DES CALORIFÈRES A AIR CHAUD

Les calorifères sont des chambres closes renfermant un foyer intérieur destiné à chauffer de Tair pris extérieurement et à l'envoyer dans des locaux plus ou moins éloignés. Ils se composent généralement : !• d'une prise d'air extérieur; 2° d'un foyer; 3° de tuyaux de fumée plus ou moins contournés et multipliés; 4° d'une enveloppe entou-

rant la chambre de chaleur; 5° enfin de conduites d'air chaud partant de la partie supérieure de l'appareil. Souvent, on y ajoute divers moyens d'appel pour faciliter l'arrivée de l'air dans les pièces.

On comprend facilement que de grands espaces, comme les édifices publics, ne peuvent être chauffés par des appareils à foyer rayonnant, car, près des foyers, la chaleur serait insupportable, et, loin d'eux, elle ne saurait suffire. Augmenter le nombre des foyers serait un énorme surcroît de dépense et un travail d'allumage etd'entretien considérable; il y aurait enfin plus de dangers d'incendie, surtout dans des lieux publics. De là, la nécessité de chauffer en gros et non en détail par des appareils à un seul foyer, mais à ramifications multiples. Trois moyens sont usités pour envoyer de la chaleur au loin : l'air chaud, l'eau chaude et la vapeur. Chacun d'eux a ses avantages et ses inconvénients : nous les examinerons successiyement.

Rappelons ici que les plus anciens calorifères, si on peut les nommer ainsi, sont, en Chine, les « kangs » ou bancs creux en terre cuite, placés tout autour de l'appartement, et dans l'intérieur desquels circule la chaleur d'un foyer situé à Tune des extrémités. Après les Chinois, viennent, les Romains, qui chauffaient (fig. 82) les murs à double paroi. Leurs hypocaustes avaient un foyer extérieur dont la flamme passait sous des planchers de pierre, supportés par des piliers assez espacés pour qu'on pût en faire le nettoyage. Le sol, formé de plusieurs couches de tuiles et de mosaïque, donnait alors un chauffage salubre et rationnel. Il n'y avait pas de produits delà combustion dans les pièces, et la chaleur, venant d'en bas , était égale partout, résultat que nous n'obtenons aujourd'hui que par la ventilation renversée. Rien de nouveau comme invention ne paraît jusqu'à la fin du siècle dernier, où nous voyons, d'abord en Angleterre, des essais pour chauffer de grands espaces.

Dès 1745, le colonel W. Cook propose l'emploi de la vapeur circulant dans des tubes. La figure 205, de l'époque, indique ce qu'il propose pour chauffer toutes les pièces Fig. 20o. d'une maison par le foyer de la cuisine. On y

remarque déjà les robinets de circulation et les serpentins actuels.

Mi

âx

Une application pratique de cette idée fut faite en 1784 par J. Watt, qui employa la vapeur pour chauffer ses bureaux. Son associé Boulton rapplique ensuite au chauffage des bains, puis, plus tard, à celui des filatures de coton.

Le premier brevet pour l'emploi de la vapeur fut pris ensuite par John Hoyle, en 1791 : « les tuyaux de vapeur montaient au sommet du bâtiment et descendaient par une pente douce vers le réservoir de condensation, après avoir circulé dans les pièces. »

Quant aux calorifères à cloches de métal et à circulation d'air chaud, le premier semble avoir été construit par Strutt, en 2792, pour l'hôpital de Derby. Ch. Sylvester, qui décrit cette invention, fait sentir l'importance des conduits à large section et la nécessité d'obtenir une grande quantité d'air à une moyenne température. De plus, lors de l'emploi du calorifère à air pour le chauffage de l'église de Derby, il applique le principe qui consiste à appeler l'air même de l'édifice vers le foyer, pour opérer un mouvement de retour qui favorise l'égalité de la température, comme on le fait aujourd'hui.

Après lui, les premiers progrès importants à signaler sont dus au marquis de Chabannes, qui, en 1813, propose d'augmenter la surface de chauffe des poêles et des calorifères, en faisant circuler la flamme et la fumée autour de nombreux tuyaux plongés dans les foyers et recevant par en bas l'air extérieur. Son idée (flg. 206), tirée de ses

^ lL j; • At 'lIj

kiht3t3<3.<%

Fig. 206.

mémoires, a été appliquée chez nous par Marc Séguin, aux locomotives, et par Fondet, aux cheminées d'appartement. Elle a servi de modèle à une foule de constructeurs qui l'ont copiée et modifiée de cent manières. Si le progrès qu'elle a apporté a d'abord été lent à se produire, cela tient à l'imperfection des moyens de travailler le fer et la fonte à cette époque.

En continuant l'étude des calorifères, au point de vue de l'hygiène et de l'économie du combustible, nous serons amené à signaler une révolution complète dans leur construction, comme nous l'avons déjà fait remarquer à l'occasion des poêles de fonte, et il ne sera pas sans intérêt de suivre une transformation, qui, de nos jours, s'est appliquée à presque tous les appareils de chauffage français et étrangers. Nous voulons parler de l'emploi des cannelures à l'intérieur des foyers et des nervures ou ailettes à l'extérieur.

Dès 1810, le nouveau mode de transmission était appliqué en Angleterre pour sécher les étoffes. Deacon avait déjà employé, pour

~~hr

Fig. 207.

Fig. 208.

Fig. 209.

Fig. 210.

le chauffage, des tubes plongés dans l'eau chaude et traversés par l'air chassé par un ventilateur. C'est alors qu'on voit paraître, nonseulement les serpentins (fig. 207), mais aussi les ailettes (fig. 208), la forme de ruche à miel (fig. 209), ou les tubes divisés (fig. 210), qui jouent aujourd'hui un si grand rôle dans les appareils de chauffage. Le brevet de Sylvester, relatif aux poêles à ailettes, date de 1835. La démonstration de l'efficacité de ces ailettes se fait par un moyen bien simple, proposé par un ingénieur anglais, Wye Williams, qui se fit breveter en 18U pour l'application des nervures aux chaudières de machines à vapeur. La figure 21 1 indique un double tube rempli d'eau et garni de nervures dans une de ses moitiés ; si Ton allume le bec de gaz placé au centre, l'eau contenue dans la partie privée de nervures mettra plus du double de temps à se mettre en ébullition.

La même expérience, publiée dans le « Mechanics Magazine, » en 1842, a été faite sur trois chaudières identiquement semblables et traversées par un tuyau chauffé par une couronne de becs de gaz. La première était percée par un tuyau uni (fig. 212), la deuxième par un tuyau muni d'ailettes intérieures (fig. 213), la troisième par des ailettes doubles (fig. 214). La quantité d'eau évaporée par chaudière pour une égale quantité de gaz brûlé, a été dans la proportion de 2 kil. 1/2 pour la première, 4 kil. pour la seconde et 4 kil. 1/2 pour la troisième.

Fig. 212.

Fig. 213.

Fig. 211.

Fig. 214.

Les nervures ont été appliquées depuis longtemps dans les chaudières marines, et Péclet en avait aussi conseillé l'usage pour augmenter la puissance de transmission des surfaces de chauffe. Ces expériences sont concluantes pour prouver Futilité des nervures ou ailettes actuellement ajoutées à tous les appareils de chauffage métallique.

Sylvester a appliqué les mêmes principes, dès 1845, dans les poêles destinés au chauffage de l'air. Depuis cette époque, il a été imité par Gurney et par tous les autres constructeurs.

Il nous faudrait un volume pour décrire toutes les formes qu'on a données en divers pays aux foyers et à la direction des tuyaux de fu-

mée dans les calorifères à air chaud. La simplicité et l'économie de leur installation les a fait généralement préférer aux autres systèmes, mais presque tous pèchent par un défaut capital, celui de modifier d'une manière fâcheuse les propriétés de Pair qu'ils envoient dans les pièces, surtout quand ils sont portés à une haute température. En effet, les calorifères de fonte sont généralement faits de plusieurs pièces qui se déjoignent, plus ou moins, sous l'influence de la dilatation ou du retrait causé par le foyer. Rien ne peut résister à ces deux effets : dans la pratique, on y obvie, en partie, en faisant reposer chaque pièce dans une rainure à bain de sable fin, mais ce moyen n'est pas toujours suffisant, car pas un calorifère ne pourrait servir de réservoir étanche pour Peau, à plus forte raison pour les gaz. En outre de cela, on a le tort de fermer souvent par une clef les conduits de fumée, au lieu de fermer l'accès de l'air au-dessous du foyer. Que la fonte soit poreuse, on en a la preuve certaine dans les essais que fait la Compagnie du gaz pour soumettre les conduites à des pressions énergiques avant de les employer. Maintenant, que se passe-t-il dans un calorifère ordinaire placé dans une enveloppe? Il s'opère deux courants, l'un intérieur par le foyer, l'autre extérieur dans la chambre de chaleur et aboutissant aux bouches. Si le premier est le plus actif, et cela a lieu quand le tirage de la fumée est suffisant et le foyer bien allumé, alors, tout est pour le mieux, et il y a plutôt tension des gaz de la chambre de chaleur à passer dans le foyer qu'il n'y a passage de fumée du dedans au dehors, à cause des différences de température; mais, si c'est le contraire, et cela arrive, surtout quand on diminue trop par une clef le passage de la fumée ou quand on recharge le foyer, alors une portion des gaz brûlés passe par les joints à l'extérieur, et produit les effets toxiques que tout le monde connaît, effets qui ne ressemblent en rien à ceux des poêles de terre cuite usités dans le nord. On sait, en outre, que la vapeur d'eau contenue dans l'atmosphère est composée d'hydrogène et d'oxygène et que la fonte n'est que du fer combiné avec le carbone. Il est fort possible que la fonte, arrivée à une certaine température, désassocie les deux éléments de l'eau en combinant l'oxygène avec son carbone, et donne lieu à une formation d'oxyde, qui, bien que très-minime, suffit pour causer du malaise. Signalons enfin une autre cause de viciation de l'air, quand il passe sur des surfaces métalliques surchauffées, c'est la carbonisation des matières organiques

tenues en suspension dans l'air en grande quantité, surtout dans les villes.

L'un des exemples que l'on cite des fâcheux effets de certains calorifères est celui du Jardin des Plantes, où Ton avait installé un appareil destiné à chauffer la cage des singes en hiver; ces derniers se tenaient blottis près des bouches de chaleur, à ce point, qu'ils contractèrent presque tous des maladies de poitrine dont ils moururent.

C'est le cas d'ajouter ici qu'il y a sur la nature de l'air chauffé quelques erreurs qu'il n'est pas inutile de rectifier. Ainsi, on croit que le chauffage à l'eau chaude donne de la chaleur humide. Rien de plus faux : les tuyaux sont parfaitement étanches, et l'évaporation qui se produit en minime quantité n'a lieu que par l'entonnoir d'alimentation ou les vases d'expansion situés généralement en dehors. La chaleur ici diffère de celle du poêle par plusieurs motifs : d'abord, elle est plus régulière ; aucun des produits de la combustion ne peut passer dans les pièces ; l'air ambiant n'est pas exposé au contact d'un foyer souvent porté au rouge et brûlant, comme nous l'avons dit, les matières organiques si abondantes dans l'air des grandes villes ; il n'y a pas de courant d'air provenant de bouches étroites ; enfin, rien ne prouve que l'état électrique de l'air ne se modifie pas au contact de surfaces métalliques surchauffées. Il y a, dans la chaleur comme dans les eaux minérales, un certain je ne sais quoi, inexpliqué encore, et que nos instruments ordinaires d'analyse ne nous montrent pas bien clairement. Le thermomètre est un moyen de juger la chaleur, au point de vue de sa quantité, mais nullement au point de vue de sa qualité, c'est-à-dire de ses effets sur nos organes. Quant à l'hygromètre, il donne bien, à peu près, le degré de saturation de l'air, mais là encore le diagnostic est insuffisant. Qu'on me permette une comparaison vulgaire pour faire toucher du doigt la différence qui existe entre la chaleur rayonnante ou lumineuse et la chaleur obscure ou transmise : lorsqu'on cuit des viandes au four, qui n'a pas remarqué la différence de leur saveur avec celles qu'on a rôties devant un foyer ouvert?

Une deuxième erreur consiste à croire que l'air desséché par un calorifère nous cause les symptômes de malaise que nous connaissons tous, et cela par son manque d'humidité.

Il y a sur ce point beaucoup à dire, et, dans mon opinion, d'autres

agents sont ici enjeu. D'abord, on oublie la merveilleuse facilité qu'a le corps humain de s'adapter aux différents degrés de sécheresse de l'air : ce n'est point une substance hygrométrique se dilatant ou se resserrant comme un meuble : c'est une machine organisée, dans la composition de laquelle l'eau entre pour les trois quarts ; c'est aussi un appareil d'évaporation considérable par la transpiration cutanée et par la respiration. Tandis que sa température propre se maintient toujours entre 37 et 38°, que l'air qui l'environne soit à — 25* ou à + 40°, il ne s'ensuit pas que l'évaporation soit en raison directe du milieu gazeux où Ton est plongé. Tous les voyageurs savent que l'air humide des pays chauds affaiblit l'organisme bien plus que l'air vif et sec des montagnes, ou bien encore des déserts. En outre, on sait que l'humidité est favorable au développement des impuretés organiques de l'atmosphère, tandis que lair sec est plus sain, plus fortifiant.

En résumé, ce n'est pas par l'hygromètre qu'il nous faudra juger la qualité de l'air fourni par les appareils de chauffage, et nous aurons à trouver ailleurs les causes des différents effets qu'ils produisent. Ces causes, nous les demanderons à des effets physiologiques que nous indiquera un instrument des plus délicats : le corps humain. Nous les étudierons dans ce sentiment bien différent que nous éprouvons quand nous sommes devant un foyer lumineux ou devant une bouche de chaleur. Le thermomètre peut accuser le même degré, et cependant l'effet sur notre corps sera tout différent : la quantité de chaleur est la même; la qualité n'y est pas.

Si l'on veut une autre preuve, bien désintéressée à coup sûr, faisons ce qu'on fît à Baréges pour prouver l'efficacité des eaux sulfureuses, dont on attribuait les vertus à l'imagination des malades : on prit des chevaux qu'on traita comme les malades ordinaires, et l'effet des eaux fut le même. Enfin, demandons leur opinion, non pas à des femmes nerveuses, mais à des plantes, et soumettons-les à la chaleir artificielle des différents systèmes : elles répondront, comme nous, par leur végétation, qu'après les foyers ouverts, le chauffage à l'eau chaude ou à la vapeur est celui qui agit le moins défavorablement sur la composition de l'air.

Maintenant que nous connaissons bien les avantages et les inconvénients des calorifères de fonte ordinaire et la préférence qu'il faut accorder aux appareils donnant une grande quantité d'air à une tem-

pérature moyenne de 30 ou 40° au lieu d'une petite quantité à 80 ou 100°, nous comprendrons facilement les ressources que trouvent les constructeurs dans l'usage des nervures appliquées aux cloches des foyers. Elles permettent de concentrer sur un très-petit espace une surface de transmission considérable et d'éviter ce reproche qu'on adressait aux appareils anciens , qu'ils étaient si volumineux que, lorsqu'on bâtissait une maison, au lieu de la chauffer simplement par un calorifère, il fallait commencer par faire une maison pour le loger. Les nervures ont, en outre, l'avantage de supprimer une partie des nombreux joints des anciens appareils et d'aider beaucoup à empêcher la fonte de rougir, surtout quand on a eu le soin de garnir le foyer de briques réfractaires pour en assurer la durée et pour améliorer en même temps la combustion.

Résumons les principes généraux qui doivent présider à la construction d'un calorifère, puis nous terminerons cette étude par la description des deux dispositions où ces principes sont le mieux appliqués.

1° Prise d'air. Elle doit être placée loin de toute émanation nuisible et en dessous des pièces à chauffer, autrement on s'exposerait, quand l'appel est languissant, à envoyer l'air chaud à l'extérieur. L'entrée doit en être fermée par un cadre grillé avec une toile métalliqne glissant dans une coulisse pour le déplacer et le nettoyer au besoin. L'air d'une cave bien saine est généralement préférable en hiver pour donner de l'air déjà porté à la température du sol, et, en été, par contre, pour donner de l'air frais.

2° L'enveloppe sera double et en briques creuses pour empêcher toute déperdition de chaleur. Aux États-Unis, on a l'excellente habitude de faire descendre l'air frais de haut en bas entre les deux couches de briques pour pénétrer par-dessous dans la chambre de chaleur. La figure 297 combine l'avantage de la double enveloppe avec celui de la chambre de mélange.

3° Le foyer sera isolé de son enveloppe. Il sera formé d'une cloche en fonte garnie à l'intérieur d'une couche épaisse de briques réfractaires, et, à l'extérieur, de nervures nombreuses pour éviter que la fonte ne rougisse et se détruise rapidement.

4° Chambre de chaleur. Elle devra être très-large au départ des tuyaux de distribution d'air chaud : à la partie supérieure seront les prises des conduites chauffant les pièces les plus éloignées. Chaque

conduite, munie d'une clef d'arrêt au départ, sera, bien entendu, en pente le plus possible, et construite en corps bien lisses à l'intérieur et mauvais conducteurs. La chambre de chaleur renfermera un vase d'évaporation alimenté par un petit réservoir à flotteur.

5° Tuyaux de fumée. Ils seront autant que possible verticaux et à circulation renversée (fig. 194 et 196), en sorte que la portion la plus chaude des gaz brûlés soit toujours à la partie haute du calorifère. On supprimera tous les joints inutiles : pas de clef à la partie supérieure; il est préférable de modérer ou d'arrêter le feu par la fermeture graduée des portes des cendriers ajustées avec précision. Quand on le pourra, on utilisera le tuyau de fumée, soit pour le chauffage ou la ventilation d'une pièce, soit pour le chauffage des escaliers en le montant dans une double enveloppe de tôle munie d'ouvertures, haut et bas, à chaque palier.

6° Bouches de chaleur. Elles seront à soufflet et placées verticalement pour écarter le courant des murs et pour éviter qu'elles ne reçoivent les poussières du balayage. On les placera, bien entendu, à l'opposé des foyers d'appel, s'il en existe. Il ne faut pas oublier que dans leur voisinage, les meubles, boiseries et peintures s'altèrent rapidement.

Nous terminerons cette étude par la description des deux principaux calorifères, maintenant en usage à Paris et construits d'après les principes que nous venons d'exposer.

Le premier, celui de MM. Gaillard et Haillot, est le chauffage des Romains et des Russes perfectionné. Il est à transmission céramique et conviendra surtout quand on aura besoin d'un chauffage long, égal et salubre, comme dans les hôpitaux (fig. 215, 216 et 217). Il est formé entièrement de briques creuses, à travers lesquelles passe l'air neuf dans des tubes très-multipliés. Sauf les grilles et les portes, le métal est totalement exclu de l'appareil, qui combine l'avantage des tubes verticaux avec celui de la flamme renversée, c'est-à-dire, que l'air neuf est d'abord en contact avec la partie la moins chaude de la circulation de fumée. Cette disposition a sur les poêles russes et suédois cet avantage que, tandis que ces derniers ne chauffent généralement l'air qu'au contact des faces extérieures, le calorifère de MM. Gaillard et Haillot est, en même temps, un grand multiplicateur de surface de chauffe à température moyenne ; l'air chaud qu'il fournit n'est jamais surchauffé; c est, en outre, un excellent appareil de

des ingénieurs modernes. Restera la question de durée de l'appareil,

suivant qu'il nécessitera des réparations pouvant causer une démolition presque complète, s'il est mal installé.

J'aborde maintenant une question des plus délicates. Étant donnée la parfaite innocuité des chauffages à transmission céramique, faut-il, pour cause de salubrité, amener une révolution complète dans nos appareils actuels et supprimer l'emploi de la fonte? Je ne le crois pas. Dans nos climats variables, il faut souvent employer des moyens prompts et énergiques qui produisent des effets immédiats et variables comme les besoins ; dans ce cas, il faut avoir recours aux surfaces de transmission métallique en utilisant leur grande conductibilité et en prenant des dispositions qui obvient à leurs inconvénients. Ces conditions se trouvent remplies dans les calorifères français construits par MM. Geneste et Herscher frères, à Paris. Leur appareil, qui est une application pratique de la multiplication des surfaces de transmission, comme l'indique la figure 218, se compose de deux ou de plusieurs bagues annulaires (fig. 219), en fonte, superposées en

Fig. 218.

Fig. 219.

feuillure et couronnées d'une coupole garnie, comme les bagues, de lames ou nervures nombreuses. La dilatation du métal est libre et n'a aucun effet sur les joints placés à dessein horizontalement. Deux portes destinées à l'allumage et au chargement donnent accès à l'intérieur du calorifère dont le foyer est garni de briques réfractaires. Le vase placé au-dessus du cendrier reçoit l'eau nécessaire pour empêcher le dessèchement de l'air.

On voit que, par suite de l'emploi des nervures de fonte et de la garniture intérieure en briques, les surfaces de transmission sont considérables et la fonte ne peut être portée au rouge ou carboniser

Fig. no.

d'air extérieur et une double enveloppe pour obtenir alors chauffage et ventilation. Dans tous les cas, la faible dépense d'installation et le peu d'emplacement occupé par l'appareil lui assurent certainement l'avantage sur les anciens procédés de chauffage*