Évacuation des produits de combustion (EVAPDC) : quelles solutions pour une chaudière gaz ?

Datant des années 1970, les anciennes technologies de chaudières gaz sont de type atmosphérique par tirage naturel (chaudière standard). La température élevée des produits de combustion, comprise entre 130 et 160°C, permet de créer un tirage suffisant à la buse de l’appareil pour alimenter les rampes du brûleur en air comburant et évacuer les gaz brûlés dans le conduit.

Ces chaudières sont généralement équipées d’un coupe-tirage situé au-dessus de l’échangeur de chaleur qui permet d’éviter un tirage trop important et d’assurer l’évacuation de l’air vicié de la pièce lorsque le coupe-tirage est situé à plus de 1,80 m du sol. Un problème sur le conduit de fumée crée une modification de l’hygiène de combustion et un refoulement des produits de combustion dans l’ambiance par le coupe-tirage jusqu’à coupure par le dispositif de sécurité individuel de l’appareil : le SPOTT [Système Permanent d’Observation du Tirage Thermique). Le SPOTT a pour rôle de mettre soit momentanément à l'arrêt, soit en sécurité, l'appareil en cas de tirage thermique accidentellement ou temporairement insuffisant. Il est constitué d'un dispositif de contrôle de l'atmosphère ou de contrôle de la température au niveau du coupe-tirage.

La chaudière basse température

Les chaudières basse température utilisent toujours un brûleur atmosphérique mais sont équipées d’un échangeur à plaques surdimensionné, permettant d’augmenter le rendement de l’appareil avec une baisse des températures des fumées (90 à 120°C). La modulation en puissance est également possible. Un extracteur permet de forcer l’évacuation des produits de combustion (EVAPDC) sur conduit de fumée compatible (type B) ou système de type ventouse (type C).

La chaudière à condensation

La chaudière à condensation présente de multiples évolutions techniques avec un rendement PCI pouvant atteindre 109 % selon les usages. Ceci est dû à la récupération de chaleur latente du changement d’état de l’eau contenue dans les produits de combustion (condensation à températures inférieures à 55°C) et à une meilleure maîtrise de la combustion (diminution des imbrulés) et de la récupération des pertes. Le rendement saisonnier est également amélioré grâce aux fortes possibilités de modulation en puissance de l’appareil.

Grâce au ventilateur qui assure le mélange air/gaz, les produits de combustion peuvent être évacués en légère pression : des conduits d’évacuation de produits de combustion de diamètres plus faibles peuvent être utilisés en rénovation.

Comme la chaudière basse température, la chaudière à condensation n’est pas équipée de coupe tirage et ne peut donc pas assurer la ventilation du local.

Evolution des chaudières et de leurs caractéristiques

La Directive Européenne Eco-conception (Energy related Products – ErP) fixe des exigences de rendement minimal pour les appareils de chauffage/ECS : ces produits doivent présenter un rendement minimal saisonnier de 86% PCS depuis le 26 Septembre 2015. De plus, une seconde exigence, sur les émissions de NOx (56 mg/kWh PCS), sera applicable à partir du 26 septembre 2018.

Aux vues des difficultés techniques de rénovation en logement collectif, la Commission Européenne a créé une « exception B1 » à travers le règlement 813/2013 qui fixe l’exigence de rendement saisonnier à 75% pour les chaudières de Type B1 (chaudière de type B équipé d’un coupe tirage) spécifiquement conçues pour être raccordées à un conduit commun collectif. Sont concernées :

• les chaudières de type B1 chauffage seul de puissance thermique nominale ≤ 10 kW
• les chaudières de type B1 mixte de puissance thermique nominale ≤ 30 kW

L’exigence sur les NOx reste elle inchangée pour ce qui concerne les chaudières de type B1, ceci signifie que seules les chaudières B1 de type « bas NOx»  (≤ 56 mg/kWh PCS) pourront être installées à compter de septembre 2018.

Les produits de nouvelle génération (à condensation) permettent d’ores et déjà de répondre à ces exigences. Mais lors de remplacement de chaudières raccordées sur conduit maçonné ou VMC gaz, les conduits d’évacuation des produits de combustion ne sont pas, pour la plupart, compatibles avec les fumées de ces chaudières, qui du fait de la faible température de leur fumée, présentent un risque fort de condenser dans le conduit de fumée. Ainsi, la réglementation interdit de raccorder une chaudière basse température ou condensation sur un conduit maçonné (arrêté du 23 février 2018, article 14.1).

En VMC gaz, (selon le Guide CNPG EVAPDC / article 3.2), seules les chaudières VMC gaz (B11 ou B13) standard ou basse température sont autorisées. La solution chaudière à condensation sur VMC gaz nécessiterait un agrément ministériel, ce qui n’est pas à l’étude actuellement.

De plus, la chaudière à condensation ne permet plus de ventiler la pièce dans laquelle se trouvait l’ancienne chaudière à coupe-tirage, il est donc nécessaire de passer à un système de ventilation mécanisée plus performant.

La rénovation d’appareils individuels gaz par des appareils à condensation, nécessite donc la prise en compte de deux aspects clés pour l’évacuation des conduits de chaudière gaz :

• S’assurer de la compatibilité de la solution choisie avec la condensation et la ventilation,
• Veiller à conserver notamment lorsque celle-ci était assurée par l’ancien appareil à gaz.

Diagnostiquer un conduit d’évacuation de chaudière gaz

Dans le cadre d’un projet de rénovation, un diagnostic du conduit de fumée existant est nécessaire selon la norme NF DTU 24.1 P1 (annexe C). Il doit être effectué avant toute installation du nouveau système d’évacuation des produits de combustion. Il revient à l’installateur de vérifier auprès du fabricant de la chaudière et du matériel d’évacuation des produits de combustion, le bon dimensionnement des sections des conduits selon :

• la puissance installée,
• la hauteur de l’ouvrage,
• sa typologie.

De même, lors du changement du matériel, et en particulier si le bâtiment a fait l’objet de rénovations, il conviendra d’adapter sa puissance en fonction des besoins de chauffage et d’eau chaude sanitaire. Un changement des émetteurs pourra également être envisagé après calcul des déperditions, de façon à utiliser de manière optimale la chaudière à condensation en « basse température » le plus longtemps possible.

^{_{*Changement de l'ensemble des appareils connectés à un même conduit
** Solution de rénovation avec chaudière basse température}}

Les solutions présentées ci-après visent à l’installation d’appareils individuels à condensation de type étanche ou non étanche (chauffage et/ou ECS) et s’appliquent aussi bien à la chaudière au sol qu’à la chaudière murale.

Dans le cas des conduits collectifs, deux types de rénovation sont à envisager :

• La rénovation dite globale, avec le remplacement de tous les appareils connectés au conduit commun,
• La rénovation par logement, avec le remplacement d’un seul appareil.

Les solutions d’évacuation de chaudières gaz aujourd’hui disponibles ne peuvent généralement s’appliquer que dans le cas d’une rénovation « globale ».

Le raccordement d’une chaudière étanche à une ventouse horizontale (C1) ou verticale (C3) est une solution déjà largement utilisée en rénovation. Elle se compose d'un conduit concentrique individuel qui assure l'évacuation des produits de combustion par le conduit central et l'alimentation en air comburant par l'espace annulaire. A noter que le débouché doit se situer à au moins 40 cm des ouvrants et au moins 60 cm des entrées d'air du logement.

La ventilation est indépendante de l'appareil de combustion. Possibilité d'installer une VMC ou une VMR.

Cette solution « Reno ventouse » peut s’appliquer à la plupart des configurations de l’existant (conduit individuel, shunt, VMC-gaz), à l’exception de l’alvéole technique (voir les solutions de rénovation décrites ci-dessous pour plus de détails).

Toutefois, il existe des situations techniques (configuration du bâtiment), organisationnelles (validation par l’AG en copropriété), ou architecturales (façade de bâtiment classée) ne permettant pas une rénovation par l’utilisation de ventouse.

Pour répondre à ces situations mais également permettre de réutiliser le conduit d’évacuation de la chaudière gaz existant (esthétisme par rapport à une ventouse), un certain nombre de solutions ont été développées par la filière pour les différents types de configurations de conduits.

Le conduit de fumée individuel est présent aussi bien en maison individuelle qu’en immeuble ; les solutions détaillées ci-dessous s’appliquent dans les deux cas. Ces conduits fonctionnent aujourd’hui par tirage naturel et peuvent présenter des typologies de construction très différentes avec une variété de matériaux utilisés (boisseau terre cuite, brique, béton). Plusieurs conduits de fumée peuvent être présents pour chaque logement.

Dans les cas où le système de ventilation est découplé du conduit de fumée (CI), le principe de la solution de rénovation (Reno CI) est de tuber le conduit existant pour évacuer les produits de combustion, l’amenée d’air comburant étant réalisée par l’espace résiduel entre le tubage et l’ancien conduit. Ce tubage peut être réalisé en conduit rigide ou flexible. La ventilation est indépendante de l'appareil de combustion. L'installation d'une VMC ou VMR est possible.

Dans le cas où la chaudière est équipée d’un coupe-tirage situé à plus d’1,80 m du sol et qu’il n’y a pas d’autre conduit dans la pièce pour la ventilation, le coupe-tirage fait office de ventilation haute. On parle alors de CI DUO : le conduit assurant l’évacuation des produits de combustion et de l’air vicié du logement.

La solution de rénovation, doit donc à la fois traiter l’évacuation des produits de combustion, et assurer la ventilation du local. Le principe de la solution de rénovation (Reno CI duo) est de tuber le conduit existant pour évacuer les produits de combustion, l’air comburant étant pris directement dans la pièce (utilisation de chaudière non étanche de type B23p).

L’évacuation de l’air vicié, se fait, quant à elle par l’espace résiduel entre le tubage et l’ancien conduit. Une bouche de ventilation telle qu'une grille (VPP), une bouche basse pression (VGP) ou un extracteur individuel devant au préalable être installés sur le conduit. L'installation d'une VMC ou d'une VMR est aussi possible.

A partir de 1955 apparaissent les conduits d’évacuation de chaudières collectifs de type « Shunt » dans les immeubles. La particularité majeure de ce conduit est le départ individuel (appelé ramon) à chaque niveau vers un conduit collecteur, coiffé en haut du bâtiment par un extracteur statique classique. Le ramon empêche tout refoulement de produits de combustion et la propagation des incendies d’un étage à l’autre. Un autre système (autre Shunt ou grille en façade) assure la ventilation du local, le coupe-tirage de la chaudière (B11) n’ayant pas ici cette fonction.

Un maximum de 6 appareils standards peut être raccordé au Shunt avec possibilité de dédoubler celui-ci si le nombre d’étages dépasse 6. Les règles d’origine de dimensionnement et de conception des conduits Shunt sont précisées dans le DTU 61.1 P7.

Dans l’Est de la France existent des conduits de type « Alsace » (interdits à la construction neuve depuis 1960) qui, à la différence du Shunt, ne disposent pas de départ individuel : les produits de combustion arrivent directement dans le conduit collectif. Ce conduit, généralement poly-combustible, est dédié uniquement à l’évacuation des produits de combustion. Les solutions de rénovation développées pour le conduit Shunt s’appliquent également aux conduits « Alsace ».

La solution « RenoShunt » consiste à introduire un conduit collectif étanche pour l’extraction des produits de combustion de chaque chaudière, l’air comburant provenant de l’espace annulaire entre le conduit shunt originel et ce conduit. La ventilation est indépendante de l'appareil de combustion. L'installation d'une VMC ou d'une VMR est possible.

Dans le cas où la chaudière est équipée d’un coupe-tirage situé à plus d’1,80 m du sol et qu’il n’y a pas d’autre système de ventilation dans la pièce, le coupe-tirage fait office de ventilation haute. On parle alors de Shunt DUO : un Shunt assurant l’évacuation des produits de combustion et de l’air vicié du logement. Dans ce cas-là, la ventilation est assurée par un autre conduit Shunt du logement.

Le shunt « classique » n’est usuellement raccordé qu’à des appareils gaz, il existe cependant des conduits présentant des particularités comme :

• Le « shunt-gaz-mixte » qui intègre un second départ individuel de hauteur d’étage dédié à la ventilation haute du logement pour lequel la seule solution de rénovation existante est la ventouse horizontale.
• Le « shunt-poly-combustible » auquel peuvent être raccordé des appareils utilisant d’autres sources d’énergie (fioul, bois) qui sont alors rénovés par des appareils fonctionnement exclusivement au gaz naturel.

Solution technique apparue au cours des années 1970, l’ATG est réservée exclusivement à l’usage d’appareils gaz, pour des immeubles R+2 à R+7 (pour des immeubles plus hauts, l’ATG est mécanisée).

Apparue après 1970, elle a permis la mise en œuvre de systèmes de VMC dans les logements, sans contrarier l’évacuation des produits de combustion des appareils gaz, non étanches fonctionnant en tirage naturel.

De plus, en sortant les appareils gaz des logements, elle a été plébiscitée par les bailleurs sociaux, qui y voyaient une plus grande facilité de maintenance des appareils gaz.

Le principe des alvéoles techniques gaz est de placer les appareils de combustion (chaudières ou chauffe-eau) des différents logements dans des alvéoles accessibles par les parties communes, à chaque palier d’étage. L’alimentation en air comburant se fait par un conduit spécifique desservant chaque étage de l’alvéole et le conduit de fumée collectif est commun. Une puissance cumulée allant jusqu’à 70 kW peut être installée par étage, c’est la seule configuration qui permet de raccorder plus de 2 chaudières par conduit d’évacuation des produits de combustion et par étage.

La solution « Reno ATG » consiste à tuber l'ancien conduit par un conduit concentrique de type 3CEp (conduit collectif pour chaudière étanche) qui assure l'évacuation des produits de combustion par le conduit central et l'alimentation en air comburant par l'espace annulaire. La ventilation de l'alvéole doit être préservée et ne doit pas amoindrir la résistance au feu des portes et des parois verticales. Des orifices en partie haute sont créés pour assurer cette ventilation de l'ATG.

Cette ventilation mécanisée est apparue dans les années 1980 : elle vise à assurer conjointement la ventilation du logement et l’évacuation des produits de combustion des chaudières dans une seule et même colonne (encombrement très réduit en gaine technique). Les chaudières standards VMC sont équipées d’un coupe-tirage et d’une bouche thermo-modulante, qui modifie son ouverture selon la température des produits de combustion. Comme pour toute VMC, cette ventilation est générale et permanente (VGP).

Ces chaudières disposent d’une sécurité individuelle (DSI, de type SPOTT) et sont raccordées à un Dispositif de Sécurité Collective d’arrêt (DSC) qui en cas de dysfonctionnement de l’extracteur général situé en toiture, coupera l’ensemble des chaudières raccordées sur le conduit concerné. Le DSC est obligatoire depuis 2007 avec effet rétroactif pour les VMC-Gaz existantes.

Un premier pas vers la performance énergétique peut être atteint en couplant une chaudière basse température avec des bouches de ventilation adaptées aux exigences minimales de la VMC-gaz (le débit de ventilation donné par la bouche est piloté via une information de la chaudière).

Des travaux de développement avec notamment la réalisation de plusieurs chantiers expérimentaux sont actuellement en cours, pour pouvoir réaliser la rénovation d’installations en VMC gaz avec des appareils à condensation.

Les travaux de la filière visant à proposer des solutions adaptées aux nombreux conduits de fumées existant sur le marché français ont permis la création de solutions techniques distincts. Cependant, ces configurations sont principalement dirigées vers la rénovation collective (du type bailleur social) et ne sont pas facilement applicables à la copropriété ou dans le cas où un bailleur social veut remplacer ses appareils un par un.

Des travaux de R&D sont toujours en cours :

• Pour la rénovation des VMC gaz : rendre discret l’ensemble de la solution en visant une intégration totale en gaine technique et un encombrement minimal pour le client.
• Pour la rénovation des conduits collectifs nécessitant une rénovation au fil du temps : compléter ce panel de solutions en se rapprochant plus des besoins clients qui sont indépendants d’un propriétaire à un autre.

La plupart de ces solutions seront portées par les évolutions des chaudières vers des fortes pressions permettant la réduction des diamètres des conduits d’évacuation des produits de combustion et donc une intégration optimisée en immeuble d’habitation.