SUITE ET FIN
2' Transmission de la chaleur, Chat^façe par Veau.
23. La chaleur produite par la combustion de la houille se divise en deux parts. L'une que Ton peut appeler chaleur morte ou perdue est absorbée par tous les contingents passifs mais inévitables que nous avons indiqués (n*' 16) ; Tautre, qui est la chaleur iUUe, est transmise à Tatmosphère intérieure de la serre. Les moyens de transmission sont au nombre de trois principaux : 1° Les conduits de fumée, formés de parois minces et bonnes conductrices, passent par la serre; Tair de celle-ci s'échauffe au contact de ces parois.
U semble au premier abord que, par sa simplicité, ce système devrait être adopté à Texclusion de tout autre. Aussi pour les serres de petites dimensions le trouve-i-on convenable, surtout lorsque les plantes cultivées ne sont pas d'une sensibilité trop grande aux irrégularités de température.
Mais lorsqne, par les grandes dimensions de la serre, ou la nature des plantes qu'elle abrite, il faut entretenir une grande stabilité de température, ce mode de transmission de la chaleur offre beaucoup de difficulté; car la quantité de chaleur versée dans la serre dépend immédiatement de l'allure du feu, et en éprouve toutes les vicissitudes très-variables.
Lorsqu'on appliquera ce système, on fera en sorte que les dernières branches des carneaux, celles dans lesquelles les gaz ont déjà laissé une partie de leur chaleur à la serre, longent les murs les plus exposés au refroidissement extérieur.
2^ Le foyer et une partie du carneau sont entourés d'un appareil en forme de serpentin plus ou moins compliqué ; Tair frais venant de Textérieur passe dans ce serpentin, s*y échauffe et s'introduit dans la serre par plusieurs bouches réparties convenablement dans l'enceinte. Par sa faible conductibilité Tair est très-propre à servir de réservoir de chaleur, et sans doute, ce procédé paraît de beaucoup préfé-
rable au précédent. Par sa mobilité très-grande, Tair est très-propre à rendre uniforme la température de toutes les parties de Tenceinte; mais n'oublions pas que le mouvement de lair dépend lui-même ici de Tallure du foyer, et que celle-ci est inévitablement très-variable. Les irrégularités sont donc encore à craindre par ce procédé.
3^ Enfin au lieu d'être appliqué à chauffer de lair en mouvement, le foyer chauffe de Teau renfermée dans une chaudière ; des tuyaux branchés à la partie supérieure de celle-ci et remplis d'eau comme elle, circulent près du sol de la serre, le long des murs, dans Taxe, sous les tablettes, et reviennent à la partie inférieure de la chaudière.
L'eau a une capacité calorifique quatre fois plus grande que celle de Tair; c'est un des corps qui absorbent le plus de chaleur pour une élévation donnée de température ; elle est donc capable d'en restituer le plus par un abaissement égal. Ce liquide est un excellent réservoir de chaleur, de sorte que si sa masse est suffisante, elle est moins sensible aux variations du foyer que l'air ou tout autre corps.
C'est pourquoi, au point de vue de la stabilité, il nous semble que l'eau est le véhicule le plus propre à transmettre la chaleur aux serres.
Quant à la répartition uniforme de cette chaleur dans de vastes espaces, la grande mobilité et la divisibilité de l'eau donnent toute facilité pour l'assurer. La différence de température qui règne dans les différentes parties de la chaudière, établit un courant continu qui passe dans les tuyaux. Ce courant peut être divisé en autant de branches qu'on le désiire, de sorte qu'un grand nombre de couches d'air peuvent être mises en contact immédiat avec les parois des tuyaux ou canaux de circulation. Bref, à la rigueur, il est possible de ramifier les courants d'eau indéfiniment, de manière à distribuer la chaleur dans l'enceinte, comme les veines distribuent le sang dans le corps humain, comme les faisceaux ligneux distribuent les sucs assimilables dans le corps des végétaux.
Nous nous arrêterons donc à la méthode du chauffage des serres par l'eau chaude, nous en étudierons les conditions essentielles, et nous examinerons quelques-uns des procédés particuliers proposés dans l'application.
24. Le chauffage de l'eau est dit à basse pression, lorsque la température de l'eau ne s'élève pas à plus de 80 degrés environ ; à haute pression, lorsque cette température est élevée à plus de 100°. Dans
ce dernier cas les appareils doivent être hermétiquement fermés, et offrir une grande résistance à la force d'expansion du liquide qu'ils contiennent. « Dans le système à basse pression, dit Peglet, c les appareils à eau chaude sont beaucoup plus simples, plus faciles c à diriger, n'exigent point d'appareils d alimentation, de nettoyage « des chaudières, et s altèrent moins par Tusage ; enfin la grande c masse d'eau qu'ils renferment, produit une grande régularité dans « le chauffage, malgré les plus grandes irrégularités dans Talimen-t tation du fojer, et le chauffage se prolonge longtemps après lexc tinction du feu. >
25. Voici le principe de ce mode de chauffage: soit ABCDE un circuit continu de liquide, composé d'une chaudière A, d'un tttjau ascendant AB partant du sommet de cette chaudière, et d'un tuyau BCDË, communiquant d'une part avec AB, et d'autre part en E avec le fond de la chaudière.
Tant que le liquide contenu dans ce système sera partout à la même température « il restera en repos; mais si l'on vient à chauffer la chaudière, Veau échauffée devenue moins dense, s'élèvera dans le tube AB, et de là se rendra dans CD où elle Se refroidira, au contact du milieu ambiant avec les parois de ce tube; et enfin, redevenue plus dense par ce refroidissement, elle tend à descendre, et rentre dans la chaudière, où elle s'échauffe de nouveau et recommence la même circulation.
Le tube C D peut donc servir à chauffer l'air qui l'enveloppe. Tel est le principe de chauffage par circulation d'eau chaude imaginé par Bonnemain en 1777.
26. Pour que la circulation soit aussi active que possible, il faut que le tuyau ascendant fasse peu de contours, et soit peu exposé au refroidissement; que le canal descendant, au contraire, offre une grande surface au milieu ambiant qui doit absorber sa chaleur, et par conséquent le refroidir.
La partie ascendante A B du circuit, se termine à l'extrémité supérieure par un vase ouvert V, nommé t>aie d'expansion. Ce vase sert
Fig. 19.
1^ àTintroduction de Teau dans la chaudière ; 2^ au dégagement de Taîr quand on chauffe l'appareil pour la première fois ; 3"" au dégagement de la vapeur (il s'en forme toujours un peu) ; 4"" à permettre à Teau de se dilater et de se contracter librement lors des variations de température, sans que sa pression varie sur les parois de la chaudière et du circuit.
Le vase Y étant ouvert à Tair, on est certain en outre que la température de Feau ne dépassera pas environ 100 degrés; une très-petite ouverture suffit pour cela.
27. Dans un calorifère à eau chaude, il faut que la longueur des
canaux d'eau, le diamètre intérieur des tubes et leur développement
soient tels que le volume d'eau qui passe dans les tubes soit suffisant,
attendu que refTet produit dépend du volume d'eau qui circule dans
l'appareil, et du refroidissement qu'elle éprouve. Mais dans chaque cas
particulier, on peut reconnaître si la masse d'eau qui sort de la
chaudière et qui j rentre dans un certain temps, correspoad à
l'étendue des surfaces de chauffe.
28. La capacité du vase d'expansion doit être au moins égale à
de celle de la chaudière, pour recevoir l'accroissement du volume de l'eau.
La capacité des tuyaux de circulation peut varier de 15 à 30 centièmes de celle de la chaudière. Leur diamètre et celui du tube d'ascension varient de 10 à 15 centimètres.
Quant les surfaces des tubes de circulation sont libres dans l'enceinte à chauffer, la serre par exemple, on admet que les quantités de chaleur émises par mètre carré et par heure sont sensiblement représentées par 10 à 12 fois l'excès de température. Dans ces conditions, si l'eau chaude entre dans la circulation à 90 degrés, et en sort à 40, sa température moyenne est de 65 ; et si la température sensiblement constante de la serre est de 20 degrés, la différence moyenne est de 45 ; donc l'émission par heure et par mètre carré est de 450 à 540 calories.
De sorte que si le chauffage exige 2700 calories par heure, la circuculation doit offrir une surface de chauffe de ^ = 6 mètres
csrres.
Le poids d'eau qui doit traverser l'appareil n'est pas moins fiMÙIeà <» culer. SI l'eau sort de la chaudière à 90 degrés et y entre à 40, eUe
perd 50 calories par kilograname ou litre circulant : donc il faut faire
passer = 540 litres d'eau, ou 9 litres par minute, ou 15 centi-
litres par seconde.
29. C'est d'après cette dernière donnée que l'on détermine le diamètre des tubes de circulation. Nous ne ferons pas ici ce calcul, mais la remarque suivante est nécessaire. On peut toujours remplacer un tuyau unique calculé, par un faisceau de tuyaux, pourvu que la somme des sections de ceux-ci soit égale au moins, à la section du tuyau calculé. Ainsi l'on peut substituer à un tuyau de circulation de 10 centimètres, un faisceau formé de quatre tuyaux ayant 5 centimètres de diamètre.
Cette division du canal de circulation peut être avantageuse dans certains cas, soit en disséminant plus l'émission de la chaleur, soit en permettant d'apporter une partie de la surface d'émission plus près d'un point donné, ou de diminuer la longueur du circuit.
Quand l'eau chaude se ramifie en plusieurs branches quelles que soient leurs sections, leurs longueurs et leurs formes, le liquide marche dans tous à la fois avec des vitesses qui ne peuvent varier qu*en raison des frottements contre les parois ; or si les tubes sont égaux ces frottements le seront aussi.
30. Les procédés pour appliquer le principe de la circulation de Teaa sont peu variés. En voici un qui nous parait convenir particulièrement aux serres (1). Au sommet de la chaudière entièrement pleine d'eau se trouve un dôme, appelé vase de distribution, d'où partent plusieurs tuyaux.
L'un de ceux-ci sert à établir une communication aussi directe que possible entre la chaudière et un récipient supérieur qui sert uniquement d'appareil de sûreté, en facilitant l'échappement de la vapeur qui pourrait se former, et en limitant par sa communication avec l'air libre, la pression dans l'ensemble de la circulation. C'est à cause de cette destination spéciale que le récipient supérieur s'appelle vase d'expansion.
Les autres tuyaux, qui partent du dôme de distribution sont en réalité les seuls qui servent à la circulation de l'eau chaude à partir
(1) Voir Applications de kt chaleur^ cours professé à Gand par M. Yalérius.
de la chaudière. Ils sont disposés horizontalement ou à peu près, et. de distance en distance, communiquent avec des groupes de tajaai transversaux disposés de manière à distribuer la chaleur d&ns toaka les parties de l'enceinte. Tous ces tubes aboutissent au canal de rebmr placé en contre-bas, et ramenant à la chaudière le liquide refroidi.
31. Quelle forme de chaudière faut-il adopter pour le chauffage par circulation d'eau! Si la simplicité de la forme et de la construction était le seul objet & considérer, il faudrait conseiller la forme cjUddriqne horizontale (section circulaire), avec un dôme: c'est le tji» le moins compliqué que puisse offrir l'industrie.
Cependant lorsqu'il s'agit de pourvoir aux besoins de vastes établissements horticoles, il faut bien abandonner cette forme, et suivra pour ces installations grandioses les règles dont la grande industrie a depuis longtemps proclamé les avantages. On pourra donc, suivant les circonstances, adopter les différents tj pes connus, ou leurs dérivés, notamment : les chaudières à tubes bouilleurs, à tubes réchauifeurs, à carneaux et à foyers intérieurs, enfin à faisceaux tubulaires. Une seule chaudière, de dimension convenable, choisie dans ces types, suffirait k plusieurs serres de climats différents : car l'eau en circulant se refroidit progressivement, et il est possible de faire coïncider les divers tronçons du circuit, avec les emplacements appropriés aui ip températures particulières à
ces tronçons.
32. Comme la tempérs' ture de l'eau ne dépasse jamais 100 degrés, on pent sans inconvénient reprendre le type de la chaudière à basse pression de Watt dit en tombeau. Cet appareil qui ne convient pas aux applications de la haute pression, a l'avantage d'offrir au foyer une grande surface, ce qui rend son action plu9 efficace et plus économique.
Les gaz chauds, dégagés par la combustion du charbon déposé sur
la grille GG', circulent d'abord en A sous la partie inférieure concave de l'appareil, puis reviennent le long des âancB B et C également concaves.
La tubulure T reçoit le collet du tujau d'ascension, et le canal de retour aboutit en R.
33, On conçoit aisément que le chauffag:e par circulation d'eau ne consomme g:aère de liquide. H s'en échappe fort peu par évaporation, du vase d'expansion. Il ne doit pas en sortir du tout par les joints, car si une fuite ee déclare, on doit y remédier le plus tôt possible. De sorte que la capacité d'une chaudière à circulation est loin d'être aussi considérable que celle d'une chaudière destinée à foDrnir de la vapeur constamment absorbée par le travail d'une machina, toutes choses égales d'ailleurs quant au calorique dépensé. Dans notre application l'eau revient d'elle-même au foyer, et l'alimentation n'est nécessaire qn'à des intervalles trës^loignés, pour suppléer aux pertes légères dont nous avons parié.
n résulte de là qu'il est très-facile de multiplier la surface de chauffe sans augmenter le volnms T
d'eau chanlTée, ce qui permet de mettre rapidement et sans dépense excessive, l'appareil en train.
Cette considération a donné naissance H un grand nombre de formes de ctiaudières qui, au premier abord, peuvent paraître bizarres, mais qui au fond sont justifiées par ■m point de vue irréprochable.
Ia première idée qui se présente consiste à modifier la chau- r,,. n. dière de Watt, en creusant davantage la paroi inférieure A : on obtient ainsi la chaudière kjamiaget représentée ici. C'est presque nue chaudière à foyer intérieur ; elle oflre le précieux avantage de substituer aux murailles latérales du foyer, q<:i absorbent de la chaleur en pure perte, des parois d'eau B et C qui s'emparent avec profit de cette chaleur.
Cest là, d'après ce que nous avons pu observer, une des formes les pins répandues ; et comme c'est une t'es plus simples, le prix d'achat
est une raison de plus pour Tadopter. Du reste pour les petites dimensions la fonte parait avoir souvent remplacé la tôle de fer, sans le moindre inconvénient.
La colonne d'ascension s'adapte à la tubulure T, et celle de retour sur la tubulure latérale R.
34. On fait à cette chaudière deux reproches : l^^Teau rentrante n'est pas assez uniformément répartie sar la surface de chauffe: cette difficulté est bien facile à écarter en bifurquant le tujau de retour de manière à introduire Teau refroidie à la fois dans les deux flancs B et C par les tubulures symétriques R et S. 2*» Le nettoyage est moins facile que celui d'une chaudière de Watt ou d'un cylindre circulaire. Sans doute l'objection serait sérieuse si la quantité d'eau usée, et partant le dépôt incrustant était comparable avec les incrustations des chaudières à vapeur, contenant de grandes masses d'eau, incessamment renouvelées. Mais il est loin d'en être ainsi.
De plus, à cause de sa grande consommation, la chaudière à mfewr proprement dite, reçoit l'eau telle que l'industriel peut se la procurer, ordinairement dans les puits, rarement aux rivières; tandis qu'il est bien aisé d'alimenter une chaudière de serre avec de l'eau de pluie, qui est exempte de substances incrustantes. 35. Voici encore une forme qui se rapproche beaucoup de la précé- ^^*P*^ dente et qui est très-fréquemment em-
ployée. La grille du foyer se place en A. Nous l'avons vue très-souvent en fonte, et quelquefois en cuivre. Ce dernier métal se prête à une grande légèreté, à une grande perfection d'exécution ; et lorsque l'ai^reil est usé , il conserve encore une valeur relative assez grande ; cet avantage n'existe pas avec la fonte et le fer; de plus avec la fonte, on risque fort que les parois n'aient point partout la même épaisseur, inconvénient assez grave, au point de vue de la durée de la chaudière.
ra^^ rt ^ ^""^^ «^^aûte a pour but d'augmenter dans un très-grand fafb^ ^'^^'''^ ^"^ ''^'''^^ ^"^ '''' ^'''^''™^ ^^^"^ relativement
parTcs\ul'^'Tl''^ V "!, ^^'''' ^"^^ P'^^^''^ concentriques, réunies • ^ cylindre extérieur s'allonge vers le bas de roanièw
a«niré6
Fig. sa.
à former les jambages B et C. Le foyer est placé en A, et rayonne dans l'intériear de ces cylindres; les gaz provenant de la combustion , enveloppent le cylindre intérieur de toutes parts. L'effet utile doit être excellent, et on l'augmenterait encore si cette chaudière, étant emmuraillée , avait deux carneaux latéraux extérieurs, par lesquels les gaz chauds reviendraient sur seEfiaaca.commenousravons C B
montré dans les figures des "• "■
D- 32 et 33.
La suivante, plus compliquée, est du même genre; le dessin snSltpoQr la faire comprendre sans autre commentaire.
Le compartiment intérieur est relié à l'extérieur par des tubulures qui ne sont pas représentées ici ; les gaz circulent dans l'intervalle libre entre les deux compartiments et changent à la fois les faces métalliques des deux compartiments.
Ajoutons quelques mots relatifs au choix des tnyanx.
On a renoncé généralement,
pour le chauffage des serres de dimensions ordinaires, aux tubes de fonte, dont Vépûssenr et le poids sont très-considérables pour uno section donnée. Leur application est bornée aux enceintes très- ^sstet, dans lesquelles on a besoin de tuyaux de grands diamètres. On poumdt encore, dans ce dernier cas, remplacer chaque gros tuyau de fonte par un faisceau de tubes de fer ou de laiton, ayant ensemble une section totale égale à celle du premier, et une surface
de chauffe augmentée proportionnellement à la racine carrée du nombre des tubes composant le faisceau. Mais laTantage de cet accroissement peut être compensé par le prix de rinstallatîon.
Les conduites d'eau pour le chauffage de serres sont ordinairement formées de tubes de fer étiré, dont la fabrication est aujourdlmi très-perfectionnée en Angleterre et en France. Leur durée est poor ainsi dire indéfinie, car les impuretés de Teau ordinaire ont ici peu d*action ; en effet, les dépôts incrustants se font principalement dans la chaudière. D'ailleurs la consommation d'eau est en réalité si faible, qu'il est aisé, soit de choisir ce liquide très-pur, en le puisant daos une citerne à eau de pluie, soit de l'amener à un degré de pureté très-convenable, en le laissant séjourner quelque temps à Tair dans un réservoir un peu large.
L'emploi du laiton est fort restreint : la seule justification que Ton pourrait en faire, c'est que ce métal conserve encore une grande partie de sa valeur quand les tubes sont hors de service. Mais cette considération perd beaucoup de son importance, lorsqu'on porte sur la qualité de l'eau une certaine attention, d'ailleurs bien plus utile encore pour la chaudière que pour les tubes de circulation.
Il serait superflu de choisir les tubes de laiton comme appareil
de luxe ; car l'effet utile de la surface de chauffe exige qu'ils soient
noirs et dépolis. Ainsi il est clair que la fonte et le fer doivent rester
noirs et rugueux à la surface, comme ils sortent de la fabrique.
37. Il est toutefois un point important dans l'installation de la
conduite d'eau chaude qui réclame l'usage du laiton ; nous voulons parler des pièces de dUatation.
Les variations de température ont pour effet de contracter et de dilater les colonnes métalliques; ces mouvements moléculaires, invisibles sur de petites longueurs, se manifesteraient sur les grands développements, par la rupture ou l'arrachement des '* ^'* joints, et ensuite par des fuites.
Pour éviter ces accidents, on interpose dans les raccordements, et
sur chaque ligne de tajaux une pièce courbe, ou un coude, dout la courbure âexible absorbe tout Teffet du changement de longueur des colonnes, et Tempeche d atteindre les joints et les accouplements. Les figures ci-contre donnent une idée sufSsante de ces tubes de dilatation S, plus simples, plus sûrs, moins coûteux que tous les joints à glissière inventés dans le même but.
Le laiton se prête admirablement à la confection de ces pièces de raccordement, à cause du peu d'épaisseur qu'il est permis de lui donner relativement à une résistance et à une section données (1).
