2 mars 2016

Chaudière condensation : les corps de chauffe en aluminium-silicium

corps de chauffe en fonte aluminium silicium AlSi remeha

Certains fabricants (ex. Saunier Duval, DeDietrich, ...) proposent de plus en plus de corps de chauffe en aluminium-silicium (AlSi), en remplacement de l'inox, sur leurs chaudières à condensation HPE. Nous retrouvons donc souvent les « pro inox » qui ne veulent pas entendre parler de l'aluminium, et d'autres qui ne font qu'en vanter ses mérites en indiquant que l'aluminium est le matériau d'avenir pour les échangeurs de chaleur des chaudières gaz !

Si ce matériau apporte certains avantages, il convient aussi de respecter certaines préconisations d'installation et d'entretien. Nous vous proposons de faire le point dans cette article.


Tout d'abord, il faut comprendre pourquoi ces 2 métaux sont utilisés par les fabricants de chaudière à condensation. Tout simplement parce que le phénomène de la condensation de la vapeur contenue dans les fumées de combustion du gaz génère des condensats acides qui favorisent la corrosion du métal. Pour que les échangeurs de chaleur et les corps de chauffe résistent à la corrosion, les constructeurs emploient alors soit de l'aluminium-silicium, soit de l'acier inoxydable.

Les fabricants de chaudières vont utiliser l'aluminium soit parce qu'ils maîtrisent la technologie de la fonderie d'aluminium, comme Remeha du groupe BDR Thermea qui produit des échangeurs en fonte d'aluminium pour toutes les marques du groupe (telle De Dietrich). Soit parce qu'ils disposent près de chez eux de fondeurs d'aluminium (ex. en Italie) travaillant pour toutes sortes d'industries, capables de produire des corps de chauffe et échangeurs de chaleur à des coûts intéressants pour concurrencer l'acier inoxydable. L’alliage utilisé est l'aluminium-silicium qui présente d'une manière générale les meilleurs propriétés de fonderie. Le silicium ajouté à l'aluminium permet : d'améliorer la coulabilité, de diminuer le coefficient de dilatation, de réduire l'indice de criquabilité (sensibilité d'un alliage à la crique : défaut de surface - fissure - qui se produit pendant la solidification) et l'aptitude à la retassure (défauts dus au retrait de solidification).

A l'inverse, réaliser des échangeurs et corps de chauffe en acier inoxydable demande à être un spécialiste de l'acier et réclame une forte technologie qui ne peut s'amortir que sur de grandes séries. Parmi les spécialistes de l'acier inoxydable, on trouve donc de grands groupes de chauffage qui peuvent amortir leurs outils grâce à leurs volumes importants, comme l'allemand Viessmann qui produit ses propres échangeurs de chaleur en acier inoxydable.


Pourquoi l'aluminium


Efficacité : optimisation de la conduction de chaleur

Très bon conducteur, le coefficient de transmission de la chaleur (conductivité thermique) pour l'aluminium est de 237W.m-1.K-1 soit :
  • 5 fois meilleur que celui de l'acier (46W.m-1.K-1)
  • 7 fois supérieur à celui de l'inox (26W.m-1.K-1)
C'est ainsi un rendement élevé et une montée en température très rapide pour un maximum de confort sans attente.

Manutention : une mise en œuvre facilitée

L'aluminium propose un excellent rapport poids / puissance : la masse volumique réduite de l'aluminium silicium couplée à sa haute capacité de conduction, permet d'avoir un corps de chauffe bien plus léger et bien plus compact qu'en acier inoxydable pour une puissance équivalente.

L'aluminium, très léger, est souvent choisi dans l'aéronautique ou l'automobile pour réduire le poids des équipements : il est en effet 3x plus léger (2.7g/cm3) que l'acier inoxydable (8g/cm3) ou le cuivre. Au-delà de la compacité des échangeurs aluminium, lié à la bonne conductibilité thermique du matériau, on bénéficie donc également de réductions de poids significatives par rapport à l'emploi d'autres matériaux. Il devient donc possible de concevoir des chaudières peu encombrantes et avec des poids au mur ou au sol très réduits, d'où une plus grande latitude de configuration d'installation en chaufferie.

A titre de comparaison, une Saunier Duval Themafast Condens F25 à corps de chauffe inox pèse 38kg (pour un volume occupé de 0,106m3) quand une SemiaFast Condens F25 présente une masse de 32kg (pour un volume de 0,093m3).

Une maintenance facile et rapide : pas de kit de nettoyage spécifique

Lorsque le nettoyage est nécessaire, il suffit simplement de pulvériser de l'eau douce dans le corps de chauffe. Pas besoin d'outils spécifiques (brosse, kit de nettoyage) pour l'entretien du corps de chauffe.

Fiabilité : résistance à la corrosion grâce à l'auto passivation de la surface

Un corps de chauffe en aluminium silicium, moulé grâce un moule sable (contrairement au moule sous pression), permet d'obtenir une surface parfaitement lisse ne nécessitant pas de traitement de surface. Les propriétés de l'aluminium permettent aux contacts des condensats acides produits par la chaudière à condensation que les surfaces s'auto protègent grâce à l'auto passivation qui créer une fine pellicule de protection contre la corrosion. Même si une rayure est faite sur le corps de chauffe, la pellicule se reforme.

Des sections de passage importantes

Les corps de chauffe aluminium ont généralement des sections de passage pour le circuit primaire très importantes et permettent :
  • un échange de chaleur optimisé et donc de fonctionner à des températures faibles
  • de limiter les risques d'embouage et donc d'augmenter la longévité du produit.
L'épaisseur extérieure de l'aluminium des sections de passage est de 6mm, augmentant la robustesse du corps de chauffe, et limitant tous risques de fuites liée à une possible corrosion.

Conception optimisée par le moulage

Les alliages du groupe AlSi (Aluminium-Silicium) ont une composition proche de l'eutectique qui leur confère une excellente aptitude à la coulée. Un eutectique est un mélange de deux corps purs qui fond et se solidifie à une température constante, contrairement à d'autres mélanges. Cet alliage se comporte en fait comme un corps pur du point de vue de la fusion avec de très bonnes caractéristiques de coulabilité. Cette aptitude à la coulée trouve toute son application dans la réalisation de corps de chaudières avec des géométries très complexes qui augmentent les surfaces d'échange et améliorent le passage du fluide caloporteur.

Le corps de chauffe peut être conçu afin de maximiser la condensation des fumées provenant de la combustion, grâce à une meilleure surface d'échange de chaleur, et à une circulation sur toutes les faces de l'échangeur évitant à moyen/long terme tous risques de fuites liées à des coudes ou des zones mortes.


corps de chauffe aluminium silicium saunier duval

L'homogénéité du matériau AlSi et sa flexibilité autorisent une utilisation avec des différentiels de températures importants (jusqu'à 30K) entre le départ et le retour de la chaudière sans risque de fatigue du matériau dû à ces chocs thermiques répétés tout au long d'une saison de chauffe et qui pourraient provoquer des ruptures d'éléments. Ce phénomène de différentiel de température entre le départ et le retour est souvent le résultat d'un fonctionnement au quotidien d'une installation où le changement de débit dans les circuits secondaires est occasionné par des ouvertures-fermetures de vannes trois voies. Cela permet une exploitation maximale du rendement de la chaudière : ne craignant pas les chocs thermiques, on peut définir des retours basse température favorisant la condensation des gaz de combustion à l'intérieur de l'échangeur, donc l'effet de récupération de chaleur.



Importance du contrôle de la qualité de l'eau


Alors si on constate que l'aluminium peut se montrer tout à fait à la hauteur de l'inox en matière de performance et robustesse, il demande néanmoins un peu plus d'attention concernant sa mise en œuvre et son entretien. Ainsi lors de l'installation d'une chaudière à condensation équipée d'un corps de chauffe aluminium-silicium, il est important de vérifier (plus) régulièrement la qualité de l'eau du circuit de chauffage.

L'aluminium métallique est très oxydable, mais il est immédiatement passivé par une fiche couche d'alumine Al2O3, imperméable de quelques micromètres d'épaisseur, le protégeant ainsi de la corrosion.

Cependant, sa résistance à la corrosion est directement dépendante de la stabilité de cette couche d'oxyde. Cette dernière est ainsi stable dans une plage de pH comprise entre 6,5 et 8,5. Dès qu'il y a rupture de ce film d'oxyde protecteur, il y a corrosion de l'aluminium. Cette oxydation se fait essentiellement par un phénomène de formations de « piqûres ». Il s'agit d'une corrosion localisée : en surface, on ne voit qu'un petit point, mais en dessous, il y a une cavité bien plus importante. Ceci entraîne à terme la perforation de la pièce et sa fragilisation.

percement corps de chauffe aluminium silicium piqure

Il convient donc de contrôler plus régulièrement le pH de son eau de chauffage. Un corps de chauffe inox de qualité (une nuance à teneur en chrome élevée ou contenant du molybdène) peut quant à lui accepter une eau avec un pH largement supérieur à 8,5. Le chrome forme un film passif qui protège l'acier contre une corrosion atmosphérique modérée et augmente également la résistance à l'oxydation aux températures élevées. Le molybdène renforce l'action du chrome en conférant à l'acier inoxydable une résistance à la corrosion par piqûres et caverneuse en milieu chloruré.

Plus généralement, il convient de respecter les caractéristiques suivantes pour son eau de chauffage avec un corps AlSi :

  • ph : 6.5 < ph < 8.5
  • TH de l'eau de remplissage : TH < 20°f
  • Sur une période de 5 ans, les valeurs de métaux dissous seront inférieures à :
  • Aluminium : 3mg/l
  • Cuivre : 3mg/l
  • Fer : 30mg/l
  • Sulfates 80mg/l
  • Chlorures : 50mg/l

Pensez donc à faire régulièrement une analyse votre eau de chauffage et de la traiter au besoin par des additifs adéquats (inhibiteur Sentinel X1, Fernox F1 Protector …).



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