Chauffage au bois et au charbon

Chauffage et Ventilation 1967

Tout système de chauffage comporte trois éléments qui sont :

1° un mode de combustion, comprenant l'utilisation d'un combustible dans un appareil de chauffait qui sera, selon le cas, un foyer, un poêle, une fournaise ou une bouilloire:

2° un mode de chauffage, c'est-à-dire un matériel qui servira a transmettre la chaleur depuis l'appareil de chauffage jusqu'à l'endroit qu'on veut chauffer. Ce matériel sera, selon le cas, l'air, l'eau, la vapeur.

3° un système de distribution ou de diffusion de la chaleur comportant des canalisations, des bouches, des calorifères ou des radiateurs placés aux endroits où l'irradiation de la chaleur se fera de la manière la plus économique.

Nous étudierons à tour de rôle chacun de ces éléments à commencer par le mode de combustion.

Le même combustible peut s'employer pour les divers modes de chauffage et systèmes de distribution. Nous allons donc commencer par donner une description de quelques-uns des appareils destinés à produire la chaleur, ainsi que des combustibles qu'ils utilisent.

Nous nous limiterons toutefois, dans cette section, au bois et au charbon. Le chauffage à l'huile, qui exige une installation beaucoup plus compliquée, fera l'objet d'un chapitre à part, d'ailleurs placé immédiatement après celui-ci.

APPAREILS DE CHAUFFAGE

Un appareil de chauffage est l'ensemble:

1° d'un foyer et d'une chambre de combustion servant à réchauffer l'air ambiant; ou bien

2° d'une fournaise à chauffer l'air ou l'eau; ou encore

3° d'une "bouilloire" ou chaudière à eau chaude ou à vapeur.

Foyers et poêles

 Dans le cas des foyers et des poêles, la chaleur, appliquée par radiation, est orientée par les surfaces de chauffe vers les objets environnants et l'air de la chambre, dont elle élève la température.

Air chaud

 Dans le cas du chauffage à l'air chaud, l'air est amené sur une surface de chauffe puis transmis, par des conduites qui lui conservent sa température, dans les chambres ou pièces dont l'intérieur est ainsi réchauffé.

Eau chaude

 Pour le chauffage à l'eau chaude, l'eau est portée à une certaine température dans une "bouilloire". Cette eau transmet sa chaleur par des tuyaux aux calorifères ou radiateurs qui sont placés directement dans les chambres et endroits que l'on veut réchauffer.

Après avoir dégagé sa chaleur en se refroidissant, l'eau revient à la bouilloire par la circulation que produisent la différence de température du liquide et sa gravité spécifique.

Vapeur

Dans le chauffage à vapeur à basse pression, l'eau est d'abord transformée en vapeur dans une chaudière installée au soubassement ou en tout autre endroit approprié de l'édifice.

La vapeur est transportée par des tuyaux vers les radiateurs où elle se liquéfie en dégageant sa chaleur de vaporisation. L'eau de condensation est ensuite ramenée par gravité, ou aspirée par une pompe pour retourner à la bouilloire.

Nous reviendrons plus en détail, dans les sections subséquentes, sur chacun de ces modes de chauffage. La brève description qui précède avait simplement pour but d'établir une distinction entre les appareils les plus communément employés pour produire la chaleur et la transmettre.

FOYERS, POÊLES ET FOURNAISES

On appelle foyer l'endroit où l'on fait du feu dans une habitation. C'est aussi la cavité, la partie d'un fourneau où l'on brûle le combustible.

Dans tout appareil de chauffage, autre qu'au gaz, à l'huile ou à l'électricité, le foyer est toujours muni de chenets ou d'une grille pour recevoir le combustible — ceci, afin de permettre à ce dernier de brûler et de se consumer dans les meilleures conditions tout en enflammant les gaz provenant de sa combustion. (Fig. 9).

Fig. 9.— Foyer d'une fournaise chauffée au charbon.

Le poêle est un appareil transportable, à combustion, qui cède sa chaleur à l'air ambiant par la conductibilité de sa masse et notamment de ses parois. (Fig. 10).

Fig. 10.— Poêle utilisé comme réchaud.

Une fournaise est un appareil comportant un foyer avec ou sans grille et une chambre de combustion destinée à recevoir un feu ardent.

Grâce à une grande surface de chauffe, la fournaise cède sa chaleur par conductibilité à l'air ambiant, la diffuse directement ou la transmet à l'aide de conduites vers des bouches de chaleur. (Fig. 11).

Fig. 11.— Bouches de chaleur d'une fournaise à air chaud.

Il ne faut pas confondre la fournaise avec la bouilloire, qui, par le moyen de l'eau ou de la vapeur, transmet sa chaleur à des calorifères ou radiateurs.

Le poêle mobile 'connu aussi sous le nom de brasero) est un appareil rudimentaire, ou plutôt un seau en fer sur un trépied, et que l'on emplit de braise ou de charbons ardents.

On transporte cette chaudière d'un endroit à l'autre pour chauffer temporairement un local. Cet appareil à combustion lente est très dangereux à cause des gaz asphyxiants qu'il dégage ; il faut avoir soin que l'endroit où on l'utilise

soit grandement aéré. Dans les résidences non pourvues d'un système de chauffage, on a recours très souvent à la fournaise de passage (Fig. 12), qui cède sa chaleur par radiation directe.

Fig. 12.— Fournaise de passage.

Tuyau de fumée

Le poêle aussi bien que la fournaise nécessitent l'installation d'un tuyau d'évacuation de la fumée, qui doit être dirigé vers une cheminée.

Tirage

Les gaz chauds de la combustion sont plus légers que l'air environnant. Leur mouvement ascendant dans la cheminée crée dans le foyer une succion appelée tirage. Les appareils de chauffage doivent être munis en conséquence d'un dispositif spécial permettant l'admission de l'air.

Cet air doit arriver en quantité suffisante pour favoriser le mélange et l'expansion des gaz au moment de la combustion et leur permettre ainsi de s'enflammer grâce à la présence de l'oxygène que fournit l'air.

Une tirette

plaque mobile dans une coulisse, doit être placée au bas du foyer ; elle sert à ouvrir ou fermer à volonté une prise d'air qui active le feu ou le tirage d'un poêle ou d'une fournaise.

Pour les poêles et les fournaises chauffant au bois, cette tirette (lift door damper) se place d'ordinaire en avant du foyer, au niveau de la grille, ou sur la petite porte servant à extraire les cendres.

Pour les foyers au charbon, à part la tirette qui est placée plus bas que la grille du foyer, la porte servant à déposer le combustible est munie d'une seconde tirette ou, plus souvent, d'un papillon (fire door damper). C'est un disque de métal avec ouvertures triangulaires, servant à ouvrir ou fermer, en tournant, l'arrivée de l'air.

En se mélangeant avec les gaz provenant de la combustion, cet air leur permettra de s'enflammer et d'augmenter le pouvoir calorique du brasier. (Fig. 13).

Fig. 13.— Papillon d'une porte de fournaise.

Le tirage (draft) est le mouvement ascendant des gaz chauds à l'intérieur d'une cheminée. Il peut être naturel, avec contrôle manuel, qui se règle à l'aide d'une clé dans le tuyau. (Fig. 14 et 19).

Fig. 14.— Contrôle du tirage par: (A) un registre situé au-dessous de la grille ; (B) une tirette à même la porte du foyer ; (C) un clapet de coupe-tirage, sorte de registre réglable placé sur le chapeau du tuyau à fumée ; (D) la clé du tuyau.

Vient ensuite le tirage contrôlé. Ce contrôle s'accomplit par le moyen d'un registre ou clapet placé sur le côté du tuyau de fumée et laissant entrer une certaine quantité d'air dans le conduit de fumée. (Fig. 14c).

Enfin mentionnons le tirage forcé — au moyen d'un soufflet à main ou d'une soufflerie mécanique (blower) — que nous étudierons plus loin.

LES CHEMINÉES

La cheminée est un réduit en pierre ou en brique qui servait autrefois à faire du feu dans une chambre et d'où la fumée s'échappait vers l'extérieur par un conduit vertical.

Aujourd'hui, le mot cheminée désigne surtout un conduit vertical en maçonnerie, plus souvent en brique, donnant issue à la fumée d'un foyer, d'un poêle, d'une fournaise ou d'une chaudière à vapeur. On désigne également sous le nom de cheminée la partie de ce conduit qui dépasse la toiture d'une bâtisse. (Fig. 15 et 16).

15.— Agencement d'une cheminée bien construite aux divers étages qu'elle traverse.

CONSTRUCTION DES CHEMINÉES

Toute cheminée et tout conduit vertical dans un mur donnant issue à la fumée doivent être construits en pierre, brique ou autre matériel réfractaire au feu.

Le conduit (flue) de la cheminée ne doit pas avoir moins de 8" de diamètre intérieur, ou moins de 64" carrés, et ses parois ou murs ne doivent jamais avoir moins de 8" d'épaisseur.

Les cheminées dont le diamètre est inférieur à 8" comme, par exemple, celles que l'on fait avec du tuyau en grès de 6" de diamètre, sont sujettes à s'obstruer par la suie en peu de temps ; elles s'enflamment au moindre surchauffage et demandent, par conséquent, à être ramonées très souvent.

Toutefois, si la cheminée est revêtue à l'intérieur d'un tuyau de grès vitrifié de 8" et plus, elle pourra avoir un parement de seulement 4", mais à la condition qu'elle soit engagée dans un mur ou que la cheminée ne soit pas de forte dimension. La paroi divisant deux conduits de fumée en brique peut aussi avoir 4" d'épaisseur.

Une bonne cheminée doit avoir au moins 20 à 25 pieds de hauteur ; plus elle sera haute, meilleur et plus efficace sera son tirage.

Le sommet de toute cheminée doit s'élever à une hauteur d'au moins 3 pieds au-dessus du toit de la bâtisse si ce dernier est plat, et d'au moins 2 pieds au-dessus du faîte de la bâtisse si le toit est en comble. (Fig. 16).

Fig. 16.— (a) Le sommet d'une cheminée placée sur le versant d'un toit doit excéder l'arête de ce toit de 2', 6".

(b) Une cheminée placée directement sur l'arête du toit doit excéder de 2 pieds le sommet de l'édifice.

(c) Si la cheminée appartient à un édifice à toit plat, elle doit excéder celui-ci de trois pieds.

Le sommet de la cheminée devra avoir un couronnement en pierre, en béton armé ou en métal faisant saillie de 2" à 3" sur le parement extérieur, avec un larmier pour rejeter vers l'extérieur l'eau provenant de la pluie ou de la neige fondue. Par ce moyen, on empêche l'eau de s'infiltrer dans les joints de la pierre ou de la brique et de les détériorer.

Bases

Toute cheminée ne faisant pas partie d'un mur de pierre ou de brique doit reposer sur une base solide placée directement sur le sol.

Cette base doit être de grandeur proportionnelle à la grosseur, à la hauteur et au poids de la cheminée, ainsi qu'à la résistance du sol sur lequel elle repose. Toutefois, cette règle fait exception lorsque la cheminée repose directement sur le roc.

Fig. 17.— Détail de construction d'un foyer moderne — vue de face.

Dans aucun cas une cheminée ou un conduit vertical de fumée ne doit reposer sur du bois et encore moins sur une simple armoire.

Ramonage

Toutes les cheminées doivent être munies à leur base d'une porte à ramoner. Placée à deux ou trois pieds de terre, cette porte est ordinairement en fonte et mesure 8" x 8", ou 12" x 12" pour les constructions d'une certaine importance. (Fig. 15 et 20).

DIAMÈTRE INTÉRIEUR DES CHEMINÉES

L'aire intérieure d'une cheminée donnant issue à la fumée d'un foyer, d'une fournaise, d'une bouilloire ou chaudière à vapeur, doit être proportionnée à la surface de radiation du chauffage de la bâtisse. Cet espace peut également être proportionné à la surface de la grille du feu ainsi qu'à la hauteur de la cheminée.

Nous donnons du reste dans un autre section de plus amples détails à ce sujet.

CHEMINÉES ET ÂTRES

Pour les cheminées avec foyer ou feu de grille, chaque âtre doit avoir son propre conduit de fumée. L'âtre est l'endroit de la cheminée où l'on fait le feu.

Fig. 18.— Plan et nomenclature des diverses parties d'un foyer — coupe de côté.

L'ouverture de l'âtre peut varier de 24" à 48" de largeur, de 30" à 32" de hauteur et de 16" à 20" de profondeur. Les jambages de l'âtre ont d'ordinaire de 12" à 16". Le dessus de l'ouverture est fait en arche avec claveaux en pierre ou en brique, quelquefois supportés par une lame de fer. (Fig. 17 et 18).

Directement au-dessus et à l'arrière de l'arche ou linteau de l'âtre, il doit y avoir une gorge oblongue dont l'aire doit correspondre à l'aire intérieure du conduit de la cheminée. Au-dessus de la gorge, on aménage une chambre de fumée de la largeur et profondeur de l'âtre.

Cette chambre doit prendre la forme d'un entonnoir de feu de forge, et est reliée en encorbellement au conduit de fumée. On obvie ainsi à tout retour de la fumée à l'intérieur de l'appartement et le tirage de la cheminée est meilleur.

On garnit d'ordinaire le foyer de chenets pour recevoir les bûches de bois, ou d'un panier en fonte pour contenir le charbon, de manière à permettre au combustible et aux gaz qu'il dégage de brûler entièrement.

On munit le plus souvent la gorge de l'âtre d'un registre en fonte (damper) commandé par une tige, pour l'ouvrir ou le fermer à volonté lorsque le foyer n'est pas utilisé. Ce registre peut également être utile à la ventilation de la pièce où se trouve le foyer.

Les côtés de l'âtre d'un foyer bien construit devront être faits en embrasure d'au moins 4", afin de refléter la chaleur de chaque côté vers l'intérieur de la chambre. Le fond devra avoir une pente analogue à partir du tiers de sa hauteur au bas jusqu'à la gorge, de manière à réfléchir la chaleur sur le parquet de la chambre.

Le foyer ou parterre de l'âtre est d'ordinaire fait en carrelage ou céramique s'étendant à 20" en avant de l'âtre et à 12" de chaque côté, pour recevoir les étincelles. (Fig. 17 et 18).

Fig. 19.— Section de tuyau en tôle noire ; coude, collier et clé qui servent à l'installation des tuyaux de fumée ordinaires.

La conduite de fumée d'une cheminée peut servir à la fois au foyer et donner issue à la fumée d'un poêle à bois, mais non d'une fournaise au charbon.

Clés de tuyau

Le tuyau de fumée d'un poêle doit toujours être muni d'une clé pour contrôler le tirage de la cheminée. Cette clé est placée à proximité du poêle et accessible à la main au cas de surchauffage. La fermeture intérieure est pourvue d'un léger orifice afin de faire évacuer les gaz au cas où la clé serait trop fermée. (Fig. 14 et 19).

LES TUYAUX DE FUMÉE

Les tuyaux de fumée sont d'ordinaire faits en tôle noire, par sections de 20" de longueur s'emboîtant de 3" les unes sur les autres. Leur diamètre est de 6" pour les poêles de petites dimensions et de 7" pour les poêles de cuisine et les fournaises ou convecteurs d'air placés dans les halls des résidences.

Pour les bouilloires à eau chaude de moins de 500 pieds de radiation on emploie des tuyaux de fumée de 8" à 9" ; pour 500 à 1,000 pieds de radiation, un tuyau de fumée de 10" avec cheminée de 12" ; et pour 1,000 pieds de radiation et plus, 12" et plus.

De toute façon, les tuyaux de fumée des fournaises et bouilloires doivent avoir l'épaisseur et un diamètre proportionnels à la surface de grille de la fournaise ou chaudière à vapeur.

Aucun tuyau de fumée ne doit passer à travers un mur extérieur ou une toiture, mais plutôt être relié à une cheminée.

 Aucun tuyau ne doit passer à travers une cloison en bois ou de matériaux combustibles, sans qu'on ne veille

Fig. 20.— Nomenclature des diverses parties d'une cheminée.

à prévenir tout risque d'incendie. On se protège en utilisant un trou de tuyau en ciment ou entouré de briques d'au moins 2½".

On isole également le tuyau de fumée au moyen d'un double collier en métal formant un espace d'air d'au moins 2" autour du tuyau. (Fig. 21).

Fig. 21.— Un double collier sert à la fois à l'isolement du tuyau et au passage de la chaleur d'un étage inférieur vers les étages supérieurs d'un édifice.

On ne doit pas placer un tuyau de fumée à moins de 8" de toute boiserie quelconque — à moins que le bois ne soit recouvert de crépi ou protégé par une feuille de métal. (Fig. 22).

Fig. 22.— Les plafonds et les cloisons doivent être protégés contre la chaleur que dégage un tuyau au moyen d'une
feuille de gypse ou de tôle disposée comme l'indique le croquis ci-dessus.

Un tuyau de fumée ne doit passer au travers d'un plancher ou d'un plafond en bois qu'au moyen d'un double collier avec douille (ou double tuyau) s'étendant sur toute l'épaisseur des solives, du plancher et du plafond.

Un espace d'air d'au moins 2" doit exister autour du tuyau, et les colliers doivent être ajourés et ventilés au bas et au haut. (Fig. 21).

LES COMBUSTIBLES

On entend par combustible toute matière susceptible de faire et d'entretenir du feu, telle que le bois, la houille, les huiles minérales ou pétroles, le gaz naturel ou artificiel.

Les bois de chauffage comprennent d'abord les bois mous ou provenant des conifères. Le bois mou sèche et se fend facilement, contient des matières résineuses, s'enflamme rapidement et brûle avec un feu très vif, mais il se consume relativement vite ; on s'en sert surtout pour allumer les feux.

Les bois francs, plus durs et plus compacts, contiennent plus d'hydrogène par suite de leur forte teneur en sève ; ils brûlent lentement et forment un charbon ardent qui dure quelques heures.

Brûlés à l'abri du contact de l'air, les bois francs forment le charbon de bois (charcoal) que l'on emploie pour enflammer le charbon dur ou charbon de terre.

Le bois de chauffage est débité en grumes puis en bûches, et nécessite une chambre de combustion plus grande ou rectangulaire, dont sont pourvues d'ailleurs les fournaises chauffant au bois.

LES HOUILLES

La houille ou charbon de terre est le produit de la carbonisation lente, à l'abri de l'air et sous pression, des matières végétales soumises à l'action de l'eau, de la chaleur et des temps.

Les houillères et leurs gisements sont situés à la lisière des terrains primitifs. Les plus abondantes sont en Angleterre, dans la vallée de la Sarre, en Pennsylvanie, dans la Nouvelle-Ecosse, etc.

Elles sont exploitées dans de longues galeries souterraines de plusieurs milles de longueur, réunies par des puits verticaux de centaines de pieds de profondeur. Le charbon nous vient par bateau ou chemin de fer, puis est livré à la tonne.

Les charbons sont composés en général de carbone, d'hydrogène, d'azote, d'oxygène, de soufre, auxquels s'ajoute de l'humidité, et dont il résulte, après combustion, de la cendre et du mâchefer.

CATÉGORIES DE CHARBON

Les charbons peuvent se classer en deux catégories: l'anthracite et le bitumineux, qui peuvent être appelés respectivement: charbons durs et charbons mous selon leur teneur en carbone et la proportion de leurs ingrédients.

Ils portent différents noms selon leur usage: charbon à poêle (stove), pour fournaise (furnace), pour moto-soufflerie (buckwheat). Pour les chargeurs automatiques (stokers), on utilise la poussière de charbon (peacoal).

On estime à 10,000 ou 15,000 B.T.U. par livre la chaleur émise par le charbon, selon sa teneur en carbone et le mode de combustion auquel il est soumis.

On constatera par ce tableau que le charbon contenant de 70% à 85% de carbone et 15% à 30% de matières volatiles est celui qui produit le plus de calories.

Les charbons semi-bitumineux et bitumineux ne donnent leur rendement qu'avec un fort tirage ou avec une moto-soufflerie, auxquels on ajoute un contrôle automatique de chaleur pour éviter le surchauffage.

La combustion résulte d'une combinaison chimique entre l'oxygène et le carbone, l'hydrogène, le soufre et autres substances volatiles qui constituent les différents charbons ; cette combinaison se fait d'ordinaire à une température relativement élevée et en émettant de la lumière et une chaleur intense.

Toutes les substances qui se combinent avec l'oxygène sont considérées comme combustibles. Si elles brûlent complètement, la combustion sera parfaite.

Par contre, la combustion sera imparfaite ou incomplète si le carbone brûle en formant un monoxyde de carbone au lieu d'un bioxyde, ou encore s'il laisse de la suie.

On remédie à cet inconvénient en fournissant l'oxygène nécessaire au foyer de combustion, c'est-à-dire en ouvrant la prise d'air, la tirette ou le papillon, lorsque le tirage se fait naturellement, ou en augmentant la quantité d'air admise dans la soufflerie lorsque le tirage est forcé.

Si du manque d'air il résulte une combustion imparfaite, un excès d'air, au contraire, refroidit le feu et provoque une forte perte de chaleur par la cheminée.

Pour la combustion à tirage forcé, on peut déterminer la grosseur de la soufflerie par le diamètre du tuyau d'admission d'air au foyer.

Celui-ci sera de 3" pour les appareils de 200 à 500 pieds carrés de radiation, de 4" pour les appareils d'une capacité de radiation de 500 à 1,000 pieds carrés, et de 5" pour les appareils de chauffage dont la capacité de radiation varie de 1,000 à 2,000 pieds carrés.

Quant à l'espace nécessaire pour l'emmagasinage du charbon, on estime qu'il faut pour une tonne d'anthracite de 30 à 35 pieds cubes, et pour le charbon bitumineux, de 35 à 40 pieds cubes.