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Le chauffage de proximité en test à l’UCLouvain

Une expérience pilote((Lire le détail sur : https://dial.uclouvain.be/pr/boreal/fr/object/boreal%3A275611/datastreams)) de dispositifs de chauffage de proximité s’est tenue dans bureaux de la faculté LOCI et de l’institut LAB de l’UCLouvain, en décembre et janvier 2023. L’objectif est de démontrer qu’il est possible de maintenir la satisfaction des occupants tout en abaissant les températures intérieures des espaces de travail, grâce à l’utilisation de systèmes de correction thermique individuels. Cette expérience s’inspire bien entendu de la démarche Slowheat.

Démarche

L’expérience fait appel à des volontaires, qui reçoivent un « kit » de solutions chauffantes. En échange, ils s’engagent à chercher à moduler la température de leur bureau (a priori à la baisse) jusqu’à trouver leur point d’équilibre. Ont répondu à l’appel 34 personnes (24 femmes pour 10 hommes), certains disposant de leur propre bureau, d’autres partageant un même espace.

Le matériel suivant a été proposé aux participants:

Un chauffe-main de 115 Watt
Un dossier de chaise chauffant de 60 Watt
Un panneau chauffe pied de 85 Watt

La sélection du matériel s’est basée, principalement, sur la disponibilité, le coût, et le présence d’un moyen de contrôle dans le temps de l’apport de chaleur (auto-stop), de façon à limiter les risques de surconsommation d’énergie.

Températures d’ambiance

Des enregistreurs de température ont été placés dans les bureaux des participants. Les résultats présentés ici ne couvrent que les heures d’occupation. Dans la moitié des locaux environ, les relevés montrent une température sensiblement inférieure à la cible institutionnelle de 19°C. Dans l’autre moitié, les températures sont relativement proche de cette cible. Selon les déclarations des participants dans les locaux les plus froid, cette chute de température est bien due à leur action sur les vannes thermostatiques. Il sont plusieurs à avoir complètement coupé le chauffage. Notons cependant que les locaux adjacents, couloirs, etc… restaient chauffés, ce qui assure une apport thermique de base.

Distribution des températures intérieures entre le 1 décembre et le 20 janvier, en période d’occupation,
dans les différents bureaux des participants.

Confort thermique

Des questionnaires remplis à intervalles réguliers permettent d’avoir une idée de la satisfaction des participants. Ceux-ci montrent pendant l’expérience une perception de l’ambiance plus centrée sur la neutralité (« ni trop chaud ni trop froid ») que lors de la période de référence avant expérience.

Distribution des réponse à la question « Comment décririez-vous, au moment de remplir ce questionnaire,
l’ambiance thermique à votre poste de travail ? », sur une échelle allant de -3 (très froid) à +3 (très chaud), avec un neutre à 0.

Ils montrent aussi une augmentation sensible de la satisfaction thermique pendant l’expérience.

Distribution des réponse à la question « Comment jugez-vous l’ambiance thermique à votre poste de travail ? »
sur une échelle allant de 1 (très insatisfaisant) à 6 (très satisfaisant), sans possibilité de réponse neutre.

Avis sur les dispositifs de correction thermique

L’enquête révèle une disparité importante de satisfaction vis-à-vis des différents dispositifs de correction thermique distribués. Si le chauffe-main fait l’unanimité, le dossier de chaise présente un résultat plus contrasté tout en restant très majoritairement apprécié, alors que le chauffe-pied est unanimement jugé insatisfaisant.
Ce tableau résume les avantages et inconvénients de ces différentes solutions :

Dispositif	Avantage	Inconvénient
Chauffe-main	peu encombrant Efficace Sensation de chaleur immédiate Chaleur ressentie au-delà des mains	Parfois jugé trop puissant ou insuffisamment modulable en température Odeur de plastique chaud lors des premiers usages En cas de grand froid (12°), jugé efficace pour les paumes et poignets ,mais inefficace pour le haut des main. L’apport de chaleur sous un laptop pose question sur le bon fonctionnement de celui-ci
Dossier et assise chauffants	Puissant, rapide et efficace. « Parfait quand il fait entre 16-17,5°C » Apport de chaleur au niveau du dos apprécié	Fil encombrant Jugé parfois trop puissant, même en puissance minimale Contraste trop important de ressenti entre la position assise et lorsque l’on se relève, ou entre le dos et les extrémités du corps Apport de chaleur au niveau de l’assise pas toujours apprécié, et pose de question de santé à terme (apport de chaleur sur la zone génitale)
Chauffe-pied	Néant	Très souvent jugé non nécessaire Peu efficace lorsqu’utilisé : trop faible sensation de chaleur Cable au sol encombrant

Conclusions

L’expérience confirme le potentiel des systèmes de correction thermique individuels. Ceux-ci peuvent effectivement augmenter la satisfaction individuelle et, dans certains cas, garantir celle-ci dans des conditions « hors normes ». En effet, les participants sont plutôt d’accord avec les affirmations selon lesquelles :

les dispositifs de correction proposés sont en mesure de corriger une situation de départ inconfortable, et
ceux-ci permettent de réduire les températures sans perte de bien-être.

Cependant, il apparait également que pour une partie non négligeable des participants, ces dispositifs n’ont pas permis de réduire la température. Ils ont alors servi de moyen d’améliorer la satisfaction dans les ambiances telles que prévues par la régulation centralisée (entre 18 et 20°C).

Il serait donc abusif, sur base de cette seule expérience, de présenter les systèmes de correction thermique comme une panacée permettant de réduire de façon centralisée les températures cibles.

Posted By : geoffrey.vanmoeseke 29 Nov, 2023

Réduction des températures intérieures à Malmédy

Vue sur le monastère de Malmedy — Monastère de Malmedy, siège, entre autres, de l’administration communale

Durant l’hiver 2023, face à l’augmentation du prix de l’énergie (le prix au MWh est passé de 42.63€ en 2022 à 64.44€ soit une augmentation de 52%), l’administration communale de Malmédy a fait un effort de réduction des températures intérieures. Voici leur retour d’expérience.

Cas d’étude

Le bâtiment du monastère, situé à Malmédy, est une ancienne abbaye dont la construction date du XIIIème siècle, mais donc les bâtiments actuels sont du XVIIIème. La commune l’utilise pour diverse fonctions : bureaux, salles de réception, musée,…

La commune a déjà mis en oeuvre divers travaux d’amélioration de la performance énergétique, notamment des remplacement de châssis et la fermeture du cloître par une verrière. La qualité patrimoniale du site complique cependant les interventions.

L’installation de chauffage présente des circuits séparés pour les différentes fonctions du bâtiment, avec régulation par vannes thermostatiques et alimentation par des chaudières gaz de 250 kW. Selon un audit réalisé en 2023, reprenant les factures de l’année 2021, les consommations du bâtiment sont de 114 MWh/an d’électricité et 740 MWh/an de gaz, pour un coût d’environ 24 000 et 31 000 EUR/an respectivement.

Démarche

La commune a invité le personnel à vérifier le réglage des vannes thermostatiques en visant une position « 2.5» . Celle-ci correspond normalement à une température de l’ordre de 19C°. Des affiches ont été apposées pour sensibiliser le personnel.

Aucune autre action n’a été prise au niveau de la régulation. C’est donc bien une démarche volontaire des participants, dans un contexte de crise énergétique.

Affiche de sensibilisation — Affiche apposée par la commune de Malmedy dans les locaux du monastère

Aider les plus sensibles

Pour ceux souffrant du froid, l’administration a mis à disposition des dispositifs de chauffage de proximité sous la forme de 35 sous-main chauffants, pour 65 employés. Ceux-ci ont une puissance maximale de 80W et deux positions de réglage, qui leur permettent de monter à 35 ou 60°C au choix de l’utilisateur. L’objectif est de chauffer les poignets par contact et les mains par rayonnement, car il s’agit d’une des zones les plus sensible du corps, et souvent la première à s’engourdir lors du travail de bureau en ambiance fraîche.

Sous-main chauffant — Exemple de sous-main chauffant

Résultats

Suite à la compagne de sensibilisation, les occupants ont réduit les températures d’environ 1°C en moyenne. Cela a permis une économie de 57.168 kWh soit une diminution de 9%. Puisque les 2 hivers sont comparables, l’abaissement de température expliquent donc cette diminution.

Au final, une économie de près de 3500 EUR par an pour la ville. Cela couvre très largement le prix d’achat (environ 15 EUR pièce) et les consommations des tapis chauffants. Celle-ci peut en effet être estimée à :

80W (au maximum)
6 heures par jour
150 jours par an
= 80*6*150 = 72 000 Wh/an, ou 72 kWh/an
un kWh électrique à environ 40 centimes d’euro,
soit une trentaine d’euros par an et par sous-main, avec des hypothèses très défavorables.

Au niveau ressenti, le responsable énergie de la commune n’a relevé aucune perte de confort :

« Il n’y a pas eu de perte de confort dû à la baisse de T°. Que du contraire, puisque les tapis sous-mains chauffant ont même augmenté le confort des personnes les plus frileuses. »

Posted By : Gregory Leonard 25 Oct, 2022

Slowheat à l’école des Bruyères

Vidéo

Objectif

Slowheat est une démarche inspirée du projet éponyme (www.slowheat.org) visant à assurer le confort thermique tout en réduisant les températures d’ambiance. Il se base sur différents principes, tels que le chauffage de proximité, la négociation des conditions d’ambiance, l’habituation progressive au froid léger, etc. L’expérience menée ici vise à identifier dans quelle mesure ces principes sont applicable dans une salle de classe.

Il s’agit donc d’équiper les enfants et animateurs en dispositifs de chauffe alternatifs et lowtech, mais aussi, par différents ateliers, de rassurer et outiller relativement au froid et capacités d’actions face à celui-ci. Grâce à cela, les classes pourront abaisser progressivement les températures d’ambiance et se tourner vers les solutions alternatives. Les questions centrales étant : jusqu’à quelle ambiance est-il possible de descendre, qu’est ce qui facilite cette diminution de température, et qu’est ce qui la freine ?

Description de l’école

L’école des Bruyère est une école primaire et maternelle, libre, subventionnée, non confessionnelle qui se réclame de la pédagogie Freinet. Elle est implantée à Louvain-la-Neuve depuis 1976 et occupe 3 bâtiments abritant chacun 6 à 8 classes et un bâtiment administratif. L’expérience est menée dans la “maison haute” qui regroupe les dernières années primaires, et concerne deux classes de 6P. En voici les caractéristiques :

Volume 2 504 m³ ;
Surface de déperdition 1 222 m² ;
U moyen de l’enveloppe : 0.8 W/m²K, pour un niveau K56 (en comptant 5 % de nœuds constructifs).

Le bâtiment concerné date de 1976 et a subi différentes rénovations : remplacement des chaudières en 2007, remplacement des vitrages et châssis en 2010, relighting en 2011, isolation des bardages et toitures en 2017. La consommation moyenne de gaz de l’école est de 87 kWh/m²an.

Les compositions de parois actuelles sont les suivantes :

Paroi de brique : 0.29 W/m²K.

Bardage fibrociment : 0.24 W/m²K.

Toiture inclinée isolée par 20 cm de laine de roche 0.035 W/mK : 24 W/m²K ;
Plancher sur sol non isolé : 0.39 W/m²K ;
Double vitrage SGG Climaplus Ultra N de 1.1W/m.K , pour un U_W estimée à 1.76 W/m²K.

Les classes ne sont pas équipée de système de ventilation.

Il n’y a pas de thermostat d’ambiance dans la maison haute. Les chaudière sont pilotées par la température du bâtiment administratif, une consigne de 20°C, des vannes thermostatiques et un horaire :

Jours	Ecole des Bruyères LLN Maison basse	Ecole des Bruyères LLN Maison commune	Ecole des Bruyères LLN Maison haute	Ecole des Bruyères LLN Maison maternelle
Lundi	4h30-14h30	6h00-22h30	4h30-17h00	6h00-22h00
Mardi	5h30-14h30	7h00-16h30	6h00-17h00	6h00-22h00
Mercredi	5h30-11h00	7h00-15h30	6h00-15h00	6h00-22h00
Jeudi	5h30-14h30	7h00-16h30	6h00-17h00	6h00-22h00
Vendredi	5h30-14h30	7h00-16h30	6h00-17h00	6h00-22h00
Samedi-Dimanche	7h00-7h10	7h00-7h10	7h00-7h10	6h00-22h00

Etape 1 : Présenter le projet aux parents, enfants et animateurs

L’idée de l’expérience a été discutée avec les animateurs de 6^ème primaire dès l’année scolaire précédente. Il s’agissait de s’assurer de leur motivation, et de permettre la meilleure intégration possible de la démarche dans leur dispositif pédagogique.

Les parents ont été mis au courant mi-septembre, lors de la traditionnelle réunion de rentrée rassemblant les deux classes de 6^ème : une courte information et l’ouverture à des questions ou commentaires. Vu le contexte de crise du prix de l’énergie, la proposition a été bien acceptée. Aucune crainte n’a été formulée : il a été bien expliqué qu’il ne s’agit pas d’avoir froid, mais d’essayer de se « réchauffer autrement ».

Enfin, les enfants des deux classes ont été rassemblés pour leur présenter l’idée, et répondre à toutes leurs questions. L’animation a durée 1h30 environ. Aucune inquiétude particulière n’est ressortie. Au contraire, les questions ne remettaient pas du tout en cause la démarche, mais en questionnaient la motivation :

Quel est le lien entre cette action et la pollution ? Et nous voilà partis pour une explication hyper rapide de l’effet de serre et du changement climatique.
Le rapport avec la couche d’ozone ? Aucun…
La motivation financière de la démarche ? Partager un ordre de grandeur du coût du chauffage dans l’école, et les interroger sur le coût chez eux. Certains enfants connaissaient assez précisément la facture de gaz mensuelle de leur habitation ! Signe que les questions de chauffage et du coût de l’énergie sont discutées dans les foyers.

Les enfants ont directement réagi avec beaucoup d’idées et de partages d’expérience (chez moi, on fait comme ça… chez untel, il y a tel système qu’on pourrait essayer… ). L’occasion d’expliquer aux enfants comment fonctionne, dans les grandes lignes, une installation de chauffage. Et de partir à la chasse au trésor, enfin, à la chaudière, en suivant les conduits de chauffage (les plus débrouillards ont vite regardé sur le plan d’évacuation incendie, ou repéré la cheminée). Petite visite de la chaufferie pour en présenter les principaux organes, et réaliser qu’elle tourne, malgré des températures encore élevées (plus de 20°C en fin d’après-midi).

Suite à cela, passage obligé : le formulaire de consentement et gestion des données (RGPD oblige). A signer par les enfants et les parents.

Etape 2 : Brainstorm

Mi-octobre, les enfants des deux classes ont pris part à des brainstorms par groupes de 4, pour rassembler le plus d’idées de réponses possibles à la question « Comment être bien s’il fait froid en classe ? ». Les réponses ont ensuite été mises en commun, parcourues ensemble, expliquées lorsque c’était nécessaire, et classées en différentes catégories. Parmi celles-ci, une catégorie « idées exclues » établie d’autorité par les animateurs du projet, essentiellement pour extraire celles présentant des risques de blessure ou incendie. Voici le tableau exhaustif des idées des enfants (les idées similaires mais exprimées différemment ont été regroupées par soucis de clarté) :

Catégorie		Idée		Occurrence
Aménagements de la classe
	Un radiateur électrique, un poêle à pellets, une plaque chauffante sur le mur ou le toit ou entre les places, des citrouilles chauffantes… bref une source de chaleur dont on peut s’approcher.		9
	Transformer quelques tables en kotatsu (table chauffante japonaise).		4
	Une « cabane de couettes » : le coin cosy où on peut être bien.		2
	Garder une pièce chaude où aller se réchauffer (l’atelier attenant à la classe ?).		2
	Mettre des tentures sombres aux fenêtres.		1
	Des tapis dans la classe.		1
	Quelques chaises chauffantes.		1
	Un tapis chauffant.		1
	Placer des boudins de porte contre les courant d’air.		1
Activité à faire et/ou organiser ensemble
		Boire de l’eau chaude, du thé, de la soupe, du chocolat chaud.. et donc s’organiser pour en avoir à disposition.		19
		Faire en classe du sport, du yoga, des massages, une danse du matin, bouger, danser, sauter,… ensemble toutes les X minutes.		16
		Mettre de la musique pendant les activités (pour se trémousser chacun sur son banc), chanter et danser en travaillant.		3
		Se faire des câlins.		1
		Faire des balades en vélo.		1
		Crier pendant une minute.		1
		Avoir plus de collations.		1
Mouvement, action à faire seul.e
		Bouger ses jambes sous la table, se frotter les mains, se frictionner, se lever.		7
		Venir à l’école à vélo pour avoir chaud en arrivant, courir à la récréation.		3
		Se déplacer pour se mettre au soleil lorsqu’il pénètre en classe, ou s’approcher du radiateur lorsqu’il fonctionne.		3
		Manger chaud à midi (mais il faut pour cela de quoi réchauffer nos repas).		2
		Penser qu’on a chaud.		1
		Se laver les mains à l’eau chaude après la récré.		1
		Se souffler dans les mains.		1
Objets à avoir à disposition en classe (et donc à partager) – hors vêtements
		Une armoire à coussins, un bac à couvertures.		15
		Des bouillotes électriques ou à noyaux cerise, ou des pierres chaudes (mais il faut un micro-onde).		8
		Avoir un pédalo sous sa table ou un vélo d’appartement en classe.		7
		Un objet chauffe-main qu’on peut manipuler, peut-être posé sur la table.		5
		Des coussins chauffants, couvertures chauffantes électriques.		4
		Des isolants pour les pieds.		1
		Un sèche cheveux.		1
		Des casques chauffant (type coiffeur).		1
		Des peluches, doudous.		1
Vêtement à avoir à disposition en classe
		Des vêtements très chauds à disposition (doudounes, combi de ski, écharpes, sacs de couchage,…).		4
		Des vêtements XXL à mettre à deux.		2
		Des vêtements chauffants électriques.		2
		Des chaussons chauffants.		2
Habitudes vestimentaires que chacun peut prendre
		Multiplier les couches (triple paire de chaussettes, collant sous le pantalon,…).		8
		Couvrir les extrémités : bonnets, moufles, chaussettes en classe.		6
		Garder ses vêtements d’extérieur en classe.		4
		Vêtements en laine, pulls tricotés par mamy.		3
		Choisir des vêtements sombres (absorbent la chaleur).		1
		Souffler sous son t-shirt.		1
		Une combinaison de plongée sous ses vêtements.		1
Idées exclues car dangereuses, hors propos, ou inadaptées
		Faire un feu, un barbecue, cuire des marshmallows ou des frites.		8
		Se faire mal, se stresser, tomber malade, s’étouffer.		5
		Mettre 3 personne par banc, se serrer (ingérable selon les animateurs).		2
		Avoir des chats ou des moutons, un ours, des poules dans la classe (voir sur les genoux).		3
		Courir en classe.		2
		Chauffer la pièce avec des panneaux solaires.		2
		Bouillottes à eau bouillante.		1
Idées farfelues, blagues
		Réfléchir, se chauffer le cerveau avec des math.		6
		Se renverser de l’eau glacée sur la tête.		1
		Prendre des bains à 3 en classe, aller dans un jacuzzi.		2
		Etre nu.		1
		S’enterrer.		1
		Glisser ses mains sous les bras d’un autre.		1
		Verser de l’eau chaude sur les chaises.		1
		Une machine « qui absorbe le froid ».		1
		Planter un arbre pour qu’il y ait plus d’êtres vivants qui chauffent la pièce.		1

De cette liste impressionnante (197 idées, dont 159 sont « valables »), nous retenons pour l’étape suivante les 8 pistes suivantes, dont 6 concernent directement la classe, son aménagement et son organisation, et 2 relèvent plus de l’action individuelle. Ces pistes rassemblent l’essentiel des idées des enfants, toute permettant de leur donner un cadre et des étapes de travail claires. Les six premières sont développées en détail dans l’étape 3 :

Avoir des moments pour se réchauffer ensemble en classe par le mouvement.
Avoir la liberté de bouger seul dans son coin.
Avoir des collations chaudes.
Avoir des objets et vêtements chauds à disposition.
Modifier l’agencement de la classe pour y trouver des coins confort.
Pouvoir garder en classe ses vêtements d’extérieur.
Profiter des moments en extérieur (récréation, arrivée le matin) pour être actif et avoir chaud en entrant en classe : courir, venir à vélo, …
Quelques conseils de bonne pratique individuelle.

Lors du debriefing avec les enseignants, la question du partage d’équipements a été abordées. A l’évidence, il n’est pas possible d’équiper toutes les tables de systèmes chauffant, ni de mettre à disposition de chaque enfant des équipement de confort : trop de logistique, trop d’investissement,… Le partage des moyens à disposition sera donc central dans la bonne marche de l’expérience. Le partage est une pratique qui s’apprend et s’entraine.

L’histoire, la personnalité de chaque groupe classe est différentes sur ce point. Dans une des classes la question du partage (et de la différence entre égalité et équité) est centrale dans l’animation du groupe. Mais partager un luxe ou un plaisir, comme s’assoir dans le divan plutôt que sur une chaise, n’est pas la même chose que partager un objet répondant à un inconfort. Dans l’autre classe, cet aspect est bien sûr travaillé, mais moins en première ligne, et certains enfants ont des réflexes « territoriaux » assez marqués. Un groupe n’est pas l’autre et les dynamiques de partage seront intéressantes à observer dans les deux cas.

Etape 3 : S’équiper

Les différentes pistes imaginées avec les enfants impliquent des étapes de préparation et réalisation pour se concrétiser.

En détail, piste par piste :

Piste 1 : Avoir des moments pour se réchauffer ensemble en classe par le mouvement

Danse, massage, yoga, pogo,… beaucoup de mouvements peuvent être imaginés. La difficulté est de les organiser et de les rendre compatible avec l’activité scolaire. Quelques principes de base :

Il ne faut pas nécessairement que ce soit long. Quelques minutes tout au plus. Mais peut-être à faire plusieurs fois dans la journée.
Il ne faut pas non plus nécessairement, pour que ce soit efficace, impliquer un déplacement : des mouvements sur places, accompagnés de sautillements, peuvent parfaitement suffire.
Il faut néanmoins un niveau d’activité suffisant. LE but est de générer de la chaleur au sein du corps. Des postures de yoga, ou autres exercices d’étirement, seront donc peu efficaces.
Des mouvements qui dirigent le sang vers les extrémités du corps sont par contre à privilégier. Par exemple une rotation du tronc, bras écarté, pour « pousser le sang vers les doigts ».
Nous ne sommes pas tous à l’aise dans notre corps. Il faut insister sur le fait que ce n’est pas un cours de gymnastique, mais un moment de mouvement proposé (non imposé), sans jugement.
Le mouvement peut s’intégrer dans une stratégie d’apprentissage, une pédagogie .…

Pratiquement, les étapes pour avancer sur cette piste sont :

Choisir en classe comment on pratique ce mouvement : chacun le sien ? En suivant un leader ? Selon une routine ? C’est à fixer à l’avance pour éviter les moments de confusion.
Définir une durée : un chronomètre peut être utile. Partir sur une durée réduite : 30 secondes à une minute, pour ne pas laisser l’excitation prendre le dessus. A l’usage, voir s’il est utile de faire plus.
Quand : a priori, c’est inutile (d’un point de vue confort thermique) en arrivant en classe le matin ou après une récréation, car les enfants auront déjà eu l’opportunité de bouger. Le moment de transition entre deux activités d’apprentissage parait pertinent a priori. Le moment de mouvement peut participer au passage d’attention d’une activité à l’autre.

Matériel nécessaire : a priori rien (partant du principe que chaque enseignant a un chronomètre sur son smartphone). Éventuellement un fond musical ?

Mise en œuvre à l’école des Bruyères ? Les enfants sont demandeurs d’une « danse de matin ». Elle se mettra donc en place. Cela contribuera-t-il au confort thermique ? Peut-être un peu, mais ce ne sera pas l’objectif central.

Piste 2 : Avoir la liberté de bouger seul dans son coin

On pourrait a priori classer cette piste parmi celles à mettre en pace « chacun pour soi », mais le mouvement de l’un peut générer la gêne de l’autre. Il faut donc réfléchir à quelques balises.

Bien sûr, chacun peut se frictionner les mains, bouger une jambe,… sans gêner ses voisins, sauf si cela génère du bruit ou une vibration. Des patins à glisser sous les pieds de chaises pourront peut-être suffire dans ce cas. Les travaux étudiant le mouvement en réponse notamment aux troubles de l’attention recèlent certainement des idées à reprendre.

Des mouvements de plus grande ampleur peuvent être souhaité : se lever, se déplacer, sautiller un peu sur place, ou changer de place pour une période plus ou moins longue… et renvoient aux règles de fonctionnement générales de la classe. Une discussion ou clarification de ces règles peut dont être utile, de façon à ce que chacun sache clairement à quels moment il n’est pas bienvenu de se déplacer.

Pratiquement, les étapes pour avancer sur cette piste sont :

Du côté de l’enseignant, reconsidérer les exigences et limites liées au mouvement des enfants, en partant du point de vue de l’élève ressentant le besoin de bouger ou de s’approcher d’une source de chaleur. Attention : une limite à ces mouvements aura des conséquences en cascades sur d’autres pistes (rendre impossible d’aller chercher un objet chauffant par exemple). Il faut donc trouver l’équilibre entre la nécessité de moments propices à la concentration et l’existence factuelle de moment de relâchement.
Avec la classe, clarifier les limites, et identifier les espaces de liberté.

Matériel nécessaire :

Des balles de tennis à éventrer pour amortir les mouvements des chaises ;
Quelques pédaliers de bureaux ?

Mise en œuvre à l’école des Bruyères ? Cela va s’intégrer dans les règles générales de la classe : le mouvement est permis s’il ne gêne pas la concentration des autres. Les animateurs expriment quelques craintes des animateurs sur un rôle de rappel de règles qui pourrait être trop lourd. La possibilité de sortir de la classe est par contre ouverte.

Piste 3 : avoir des collations ou repas chauds

A l’école des Bruyère, un système de collation collective est en place depuis longtemps. Les petites classes (voir les plus grandes, lorsque l’envie leur en vient) y ajoutent une tournante soupe : des thermos passent d’une famille à l’autre quotidiennement, à charge pour chacune de fournir 2 ou 3 litres de soupe réchauffée le matin à la maison. Le principe pourrait être élargit à d’autres boissons, plus consensuelles (tisanes par exemple). Ou laissé au choix de chaque famille. On évitera les boissons à préparer en classe telles que infusettes ou boissons lyophilisées. D’une part elles génèrent des déchets, d’autre part elles requièrent une eau à ébullition ou presque, ce qui ne sera pas possible avec des thermos.

Des alternatives sont possible, telles que fontaines à eau chaude, ou mise à disposition d’une bouilloire. Mais elles impliquent soit un coût important (les fontaines chauffantes), soit un risque de brûlure (les bouilloires).

L’idée d’un repas chaud (en l’absence de cantine organisée) implique de son côté l’accès des enfants à un micro-onde, avec les questions de sécurité que cela implique.

Pratiquement, les étapes pour avancer sur cette piste sont :

Organiser la corvée de vaisselle (à tour de rôle ? chacun le sien ?).
Organiser l’accès à cette boisson chaude. S’agit-il d’un moment institutionnalisé : tous les jours à la même heure ? Est-ce lié à la collation ou au repas ? Est-ce en accès libre ? Peut-on ramener un gobelet à sa table, avec les risques de renversement que cela comporte, ou identifie-t-on un endroit spécifique à cela ? A chaque classe de trouver son mode de fonctionnement, mais s’il s’agit d’un outil pour se réchauffer, notamment les doigts, le retour en classe après une récréation peut être pertinent.

Matériel nécessaire : quelques thermos, une collection de gobelets (éventuellement, chacun apporte le sien) et un espace de rangement pour ceux-ci.

Mise en œuvre à l’école des Bruyères ? Pas d’accord pour l’utilisation d’un micro-onde. Une collation tournante est déjà en place. Elle se verra complétée de quelques thermos à remplir d’infusion, de soupe,… selon l’humeur du jour.

Piste 4 : avoir de objets et vêtements chauds à dispositions

Des vêtements chauds à partager ? Mais pourquoi faire, si chacun est bien habillés à la base ? Oui mais… en cas de pluie ou de neige, les gants, bonnets et vestes ne pourront certainement pas être conservés en classe. Avoir quelques pièces à disposition peut donc être pertinent.

Quant aux objets chauffants, il posent une question spécifique : comment les recharger ?

Certains impliquent une alimentation électrique pour accumuler de l’énergie qui est ensuite stockée : il faut alors disposer de suffisamment de prises. En cas de raccordements sur des multiprises, vérifier que la puissance cumulée n’est pas trop importante !
Certains ne développement de la chaleur que branchés. Or, il est difficile d’imaginer que chaque table d’enfant soit équipée d’une alimentation électrique. A éviter donc, ou à limiter à des endroits spécifiques dans la classe.
Certains impliquent le passage par un micro-onde (bouillottes à noyaux de cerise par exemple). Un micro-onde peut-il être laissé à disposition des enfants ? Si oui, est-il accessible à tout moment, ou faut-il confier à un enfant la charge de chauffer les objets à l’avance ?
Il existe également des bouillottes qui se déclenchent par une action mécanique (« craquer » une pastille pour déclencher la réaction exothermique). Très pratique car elles permettent de différer le moment de charge de l’émissions de chaleur. Mais elles nécessitent néanmoins d’être rechargées, souvent dans de l’eau à ébullition. Difficile à imaginer en classe pour des raisons de sécurité. Mais si la décharge peut être contrôlée, il est envisageable que chacun la recharge chez soi.
Enfin, il existe en magasin de sport des chauffe-mains à usage unique, dégageant de la chaleur par le mélange de charbon actif et d’oxide de fer. Le côté non rechargeable, et dès lors la production de déchets, limite cela à une solution de secours. Pourquoi ne pas en avoir quelques-uns en classe, à n’utiliser que ponctuellement.

Pratiquement, les étapes pour avancer sur cette piste sont :

Organiser la recharge des objets chauffants : examiner entre enseignants la possibilité ou non d’avoir un micro-onde à disposition.
Organiser l’accès à des équipements : faut-il être prévoyant et s’en saisir en rentrant de récréation (mais alors, ne risque-t-on pas que certains en prennent « au cas où » sans les utiliser vraiment) ? peut-on se lever pour aller en chercher ? A n’importe quel moment ? Les règles, quelles qu’elles soient, doivent être claires.
Organiser le partage de ces équipements. A l’évidence, il faut préserver la simplicité dans la gestion, et limiter les situation de conflits. Avoir un nombre suffisant de pièces est donc utile, et une neutralité de ton et motifs peut aider. Prévoir un temps pour discuter de la gestion de ces conflits avec les enfants sera nécessaire, et fait partie de l’apprentissage de la vie en communauté.
Organiser le nettoyage régulier des vêtements mis à disposition et la recharge des objets chauffants. Un tour de rôle ? A quel rythme ?

Matériel nécessaire :

Tout type de survêtement chaud facile à entretenir : ponchos, plaids de taille adaptée, veste ou gilet, … A priori on évitera tout ce qui demande des nettoyages réguliers ou peut poser des questions d’hygiènes (gants, écharpes, bonnets, …). Attention aussi bien collecté auprès des familles de l’école,…
Un espace de rangement efficace.
Micro-onde ou stations de charge électrique pour les objets chauffants.

Mise en œuvre à l’école des Bruyères ? Un panier avec 10 plaids sera fourni à chaque classe, ainsi que 5 bouillottes à recharge électrique. Le tout sera en accès libre pour les enfants, à charge pour eux de gérer un partage équitable de ces équipements. L’entretien de tout cela sera fait une fois par an, par l’un des parents de la classe.

Piste 5 : Modifier l’agencement de la classe pour y trouver des coins confort

Si l’organisation des activités laisse suffisamment de liberté de mouvement aux enfants, un peut être intéressant d’avoir un « coin chaud » dans la classe. Celui-ci peut combiner un côté « doudou », grâce à un matelas au sol, un divan, des coussins,.. et une réelle fonction de chauffoir grâce à un panneau radiant électrique.

Plus original : transposer l’idée de la table chauffante japonaise (kotatsu). Un élément chauffant, une pièce de tissus fixée autour de la table, et le tour est joué. Difficile d’imaginer équiper toutes les tables, mais une ou deux permettent de tester le concept, avant de l’adopter.

Pratiquement, les étapes pour avancer sur cette piste sont :

Faire un plan de l’aménagement.
Collecter le matériel (récupération principalement).
Un atelier bricolage avec quelques parents ?

Matériel nécessaire :

Panneau radiant IR à grande longueur d’onde : max 400 W, car le but n’est pas de chauffer le local, mais bien uniquement ce coin confort. Éviter tous les systèmes basés sur des lampes halogènes, qui montent haut en température et présentent un risque d’incendie.
Lampe pour kotatsu. Choisir un système avec un contrôle déporté pour ne pas devoir se glisser sous la table pour l’allumer. Les systèmes en vente sur internet sont typiquement de l’ordre de 600 Watt, ce qui semble beaucoup. Il existe également des plaques chauffantes conçues pour se coller sous des bureaux ouverts, qui font de l’ordre de 150 Watt. A tester. Pour le tissus, inutile d’aller vers des housses rembourrée. Une pièce de tissus un peu lourd suffira à bloquer la chaleur sous la table.
Pour tout équipement électrique : une prise avec timer pour éviter les surconsommations électriques, ainsi qu’une allonge électrique.
Un divan ou sommier de lit avec matelas, ou pouf,… selon disponibilités.
Quelques coussins, un plaid…

Mise en œuvre aux Bruyères ? Deux pistes sont testées : un panneau radiant de 360 Watt est accroché à l’un des mur de chaque classe, et deux tables sont transformées en kotatsu, chacune étant équipée d’une pièce de tissus pour la fermer et d’un élément chauffant de 150 Watt. Le tout est contrôlé par des pises avec compte à rebours, pour éviter les surconsommations électriques . Ces équipements sont à dispositions, à charge pour les enfants de gérer un accès équitable.

Piste 6 : Pouvoir garder en classe ses vêtements d’extérieur

Du pur bon sens : si nous sommes suffisamment habillés pour supporter les températures extérieures, pourquoi n’en serait-on pas capable à l’intérieur ?

Évidemment, la pluie pose problème : inenvisageable de garder des vêtements mouillés. Mais lorsqu’il fait sec, quel est le problème à garder une écharpe ou un bonnet, voir une veste à l’intérieur ? Il s’agit de conventions sociales, d’habitudes, de bienséance. Mais ces conventions peuvent évoluer.

Pratiquement, les étapes pour avancer sur cette piste sont :

Ouvrir une discussion entre enseignant sur les règles tacites ou explicites liés aux tenues vestimentaires. Le cas échéant, adapter le règlement d’ordre intérieur de l’école.

Matériel nécessaire :

Aucun

Mise en œuvre aux Bruyères ? La seule limite posée relève plus de l’attitude que du vêtement. Un enfant ne doit pas chercher à s’isoler. Les capuches ne sont donc a priori pas acceptées. Un bonnet par contre ne pose pas de problème.

Etape 4 : construire le dispositif de recherche

Le relevé de température se fait, dans chaque classe, avec des sonde enregistreuses qui collectent la température de l’humidité ambiante, et la température au niveau du radiateur, pour détecter son enclenchement. La température extérieure n’est pas mesurée sur site, mais relevée en ligne. L’ensemble des données est collectée sur base horaire, ce qui suffisamment fin pour comprendre la dynamique des ambiances. L’observation des premiers résultats a été l’occasion de parler avec les enfants des représentations de données en graphique.

La perception des ambiances et mesurées par deux questions classiques des études de post occupancy evaluation (POE), l’une portant sur la perception de l’ambiance et l’autre sur la satisfaction par rapport à celle-ci.

En ce moment, je trouve que l’ambiance de la classe est (coche une case) :

Très froide	Froide	Fraîche	Ni chaude, ni froide	Tiède	Chaude	Très chaude

En ce moment, je trouve que cette ambiance de la classe est (coche une case) :

Très insatisfaisante	Insatisfaisante	Légèrement insatisfaisante	Légèrement satisfaisante	Satisfaisante	Très satisfaisante

Le niveau d’habillement est estimé sur base d’une grille dans laquelle les enfants et animateurs pointent le type et le nombre de pièces d’habillement.

En ce moment, en classe, je porte sur moi …
(coche tout ce que tu portes. Si tu as plusieurs fois le même vêtement, indique un nombre. Par exemple, si tu as 2 pulls l’un sur l’autre, indique 2 côté de pull :

Tête
Bonnet
Echarpe
Cache-oreille
Rien

Mains
Gants
Mitaines
Rien

Pieds
Chaussettes fines
Chaussettes de sport
Chaussettes en laine
Pantoufles

Haut du corps
Tshirt manches courtes
Tshirt manches longues
Pull

Bas du corps
Short
Collants
Pantalon

Ces indications sont ensuite traduites en une valeur CLO indicative, sur base de la grille ci-dessous. Une valeur forfaitaire est ajoutée pour les sous-vêtements. Vu le caractère succinct du questionnaire et l’incertitude sur les valeurs attribuées à chaque pièce de vêtement (elles sont inspirées de la norme ISO 7730 , mais les tissus et coupes sont-ils les mêmes ?), ces valeurs CLO sont à interpréter comme marqueurs d’une évolution entre les différents moments de réponse à l’enquête, plutôt que comme mesure d’un niveau absolu.

Pièce d’habillement	(m2.K)/W
Bonnet	0.03
Echarpe ou tour de cou	0.04
Cache-oreille	0.015
Gant	0.05
Mitaine	0.05
Chaussettes fines	0.05
Chaussettes épaisses	0.075
Chaussettes laine	0.1
Pantouffle	0.03
Long	0.12
Court	0.09
Pull	0.3
Thermique	0.35
Short	0.15
Collant	0.15
Pantalon	0.25
Slip	0.04
…	…

L’enquête est replie une première fois avant le début de l’expérience, à titre de référence, puis toutes les semaines au minimum.

Etape 5 : l’expérience en P6B

L’expérience est lancée dans une première classe (P6B) le lundi 5 décembre.

Cette classe n’avait pas encore été chauffée : elle se situe sous les toits et bénéficie de ce fait d’une meilleure isolation que d’autres locaux, ainsi que des transferts de chaleur depuis les autres classes. Elle n’a pas non plus été chauffée durant le mois de décembre durant lequel l’expérimentation s’est faite, malgré des températures atteignant parfois 17°C à l’arrivée le matin.

On voit assez nettement sur le graphique de température que malgré l’absence de chauffage, la température remonte tous les jours, sous l’effet conjugué des autres locaux et de l’apport de chaleurs des enfants eux-mêmes : tous ensemble, ils représentent près de 2 000 Watt, soit l’équivalent d’un radiateur de taille moyenne. Néanmoins, il y a un abaissement progressif de la température, en particulier lorsque les conditions extérieurs sont passées sous zéro : on a là plusieurs degrés de différence entre les deux classes. Remarquez la différence de comportement entre les deux classe durant les week-ends : la classe P6A descend rapidement largement sous les 15°C, alors que la classe P6B ne descend que lentement en température.

Température dans le classes en décembre 2022.

Plus rigoureusement, voici les distributions de températures observées dans la classe (pendant les heures d’occupation) en décembre, ou dans le mois qui précédait l’expérience : on passe d’une ambiance très stable entre 19,1 et 19.8°C (moyenne 19,4), avec des extrêmes à 17,5 et 20,6°C, à une ambiance plus fraiche et plus variable, entre 17,2 et 18,6°C (médiane 17,9°), avec des extrêmes à 14,76 et 21,9°C. Cet abaissement est plus limité qu’attendu avant la prise de mesure. Il sera intéressant de comparer les résultats entre les classes, vu leur profil thermique différent.

Les graphiques suivants montrent les résultats des enquêtes. La première valeur est collectée avant le début de l’expérience. Les suivantes pendant l’expérience :

La perception de l’ambiance a peu varié au fil du temps (-3 = très froid, 3 = très chaud). Un léger abaissement le 7 décembre, pour une température intérieure à ce moment de 19°C… contre 17.7 le 13 décembre. Signe d’une habituation ?

Satisfaction (1 = très insatisfait, 6 = très satisfait) : extrêmement stable au fil du temps.

Habillement : une légère tendance à s’habiller plus chaudement, ce qui n’est pas surprenant vu la chute des températures extérieures. Mais rien de très significatif. A noter cependant que ce calcul ne tient pas compte de l’utilisation des plaids et bouillotes…

Fin décembre, un debriefing est fait avec les enfants. Les différents dispositifs ont été discutés. Il ne ressort que :

Le panneau chauffant et les tables chauffants n’ont pas eu beaucoup de succès. Si les tables sont appréciées par les élèves qui s’y installaient, il n’y a pas eu beaucoup de demande pour les partager. Le panneau chauffant n’a, lui, quasiment jamais été allumé. Ce matériel sera donc passé à la classe P5B, faute d’usage pour ce groupe-ci.
La collation chaude a un succès fou. Généralement prise après la récréation du matin ou de midi, elle est presque tous les jours constituée d’infusions, les soupes étant plus rares (car moins consensuelles en termes de goût ou plus lourdes à préparer pour les parents ?). La distribution est assurée par les enfants, de même que la vaisselle. Chaque enfant ayant un bol attitré et identifié, chacun est responsable de son matériel.
Les plaids et bouillotes font l’unanimité également. La charge des bouillotes est assurée à tour de rôle par un enfant le matin. Elles sont ensuite à disposition, sans organisation particulière. Cette façon de faire a occasionné quelques difficultés de partage. Sans aller jusqu’à des conflits entre enfant, il y a eu des frustrations d’arriver trop tard, et d’estimer que certains s’en attribuaient systématiquement. Les plaids n’ont pas provoqué les mêmes difficultés. A noter que certains enfant ont apporté leur propre pièce de tissus. Faut-il donc augmenter le nombre de bouillottes ? La position de l’animateur à ce stade est plutôt de continuer avec le fonctionnement actuel, en incitant les enfants ressentant de la frustration à l’exprimer et le groupe à trouver des modus vivendi adéquats.

Enfin, à la question « de prolonger l’expérience ou de revenir à la situation initiale ? « , il y a eu unanimité pour continuer cette nouvelle façon de fonctionner en classe. Vu la vague de froid rencontrée, et franchie sans difficultés mi-décembre, il n’y a pas de raison de croire que le chauffage soit rallumé de sitôt dans cette classe.

Etape 6 : l’expérience en P6A

L’expérience est lancée dans une première classe (P6B) le lundi 16 janvier.

Cette classe était chauffée depuis début décembre. Sa position sur dalle de sol et avec es murs relativement peu isolés fait qu’elle sensiblement plus vite sa chaleur que la classe de P6B, située sous toiture. Il en résulte une température de référence de l’ordre de 20°C. Suite au démarrage de l’expérience, les radiateurs ne seront plus utilisés. La baisse de température est assez impressionnante, avec une stabilisation entre 15 et 17°C. Par comparaison, la classe de P6B, qui continue l’expérience de son côté, fluctue entre 17 et 19°C, avec un coup de chauffage inexpliqué les premiers jours de février. A noter malgré tout : une tendance es classes à suivre la température globale du bâtiment, comme en témoigne la remonte en température après le WE du 24 janvier : alors que l’eau des radiateurs reste froide, les classes récupèrent plusieurs degrés très rapidement.

Température dans les classes du 9 janvier au 13 février 2023.

Plus rigoureusement, voici les distributions de températures observées dans la classe (pendant les heures d’occupation) pendant l’expérience et, à titre de comparaison, en novembre-décembre : on passe d’une ambiance fluctuant entre 17,7 et 19,6°C (médiane 17,8, extrêmes 12,2 et 22,2), avec des matinées fraiches et montée progressive en température au fil de la journée, à une ambiance plus stable et froide, la plupart du temps entre 15,3 et 17,1°C (médiane 16,3°), avec des extrêmes à 12,2 et 19,4°C.

Les graphiques suivants montrent les résultats des enquêtes. La première valeur est collectée avant le début de l’expérience. Les suivantes pendant l’expérience :

La perception de l’ambiance a peu varié au fil du temps (- 3 = très froid, 3 = très chaud) : la médiane reste autour de la valeur neutre 0. Il est par contre intéressant de remarquer une légère élévation de l’appréciation (valeurs plus positives) avec le temps, alors que la température dans la classe diminue, étant de 18°, 18,2°, 15,4°, 15,9° et 16,7° respectivement au moment des différents votes. Signe d’une habituation ?

Satisfaction (1 = très insatisfait, 6 = très satisfait) : extrêmement stable au fil du temps. Une légère tendance à l’amélioration malgré tout.

Habillement : Pas d’évolution notable. A noter cependant que ce calcul ne tient pas compte de l’utilisation des plaids et bouillotes …

Fin décembre, un debriefing est fait avec les enfants. Les différents dispositifs ont été discutés. Il ne ressort que :

• Les tables chauffants ont eu plus de succès qu’en P6A. Probablement parce que la température est plus basse ici.

Le panneau chauffant par contre n’a pas été fort apprécié. Sa position semble avoir été inadéquate : pas assez bien orienté vers le fauteuil qui le jouxte pour profiter du rayonnement.
La collation chaude a autant de succès qu’en P6B. Ici aussi, chaque enfant a son bol attitré.
Les plaids et bouillotes font l’unanimité également. Peu de conflits de partagé sont signalés par les enfants. Quelques frustrations face à l’impression que ce sont tout le temps les même qui en profitent, ou lorsque le bouillotte que l’on met à charger est prise par quelqu’un d’autre. Mais aucun conflit n’a requis l’intervention de l’animateur.

Enfin, à la question « de prolonger l’expérience ou de revenir à la situation initiale ? », il y a eu unanimité pour continuer cette nouvelle façon de fonctionner en classe.

Etape 7 : Bilan énergétique

Les deux section précédentes montrent qu’il a été possible d’avoir un réel abaissement de températures tout en maintenant la satisfaction des enfants et animateurs dans ces deux classes.

ais quel est le bilan énergétique ?

Du côté des économies, si nous partons sur :

Une consommation de référence de l’école de 87 kWh/m²an.
Une réduction de température minimale de 1,5°, constatée en comparant les médianes avant et après expérience.
Une réduction de température maximale estimée en considérant une température de référence de 20°C, et un abaissement 3,5°C (températures médiane de 16,3 observée en P6A).
Un impact sur les consommation supposé à 10 % de réduction par degré en moins.

Nous arrivons à une économie potentielle variant entre 13 et 30 kWh/m²an, soit, pour des classes de 50m² environ, un bénéfice possible entre 650 et 1 500 kWh/an par classe.

Du côté des consommations, qu’en est-il ? Il n’a pas été possible de mesurer la consommation réelle des dispositifs chauffants installés (défaillance des mouchards installés). Mais évaluons ici leur consommation maximale :

Les bouillotes utilisées ont une charge de 0,4kWh. Nous en avons proposé 5 par classes. Considérons qu’elles sont utilisées de novembre à mars inclus, soit 18 semaines (hors congés), ou 90 jours. Cela nous fait au maximum un total de 90 jours * 5 bouillotes * 0,44 kWh = 198 kWh au maximum par classe. Une hypothèse plus réaliste, considérant que certains jours les bouillotes ne seront pas toutes utilisées et que la classe n’est parfois pas occupées (activités délocalisées,…) nous semble être 75 % de cette valeur, soit 150 kWh.
Les kotatsu n’ont été appréciés que dans une des classes. Faisons néanmoins le calcul « au pire ». Après une charge à 150 W, l’appel de puissance du matériel choisi se stabilise autour de 140 W. En comptant un usage maximaliste de 4 cycles de 3 h par semaine, 18 semaines, et deux appareils par classe, nous arrivons à 3*4*18*2*0,14 = 605 kWh/classe. Ici aussi, une hypothèse plus réaliste peut-être de considérer 75 % de cette valeur.
Le panneau chauffant n’ayant pas convaincu, nous ne le comptons pas ici.

Nous arrivons à une estimation de consommation entre 602 et 802 kWh/classe.

Le résultat est donc clair : malgré une consommation d’électricité non négligeable des équipements fournis (avec ici un calcul maximaliste !), le bilan en énergie finale est positif. Et ceci dans une école ayant déjà fait l’objet de certains travaux d’isolation. Ce résultat positif est cependant moins évident si l’on fait des conversions en énergie primaire ou en euros, car le transfert de consommations du gaz vers l’électricité sera défavorable aux équipements électriques … Sauf à considérer une production d’électricité renouvelable sur le site de l’école. Il est donc difficile à ce stade de présenter l’approche Slowheat en classe comme une évidence pour des économies financières. Une analyse plus fine des consommations réelles des équipements électrique doit être réalisée pour cela.

Piste pour de futures expériences : il semble que les kotatsus ont une consommation d’énergie importante, largement plus grande que celle des bouillotes, pour un résultat moins évident. De futures expériences gagneront donc à miser plus sur les bouillotes, ou à brider l’utilisation des kotatsus. Ainsi, chaque kotatsu consomme, selon nos hypothèses, autant que 7 à 8 bouillotes !

Posted By : Sylvie 4 Août, 2016

Régulation simplifiée au lycée La Retraite à Bruxelles

L’école

L’école La retraite qui accueille chaque jour près de 530 élèves à Bruxelles. On distingue deux bâtiments principaux : le plus ancien de 3 500 m² construit aux environs des années 1880 et un second de 940 m² construit en 1995. Ces deux bâtiments ont chacun un système de chauffage distinct. Le plus grand des deux, le plus ancien, avait un chauffage central au mazout qui a été remplacé par un chauffage central au gaz. Il fera l’objet de ce document.

Le programme PLAGE

En 2009, Bruxelles Environnement a lancé le programme « PLAGE écoles » ou Programme Local d’Action de Gestion de l’Énergie pour une durée de 4 ans.

Il s’agissait d’établir un cadastre énergétique des écoles de Bruxelles et d’aider un échantillon d’établissements à mettre en place une politique d’utilisation rationnelle de l’énergie et à se réapproprier la question énergétique, plus souvent « subie » que réellement « gérée ».

Cette mission consistait à définir une méthode centrée sur l’URE et à accompagner les acteurs dans cette démarche, sur quatre années.

Sur l’ensemble des écoles étudiées pour le réseau du SeGEC, seulement vingt ont été définies comme étant prioritaires, soit 10 % des implantations scolaires de ce réseau. Malheureusement, bien qu’il ait été auditionné, le lycée La Retraite n’en faisait pas partie. Il a pu cependant bénéficier d’un accompagnement et de conseils dans sa démarche de rénovation.

Description de l’ancienne installation

Schéma de principe de l’installation

L’ancienne installation de chauffage comprenait une chaudière à mazout unique et un réseau de distribution classique. Les corps de chauffe sont du type radiateur.

Schéma de principe de l’ancienne installation de chauffage du Lycée « La Retraite ».

À la production, on trouvait une chaudière au mazout de 450 kW avec un brûleur à deux allures.

L’installation était simple et la consommation relativement faible, mais au détriment du confort.

De plus, la chaudière, peu performante était en mauvais état et tombait souvent en panne. L’installation contenait de l’amiante. La citerne à mazout était ancienne et encombrante. Une odeur de mazout flottait dans les caves. L’impact environnemental était loin d’être idéal.

Il a donc été décidé de rénover la chaufferie.

Choix de la nouvelle installation

Une installation est traditionnellement pilotée au moyen d’une régulation numérique relativement complexe connectée à diverses sondes. Souvent des nouvelles installations sont calquées sur ce modèle complexe de régulation (cf. schéma ci-dessous).

Schéma d’une installation classique de chauffage avec production d’eau chaude sanitaire.

Dans les écoles, la mise en service d’une telle installation présente certaines inconvénients et difficultés.

Comment choisir un local témoin pour placer les sondes de compensation au Sud ? Dans les classes, la présence des élèves modifie rapidement la température de l’air. Dans le local témoin, cette température est détectée par la sonde qui agit sur les vannes mélangeuses. Mais, toutes les classes ne sont pas occupées en même temps de la même manière et ne demandent donc la même chaleur. La régulation est donc faussée.
La demande en eau chaude sanitaire n’est pas synchronisée avec la demande en chaleur. Elle existe également en été. Elle nécessite aussi temporairement de l’eau à une température plus élevée, ce qui n’est pas favorable au rendement des chaudières à condensation.
La régulation est complexe et peu intuitive (effet de boîte noire). Elle nécessite aussi des réglages en début de fonctionnement. Le chauffagiste sous-traite souvent cette régulation au fabricant… qui ne connaît pas bien le bâtiment. Les réglages risquent d’être mauvais, le rendement de l’installation ou le confort diminuent. Dans le pire des cas, la régulation finit par être mise en mode manuel avec toutes les conséquences néfastes que l’on peut imaginer pour le rendement.

Installation traditionnelle existante (conservée) dans le bâtiment de 1995.

Il a donc été décidé de réaliser une installation simplifiée possible grâce aux évolutions techniques apparues ces dernières années.

La préparation de l’eau chaude sanitaire sera réalisée par une production indépendante décentralisée.
Les radiateurs seront équipés de vannes thermostatiques.
La température de la chaudière sera modulée en fonction de la température extérieure (régulation climatique).
Des vannes à trois voies motorisées pour régler la température des boucles secondaires ne sont pas nécessaires.
Un seul circulateur à vitesse variable sera placé à la sortie de la chaudière. Il sera mis en fonctionnement par une horloge annuelle, pontée par un contact antigel et un bouton de dérogation pour gérer les imprévus. Le tout ne fonctionnera que si la température extérieure est inférieure à 15°C.
Le circuit primaire sera de type ouvert.
La chaudière à condensation sera capable de supporter un débit nul. Elle n’est mise en route que si le circulateur est en demande.

Il ne reste dès lors qu’à régler la courbe de chauffe de la chaudière et l’horloge du circulateur ainsi que la température extérieure qui l’enclenche. La conduite est simple et efficace.

Grâce aux vannes thermostatiques, la régulation est précise et spécifique à chaque local quels que soient son taux d’occupation, sa localisation, la température demandée et les conditions atmosphériques.

Schéma de l’installation de chauffage réalisée.

Les différents éléments

La nouvelle chaudière gaz à condensation de 400 kW.

La régulation très simplifiée intégrée à la chaudière explicite et facile à l’emploi.

Un seul circulateur à vitesse variable.

Circuit primaire de type ouvert avec le départ des différentes boucles de chauffage (pas de vanne à trois voies motorisée).
Les conduites sont correctement isolées.

Les nouvelles vannes thermostatiques de type « institution ».

Attention, lorsque la vanne est cassée, il n’y a plus de régulation.
Le circuit est entièrement ouvert et la pompe tourne.
(Dans les endroits où le risque de heurter la vanne est grand,
il est intéressant de placer celle-ci parallèlement au mur.)

Quelques chiffres (en 2010)

Coût des travaux

Raccordement (adduction gaz)	6 762 €
Détection gaz	3 525 €
Raccordement eau (+ traitement)	2 692 €
Chaudière	22 650 €
Évacuation gaz (tubage cheminée)	4 882 €
Circulateur	4 450 €
Vase d’expansion	2 350 €
Hydraulique	13 515 €
Électricité	3 800 €
Réception	1 000 €
Démontage hydraulique existant	2 000 €
	67 626 €

Vannes thermostatiques (117 pièces)	14 101 €
Neutralisation citerne	1 600 €
	15 701 €

TOTAL HTVA	83 327 €

Consommation du bâtiment

Avant les travaux : 37 000 litre de mazout par an -> 105 kWh/m².an
Après les travaux : 28 000 m³ de gaz par an -> 80 kWh/m².an

Diminution de la consommation : +/- 24 % avec une augmentation importante du confort dans les classes.

Informations complémentaires

Cette étude de cas a été réalisée avec l’aide de l’asbl CRAIE – Cellule pour la rationalisation et l’aide à la gestion énergétique. Cette structure a été mise en place par d’anciens membres du projet PLAGE. Elle est opérationnelle depuis janvier 2015. Elle est agréée pour la réalisation de certificats PEB (bâtiments publics). Elle s’occupe actuellement exclusivement des écoles catholiques à Bruxelles.

CRAIE – ASBL
Avenue de l’Eglise Saint-Julien 15
1160 BRUXELLES
E-mail : info@craie-asbl.be

Posted By : Sylvie 4 Août, 2016

100 % de chaleur verte à la résidence 3ème âge Aux Lilas de Bonlez

Introduction

Située au cœur du village de Bonlez, à proximité de Wavre et de Louvain la Neuve, la maison de repos « Aux Lilas » accueille 52 résidents dans 40 chambres individuelles et 6 chambres doubles réparties sur 2 étages.

Totalement rénovée récemment, le choix a été fait de couvrir 100 % de ses besoins en chaleur grâce aux technologies renouvelables.

Le chauffage du bâtiment est assuré par une chaudière à pellets.

60 % à 70 % de la préparation de l’eau chaude sanitaire est assurée par des capteurs solaires, le reste par la chaudière à pellets. Le système de production d’ECS est décrit dans l’étude de cas : 150 m² de capteurs solaires thermiques à la résidence 3ème âge Aux Lilas de Bonlez.

Description de l’installation de chauffage au bois

La chaudière à pellets

La chaudière à pellet 220 kW avec ses accessoires.

La chaudière à pellets KÖB PYROT a une puissance nominale de 220 kW alors que la puissance maximale demandée lors des froids extrêmes est de 320 kW. Soit environ 70 % de la puissance totale. Ce choix se justifie par une étude préalable dont les résultats sont représentés dans les deux figures suivantes. En effet, à cette puissance, la chaudière peut couvrir environ 95 % de la consommation annuelle.

Appels de puissance dans le bâtiment sur une saison de chauffe.

Taux de couverture de la chaudière en fonction du
rapport entre sa puissance et de la puissance totale.

Résultats :

La durée de vie de la chaudière est optimisée. Elle fonctionnera environ 2 000 heures par an sans s’arrêter et redémarrer trop fréquemment.

Pour environ la même production d’énergie, l’investissement est plus faible que si une chaudière plus puissante avait été choisie et sera donc plus vite amorti.

La chaudière

Ventilateur à rotation. Il ne crée pas de surpression, mais favorise la combustion par turbulence;
chargement automatique du combustible (ici des pellets);
foyer;
extracteur des fumées;
décendrage interne;
système de recirculation des gaz de fumées/air secondaire régulé;
ventilateur d’allumage.

La chaudière est également équipée d’une série d’accessoires en option qui maintiennent la chaudière à son meilleur niveau de fonctionnement et espace la fréquence entre les interventions :

Nettoyage pneumatique automatique des carnaux;
dépoussiéreur ;
décendrage automatique.

Grâce à ces équipements, les nettoyages/entretiens ne sont nécessaires que toutes les 300 heures de fonctionnement. Lors de l’entretien, le technicien effectue non seulement toutes les interventions prévues à l’échéancier, mais également toutes les autres de manière à être certain qu’aucune ne soit oubliée entre les entretiens. Il a lieu environ 6 fois par an. (1 800 à 2 000 heures de fonctionnement divisées par 300).

Il est à noter qu’un espace important est requis pour le nettoyage de certaines parties. Par exemple, il faut un espace suffisant pour pouvoir introduire les écouvillons dans les tubes situés au-dessus du foyer lorsqu’il est nécessaire de les nettoyer.

La chaudière d’appoint

Une chaudière d’appoint au mazout, de la puissance totale à fournir (320 kW) servira à prendre le relais lorsque la chaudière à pellets ne suffit plus (puisqu’elle ne couvre que 95 % des besoins). Elle servira aussi de backup en cas de panne (ce qui n’est pas encore arrivé) ou lors des entretiens qui nécessitent la tombée en température de la chaudière à pellets. Cela demande un certain temps à cause de son inertie thermique. La chaudière est arrêtée le soir de la veille du jour de l’entretien pour que sa température soit suffisamment basse au matin pour que les techniciens puissent agir. L’entretien lui-même dure environ une demi-journée.

La chaudière à mazout d’appoint 320 kW.

Les ballons de stockage

Le cycle de démarrage et d’arrêt d’une chaudière à pellet est très long (1 h – 2 h). Il faut donc prévoir un stockage thermique adapté. Dans le bâtiment concerné, 3 ballons tampons ont été placés. Ils contiennent ensemble environ 5 500 litres (2 x 2 000 litres + 1 x 1 500 litres).

Les trois ballons tampons.

Schéma de l’installation.

Le silo à pellets

La partie du bâtiment où devait s’installer les chaufferies est neuve. Son sous-sol pouvait donc être aménagé de manière optimale. Une zone a été réservée à la chaufferie, au silo à pellets et au local de préparation de l’eau chaude sanitaire par capteurs solaires thermiques. Le silo a donc pu être placé juste à côté de la chaufferie à proximité directe d’une cour facilement accessible de la rue au camion de livraison. Cela facilite l’approvisionnement même si en pratique le camion pourrait se trouver à une distance maximale de 30 m du silo puisque les pellets sont soufflés et pas déversés.

Configuration de la zone « chauffage à pellets ».

Le silo qui a été choisi est de forme rectangulaire allongée avec des planchers inclinés qui ramène les pellets vers une vis sans fin. La présence du fond incliné fait perdre une partie de l’espace disponible : près de 50 %. La perte augmente lorsque le local est plus large et lorsque la pente du fond est plus raide. D’autres solutions existent en fonction de la géométrie du local de stockage.

Silo – coupe transversale : le local ne peut être rempli complètement à cause des planchers inclinés.

Silo : espace non occupé sous les planchers inclinés.

Les pellets sont introduits dans le silo par insufflation. Leur vitesse est très grande et ils viennent frapper violemment le mur du fond. Une bâche souple et solide a été suspendue devant le mur pour absorber les chocs. On empêche ainsi la pulvérisation des pellets et l’érosion de la maçonnerie.

La bâche de protection au fond du silo.

Consommation, autonomie

Le cas de l’installation au bois de la maison de repos Aux Lilas à Bonlez illustre les enjeux de la conception d’une installation au bois.

Le vecteur énergétique est le pellet. La consommation annuelle moyenne estimée est de 86 tonnes/an ce qui correspond à environ 360 000 kWh/an Net (output chaudière). Les besoins totaux calculés étant de 379 000 kWh/an, la différence de 19 000 kWh/an est assurée par la chaudière au mazout qui consomme ainsi environ 2 000 litres par an.

Le silo a un volume utilisable d’environ 34 m³. Sa capacité est donc d’environ 22 tonnes. La quantité de pellets fournie par livraison est d’environ 17 m³, soit 11 tonnes. En fonctionnement, la chaudière consomme +/- 49 kg de pellets par heure ce qui lui donne une autonomie d’environ 224 heures de fonctionnement.

Pendant les mois de décembre, janvier et février la chaudière consomme +/-15 tonnes/mois. Cela représente 52 % de sa consommation annuelle. Durant cette période, la fréquence d’approvisionnement est donc légèrement inférieure à 1 livraison / mois. Le tampon de 11 tonnes permet évidemment une certaine souplesse. Les pellets brûlés durant les 6 mois d’hiver (période où la puissance demandée est supérieure à 30 % de la puissance disponible) représentent 87 % de la consommation annuelle.

Le bâtiment a été entièrement transformé et une nouvelle installation de chauffage devait de toute façon être placée. Il fallait choisir le combustible. Ce choix s’est porté sur les pellets.

Les chaudières au bois sont plus chères que leurs homologues au mazout, de plus, le gros œuvre fait croître considérablement les coûts.

Pour rentabiliser le surinvestissement par rapport à une chaudière fuel, les pellets doivent être par kWh significativement moins chers que le mazout. Ce n’est malheureusement pas le cas actuellement (en 2016), car le prix du mazout est particulièrement bas. L’histoire nous a cependant montré que le prix des combustibles fossiles est particulièrement volatil comme le montre la figure ci-après. Il fluctue fortement en fonction de la situation politico-économique mondiale. Outre l’insécurité que cela provoque, on constate que sa tendance est en moyenne à la hausse. Le prix des pellets est beaucoup plus stable. La source d’approvisionnement étant plus proche, la disponibilité et le coût sont moins tributaires des marchés internationaux ce qui garantit une meilleure sécurité.

Si on prend les prix d’octobre 2012 : mazout à 8.0 c€/kWh et 5.0 c€/kWh pour les pellets, on obtient une différence de 3.0 c€/kWh. En supposant que la chaudière au bois a un rendement équivalent à une chaudière au mazout standard, on retrouve cette différence de 3 c€ au niveau de la facture. La chaudière consomme 360 000 kWh/an. Par conséquent, si le prix des énergies devait rester stable à ce niveau, chaque année la consommation de pellets à la place de mazout permet d’économiser 10 800 €. Au regard de la durée d’utilisation d’un tel matériel qui avoisine les 20 ans, la rentabilité économique du projet serait clairement prouvée.

Performance environnementale

Si on considère les émissions de gaz nocifs émis par la combustion, on voit que la chaudière à pellets permet de réduire significativement l’empreinte environnementale. Les pellets ou granulés de bois sont issus de sous-produits du bois la sciure qui est affinée, séchée et ensuite comprimée sans colle ni additif. Leur fabrication n’influence la bonne gestion des forêts.

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 CO₂ émis par kWh pour le mazout et de 25 grammes par kWh pour les pellets. 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 360 000 kWh, les pellets permettent de réduire l’émission de 108 tonnes d’équivalents CO₂ par an ! En termes de production de SO₂, cette réduction serait de 200 kg/an.

Partenaires du projet et contacts

Cette étude de cas a été rédigée à l’aide des informations fournies par les entreprises qui ont mis en place les installations et du facilitateur Bois-Énergie.

Service Facilitateur Bois Energie – Secteur Public – Région wallonne
Fondation Rurale de Wallonie
Monsieur Francis FLAHAUX
pbe@frw.be
Installation de chauffage
Monsieur Alain HEEREN
hrea@viessmann.be

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.

Posted By : Laurent 22 Juin, 2010

Chauffage au bois de l’hôpital de Dave

Vue de l’hôpital Saint-Martin à Dave : première photographie représente le bâtiment qui est alimenté par la chaufferie au bois, deuxième photographie est une vue champêtre, bucolique de la vallée de la Meuse prise de l’hôpital.

Introduction

En 2005, la direction de l’hôpital neuro-psychiatrique Saint-Martin à Dave, près de Namur, a décidé de mettre en œuvre un plan majeur pour réduire la consommation énergétique de leur établissement ainsi que pour réduire la facture et l’empreinte environnementale associée. En effet, avant cette phase d’amélioration, l’institution consommait approximativement 1 200 000 litres de mazout par an pour réaliser le chauffage des locaux et la production d’eau chaude sanitaire (ECS). On imagine la charge que représentait ce poste de chauffage pour l’institution.

Dans une démarche globale, de bonnes performances énergétiques sont obtenues premièrement en réduisant les besoins finaux du bâtiment et deuxièmement en produisant la chaleur restante avec des systèmes de production efficaces. En outre, si ces derniers sont basés sur des énergies renouvelables, la réduction de l’impact environnemental peut être très conséquente.

De manière consistante, l’institution a d’abord entrepris une démarche de réduction des besoins de chaleur par une démarche globale d’utilisation rationnelle de l’énergie (URE). Ils ont travaillé au niveau des performances de l’enveloppe en plaçant des doubles vitrages, au niveau de la régulation des systèmes de chauffage en plaçant des vannes thermostatiques sur les émetteurs et en réalisant des régimes de coupure ou ralentis (suivant les cycles jour/nuit, semaine/week-end). Toute politique véritablement efficace s’accompagne d’un changement de comportement des utilisateurs. Parallèlement, des démarches de sensibilisation ont dès lors été réalisées au niveau du personnel et des patients.

Il restait ensuite à produire le besoin résiduel de manière efficace. La direction de l’établissement a décidé de produire une partie de la chaleur au moyen d’une chaudière automatique à plaquettes. Celle-ci remplace trois chaudières au mazout qui réalisaient le chauffage de 9 000 m² de locaux.

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 l’institution de Dave s’intègre dans le Plan Bois-Énergie et Développement Rural (PBE&DR – https://www.frw.be/pbe.html) pour la Wallonie.

Description de l’installation de chauffage au bois

La chaudière à plaquette KÖB Pyrtec a une puissance nominale de 950 kW et remplace trois chaudières au mazout pour le chauffage de 9 000 m² de locaux. Elle couvre un besoin final d’approximativement 2 700 000 kWh/an. Comme la chaudière a une plage de modulation de puissance de 285 à 950 kW, elle réalise directement le chauffage des locaux sur une grande partie de l’année. Une chaudière de sauvegarde au mazout de 1 100 kW a été installée.

La consommation de la chaudière à plaquettes représente un volume annuel de 2 800 mètres cubes apparents (map). Il s’agit de plaquettes de granulométrie de 30 mm et d’un taux d’humidité de 30 % (c’est-à-dire G30/W30). Par grand froid, en faisant l’hypothèse que la chaudière fonctionne à puissance nominale de manière continue, celle-ci consommerait 950 kW*24 h/jour, soit 22 800 kWh/jour. Si on prend comme base un PCI de 1 000 kWh/map, la chaudière peut ingérer 22.8 map de bois par jour dans les conditions climatiques extrêmes. Afin de garantir une certaine autonomie, les concepteurs ont opté pour un silo de 180 m³. Pour un tel volume, un bâtiment spécifique a été érigé. Il est constitué du silo à plaquettes placé à côté d’une nouvelle chaufferie.

Photographies du nouveau bâtiment constitué de la chaufferie (partie en bardage clair avec la cheminée) et du silo de stockage des plaquettes (partie en bardage foncé). La dernière figure est une vue à l’intérieur du silo prise à partir de la chaufferie.

Le silo à plaquettes

Le silo à plaquettes à un volume de 180 m³. Il est implanté en contrebas d’un talus important ce qui permet de pouvoir l’alimenter par un camion sans devoir créer une rampe par terrassement. Les plaquettes sont versées par des trappes aménagées dans le toit du silo.

Illustration de la topologie du terrain qui permet d’alimenter directement le silo en plaquettes de bois.

Au fond du silo, on trouve le dispositif d’extraction des plaquettes, il s’agit d’un racleur hydraulique aussi appelé planché à tiroir. Ce dispositif amène les plaquettes au niveau du sol entre le silo et la chaufferie où elles seront alors transportées via un système de vis sans fin et de retour d’angle vers la chaudière.

Vue du bas du plancher tiroir où les plaquettes sont extraites et acheminées via une vis sans fin et retour d’angle vers la chaudière.

La chaudière à plaquettes

On peut maintenant passer à la description de la chaudière proprement dite. Celle-ci occupe la plus grande partie de la chaufferie.

Chaudière KÖB Pyrtec au sein de la chaufferie et son schéma de principe à droite.

Dans le schéma de principe ci-dessus, on repère l’alimentation par une vis sans fin (qui se trouve du côté gauche de la chaudière dans le cas de l’hôpital de Dave). On distingue le principe de combustion sur grille mobile où le bois est attaqué par l’air primaire de combustion. À la fin de la combustion, les cendres sont poussées en bout de course vers le cendrier. Après la phase primaire de combustion, les gaz riches cheminent vers l’échangeur où ils sont attaqués par l’air secondaire de combustion avant de rentrer dans celui-ci. Sur la face avant de la chaudière, on repère le système pneumatique qui permet racler les échangeurs pour les maintenir propres.

La première photographie représente l’ouverture sur le foyer maintenu en dépression par le ventilateur d’extraction de la chaudière. La deuxième photographie est un zoom sur la combustion sur la grille.

L’alimentation de la chaudière

La chaudière est alimentée en bas à gauche par une vis sans fin. À l’admission de celle-ci, on trouve la fin du dispositif de transport composé d’une vis sans fin avec retour d’angle. Intercalé entre les deux, on place un dispositif coupe-feu afin d’éviter que celui-ci ne propage en cas d’accident entre la chaudière et le silo.

Alimentation de la chaudière : en bas, la vis d’alimentation et haut, la vis de transport provenant du silo.

Le cendrier

Le volume de cendre généré est loin d’être négligeable comme on peut s’en convaincre par la taille du cendrier.

Vue sur le cendrier principal et de sa connexion avec la chaudière.

Analyse économique

Le cas de l’installation au bois de l’hôpital de Dave est un cas typique qui permet d’illustrer les grands enjeux de la conception d’une installation au bois. Ceux-ci ont été énoncés dans la section de choix du combustible.

Le vecteur énergétique est la plaquette de bois. Nous l’avons dit, la consommation correspond à 2 800 map/an. Pour garantir une certaine autonomie, les concepteurs ont choisi de bâtir un silo de 180 m³. Afin de trouver un tel volume et de pouvoir placer la chaudière proche du stockage, un nouveau bâtiment a été spécialement créé.

Cela modifie radicalement la clef de répartition des coûts. Pour un investissement total TVAC de 360 000 €, le gros œuvre représente 240 000 € pour 100 000 € pour la chaudière et ses périphériques. Même si au départ, les chaudières au bois sont plus chères que leurs homologues mazout ou gaz naturel, le gros œuvre fait croître considérablement les coûts. Citons que le coût des études et de la coordination s’élève à 20 000 €.

Comment rentabiliser un tel surinvestissement par rapport à une chaudière fuel ? Par kWh, les plaquettes sont significativement moins chères que le fioul. Si on prend un prix du mazout à 5.3 c€/kWh et un prix de 2.3 c€/kWh pour les plaquettes en janvier 2010, on obtient une différence de 3 c€/kWh. En supposant que la chaudière au bois a un rendement équivalent à une chaudière au mazout standard, on retrouve cette différence de 3 c€ au niveau de la facture. La chaudière consomme 2 800 map/an soit approximativement 2 400 000-2 800 000 kWh/an. Par conséquent, si le prix des énergies reste identique, chaque année la consommation de plaquettes à la place de mazout permet d’économiser 72 000 €. On estime le temps de retour simple sur l’investissement proche de 5 ans. Sur base des calculs réalisés par le facilitateur, celui-ci estime le temps de retour simple à 7,8 ans. Au regard de la durée d’utilisation d’un tel matériel qui avoisine les 20 ans, le rentabilité économique du projet semble clairement prouvée.

Performances environnementales

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 la 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 2 400 000-2 800 000 kWh, les plaquettes permettent de réduire l’émission de 724-845 tonnes d’équivalents CO₂ par an ! Le facilitateur estime quant à lui, cette réduction à 583 tonnes par an. En termes de production de SO₂, cette réduction serait de 1 120 kg/an.

La combustion du bois peut-être source de particules fines particulièrement nocives pour la santé. Dans le cas de l’installation de l’hôpital Saint-Martin de Dave, la chaudière est munie d’un dispositif de filtrage des fumées de combustion afin que celles-ci ne soient rejetées dans l’atmosphère.

Cyclone de décendrage des fumées avec un cendrier en contrebas.

Partenaires du projet et contacts

Hôpital neuro-psychiatrique Saint-Martin, Dave (Namur), Benoît Folens, e-mail : benoit.folens@fracarita.org

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

Posted By : 25 Sep, 2007

Diverses installations de pompe à chaleur

Par Kristoferb sur Wikipédia anglais, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=10795550

Chauffage et refroidissement simultané d’un supermarché

L’installation décrite ici se trouve dans un supermarché de la région d’Anvers.

En fait, il s’agit de trois installations qui assurent les besoins de froid et réutilisent, si nécessaire, la chaleur produite pour maintenir la température dans le magasin.

Le froid est produit à trois niveaux de température grâce à trois groupes de froid indépendants : le premier produit du froid à -35°C et les rejets thermiques chauffent l’entrée et la zone des caisses; le deuxième à -15°C et chauffe les locaux du personnel; le troisième à -10°C et chauffe le magasin. Chaque groupe est équipé de deux compresseurs. Selon la puissance de froid nécessaire, l’un des deux ou les deux seront utilisés. La puissance frigorifique totale atteint 100 kW.

Il s’agit donc de trois pompes à chaleur bien que le rôle premier de l’installation soit la production de froid, qui est continue toute l’année tandis que le chauffage des locaux ne se fait que si la température extérieure le demande. Un chauffage électrique est ajouté pour assurer une continuité d’alimentation en cas de panne et un complément de puissance lors des températures extrêmes.

Chaque groupe peut fonctionner selon trois modes selon les besoins calorifiques :

Sans récupération de chaleur : la condensation à lieu dans des condenseurs extérieurs sur le toit du supermarché et l’énergie, transmise à l’air extérieur, n’est pas récupérée. L’installation fonctionne uniquement en machine frigorifique et les performances sont déterminées par la température extérieure.

Avec récupération de chaleur durant les heures d’ouverture du supermarché : le groupe fonctionne comme pompe à chaleur avec comme source froide l’espace à refroidir.

Avec récupération de chaleur en dehors des heures d’ouverture du supermarché : la pompe à chaleur maintient une température intérieure plus basse que durant les heures d’ouverture (fonctionnement de nuit, de week-end).

Entre le 15 mars 1985 et le 26 avril 1985, les caractéristiques des groupes ont été mesurées en continu :

énergie électrique consommée aux compresseurs (P_el),
pression au condenseur (p_c),
pression à l’évaporateur (p_e),
température de sortie du compresseur (t₁),
température d’entrée du compresseur (t₂).

Durant la période de mesure, il n’a pas été fait usage des condenseurs d’appoint, les besoins calorifiques étant importants. Le chauffage d’appoint a été utilisé au total quelques heures en raison de la demande de puissance importante lors de la relance de chauffage matinale.

Les COP mesurés durant cette période pour une température extérieure moyenne de 10° sont les suivants :

		P_elmoyenne par heure [kW]	Temp. au condenseur [°C]	Temp. à l’évaporateur [°C]	COP instantané
Groupe 1	Sans récupération	3,733	26	– 32	3,49
	Avec récupération de nuit	4,77	34	– 32	3,29
	Avec récupération en journée	4,85	34,5	– 32	3,27
Groupe 2	Sans récupération	0,75	26,5	– 20	3,69
	Avec récupération de nuit	0,80	28	– 20	3,65
	Avec récupération en journée	0,90	33	– 20	3,48
Groupe 3	Sans récupération	4,42	26,5	– 13	4,03
	Avec récupération de nuit	3,66	29,8	– 11,5	3,58
	Avec récupération en journée	6,67	38	– 12	3,29

Sur base de ces résultats qui nous permettent d’extrapoler la puissance électrique à assurer par la PAC en fonction de la température extérieure, on peut discuter de la rentabilité économique de l’investissement. En tenant compte de l’évolution des températures moyennes et de la puissance de chauffage installée (18 kW, pour une demande de puissance de 40 kW par – 10 °C extérieurs, soit la couverture de 80 % des besoins), un coût total annuel de production de 1160,08 € a été calculé pour un coût moyen de l’électricité de 10c€. Ce coût inclut la consommation de l’appoint qui couvre les 20 % d’énergie non fournis par la PAC, soit environ 14 400 kWh.

L’année précédente, les frais de chauffage et de refroidissement avaient été de 3 600 €. Il y a donc une économie annuelle de 2 500 €. Le surcoût à l’investissement engendré par la transformation des machines frigorifiques en pompes à chaleur était de 8 750 €. Si on considère qu’une nouvelle installation de chauffage aurait de toute façon été installée et que celle-ci aurait coûté 5 000 €, le surinvestissement réel est de 3 750 €. Le temps de retour de l’investissement est donc d’un an et demi.

Source : Toepassing van de warmtepomp in supermarkten par J. Berghmans, Nationaal programma RD ENERGIE, diensten voor programmatie van het wetenschapbeleid, 1987.

PAC sur ventilo-convecteurs : la caisse d’épargne de Saint Etienne

L’installation concerne les 2^ème, 3^ème, 4^ème et 5^ème étages d’un bâtiment de type haussmannien à très forte inertie à Saint-Etienne. Les étages ont une surface de 2 903 m² dont 186 m² de locaux informatiques avec armoires de climatisation autonomes (2 x 32 kW). La surface climatisée par la PAC est de 2 717 m² pour un volume de 8 954 m³. Les déperditions du bâtiment sont de 0,43 W/m³K, soit 136 kW ou 50 W/m². Les besoins en froid sont de 240 kW en août, soit 88 W/m².

L’installation comprend une pompe à chaleur Air/Eau dont :

la puissance frigorifique est de 253 kW (eau à 12 – 7°C),
la puissance absorbée au compresseur est de 76,7 kW,
la puissance calorifique est de 230 kW (eau à 45°C avec T°_ext= 0°C),
Une puissance de ventilateur de 3,3 kW (débit total : 80 580 m³/h).

Il y a également une centrale double flux pour la préparation de l’air hygiénique (36 kW à la batterie chaude et un débit de 3 000 m³/h). Les unités terminales pour l’air hygiénique sont au nombre de 68, pour une puissance électrique totale de 109,8 kW. Les ventilo-convecteurs sont au nombre de 8, avec une puissance totale de batterie d’appoint de 40,8 kW.

Le coût d’investissement est de 114 € HT/m².

Le bâtiment est occupé du lundi au vendredi de 8h à 18h, le samedi de 8h à 12h. En période de chauffage, la température de confort est fixée à 20°C. La température de nuit à 15°C. En période de refroidissement, ces températures sont de 25 et 30°. Le passage du mode chaud au mode froid se fait à une température extérieure de 18°C. Le passage inverse à 15°C.

Le suivi de l’installation a été réalisé de mai 1995 à avril 1996. L’intégralité des besoins en chaud a été assurée par la PAC. Le COP annuel a été de 2,34 et le coût d’exploitation de 1,65 € HT/m².

Une installation identique mais non réversible avec chauffage par résistance électrique aurait provoqué un surcoût de consommation de 4 350 € HT sur l’année. Le temps de retour de la réversibilité est de 16 mois.

La part du change over dans le coût total est faible : 120 € pour 132 basculements.

Source : Ventilo-convecteurs alimentés par une pompe à chaleur réversible, revue Chaud Froid Plomberie n°600 mars 1998.

PAC Eau/Eau : gare de Sargans

Lorsque la gare de Sargans (Suisse) dû être agrandie en 1983, les concepteurs ont cherché une solution originale pour le chauffage des nouveaux locaux et ont opté pour la pompe à chaleur alimentée par la nappe phréatique. Les chaudières des anciens bâtiments ont cependant été conservées comme sécurité et pour couvrir les pointes.

L’eau de la nappe phréatique est également utilisée pour rafraîchir l’air en été. L’eau chaude sanitaire est chauffée par l’électricité indépendamment de la PAC.

Données techniques :

puissance de chauffage de la PAC : 217 kW (température d’évaporation de 1°C et de condensation de 60°C),
chauffages d’appoint : 192 et 157 kW,
demande de chaleur : 350 kW à – 11°C.

Si le comportement global a donné satisfaction aux utilisateurs, ils ont cependant pointé certaines imperfections :

Le système de régulation automatique mis en place est trop compliqué et nécessite toujours des interventions manuelles régulières. Par exemple, le besoin d’enclencher manuellement les chaudières d’appoint quand elles sont nécessaires.

La présence de gaz a été détectée. S’il provient en partie d’un garage automobile contigu, des recherches sont menées pour détecter la présence de gaz amené par l’eau phréatique.

Les campagnes de mesure ont montré que 98 % du besoin de chaleur était produit par la PAC. Son Facteur de Performance Saisonnier (SPF) est de 2,5. Ce résultat est assez faible pour une PAC Eau/Eau. La pointe puissance enregistrée a été de 220 W. Comparé à la puissance de dimensionnement de 350 kW, on voit que l‘installation a été largement surdimensionnée. L’avantage est le faible emploi des brûleurs traditionnels. Mais ce sur-dimensionnement est la cause du mauvais SPF.

Source : CADDET result 58, décembre 1990.

Conditionnement d’air d’une discothèque : le Top Jimmy’z Club

Le but des gérants de cette discothèque de Saronno (Nord de l’Italie) était de réduire les coûts d’investissement et de fonctionnement du système de conditionnement d’air. Ce type de bâtiment est en effet très énergivore vu qu’il nécessite un refroidissement même en hiver et les pertes thermiques sont très importantes vu le fort taux de renouvellement d’air.

Le système installé n’était pas efficace pour les fortes demandes de froid et les réponses rapides aux variations de cette demande. À Saronno, l’hiver est froid (-5°C) il faut donc préchauffer la salle à 20°C en début de soirée. Mais très vite la température monte et le système de traitement d’air doit pouvoir inverser son fonctionnement. Trois pompes à chaleur réversibles ont été installées ainsi qu’un récupérateur de chaleur.

Les PAC réversibles ont permis une économie d’investissement par rapport à une installation de chauffage et une autre de refroidissement. Les frais d’utilisation des PAC électriques sont raisonnables vu le fonctionnement à peu près exclusif en heures creuses.

Les paramètres de design sont les suivants :

volume à conditionner : 1 600 m³, 500 m², 260 personnes,
conditions intérieures en hiver : 20°C et 45 % d’humidité,
conditions intérieures en été : 24°C et 65 % d’humidité,
conditions extérieures en hiver : -5°C et 85 % d’humidité,
conditions extérieures en hiver : -5°C et 85 % d’humidité,
conditions extérieures en été : 32°C et 50 % d’humidité,
taux de renouvellement d’air : 7, soit 11 000 m³/h.

La puissance totale de chauffage installée est de 118,3 kW et celle de froid est de 120,5 kW. Les PAC ont été installées à l’extérieur et travaillent indépendamment, chacune s’étant vu attribuer une zone du bâtiment (la piste de danse, le bar, la zone de bureau). La puissance du récupérateur de chaleur est de 46,5 kW de chauffage et 11,6 kW de froid.

Les trois PAC ont permis une réduction de coûts d’investissement de 10 % Les coûts de fonctionnement ont eux été réduits de 36 %. La consommation d’énergie primaire a diminué de 17 %.

Source : CADDET result 110, avril 1992.

PAC pour piscine intérieure : la piscine municipale de Tøyenbadet

L’installation des pompes à chaleur dans ce complexe date de 1980 et fait suite à un audit destiné à réduire le coût énergétique. Le complexe comprend 2 piscines intérieures et 3 extérieures pour une surface d’eau totale de 1 745 m². La capacité d’accueil est de 2 000 personnes.

L’audit avait dégagé trois pistes d’économie : réduire la consommation d’eau chaude, récupérer la chaleur de l’air extrait et établir un monitoring énergétique du système.

Les améliorations ont été apportées en 3 étapes.

La première, en 1981/1982 a consisté en l’installation de nouvelles douches destinées à réduire les consommations d’eau et d’énergie.

La seconde étape (1982/1983) était l’installation d’une pompe à chaleur pour récupérer la chaleur de l’air extrait des zones de bassin. Cette seule mesure à réduit la consommation de 3 GWh. Elle a aussi réduit le degré d’humidité de l’air et limité la prolifération de moisissures dans le bâtiment.

La troisième et dernière étape, réalisée en 1987, était l’installation d’une autre pompe à chaleur conjointement à un échangeur de chaleur de chaleur Eau/Glycol. Leur rôle est de récupérer la chaleur de l’air extrait des douches et vestiaires, du bar et des locaux techniques. Un système de monitoring de l’installation a été placé en même temps.

La consommation du bâtiment avant les modifications était de 10,6 GWh électriques (l’ensemble du chauffage se faisait à l’électricité). Les consommations après transformation sont résumées dans le tableau ci-dessous.

–		1988	1989	1990	1991
Consommation [MWh]		4 839	5 393	5 407	5 668
Visiteurs		335 000	340 000	320 000	265 000
PAC
	Consommation [MWh]	1 159	987	1 012	1 068
	Production [MWh]	4 380	3 851	4 150	4 367
	COP	3,78	3,9	4,1	4,1
Besoins couverts par la PAC en %		91	71	77	77

Le coût d’investissement global dans les mesures d’économie d’énergie a été de 861 500 €. La consommation a été réduite de 5 800 000 kWh annuels, ce qui représente une économie d’exploitation d’environ 363 400 €. Le temps de retour a donc été de 2,4 ans.

Source : CADDET result 111, avril 1992.

Posted By : 25 Sep, 2007

De l’électricité au mazout pour cette nouvelle installation de chauffage central

De l'électricité au mazout pour cette nouvelle installation de chauffage central

Introduction

La Maison de Repos et de Soins (MRS) Ferdinand Nicolay accueille 84 résidents dans le cadre verdoyant de la petite ville de Stavelôot. Le bâtiment principal de 3 640 m² répartis sur 5 niveaux date de 1982 et était équipé jusqu’au début 2000 d’un chauffage électrique. Équipement qui fut démonté et remplacé par une nouvelle installation de chauffage central au mazout.

La situation initiale en tout électrique

La MRS disposait de trois types d’appareillage pour le chauffage du bâtiment et la production de l’eau chaude sanitaire (ECS) :

Des radiateurs : le chauffage individuel des locaux était réalisé via 140 accumulateurs mixtes, dont la puissance unitaire variait entre 1 et 2,5 kW pour un total de 180 kW, répartis sur l’ensemble des étages.

Des accublocs : la ventilation des locaux est assurée par 3 groupes de pulsion dont les batteries chaudes étaient alimentées par de l’eau chaude produite à partir de 5 chaudières électriques (accublocs) de 120 kW situées au sous-sol. Soit une puissance totale de 600 kW.

Des boilers électriques : la consommation quotidienne d’ECS est d’environ 3,5 m³. Sa production était assurée par deux installations : 3 boilers de 2.500 litres à accumulation de nuit avec chacun 2 résistances de 15 kW et 1 boiler en direct (électricité de jour) de 1.500 litres avec également 2 résistances de 15 kW. Au total une puissance installée de 120 kW pour un volume de 9.000 litres.

Deux transformateurs de 630 kVA, dont un seul est aujourd’hui utilisé, desservaient le bâtiment.

Les arguments du changements

La facture électrique dévolue au chauffage pèse lourd dans le budget. En 1997, elle s’élevait pour le poste chauffage à quelques 37 850 € pour une consommation de 600 000 kWh.

L’installation est peu fiable

À côté du prix de l’énergie utilisée, il faut aussi tenir compte du coût élevé de la maintenance des installations. Chaque année, il fallait remplacer des cartes de régulation, des résistances, des roulements, des moteurs,… pour quelques milliers d’euros.

L’installation est inconfortable

Le principe des accumulateurs électriques est de se charger la nuit, en fonction de la température extérieure, pendant que le prix de l’électricité est moindre (en heures creuses). Cependant même la plus fine des régulations ne peut prévoir le temps qu’il fera le lendemain. Cela présente deux inconvénients, d’autant plus importants si la régulation est basique ou défectueuse :

soit le lendemain, il fait plus chaud ou plus ensoleillé que prévu. Le convecteur a accumulé trop. Par ses pertes statiques, il surchauffera l’ambiance et il fait alors intenable dans le bâtiment ;

soit il fait plus frais que la veille. Dans ce cas, l’appareil n’a pas accumulé assez et en journée, la résistance directe s’enclenche consommant de l’électricité au prix fort.

Nouvelle installation

Décision fut prise de démonter l’ensemble des installations électriques de chauffage et de substituer ces équipements par une installation de chauffage central au mazout vu que le gaz de ville n’est pas disponible à Stavelot.

Comme il s’agit d’une nouvelle installation, la conception des circuits fut fonction des différentes affectations des locaux et de l’orientation des façades. Au total, 5 circuits de chauffage pilotés individuellement par une régulation climatique performante.

Deux chaudières haut rendement supportant des retours d’eau froide jusqu’à 40°C de 325 kW chacune ainsi que 2 boilers de 500 litres chacun occupent la chaufferie. Une attention particulière fut portée à l’isolation correcte des tuyauteries.

Chaque chaudière à la puissance nécessaire pour assurer par –12°C extérieurs, les besoins de chauffage des locaux (déperditions par transmission de 153 kW et par infiltration de 84 kW) et d’ECS (80 kW) soit 317 kW. En cas de panne d’une chaudière et si la température extérieure est suffisamment basse, les groupes de ventilation sont arrêtés momentanément afin d’assurer prioritairement ces besoins.

En ce qui concerne les 3 groupes de pulsion en tout air neuf existants, une rénovation de certaines gaines fut opérée ainsi que le remplacement des humidificateurs et de la régulation. Le système de récupération de chaleur sur l’air extrait par batterie à eau glycolée fut également amélioré.

Comparaison des consommations

En année climatique normale, la consommation énergétique du bâtiment fut de 648 000 kWh électriques en 1997 et de 606 000 kWh équivalent fuel en 2004. En s’arrêtant à cette première comparaison, on peut penser que l’économie est seulement de 42 000 kWh soit l’équivalent de 4 200 litres de fuel.

Si l’on ramène la consommation électrique de 1997 en énergie primaire (l’électricité est principalement produite en Belgique via des centrales nucléaires et des centrales TGV ou Turbine Gaz Vapeur dont les rendements respectifs sont de 30 et 55 %), on obtient 1 178 000 kWh de gaz sur base du rendement d’une centrale TGV. Le constat est flagrant !

On consomme donc 2 fois plus d’énergie primaire en chauffant à l’électricité en lieu et place d’une chaudière au fuel ou au gaz. Le gain environnemental est incontestable sans compter que la facture énergétique fond comme neige au soleil.

En effet, en 2004 avec une consommation de mazout de l’ordre de 55 000 litres, le budget fut de 18 600 € TVAC. La facture se serait élevée au minimum au double si cette même fourniture énergétique avait été assurée par une installation électrique.

Données

Le prix de l’énergie

En détail

Économique

Investissement global : 337 150 € TVAC
Des subsides peuvent être sollicités auprès de la DGO4 (UREBA) pour ce type d’investissement.

Informations complémentaires

Alain COLLARD
Directeur Résidence Ferdinand Nicolay
CPAS de Stavelot
Tél : 080 892 406
Email : alain.collard_3@publilink.be

Cette étude de cas provient des Sucess Stories réalisées par l’ICEDD, Institut de conseils et d’études en développement durable en 2004. En 2016, dans le cadre d’une restructuration des infrastructures du CPAS de la Commune de Stavelot, une nouvelle aile a été ajoutée au bâtiment. Elle compte 30 chambres supplémentaires et des espaces communs adaptés aux spécificités des résidents. L’électricité n’a évidemment pas été choisie pour assurer le chauffage et la production d’eau chaude sanitaire.

Posted By : 25 Sep, 2007

Comment piloter ses installations d’un simple clic de souris ?

Comment piloter ses installations d'un simple clic de souris ?

Introduction

Le Centre Hospitalier de Mouscron (CHM) est né de la fusion en 1995 de la clinique privée « Le Refuge » et du Centre Hospitalier Régional (CHR) de Mouscron. D’ici quelques années, les activités du site « Le Refuge » seront transférées dans une toute nouvelle extension du site du CHR. Ce dernier, construit dans les années soixante, dispose d’une superficie de 22 000 m² et compte 155 lits d’hospitalisation. Une des dernières technologies URE (Utilisation Rationnelle de l’Énergie) installée fut celle d’une Gestion Technique Centralisée (GTC) pour le pilotage des installations de chauffage.

Une gestion technique centralisée ?

La régulation de chaque installation de chauffage repose sur les régulateurs locaux qui travaillent en autonomie et possèdent toute l’intelligence nécessaire à la conduite de l’installation. Tout au long de leur fonctionnement, ils stockent des informations provenant des différents équipements (températures ambiantes, températures extérieures…). Toutes ces données peuvent être transférées vers un ordinateur qui capitalisera et centralisera ainsi les différentes données.

De plus, la communication s’effectue dans les deux sens, c’est-à- dire que des paramétrages peuvent aussi être modifiés via la GTC. Un logiciel exploite les différentes données reçues via modem, bus de communication ou ligne téléphonique et les communique de façon conviviale avec l’utilisateur sous forme de schémas synoptiques, de graphiques ou de tableaux. Celui-ci peut ainsi visualiser à distance les différents paramètres de fonctionnement des installations, les modifier ou encore de relever des alarmes.

Il est également possible d’établir des historiques de fonctionnement (courbe de température d’eau, de température ambiante, horaire de programmation, …), ce qui permet de repérer très rapidement un dysfonctionnement de l’installation comme par exemple un mauvais fonctionnement d’un optimiseur, la détérioration d’une sonde, une mise en dérogation oubliée…

Le pilotage de l’ensemble des installations de chauffage s’effectue ainsi de façon centralisée, sur base de transferts d »informations. La gestion est donc grandement facilitée par des contrôles visuels fréquents.

Pilotage des installations de chauffage

Depuis fin 2002, une GTC pilote les installations de chauffage du site du CHR. Objectif : réguler au mieux les installations afin de répondre aux stricts besoins de chaleur nécessaire et ainsi réduire le niveau de consommation. Cette régulation s’opère à 3 niveaux :

Une régulation primaire sur les chaudières. La chaufferie compte 3 chaudières d’une dizaine d’années de 1 430 kW chacune et équipées de brûleur à gaz pulsé à modulation 2 allures. Un tableau synoptique sur la GTC permet de voir en direct les chaudières en demande et la température de chacune d’elles.
Les besoins annuels en chauffage du bâtiment sont de l’ordre de 2 285 MWh de gaz.

Une régulation secondaire sur les boucles d’alimentation au départ du collecteur principal où l’on pilote les vannes 3 voies en fonction des besoins thermiques particuliers de chaque section.

Une régulation terminale par zone d’occupation et par locaux via des vannes motorisées pilotées suivant les horaires d’occupation programmés.

La GTC va permettre de tenir compte de l’occupation des locaux soit via une programmation horaire soit via une détection de présence, de vérifier les équilibrages hydrauliques, d’enclencher les chaudières seulement quand il le faut, de réguler le fonctionnement des chaudières suivant le fonctionnement de la cogénération,…

Lors de notre visite au CHR, sur l’écran de contrôle les sondes de température extérieure indiquaient 9°C au niveau de la façade est et 19°C au niveau de la façade sud. Un écart de température de 10°C qui influence la température de départ des circuits de façade dont la GTC permet de vérifier la prise en compte.

Des économies ?

Les économies sont principalement réalisées sur les consommations de nuit et de week-end par une bonne prise en compte des inoccupations. Elles ont été chiffrées à quelques 11,6% de gaz pour l’année 2003 par rapport à la consommation annuelle avant placement de la GTC soit environ 14 000 €.

En détail

Économique

Investissement de 135 000 € TVAC pour la rénovation complète des régulations primaire, secondaire et terminale ainsi que pour l’acquisition du logiciel de la GTC.

Des subsides peuvent être sollicités auprès de la DGO4 (UREBA) pour ce type d’investissement.

Informations complémentaires

Paul ARDENOIS
Ingénieur Responsable Énergie
Centre Hospitalier de Mouscron
Tél : 056 858 914
Email : p.ardenois@chmouscron.be

Cette étude de cas provient des Sucess Stories réalisées par l’ICEDD, Institut de conseils et d’études en développement durable en 2004.

Posted By : 25 Sep, 2007

Régulation du chauffage au Collège St Paul de Godinne

Objectif de la rénovation

Le check-up complet des installations de chauffage du Collège St Paul effectué dans le courant de l’année 1997 amène une constatation générale : les installations et leurs composants vieillissent et ne répondent pas toujours ou ne répondent que partiellement au rôle auquel ils sont dévolus.

La conduite, les contrôles, les modifications horaires, les arrêts de chauffe et leur remise en route sont, à cette époque, toujours effectués manuellement par le responsable technique, obligé pour ce faire d’intervenir dans les nombreuses sous-stations dispersées sur tout le site. Des moteurs de vannes sont inopérants (ouverture manuelle pour assurer la chauffe), des horloges sont défectueuses et n’assurent plus les ralentis, la conduite des installations de chauffage devient de plus en plus ardue. Une modernisation de l’ensemble des installations s’impose.

Sous-station avant rénovation.

Les enregistrements de température effectués montrent clairement l’absence de ralenti nocturne.

Il faut remettre en état les régulateurs de tous les circuits, optimaliser les températures des locaux en agissant à la fois sur l’ambiance du local et sur la température de l’eau. Les ralentis doivent être performants et les dérogations aux horaires imposés doivent être facilement applicables (sans imposer un déplacement du responsable technique). Il faut également prévoir la protection anti-gel. Il s’agit d’une rénovation totale avec comme difficulté l’ancienneté du matériel déjà en place, aux performances déclinantes.

État des lieux

Le Collège, construit en pleine nature, fut inauguré en 1927. Sa surface au sol s’élève à plus de 7 000 m². Les bâtiments, tous en béton et érigés sur 5 niveaux abritent quelques 540 élèves, dont 318 internes. Parmi ces derniers, 308 bénéficient de chambrettes individuelles.

Les trois premiers étages sont réservés à l’enseignement proprement dit avec 37 classes et 162 locaux à destinations particulières (labos, salles d’étude, locaux informatiques, locaux paramédicaux, restaurant et cuisines, salle des fêtes, locaux techniques, chaufferies et sous-stations, sanitaires, 27 locaux administratifs).

Les deux derniers étages sont réservés aux dortoirs et à leur équipement sanitaire. Un complexe sportif se composant d’un hall de sports et d’une piscine couverte complète l’infrastructure.

Implantation telle que reprise sur la nouvelle GTC (on y retrouve la température mesurée par les sondes extérieures).

Les bâtiments sont occupés toute la semaine, sauf le week-end. Les internes rentrent le dimanche soir. Les vacances scolaires sont mises à profit pour héberger d’importants groupes extérieurs (stages de langue, sportifs…).

Avant novembre 1998, la puissance totale des installations de chauffage (hors complexe sportif) était de 4 357 kW répartie sur 9 chaudières :

8 alimentées au fuel dont 2 produisant de la vapeur,
1 alimentée au gaz propane (salle d’escalade).

Ces chaudières assurent le chauffage de tous les locaux ainsi que la production d’eau chaude sanitaire via des boilers ou échangeurs rapides.

La consommation annuelle moyenne s’élève à 403 000 litres fuel, pour un coût total TVAC de 108 000 €/an.

Les corps de chauffe sont en fonte pour les plus anciens, en acier avec ailettes pour les plus récents (80 %). La plupart des radiateurs sont déjà équipés de vannes thermostatiques du type institutionnel (anti-vandalisme) avec limitation de température haute.

Les circuits hydrauliques sont bien séparés et desservent des groupes de locaux de même nature (classes, dortoirs, restaurant, … ) en fonction des périodes d’occupation équivalentes. Leur régulation s’effectue via des vannes mélangeuses activées par des sondes extérieures ou d’ambiance et des panneaux installés dans les chaufferies et sous-stations.

Centrale de gestion technique

Pour la conduite et le suivi de l’ensemble des installations rénovées, le responsable technique dispose maintenant d’une GTC (Gestion Technique Centralisée). Elle permet de consulter immédiatement une sélection de graphiques, tous les jours et à n’importe quelle heure. Des schémas synoptiques donnent une parfaite vision de la situation réelle au moment de la consultation. On pourra ainsi relever :

les températures extérieures aux points cardinaux,
la température des chaudières, des collecteurs et des boilers,
l’ouverture en pourcentage des vannes mélangeuses avec la température de l’eau de départ et du local témoin correspondant,
l’état des circulateurs,
l’état des brûleurs,
l’état des cascades des chaudières,
les horaires de fonctionnement et dérogations de tous les circuits,
les relevés temporels graphiques ou numériques des températures extérieures, des classes, des dortoirs…
les points de consigne (températures jour, ralentis, courbes de températures).

Écrans de la GTC.

Le pilotage de l’ensemble des installations de chauffage s’effectue ainsi de façon centralisée, sur base de ces données. La gestion est grandement facilitée par des contrôles visuels fréquents. Les horaires, les dérogations et les vacances sont programmés de façon précise (à la date, au jour et au 1/4 d’heure près). Les pannes sont décelées rapidement avec leurs causes. Le fonctionnement en alternance des équipements (cascade de chaudières, circulateurs) est garant de leur longévité et de la sécurité. La planification de la maintenance est assurée par la comptabilisation des heures de fonctionnement. Les interventions du service technique sont ponctuelles et garantes de la bonne marche de l’installation.

Par ailleurs, et compte tenu des conditions d’exploitation décrites ci-dessus, les économies d’énergie furent significatives.

La rénovation des installations de chauffage s’est effectuée en plusieurs phases :

Phase 1 – le Collège central (du 25 mai 98 au 30 novembre 98)

Le service technique du collège remplace ou adapte les vannes mélangeuses, sondes d’eau et d’ambiance, sondes extérieures et autres composants pour les rendre compatibles à la nouvelle régulation.

De plus, les deux chaudières à vapeur et leurs 4 circuits sont automatisés.

Le service technique du collège tirera environ 2 km de câbles divers ainsi que le bus permettant de véhiculer les informations relatives à plus de 200 points traités.

Les citernes mazout sont équipées de sondes pour permettre une lecture directe des stocks de fuel.

En chaufferie, les armoires électriques sont remplacées et modernisées pour la protection des moteurs, circulateurs, brûleurs…

Nouveaux régulateurs, nouvelles sondes et vannes.

Un support informatique performant est mis en place (pc, imprimante, logiciel) et rassemblé dans un bureau réservé à son usage exclusif.

Local de gestion.

Un transmetteur téléphonique signale immédiatement les pannes critiques.

Quelques chiffres budgétaires :

Facture fournisseurs externes : matériel : 31 400 €
Facture fournisseurs externes : support informatique : 10 000 €
Estimation fournitures et main d’œuvre interne : 13 700 €

Phase 2 – le Bloc Pavillon ( 13 septembre 99 – 20 décembre 99)

Conçue selon les mêmes principes que le Collège central, celle-ci est opérationnelle depuis décembre 1999 et offre directement les mêmes atouts dans la conduite des installations.

Le coût de cette seconde phase :

Facture fournisseurs externes : 16 300 €
Estimation fournitures et main d’œuvre interne : 4 600 €

Phase 3 – le complexe sportif et la piscine (année 2000)

Réalisée en 2000, cette phase était plus complexe, surtout au niveau piscine où de nombreux paramètres ont dû être pris en compte pour assurer une conduite optimale de ces installations très spécifiques (qualité de l’eau, température, humidité relative, pH, filtration, conditionnement d’air…).

Budget (hors réalisation en interne) :

Facture fournisseurs externes : 14 600 €

Résultats

Investissement

Budget Total de la centrale de Gestion Technique
Phase 1 bloc – Central collège (1998)	55 100 €
Phase 2 bloc – Pavillon (1999)	20 900 €
Phase – Complexe sportif (2000)	14 600 €
Total	90 600 €

Remarque : dans le cas du complexe sportif et de la piscine, il s’agit de montants hors prestations de main d’œuvre du service technique interne.

Économie

Évolution des consommation annuelle depuis la rénovation de la régulation. Il s’agit de consommation normalisées, c’est-à-dire recalculée pour des conditions météorologiques moyennes communes.

En 2001, on a enregistré par rapport à l’année 1998, une économie de 125 000 litres de fuel/an, au prix moyen de 0,2116 €/litres de fuel. Soit une économie annuelle de 26 450 €/an, pour un investissement total de 90 600 €. Le temps de retour de l’investissement est donc de 3,4 ans.

Toutes ces interventions datent du début des années 2000, le temps de retour estimé est largement écoulé et avant 2006 l’investissement a été récupéré. En 2016, (plus de 10 ans plus tard) , l’institution a économisé au moins 1 250 000 litres de fuel. Au prix moyen de ces 10 dernières années cela représente un montant de 860 000,00 €.

Category Archives: Chauffage

Démarche

Températures d’ambiance

Confort thermique

Avis sur les dispositifs de correction thermique

Conclusions

Cas d’étude

Démarche

Aider les plus sensibles

Résultats

Vidéo

Objectif

Description de l’école

Etape 1 : Présenter le projet aux parents, enfants et animateurs

Etape 2 : Brainstorm

Etape 3 : S’équiper

Piste 1 : Avoir des moments pour se réchauffer ensemble en classe par le mouvement

Piste 2 : Avoir la liberté de bouger seul dans son coin

Piste 3 : avoir des collations ou repas chauds

Piste 4 : avoir de objets et vêtements chauds à dispositions

Piste 5 : Modifier l’agencement de la classe pour y trouver des coins confort

Piste 6 : Pouvoir garder en classe ses vêtements d’extérieur

Etape 4 : construire le dispositif de recherche

Etape 5 : l’expérience en P6B

Etape 6 : l’expérience en P6A

Etape 7 : Bilan énergétique

L’école

Le programme PLAGE

Description de l’ancienne installation

Schéma de principe de l’installation

Choix de la nouvelle installation

Les différents éléments

Quelques chiffres (en 2010)

Coût des travaux

Consommation du bâtiment

Informations complémentaires

Introduction

Description de l’installation de chauffage au bois

La chaudière à pellets

La chaudière

La chaudière d’appoint

Les ballons de stockage

Le silo à pellets

Consommation, autonomie

Performance environnementale

Partenaires du projet et contacts

Objectif de l’audit de régulation

Description de l’installation

Schéma de principe de l’installation

Photographie des différents éléments

Campagne de mesure

Exemples de mesures

Résultats et amélioration de la régulation

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

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

Conclusions

Principe du réseau de chaleur

Le projet de chaufferie centralisée au bois à Libin

Description du réseau de chaleur

La chaufferie

Le silo, l’extraction et le transport des plaquettes

La chaudière à plaquettes

Analyse économique

Performances environnementales

Quelles leçons tirer après 8 ans d’usage ?

Partenaires du projet et contacts

Introduction

Description de l’installation de chauffage au bois

Le silo à plaquettes

La chaudière à plaquettes

L’alimentation de la chaudière

Le cendrier

Analyse économique

Performances environnementales

Partenaires du projet et contacts

Chauffage et refroidissement simultané d’un supermarché

PAC sur ventilo-convecteurs : la caisse d’épargne de Saint Etienne

PAC Eau/Eau : gare de Sargans

Conditionnement d’air d’une discothèque : le Top Jimmy’z Club

PAC pour piscine intérieure : la piscine municipale de Tøyenbadet