GC 1h
PC 1h
Figure 45 : Excès d’air λ en fonction du taux de charge de la chaudière durant les campagnes de mesure (moyennes horaires) ; en rouge : grande chaudière, en vert : petite chaudière
Pour la grande chaudière, on observe une diminution de l’excès d’air lorsque le taux de charge augmente. La
variat de
charge, l’excès d’air est semblable pour les deux ch s entre 1.5 et 2, ce qui est plutôt élevé par
d’air de 2.34 en moyenne annuelle sur une chaudière bois de 350 kW en Suisse.
III.C.3 Rendement
ion de l’excès d’air avec le taux de charge est moins évidente pour la petite chaudière. Au dessus de 50%
audières et compri
rapport aux préconisations du constructeur5 (1.5) mais conforme aux préconisations habituelles6. Les valeurs dépassent même 2.5 à faible charge sur la grande chaudière.
Cela ne semble pas être un cas isolé puisque Good et al. [2006] rapportent des valeurs mesurées d’excès
La mesure du rendement instantané des chaudières sur toute leur gamme de fonctionnement est un point central de l’étude. Pour rappel, le rendement instantané a été estimé durant les campagnes de mesure selon deux méthodes (cf. paragraphes II.A.1 et II.B) :
5 Commande et régulation http://www.mueller‐holzfeuerungen.ch/download.php?f=de71fed3d10401daa880a0efaebc7ca1,
consulté en juin 2013
6 Documentation suisse du bâtiment http://www.verenum.ch/Publikationen/Baudoc08t1.pdf, consulté en juin 2013
- la méthode dite « directe », par quantification de l’énergie entrant et sortant de la chaudière sur un laps de temps défini,
- la méthode dite « indirecte » ou méthode de Siegert, utilisée de manière classique.
L’annexe 12 présente en détail un exemple de calcul du rendement sur une journée type par les deux méthodes à partir des mesures réalisées. La Figure 46 présente l’évolution du rendement horaire de la grande chaudière sur la journée du 29.11.2010, calculé selon les deux méthodes. Les valeurs de rendement sont similaires avec les deux méthodes, mais semblent plus stables avec la méthode de Siegert.
0
méthodes sur la journée du 29.11.2010 Les chaudières (en particulier la petite) fonctionnent souvent dans un mode alternant entre leur minimum
arfois durant des journées entières. Durant les périodes de fonctionnement en
ecte sur la journée entière pour s’affranchir des effets d’inertie de la chaudière, ce qui aboutit à une seule valeur de rendement pour chaque journée de mesure dans ces conditions (2 par chaudière), mais plus fiable. L’annexe 12 présente un exemple de mesures sur une journée en mode stand-by/30%.
Figure 46 : Rendement horaire de la grande chaudière mesuré par les deux
techniques (30%) et le stand-by, p
stand-by, la méthode de Siegert ne peut pas s’appliquer car elle est basée sur la composition instantanée des fumées (les ventilateurs de pulsion sont coupés durant le stand-by). Pour les journées en mode stand-by/30%, le rendement a été calculé de manière dir
III.C.3.a Rendement en fonction du taux de charge
Les résultats obtenus pour chaque chaudière sont présentés en Figure 47.
0
Moyenne Mode Stand-by GC
1h Siegert GC
Taux de chargeconsigne [%]
[%] 1h PC
Moyenne Mode Stand-by PC
1h Siegert PC
Robust fit PC Robust fit Siegert
Rendement moyen GC mesuré : 82.6% ( = 7.4%) Rendement moyen GC Siegert : 84.2% ( = 1.8%)
Rendement moyen PC mesuré : 89.9% ( = 5.3%) Rendement moyen PC Siegert : 88.5% ( = 1%)
Figure 47 : Rendement mesuré (moyenne horaire) en fonction du taux de charge de la chaudière selon la méthode directe et la méthode de Siegert ; en haut : grande chaudière, en bas : petite chaudière ;
en jaune : périodes de fonctionnement en mode stand-by/30%
Les résultats principaux sont les suivants :
Pour les deux chaudières et selon les deux méthodes, le rendement est quasi invariant en fonction de la puissance fournie (i.e. du taux de charge), ce qui est contraire à ce qu’on s’attendait à observer a prio , i.e.
une diminution du rendement avec le taux de charge, notamment à cause des pertes par rayonnement ent
e gaz dangereux dans la chaudière, mais qui a aussi pour effet de refroidir la chaudière (à l’origine de pertes thermiques importantes durant les phases de stand-by), ce qui n’est pas le cas ici.
On peut donc estimer un rendement moyen sur toute la gamme de mesure, qui s’élève à :
ri (peu dépendantes du taux de charge de la chaudière en valeur absolue, devenant donc potentiellem significatives à bas taux de charge). Dans notre cas, les chaudières sont très bien isolées (la paroi des chaudières est quasiment froide), si bien que les pertes radiatives sont négligeables.
Le rendement mesuré durant les phases stand-by/30% n’est pas différent du rendement mesuré lors du fonctionnement à puissance plus élevée alors qu’on s’attendrait à observer une dégradation importante de sa valeur. Ce phénomène est probablement lié à la qualité de l’isolation de la chaudière et à l’arrêt complet des ventilateurs d’air primaire et secondaire durant les phases de stand-by. A noter que classiquement dans les chaudières bois, un balayage d’air minimal est maintenu pour limiter les risques d’accumulation d
- pour la grande chaudière : 82.6% selon la méthode directe, 84.2% selon la méthode de Siegert selon la méthode de Siegert
ec une différence de +/- 1.5 point entre les résultats, mais la dispersion des points calculés par la méthode directe est plus importante que par la méthode de Siegert.
Les rendements observés sont bons pour ce type de chaudière et proches de ceux annoncés par les constructeurs habituellement (80-85%). Le rendement moyen de la petite chaudière est plus élevé que celui de la grande chaudière d’environ 5 points. A noter que les grandes installations ont d’habitude de meilleurs rendements que les petites, mais dans notre cas, il faut noter la différence de technologie : la petite chaudière est fabriquée en série et totalement automatisée, tandis que la grande chaudière a été conçue quasiment sur mesure et se rapproche plus du « prototype ».
III.C.3.b Estimation de l’incertitude sur les mesures de rendement
L’incertitude sur le rendement selon les deux méthodes a été calculée par la propagation des incertitudes de mesure sur les différentes grandeurs utilisées dans le calcul (cf. paragraphe II.B) avec les hypothèses suivantes :
- pour la petite chaudière : 89.9% selon la méthode directe, 88.5%
Les résultats obtenus selon les deux méthodes sont cohérents, av
0.03%
Avec ces valeurs, nous avons estimé l’incertitude sur les mesures de rendement horaire des deux chaudières selon les deux méthodes :
- méthode directe : grande chaudière direct
5 6%
direct
La différence d’incertitude entre les deux méthodes est importante. A noter que pour la méthode de Siegert, les incertitudes liées aux termes négligés ne sont pas prises en compte dans le calcul d’incertitude.
Ce phénomène a également été observé par Good et al. [2006], qui ont estimé avoir atteint des incertitudes de même ordre de grandeur (bien qu’avec des méthodes beaucoup plus simplifiées que celles utilisées ici).
III.C.3.c Répartition des pertes
Il est également intéressant de quantifier la part respective des différentes pertes dans la chaudière, qui sont pour rappel :
- Pertes thermiques par chaleur sensible des fumées
- Pertes thermiques par rayonnement, convection et conduction des parois de la chaudière : négligées - Pertes chimiques par combustion incomplète (imbrûlés gazeux)
- Pertes chimiques par combustion incomplète (imbrulés solides dans les cendres) paragraphe II.C.4)
La Figure 48 présente la répartition entre pertes sensibles dans les fumées et pertes par combustion incomplète (imbrûlées gazeux mesurés dans les fumées pendant les campagnes de mesure), calculées selon les relations présentées en paragraphe II.B.2.
0 20 40 60 80 100
ETA/Pertes [%]
Siegert GC 1h
Pertescombustion 1h
Pertessensibles 1h
Taux chargeconsigne [%]
ETA/Pertes [%]
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0 20 40 60 80 100
Siegert PC 1h
Pertescombustion 1h
Pertessensibles 1h
Figure 48 : Répartition entre pertes sensibles dans les fumées et pertes de combustion ; en haut : grande chaudière, en bas : petite chaudière
s sont très largem s pertes tion étant
insignifiantes (de l’ordre de 0.5%).