janvier 2011 - Energie Plus Le Site

PEB chauffage : Arrêté wallon du 29 janvier 2009

Généralités

Contexte

Comme ce fut le cas en Région flamande il y a quelque temps, la Région wallonne a été amenée, dans le cadre de la Directive européenne sur la performance énergétique des bâtiments, à modifier l’ancienne réglementation fédérale de 1978 relative à la prévention de la pollution atmosphérique provoquée par les installations de chauffage central.

Conformément à la directive européenne du 19 mai 2010 sur la performance énergétique des bâtiments (2010/31/UE), l’arrêté wallon du 29 janvier 2009 (modifié le 18 juin 2009, le 28 avril 2011 et le 15 mai 2014) fixe des exigences afin de prévenir la pollution atmosphérique potentielle des installations de chauffage central (pour le chauffage des espaces et la production d’eau chaude sanitaire) et afin de réduire la consommation énergétique. L’arrêté est d’application depuis le 29 mai 2009. Les dernières modifications sont entrées en vigueur le 1er janvier 2015. L’ancien arrêté royal du 6 janvier 78 est abrogé.

Domaine d’application

En termes de domaine d’application, la réglementation s’applique :

Aux installations composées d’au moins un générateur de chaleur alimenté en combustibles liquides, solides ou gazeux. Le fluide caloporteur est de l’eau, de la vapeur basse pression ou de l’huile thermique permettant la distribution de la chaleur vers les différentes parties d’un bâtiment devant être chauffé, voire la distribution de la chaleur vers un dispositif de stockage d’eau chaude sanitaire (ECS).
Aussi bien aux installations neuves qu’aux installations existantes (mises en service pour la première fois avant le 29 mai 2009).

Exigences : les différentes actions

On retrouve des exigences à différentes étapes de la vie d’une installation de chauffage :

Avant la réception :

La puissance nécessaire doit être calculée conformément à la méthode fixée par le Ministre de l’Énergie. Elle est en outre limitée dans un même local de chauffe.
Le local de chauffe neuf doit répondre aux normes NBN B 61-001, NBN B 61-002, voire pour le gaz NBN D 51-003, NBN 51-004 et/ou NBN D 51-006. Dans les bâtiments existants, les locaux de chauffe doivent satisfaire aux dispositions du code de bonne pratique qui leur étaient applicables au moment du placement de l’installation de chauffage central ou auxquelles ils ont été soumis par la suite.
L’installation d’un générateur de chaleur doit être effectuée par un technicien agrée d’une entreprise ou sous sa responsabilité et son contrôle. Les installations de chauffage central doivent être équipées d’orifices de mesure.
La première mise en service doit être réalisée par un technicien agréé. À moins qu’il n’effectue directement la réception (voir ci-après), le technicien remet au propriétaire une attestation de réception provisoire.
La réception d’un nouveau générateur de chaleur doit aussi être effectuée par un technicien agrée. Cette étape est réalisée :
- Soit en même temps que la première mise en service par le même technicien agréé ;
- Soit au plus tard 15 jours après la première mise en service si le propriétaire décide de faire réaliser la réception par un autre technicien agréé.

Les points traités par le rapport de réception qui est remis au propriétaire et qui sont visés par la réception sont :

- la vérification du raccordement chaudière-brûleur ;
- l’adéquation entre la chaudière et le brûleur ;
- le contrôle des orifices de mesure ;
- la vérification des conduits d’évacuation ;
- le contrôle de la conformité de la cheminée, de l’aération du local de chauffe, de l’amenée d’air ; comburant aux normes NBN B 61-001 et NBN B 61-002 ;
- la réalisation des essais de vérification de bon fonctionnement ;
- le contrôle de la présence d’instructions d’utilisation et d’entretien ;
- la vérification de la présence et de la validité d’une note de calcul.

Pendant l’utilisation de l’installation :

Toute intervention sur la partie combustible d’un générateur de chaleur alimenté en combustible liquide ou gazeux ne peut être effectuée que par un technicien agréé. Pour cette raison, l’entretien des générateurs, tel que généralement considéré (comprenant notamment le nettoyage de la chambre de combustion, la vérification des brûleurs, le remplacement des gicleurs présents sur les chaudières mazout, le réglage de la combustion sur les chaudières le permettant,…) ne pourra être effectué que par un technicien agréé (pour le mazout il s’agira d’un technicien agréé L, pour le gaz atmosphérique et prémix d’un technicien agréé G1 et pour le gaz pulsé d’un technicien agréé G2). Sous la dénomination « entretien », peuvent néanmoins parfois être repris certains actes techniques ne requérant pas d’intervention sur la partie combustion du générateur de chaleur (comme par exemple le nettoyage du siphon d’une chaudière à condensation). Ce type d’acte peut quant à lui être effectué par des techniciens ne disposant pas de l’agrément de la Région wallonne.
Les installations de chauffage doivent faire l’objet d’une inspection périodique. Cette nouvelle terminologie combine le contrôle périodique et le diagnostic approfondi. L’inspection périodique doit être effectuée à la fréquence minimale de 1 an pour les combustibles solides et liquides, de 3 ans pour les installations combustibles gazeux de puissance nominale inférieure ou égale à 100 kW et de 2 ans pour les installations à combustibles gazeux de puissance nominale supérieure à 100 kW. Les dates sont calculées à partir de la première mise en service du générateur (avec un délai d’action de 3 mois). Une inspection doit également avoir lieu après chaque intervention sur la partie combustion du générateur de chaleur.

Type de combustible	Fréquence de contrôle
Combustibles liquides et solides	1 an
Combustibles gazeux	3 ans (puissance nominale utile ≤ 100kW)2 ans (puissance nominale utile > 100kW)
Pour tous les cas	Après chaque intervention sur la partie combustion

Le contrôle périodique n’est plus une exigence uniquement applicable pour les appareils au fuel (comme dans l’ancienne réglementation fédérale). La personne qui réalise la vérification doit disposer d’un agrément (ou de la qualification requise par l’arrêté). Elle doit transmettre à l’utilisateur une attestation de contrôle conforme au modèle arrêté par le ministère de l’Environnement. Les critères de bon fonctionnement d’une installation de chauffage central sont aussi fixés par l’arrêté : indice de fumée, teneur en CO₂, en CO, d’O₂ ainsi que le rendement de combustion et température des fumées. En outre, la chaufferie, le bon fonctionnement des circulateurs et l’état de marche de la régulation doivent aussi être contrôlés.
Les installations de chauffage central à eau dont la puissance nominale installée est supérieure à 20 kW doivent être soumises à un diagnostic approfondi lors de l’inspection périodique. Le diagnostic approfondi n’est pas requis sauf si une modification de l’installation a été réalisée depuis la dernière inspection ou si les besoins thermiques du bâtiment ont été modifiés (voir logigramme ci-après). Si il y eu modification, un diagnostic approfondi doit être réalisé dans les 2 ans suivants la modification apportée lors de lors d’une inspection périodique en même temps que le prochain contrôle périodique prévu. La personne effectuant le diagnostic doit disposer d’un certificat d’aptitude en diagnostic approfondi ou d’un agrément en tant qu’auditeur pour la réalisation d’audits énergétiques (ce dernier uniquement pour les puissances inférieures à 100 kW). A la suite du diagnostic, elle remet un rapport au propriétaire. Celui-ci comprend : l’évaluation du rendement de la chaudière, le dimensionnement par rapport aux besoins calorifiques du bâtiment, un avis sur le remplacement de la chaudière et d’autres conseille sur des solutions afin de réduire ses consommations énergétiques. Le technicien renseigne également le propriétaire sur les aides existantes.
Le personnel ayant effectué la réception, le diagnostic approfondi et les contrôles périodiques doit tenir à jour un registre chronologique de ces actes, qu’il conserve durant quatre années. Il doit également conserver un duplicata des rapports de réception (4 ans), des rapports de diagnostic approfondi (2 ans) et des attestations de contrôle (pas de durée prescrite). Il a l’obligation d’agrafer le ticket généré par les instruments de mesure sur l’attestation de contrôle et au rapport de réception. L’arrêté prévoit en plus des spécifications techniques et des obligations de contrôle et d’étalonnage des équipements de mesure.

Logigramme relatif au diagnostic approfondi.
(Source : Service public de Wallonie (SPW), Agence wallonne de l’Air et du Climat)

Techniciens

Seuls les techniciens en combustibles solides n’ont pas besoin d’obtenir une agrégation réglementée par l’arrêté du gouvernement wallon.

Les certifications en combustible liquide et gazeux s’obtiennent par la réussite d’un examen. Il faut y ajouter une formation et un examen supplémentaire pour être agrée pour le diagnostique approfondi. Les conditions d’agrément sont décrites dans l’arrêté wallon. La certification est valable 5 ans et renouvelable sous conditions de suivre une formation minimale de perfectionnement.

Une entreprise qui emploie un ou plusieurs techniciens agrées doit renseigner à l’AWAC (Agence wallonne de l’Air et du Climat) leur nom et leurs numéros de certificat.

Types de techniciens

Technicien agréé combustibles liquides.
Technicien agréé combustibles gazeux G1, c’est-à-dire toutes les chaudières gaz sont les chaudières à brûleurs gaz pulsés.
Technicien agrée combustibles gazeux G2, c’est-à-dire pour les chaudières à brûleurs gaz pulsés.
Technicien spécialisé en combustibles solides.
Technicien agrée pour le diagnostic approfondi des chaudières de plus de 15 ans et de type I (c’est-à-dire de puissance inférieure à 100 kW).
Technicien agrée pour le diagnostic approfondi des chaudières de plus de 15 ans et de type II (c’est-à-dire de puissance supérieure à 100 kW, plusieurs chaudières de moins de 100 kW ou pour les combustibles solides).

Exigences pour les gaz de combustion

Les gaz de combustion doivent répondre aux exigences mentionnées dans le tableau suivant

Combustible	Type « unit » ou brûleur pulsé	Prémix?	Année de Fabrication	Code catégorie	Indice de fumée maximal (bacharach)	T° gaz de combustion maximale (°C)	Teneur en CO₂ minimale (%)	Teneur en O₂ maximale (%)	Teneur en CO maximale (mg/kWh)	Rendement de combustion minimal (%)	Reclassement à partir du 30 mai 2017
Liquide	Pulsé		> 1998	LP A	1		12	4.4	155	90
			[1988,1997]	LP B	1		11		155	88	LP A
			< 1988	LP C	2		10		155	85	LP A
Gazeux	Pulsé		> 1998	GP A		200	8.5		110	90
			[1988,1997]	GP B		220	7.5		150	88	GP A
			< 1988	GP C		250	6.5		270	85	GP A
	Unit	Prémix	> 2007	GUP A		180			110	90
			[1998,2006]	GUP B		180			150	90	GUP A
			[1988,1997]	GUP C		200			150	88	GUP A
			< 1988	GUP D		250			270	84	GUP A
		Non- prémix	>2007	GUnP A		200			150	88
			[1998,2006]	GUnP B		200			200	88	GUPnP A
			[1988,1997]	GUnP C		250			200	86	GUPnP A
			< 1988	GUnP D		300			300	82	GUPnP A

Que se passe-t-il en cas de non conformité de l’installation ?

En cas de non respect des critères de bon fonctionnement, l’arrêté impose une procédure de mise en conformité qui peut, si les dispositions adéquates ne sont pas prises, conduire finalement à une obligation de mise à l’arrêt du générateur (voir le logigramme ci-après).

Le générateur de chaleur ne pourra normalement être mis ou maintenu en service que si l’installation est conforme. Néanmoins, afin d’éviter que des personnes se retrouvent sans chauffage durant la période hivernale, dans les logements d’habitation, une procédure dérogatoire pourra être envisagée entre septembre et avril si le fonctionnement du générateur ne risque pas de porter préjudice à la sécurité des personnes.

Logigramme relatif au contrôle périodique.
(Source : Service public de Wallonie (SPW), Agence wallonne de l’Air et du Climat)

Posted By : Laurent 19 Jan, 2011

Régulation de l’académie de dessin de Molenbeek

Objectif de l’audit de régulation

L’académie de dessin et d’arts visuels de Molenbeek est située rue Mommaerts. Son installation de chauffage a été rénovée dans les années 2004-2005. Il s’agit d’une installation de chauffage moderne dont la conception respecte les règles de l’art en matière d’utilisation rationnelle de l’énergie (URE). Néanmoins, si une installation bien conçue est un élément essentiel pour un fonctionnement efficace, il faut aussi que l’exploitation quotidienne se fasse de manière optimale. C’est à ce stade qu’intervient la régulation. Il est important que le contrôle, le « pilotage », de l’installation se fasse de manière correcte et cohérente durant toute la durée d’utilisation. Dans bien des cas, on trouve des installations modernes dont la régulation ne fonctionne pas bien (ou plus bien), grevant ainsi de manière significative les performances énergétiques. À titre d’exemple, il peut s’agir de paramètres de la régulation qui ont été modifiés de manière incorrecte pour faire face à une situation ponctuelle, de paramètres de réglage qui n’ont jamais été adaptés finement au bâtiment, voire de matériel assurant la régulation qui est devenu défectueux.

C’est dans cette réflexion qu’a été réalisé l’audit de l’installation de chauffage de l’académie de Molenbeek. Cet audit a pour but d’identifier les éventuels dysfonctionnements de la régulation, d’en optimiser les paramètres ainsi que d’aider le Responsable Énergie à se réapproprier la compréhension et la maitrise des régulateurs. Cet encadrement méthodologique a été réalisé par l’ICEDD dans le cadre d’un audit Sibelga. Durant l’audit, l’attention s’est essentiellement focalisée sur la régulation.

Description de l’installation

Comme évoqué plus haut, l’installation de chauffage de l’académie de Molenbeek est équipée de matériel performant et a bénéficié d’une bonne conception. Nous décrivons ci-dessous les éléments de l’installation ainsi que les mesures qui ont été prises pour atteindre les meilleures performances énergétiques.

Schéma de principe de l’installation

Schéma de principe de l’installation de chauffage de l’académie de Molenbeek.

À la production, on trouve deux chaudières au gaz à condensation de 300 kW fonctionnant en parallèle (2). Il s’agit de deux chaudières à prémélange équipées d’un ventilateur et d’un contrôle de combustion. Elles permettent d’atteindre une large plage de modulation (de 8 à 100 % de la puissance nominale) avec de très bons rendements. En outre, la technologie du brûleur a été développée pour minimiser l’émission de NO_x.

Nous sommes en présence de chaudières contenant un grand volume d’eau et qui par conséquent ne nécessitent pas d’être irriguées en permanence d’un débit d’eau minimum. Cette caractéristique permet de disposer d’un collecteur primaire ouvert (1) (non bouclé, sans bouteille casse-pression). Ceci permet d’éviter tout risque d’un retour direct d’eau à haute température vers le retour des chaudières qui grèverait la condensation. Sur ce circuit primaire viennent se greffer deux circuits de chauffage qui vont distribuer l’eau chaude dans les différentes parties du bâtiment. La température de départ de chaque circuit est adaptée avec une vanne trois voies (3). La température de départ est mesurée au moyen d’un capteur (4). Celle-ci est adaptée au moyen de la vanne trois voies pour atteindre une température de consigne fixée par la régulation climatique (5). Par définition de la régulation climatique (courbe de chauffe), la température de consigne pour l’eau de départ est fixée principalement en fonction de la température extérieure.

L’occupation et par conséquent le chauffage des locaux est intermittent. Dans certaines plages horaires (définies dans le régulateur) correspondant à l’inoccupation du bâtiment, le chauffage est coupé. En pratique, on laisse redescendre la chaudière en température et les circulateurs (6) sont coupés pour ne plus alimenter les circuits de chauffage. Néanmoins, en période de gel (mesurée par la sonde extérieure de la régulation (5)), on fait de nouveau circuler de l’eau dans le circuit de chauffage pour assurer que le bâtiment ne descende pas trop bas en température pendant la période de coupure. Dans ce cas, le niveau de température pour les départs des circuits est maintenu à une valeur faible, mais suffisante pour « protéger » le bâtiment.

Les radiateurs, non représentés dans le schéma ci-dessus, sont équipés de vannes thermostatiques pour réaliser la régulation fine de température dans chaque local. Les vannes thermostatiques étant susceptibles de se fermer pour réduire le débit (lorsqu’elles réalisent la régulation locale), des circulateurs à vitesse variable (6) ont été placés sur chaque départ limitant ainsi les consommations électriques liées à la distribution.

Pour conclure, il nous reste à commenter la manière dont les deux chaudières sont régulées. Le brûleur de chaque chaudière est régulé pour maintenir une température de départ à un niveau de consigne (2). Cette température de consigne pour le circuit primaire est calculée par le régulateur (5). Il s’agit généralement de la température du circuit de chauffage le plus demandeur (majorée de 5°C). En d’autres termes, il s’agit de la température calculée par la régulation climatique en fonction de la température extérieure (augmentée de 5°C) pour les deux circuits de chauffage.

Photographie des différents éléments

Les deux chaudières sont de type gaz à condensation de 300 kW (première photo). La deuxième photo montre le collecteur primaire et les départs/retours des deux circuits de chauffage. De manière générale, on voit que l’ensemble des conduites et des vannes est particulièrement bien isolé pour limiter les pertes vers la chaufferie. La troisième photo est un zoom sur une des extrémités du collecteur primaire : on voit clairement que le circuit primaire est de type ouvert.

La première photo est un zoom sur les vannes 3 voies (3) qui équipent chacun des 2 circuits de chauffage : le niveau d’isolation est soigné. Chaque température de départ est mesurée et transmise (4) au système de régulation (5). La deuxième et la troisième figure montrent ces capteurs de température en conduite ainsi que leur câblage vers le régulateur.

Les trois photographies montrent à quoi peut ressembler un système de régulation d’une installation de chauffage (5). La première photo montre le coffret électrique de l’installation dans lequel se trouve la régulation. La deuxième image est un zoom sur le rail sur lequel est monté le régulateur (à gauche) et son interface avec l’utilisateur de contrôle (à droite). Dans cette installation, l’interface est assez conviviale dans la mesure où elle est facile d’emploi, explicite et donc relativement facile à manipuler par un utilisateur indépendant du fabricant (en d’autres termes, non-initié à travailler avec ce matériel spécifique).

On retrouve les deux circulateurs à vitesse variable (6) sur les deux dernières photos. On remarque que l’enveloppe du circulateur au niveau de son rotor est elle aussi isolée pour limiter les pertes de chaleur.

Campagne de mesure

L’audit a pour but de vérifier si l’installation de chauffage se comporte correctement, de détecter d’éventuelles erreurs et, si possible, d’apporter une correction. Pour faire le diagnostic, il faut disposer d’informations. Il peut s’agir de témoignages d’occupants du bâtiment (ex. plaintes), du gestionnaire de l’installation ou par la vérification « in situ » du fonctionnement. Néanmoins, la source d’informations que nous souhaitons mettre en avant dans cette « étude de cas » est la campagne de mesure. En effet, sur base des technologies actuelles de sondes de mesure, il est très facile de placer plusieurs sondes de température (d’ambiance ou de surface) au sein de l’installation pour mesurer et enregistrer son fonctionnement. Il s’agit de sondes que l’on achète et place « soi-même » et non pas des capteurs propres à la régulation (dont l’historique des mesures est généralement indisponible).

Dans la présente étude, les sondes suivantes ont été placées :

mesure de la température de départ et de retour des deux circuits de chauffage (par la mesure de la température de surface des conduites métalliques) ;
mesure de la température de départ et de retour des chaudières (par la mesure de la température de surface des conduites métalliques) ;
mesure de la température extérieure (par une sonde de mesure de la température ambiante placée dehors à l’abri du vent et de la pluie) ;
mesure de la température dans plusieurs zones thermiques (locaux) du bâtiment (par une sonde de mesure de la température ambiante).

Ce matériel ainsi que son logiciel d’exploitation sont relativement bon marché. Le prix varie suivant les marques, mais une recherche rapide nous a permis d’estimer la valeur à approximativement ~ 1 000, 1 500 €. Au regard du prix de l’installation ainsi que du potentiel d’économie réalisable via un audit de la régulation, l’investissement dans un tel matériel est négligeable.

Exemples de mesures

Mesure de la température de départ et de retour de la chaudière par sonde de mesure de la température de surface : sonde appliquée sur la surface métallique avec une bande en velcro.

À gauche, mesure de la température de départ du circuit de chauffage en aval du circulateur (de nouveau, sonde avec bande velcro). À droite, sonde de mesure de température ambiante (pour zone thermique du bâtiment ou température extérieur).

Résultats et amélioration de la régulation

Nous illustrons les résultats de la campagne de mesure par des graphes représentant des relevés réalisés entre le 08/12/2010 et le 20/12/2010. Cela permet de mettre en évidence l’effet de mesures correctives apportées à l’installation, celles-ci ayant été introduites le 14/12 (soit au milieu de l’intervalle de temps cité ci-dessus).

Paramètres de réglage initiaux (comportement avant le 14/12)

La campagne de mesure a montré que la régulation était mal paramétrée :

D’une part, la courbe de chauffe en occupation des 2 circuits de chauffage (droite rouge sur la figure ci-dessous) était très élevée. La courbe de chauffe se définit par deux points. Le premier est la température de départ quand la température extérieure est la plus basse (température de dimensionnement). La valeur était au départ fixée à 80°C par -10°C extérieur. Le deuxième point est la température de départ à la température extérieure limite de chauffage (c’est-à-dire la température extérieure à partir de laquelle on commence à chauffer le bâtiment). La valeur était au départ fixée à 70°C pour une température extérieure de 15°C. La température de départ était bien trop chaude pour les températures extérieures modérées (entre 5° et 15°C). En conclusion, il n’y avait qu’une différence de 10°C entre les points extrêmes de la courbe de chauffe ce qui révèle que la régulation climatique ne régulait pratiquement pas. Dans ces conditions, le fonctionnement des vannes thermostatiques présentes sur les radiateurs n’est pas optimum.

D’autre part,

la courbe de chauffe en inoccupation (droite bleue sur la figure ci-dessous) n’était pas non plus optimisée car on opère toujours la distribution d’eau chaude dans les radiateurs ce qui assure toujours un chauffage des locaux (à plus faible intensité).

Ci-dessous le graphique présentant le réglage initial de la courbe de chauffe :

Sur base de ce constat, on remarque une incohérence majeure dans la paramétrisation. En effet, la régulation climatique demande presque exclusivement des températures supérieures à 75°C pour les circuits de chauffage et, par conséquent, pratiquement un minimum de 75-80°C aux chaudières (+ 5°C par rapport au circuit le plus demandeur). Dès lors, les chaudières se mettent systématiquement en arrêt temporaire (via l’aquastat) dès que leur température atteint 80°C (ce qu’on observe dès que la température extérieure descend en-dessous de 5°C). Les chaudières se mettront dès lors de manière cyclique en mode arrêt/marche. On peut s’en convaincre par le graphe de mesure de la température de départ des chaudières (durant une semaine avec gel), Figure (1).

Figure (1) : Mesure de la température de départ des chaudières entre 08/12 et le 20/12, une semaine avec gel (date/heure en abscisses et température correspondante en ordonnées).

Avant l’intervention du 14/12, on voit bien que la température est oscillante, en dents de scie, la chaudière se mettant systématiquement en arrêt provisoire au-delà de 80 °C. La chaudière se remettait en marche pour des températures entre 50 et 60 °C. Ce n’est pas un fonctionnement normal pour des chaudières à condensation modulante qui sont censées adapter leur puissance aux besoins. En pratique, il faut éviter ces cycles courts de production parce qu’ils augmentent l’émission de polluants, réduisent le rendement et augmentent l’usure du matériel. Sur ce graphe, on constate aussi qu’avant le 14/12, la température en période d’inoccupation tourne autour de 45 °C. Cette température grève les performances de l’intermittence. Ceci est du à un abaissement insuffisant de la courbe de chauffe en inoccupation. On voit dans le graphe suivant que la température dans les différents locaux ne varie pas significativement entre le jour et la nuit (avant le 14/12), Figure (2). Dans les graphes, on distingue notamment la différence d’intermittence entre une période d’inoccupation pour la nuit ou le week-end.

Figure (2) : Mesure de la température dans trois zones thermiques du bâtiment (bleu, vert et magenta) et de la température extérieure (rouge) (date/heure en abscisses et température correspondante en ordonnées).

Paramètres de réglage adaptés (comportement après le 14/12)

Pour corriger les comportements cités ci-dessus, les mesures suivantes ont été prises :

La courbe de chauffe des 2 circuits a été redéfinie de manière plus raisonnable. La différence de température de départ est plus marquée suivant la température extérieure. La température de l’eau est surtout abaissée lorsqu’il fait « doux » dehors. En outre, le niveau de température a été globalement abaissé pour réduire les pertes de distribution, augmenter l’efficacité des chaudières à condensation et l’efficacité des vannes thermostatiques. L’évolution de la température est plus lissée, signe d’une bonne modulation.
La courbe de chauffe en inoccupation a été abaissée pour rendre l’intermittence plus efficace ce qui permet une coupure pratiquement complète du chauffage en inoccupation.

Les horaires de chauffe ont été adaptés d’une part en fonction des occupations réelles (on chauffait un circuit le vendredi alors que la partie du bâtiment desservie était inoccupée toute la journée) et d’autre part en fonction de la coupure en inoccupation qui nécessite une anticipation plus prononcée à la relance notamment le lundi (on ne dispose pas d’une sonde d’ambiance qui permettrait d’optimiser automatiquement la relance).

On peut maintenant visionner l’effet de ces mesures sur les Figures (1) et (2), en se focalisant sur la période ultérieure au 14/12. Sur la Figure (1), on voit que la température de départ est plus régulière en période d’occupation. Les chaudières fonctionnent dès à présent sans cycles courts. La température en période d’inoccupation a été réduite jusqu’à obtenir une coupure de chauffage en période d’inoccupation (une fonction « température départ par gel extérieur » permet néanmoins d’assurer un contrôle minimum de la température ambiante). L’effet sur la qualité de l’intermittence est visible sur la Figure (2). On voit que la température des zones redescend significativement en période d’inoccupation, durant la nuit et le week-end. Un pic de « surchauffe » est visible le 18 et 19/12 dans une zone de mesure (courbe en magenta). Pour information, il ne s’agit d’un dysfonctionnement. Une chaufferette électrique est parfois installée, de façon occasionnelle, pour augmenter la température d’un local spécifique (ex. séance de dessin avec modèle nu).

Bien entendu, on n’obtient pas nécessairement le bon paramétrage du premier coup. Le gestionnaire devra probablement encore adapter le paramétrage pour un fonctionnement adéquat : fournir le confort souhaité aux heures souhaitées avec le maximum d’efficacité énergétique.

Conclusions

Au travers cette étude de cas, nous avons essayé de vous convaincre de l’intérêt de réaliser un audit de régulation ainsi que de sa simplicité. En effet, le matériel nécessaire est relativement réduit, peu coûteux et facile d’emploi.

Pour conclure cette étude de cas, un point nous semble important à mentionner. La facilité du suivi de la régulation d’une installation de chauffage est grandement conditionnée par la qualité de l’interface du système de régulation. L’interface de la présente installation est explicite, conviviale/ergonomique ce que facilite grandement son usage par des non-spécialistes. Dans beaucoup d’installations, c’est loin d’être le cas. On est en présence d’une « boîte noire » sans interface, voire avec une interface totalement hermétique pour un non-spécialiste. Dans ce cas de figure, l’adaptation des paramètres de régulation nécessite l’intervention de spécialistes familiers de la marque du régulateur … soit, des coûts supplémentaires et une perte de contrôle et/ou de compréhension sur l’installation à moins de disposer des compétences en interne pour en assurer le suivi ce qui n’est pas toujours le cas. Conclusion : attention lors du choix de votre matériel de régulation ! Veillez à ce qu’il soit adapté à l’utilisateur final !

Différence entre une interface explicite et facile d’emploi et d’un boîtier de régulation « boîte noire ».

Posted By : Laurent 3 Jan, 2011

Chauffage urbain au bois à Libin

Principe du réseau de chaleur

Dans certaines installations, on trouve une chaufferie qui réalise la production de chaleur pour un ensemble de plusieurs bâtiments. La chaleur produite est distribuée au départ de la chaufferie vers les différents consommateurs via un réseau de chaleur. Celui-ci est composé d’un circuit primaire (directement couplé à la chaufferie) qui alimente les différents circuits de chauffage des bâtiments au travers d’un échangeur à plaque, les circuits secondaires. Il y a donc autant de circuits secondaires que de bâtiments. Ces circuits peuvent avoir des propriétés qui varient selon les bâtiments (type de fluide caloporteur, régime de température). Un compteur de chaleur est placé au départ de chaque circuit secondaire si bien qu’il est possible d’identifier clairement la consommation de chaque bâtiment. Chaque utilisateur reste donc responsable de la maîtrise de sa consommation énergétique.

Illustration du principe de chaufferie centralisée couplée à réseau de chaleur.

Les raisons qui peuvent conduire au choix d’une chaufferie centralisée sont multiples. On peut citer les économies d’échelle possible qui permet d’obtenir un investissement global plus faible comparé à des chaudières réparties dans chaque bâtiment. Au final, cela doit améliorer la rentabilité du projet. En outre, la chaufferie sera gérée par des professionnels ce qui doit assurer un fonctionnement correct du matériel, c’est-à-dire obtenir les rendements de production attendus ainsi qu’une usure normale du matériel. Dans le cas du bois-énergie, ces éléments sont particulièrement intéressants dans la mesure où les investissements sont relativement plus importants. On souhaite donc obtenir une durée de vie maximale du matériel pour obtenir la meilleure rentabilité. De plus, le gestionnaire de l’installation s’occupe de l’approvisionnement et du stockage du bois-énergie, ce qui simplifie grandement la vie des utilisateurs. On pourrait résumer le potentiel d’une chaufferie centralisée au bois-énergie comme étant « une opportunité de se chauffer avec une énergie renouvelable en minimisant le prix et les contraintes pour les utilisateurs« .

Néanmoins, un élément clef pour garantir l’efficacité énergétique de ses installations est de minimiser les pertes par distribution. Il s’agit de l’énergie perdue par le réseau de distribution dans le sol (qui a une température plus froide). À l’image des habitations, on isole les conduites des réseaux de chaleur afin de minimiser ces pertes. Celles-ci sont-elles pour autant négligeables ? Sur ce point, les opinions divergent. Certaines études tendraient même à montrer que quelle que soit la structure du réseau de distribution, les pertes grèvent toujours de manière significative la rentabilité des réseaux de chaleur. Cette question dépassant le cadre de cette étude, nous encourageons les lecteurs qui veulent s’engager dans un projet de réseau de chaleur de s’assurer auprès du gestionnaire du projet (ex. le bureau d’études) que ces pertes seront minimisées et ne dégraderont pas substantiellement les performances de l’installation.

Exemple de tuyaux utilisés pour le réseau de chaleur.

Gardons quand même à l’esprit qu’il est préférable d’avoir des consommateurs ayant les mêmes profils de consommation sur une même boucle primaire. En effet, comme le schéma ci-dessus le représente bien, il suffit qu’un seul des utilisateurs finaux ait besoin de chaleur à un moment donné pour que le fluide caloporteur circule dans l’ensemble de la boucle primaire, ce qui peut potentiellement engendrer des pertes importantes pour un besoin final faible.

Le projet de chaufferie centralisée au bois à Libin

La Commune de Libin est une des plus grosses communes forestières de Wallonie, avec plus de 8 200 ha de forêts dont 6 069 ha de forêts communales soumises. Alors, quand il s’est agi de trouver une solution pour chauffer économiquement et écologiquement les principaux bâtiments communaux, le choix d’une chaufferie centralisée au bois s’est rapidement imposé ! L’étude de préfaisabilité a été réalisée en 2003 alors que les travaux ont été effectués en 2008.

Non contentes de faire ce choix pour leurs propres bâtiments, les autorités communales ont aussi fait la démarche d’associer le plus largement possible les riverains au projet de réseau de chaleur. Ils représentent aujourd’hui 50 % des consommations du réseau. Une option qui offre l’avantage de réduire proportionnellement les coûts d’investissement, d’améliorer la rentabilité des infrastructures et de rendre le système thermiquement plus performant, en associant des consommateurs avec des profils (tertiaires et logements) complémentaires. En effet, cette complémentarité accroît la charge de base, c’est-à-dire la charge présente en quasi-permanence, ce qui accroît le temps de fonctionnement de la chaudière.

Pour son approvisionnement en bois, la commune de Libin s’est par ailleurs associée aux communes voisines de Paliseul et Wellin pour mettre en place et gérer une plateforme transcommunale de préparation, de séchage, de stockage et de distribution des plaquettes de bois faites à partir de bois forestiers de moindre valeur.

Cette étude de cas est une version étendue des fiches produites par le facilitateur bois-énergie orienté secteur public pour le compte de la Région wallonne. Cette fonction de facilitateur est réalisée par la Fondation Rurale de Wallonie (FRW) dans la personne de Francis Flahaux. Cette fiche technique est disponible via le site internet de la FRW ( http://www.frw.be/). En outre, le projet de chauffage urbain à Libin s’intègre dans le Plan Bois-Énergie et Développement Rural (PBE&DR – https://www.frw.be/pbe.html) pour la Wallonie.

Logo Fondation Rurale de Wallonie.

Description du réseau de chaleur

Le réseau de chaleur assure le chauffage de 9 bâtiments publics, mais aussi de 16 bâtiments privés représentant 22 logements, dont une banque, un hôtel, des logements sociaux. Il est composé de trois branches et mesure 715 mètres de long.

Schéma du réseau de chaleur à Libin. Le silo de stockage se situe au niveau du rectangle bleu et la chaufferie au niveau du rectangle rouge. Les bâtiments publics sont les suivants : la maison communale (1), les écoles communales (2), la salle de gym (3), la poste (4), le CPAS (5), le presbytère (6), l’église (7), la maison de village (8) et les logements sociaux (9). Quant aux bâtiments privés, on retrouve l’Hôtel (10), les logements privés (11) et la banque (12).

Vues du centre de Libin. La première image montre la maison communale (1) à droite avec les logements privés (11) et la banque (12) répartis du côté gauche de la rue. La deuxième image est prise dans la direction opposée. On distingue au premier plan le « couvercle » du silo, ensuite vient la maison communale (1). L’église (7), la maison de village (8) ainsi que les logements sociaux (9) ne sont pas visibles en arrière-plan. La dernière image est prise dans la ruelle qui longe les écoles communales (2).

Photographies lors du placement des tuyaux du réseau de chaleur.

La chaufferie

Le schéma ci-dessous illustre bien le principe de base de la chaufferie, bien que la configuration spatiale (c’est-à-dire la position relative des différents éléments) diffère un peu avec la situation réelle à Libin. Au départ, on trouve un silo enterré pour réaliser le stockage des plaquettes. Le plafond du silo est muni d’une trappe qui permet à camion de venir alimenter le silo. Sur le sol du silo, on trouve le racleur hydraulique qui permet d’extraire des plaquettes hors du silo et de les diriger vers le système d’alimentation de la chaudière. Finalement, les plaquettes sont acheminées vers la chaudière au moyen d’une vis sans fin.

Schéma de principe de la chaufferie à plaquette de Libin : silo (accessible par un charroi lourd, équipé de deux lignes de racleurs hydrauliques), vis sans fin et chaudière en bout de course.

On peut maintenant illustrer de manière plus précise chaque élément cité ci-dessus.

Le silo, l’extraction et le transport des plaquettes

La première photo montre, en avant-plan, la trappe fermée du silo en avant de la maison communale. On constate que la présence du silo est assez « discrète » dans la mesure où l’intégration avec l’ensemble des bâtiments est assez harmonieuse. Les photos suivantes montrent l’ouverture progressive de la trappe au moyen de vérins. Une fois la trappe complètement ouverte un camion peut venir alimenter le silo, comme l’illustre la dernière photographie.

Le silo a un volume utile de 90 m³. Il assure 7 jours d’autonomie à la chaudière bois quand elle fonctionne à puissance nominale.

La première photo donne une idée de la profondeur du silo comparé aux dimensions de la trappe. La deuxième photo montre les deux racleurs hydrauliques placés dans le silo.

Deux lignes de racleurs hydrauliques ramènent les plaquettes vers une vis sans fin. Celle-ci alimente la chaudière située en bout de course de la vis.

La première figure l’arrivée des plaquettes sur le début de la vis sans fin, en fin de ligne des racleurs hydrauliques. La deuxième photo montre le canal métallique qui contient la vis sans fin et qui fait progresser les plaquettes vers la chaudière. Celle-ci est visible sur la troisième photographie (en orange). Finalement, on voit la vis sans fin munie de retour d’angle pour assurer les changements de niveau permet aux plaquettes de parcourir une petite dizaine de mètres.

La chaudière à plaquettes

La chaudière Schmid à plaquettes a une puissance de 550 kW. Elle possède un foyer de type volcan, un décendrage et nettoyage automatique des tubes de fumées. La nouvelle chaufferie contient une chaudière d’appoint au mazout. Celle-ci à une puissance de 600 kW. Néanmoins, grâce à la complémentarité des profils de consommation évoquée ci-dessus (entre tertiaire et logements) qui assure une charge de base plus importante, la chaudière au bois assure 90 % de la production de chaleur. Dans le cas de la chaufferie de Libin, les deux nouvelles chaudières ont pu être installées dans l’ancienne chaufferie évitant ainsi de devoir construire un nouveau bâtiment.

La première figure montre la chaudière à plaquette au sein de la chaufferie. La troisième figure illustre son principe de fonctionnement. On distinguera principalement le foyer volcan alimenté par une vis sans fin, ainsi que le réseau de tubes de l’échangeur de chaleur (qui récupère l’énergie des fumées).

La première image montre l’intérieure de la chambre de combustion (en dépression). La deuxième photographie est un zoom sur les vérins qui assurent le raclage des tubes horizontaux de l’échangeur de chaleur, effectuant ainsi le nettoyage et le décendrage. La troisième photographie montre un des cendriers connectés à la chaudière tandis que la dernière image donne un aperçu du volume de cendre qui peut être généré.

Analyse économique

L’investissement total de l’installation est de 1 078 000 € TVAC. Approximativement la moitié de l’investissement est dédié au réseau de chaleur (avec 468 022 €). Le restant de l’investissement peut être divisé en trois parties quasiment égales : le gros œuvre (191 156 €), la chaudière et ses périphériques (208 975 €) et l’hydraulique (174 507 €). La part dédiée aux études et à la coordination est relativement faible dans la mesure où elle se limite à 35 340 €.

Le soutien financier de la Wallonie a été substantiel dans la mesure où celle-ci est intervenue pour un montant s’élevant à 862 400 €. La part restant à la commune étant limitée à 215 600 €. Sur base des prix de l’énergie moyens de 2008, la consommation annuelle de ~2 000 map de bois permet d’économiser approximativement 60 000 €/an par rapport au mazout, le vecteur énergétique de l’ancienne installation. Sur base de ces chiffres, le facilitateur bois-énergie estime le temps de retour à 3.6 ans pour un matériel dont la durée d’utilisation tourne autour d’une vingtaine d’années (du moins en ce qui concerne la chaufferie).

Performances environnementales

Si on considère les émissions de gaz nocifs émis par la combustion, on voit que la chaudière au bois permet de réduire significativement l’empreinte environnementale. Il faut du moins que la forêt de laquelle sont extraites les plaquettes soit gérée de manière durable.

Si on considère le cycle complet du combustible, c’est-à-dire en intégrant les processus énergivores de l’extraction, du conditionnement et du transport, on peut prendre une émission de 327 grammes d’équivalent CO₂émis par kWh pour le fioul et de 25 grammes par kWh pour les plaquettes. Si on intègre le cycle de vie complet, l’impact du bois-énergie sur l’émission de gaz à effet de serre n’est pas nul, mais il est de loin inférieur par rapport aux énergies fossiles. Dans le cas du mazout, la différence est estimée à 302 grammes de CO₂ par kWh. Si on reprend la consommation annuelle de la chaudière de ~2 000 000 kWh, les plaquettes permettent de réduire l’émission de ~600 tonnes d’équivalents CO₂ par an ! Le facilitateur estime quant à lui, cette réduction à 486 tonnes par an. En termes de production de SO₂, cette réduction serait de 940 kg/an.

Quelles leçons tirer après 8 ans d’usage ?

Les travaux furent terminés en 2008. En 2016, nous avons rencontré le premier échevin de la commune de Libin et avons visité les installations en compagnie de la conseillère en énergie de la commune et du responsable technique de ces équipements.

Ils nous ont fait part de leurs expériences.

Leurs clients privés sont très satisfaits du service offert. Ils payent exactement l’énergie fournie (rendement de production : 100 %). Ils n’ont pas de frais d’entretien. Ils n’ont pas besoin de chaufferie ni de cheminée. La chaleur fournie est suffisante et très rarement indisponible, la plupart du temps à cause d’une panne chez le client. Dans ce dernier cas, le gestionnaire du réseau intervient très rapidement.

A l’usage, il est cependant apparu que certains points peuvent être améliorés. Un audit de l’installation hydraulique va être réalisé pour pouvoir définir les améliorations nécessaires.

La boucle du réseau de chaleur extérieur est fort longue. Elle aurait pu être théoriquement optimisée. Les pertes de chaleur dépendent de la longueur de la boucle. Heureusement, les tuyaux sont bien isolés et les pertes visibles en hiver lorsqu’il y a de la neige sur le sol ne sont pas trop importantes. Ce sont des contraintes administratives (propriétés traversées) et techniques (configuration de la voirie et de son infrastructure) qui ont dicté le tracé des conduites.

Le comptage d’énergie fournie est bien effectué chez les clients, mais pas dans les bâtiments communaux. L’énergie totale fournie n’est donc pas mesurée. Le rendement de l’installation et la répartition des pertes sont ainsi impossibles à déterminer jusqu’à présent.

Lorsque les clients extérieurs sont en demande importante en hiver, les bâtiments communaux sont mal chauffés. L’équilibrage des boucles et les débits des circulateurs doivent être réétudiés pour déterminer les modifications nécessaires.

Un client important, un hôtel, n’est plus approvisionné en chaleur. La puissance du réseau est depuis sous-employée. La commune a l’intention d’étendre le réseau et d’y raccorder d’autres clients.

La fourniture de chaleur pour la production d’eau chaude sanitaire (ECS) chez les clients oblige la boucle de distribution à fonctionner toute l’année, y compris en été. Il est envisagé de trouver un autre moyen pour produire l’ECS directement sur les lieux de consommation.

La qualité des plaquettes a un impact important sur le bon fonctionnement de l’installation. Les fournisseurs doivent en garantir un niveau suffisant. Ils n’en sont pas toujours conscients.
- Forme des plaquettes : des plaquettes de forme anormale, des branches par exemple, se coincent parfois dans les systèmes d’acheminement vers la chaudière. Elles peuvent provoquer des obstructions ou se coincer devant des détecteurs optiques. Dans ce dernier cas, les informations transmises au système sont fausses et provoquent des pannes, des défauts d’approvisionnement et des mises en sécurité de la chaudière. Lorsqu’il y a obstruction, les plaquettes se compactent par écrasement et provoquent aux raccords entre les transporteurs des bouchons très durs, difficiles à enlever. Lorsque cela arrive, c’est la chaudière au mazout qui prend le relais. Il en résulte une consommation plus importante de combustible fossile en lieu et place du bois. L’adaptation des systèmes de détection par le responsable technique de l’installation a déjà apporté de nombreuses améliorations.

- Propreté des plaquettes : la présence de poussière dans le produit due aux aléas de sa fabrication provoque dans la chaudière l’apparition de mâchefers lors de la combustion. La quantité produite est très importante et nécessite un nettoyage journalier. Ce travail est difficile, car les mâchefers s’accrochent aux parois. Leur enlèvement nécessite d’arrêter la chaudière pour la laisser redescendre en température.

- Corps étrangers : des pierres, des morceaux de béton ou des barres métalliques sont parfois présents dans les plaquettes fournies. Lorsqu’ils pénètrent dans le système de transport, ils provoquent des dégâts importants (blocages, déformations et bris).

Un site comprenant un hangar de séchage, une aire de manœuvre (broyage) et une zone de stockage de bois vont être créés en partenariat avec les communes de Wellin et Paliseul, de manière à ce que les trois communes produisent elles-mêmes leur combustible. La qualité de celui-ci sera dès lors mieux contrôlée et le fonctionnement du système sera amélioré.

Le silo de stockage des plaquettes, bien que son volume total soit de 120 m³, ne peut contenir que 60 m³ au lieu des 90 m³ utiles théoriques. Les plaquettes déversées forment un tas qui ne s’étale pas complètement dans le volume disponible. La pente de talus provoquée par les caractéristiques des plaquettes est très importante. Cela nécessite des approvisionnements plus fréquents que prévu. Un silo permettant un accès aux camions à plusieurs endroits aurait été plus facile à remplir. Le silo réalisé en fonction de la configuration locale est cependant facile d’accès depuis la rue pour les camions à benne basculante. Le versage est rapide. La chaufferie située un étage plus bas que la voirie ne nécessite quasiment pas de relevage du combustible.

Partenaires du projet et contacts

Commune de Libin, Laurent Jacquet : laurent.jacquet@creg.be
Gros œuvre par l’entreprise TP rénovation, Olivier Cariaux : o.cariaux@tprenovation.be
Chaudière et périphérique par SCHMID (France), Stephan Kohli : schmid-france@wanadoo.fr
Hydraulique par la société Druart, Francesco Di Giacomo : druart-hvac@druat-sa.be
Réseau de chaleur par la SOCOGETRA, Michel Evrard : michel.evrard@socogetra.com
Etude de projet par SECA Benelux, Bernard Tamigneau : secabenelux@groupe-seca.com
Facilitateur Bois-Énergie pour le secteur public et coordinateur du plan PBE&DR, Francis Flahaux de la Fondation Rurale de Wallonie (FRW), e-mail : pbe@frw.be

N’hésitez pas également à consulter notre page consacrée aux technologies de conversion du bois-énergie.

Monthly Archives: janvier 2011