EXERCICES

de jours

totale

de capacité

de chauffage.

au-dessous de zéro.

de houille.

par24 heures.

du bâtiment

et par

24 heures.

kil.

kil.

kil.

Ces résultats montrent l'influence considérable des différences de rigueur des hivers sur la consommation de combustible.

La consommation moyenne de ces trois années, pour le chauffage de jour de ce bâtiment, a été 10kil,02 par 1000 mètres cubes de sa capacité.

450. Proportions des surfaces de chauffe des calorifères à air chaud. — Les proportions adoptées par les constructeurs pour ce genre de calorifères sont très-variables même parmi les plus habiles.

Ainsi , tandis que les uns allouent seulement 5 mètres carrés de surface de chauffe par 1000 mètres cubes de capacité des locaux à chauffer, d'autres donnent jusqu'à 10 mètres carrés. Ces proportions sont relatives à des calorifères dont les tuyaux sont en fonte de 10 à 14 millimètres d'épaisseur et l'on ne compte pour surface effective de chauffe que les parties réellement exposées à l'action du feu ou au contact des gaz ch mds.

L'emplacement des calorifères et la disposition des locaux qu'ils doivent chauffer ainsi que la combinaison du chauffage avec la ventilation, doivent être pris en considération lorsqu'il s'agit de déterminer les proportions de ces appareils.

Ainsi, des calorifères destinés à chauffer des vestibules de palais, d'hôtels, de théâtres où l'ouverture incessante des portes permet l'introduction de l'air extérieur, paraissent devoir être proportionnés à raison de 8 à 10 mètres carrés de surface de chauffe par 1000 mètres cubes d'espace à chauffer.

Ceux de l'intérieur des bâtiments des palais de justice, des dépendances d'une scène de théâtre, moins exposés à l'entrée de l'air extérieur, peuvent être réduits à 4 mètres carrés ou 6 mètres carrés par 1000 mètres cubes d'espace à chauffer.

Enfin, s'il s'agit de locaux qui doivent être à la fois chauffés et ventilés, tels que des salles de réunion, des amphithéâtres,

des hôpitaux, des salles de spectacle, il convient de proportionner la surface de chauffe à 9 ou 10 mètres carrés par 1000 mètres cubes de leur capacité.

Il y a, du reste, dans tous les cas avantage au point de vue du bon emploi du combustible à exagérer un peu les dimensions des calorifères plutôt qu'à les restreindre, et sous ce rapport l'économie des frais d'établissement a peu d'importance.

432. Inconvénients des calorifères à air chaud. — J'ai déjà indiqué l'inconvénient le plus grave de ces calorifères en parlant de la température élevée de l'air qu'ils fournissent même lorsqu'ils sont bien construits et conduits avec attention. Mais il devient encore bien plus sensible lorsque le feu est irrégulièrement alimenté, ce qui est presque inévitable. Alors à des températures de 30 à 40° succèdent parfois rapidement celles de 60°, 80° à 100° et plus. C'est ce qui arrive presque partout et rend le voisinage des bouches de chaleur intolérable.

Mais même lorsque le feu est modéré et qu'il existe dans la pièce échauffée une cheminée ordinaire ou d'appel, quand la température générale de cette pièce atteint seulement 18° à 20° l'on sent presque toujours au bout d'un certain temps une pesanteur de tête que ne produit pas le feu de cheminée. La raison en est simple et se trouve tout naturellement dans les résultats d'expériences sur les cheminées. C'est la différence considérable de ventilation qui se produit à température égale, quand un feu modéré dans une cheminée appelle 600 à 800 mètres par heure, ou quand la même température est entretenue par une bouche de chaleur qui fournit de l'air à 60° ou 80°, dont le volume ne peut excéder 250 mètres cubes à 350 mètres cubes, sans qu'il en résulte un trop grand échauffement.

Le reproche d'insalubrité que l'on s'accorde généralement à faire à l'air chauffé par le contact de surfaces métalliques est souvent exagéré, mais je le crois néanmoins fondé; car

les poêles ordinaires en faïence qui consomment peu d'air et par conséquent ne produisent qu'une faible ventilation n'occasionnent pas la même sensation pénible que les calorifères à air chaud.

Il y a cependant des moyens de diminuer le défaut dont nous venons de parler, et outre les dispositions intérieures à donner aux calorifères pour limiter et modérer la température de l'air qu'ils fournissent, j'ai indiqué l'usage des chambres de mélange, d'autant plus nécessaires qu'en toute saison elles peuvent servir à fournir de l'air à la température voulue et que l'introduction, facile à régler, de l'air extérieur qui se mêle avec celui qui a passé par le calorifère, permet de corriger l'effet de la dessication que celui-ci a éprouvé.

Ces chambres, munies de registres d'entrées, contenant des dispositions appelées chicanes qui obligent l'air chaud et l'air froid à ne sortir qu'après s'être mélangés, peuvent corriger une grande partie des défauts reprochés aux calorifères à air chaud tels qu'on les construit ordinairement. Je les regarde comme indispensables pour tous les grands chauffages, qui doivent être combinés avec la ventilation , car elles sont un moyen sûr de modérer la température sans restreindre la ventilation, ce qui est la condition fondamentale d'un bon service. Je ferai connaître en parlant des amphithéâtres les résultats, remarquables par leur régularité, que nous avons obtenus au Conservatoire des arts et métiers.

Outre les défauts que je viens de signaler et auxquels on peut, jusqu'à un certain point, porter remède, les calorifères à air chaud en ont d'autres qui peuvent en limiter l'emploi.

L'expérience montre en effet qu'ils ne peuvent guère faire parvenir l'air chaud à une distance horizontale de plus de 20 à 25 mètres, de sorte que pour des bâtiments de quelque étendue l'on est obligé d'en multiplier le nombre. Ainsi, à l'hôpital Beaujon, où le pavillon des hommes a 40 mètres environ de longueur, il a fallu établir trois calorifères. A l'hospice du Vésinet, malgré l'emploi d'un ventilateur, très-imparfait il est vrai, l'on a été obligé d'élever le nombre des

appareils de chauffage de 3 à 5, et, encore, quand il fait froid, n'obtient- on pas partout la même température. A l'hôpital de Vincennes, il y a un calorifère pour 12 mètres de longueur de bâtiment.

De cette multiplicité des appareils résulte nécessairement celle des agents, la difficulté de la surveillance et d'autres inconvénients.

L'on reproche aussi à ce genre de calorifères les dangers d'incendie, qui résultent malheureusement trop souvent de la communication que des fissures peuvent laisser établir entre les conduits de fumée et les passages de l'air nouveau qui, alors, porte le feu en des points dangereux. Ce défaut grave peut être beaucoup atténué par de bonnes dispositions, par des circulations nombreuses bien isolées les unes des autres, mais il n'en est pas moins vrai que bien des accidents en montrent trop souvent la réalité.

Enfin, lorsque l'air, qui circule dans les conduits à une température de 80° et plus, passe dans le voisinage de pièces de charpente, il peut, à la longue, en déterminer l'altération et compromettre la solidité des bâtiments et rendre ces matériaux bien plus accessibles à la combustion. L'on sait aussi que dans le voisinage des bouches de chaleur de ces appareils les peintures, les boiseries, les tentures s'altèrent rapidement.

452. Usage des fourneaux à coke. — Les fourneaux à coke offrent l'avantage d'une combustion lente, qui peut être rendue assez régulière et qui n'oblige pas à charger fréquemment le foyer ; mais il est nécessaire de leur donner une assez grande hauteur, ce qui gêne pour obtenir une surface de chauffage suffisante.

455. Relation du chauffage et de la ventilation. — Les calorifères à air chaud, tels qu'on les a construits jusqu'ici, ne peuvent tout au plus fournir par eux-mêmes, c'est-à-dire par la seule action de la chaleur et de la circulation intérieure qui s'y établit, que la chaleur nécessaire au chauffage

et seulement une partie de l'air nouveau. S'il existe dans les salles ainsi chauffées des cheminées d'appel un peu énergiques, elles détermineront l'évacuation d'un volume plus grand que celui fourni par le calorifère, et le complément s'introduira par les joints des portes et des fenêtres, comme dans le cas où l'on se sert de cheminées. Ce complément sera d'ailleurs d'autant plus considérable que le calorifère aura été proportionné pour fournir de l'air à une température plus élevée et, par conséquent, en moindre volume. Or, dans la plupart des cas, ces entrées d'air par les portes et par les fenêtres sont désagréables, et la gêne qu'elles causent serait un obstacle à l'énergie qu'il conviendrait de donner à la ventilation.

L'usage des chambres à air diminuerait cet inconvénient et permettrait d'alimenter suffisamment l'appel avec de l'air nouveau, en restreignant beaucoup les rentrées par les portes et par les fenêtres. Il faudrait à cet effet donner aux orifices d'introduction de l'air dans les salles de grandes sections, ou plutôt les disposer en grand nombre sur un développement considérable.

Mais, quant à l'appel, la seule influence que les calorifères, dans leurs dispositions actuelles, exercent sur son énergie, consiste dans réchauffement que le tuyau de fumée peut produire dans la cheminée d'évacuation. Or, cette action est d'autant plus faible que la chaleur émise par les tuyaux de circulation de la fumée dans le calorifère a été mieux utilisée pour échauffer l'air nouveau, et, presque toujours, elle a peu d'énergie. C'est ce que nous montrent, par exemple, les expériences faites aux écoles de Grenelle.

Aussi, quand on a voulu établir des ventilations énergiques, a-t-on été obligé de recourir à des moyens accessoires, tels que des foyers d'appel, ou des ventilateurs aspirants ou insufflants, dont nous avons examiné précédemment les effets dans un autre chapitre.

454.- i¥oyens tirés des calorifères pour activer V appel. — On

a cependant proposé certains moyens tirés des calorifères eux-mêmes pour activer les appels d'air vicié, soit momentanément, soit d'une manière permanente.

Dans le rapport de la commission, chargée d'examiner les projets présentés pour le chauffage et la ventilation des théâtres de la place du Châtelet, il a été indiqué qu'après l'entrée du public, le chauffage, devant devenir de moins en moins énergique, il convenait d'utiliser la chaleur accumulée dans les calorifères pour activer l'appel qui doit produire la ventilation. A cet effet, on avait prescrit des dispositions qui auraient permis de faire déboucher dans les cheminées d'appel une partie ou même la totalité de l'air échauffé par- le calorifère. Mais, en même temps, on avait fait remarquer que, comme c'était de la chaleur et non de l'air qui y occuperait un volume inutile qu'il fallait envoyer dans ces cheminées, il était nécessaire de réduire le plus possible le volume de cet air, afin d'en augmenter la température.

En partant de la même idée, que l'air en transportant de la chaleur dans une cheminée d'appel ou d'évacuation peut y activer l'appel, un savant physicien a proposé de baser sur cette action un système de ventilation par appel, qui consisterait à échauffer, à l'aide d'un calorifère, un certain volume d'air pris à l'extérieur et à le faire arriver dans une cheminée d'appel, qui aurait, aux divers étages d'un bâtiment, des orifices d'introduction d'air vicié des salles de ce bâtiment. L'action aspiratrice, exercée par le courant d'air chaud ainsi déterminé dans la cheminée d'appel, devait, dans cet ordre d'idées, produire l'évacuation de l'air vicié.

J'ai déjà examiné, dans un autre chapitre, le résultat que l'on peut obtenir et que l'on a obtenu par un semblable moyen, qui, bien que basé sur l'observation exacte de certains phénomènes, ne me paraît pas, au point de vue du rapport entre la dépense et le résultat obtenu, présenter des avantages. Je me bornerai ici à rappeler que c'est de la chaleur et non de l'air qu'il faut faire parvenir dans les cheminées d'appel pour en activer l'action.

45o. Circulation de la chaleur au moyen de l'air. — Pénétré de l'exactitude absolue de ce point de vue, je nie suis demandé si, de même que dans les chauffages par circulation d'eau chaude, on envoie de la chaleur dans les cheminées d'appel partiel oq général ; si, de même qu'on peut évidemment en faire autant avec de la vapeur, il ne serait pas possible et très-praticable de faire arriver de la chaleur dans ces cheminées, en lui donnant l'air pour véhicule.

Pour réaliser cette idée, il m'a semblé qu'il suffirait de faire traverser le calorifère, dans sa partie la plus chaude, par l'une des branches d'un tuyau de circulation continue, complètement fermé, qui s'élèverait à telle hauteur qu'on voudrait dans la cheminée principale d'appel d'un système Fig. 43. de ventilation par sa branche ascen-

dante, et qui, par sa branche descendante, reviendrait rejoindre la partie immergée dans le foyer.

Par une semblable disposition, l'air qui occuperait la partie du circuit qui serait placée dans le foyer s'échaufferait fortement, se dilaterait, s'élèverait dans la colonne verticale correspondante, et serait évidemment remplacé ï|ï par de l'air venant du tuyau descendant,

qui, moins chaud et par conséquent plus dense, descendrait pour s'échauffer à son tour. Il s'établirait ainsi dans ce tuyau continu, fermé sur tout son contour, une circulation d'air et, par conséquent, de chaleur identiquement semblable à la circulation d'eau qui se produit, dans les appareils de MM. Duvoir-Leblanc et René Duvoir.

Or, l'air qui, circulant ainsi, partirait de l'intérieur du calorifère à une température qui, sans inconvénient, pourrait être de 300 degrés et plus, parcourrait une cheminée d'ap-

pel, y laisserait échapper par les parois du tuyau une quantité de chaleur qui, évidemment, activerait l'action de cette cheminée sans y introduire autre chose que de la chaleur.

En soumettant cette solution de la question des appels d'air au calcul dans des hypothèses qui n'ont rien d'inadmissible pour la pratique, on arrive, ainsi qu'il suit, à reconnaître qu'elle peut être praticable.

456. Chauffage des cheminées d'appel par circulation d'air chaud. — S'il s'agit d'échauffer par heure 1000 mètres cubes d'air pris à zéro jusqu'à la température de 20 degrés, il faudrait communiquer à cet air

1000 Xl,30X20°X 0,234 = 6084 calories.

Supposant que l'on emploie à cet effet de l'air chaud à 80 degrés, dont la densité serait 1,004, et que cet air perde 60 degrés de sa température ; en appelant Q le volume de cet air à 80 degrés à employer, on aurait, pour le nombre d'unités de chaleur qu'il aurait communiqué à l'air appelé,

QX 1 ,004X 60° X0,234= 14,1 Q calories.

Celte quantité de chaleur devant être égale à celle qui a été communiquée à l'air appelé, on a, pour déterminer la valeur de Q, la relation

14, 1 Q = 6084 d'où Q = ^^ =431m-c,5.

431m,c 5 Ce volume correspond à ' = 0m-c, 119 en \" .

Si maintenant nous supposons que de l'air chaud, emprunté au calorifère, à une température de 80 degrés correspondante à une densité d=lkil,004, arrive dans une cheminée d'appel par un tuyau verlical de hauteur H et en redescende par un autre tuyau vertical de même hauteur, à la température moyenne de 20 degrés, ayant ainsi perdu

60 degrés de sa chaleur, nous aurons pour le mouvement de cet air dans le tuyau ascendant,

MIP+ 4M Qp— lY = 2k(d'— d) HU— — ^ (dDs-fd'U's)

m" étant le coefficient de contraction aux coudes=0,70. Cette équation conduit à la formule

Si l'on suppose :

H = 15mc (3=0,01 D = 0m-C,25 seulement, l'on en déduit

^ù-^7b+(jh

et U=2m,47.

Comme de la valeur D = 0m,25, il résulte que

il s'ensuit que le volume d'air à débiter en une seconde, à la température de 80 degrés, serait

Q=AU=0m"î;049lX2m5470 = 0m'c,124.

à très-peu près égal à celui qui est nécessaire pour fournir la chaleur voulue à l'air aspiré.

Mais ceci suppose qu'en réalité l'air introduit à 80 degrés sortirait à 20 degrés seulement. Toutefois, comme il est possible d'élever la température initiale au delà de 80 degrés,

et que la chaleur conservée par l'air restant ne serait pas perdue, puisque cet air rentrerait dans la circulation du calorifère, et qu'il ne s'agit que de lui faire subir un abaissement de température de 60 degrés, on voit que la solution paraît très-praticable, sans exiger des dimensions extraordinaires pour les appareils.

En examinant cependant la question de plus près et en mettant en regard avec le dispositif que l'on vient d'indiquer, le procédé beaucoup plus simple qui consiste à établir dans la cheminée d'appel un foyer qui serait alimenté en partie par l'air appelé et qui échaufferait directement le surplus de cet air, sans aucun intermédiaire, sans circuits et par conséquent sans perte, il semble que ce dernier mode d'activer l'appel doit être préférable et économique, cela paraît même évident à priori et cela serait certainement vrai, si le dispositif où l'on voudrait employer la circulation de l'air n'était pas immédiatement sous la cheminée d'évacuation.

Mais il faut cependant remarquer que les expériences connues nous apprennent que, pour utiliser le mieux possible la chaleur au mouvement de l'air, il est nécessaire de l'échauffer très-modérément. Or, un foyer direct produit toujours, au moins dans l'air qui le traverse etl'avoisine, des températures très-élevées , tandis que le dispositif indiqué occasionnerait évidemment un moindre échauffement de l'air qui toucherait le long des parois du tuyau de circulation, et permettrait d'ailleurs aussi d'utiliser la chaleur que le tuyau de fumée abandonnerait en parcourant la cheminée.

L'expérience seule peut montrer quel est celui des deux dispositifs qui serait le plus convenable pour la ventilation d'été, où ils peuvent être opposés l'un à l'autre.

L'on voit néanmoins par ce qui précède que le chauffage à l'air chaud peut être combiné avec tel système d'insufflation, d'aspiration ou d'évacuation que l'on voudra employer, mais que par lui-même il ne peut, pendant la saison d'hiver, assurer l'évacuation de l'air vicié que par l'un des deux dispositifs que nous venons d'indiquer.

437. Du chauffage à la vapeur. — Ce mode de chauffage, fort en faveur il y a 30 ou 40 ans, est aujourd'hui beaucoup moins goûté , parce qu'il présente des inconvénients assez graves.

Il convient de distinguer deux cas particuliers d'emploi de la vapeur pour le chauffage. Le premier est celui où la vapeur employée, empruntée directement à une chaudière ou fournie par une machine à vapeur dans laquelle elle a agi comme puissance motrice, peut s'échapper librement dans l'air; le second est celui où cette vapeur, exclusivement destinée au chauffage, est fournie par une chaudière dans laquelle elle retourne à l'état d'eau de condensation.

Dans l'un, comme dans l'autre cas, la rapidité avec laquelle la vapeur peut se mouvoir sous de très-faibles différences de pression, les faibles dimensions qu'il suffît de donner aux tuyaux destinés à la conduire partout où son action peut être nécessaire, la quantité considérable de chaleur qu'elle abandonne, en passant de l'état gazeux à l'état liquide, sont des avantages très-réels.

L'industrie peut surtout en tirer parti dans les usines qui emploient des moteurs à vapeur, puisque le fluide, après avoir agi dans les machines, conserve encore la plus grande partie de sa chaleur constitutive et n'en a perdu qu'une portion par sa transformation en travail mécanique ; mais il ne faut pas pousser jusqu'à l'exagération l'importance de cet effet, comme l'ont fait quelques ingénieurs, en prétendant qu'il était possible d'obtenir l'assainissement des hôpitaux par procédé mécanique, à bien peu de chose près, sans aucune dépense de combustible, attendu que toute la chaleur se retrouvait encore dans la vapeur après son action.

Dans les circonstances favorables dont nous parlons, la vapeur d'échappement est principalement employée pour chauffer des ateliers, des bains de teinture et autres, des appareils de fabrication, etc., et on lui réserve toujours des orifices d'échappement à l'air libre. L'on a d'ailleurs soin de ménager des orifices de purge qui permettent de faire évacuer

l'air, la vapeur et surtout l'eau de condensation, quand il s'en est formé.

Lorsqu'il s'agit de chauffer des ateliers, l'on emploie, en outre, des tuyaux d'assez grand diamètre, pour obtenir de grandes surfaces de condensation et on leur donne assez de pente pour que l'eau qui en provient retourne facilement aux chaudières ou dans des réservoirs, d'où elle est reprise par des pompes.

Dans les chauffages de bâtiments d'habitation, d'établissements publics, où l'on est obligé de dissimuler les conduits de vapeur et de les faire passer dans l'épaisseur des planches, pour l'amener dans des espèces de poêles, les difficultés de la circulation augmentent et les pentes que l'on peut donner aux tuyaux de retour étant très-limitées, les conséquences des condensations deviennent bien plus graves.

L'on reproche à ce mode de chauffage plusieurs inconvénients qui en ont beaucoup restreint les applications.

Les fuites de vapeur sont difficiles à éviter, quelque soin que l'on apporte à la construction, et si cependant on parvient à le faire dans les tuyaux de circulation proprement dite, il est tout à fait impossible d'empêcher les échappements de vapeur des chaudières, munies exprès pour les permettre de soupapes de sûreté.

Il en résulte que, quand les chaudières sont placées dans l'intérieur des bâtiments et particulièrement dans les caves, ce qui est leur emplacement naturel dans les bâtiments habités, qui ne sont pas des ateliers, les maçonneries des voûtes, les charpentes, etc., sont attaquées par l'action de la vapeur. C'est, entre autres exemples, ce qui est arrivé à l'hôpital Lariboisière. En général, toute chaudière à vapeur devant être placée dans un pavillon spécial et isolé des habitations, cela conduit à une sujétion qui n'est acceptable que pour des usines ou de grands établissements publics.

La facilité avec laquelle la vapeur transporte et livre sa chaleur aux corps auxquels on veut la communiquer, a pour inconvénient la rapidité de sa condensation et la cessation

de cette transmission dès que le feu, et par suite la pression dans la chaudière diminuent d'une manière notable. Il s'ensuit immédiatement une cessation du chauffage, des condensations, des vides partiels et des irrégularités dans les températures des salles. Si la vapeur, outre le chauffage, devait être aussi employée à produire ou à activer la ventilation, les deux parties du service qu'on en attendrait pourraient être à la fois compromises.

Mais ces irrégularités du chauffage ne seraient encore que le moindre des inconvénients des condensations, qui en ont de bien graves. En effet, lorsque après un ralentissement sensible ou même une cessation complète dans la circulation de la vapeur, comme il en arrive parfois dans le jour et presque toujours la nuit, le chauffeur ranime son feu, rétablit dans sa chaudière la pression normale et ouvre sa communication avec les conduits, le fluide se précipite avec une très-grande vitesse dans les tuyaux et vient y rencontrer l'eau de condensation qui, en certains endroits, les remplit en tout ou en partie et détermine ensuite des chocs qu'on nomme claquements, quand ils sont légers, mais qui atteignent souvent une intensité inquiétante et parfois très-dangereuse. Ces effets se produisent très-souvent le matin, même dans les bâtiments qui doivent être chauffés avec continuité. Ils -sont fréquemment observés à l'hôpital Lariboisière, où ils inquiètent les malades. Ils peuvent même produire la rupture des tuyaux et par suite des explosions partielles.

Les établissements industriels qui sont chauffés par la vapeur et dans lesquels le travail cesse la nuit sont très-exposés à des accidents de ce genre, et une grande usine, située à Pantin, en a fourni un grave exemple.

C'est le plus sérieux reproche que l'on peut faire au chauffage à la vapeur, et c'est ce qui y a fait généralement renoncer, avec raison, je crois, pour les établissements où il n'y a pas de moteur dont on utilise ainsi la chaleur perdue.