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Fournaise centrale

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Article principal

Définition

FOURNAISES : Samuel E. Forman, dans son livre « The Stove, Stories of Useful Inventions » (Le poêle, Histoires d'inventions utiles), en 1911, définissait la fournaise comme un grand poêle placé dans la cave et à partir duquel des tuyaux cheminaient vers toutes les pièces de la maison..

Un siècle et demi de fabrication de fournaises

1. Image d'une fournaise à charbon

1. Fournaise par gravité de 1887.
Cliquez sur l’image pour plus d’informations.


Durant les 150 dernières années, les fournaises utilisées pour chauffer les maisons se sont améliorées de façon phénoménale. Les premières étaient faites en fonte et étaient sujettes à laisser s’échapper leurs produits de combustion nocifs tels que le monoxyde de carbone. La plupart étaient également alimentés au charbon, sale et poussiéreux, et elles requerraient l’attention des propriétaires à plusieurs reprises pendant la journée. Les fournaises actuelles sont faites d’acier, elles sont gérées par ordinateur et ne demandent que l’entretien annuel d’un technicien en termes d’intervention humaine.

Par contre, les premières fournaises offraient tout de même des avantages par rapport aux poêles à bois ou au charbon et aux foyers. Un seul appareil pouvait être enfoui au fond de la cave et fournir de la chaleur pour toute la maison, et les rares pièces mobiles signifiaient une longévité de plusieurs décennies. Le combustible qu’elles brûlaient générait de l’air chaud qui s’élevait naturellement par convection, car l’air chaud est plus léger que l’air froid. C’est pour cette raison qu’elles étaient désignées sous le nom de fournaises par gravité.

Les nombreux conduits qui, à partir des fournaises par gravité, s’élevaient inclinés dans toutes les directions leur ont valu le surnom de « pieuvres ». Les conduits transportaient l’air chaud montant jusqu’à toutes les pièces de la maison. Pendant ce temps, l’air froid était déplacé par l’air chaud, descendant graduellement (grâce à la force gravitationnelle) jusqu’au sol où il était recueilli par des conduits à la base des murs qui le retournait à la fournaise pour être chauffé à nouveau.

Avec leur disponibilité grandissante, le mazout et le gaz commencèrent à remplacer le charbon en tant que combustible de choix, réduisant la quantité de travail que les propriétaires devaient investir dans leur fournaise. De même, les thermostats qui montaient et descendaient la température et les autres commandes se sont améliorés et sont devenus de plus en plus automatiques réduisant ainsi le travail que demandait le maintien du confort dans une maison. Puis, au milieu des années 30, un ventilateur fut attaché aux fournaises et le chauffage à air chaud pulsé vit le jour.

Le chauffage à air pulsé a amélioré l’efficacité et a aidé à garder la température uniforme à travers la maison. Également, la circulation d’air constante, la filtration de l’air et l’humidification sont devenues possibles.

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2. Modèle coupé d’une fournaise à air pulsé alimentée au mazout3. Publicité fait la promotion de la puissance de chauffage d'une fournaise4. Image d'une fournaise à condensation de haute efficacité alimentée au gaz

5. Photo d'une fournaise moderne6. Image d'une fournaise par gravité fabriquée par Grimsby Stove and Furnace7. Publicité pour une conception précoce d'une fournaise à gaz à air chaud

Quelques faits

En 1895, deux inventeurs, Ernest Bryant et Ezra Smith, ont engagé un machiniste, Dave Lennox (fondateur de ce qui est maintenant Lennox International), dans le but de bâtir une fournaise en acier riveté qui réglerait les problèmes de la fonte tels que la fissuration et la déformation, et qui pouvaient entraîner des fuites de gaz de combustion.

La fournaise à air chaud par gravité du début des années 1900

1. Image d'un arc en acier soudé fournaise à air chaud

1. La fournaise à air chaud centrale en acier du
milieu du 20e siècle.Cliquez sur l’image pour plus d’informations.


La technologie de la fournaise par gravité, qui, à la fin du 19e siècle, en était encore à ses débuts, pour ensuite devenir commune au début du 20e siècle, serait une bonne nouvelle pour les foyers canadiens. Avec l’arrivée de la fournaise à air chaud, la source de chaleur principale pour les foyers canadiens sortirait de la cuisine et du salon pour se déplacer vers le sous-sol.

Ce que plusieurs regretteraient serait la douillette chaleur du poêle de salon de la fin du 19e siècle sur lequel plusieurs foyers canadiens, urbains et ruraux, en étaient venus à compter pour leur chaleur et leur confort hivernal. Comme bien des technologies, elle « donnait tout en reprenant ».

Paradoxalement, ce sentiment de confort associé au poêle du salon fut remplacé par un sentiment de chaleur et de confort plus élargi, couvrant une grande partie de la maison. Avec la fournaise par gravité, plusieurs Canadiens feraient leurs premiers pas vers le chauffage central automatique. Bien qu’imparfaite, la fournaise par gravité distribuait une couverture d’air chaud, à travers plus ou moins toute la maison, d’une façon jusque-là inimaginable.

L’efficacité de la fournaise, maintenant enfouie dans le fond du sous-sol, dépendait d’un simple principe scientifique, l’air chaud monte. Le mouvement ascendant de l’air chaud provenant de la fournaise vers le rez-de-chaussée et l’étage de la maison était facilité par un réseau tentaculaire de larges tuyaux ronds faits de métal en feuille, habituellement d’un diamètre de 14 à 18 pouces. L’air froid serait ramené vers la fournaise à travers un réseau similaire de tuyaux d’air froid.

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Quelques faits

Pendant les années 30, la technologie de soudure électrique a augmenté la vitesse et la qualité de la fabrication des fournaises.

Une étape importante pour la fournaise automatique : l’avènement du « climatiseur hivernal »

1. Vue en coupe d'une fournaise, d'humidification, qui fonctionnait au charbon, au mazout ou au gaz

1. Le « climatiseur hivernal » de la fin des années
30. Cliquez sur l’image pour plus d’informations.


Le chauffage par air chaud automatique, sous la forme d’un « climatiseur hivernal », fut d’abord commercialisé au Canada pendant la deuxième moitié des années 30. Son arrivée fut comme une bouffée d’air frais pour les gens prêts à passer à autre chose que la vie de subsistance, regroupés autour du poêle du salon ou de la bouche de chaleur.

Le climatiseur hivernal représentait la convergence de cinq technologies avancées de l’époque : premièrement, un brûleur au mazout de style fusil à vaporisation de mazout à haute pression, nouveau à l’époque; deuxièmement, un système de commande automatique consistant en des commandes de combustion, de sécurité et des limiteurs de température; troisièmement, un ventilateur soufflant à cage d’écureuil de haut volume, garantissant une circulation d’air chaud à travers la maison; quatrièmement, des filtres à air; et cinquièmement, un humidificateur à air chaud.

Plus qu’une simple fournaise à air chaud centrale, le climatiseur hivernal était un « système » complet. Le système, avec plusieurs parties constituantes, générait de la chaleur automatiquement et la distribuait à travers la maison, changeant l’air plusieurs fois par heure. Le système incluait de nouveaux réseaux de conduits d’air rationalisés et à la fine pointe de la technologie, pour la distribution de l’air chaud, des bouches de chaleur pour la livraison d’air confortable vers chaque pièce, en plus d’un thermostat pour la pièce qui maintiendrait la température à l’intérieur d’une variation de plus ou moins 2°F.

Le système représentait d’importantes avancées en science appliquée, en conception technique, en développement des matériaux, en processus de fabrication et en méthodes de fabrication.

Dans un boîtier fermé moderne et arrondi, le climatiseur hivernal pouvait être placé dans un coin du sous-sol, libérant de l’espace pour d’autres utilisations comme l’établi ou la salle de lavage, ainsi qu’un espace pour le loisir et le divertissement appelé « salle de jeu ». Au-delà de son potentiel pour de nouveaux niveaux de performance et de confort, le climatiseur hivernal serait vanté comme étant la porte d’accès à un nouveau style de vie pour les Canadiens.

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2. Image d'un brûleur à mazout « Oil-o-Miser »3. Image d'un accessoire d’alimentation inférieure au charbon4. Image d'un filtre, une roue de ventilateur à aubes inclinées vers l’avant et un humidificateur5. Image montrant un souffleur à haute pression et moteur de ventilateur électrique

6. Publicité de 1958 pour Howard Furnace7. Image d'une fournaise au gaz Hi-Boy8. Image montrant une salle de jeu sous-sol avec une fournaise dans le coin

Quelques faits

Vers le milieu des années 30, les fournaises à air pulsé sortaient du marché les vieilles fournaises par gravité. Toutefois, la simplicité et la durabilité des fournaises par gravité ont fait en sorte que plusieurs sont demeurées en service pendant des décennies.

Développement initial au Canada du générateur d’air chaud à condensation alimenté au gaz

1. Schéma d'un générateur d'air chaud à condensation

1. Schéma d'un générateur d'air chaud à
condensation.
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À la fin de l’année 1978, l’Institut canadien des recherches gazières (ICRG), à Toronto en Ontario, a avisé les fabricants canadiens de fournaises au gaz qu’il avait développé une technologie de condensation qui avait le potentiel d’améliorer grandement l’efficacité des fournaises au gaz. L’objectif était de 90 % d’efficacité contre 78-80 % pour les modèles à rendement modéré et de 60 % pour les vieilles fournaises standard, afin de correspondre aux nouvelles technologies de condensation des États-Unis.

Trois compagnies ont signé des ententes de confidentialité, s’engageant à concevoir un tel produit pour 1979-80 : Inter-City Gas Corp. de Winnipeg à travers sa division de fabrication (Anthes, Bullochs, Furnasman); Clare Brothers, de Preston en Ontario; et Clawsey-Sohrt, de Galt en Ontario. On en savait peu à propos de cette technologie, et les trois participants ont vite réalisé que la technologie de condensation de l’ICRG n’était pas aussi avancée que ce qu’ils attendaient. Les questions importantes des matériaux de l’échangeur de chaleur secondaire, l’élimination du condensat et la ventilation à air pulsé étaient loin d’être réglées dans le projet de l’ICRG.

La conception de la fournaise comme telle fut laissée aux participants. ICG et Clare ont choisi le style « enveloppant » pour les échangeurs de chaleur et les brûleurs de fournaise au mazout à air pulsé. ICG fut la première sur le marché en 1980 avec son modèle « Ultimate », et Clare a suivi avec son modèle « Megasave », les deux à près de 90 % de taux d’efficacité.

Malheureusement pour les fabricants, l’industrie canadienne et les premiers acheteurs, la première génération de ces appareils, ainsi que la seconde, était truffée de problèmes. Ils disparurent éventuellement et furent remplacés sous contrats de licence par des unités de conception américaine ayant déjà du succès. Les problèmes non résolus de ces premières fournaises à condensation de construction canadienne consistaient toujours en des pannes d’échangeur de chaleur secondaire, un manque de connaissances et de produits pour l’élimination du condensat, les dimensions physiques des appareils et des pannes prématurées des ventilateurs de gaz de combustion à air pulsé sélectionnés.

Un fabricant canadien, Duomatic Olsen de Wallaceburg en Ontario, eut du succès dès le départ avec son propre modèle à condensation « Ultramax ». L’« invasion » américaine avait un modèle Bryant utilisant un ventilateur à vitesse variable en 1981, un Lennox en 1982, et les autres marques ont suivi — l’ère de la haute efficacité était proche, et, en 2010, c’est maintenant la fournaise au gaz dominante du marché. Dans le domaine des technologies, le transfert du changement prend du temps — tout comme ce fut le cas pendant les 130 années précédentes.

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Quelques faits

Les fournaises au gaz à haute efficacité devinrent d'abord disponibles au début des années 80.

Les essais du développement d’une fournaise à condensation alimentée au mazout

1. Vue à l'intérieur d'un fournaise à condensation

1. Vue à l'intérieur d'un fournaise à condensation.
Cliquez sur l’image pour plus d’informations.


Avec la croissance de l’industrie du chauffage au gaz avec des fournaises à condensation atteignant le 90 % d’efficacité, le besoin d’une fournaise à condensation alimentée au mazout pour le chauffage au mazout devint évident. Inter-City Gas, un service public, et Anthes, sa division manufacturière à Winnipeg au Manitoba, ont signé un contrat avec Eneroil Research Ltd. de Toronto en Ontario au début des années 80 afin de trouver une solution conceptuelle. Cependant, le coût élevé du mazout et le programme fédéral de remplacement du pétrole ont convaincu ICG de se concentrer sur le chauffage au gaz.

L’ingénieur Robert Smith d’Eneroil a poursuivi le développement de la technologie de son côté. Cette recherche et ce développement avaient commencé avec un échangeur de chaleur de fournaise au gaz développé par Anthes. Smith avait conçu un système récurant à vaporisation d’eau, le Comfort Plus, afin de capturer la chaleur émanant des gaz de cheminée d’échappement. La vapeur presque entièrement et instantanément vaporisée par le système de vaporisation se mélange aux gaz de combustion, nettoie les particules de soufre, refroidit les gaz jusqu’au point de rosée et dilue le condensat acide tout en nettoyant l’échangeur de chaleur.

En tant qu’unité de récupération de chaleur à condensation autonome, le Comfort Plus avait l’approbation de la CSA en 1984 et pouvait être installé sur le retour d’air froid de la plupart des fournaises au mazout à brèche arrière et caissons juxtaposés ou sur les fournaises au mazout de rendement moyen Comforter d’Eneroil. L’unité fut testée sur le terrain par plusieurs compagnies de mazout canadiennes et par une coopérative agricole américaine.

Lorsque Eneroil a fait faillite, plus tard en 1980, ses avoirs furent conservés par Hunter Enterprises d’Orillia en Ontario, qui fabriquait déjà les unités pour Eneroil.

Hunter a ensuite fait plusieurs modifications conceptuelles afin que la fournaise respecte les normes de sécurité de la CSA et qu’elle soit conforme pour la fabrication.

Plus tard, Hunter a vendu sa division de chauffage au mazout à Duomatic Olsen à Wallaceburg en Ontario.

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2. Modèle coupé d'une fournaise à condensation alimentée au mazout


Sources pour cet article

Un siècle et demi de fabrication de fournaises

  • Recherche des archives du HVACR Heritage Centre Canada (DCSB #215)

La fournaise à air chaud par gravité du début des années 1900

  • Recherche des archives du HVACR Heritage Centre Canada (DCSB#65, HD1008O).

Une étape importante pour la fournaise automatique : l’avènement du « climatiseur hivernal »

  • Recherche des archives du HVACR Heritage Centre Canada (DCSB #4, HD1001M).
  • Howard Air Conditioning Design for Canadian Conditions: Sales Bulletin 38-1, 1938

Développement initial au Canada du générateur d’air chaud à condensation alimenté au gaz

  • Recherche des archives du HVACR Heritage Centre Canada (DCSB #103).

Les essais du développement d’une fournaise à condensation alimentée au mazout

  • Recherche des archives du HVACR Heritage Centre Canada (DCSB #49, HD1006G).
  • Auteur: Dave Tayler,tel que rapporté à“C'est chaud” en avril 2010. Il a été ICG/Inter-City Gas vice-président, la fabrication et l'approvisionnement, à Winnipeg, au Manitoba, et est maintenant un consultant en affaires, Simcoe, Ontario.
  • Bryant Heating & Cooling: www.catalogue.bryant.com/corp.details/.
  • Galt Buying Guides, Online since 1995, via http://www.galttech.com/research.
  • Natural Resources Canada, via www.nrc-crn.gc.ca.

COLONNE EN ENCADRÉ

  • S.E. (Samuel Eagle) Forman, Stories of useful inventions (New York: The Century co., 1911).
  • Galt Buying Guides, Online since 1995, via http://www.galttech.com/research.
  • Bryant Heating & Cooling, via www.catalogue.bryant.com/corp.details/.
  • Ressources naturelles Canada, via www.nrc-crn.gc.ca.
  • Recherche des archives du HVACR Heritage Centre Canada.

Les crédits photos

Un siècle et demi de fabrication de fournaises

  • Clare Brothers, Descriptive catalogue of fine stoves, ranges and hollow-ware, of warm air furnaces, registers and combination heaters, 1893-4, Internet Archive, via www.archive.org.
  • Oil furnace, via http://activerain.com/image_store/uploads/1/0/2/6/5/ar125122617956201.jpg.
  • Globe and Mail, May 14, 1887.
  • Natural Resources Canada, via http://www.nrcan-rncan.gc.ca/residential/personal/gas-propane-furnaces.
  • Carrier furnace, source not found.
  • Grimsby furnace, HHCC Collection.
  • Red Hot Huron furnace, Western Foundry, Eaton’s ad, Toronto Daily Star, February 3, 1908.

La fournaise à air chaud par gravité du début des années 1900

  • Scanned Image Table, No.S11.
  • Parlour Heater: The Ideal Fitter: 21st Edition, p.70, 1925. Scanned Image [Table HD007O], No. S46.
  • Schematic of Gravity Warm Air Furnace: Norris, Warm Air Heating and Winter Air Conditioning: Second Edition, McGraw Hill, pg.6, 1950. Scanned Image [Table HD007O], No.S43.
  • Steel Heat Exchanger: Howard Advertisement, 1940. Scanned Image [Table HD007O], No.S7.
  • Schematic of Forced Warm Air Furnace: Norris, Warm Air Heating and Winter Air Conditioning: Second Edition, McGraw Hill, pg.7, 1950. Scanned Image [Table HD007O], No.S12.
  • Scanned Image [Table HD007O], No.S44.

Une étape importante pour la fournaise automatique : l’avènement du « climatiseur hivernal »

  • Brochure numérisée (détail), 004_0 (furnace), Howard Furnace and Foundries Ltd., Toronto, 1940, T.H. Oliver Collection.
  • Ibid., 004_1 (burner), Howard Furnace and Foundries Ltd., Toronto, 1940, T.H. Oliver Collection.
  • Ibid., (détail), 004_2 (coal feeder), Howard Furnace and Foundries Ltd., Toronto, 1940, T.H. Oliver Collection.
  • Ibid., 004_134 (filter, fan, humidifier), Howard Furnace and Foundries Ltd., Toronto, 1940, T.H. Oliver Collection.
  • Ibid., 004_25 (blower, motor), Howard Furnace and Foundries Ltd., Toronto, 1940, T.H. Oliver Collection.
  • Circulaire numérisés, 004_5, Howard Furnace and Foundries Ltd., Toronto, 1958, T.H. Oliver Collection.
  • Ibid., (détail), 004_6 (hi-boy furnace), Howard Furnace and Foundries Ltd., Toronto, 1958, T.H. Oliver Collection.
  • Brochure numérisée (détail), 004_7 (rec room), Howard Furnace and Foundries Ltd., Toronto, 1940, T.H. Oliver Collection.

Développement initial au Canada du générateur d’air chaud à condensation alimenté au gaz

  • Public domain, via Wikipedia Commons.
  • 2003 Survey of Household Energy Use (SHEU) – Summary Report, Office of Energy Efficiency, Natural Resources Canada, via http://oee.nrcan.gc.ca/publications/statistics/sheu-summary/residential.cfm?attr=4.

Les essais du développement d’une fournaise à condensation alimentée au mazout

  • Dornback Furnace Division, n.d., http://www.dornbackfurnace.com.
  • Ibid.