Système de relevage des températures de retour chaudière.
Afin d'éviter la condensation dans la chaudière, il est primordial que cette dernière fonctionne à une température minimale. Le système de relevage des températures des retours chaudière est généralement une vanne trois voies thermostatique pour les petites puissances (jusqu'à 30, 40 kW) ou une vanne trois voies motorisée pour les plus grandes puissances. Cette dernière garantie une température minimale de l'eau de retour dans la chaudière (température minimale conseillée 55 °C) en contrôlant la température par l'intermédiaire d'une sonde à applique ou dans un doigt de gant située à proximité du raccordement des retours sur la chaudière. Afin que le circulateur d'irrigation ne fonctionne pas de façon inutile, un aquastat est installé sur le départ chaudière et réglé à 60 ou 65 °C. Pour certaines chaudières, c'est la régulation qui gère cela.
A l'allumage du feu, la chaudière monte en température, sitôt que le départ atteint 60 °C, le circulateur démarre, l'eau circule en circuit fermé par l'intermédiaire de la vanne thermostatique. Quand la température des retours chaudière atteint la température réglée, la vanne thermostatique commence à s'ouvrir permettant ainsi le départ de l'eau chaude vers le circuit de chauffage (voir le croquis ci-dessous).



Pour un bon fonctionnement du système, il est préférable que le circulateur d'irrigation de la chaudière ne soit pas le même circulateur qui alimente le circuit de chauffage mais qu'il soit considéré comme circulateur primaire.
 

Soupape thermique.
La soupape thermique est une élément essentiel dans le système de sécurité d'une chaudière à combustible solide (bois bûches ou briquettes). Cette soupape permet l'évacuation à 100% de la puissance de la chaudière en cas de monté anormale de la température (à environ 93 °C) montée en température qui peut être due à une panne du circulateur d'irrigation ou une non consommation d'énergie dans le système. L'échangeur de sécurité est un gros serpentin, généralement en cuivre, avec une entrée et une sortie. Le fonctionnement de ce système de sécurité est simple et efficace. L'eau froide du réseau sanitaire est raccordée sur la soupape thermique et celle-ci est montée de préférence à l'entrée de l'échangeur afin d'éviter une surpression dans ce dernier durant la montée en température de la chaudière. La sortie étant, quant à elle, raccordée à un écoulement en métal (forte chaleur en cas de fonctionnement et un tuyau en PVC pourrait se déformer). Quand la température de la chaudière dépasse la température  maximale de la soupape thermique (elle est munie d'une sonde glissée dans un doigt de gant à l'arrière de la chaudière et est d'environ 93 °C), celle-ci s'ouvre et laisse s'écouler l'eau froide dans l'échangeur ce qui abaisse la température de la chaudière, évitant ainsi l'endommagement de celle-ci et le risque de vaporisation de l'eau. Si la chaudière n'est pas munie d'un échangeur de sécurité, il existe aussi des soupapes thermiques doubles permettant l'alimentation en eau froide directement dans la chaudière et l'évacuation de l'eau chaude (voir croquis ci-dessous).



 

Le ballon tampon.



Le ballon tampon (hydro accumulation) est incontournable pour une chaudière bois bûches car l'énergie fournie par cette dernière doit impérativement être absorbée pour éviter une montée anormale de la température et une mise en veille du feu qui produit bistre et pollution pour cause de mauvaise combustion. Ce ballon tampon doit pouvoir absorber le surplus d'énergie produit par la chaudière, il permet alors une plus grande autonomie. Son dimensionnement n'est pas aisé mais voici une méthode de calcul où 2 solutions peuvent être envisagées :
On part du principe que toute l'énergie fournie par le chargement du combustible doit être absorbée en totalité et par le logement (déperditions thermiques et production d'ECS) et par le ballon tampon. La chaudière étant dimensionnée par rapport aux déperditions thermiques de base elle sera donc pratiquement toujours surpuissante.
Admettons un logement de 200 m² avec une hauteur sous plafond de 2,5 m, une température de base de -15 °C, une température ambiante du logement en moyenne de 20 °C et un coefficient U_bât de 1 W/(m³.K) (voir la page "Calculs simplifiés des déperditions"). Les déperditions thermiques dans les conditions extérieures de base sont égales à :
Dep = 200 x 2,5 x 1 x (20 - -15) = 17500 W soit 17,5 kW.
La chaudière doit pouvoir couvrir ces déperditions thermiques donc sa puissance sera au moins égale à 17,5 kW. A cette puissance on rajoute la puissance nécessaire pour la production d'eau chaude sanitaire. En partant du principe qu'il faut 50 litres d'eau chaude à 50 °C par jour et par personnes (la réalité est plus près de 35 litres), pour une famille de 4 personnes et une température de l'eau froide de 10 °C, l'énergie nécessaire est alors de :
E = 50 x 4 x 1,163 x (50 - 10) = 9304 Wh soit 9,3 kWh.
Cette énergie étant nécessaire sur la journée de vie (environ 16 heures) la puissance est alors de :
P = 9,3 / 16 = 0,58 kW
Cette puissance est à rajouter à la puissance nécessaire pour couvrir les déperditions thermiques, soit :
P = 17,5 + 0,58 = 18,08 kW.
on notera que la température de base servant aux calculs des déperditions thermiques est généralement constatée le matin au levé du jour, cette température augmente durant la journée réduisant ainsi les pertes thermiques du logement. Dans le calcul des déperditions, les apports gratuits ne sont pas pris en compte pourtant il réduisent aussi le besoin en énergie et de ce fait, la surpuissance nécessaire pour la production de l'ECS peut ne pas être prise en compte.
Le choix de la puissance de la chaudière dans le catalogue d'un fabriquant ce fait généralement par valeur immédiatement supérieure, pour l'exemple, la puissance choisie sera de 20 kW.
Solution 1 :
Par esprit de tranquillité quant au dimensionnement du ballon tampon, la température moyenne extérieure pour calculer les déperditions thermiques sera celle des mois d'inter-saison soit 10 °C.
Les déperditions thermiques sont alors de :
Dep = 250 x 2,5 x 1 x (20 - 10) = 5000 W, 5 kW.
La chaudière a un volume maximal de chargement de 140 litres (0,14 m³) et le volume de bois qu'il est possible de chargé occupe environ 70 % de ce volume, le bois bûche ayant un pouvoir calorifique moyen d'environ 3,6 kWh/Kg pour une teneur en eau de 20 % et une masse volumique pour les feuillus d'environ 640 Kg/m³ (vois tableau plus haut dans cette page), l'énergie pouvant être fournie par la chaudière avec un rendement de 90 % est de :
E = 640 x 0,14 x 0,7 x 3,6 x 0,9 = 203 kWh
La puissance de la chaudière est de 20 kW, la durée de feu à puissance nominale est donc de 203 / 20 = 10,15, arrondi à 10 heures.
L'énergie consommée par les déperditions durant cette période est de 5 x 10 = 50 kWh et celle consommée par la production d'ECS est de 9,3 kWh soit un total de 59,3 kWh.
L'énergie restante et devant être absorbée par le ballon tampon est de 203 - 59,3 = 143,7 kWh.
De façon arbitraire on estime la température moyenne du ballon tampon égale à 30 °C au moment de l'allumage du feu et la température maximale de stockage à 90 °C. Le volume minimal du ballon tampon doit être de :
V = 143700 / (1,163 x (90 - 30)) = 2059,33 litres, arrondi à 2000 litres pour correspondre aux capacités du commerce.
Si l'émetteur est un plancher chauffant et que la température moyenne de départ en inter-saison est de 26 °C, l'énergie contenue dan le ballon tampon permettra une autonomie (sans production d'ECS) de :
T = 2000 x 1,163 x (90 - 26) / 5000 = 29,77 soit 29,45 heures.
Si les émetteurs sont des radiateurs et que la température moyenne de départ en inter-saison  est de 40 °C, l'énergie contenue dan le ballon tampon permettra une autonomie (sans production d'ECS) de :
T = 2000 x 1,163 x (90 - 40) / 5000 = 23,26 soit 23,15 heures.
Si le stockage doit se faire dans plusieurs ballons, il est important que leur contenance soit identique pour une meilleure récupération de l'énergie une fois la chaudière éteinte.

Solution 2 :
Cette solution ne tient pas compte des déperditions thermiques ni de l'énergie nécessaire à la production d'ECS donc, toute l'énergie fournie par la chaudière sera absorbée par le ballon tampon.
La température moyenne du ballon tampon étant toujours prise de façon arbitraire égale à 30 °C au moment de l'allumage du feu et la température maximale de stockage à 90 °C.
Le volume minimal du ballon tampon doit être de :
E = 203 kWh
V = 203000 / (1,163 x (90 - 30)) = 2909,14 litres
Ici, le volume de stockage sera de 3000 litres.
Cette 2ème solution a l'inconvénient de demander une demi charge supplémentaire par période de grand froid car l'énergie utilisée par le logement n'est plus disponible pour la montée en température de l'hydro accumulation et si les émetteurs sont des radiateurs, la température atteinte peut être insuffisante.

Principe de fonctionnement avec le ballon tampon.
Quand la chaudière est à température de fonctionnement (le débit départ chaudière étant au maximum vers le circuit de chauffage) et que le circuit de chauffage est en demande maximale, les vannes d'équilibrage ayant été réglées afin que les débits primaire (circulateur d'irrigation chaudière) et secondaire (circulateur chauffage) soient sensiblement identiques, toute la puissance de la chaudière est donnée au circuit de chauffage (rien ou presque ne devant entrer dans le ballon tampon afin de satisfaire au plus vite la demande en chauffage). Quand la température ambiante du logement est atteinte, les robinets thermostatiques ou la vanne de mélange commence à réguler, diminuant ainsi de débit secondaire (un circulateur à pression différentielle est fortement recommandé si les émetteurs sont des radiateurs), le circulateur primaire stocke l'énergie excédentaire dans le ballon tampon. Une fois la température de chaudière descendue en deçà de la limite (environ 55 à 60 °C), la vanne trois voies thermostatique ferme le coté retour chauffage permettant ainsi le déstockage du ballon tampon par le circuit de chauffage.


 

Vase tampon pour vase d'expansion.
La capacité en eau d'une installation avec chaudière bois bûches étant assez importante, il est conseillé d'installer avant le vase d'expansion un volume tampon afin d'éviter la pénétration d'eau chaude dans ce dernier ce qui diminuerai sa capacité d'absorption. Ce volume tampon doit de préférence être plutôt en hauteur qu'en largeur afin d'avoir une meilleure stratification (pour garder l'eau chaude le plus haut possible). Ce volume tampon ne doit surtout pas être isolé afin de permettre une dissipation de la chaleur.
La capacité de ce volume tampon peut être de 20% du volume d'eau dilaté. Si par exemple le volume d'eau dilaté est de 40 litres, le volume tampon sera alors de 8 litres. Un tube de diamètre 4" (114 mm extérieur) peut être utilisé et le raccordement coté chaudière doit se faire par le haut et coté vase d'expansion par le bas (voir photo ci-dessous).
Pour connaître la longueur du tube de 4" en fonction de la capacité tampon nécessaire, utiliser la formule suivante :
L = (V x 1000 / Pi / r²), en m
V en litres
r en mm
Exemple avec un volume nécessaire de 8 litres :
Tube de 4" = 114 mm ext. et 105 mm int.
L = (8 x 1000 / 3,14 / 52,5²) = 0,92 m soit 92 cm
Pour le dimensionnement du vase d'expansion, voir la page "Les accessoires" ou télécharger l'utilitaire "Couteau Suisse"