant ont été activées, la réaction en chaîne démarre. Elle se poursuit jusqu’au moment où toutes les particules air/gaz sont consommées. L’énergie d’allumage minimale pour le gaz naturel est 0,4 mJ (millijoule) – par ex., une étincelle, l’électricité statique, une flamme, du matériel électrique impropre à des atmosphères explosifs (du matériel électrique propre à des ATmosphères EXplosifs = du matériel ATEX). Pour la comparaison, l’énergie d’allumage minimale de: l’hydrogène : 0,02 mJ propane : 0,3 mJ La valeur minimale de cette température est appelée température d’inflammation. La température d’inflammation n’est pas la même pour tous les gaz; elle varie, dans une mesure assez large, d’un gaz à l’autre. Le méthane dans l’air s’enflamme à environ 540 °C pour un mélange dans lequel la quantité d’air est celle théoriquement nécessaire pour obtenir une combustion complète; le gaz naturel à 650 °C, l’hydrogène à 400 °C, le propane à 450 °C et le butane à 405 °C. A une température supérieure à 800°C, le mélange s’enflamme automatiquement quelle que soit la concentration de méthane, l’on parle alors d’une auto-inflammation. 2.3 BRÛLEURS De quelle manière peut-on obtenir un mélange gaz/air homogène dans des proportions voulues et comment le faire brûler d’une façon contrôlée. Divers brûleurs existent à cet effet. Les principaux types de brûleurs sont: le brûleur ATMOSPHÉRIQUE le brûleur A PRÉMELANGE ou BRÛLEUR PRÉMIX le brûleur A AIR SOUFFLE 12  MODULE 7: VOLUME 2 2. LA COMBUSTION [TI] COMBUSTION ET APPAREILS 2.3.1 Le brûleur atmosphérique Chaque rampe d’un brûleur atmosphérique est constituée: d’un injecteur; d’un tube de mélange (venturi); d’une prise d’air primaire; d’un mélangeur; d’une tête de brûleur avec des différentes formes d’orifices de sortie. Dans le venturi, l’énergie cinétique du flux gazeux qui sort de l’injecteur aspire l’air primaire qui se mélange intimement au gaz dans le mélangeur. Au moment où ce mélange air/gaz passe à travers les orifices de combustion il est enflammé; il trouve dans l’environnement le complément d’oxygène nécessaire pour sa bonne combustion; cet oxygène est puisé dans l’air ambiant que l’on qualifie d’air secondaire. Un brûleur est souvent constitué d’une nourrice de distribution de gaz et de plusieurs rampes de brûleurs. Le nombre de rampes et leur dimension déterminent la puissance nominale de l’appareil. Orifice de Injecteur combustion Venturi Air Mélangeur secondaire Orifice d'aspiration d'air primaire 13  MODULE 7: VOLUME 2 2. LA COMBUSTION [TI] COMBUSTION ET APPAREILS Composition et principe d’n brûleur atmosphérique 2.3.2 Le brûleur à prémélange – brûleur prémix L’AIR nécessaire à la combustion, est amené par un ventilateur placé en amont de la combustion. LE GAZ est aspiré par le ventilateur et est mélangé avec la quantité totale d’air nécessaire pour la combustion. → Le brûleur est donc ‘prémélangé’. LE MÉLANGE AIR/GAZ est ensuite soufflé à travers la surface d’accrochage et allumé à l’aide d’une étincelle électronique. La flamme se développe sur la surface d’accrochage. Cette surface peut être en acier inoxydable avec des découpes adéquates, en fils d’acier tressés ou en céramique. Dans ce dernier cas, le brûleur est fortement rayonnant par l’incandescence de la partie céramique. 14  MODULE 7: VOLUME 2 2. LA COMBUSTION [TI] COMBUSTION ET APPAREILS PRINCIPE VAN EEN PREMIX- BRANDER Schéma du principe d’un brûleur prémix Les avantages de ce genre de brûleur sont: l’air total nécessaire à la combustion est pratiquement entièrement induit par le ventilateur; il est possible d’obtenir une combustion complète grâce au contrôle du rapport quasi stoechiométrique gaz/air; l’utilisation de la micro-électronique permet de garder un rapport gaz/air parfait quelle que soit la charge thermique demandée; une puissance spécifique de chauffe (kW/cm²) élevée; il est possible d’arriver à de très faibles teneurs en NOx dans les produits de combustion grâce à une température de flamme moins élevée. 2.3.3 Le brûleur à air soufflé L’air comburant nécessaire est amené ici aussi par un ventilateur. A ce moment, Il n’y a toutefois pas de mélange préalable du gaz et de l’air comburant. Le gaz et l’air comburant sont amenés séparément dans la zone de combustion où un mécanisme d’allumage et de sécurité assurent un rapport correct gaz/air et un allumage de ce mélange. La combustion s’effectue dans un espace de combustion fermé. L’ensemble de l’appareillage et accessoires est appelé une ligne gaz. 15  MODULE 7: VOLUME 2 2. LA COMBUSTION [TI] COMBUSTION ET APPAREILS Schéma du principe d’un brûleur à air soufflé Photo d’une chaudière avec un brûleur à air soufflé 16  MODULE 7: VOLUME 2 2. LA COMBUSTION [TI] COMBUSTION ET APPAREILS 2.4 RÉACTIONS CHIMIQUES DE LA COMBUSTION Comme déjà mentionné auparavant les éléments combustibles constituent principalement une gamme d’hydrocarbures débutant par le méthane (= CH4, un seul atome de carbone seulement) et s’étendant à des chaînes carbonées comprenant plusieurs atomes de carbone (éthane = C2H6, propane = C3H8, butane C4H10,...). Les éléments inactifs ou inertes comme le N2 et le CO2 qui peuvent être contenus dans les gaz naturels ne participent pas à la combustion. 2.4.1 La quantité d’air théorique On appelle quantité d’air théorique la quantité d’air nécessaire et suffisante pour assurer la combustion théorique complète de l’unité de quantité de combustible (air stoechiométrique) → la quantité d’air exacte nécessaire pour la combustion de toutes les particules combustibles du gaz naturel. Une combustion réalisée dans de telles conditions est appelée “combustion stoechiométrique”. Pour les combustibles gazeux, l’air stoechiométrique est exprimé en m³n air par m³n de gaz. Pour le gaz “L” : 8,8 m3n air/m3n de gaz naturel (valeur moyenne) Pour le gaz “H” : 9,7 m3n air/m3n de gaz naturel (valeur moyenne) → CONDITIONS OPTIMALES Pour obtenir une combustion optimale de 1 m3n de gaz H de la mer du Nord, il faut 9,7 m3n d’air sec et une température de 650°C. Quelle est la quantité en % de gaz naturel dans le mélange gaz/air? 1 m3 → % gaz = x 100 % = 9,3 % 1 m 3 + 9,7 m 3 MÉLANGE MÉLANGE MÉLANGE TROP PAUVRE INFLAMMABLE TROP RICHE 5% 15% 0% 100 % gaz gaz 9,3% combustion optimale 17  MODULE 7: VOLUME 2 2. LA COMBUSTION [TI] COMBUSTION ET APPAREILS En pratique on constate qu’une combustion théorique est impossible – des petits défauts dans la construction du brûleur peuvent donner lieu à un défaut d’air. En pratique on utilise une quantité d’air réelle plus grande que la théorique; on peut définir ainsi un paramètre important : le coefficient d’excès d’air appelé encore facteur d’air comburant. 2.4.2 Coefficient d’excès d’air ou facteur d’air comburant On appelle COEFFICIENT D’EXCÈS D’AIR OU FACTEUR D’AIR COMBURANT, le rapport entre la quantité d’air réellement utilisée pour la combustion et la quantité d’air théoriquement nécessaire pour réaliser la combustion théorique complète. Son symbole est « λ » et sa valeur se calcule par la formule suivante : quantité d’air réellement utilisée (en m³n) λ= quantité d’air théoriquement nécessaire (en m³n) Dans le cas d’une combustion stoechiométrique, λ vaut 1. 2.4.3 Combustion théorique CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O + chaleur → Lors de la combustion théorique se produisent: LA CHALEUR; LES PRODUITS DE COMBUSTION: H2O: l’eau sous forme de vapeur; CO2: dioxyde de carbone. 7,7 + mn3 chaleur azote 9,7 mn3 (N2) 1 mn3 air sec gaz + (21% O2 naturel 79% N2) + 1 mn3 (CH4) CO2 2 mn3 + vapeur d'eau (H2O) 18  MODULE 7: VOLUME 2 2. LA COMBUSTION [TI] COMBUSTION ET APPAREILS → Produits de combustion secs Produits de combustion secs : volume total des produits de combustion produit lors de la combustion de 1 m3n de gaz naturel et d’où toute la vapeur d’eau formée est extraite. Pour comparaison, le tableau 1 reprend quelques caractéristiques des produits de combustion secs qui se forment lors d’une combustion stoechiométrique de 1 m3n de différents gaz combustibles. Tableau 1 – Aperçu des produits de combustion qui sont formés lors de la combustion de 1 m³n de gaz naturel, de propane et de butane Gaz CO2 CO2 comme % des produits N2 Vapeur d’eau 1 m³n m³n de combustion sec m³n m³n Gaz naturel (type L – Slochteren) 0,96 11,9 7,09 1,83 Gaz naturel (type H – Mer du Nord) 1,06 12,1 7,71 1,99 Gaz naturel (type H – Qatar) 1,11 12,0 8,15 2,10 Propane (pur) 3 13,9 18,66 3,02 Butane (pur) 4 14,1 24,36 3,87 REMARQUE L’unique substance polluante significative qui se dégage lors de la combustion de gaz naturel est le NOx. On entend par NOx, une collection de différents oxydes d’azote (essentiellement NO – monoxyde d’azote - et NO2 – dioxyde d’azote). Ces oxydes d’azote (combinaisons d’azote avec l’oxygène) se forment au cours d’une combustion de tous combustibles fossiles. Comme le gaz naturel par nature ne comprend pas d’azote, la quantité de NOx produite est considérablement plus faible que pour d’autres combustibles (voir aussi l’annexe au sujet des appareils HR+ et HR-TOP). Le NOx provoque la formation d’ozone (smog) au niveau du sol et contribue à la formation «de la pluie acide». La circulation routière est responsable pour plus de 50% de production de NOx. La présence de NOx dans les produits de combustion se forme par de très hautes températures. L’émission de NOx peut être réduite en ramenant les produits de combustion relativement froids jusqu’à la combustion primaire ce qui entraine le refroidissement de la flamme et une production de NOx plus basse. Les brûleurs à rayonnement, caractérisés par la diffusion de rayonnement de chaleur par le lit de brûleur (p.ex. les fibres métalliques ou les matériels céramiques) sont un exemple de brûleurs à basse production de NOx- (voir aussi § 2.5.). 19  MODULE 7: VOLUME 2 2. LA COMBUSTION [TI] COMBUSTION ET APPAREILS En Belgique, le gaz naturel distribué comprend seulement quelques traces de soufre, nécessaires pour lui donner une odeur spécifique. Lors de sa combustion, ceci laisse des traces extrêmement petites de SOx (combinaison de soufre avec l’oxygène). 2.4.4 Combustion complète avec excès d’air Il s’agit bien de la combustion complète d’un m3n de gaz naturel au moyen d’une quantité d’air supérieure à la quantité d’air théoriquement nécessaire (n plus grand que 1) donc avec excès d’air. → Les produits de réaction sont constitués de CO2, H2O (vapeur d’eau), N2 (l’azote) et O2 (l’oxygène). On y observe une présence d’oxygène qui n’a pas été consommé lors de la réaction puisque l’air est en excès; la quantité excédentaire est un diluant. On doit veiller à ne pas trop augmenter l’excès d’air car l’air en surplus ne participe pas à la combustion mais est quand même chauffé avant de partir dans le conduit d’évacuation. En conséquence une quantité de chaleur est perdue. En pratique, il y a lieu d’assurer une combustion complète avec le moins possible d’air en excès. 2.4.5 Combustion avec défaut d’air Il s’agit bien de la combustion d’un m3n de gaz naturel au moyen d’une quantité d’air inférieure à la quantité d’air théoriquement nécessaire donc avec défaut d’air (n plus petit que 1). La quantité d’oxygène disponible dans l’air comburant est insuffisante pour que la combustion de tous les hydrocarbures soit complète. → Les produits de combustion contiennent du CO2, H2O (vapeur d’eau), N2 (l’azote) mais aussi de l’H2 (l’hydrogène) et du CO (l’oxyde de carbone), parfois même du carbone (C) et des hydrocarbures CH4 = méthane) non brûlés. On observe une absence totale d’oxygène dans les produits de combustion; en effet, il a été complètement et intégralement consommé. 20  MODULE 7: VOLUME 2 2. LA COMBUSTION [TI] COMBUSTION ET APPAREILS ATTENTION : ce phénomène peut aussi se produire si la concentration d’oxygène dans l’air diminue – le CO peut se former à partir d’une teneur en oxygène de 19% (normalement 21%). azote (N2) + CO2 + chaleur 2 m3 vapeur d'eau < 9,7 mn3 + (H2O) 1 mn3 gaz naturel + air (méthane (21% O2 hydrogène CH4) + (H2) 79% N2) + méthane (CH4) + monoxyde de carbone (CO) + carbone / suie (C) 2.4.6 Combustion incomplète Si les produits de combustion contiennent SIMULTANÉMENT des hydrocarbures non brûlés, CO (l’oxyde de carbone), H2 (l’hydrogène) et O2 (l’oxygène), on a une combustion incomplète. La combustion peut donc être incomplète, même si le gaz et l’air (l’oxygène) sont présents en quantité suffisante pour avoir une combustion complète. Il suffit, à titre d’exemple, de la présence d’une paroi froide près des réactifs pour inhiber la combustion. De manière générale, la combustion incomplète résulte d’un mauvais fonctionnement ou d’une mauvaise conception des brûleurs ou de l’installation. 21  MODULE 7: VOLUME 2 2. LA COMBUSTION [TI] COMBUSTION ET APPAREILS + azote (N2) + CO2 2 m3 chaleur + vapeur d'eau (H2O) 1 mn3 gaz air + hydrogène naturel + (21% O2 (H2) (méthane 79% N2) CH4) + méthane (CH4) + monoxyde de carbone (CO) + carbone / suie (C) + oxygène (O2) 2.4.7 Dangers du “CO” Le monoxyde de carbone (CO) se forme en cas de combustion avec défaut d’air ou de combustion incomplète. Le CO est un gaz très toxique, il est inodore, incolore et sans goût. Il passe dans le sang en passant par les poumons, se fixe sur l’hémoglobine à la place de l’oxygène et empêche le transport de celui-ci jusqu’aux cellules. Le cerveau est la première partie du corps qui réagit à ce manque d’oxygène. Par conséquent les symptômes primaires seront: mal de tête, vomissements et étourdissement. Une exposition prolongée peut mener à l’évanouissement et à la mort. Le CO, qui est dans le sang est libéré très lentement en passant par les poumons. Des concentrations considérables doivent être libérées le plus vite possible dans un “caisson” avec de l’oxygène sous pression afin de limiter les conséquences de l’intoxication notamment au niveau du cerveau. 22  MODULE 7: VOLUME 2 2. LA COMBUSTION [TI] COMBUSTION ET APPAREILS 2.4.8 Circonstances dans lesquelles la combustion est incomplète Une combustion incomplète avec formation de CO peut être provoquée dans un appareil à combustion ouvert par entre autres: pas assez d’air frais pour la combustion dans l’espace d’installation de l’appareil; pas assez d’air comburant au niveau des orifices d’aspiration d’air primaire d’un appareil atmosphérique; mauvaise construction ou mauvais réglage du brûleur; échangeur de chaleur encrassé ou obturé; mauvaise évacuation des produits de combustion; utilisation non autorisée de l’appareil (par exemple cuisinière utilisée comme moyen de chauffage du local, chauffe-eau 5 l/ min type A utilisé pour remplir une baignoire,…); dépression dans l’espace causée par des moyens mécaniques (par exemple hotte d’extraction puissante, sèche-linge avec évacuation, …). 23  MODULE 7: VOLUME 2 2. LA COMBUSTION [TI] COMBUSTION ET APPAREILS 2.5 TYPES DE FLAMMES Selon la quantité d’air primaire ajouté au gaz, nous avons un certain type de combustion - avec excès d’air, manque d’air ou combustion incomplète. Chacun de ces types se traduit par une couleur spécifique de la flamme. 2.5.1 Flamme bleue Le brûleur dans lequel l’air est prémélangé (l’air primaire) au gaz en amont de l’orifice de combustion est appelé brûleur à prémélange ou brûleur à flamme bleue. C’est le type de brûleur que l’on rencontre dans les applications domestiques. La flamme brûlant à la tête du brûleur se présente sous la forme d’un cône bleu-vert entouré d’une zone moins colorée. La longueur et la forme de ce cône bleu-vert dépend de la quantité d’air primaire; il représente le front des flammes. Si la quantité d’air primaire augmente, le cône bleu se raccourcit et devient violet. La flamme devient bruyante et a tendance à décoller du brûleur. AIR SECONDAIRE   AIR PRIMAIRE GAZ 24  MODULE 7: VOLUME 2 2. LA COMBUSTION [TI] COMBUSTION ET APPAREILS 2.5.2 Flamme jaune Le brûleur sans prémélange - PAS D’AIR PRIMAIRE - est aussi connu sous le nom de brûleur à diffusion, une partie importante de l’air de combustion entre directement dans la flamme par diffusion. La coloration de la flamme est due à la présence dans le panache de particules de carbone non encore brûlées. S’il y a assez d’air “direct” autour de la flamme, il n’y a pas de formation de CO. Si au contraire une flamme jaune est formée dans un brûleur à prémélange dans un appareil et qu’il y manque d’air secondaire dans la chambre de combustion, cela indique la présence de CO dans les produits de combustion, par ex., dans la chambre de combustion d’un chauffe-eau dont le corps de chauffe s’est encrassé. AIR SECONDAIRE   MANQUE D'AIR PRIMAIRE DÉPÔT DE POUSSIÈRE GAZ 25  MODULE 7: VOLUME 2 2. LA COMBUSTION [TI] COMBUSTION ET APPAREILS Flammes gaz variant du jaune au bleu 1 et 2 flamme par une combustion incomplète 3 flamme par une combustion quasi complète 4 flamme par une combustion complète 2.5.3 Longueur de la flamme La dimension de la flamme est logiquement fonction des facteurs qui régissent la vitesse de la combustion. → fonction du : mélange d’air/gaz; taux d’aération primaire; prémélange et la perfection de ce mélange; postmélange avec de l’air secondaire aux orifices du brûleur. La stabilité de la flamme aux orifices du brûleur est déterminée par l’équilibre entre: la vitesse de propagation de la flamme; la vitesse d’écoulement du mélange air/gaz. En cas de déséquilibre entre ces deux facteurs, la flamme peut rentrer dans l’orifice ou décoller de l’orifice. 26  MODULE 7: VOLUME 2 3. CHALEUR DÉGAGÉE LORS DE LA COMBUSTION [TI] COMBUSTION ET APPAREILS 3. C  HALEUR DÉGAGÉE LORS DE LA COMBUSTION [TI] 3.1 POUVOIRS CALORIFIQUES 3.1.1 Unités de chaleur L’unité internationale (unité SI) pour toutes les formes d’énergie et par conséquent aussi pour “la quantité de chaleur” est le JOULE. Symbole : J Unité dérivée : Mégajoule (MJ) ou 1.000.000 J (Ancienne unité: la calorie – symbole: cal – 1 kcal = 4,186 kJ). Si on veut maintenant exprimer la quantité de chaleur ou d’énergie qu’un brûleur ou un appareil peut dégager, on parle de la production de chaleur par unité de temps ou de la PUISSANCE. Unité: Joule par seconde (symbole: J/s) ou WATT (symbole: W) NOTE: sur des appareils plus anciens, la puissance est parfois encore exprimée en kcal/h (kilocalorie par heure); 1 kW = 860 kcal/h → 1 W = 1 J/s unité dérivée: 1 kW = 1000 W. → 1 kWh = 3,6 MJ → 1 MJ = 0,2778 kWh La puissance des appareils est exprimée en kW. L’unité pour le pouvoir calorifique est (dérivée de la définition ci- après): MJ par m3n ou MJ/m3n (m3n = m³ normale à 0°C et 1013 mbar, parce qu’il faut comparer les différents combustibles dans les mêmes conditions de pression et de température )(2) Unité dérivée: kWh/m3n (2) Voir aussi : module 7, chapitre 1 : canalisations de gaz naturel 27  MODULE 7: VOLUME 2 3. CHALEUR DÉGAGÉE LORS DE LA COMBUSTION [TI] COMBUSTION ET APPAREILS 3.1.2 Vapeur d’eau / condensation L’eau “chimique” produite lors de la combustion est directement transformée en vapeur par la chaleur de cette combustion. Cette vapeur est évacuée en même temps que les autres produits de combustion à l’extérieur du bâtiment par le conduit d’évacuation. La chaleur qui se trouve dans cette vapeur est ainsi perdue. On l’appelle chaleur de condensation ou chaleur latente d’évaporation. Seuls les appareils à condensation utilisent cette chaleur de condensation de façon utile. Lors de l’extraction de cette chaleur dans un échangeur, la vapeur d’eau se condensera et se transformera en eau. La température à la laquelle ce processus est effectué, s’appelle le point de rosée ou la température de condensation. La vapeur se refroidit au-dessous du point de condensation (point de rosée) et est transformée en état liquide (de l’eau). Par exemple: une chaudière à condensation produit environ 1,5 à 2 litres d’eau par m³n de gaz naturel consommé. Le point de condensation est fonction: du combustible (p.ex. point de rosée de 59°C pour le gaz naturel, 54°C pour les gaz de pétrole liquéfiés); de la quantité d’air dans les produits de combustion (un excès d’air important ou un ajout d’air de dilution au coupe- tirage antirefouleur abaisse le point de condensation); la pression et la composition de l’air comburant. 28  MODULE 7: VOLUME 2 3. CHALEUR DÉGAGÉE LORS DE LA COMBUSTION [TI] COMBUSTION ET APPAREILS 3.2 DEUX VALEURS DE POUVOIR CALORIFIQUE DIFFÉRENTES LE POUVOIR CALORIFIQUE SUPÉRIEUR - Hs C’est la quantité de chaleur que peut dégager la combustion complète de l’unité de quantité de gaz sec, si les produits de combustion sont ramenés à la température de 0°C, température initiale des réactifs. L’eau “chimique” formée lors de la combustion est ramené à l’état liquide. ­ LE POUVOIR CALORIFIQUE INFÉRIEUR – Hi C’est la quantité de chaleur que peut dégager la combustion complète de l’unité de quantité de gaz sec, si les produits de combustion sont ramenés à la température de 0°C, température initiale des réactifs. L’eau “chimique” formée lors de la combustion reste à l’état de vapeur. La quantité de chaleur pour maintenir l’eau à l’état de vapeur, n’est pas utilisée. Suivant les conditions internationales de référence, les mesures effectuées dans les conditions réelles sont ramenées aux conditions de référence : pression absolue de 1013 mbar; température de 273,15 K (0°C). La différence existant entre le pouvoir calorifique supérieur et le pouvoir calorifique inférieur est la quantité de chaleur de condensation ou latente de vaporisation de vapeur d’eau “chimique” formée lors de la combustion. A 273,15 K (0°C) cette différence est de 2.501,6 kJ/kg. Hs = Hi + chaleur de condensation (chaleur latente d’évaporation) Exemples: Le tableau 2 donne les valeurs moyennes de Hs et Hi pour différents gaz combustible, les valeurs étant ramenées aux conditions de référence (0°C, 1013mbar). 29  MODULE 7: VOLUME 2 3. CHALEUR DÉGAGÉE LORS DE LA COMBUSTION [TI] COMBUSTION ET APPAREILS Tableau 2 - Pouvoirs calorifiques supérieurs et inférieurs de quelques gaz (valeurs moyennes de 2006) GAZ POUVOIR CALORIFIQUE SUPERIEUR (H ) POUVOIR CALORIFIQUE INFERIEUR (H ) s i kWh/m³ kWh/m³ n n Labo –gaz G20 11,07 9,97 (méthane pur) Gaz L (Slochteren) 10,32 9,32 Gaz H (Mer du Nord) 11,53 10,41 Propane 28,11 26,00 Butane 37,14 34,34 Exercice: Quelle est la différence exprimée en pourcentage entre le pouvoir calorifique supérieur et inférieur? Prenons le pouvoir calorifique inférieur comme 100 %. Le pouvoir calorique supérieur est alors: 100 x 10,32 pour le gaz L = = 110, 73 % 9,32 100 x 11,53 pour le gaz H = = 110, 76 % 10,41 → Le pouvoir calorifique supérieur est presque 11 % supérieur au pouvoir calorifique inférieur. 30  MODULE 7: VOLUME 2 3. CHALEUR DÉGAGÉE LORS DE LA COMBUSTION [TI] COMBUSTION ET APPAREILS 3.3 INDICE DE WOBBE L’indice de Wobbe est une mesure de la quantité d’énergie qui peut être fournie à l’injecteur d’un brûleur par le gaz combustible. Les gaz naturels distribués en Belgique proviennent de plusieurs sources; ils ont de ce fait des compositions, densités et pouvoirs calorifiques différents. La quantité d’énergie qui est fournie au brûleur d’un appareil varie donc pour les différents gaz combustibles. Le mélange de ces gaz varie en plus dans le temps. Le débit calorifique, étant la quantité d’énergie fournie par unité de temps, doit rester la plus constante possible et les brûleurs doivent être conçus de telle façon qu’ils aient encore une combustion hygiénique lors des fluctuations du débit calorifique. → Le fournisseur de gaz doit maintenir l’indice de Wobbe du gaz livré dans des limites établies contractuellement – limites pour le gaz L et H. 14,96 kWh/mn3 gaz "H" (Mer du Nord) gaz naturel "riche" INDICE DE 12,94 kWh/mn3 WOBBE 12,35 kWh/mn3 gaz "L" (Pays-Bas) gaz naturel "pauvre" 11,56 kWh/mn3 31  MODULE 7: VOLUME 2 3. CHALEUR DÉGAGÉE LORS DE LA COMBUSTION [TI] COMBUSTION ET APPAREILS 3.4 D  ÉBIT CALORIFIQUE – PUISSANCE UTILE - RENDEMENT Le DÉBIT CALORIFIQUE (INPUT) est la quantité d’énergie fournie par le gaz par unité de temps au brûleur de l’appareil d’utilisation. symbole : Qn Unité: débit gaz (m3n/h x Hi (kW/m3n) = kW Ci-dessus une autre unité a déjà été donnée pour cette quantité d’énergie fournie, à savoir l’indice de Wobbe. Quel est le lien entre débit calorifique et l’indice de Wobbe? débit calorifique (kW) = débit du volume (m3n /h) x Pouvoir calorifique (kWh/m3) étant donné que le débit du volume est proportionnel à la racine carrée de la pression relative du gaz et que l’indice de Wobbe est proportionnel au pouvoir calorifique, on peut écrire : débit calorifique = constante x indice de Wobbe x √pression relative Application : comparaison du débit calorifique d’un gaz déterminé à différentes pressions relatives par ex. à 20 mbar et 25 mbar; la constante et l’indice de Wobbe sont dans les deux cas les mêmes (nous ne changeons rien à l’injecteur du brûleur et c’est le même gaz): → débit calorifique (à 20 mbar) = constante x indice de Wobbe x √20 → débit calorifique (à 25 mbar) = constante x indice de Wobbe x √25 √20 → débit calorifique (à 20 mbar) = débit calorifique (par 25 mbar) x √25 ou débit calorifique (à 20 mbar) = débit calorifique (par 25 mbar) x 0,89 0,89 = 1 – 0,11 → le débit calorifique à 20 mbar est 11% inférieur que par 25 mbar. La PUISSANCE UTILE d’un appareil (OUTPUT) est la quantité de chaleur (énergie) transmise au fluide caloporteur (de l’eau ou de l’air) par unité de temps. Symbole: Pn Unité: kilowatt = kW Le RENDEMENT est le rapport entre ce qui sort du système – OUTPUT – et ce qui est fourni au système – INPUT. Symbole : η Unité : sans unité – le plus souvent exprimé en % 32  MODULE 7: VOLUME 2 3. CHALEUR DÉGAGÉE LORS DE LA COMBUSTION [TI] COMBUSTION ET APPAREILS PERTES: - DE RAYONNEMENT - D'ÉVAPORATION Pn Qn APPREIL OUTPUT INPUT D'UTILISATION Quantité d'énergie transmise = PUISSANCE UTILE (kW) Quantité d'énergie fournie = DÉBIT CALORIFIQUE (kW) Pour les applications de chauffage, on considère le débit calorifique comme INPUT et la puissance utile comme OUTPUT. On utilise toujours le débit calorifique sur base de valeur calorifique inférieur Hi comme INPUT – donc sans tenir compte de la chaleur de condensation. De cette façon on obtient toujours des valeurs plus petites que 1 ou de 100% pour le rendement des appareils sans condensation. 33  MODULE 7: VOLUME 2 3. CHALEUR DÉGAGÉE LORS DE LA COMBUSTION [TI] COMBUSTION ET APPAREILS ATTENTION Si on calcule le rendement d’un appareil à condensation en utilisant comme INPUT le débit calorifique basé sur le pouvoir calorifique inférieur Hi, on obtient un rendement de plus de 100 %. Le rendement et la puissance de l’appareil sont déterminés par le fabricant en utilisant du gaz de référence G20, afin de pouvoir comparer les performances des appareils malgré les différentes sortes de gaz. Exemple 1 Il est indiqué sur la plaque signalétique de l’appareil que : débit gaz G20 = 6 m³/h et Pn= 50 kW. Calculez le rendement. → le PCI (3) Hi du G20 est 9,97 kWh/m3n (tableau 2) → débit calorifique : 6 m3n/h x 9,97 kWh/m3n = 59,82 kW Exemple 2 Chaudière à condensation: G20 avec Pn= 62 kW et débit gaz 6 m³/h. Calculez le rendement. Règle pratique pour la transformation de la puissance nominale Pn (kW) au débit Q (m³/h) d’un appareil: Q (gaz naturel L) = 0,13 x Pn (kW); Q (gaz naturel H) = 0,11 x Pn (kW) (dérivé de: Pn (kW) = Q (m³n/h) x Hi (kW.h / m³n) x η (%)/100) ATTENTION La valeur de η (rendement) est la valeur moyenne d’un appareil HR+. Pour les appareils d’un rendement inférieur (p. ex. un radiateur décoratif avec un rendement de 30%) on peut dériver la valeur de Q en remplissant la valeur réelle de η dans la formule ci-devant. Exemple: un appareil avec une puissance utile de 7 kW et un rendement de 30% → 7 = Q x 9,97 x 0,30 % → Q = 2,34 m³/h ou si le fabricant donne le débit calorifique (23,3 kW): Q x 9,97 = 23,3 → Q = 2,34 m³/h (3) Voir tableau 2 34  MODULE 7: VOLUME 2 4. CLASSIFICATION DES APPAREILS D’UTILISATION [TI] COMBUSTION ET APPAREILS 4. CLASSIFICATION DES APPAREILS D’UTILISATION [TI] [NBN D51-003 Annexe E] 4.1 C  LASSIFICATION SUIVANT LES GAZ SUSCEPTIBLES D’ÊTRE UTILISÉS - CATÉGORIES 4.1.1 Classification des gaz Dans la norme européenne NBN EN 437 les combustibles gazeux sont classés en trois familles de gaz (éventuellement divisées en groupes) dont les caractéristiques de combustion ont servi de critères de classement. En ce qui concerne la composition de ces gaz nous référons au tableau 1. PREMIÈRE FAMILLE Il n’y a plus de distribution publique de gaz de la première famille en Belgique. Elle groupe tous les gaz communément appelés “GAZ DE VILLE”. Ils ont des pouvoirs calorifiques supérieurs s’échelonnant de 14 à 18 MJ/m³n (3,9 et 5 kWh/m³n). DEUXIÈME FAMILLE Cette famille groupe les différents “GAZ NATURELS”. Ils ont un pouvoir calorifique supérieur évoluant de 33 à 47 MJ/m³n (10,48 et 11,3 kWh/m³n). Comme ces gaz ont des caractéristiques de combustion différentes, on les classe en groupes: GROUPE L L ou “Low” – le groupe des gaz naturels à bas pouvoir calorifique, p.ex. le gaz de Slochteren (Pays-Bas) qui est distribué à 25 mbar. GROUPE H H ou “High” – le groupe des gaz naturels à haut pouvoir calorifique, nommés “gaz riches”, p.ex. le gaz de la Mer du Nord ou d’Algérie qui est distribué à 20 mbar. GROUPE E Ce groupe couvre presque l’ensemble des groupes L et H (groupe des gaz naturels Européens). 35  MODULE 7: VOLUME 2 4. CLASSIFICATION DES APPAREILS D’UTILISATION [TI] COMBUSTION ET APPAREILS TROISIÈME FAMILLE Il s’agit de gaz de pétrole liquéfiés – les pouvoirs calorifiques sont plus élevés que ceux des gaz naturels – le butane a la valeur la plus élevée. Ces gaz sont commercialisés sous le nom Butane et Propane. Ils sont distribués en bonbonnes ou en camion-citerne (citerne domestique); il n’existe pas de distribution publique par canalisations. 4.1.2 Catégories Les appareils se classent en catégories définies d’après les gaz et les pressions pour lesquels ils sont conçus et agréés - marquage CE. La définition des différentes catégories est donnée dans la norme européenne NBN EN 437. Dans chaque pays de l’UE, seules quelques-unes des catégories définies sont commercialisées, compte tenu des conditions locales de distribution de gaz (composition des gaz et pressions d’alimentation). 4.1.3 Catégorie I Les appareils de la catégorie I sont conçus exclusivement pour l’utilisation des gaz d’une seule famille ou d’un seul groupe. L’indice indique la famille ou le groupe des gaz pour lesquels les appareils sont conçus. Catégorie I2E+ Appareils utilisant uniquement les gaz du groupe E de la deuxième famille, les gaz naturels (indice 2E), et fonctionnant sans intervention sur l’appareil (indice +) avec un couple de pressions (20 mbar ou 25 mbar). Le dispositif de régulation de pression de gaz de l’appareil, s’il existe, n’est pas opérationnel entre les deux pressions normales du couple de pressions. C’est la raison pour laquelle, si des dispositifs de réglage du débit de gaz ou de l’arrivée d’air existent, ils doivent impérativement être réglés et scellés par le fabricant en usine. Il est formellement interdit de briser ces scellés. Catégorie I2E(S) B Appareils susceptibles d’utiliser uniquement les gaz du groupe E de la deuxième famille dans les mêmes conditions que les appareils de la catégorie I2E+. Toutefois, les appareils sont munis d’un dispositif de régulation de pression de gaz, qui est réglé et scellé par le fabricant dans la position correspondant à l’utilisation du G20 à 20 mbar. Ceci implique que l’appareil porte sur sa plaque signalétique deux puissances nominales : une lors de l’utilisation du gaz L à 25 mbar et une autre (plus élevée) correspondant à l’utilisation des gaz H à 20 mbar. 36  MODULE 7: VOLUME 2 4. CLASSIFICATION DES APPAREILS D’UTILISATION [TI] COMBUSTION ET APPAREILS ­Catégorie I2E(R) B Appareils susceptibles d’utiliser uniquement les gaz du groupe E de la deuxième famille dans les mêmes conditions que les appareils de la catégorie I2E+. Toutefois, les appareils sont munis d’un dispositif de régulation de pression de gaz, qui est réglé par le fabricant dans la position correspondant à l’utilisation du G20 à 20 mbar. Néanmoins un réglage spécifique pour le G25 à 25 mbar peut être effectué “in situ” par l’installateur, si les appareils sont installés à demeure sur un réseau alimenté en permanence en gaz L (ceci implique que lors de l’adaptation du réseau L aux gaz H, cet appareil devra à nouveau être réglé à sa puissance nominale au G20 à 20 mbar). ­Catégorie I2N. Ce sont des appareils utilisant uniquement les gaz de la deuxième famille, aux pressions d’alimentation fixées et S’ADAPTANT AUTOMATIQUEMENT à tous les gaz de la deuxième famille. La combustion s’adapte automatiquement au Wobbe du gaz utilisé. EN BELGIQUE SEULS DES APPAREILS DE CAT I2E+ OU D’UN DES VARIANTES PEUVENT ÊTRE PLACÉS SUR LE RÉSEAU DE GAZ NATUREL. 4.1.4 Catégorie II Les appareils de catégorie II sont conçus pour l’utilisation de gaz de deux familles. ­Catégorie II 2E+3+ Appareils susceptibles d’utiliser deux familles de gaz: les gaz du groupe E de la deuxième famille – dans les mêmes conditions que pour la catégorie I2E+; les gaz de la troisième famille (propane et butane) – fonctionnant sans intervention sur l’appareil (indice “+”) avec un couple de pressions (une certaine pression pour le butane et une autre pour le propane) – toutefois, pour certains types d’appareils, un réglage d’air primaire peut être autorisé pour le passage du butane au propane et inversément – aucun dispositif de régulation de pression de gaz n’est admis sur l’appareil. ­ Catégorie II 2E+3B Appareils susceptibles d’utiliser deux familles de gaz: le gaz du groupe E de la deuxième famille – dans les mêmes conditions que pour la catégorie I 2E+; les gaz du groupe B de la troisième famille (butane) à la pression d’alimentation fixée. ­ 37  MODULE 7: VOLUME 2 4. CLASSIFICATION DES APPAREILS D’UTILISATION [TI] COMBUSTION ET APPAREILS Catégorie II 2E+3P Appareils susceptibles d’utiliser deux familles de gaz: le gaz du groupe E de la deuxième famille – dans les mêmes conditions que pour la catégorie I 2E+; les gaz du groupe P de la troisième famille (propane) à la pression d’alimentation fixée. 4.1.5 Appareils d’utilisation à gaz admis en Belgique Catégorie I 2E+: tous les appareils; Catégorie I 2E(S)B: appareils avec assistance mécanique pour l’arrivée d’air de combustion et/ou l’évacuation des produits de combustion (p.ex. brûleurs à prémélange ou brûleurs prémix); Catégorie I 2E(R)B : brûleurs à air soufflé; appareils munis d’un brûleur à induction atmosphérique destinés à usage non domestique professionnel dont la puissance est supérieure à 70 kW; Catégorie I2N : tous les appareils; Catégorie II 2E+3+ , II2E+3B et II 2E+3P : appareils de cuisson; appareils de chauffage individuel (radiateurs). 4.1.6 Reconversion Seuls les cuisinières, réchauds et radiateurs de ces catégories peuvent être reconvertis du gaz butane/propane au gaz naturel ou inversément par l’installateur à l’aide d’un ensemble de reconversion fourni par le fabricant de l’appareil. Tous les autres appareils doivent être reconvertis par le fabricant ou par son représentant dûment mandaté. La plaque signalétique de l’appareil doit être modifiée. LA CATÉGORIE DE L’APPAREIL DOIT TOUJOURS ÊTRE INDIQUÉE SUR LA PLAQUE SIGNALÉTIQUE DE L’APPAREIL 38  MODULE 7: VOLUME 2 4. CLASSIFICATION DES APPAREILS D’UTILISATION [TI] COMBUSTION ET APPAREILS 4.2 CLASSIFICATION DES APPAREILS D’UTILISATION SUIVANT LA CONCEPTION DE L’ARRIVÉE D’AIR DE COMBUSTION ET (OU) DE L’ÉVACUATION DES PRODUITS DE COMBUSTION - TYPES 4.2.1 Généralités La classification est conforme à la norme NBN CR 1749. La codification de cette classification consiste en: un 1er code à lettres - A, B ou C; en indice - 1 ou 2 codes à chiffre; en indice - suite aux codes à chiffre: un 2ème code à lettres. 4.2.2 1er Code à lettres Voir classification plus loin – appareils type A, B ou C. 4.2.3 Codes à chiffre 1er code à chiffre: est basé sur les circonstances d’installation de l’appareil suivant la conception de l’arrivée d’air de combustion et de l’évacuation des produits de combustion – voir classification des appareils type B et type C; 2ème code à chiffre: est basé sur la présence et la position d’un ventilateur: 1 sans ventilateur dans le circuit des produits de combustion ou d’amenée d’air; 2 avec ventilateur en aval de la chambre de combustion (et en amont du coupe-tirage antirefouleur - pour les appareils du type B); 3 avec ventilateur en amont de la chambre de combustion; 4 avec ventilateur en aval du coupe-tirage antirefouleur (pour les appareils du type B). 39  MODULE 7: VOLUME 2 4. CLASSIFICATION DES APPAREILS D’UTILISATION [TI] COMBUSTION ET APPAREILS 4.2.4 2ème Code à lettres Voir “appareil