CHAPITRE II

Calorifères placés loin des lieux qui doivent être échauffés.

1853. Les calorifères de ce genre sont toujours composés d'une chambre en maçonnerie renfermant un foyer et des tuyaux ordinairement en fonte, qui sont parcourus successivement ou simultanément par l'air qui s'échauffe ou la fumée qui se refroidit. Ces appareils ont été disposés d'un grand nombre de manières différentes ; avant de décrire les principaux, j'indiquerai quelques principes généraux qui serviront à les apprécier.

1854. D'abord il est évident que tous les calorifères peuvent produire le même effet utile, quand la combustion a lieu dans les conditions ordinaires et que les surfaces de transmission de la chaleur sont assez étendues pour refroidir la fumée à la même température. Mais les surfaces de chauffe peuvent être plus ou moins bien utilisées, et il convient aussi de considérer la commodité du nettoyage, la faciUté à rendre les joints étanches^ l'espace occupé, les conditions de durée et le prix.

1855. L'air ne s'échauffe que par contact avec les corps chauds et par une transmission de la chaleur de proche en proche, transmission que j'ai appelée la diffusion de la chaleur: les rayons de chaleur le traversent sans l'échauffer. Il résulte de là une grande différence entre les effets produits par un tuyau échauffé, suivant qu'il est parcouru par la fumée ou par l'air à échauffer. Dans le premier cas, la chaleur rayonnée par la surface du tuyau échauffe la surface intérieure de l'enceinte, et l'air s'échauffe en passant sur les deux surfaces ; l'effet produit varie peu avec l'étendue de l'enceinte, parce que la quantité de chaleur qu'elle reçoit est constante," et par conséquent elle s'échaufïe d'autant plus qu'elle a moins d'étendue. Dans le second cas, les rayons de chaleur qui traversent le tuyau parcouru par l'air sont perdus pour son échauffement. Ainsi les surfaces de chauffe extérieures sont plus efficaces que les surfaces intérieures,^ à peu près dans le rapport de 2 à 1. Mais on peut augmenter réchauffement de l'air qui parcourt les tuyaux, en y plaçant des feuilles de tôle diversement contournées qui s'échauffent par rayonnement et transmettent à l'air, par le contact, la chaleur qu'elles ont reçue.

18S6. Les mouvements de l'air pur et de l'air brûlé peuvent avoir lieu dans le même sens, en sens contraire, ou enfin dans desdirections quelconques. Quand les mouvements ont lieu dans le même sens, la transmission de la chaleur s'arrête évidemment lorsque les deux gaz ont pris la même température ; si les deux courants avaient la même section et la même vitesse, la température commune serait à peu près la moitié de celle de l'air brûlé ; mais comme le volume de l'air pur est toujours beaucoup plus considérable que celui de l'air brûlé, celui-ci peut être amené à une assez basse température. Supposons, par exemple, que l'air doive être échauffé à 100°; comme l'air brûlé provenant de la combustion de la houille est à peu près à 1200°, on voit que, si toute la chaleur produite était employée à échauffer l'air, le volume d'air neuf chauffé à 100° pourrait être égal à 11 fois celui de l'air brûlé, et que ce dernier gaz pourrait être amené à 100°. Le refroidissement de l'air brûlé serait encore plus considérable si l'air devait être moins échauffé. Mais la direction opposée du mouvement des deux gaz devient nécessaire, quand l'air doit être porté à une haute température ; il est évident que, si les poids des gaz étaient les mêmes, il pourrait y avoir sensiblement échange de température, et que si le poids de l'air était 2, 3, 4 fois plus considérable que celui de la fumée, le refroidissement complet de l'air brûlé porterait la température de l'aiipur à 600°, 400°, 300°. Enfin quand les deux courants sont perpendiculaires, et que l'air froid passe simultanément dans des tuyaux placés en travers du courant d'air brûlé, la transmission de la chaleur est la plus grande qu'on puisse obtenir, parce que toutes les parties du courant d'air brûlé sont rencontrées simultanément par de l'air froid, du moins à travers le métal des tuyaux ; et avec la même étendue de surface de chauffe, on peut refroidir l'air brûlé à une plus basse température que par toute autre disposition. Mais cette méthode ne peut être employée que lorsqu'il s'agit de chauffer un très-grand volume d'air à une température peu élevée. Les tubes traversés par l'air peuvent être verticaux, horizontaux ou plus ou moins inclinés ; ces- circonstances n'ont d'influence que sur le tirage de l'air échauffé, pour lequel la disposition verticale est évidemment la plus favorable. Si les tuyaux parallèles étaient parcourus simultanément par l'air brûlé, et si l'air à échauffer s'écoulait perpendiculairement, les circonstances seraient à peu près les mêmes relativement à la transmission de la chaleur ; mais cette disposition est rarement employée.

18o7. D'après ce que nous avons dit (S51), on ne doit jamais diviser l'air pur ou l'air brûlé en plusieurs veines dans le mouvement ascendant, parce que le gaz suit toujours de préférence celui qui présente le moins de résistance ; et quand tout semble d'ailleurs disposé d'une manière parfaitement symétrique, les plus légères différences déterminent le mouvement dans un sens ou dans l'autre. Le courant ne se répartirait à peu près également qu'autant que la section totale des tuyaux resterait constante. Si le premier tuyau et ceux qui viennentaprès avaient la même section, onpourrait obtenirun partage du courant par des registres convenablement ouverts. Mais lorsque le mouvement a lieu de haut en bas, le partage du courant se fait uniformément dans tous les tuyaux (SS3), en supposant toutefois que chacun d'eux présente la même résistance (5o5) ; et c'est ce qui arrive, quand ils ont la même section et la même longueur.

1858. Dans les calorifères, il y a toujours deux espèces de tirage, celui de l'air brûlé qui provient de la cheminée, et celui de l'air pur qui provient de la colonne d'air chaud, depuis l'entrée de l'air dans le calorifère jusqu'à l'orifice d'écoulement dans l'atmosphère. Ces deux tirages se manifestent dans tous les joints des tuyaux, et si ceux-ci ne sont pas étanches, de l'air pur passe dans l'air brûlé quand le tirage de la cheminée l'emporte sur celui de l'air pur, et de l'air brûlé passe dans l'air pur quand le tirage de l'air est plus grand que celui de la cheminée. Il semblerait, d'après cela, que les joints devraient être forcément étanches ; mais on se contente presque constamment de joints en terre à four, qui laissent de petites fissures capillaires ; il n'en résulte pas un grand inconvénient, parce que le tirage de la cheminée étant ordinairement beaucoup plus grand que celui de l'air pur, il y a seulement un peu d'air pur qui passe dans l'air brûlé. Mais si l'air brûlé était ramené à une basse | température, et si le tirage de l'air pur était très-grand, une certaine quantité d'air brûlé pourrait passer dans l'air pur ; il faudrait alors avoir recours aux joints faits avec du mastic de fonte, et dont nous J parlerons quand il sera question des calorifères à vapeur. Dans tous

les cas, il est important que les joints soient peu nombreux et faits avec soin, et il ne faut pas employer de trop grandes surfaces de chauffe, parce que si la consommation de combustible était très-faible, l'air brûlé serait amené à une basse température, le tirage deviendrait très-faible et pourrait être inférieur à celui de l'air de ventilation.

1859. Une circonstance qu'il est très-important d'éviter dans la construction des calorifères, c'est de mettre l'air en contact avec

CIIAP. il. — CALORIFÈRES PLACÉS LOIN DES LIEUX A CHAUFFER. Wl

(les surfaces métalliques chauflfées au rouge, parce qu'alors l'air acquiert une mauvaise odeur, provenant de la combustion des matières organiques qu'il tient en suspension. L'air, en effet, quelque transparent qu'il paraisse, retient en suspension une grande quantité de poussières impalpables qui se déposent lentement quand il est en repos ; on les aperçoit d'une manière très-nette en faisant pénétrer un rayon solaire dans une chambre obscure. Ces poussières sont de nature différente suivant les localités, mais il n'est pas douteux qu'une partie ne soit organique. Cependant, quand l'étendue des surfaces incandescentes est très-petite relativement à celle des surfaces de chauffe, il n'y a que peu d'air altéré, et l'odeur devient insensible.

Le contact de l'air à chauffer avec les surfaces métalliques rougies présente un autre inconvénient grave dont nous avons déjà parlé. C'est la production d'une certaine quantité d'oxyde de carbone provenant probablement de la décomposition de l'acide carbonique de l'air par le métal rougi. M. Morin a fait à cet égard des expériences avec l'aide de M. Urbain, ancien élève de l'École centrale ; la présence de l'oxyde de carbone dans l'air a été déterminée dans l'air par deux moyens différents : le premier consistait à placer des lapins dans l'air en expérience et à faire l'analyse du gaz du sang de ces animaux après un certain temps de séjour ; le second consiste à faire traverser par l'air une dissolution de souschlorure de cuivre qui absorbe l'oxyde de carbone.

De l'ensemble de ces expériences, il résulte que dans une salle chauffée à l'air d'un poêle soit en fonte, soit en tôle, il y a production d'oxyde de carbone; que cette proportion est plus considérable pour les poêles en fonte que pour les poêles en tôle et qu'enfin elle augmente encore lorsque le poêle est enduit de plombagine.

Voici les nombres trouvés :

Proportion

d'oxyde de carbone

daus l'air.

Poêle en fonte (modèle des casei'nes) 0,0014

Le môme enduit de plombagine 0,0017

Poôle en tôle emboutie 0,00041

Le môme enduit de plombagine 0,00122

Il y a tout lieu de supposer, d'après ces nombres, que c'est surtout l'influence du carbone, soit de la fonte, soit de la plombagine, qui détermine la décomposition de l'acide carbonique de l'air et fournit l'oxyde de carbone.

L'oxyde de carbone qui se développe ainsi par l'action de la fonte rougie, sans être une cause de danger immédiat pour la vie des personnes qui respirent l'air dans lequel il se produit, n'en exerce pas moins une action fâcheuse ; il en résulte un état de gêne, de lourdeur qui, lorsqu'il se prolonge, ne peut manquer d'avoir un effet pernicieux. 11 y a donc lieu de proscrire les surfaces de fonte pour toute partie du calorifère qui doit rougir, lorsque l'air chauffé devra servir à la respiration.

1860. Lorsque l'air s'échaufFe, la quantité de vapeur qu'il peut absorber augmente, et par conséquent son état hygrométrique s'abaisse, et quoiqu'il renferme toujours, sous le même poids, la même quantité d'eau, il se dessèche réellement. Cette circonstance peut avoir des effets fâcheux en provoquant un excès de transpiration. En conséquence, il est toujours utile de placer dans le calorifère un vase plein d'eau, destiné à mêler à l'air chaud une certaine quantité de vapeur qui devrait être telle que, dans les lieux habités, l'air à peu près à 15° fut à moitié saturé. On pourrait satisfaire à cette condition au moyen d'un vase placé en dehors du calorifère, renfermant de l'eau à une hauteur constante, disposé comme le vase de Mariotte, garni d'un tube à robinet, par lequel l'eau tomberait d'une manière continue sur une surface métallique chauffée, se réduirait en vapeur et serait entraînée par le courant d'air ; l'ouverture du robinet pourrait être réglée par l'observation d'un hygromètre placé dans les salles ventilées.

1861. Les surfaces de chauffe des calorifères transmettent moins de chaleur que les tuyaux à air briilé des appareils placés dans les pièces qui doivent être échauffées, et dont nous avons parlé d'abord^ parce que la différence des températures de l'air brûlé et de l'air pur est plus petite ; il faut compter sur l""'ï,5 à 2""^ de surface de chauffe directe par kilogramme de houille à brûler par heure. Je répéterai à cette occasion qu'une variation même assez considérable dans l'étendue de la surface a peu d'inffuence sur l'effet utile, parce qu'elle se porte toujours sur les surfaces extrêmes qui transmettent moins de chaleur. Il est important de remarquer que pour les calorifères employés au chauffage des habitations, la consommation de combustible étant très-variable, si on calculait les dimensions pour le maximum de consommation, il y aurait un excès de surface de chauffe pendant une grande partie du temps du chauffage, et le tirage de la cheminée pourrait être trop faible ; pour ce cas, il vaut mieux prendre la surface de chauffe pour la consommation moyenne,

ce qui revient à prendre !""• de surface de chauffe pour la consommation maximum.

1862. Quoique l'on puisse refroidir l'air brûlé à une assez basse température, en conservant cependant un bon tirage, il n'est pas à supposer que les calorifères placés en dehors des pièces qu'ils doivent échauffer, produisent un effet utile dépassant 0,60 à 0,70, à cause de la chaleur perdue par la cheminée, par l'enveloppe du calorifère, par l'excès d'air qu'on doit laisser passer à travers la grille pour éviter de chauffer trop foctement les surfaces environnantes, et encore par l'air depuis la sortie du calorifère, car dans le trajet aux pièces à chauffer la perte peut varier dans des limites très-étendues.

1863. Les grilles doivent être très-grandes, atin d'avoir des foyers languissants, il faudrait compter sur moins de O^jS de houille par décimètre carré et par heure,

1864. La section de la cheminée et celle des conduits à air brûlé ne peuvent pas être calculées d'après les nombres indiqués pour les générateurs, parce que l'air brûlé est abandonné en général à une plus faible température ; en supposant que l'excès moyen de tempélature soit de 50% comme l'air brûlé dans les cheminées des générateurs est à peu près à 300°, et que pour ces excès de température, le tirage varie dans le rapport de 39 à 71, les sections des cheminées des calorifères devront être égales à celles des générateurs consommant la même quantité de combustible, multipHées par 71 : 39 = 1,82. Ainsi pour des cheminées de 10", 20", 30", les poids de houille brûlée par décimètre carré, seront de 1^,87 ; 2", 58 ; 3'',02. Avec ces nombres on aura certainement un grand excès de tirage, mais on pourra toujours le détruire par un registre ; et il sera trèsfaible, quand la consommation de combustible sera très-petite, à cause du grand excès de surface de chauffe qui produira un grand refroidissement.

1865. On pourrait faire une notable économie dans les frais d'établissement en employant des tuyaux en terre cuite, d'une petite épaisseur ; mais les surfaces de chauffe devraient avoir plus d'étendue ; la terre cuite étant toujours perméable, il y aurait beaucoup d'air chaud qui passerait dans la fumée; et, en outre, la rupture d'un tuyau pourrait occasionner de graves inconvénients.

Je vais examiner successivement les différentes dispositions de calorifères.

1866. Les calorifères dans lesquels les tuyaux sont parcourus par tair. — La figure 443 représente un appareil de ce genre. A, foyer;