Aller au menu

Chaudière centrale

(choisissez dans la liste ci-dessous)

Article principal

Définition

Les CHAUDIÈRES sont des cuves fermées dans lesquelles de l'eau est chauffée et à partir desquelles elle est circulée, soit sous forme d'eau chaude ou de vapeur.

La fabrication débute à Montréal

1. Image d'une chaudière Archibald Spence conçue en 1883

1. Une conception Spence datant de 1883.
Cliquez sur l’image pour plus d’informations.


L'impressionnante histoire de l'industrie canadienne du chauffage automatisé a commencé lorsque les premières chaudières à eau chaude et à vapeur furent produites la veille du tout premier anniversaire du pays! C'est à Montréal, en 1866, que la première chaudière à eau chaude Beehive fut produite chez Rogers & King. La Beehive fut rapidement accompagnée par la Gem et la Spence, qui furent conçues par un ingénieur nommé Archibald Spence. La production de chaudière a commencé à Toronto en Ontario en 1883 et à Halifax en Nouvelle-Écosse en 1884. La fabrication de chaudières a aidé le Canada à contrebalancer les importations. Des modèles étaient expédiés vers au moins 6 pays.

En 1886, Spence en a conçu une appelée Daisy. Comme bien des chaudières de l'époque, son nom aux sonorités inoffensives lui fut donné afin de dissiper les peurs quant à la dangerosité des chaudières sous pression. Une publicité de l’époque rassurait les consommateurs potentiels en comparant une chaudière à « la bouilloire sur la cuisinière ».

Plusieurs années avant que les compagnies canadiennes ne commencent à en construire, des chaudières étaient fabriquées en Europe pour les moteurs à vapeur stimulant la révolution industrielle. Au départ, c'était de gros réservoirs d'eau chaude servant à générer de la vapeur. Des ingénieurs et inventeurs comme James Watt ont graduellement fait progresser cette technologie et des modèles résidentiels plus petits furent développés. Des immigrants européens ont amené ces connaissances et ces compétences en Amérique du Nord où les abondantes réserves de bois et de charbon en ont accru l’évolution.

Les chaudières ont débuté en tant qu'unités thermiques à circulation par gravité, parce que l'eau chauffée et la vapeur s'écoulent naturellement des endroits à température plus élevée vers les endroits où la température est plus basse. Ce principe de la physique fait toujours circuler les fluides chauffés, mais l'écoulement est maintenant dirigé par la pression de pompage. Les modèles à tubes de fumée utilisent des gaz chauds s'écoulant à travers des tubes pour chauffer l'eau dans laquelle les tubes sont submergés. Les modèles à tubes d'eau font le contraire en utilisant les gaz de la chambre de combustion pour chauffer l’eau se trouvant à l’intérieur des tubes. Ce fonctionnement est basé sur des principes de transfert de chaleur à partir des gaz de cheminée d'échappement. Le combustible était du bois ou du charbon, puis du mazout puis vinrent les brûleurs à gaz, une autre étape de l’automatisation des systèmes, ou encore les combinaisons, que le modèle soit à basse ou à haute pression. La plupart des premiers modèles étaient en fonte incluant les radiateurs dans chaque pièce de la maison encore utilisés aujourd'hui, ou encore en acier.

Galerie Photos

2. Image montrant un attelage de chevaux tirant une chaudière à travers les prairies3. Schéma d'un système à eau chaude4. Image d'une chaudière Pluto du début des années 18905. Schéma illustrant la circulation d’un système de chauffage à eau chaude avec radiateurs

Quelques faits

L’un des premiers concepts de chaudière était appelé le “ haystack ». D’une mécanique faible, ces chaudières explosaient fréquemment en commençant habituellement par une défaillance de la paroi de la chambre de combustion.

Les avancées technologiques règlent les problèmes associés à la vapeur, mais les marchés résidentiels sont malgré tout perdus

En 1745, l’ingénieur Sir William Cook considérait le chauffage à la vapeur comme possible. Mais cela pris 25 ans avant que James Watt ne développe le moteur à vapeur. Le chauffage à vapeur s’est développé pour finalement devenir possible en 1790, et a continué à évoluer pendant le siècle suivant.

Les premiers systèmes fournissaient la vapeur par gravité. La vapeur des chaudières passait à travers un tuyau et vers des radiateurs en fer. La vapeur chaude et le retour de la vapeur condensée en eau s’écoulant dans deux directions opposées à l’intérieur du même tuyau entraînaient parfois des coups de bélier, une remontée de chaleur lente et de l’eau sous pression giclant hors du robinet à air.

Le système par gravité à deux tuyaux et deux robinets évitait ce problème. La vapeur remplissait plutôt les premiers radiateurs et s'écoulait par la conduite de condensation vers les radiateurs suivants. La vapeur d'alimentation circulant toujours par les orifices d'entrée de tous les radiateurs, l'air se trouvait piégé et ne pouvait pas s'échapper par les évents des radiateurs, ce qui ralentissait la remontée de température.

1. Diagramme montrant un système de chauffage à deux tuyaux et deux robinets

1. Le système de chauffage à deux tuyaux et deux robinets.
Cliquez sur l’image pour plus d’informations.


Vers 1900, le purgeur thermostatique actionné par les fluides a résolu ces problèmes de circulation par gravité dans les systèmes à basse pression éliminant ainsi les sifflements, les giclements et l'odeur de l'air piégé, de même que les coups de bélier. Des purgeurs à retour automatiques et des pompes à condensation étaient ajoutés à ce qu'on appelait souvent des systèmes de chauffage à vapeur afin d'augmenter la pression de la vapeur.

Au milieu des années 20, les conduites de retour sous vide avec pompe à vide sont devenues des moyens populaires pour maintenir la production de chaleur de la vapeur. Toutefois, cette approche manquait de contrôle sur la réduction de l'alimentation en vapeur pendant le 95 % de la saison de chauffage qui ne nécessitait pas une production maximale, une pression et une chaleur élevées étaient donc maintenues inutilement. Des solutions incluant le fonctionnement intermittent, le contrôle de la combustion et le contrôle de l'écoulement des radiateurs furent tentées.

Puis vint en 1926 le système de chauffage à vapeur sous vide différentiel à pression sub-atmosphérique. Il permettait la réduction progressive de la température ou du volume de la vapeur afin de réduire la production de chaleur grâce à des vannes de réglage automatiques sur les radiateurs et à d'autres méthodes de contrôle.

Les ingénieurs de l'industrie ont continué à trouver des solutions aux problèmes des systèmes à vapeur et à eau chaude. La taille des contrôles et des composantes connexes s’est réduite à mesure que se développaient des pièces mécaniques, électroniques et micro-informatiques plus compactes. Mais les problèmes abordés dans cet article, additionnés aux questions de sécurité, ont effectivement éloigné le chauffage à la vapeur des maisons vers le secteur commercial et institutionnel où sont appliquées obligatoirement des normes de supervision et de contrôle.

Galerie Photos

2. Un tableau évaluant les avantages de la vapeur par rapport à l’eau et à l’air en 19063. Image d'une chaudière en fonte4. Image de la « Chaudière à eau canadienne » fabriquée en 19095. Image montrant la « façon appropriée de raccorder des réservoirs verticaux et horizontaux »6. Image d'une chaudière en acier alimentée au gaz

Quelques faits

Au début des années 1900, les fabricants ont fait campagne pour introduire les systèmes de chauffage à vapeur dans les habitations résidentielles, mais la complexité de la technologie, le bruit et la crainte des explosions ont amené la plupart des propriétaires à opter plutôt pour des systèmes à eau chaude. — Bernard Nagengast

Des innovations dissipent les frustrations associées aux chaudières

1. Vue en coupe de la chaudière à eau chaude « New Star » de 1930

1. Vue en coupe de la chaudière à eau chaude
« New Star » de 1930.
Cliquez sur l’image pour plus d’informations.


Les fonderies avec un esprit d'entreprise, comme O. Bélanger Enrg. à Montréal au Québec, ont aidé l'avancement de la circulation des chaudières à eau chaude, dans ce cas-ci avec leur « Syphon Injector ». Équilibrer la chaleur à travers une maison était problématique alors que l'écoulement par gravité poussait l'eau chaude vers le haut et qu'elle n'était plus tellement chaude lorsqu'elle s'écoulait vers le bas. Cela faisait en sorte que les radiateurs des étages inférieurs étaient plus froids que ceux des étages supérieurs. Ce phénomène « était très difficile à corriger et entraîna plusieurs mécontentements, déceptions et différends, » pouvait-on lire dans le catalogue de la chaudière New Star de la compagnie en 1930.

Le Syphon Injector augmentait la vitesse de circulation de l'eau dans les serpentins des étages inférieurs par la vitesse de circulation dans les serpentins des étages supérieurs. « Cette invention importante fonctionne admirablement et satisfait grandement. »

Une autre avancée technologique d’O. Bélanger a réduit les possibilités de bris dans les sections d'eau. « Les inventeurs essaient avec efforts d'améliorer… leur durabilité grâce à la construction scientifique afin de soutenir l’expansion et la contraction du métal sans tensions excessives... »

« Après plusieurs années d’études, de tests et d’expérimentations en permanence, nous avons réussi à créer une section [à eau chaude] qui ne se brise jamais. Cette section fut brevetée en mai 1896; des milliers ont été installées depuis sans un seul bris », a affirmé la compagnie, et avec une plus grande surface vient une efficacité améliorée.

Ces sections pour l’eau chaude « sont faites d’une série d’anneaux creux et concentriques en fonte liés en un point unique à l’arrière de la fournaise. Ces anneaux, indépendants les uns des autres, prendront plus ou moins d’expansion et supporteront les différents changements de température sans risquer de se briser. » Un des modèles a des anneaux dont les diamètres sont différents les uns des autres et, lorsqu’ils sont installés au dessus de la chambre de combustion, s’insèrent dans les espaces du prochain anneau et ainsi de suite. La chaleur est contrainte de voyager de la droite vers la gauche et vice-versa, à travers les conduits de la section plusieurs fois avant que les gaz chauds ne soient évacués.

Galerie Photos

2. Image d'une chaudière New Star utilisée pour chauffer des réservoirs d’eau

Quelques faits

Henri Gifford a développé le premier injecteur à siphon en 1858 pour les trains à vapeur. La technologie accélère l’écoulement gravitationnel et elle fut adoptée par les fabricants de chaudières.

La réglementation ajoute la sécurité au confort

1. Image montrant une locomotive à vapeur après sa chaudière a explosé

1. Les chemins de fer adoptèrent rapidement
les chaudières. Les explosions accidentelles
comme celle-ci n’étaient pas rares dans
les années 1800.
Cliquez sur l’image pour plus d’informations.


Les fonderies avec un esprit d'entreprise, comme O. Bélanger Enrg. à Montréal au Québec, ont aidé l'avancement de la circulation des chaudières à eau chaude, dans ce cas-ci avec leur « Syphon Injector ». Équilibrer la chaleur à travers une maison était problématique alors que l'écoulement par gravité poussait l'eau chaude vers le haut et qu'elle n'était plus tellement chaude lorsqu'elle s'écoulait vers le bas. Cela faisait en sorte que les radiateurs des étages inférieurs étaient plus froids que ceux des étages supérieurs. Ce phénomène « était très difficile à corriger et entraîna plusieurs mécontentements, déceptions et différends, » pouvait-on lire dans le catalogue de la chaudière New Star de la compagnie en 1930.

Le Syphon Injector augmentait la vitesse de circulation de l'eau dans les serpentins des étages inférieurs par la vitesse de circulation dans les serpentins des étages supérieurs. « Cette invention importante fonctionne admirablement et satisfait grandement. »

Une autre avancée technologique d’O. Bélanger a réduit les possibilités de bris dans les sections d'eau. « Les inventeurs essaient avec efforts d'améliorer… leur durabilité grâce à la construction scientifique afin de soutenir l’expansion et la contraction du métal sans tensions excessives... »

« Après plusieurs années d’études, de tests et d’expérimentations en permanence, nous avons réussi à créer une section [à eau chaude] qui ne se brise jamais. Cette section fut brevetée en mai 1896; des milliers ont été installées depuis sans un seul bris », a affirmé la compagnie, et avec une plus grande surface vient une efficacité améliorée.

Ces sections pour l’eau chaude « sont faites d’une série d’anneaux creux et concentriques en fonte liés en un point unique à l’arrière de la fournaise. Ces anneaux, indépendants les uns des autres, prendront plus ou moins d’expansion et supporteront les différents changements de température sans risquer de se briser. » Un des modèles a des anneaux dont les diamètres sont différents les uns des autres et, lorsqu’ils sont installés au dessus de la chambre de combustion, s’insèrent dans les espaces du prochain anneau et ainsi de suite. La chaleur est contrainte de voyager de la droite vers la gauche et vice-versa, à travers les conduits de la section plusieurs fois avant que les gaz chauds ne soient évacués.

Galerie Photos

2. L'article parle d'une femme qui est morte quand elle a essayé d'allumer un fournaise à gaz3. L'article parle d'une femme qui a bricolé une façon d’alimenter sa fournaise en gaz

Quelques faits

En 1933, O. Millhauser développait un instrument qui utilisait les ondes sonores pour détecter les imperfections dans le métal utilisé pour les soudures de chaudières.

Contrôle de sécurité de combustion fiable et automatique

1. Image d'un relais magnétique « Locksmith »

1. Le relais magnétique « Locksmith » démarrait le
brûleur à mazout sur un appel du thermostat de la
salle de séjour. Avec un signal de son compagnon
le « Stackswitch », il éteignait aussi tout brûleur
dont l’état était non sécuritaire.
Cliquez sur l’image pour plus d’informations.


2. Image d'un thermorupteur automatique qui contrôlée le brûleur à mazout

2. Le « Stackswitch » consistait en un capteur
thermique hélicoïde monté sur le tuyau de fumée
qui détectait si le brûleur à mazout s'était allumé
correctement. Si ce n’était pas le cas, il fermait
le brûleur avant que de dangereuses quantités
de vapeurs de mazout n’entrent dans la chambre
de combustion.
Cliquez sur l’image pour plus d’informations.


Avec l’introduction des commandes de sécurité de combustion « Locksmith », les propriétaires canadiens pouvaient profiter de la disponibilité d'un système de sécurité de combustion compact et fiable. Ce système, un concept ingénieux et vraiment perfectionné pour son temps, consistait en un capteur thermique à monté sur le tuyau de fumée et un dispositif de commutation avec des verrouillages de sécurité. Il arrêtait et démarrait le brûleur au mazout au signal du thermostat de la pièce, et surtout, le fermait en cas de raté d’allumage ou autre ennui.

Avec des dispositifs de sécurité de combustion de plus en plus sophistiqués et fiables, la confiance du public envers les équipements de chauffage central automatique augmenterait rapidement, c’est ce qui était souhaité. Le marché du chauffage domestique central automatique était substantiel, mais dépendait encore de l’habileté de l’industrie à livrer des produits sécuritaires et sur lesquels il était possible de compter, à un prix crédible et que pouvaient se permettre les Canadiens de classe moyenne.

Galerie Photos

3. Image montrant le fonctionnement interne du relais électromagnétique « Locksmith »4. Vue éclatée de l’interrupteur de sécurité à ampoule au mercure5. Vue éclatée d’un mécanisme de verrouillage de sécurité

6. Image d'un Stackswitch montrant l’unité thermosensible, bimétallique et hélicoïde7. Vue interne du « Stackswitch » où l’on peut voir l’interrupteur à ampoule au mercure8. Vu de la construction interne du « Stackswitch » montrant l’interrupteur à ampoule au mercure

Quelques faits

Les chaudières en acier produisent une chaleur beaucoup plus élevée que celles en fonte, si on se base sur l'aire de la surface chauffante ou sur le poids.

Les multiples changements de combustible sont typiques de la demande des consommateurs du 20e siècle

1. Image montrant chaudières anciennes et nouvelles, côte à côte

1. De vieilles et de nouvelles chaudières, côte à
côte. Cliquez sur l’image pour plus d’informations.


Au musée Spadina à Toronto, le système de chauffage du garage et de la résidence du chauffeur démontre une évolution typique des technologies de chauffage du sud de l'Ontario, au Canada, pendant les 100 dernières années. Puisque plusieurs éléments datant de l'installation du système en 1912 ont été préservés, le système est un superbe exemple de l'adaptation technologique au changement des forces du marché et des demandes des consommateurs.

Il est présumé que l'installation initiale d'un système à vapeur d'eau chaude à deux tuyaux était avant-gardiste pour 1912, puisqu'il était conçu pour un propriétaire terrien proéminent entreprenant des améliorations capitales et majeures de sa propriété avec l'objectif de reconnaître et d'incorporer les plus récentes innovations technologiques.

Avec l'évolution des technologies à l'intérieur de l'industrie du chauffage, le passage de la vapeur à un système à eau chaude fut probablement mandaté par les consommateurs afin d’obtenir un contrôle plus constant et plus fiable de la température intérieure durant les froids hivers canadiens. La demande des consommateurs est aussi fort probablement derrière la conversion du premier système alimenté au charbon vers un brûleur au mazout, amenant un mode de vie plus propre et moins demandant physiquement. La majorité du sud de l'Ontario est passé par ce changement pendant les années 40 et 50.

L’augmentation des coûts du mazout, en particulier pendant les années 70, en plus de la finalisation du gazoduc transcanadien (pendant les années 50), a changé le paysage économique du chauffage domestique dans ce pays. Des pressions économiques ont finalement entraîné la conversion du mazout vers les systèmes alimentés au gaz naturel pour plusieurs foyers canadiens, et cette demeure ne faisait pas exception.

Finalement, la demande pour du chauffage écoénergétique et pour le contrôle des coûts en augmentation constante de la fin du 20e siècle explique sûrement l’installation d’une nouvelle fournaise au gaz à haut rendement et l’abandon de la vieille chaudière en fonte. Aucune date de transition ne fut notée par le musée.

Galerie Photos

2. Photo d'une jauge de pression / température montée sur une vieille chaudière


Sources pour cet article

La fabrication débute à Montréal

  • “Business and History — Warden King Division of Crane Canada Limited|Western Libraries.” Welcome|Western Libraries. http://www.lib.uwo.ca/programs/companyinformationcanada/ccc—wardenking.html (accessed January 21, 2010).
  • Industrial Training manuals, Series C, Heating — Part 1. Altlanta: Refrigeration & Air Conditioning Institute, 1938.
  • James Morrison Co., Illustrated Catalogue and Price List. Toronto: R.G. Mclean, 1888 — First boilers produced in 1886; Hugh Palser, President Palser Enterprises, London, Ontario.
  • “James Watt — Wikipedia, the free encyclopedia.” Wikipedia, the free encyclopedia. http://en.wikipedia.org/wiki/James_Watt (accessed February 1, 2010).

Les avancées technologiques règlent les problèmes associés à la vapeur, mais les marchés résidentiels sont malgré tout perdus

  • Recherche des archives du HVACR Heritage Centre Canada (DCSB #37, HD1005Z).
  • “The Dunham Hand Book,” No. 514, C.A. Dunham Co., Ltd., Toronto, Ontario, 432 pages, mid-1930s. Lewis-Langsner Archive Collection, Montreal, Quebec, HVACR Heritage Centre Canada Collections.
  • Artefact historique de la HVACR Centre Canada, T.H. Oliver Archive Collection.
  • “55R Hand Book of Sovereign Radiators and Boilers,” Hard Cover, 1912, 108 pages, Taylor-Forbes Co. Ltd., Guelph, Ontario. Lewin-Langsner Archive Collection, Montreal, Quebec, HVACR Heritage Centre Canada Collections.
  • “Dominion Ideal Fitter for Hot Water & Steam Boilers,” 1951, Soft Cover, 116 pages, Dominion Radiator Ltd., Toronto. Lewis-Langsner Archive Collection, Montreal, Quebec, HVACR Heritage Centre Canada Founding Archive Collection.
  • “Steam circular radiators,” in James Morrison Illustrated Catalogue, 1888, Toronto, Ontario. Hugh Palser Collection, London, Ontario.

Des innovations dissipent les frustrations associées aux chaudières

  • Recherche des archives du HVACR Heritage Centre Canada (DCSB #40, HD1005CC).
  • Catalogue and Price List for “New Star” 1930 Hot Water Furnace by O. Belanger Reg., Montreal, Quebec.
  • www.commons.wikimedia.org.
  • www.nps.gov.
  • www.baumanns.ei.

La réglementation ajoute la sécurité au confort

  • Recherche des archives du HVACR Heritage Centre Canada (DCSB #20, HD1005E).
  • “The National Board of Boiler and Pressure Vessel Inspectors.” The National Board of Boiler and Pressure Vessel Inspectors. http://www.nationalboard.org (accessed August 9, 2010).
  • “A Brief History of ASME — ASME History.” American Society Of Mechanical Engineers — ASME.ORG. http://www.asme.org/Communities/History/ASMEHistory/Brief_History.cfm (accessed August 9, 2010).

Contrôle de sécurité de combustion fiable et automatique

  • Recherche des archives du HVACR Heritage Centre Canada (DSCB #30, HD1005R).
  • Artefact historique de la HVACR Centre Canada, T.H Oliver Collection Accession No. 2006-104/105.

Les multiples changements de combustible sont typiques de la demande des consommateurs du 20e siècle

  • Recherche des archives du HVACR Heritage Centre Canada (DCSB #60, HD1006S & DCSB #35, HD1005X).
  • HVACR Heritage Centre, site documentation, 2007, by Dave Barr, Toronto.
  • Full story at: www.hvacrheritagecentre.ca.

COLONNE EN ENCADRÉ

  • Recherche des archives du HVACR Heritage Centre Canada.
  • Business and History — Warden King Division of Crane Canada Limited | Western Libraries, via http://www.lib.uwo.ca/programs/companyinformationcanada/ccc-wardenking.html [accessed January 21, 2010].
  • Bernard Nagengast, For The News.

Quelques faits

  • Recherche des archives du HVACR Heritage Centre Canada.
  • Bernard Nagengast.
  • Dr. Andrew Ure: Pioneer Free Trader | The Freeman | Ideas On Liberty, via www.thefreemanonline.org/featured/dr-andrew-ure-pioneer-free-trader.

Les crédits photos

La fabrication débute à Montréal

  • 1893 Clare Bros. & Co., Descriptive Catalogue. Guelph, ON: Jas. Hough, 1893. 93. Print.
  • Glenbow Archives, NA-5257-35 [detail].
  • Aucune source.
  • 1893 Clare Bros. & Co., Descriptive Catalogue (Guelph, ON: Jas. Hough, 1893), 93. Print.)
  • Old House Web, via http://www.oldhouseweb.com/how-to-advice/gravity-hot-water-heating.shtml.

Les avancées technologiques règlent les problèmes associés à la vapeur, mais les marchés résidentiels sont malgré tout perdus

  • Dominion Ideal Fitter, vol. 1 (Toronto, 1951), 47.
  • “The Complete Home,” Clara E. Laughlin, ed. (New York: D. Appleton And Company, 1907), 71.
  • Weil-Mclain Company, Michigan City, Indiana.
  • Taylor Forbes Co., Ltd.
  • The Dunham Handbook No. 514 (Toronto: C.A. Dunham Co., Ltd., 1936), 15.
  • Bryant Heating Co.

Des innovations dissipent les frustrations associées aux chaudières

  • “Catalogue and Price List for ‘New Star’ 1930 Hot Water Furnace,” by O. Belanger Reg., Montreal, Quebec.
  • Ibid.

La réglementation ajoute la sécurité au confort

  • Source inconnue.
  • Globe, Toronto, 20-06-1923.
  • Globe and Mail, Toronto, 05-02-1959.

Contrôle de sécurité de combustion fiable et automatique

  • Objet façonné historique du HHCC (Accession No. 2006-104/105), photographié par Mark Dorlandt Photography, HD1006A-17-003.
  • Ibid., 013.
  • Ibid., 17-005.
  • Ibid., 17-009.
  • Ibid., 17-010.
  • Ibid., 18-015.
  • Ibid., 18-021.
  • Ibid., 18-022.

Les multiples changements de combustible sont typiques de la demande des consommateurs du 20e siècle

  • HHCC, www.hvacrheritagecentre.ca/exhibits/CaseStudies/spadina_museum_garage/en/system.aspx.
  • Ibid.