Chapitre 5: Condensation et corrosion

1. Chapitre 5: Condensation et corrosion

2. Condensation et corrosion • Ce chapitre traite de la problématique de la condensation. • Phénomène de corrosion dans l’appareil et dans le conduit d’évacuation • impact sur les matériaux pour les conduits d’évacuation des fumées. • Quels sont les points d’attention spécifiques? • Quelles sont les solutions pour éviter tout problème? 5.1

3. Condensation et corrosion Vapeur d'eau, condensation, point d'ébullition et point de rosée Point d’ébullition: Il s'agit de la température à laquelle de l'eau à l'état liquide se transforme en vapeur. A contrario, il s'agit également de la température à laquelle la vapeur se transforme en liquide. Exemple: casserole d’eau mise à bouillir: 5.1

4. Condensation et corrosion Réaction chimique combustion gaz naturel Gaz naturel CH4 + air [oxygène (O2) + azote (N2) ]  chaleur + CO2 + azote (N2) + vapeur d’eau(H2O) Point de rosée: température à laquelle la vapeur d'eau retourne à l'état liquide. A contrario, il s'agit également de la température à laquelle l'eau à l'état liquide se transforme en vapeur d'eau. Autrement dit, il s'agit de la température de saturation de l'air / des gaz de combustion, possédant une certaine composition, au cours de leur refroidissement. L'humidité relative de cet air / ces gaz de combustion atteint 100% et produit de l'eau à l'état liquide. 5.1

5. Condensation et corrosion Vapeur d'eau, condensation, point d'ébullition et point de rosée La combustion stœchiométrique du gaz naturel  18% en vapeur d’eau dans les fumées. Dans le cas de l’eau bouillante (100°C), le volume de vapeur d'eau juste au-dessus de la surface d'eau bouillante avoisine les 100%. Le lien entre la quantité de vapeur d'eau dans les gaz de combustion et le point de rosée est indiqué dans la figure suivante. Plus la concentration en vapeur d'eau est faible, plus le point de rosée est bas. 5.1

6. 5.1

7. Condensation et corrosion • Le point de rosée est influencé par l'ampleur de la dilution de l'air dans les gaz de combustion. • Lors de la combustion stœchiométrique (excès d'air λ = 1), le point de rosée se situe à 59°C. • Les appareils gaz sont réglés pour que le point de rosée se situe plus bas (excès d'air λ >1). 5.1

8. Condensation et corrosion • Lorsque la quantité d'air comburant augmente, les gaz de combustion peuvent, à une certaine température, contenir moins de vapeur d'eau, ce qui fait baisser la température du point de rosée. 5.1

9. Condensation et corrosion Condensat L'eau de condensation est légèrement acide. Dans la pratique, le degré d'acidité (pH) est compris entre 3,5 et 4 • Le condensat peut, en fonction de la qualité de l'air comburant, contenir d'autres composés chimiques. • Composés chlorés dans l’air comburant  acide chlorhydrique dans l’eau de condensation  corrosion par piqûres. • Gaz propulseurs dans certains aérosols, • Bombes de laque, • solvants, • encres, • piscines, • gaz libérés lors de la production de chlore et du stockage de matières synthétiques à base de chlore (le PVC, par exemple). 5.2

10. Condensation et corrosion • Dans la pratique, la qualité de l'air comburant varie énormément. • En règle générale, l’air extérieur (appareil étanche) contient moins de particules chlorées que l’air comburant (appareil ouvert) pris dans l’espace d’installation • Les particules acides dans l’eau de condensation apparaissent lors: • ■ de la combustion de l’azote de l’air (oxydes d’azote= NOx) •  Dans le condensat sous la forme de nitrate (acide nitrique – HNO3) • ■ de la combustion des composés sulfurés (substance odoriférante) dans le gaz naturel (SO2) •  Dans le condensat sous la forme de sulfate (acide sulfurique – H2SO4) 5.2 + 5.7.1

11. 5.2

12. Condensation et corrosion Condensation dans le conduit de fumée • Dans les appareils HR+ avec un conduit d’évacuation trop long ou mal isolé, on note presque toujours de la condensation. • Pour éviter toute plainte liée à la condensation dans le conduit d’évacuation d’appareils atmosphériques (par ex. B11BS), on peut: • mélanger de l’air aux fumées, afin de faire baisser le point de rosée (via le coupe-tirage antirefouleur); • isoler le conduit d’évacuation  la température de la paroi interne du conduit augmente la cheminée seréchauffe plus rapidement sur toute sa longueur; •  Réduire la surface du conduit d’évacuation (à cet effet, il faut bien tenir compte de l'augmentation du frottement des gaz de combustion). 5.3.1

13. 5.3.1

16. Condensation et corrosion Formation de glace • En hiver, l'eau de condensation à la sortie du terminal de cheminée peut geler, et des stalactites de glace peuvent se former. Si ces stalactites gouttent vers l’entrée d’air, celle-ci peut se remplir de glace. Le terminal en toiture peut également se «remplir » de glace et se dilater, entraînant une panne de l'appareil. • Au dégel, la glace peut tomber et provoquer des situations dangereuses. • La formation de glace dépend entre autres de la température ambiante, de la vitesse du vent et de l'humidité de l'air. Lorsqu’il gèle dehors et que les gaz de combustion sont refroidis sous le point de rosée dans le terminal de cheminée, le risque de formation de glace est grand. 5.3.2

17. Condensation et corrosion • Les appareils modulants fonctionnent souvent à régime réduit et présentent par conséquent un risque plus élevé de formation de glace par rapport aux appareils « tout ou rien ». A régime partiel, la température des gaz de combustion est encore plus basse. • Dans certaines situations, les appareils à condensation (HR TOP) peuvent eux aussi permettre la formation de glaçons, par exemple en cas de longue conduite concentrique d'évacuation (par ex. dans un appareil C3 ou C4). 5.3.2

19. Condensation et corrosion • Solution pour éviter ce problème des glaçons: • Lorsqu'en hiver les gaz de combustion d'un appareil à condensation débouchent, via un tubage, sous un chapeau de cheminée, la vapeur d'eau gèle contre ce chapeau et forme des glaçons qui peuvent encombrerla bouche de cheminée. • Allonger le débouché auparavant situé sous un chapeau de cheminée au-dessus du niveau de ce chapeau, de sorte que les gaz de combustion puissent s'échapper sans contrainte. 5.3.2

21. Condensation et corrosion • 2 solutions afin de résoudre le problème des glaçons: • remplacer le terminal classique par un terminal avec une buse verticale ouverte comme débouché des fumées; la vapeur peut s'échapper dans l'atmosphère sans risquer de se condenser. • Accepté pour les appareils à condensation à condition que • débouché en zone I ou II • la combinaison appareil - terminal soit agréée et le fabricant de l'appareil accepte cette solution. • Poser un terminal sans formation de glaçons. • Système venturi au débouché + mélanger de l’air • La vitesse d’éjection augmente • Le risque de formation de glaçons diminue 5.3.2

23. Condensation et corrosion Dans le cas d'un terminal en façade de type C1, le conduit est incliné vers le débouché. L'eau de condensation s'écoule du terminal, gèle et forme un glaçon. Solution: Adapter la pente du conduit de sorte à faire écouler l'eau de condensation vers l'appareil au gaz. 5.3.2

24. Condensation et corrosion Le raccordement d’appareils à condensation à des installations de chauffage existantes • Installation de CC classique avec radiateurs dimensionnés pour température de l’eau aller-retour 90/70°C 75/60°C •  Une chaudière HR TOP condense pendant 80% de la saison de chauffe. • Installation équipée de radiateurs dimensionnés pour une température de l’eau aller-retour de 70/50°C ou une installation de chauffage au sol la chaudière HR TOPcondense pendant toute la saison de chauffe. 5.5

25. Condensation et corrosion • Les appareils à condensation doivent être raccordés à des conduits adaptés: • ■ le conduit doit pouvoir résister aux condensats • indication "W" = wet = présence d'humidité sur les éléments de la cheminée; • ■ le conduit doit pouvoir résister à la pression positive due à la présence d'un ventilateur dans l'appareil au gaz • indication "P" = pression positive; • ■ le conduit doit être fabriqué en un matériau résistant aux condensats corrosifs voir chapitre 3.6. 5.5

26. Condensation et corrosion Résistance à la corrosion des matériaux utilisés dans les conduits de fumées Aluminium • A un degré d'acidité compris entre 3,5 et 8,5, l'aluminium affiche une résistance élevée à la corrosion. • Cela est dû à la présence d'une couche oxydée, qui se forme et protège le métal en cas d'exposition à l'air. Lorsque le condensat est plus acide, c'est-à-dire que son pH est inférieur à 3,5, la corrosion agit rapidement. • Par chance, cette corrosion s'attaque à la totalité de la surface du conduit d'évacuation. • Plus la paroi est épaisse, plus longtemps durera le conduit d'évacuation des gaz de combustion. • Souvent l’épaisseur de paroi est ≥ 1,5 mm, qui confère au tuyau une durée de vie de près de 30 ans. 5.7.2

27. Condensation et corrosion • La durée pendant laquelle le condensat est en contact avec l'aluminium doit demeurer limitée au strict minimum. • Jamais d’eau de condensation stagnante dans le conduit d’évacuation  Les fixations et les plis des coudes et des conduits de raccordement constituent des endroits critiques. • Par ailleurs, les conduits d'évacuation en aluminium possèdent un avantage: ils neutralisent une grande partie de l'eau de condensation acide. C'est la raison pour laquelle l'eau de condensation peut le plus souvent être réacheminée sans encombre d'une évacuation en aluminium vers un appareil au gaz et évacuée via le conduit d'écoulement de l'eau de condensation d'un appareil au gaz. • L’eau de condensation mélangée à de l’oxyde d’aluminium peut boucher le siphon de l’appareil dans le cas de longs conduits (longueur > 4 m). •  Avec de longs conduits en aluminium (> 4m), prévoir un siphon supplémentaire. 5.7.2

28. Condensation et corrosion • L'association de pièces en aluminium avec d'autres métaux est à déconseiller. • Par ex. la combinaison tuyaux en inox + coudes et fixations en aluminium les éléments en aluminium vite attaqués par électrolyse (l’aluminium étant moins “noble" que l’inox). • L'association de pièces en aluminium avec des pièces en acier ou en acier galvanisé (colliers, vis, tuyaux, ...) engendre quant à elle des effets désastreux: l'oxyde de fer corrode rapidement l'aluminium. 5.7.2

29. Condensation et corrosion Acier inoxydable (Inox) Les alliages d'acier inoxydable seront conformes à la norme NBN B 61-002 (§ 7.2.3.1) – voir chapitre 3.6. Epaisseur de paroi des tuyaux rigides ≥ 0,6 mm pour les installations sujettes à la condensation. L’acier de type ANSI 304 n’est pas indiqué pour une application à condensation L’acier de type ANSI 316: ■ 8,5% à 16,5% de chrome (base de protection contre la corrosion) ■ + 2% à 2,5% de molybdène (accroît la résistance à la corrosion par piqûres et par crevasses) ■+ 10% à 13% de nikkel (forme une couche protectrice d'oxyde et augmente la résistance aux acides) 5.7.3

30. Condensation et corrosion • En raison de sa forte teneur en carbone, ANSI 316 n'est pas indiqué pour la soudure. •  Pendant la soudure de ANSI 316 le carbone et le chrome présents produisent des carbures de chrome • Dès lors, la teneur en chrome baisse si fort localement que le matériau devient sensible à la corrosion. • 2 solutions sont appliquées: • ANSI 316Ti: On ajoute du titane comme stabilisateur. Ce dernier produit plus facilement des carbures avec du carbone qu'avec du chrome, ce qui évite d'appauvrir localement la teneur en chrome. • ANSI 316 L: La teneur en carbone du matériau est baissée. Peu de carbures de chromes seront ainsi produits et la teneur en chrome demeurera suffisamment élevée. 5.7.3

31. Condensation et corrosion Béton Les éléments d'évacuation en béton non traité ne peuvent être utilisés qu'en l'absence de condensation. En cas de circonstances propices à la condensation  imprégner le béton afin de le rendre hydrofuges. Terre cuite La terre cuite (chamotte), comme matériau pour le conduit d'évacuation, n’est pas très étanche à la diffusion, de sorte que l'humidité due à la condensation soit évacuée vers l'extérieur. En cas de condensation imprégner la terre afin de la rendre hydrophobe. Les conduits d'évacuation en chamotte, dans des applications à condensation, doivent porter le marquage W ( « wet » = humide). 5.7.5 + 5.7.6

32. Condensation et corrosion Flexibles métalliques Des flexibles en aluminium et en inox ne sont autorisés en tant que conduit de raccordement ou en tant que tubage du conduit de cheminée que si les conditions suivantes sont simultanément remplies: ■ en tant que conduit de raccordement: longueur ≤ 1 m; en tant que tubage  en fonction de la longueur de la cheminée ■ la classe de pression du flexible correspond à l'application: conduit d'évacuation en dépression ou en surpression. - appareils type B1 classe de pression N1 ou N2 ou une classe supérieure P1, P2, H1 ou H2 - appareils type B2 ou C  classe de pression P1 ou P2 ou une classe supérieure H1 ou H2 5.8

33. Condensation et corrosion Flexibles métalliques ■ le flexible est constitué d'une seule pièce; ■ le flexible est vertical ou présente une pente montante continue formant un angle de  30° par rapport à l'axe vertical; ■ le matériau répond aux exigences du tableau 3.1 Flexibles en aluminium  uniquement en tant que conduit de raccordement pour appareils au gaz qui ne sont pas à condensation (p.ex. chauffe-eau). Flexibles en inox sont autorisés tant pour les conduits de raccordement que pour le tubage ■ la classe de température correspond à l’application p.ex. minimum T120 pour une chaudière à condensation; T400 pour un poêle décoratif 5.8

34. Condensation et corrosion • ■ l’épaisseur de paroi est soit: • pour l’aluminium: • d’une seule couche d’au moins 0,15 mm ou • au moins 2 couches de chacune 0,07 mm; •  Pour l’inox d’au moins une couche de 0,1 mm; • ■ les flexibles doivent répondre à la norme NBN EN 1856-2. 5.8

36. Condensation et corrosion Consignes de montage • Sur les parties non verticales des conduits d'évacuation, les joints latéraux doivent se trouver sur le haut. • Les éléments horizontaux seront installés avec une pente minimale de 5 cm/m inclinant en direction de l'appareil, • Les conduits de fumées doivent être insérés l'un dans l'autre sur toute la longueur d'insertion, l'embout mâle dans l'embout femelle, vers le bas 5.9

38. Condensation et corrosion Combinaison aluminium et autres matériaux • Avec l’inox et le matériel synthétique, l’eau de condensation n’est pas neutralisée. • Si cette eau de condensation du circuit d'évacuation reflue dans un tronçon de conduit en aluminium ou dans un appareil avec des éléments en aluminium •  surplus en eau de condensation non neutralisée, corrosive • corrosion plus rapide • risque de pollution accélérée, de bouchage et de fuite intérieure ou extérieure de la chaudière. 5.10

39. Condensation et corrosion • La corrosion sera la plus forte là où l'eau de condensation refluante touche en premier lieu l'aluminium, le point de transition entre l'acier anti-corrosion ou la matière synthétique et l'aluminium. • Même un conduit en aluminium à parois épaisses ne pourra pas résister longtemps. •  A cet endroit, le condensat devra être évacué du circuit d’évacuation. • prévoyez deux évacuations séparées pour le condensat: une partant de l'appareil à condensation et une pour le condensat provenant du circuit d'évacuation • Employez un raccord de transition du synthétique ou de l'inox vers l'aluminium 5.10

41. 5.10

42. Condensation et corrosion Combinaisons possibles de pièces d'une chaudière en contact avec le condensat et l'évacuation des gaz de combustion 5.10

43. Condensation et corrosion Evacuation du condensat vers l’égouttage intérieur • Un appareil au gaz à condensation produit environ 0,14 litre d'eau de condensation par kWh. L’eau de condensation acide est suffisamment diluée avec les 400 litres d’eaux usées évacués en moyenne chaque jour dans les égouts. • Dans de grandes installations ou lorsque l'eau de condensation n'est pas diluée dans les eaux usées, il est recommandé de neutraliser l'eau de condensation. Dans ce cas, on installe une unité de neutralisation à la sortie de la condensation de l'appareil, qui permettra de faire passer le degré d'acidité (pH) au-dessus de 6,5. 5.12

44. Condensation et corrosion • Pour faire en sorte que l'eau de condensation soit au plus vite neutralisée, il est conseillé de raccorder l'évacuation à un endroit de l'égouttage intérieur bénéficiant d'un débit régulier. • Ne pas laisser écouler l’eau de condensation via p.ex. une rigole maçonnée. l'eau de condensation acide se dissout dans le calcaire des matériaux de construction. • Parfois, l'eau de condensation est évacuée vers l'extérieur par la gouttière de toit ou par le mur extérieur. Outre le fait que l'eau acide attaque la gouttière, cela pose également problème en période de gel. Lorsque l'ouverture de l'évacuation gèle en hiver, l'eau de condensation ne peut plus s'échapper, ce qui provoque rapidement une panne de l'appareil, ou inonde le raccord avec la mise à l'air. 5.12

45. Condensation et corrosion • Les conduites et les accessoires entre le(s) siphon(s) et l'égouttage intérieur doivent résister à la corrosion. •  Les tuyaux et les accessoires en acier, cuivre et alliages de cuivre (laiton, bronze) se corrodent en peu de temps. Ces métaux ne sont par conséquent pas indiqués. •  conseil de recourir à des tuyaux et accessoires en inox ou synthétique (PVC, PP, PE). • Le Ødu conduit d’évacuation de l’eau de condensation ≥ 25 mm. • Cette évacuation des condensats doit présenter une pente d’au moins 5 cm/m à partir de l’appareil. Des produits corrosifs (comme l’oxyde d’aluminium) seront évacués corrects. 5.12

48. Condensation et corrosion • De même, il est essentiel d'éviter tout obstacle dans le conduit d'évacuation de l'eau de condensation, comme le conduit d’évacuation lâche d'une machine à laver •  lorsque ce dernier est placé trop profondément dans le conduit d'évacuation du condensat, les produits de la corrosion peuvent s’accumuler à cet endroit et ainsi freiner l’évacuation du condensat. • Il est préférable d'employer un siphon avec une hauteur suffisante, de façon à garantir une évacuation correcte (éviter que le siphon ne « s’assèche »). 5.12

50. Condensation et corrosion • Une autre erreur d’installation consiste à raccorder sans mise à l’air apparente l'évacuation de l'eau de condensation à l'égouttage intérieur. • Conséquence: 2 siphons en série sur une conduite: • le 1er siphon, le plus souvent intégré dans l’appareil au gaz, retient les gaz de combustion • le 2ième siphon retient les gaz issus de l’égouttage • Lors de l'évacuation de l'eau de condensation, une surpression se forme entre les deux siphons. • Lors de l’installation correcte, un raccord à la mise à l'air entre les deux siphons permet d'éviter toute surpression 5.12