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Diagnostic et étude de faisabilité de la mise en place d’une chaufferie bois desservant un réseau de chaleur

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Chaufferie n°1 : Mairie/Eglise/Piscine/Ecole/ODH/

Maison Médicale/ONF

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Mairie de Lus La Croix Haute

8 juin 2016 – Version initiale

BET Thermique Fluides et Qualité environnementale

AKOE – SCOP ARL – 8-10 rue de Mayencin – 38400 Saint Martin d’Hères

Tél. 04 26 03 17 31 / Fax : 04 26 03 17 32 – courriel : [email protected]

mailto:[email protected]

AKOE SCOP ARL – 8-10 rue de Mayencin – 38400 Saint Martin d’Hères Tél. 04 26 03 17 31 – e-mail : [email protected] – Site : www.akoe.fr SIRET : 510 074 362 00029 – APE 7112B – TVA : FR83510074362

Chaufferie 1 – /47

SOMMAIRE

1 Introduction ................................................................................................................................................ 3

2 Etat des lieux / Analyse critique ................................................................................................................. 4

2.1 Présentation du réseau ...................................................................................................................... 4

2.2 Chaufferie ........................................................................................................................................... 5

2.3 Réseau de chaleur ............................................................................................................................. 9

2.4 Bâtiments desservis ......................................................................................................................... 11

2.5 Puissances appelées ........................................................................................................................ 21

2.6 Estimation des besoins énergétiques ............................................................................................... 24

3 Etude de faisabilité................................................................................................................................... 28

3.1 Réseaux de chaleur .......................................................................................................................... 28

3.2 Définition des scénario(s) ................................................................................................................. 31

3.3 Evaluation des puissances / Courbe monotone ............................................................................... 37

3.4 Autonomie du silo ............................................................................................................................. 41

3.5 Production de cendres ...................................................................................................................... 43

4 Etude de potentiel solaire ........................................................................................................................ 44

4.1 Rappel des besoins .......................................................................................................................... 44

4.2 Scénarios .......................................................................................................................................... 44

5 Conception et intégration architecturale de la chaufferie bois ................................................................. 45

5.1 Principe de fonctionnement .............................................................................................................. 45

5.2 Plan d’implantation ........................................................................................................................... 45

6 Étude économique ................................................................................................................................... 46

6.1 Investissements ................................................................................................................................ 46

7 Annexes ................................................................................................................................................... 47



1 Introduction

La commune de Lus La Croix Haute (26) possède 2 chaufferies centrales avec chaudière bois sciure desservant via 2 réseaux de chaleur enterrés différents bâtiments.

L’objet de cette étude est d’étudier la mise en place d’une production de chaleur au bois déchiqueté pour la chaufferie n°1 desservant :

L’église La Mairie La maison médicale La piscine Les logements de l’école L’école Les logements de l’ODH L’ONF

Une étude séparée traitera de la chaufferie n°2 et de son réseau.



2 Etat des lieux / Analyse critique

2.1 Présentation du réseau

La chaufferie n°1 est située à proximité de la salle polyvalente/pompiers. Elle dessert via des réseaux enterrés 7 ensembles de bâtiments.

Localisation du réseau de chaleur n°2

Ce même plan de localisation est fourni à l’échelle 1/1000e en annexe.

Chaufferie n°1

Maison Médicale

Eglise

ODH

Mairie

Piscine

Ecole

ONF



2.2 Chaufferie

La chaufferie est semi-enterrée. Elle comporte un silo bois attenant d’environ 60m3.

Vues extérieures de la chaufferie n°1

Silo bois attenant avec ouverture par toit coulissant s



La chaufferie comporte 1 chaudière bois de marque Spänex modèle SRW-U – puissance 260kW – année 1999.

Chaudière bois Spänex 260kW



Plan d’implantation de la chaufferie

La chaufferie a une superficie d’environ 17m². Le silo attenant se remplit par ouverture du toit.



Des relevés sur place nous ont permis de monter le schéma de principe suivant.

Schéma de principe de la chaufferie n°1

La chaudière bois alimente un ballon tampon d’où partent les 3 départs pour l’ensemble des bâtiments. Les 3 départs sont à débit fixe et à température constante. Un compteur d’énergie est mis en place sur le départ de l’ODH. La Mairie, l’Eglise et l’ONF ont le même circulateur. La Mairie et l’Eglise sont sur le même réseau. La piscine, l’école et la maison médicale sont sur le même réseau. Une deuxième chaudière située dans le bâtiment de la piscine alimente également le réseau de chaleur. ( Voir description du bâtiment piscine)



2.3 Réseau de chaleur

2.3.1.1 Description

Les réseaux desservant les 7bâtiments sont réalisés en tube flexible préisolé double : le départ et le retour sont dans la même gaine.

Réseau pré isolé double.

La longueur totale du réseau est de 280m. On notera que les bâtiments les plus éloignés sont la piscine et l’ensemble Mairie/Eglise avec une longueur de raccordement de 90m.

2.3.1.2 Estimation des déperditions du réseau

Pour un régime moyen de 70°C (80-60°C), les pertes du réseau ont été estimées à 20W/ml, soit une déperdition totale de 5600W pour les 280m du réseau.



Extrait de la documentation Thermaflex



2.4 Bâtiments desservis

Dans ce chapitre, chaque bâtiment desservi sera décrit de manière succincte et une estimation des besoins de puissance de chauffage sera faite.

2.4.1 Piscine municipale

2.4.1.1 Description

La piscine municipale est une piscine d’extérieur avec 2 bassins chauffés ne fonctionnant que l’été.

La piscine comporte une chaufferie de 325kW au gaz propane raccordée sur le réseau de chaleur. Cette chaudière vient en relève de la chaufferie bois. Ainsi la puissance totale disponible du réseau de chaleur est de 585kW.

Chaudière gaz de la piscine et cuve gaz extérieure

La cuve propane alimentant la chaudière se situe à l’extérieur. Elle a une capacité d’environ 4000l.

La chaudière est vétuste. Son remplacement sera proposé dans la suite de l’étude.

La piscine est une piscine extérieure chauffée ne fonctionnant que l’été. Actuellement, seule la chaudière gaz est utilisée l’été car la puissance appelée par les besoins de la piscine sont trop faibles pour que la chaudière bois fonctionne correctement.



Schéma de principe de la chaufferie piscine

La chaufferie/sous-station de la piscine alimente :

La production ECS

L’échangeur de chauffage de l’eau de piscine.

Le compteur de calories sur l’arrivée du réseau de chaleur est à remettre en état.

2.4.2 Eglise

2.4.2.1 Description

La sous-station de l’église dessert un départ unique à température constante desservant des aérothermes.



Schéma de principe de la sous-station Eglise

Un compteur de calories est installé.

2.4.2.2 Estimation des besoins en puissance

En fonction des équipements présents et du diamètre des réseaux, la puissance de chauffage a été estimée à 40kW.

2.4.3 Mairie

2.4.3.1 Description

La Mairie est actuellement en cours de rénovation. Le bâtiment comprend plusieurs entités :

Mairie

1 logement

Bureaux Perception/Groupama



Schéma de principe de la sous-station Mairie

La sous-station comprend 3 départs à température variable régulés sur vanne 3 voies et 1 départ à température constante. La sous-station est en travaux, les départs n’ont pas pu être identifiés. Chaque réseau comporte un compteur de calories.

L’ECS du bâtiment est produite par des ballons électriques.


Sur la base de la superficie, nous avons estimé une puissance de chauffage. Le bâtiment est actuellement en rénovation énergétique avec de l’isolation par l’intérieur. Nous avons donc pris en compte un coefficient de déperdition de 0,9 W/m3.K

Hypothèses :

Température extérieure : -19°C

Température intérieure : +19°C

Coefficient de déperdition G : 0,9 W/m3.K

Hauteur sous plafond : 3,5m

Mairie Surface(m²) P base (kW)

Bureaux 202,5 26,7

Logement 77,5 8,7

TOTAL 280 35,4

Calcul des puissances chauffage du bâtiment Mairie

Les besoins de puissance en chauffage pour le bâtiment de la Mairie sont estimés à 35kW.



2.4.4 Appartements Ecole

2.4.4.1 Description

Dans le bâtiment de l’école se trouvent 2 logements desservis par le réseau de chaleur via une sous-station qui leur ait propre.

Schéma de principe de la sous-station appartements Ecole

Chaque logement possède son propre réseau depuis la sous-station. Les réseaux sont régulés par vanne 3 voies. Un compteur de calories est positionné sur chacun des réseaux.

Au vu d’un départ régulé à température variable caractéristique d’un départ desservant des radiateurs, il a été supposé que l’ECS n’était pas raccordée au réseau et était produite par ballons électriques.


En fonction du diamètre des réseaux, la puissance de chauffage a été estimée à 12kW par logement soit au total 24kW pour l’ensemble de cette sous-station.



2.4.5 Ecole

2.4.5.1 Description

La sous-station de l’école dessert via un départ régulé sur vanne 3 voies un réseau de radiateurs.

Schéma de principe de la sous-station Ecole

Un compteur de calories est installé. L’ECS est produite par ballon électrique.


Des données datant de la réalisation de l’extension de l’école ont été récupérées. La puissance de chauffage de l’école est de 43kW.



2.4.6 ONF

2.4.6.1 Description

La sous-station du bâtiment ONF alimente 3 réseaux de distribution :

Bureaux de la Poste

1 Logement

1 départ ECS pour le logement.

Schéma de principe de la sous-station ONF

Le départ du logement est un départ à température variable régulé par vanne 3 voies en fonction d’une sonde de température extérieure.

Le départ des bureaux est à température constant et à débit variable.

Chacun de ces 2 départs comporte un compteur de calories. Le compteur de la Poste est à remettre en état.

Un 3e départ depuis l’antenne logement dessert une production ECS. Ce départ ECS n’est pas comptabilisé.

On notera également qu’un linéaire non négligeable de canalisations n’est pas calorifugé.


En fonction du diamètre des réseaux et des caractéristiques des pompes de chauffage installées la puissance chauffage a été estimée à 30kW pour l’ensemble du bâtiment.

Il a été considéré une puissance de 5kW pour le logement pour la production d’ECS. Si l’on considère une consommation de 150L/j, cela correspond à un fonctionnement de 2h/j.



En prenant en compte, une priorité ECS, le réseau global ne dépassera pas 30kW.

Diamètre réseau Pmini (kW) Pmax(kW) Pretenu (kW)

Général Ø26/34 15 30 30

La poste pompe alpha 2 25-40

9 23 17

logement pompe UPS 25-40

9 23 12

ECS lgt 5

Puissance totale (KW)

34

Détail des puissances du bâtiment ONF

2.4.7 Maison Médicale

2.4.7.1 Description

La maison médicale est une construction qui vient d’être rénovée d’environ 200m². Elle abrite un cabinet médical pour médecins et infirmières ainsi qu’un logement.

Schéma de principe de la sous-station de la Maison Médicale



Le départ du chauffage logement et celui des bureaux sont des départs à température variable régulé par vanne 3 voies en fonction d’une sonde de température extérieure.

Le départ alimentant l’ECS du logement est à température constante. Le ballon ECS du logement est un ballon à énergie mixte avec résistance électrique.

Chacun de ces 3 départs comporte un compteur de calories.


Sur la base de la superficie, nous avons estimé une puissance de chauffage. Le bâtiment est actuellement en rénovation énergétique. Nous avons donc pris en compte un coefficient de déperdition de 0,9 W/m3.K

Hypothèses :



Coefficient de déperdition G : 0, W/m3.K


Maison Médicale

Surface(m²) P base (kW)

Bureaux 202,5 20,6

logement 70 7,1

TOTAL 207 27,7

Calcul des puissances chauffage du bâtiment Maison médicale

Les besoins de puissance en chauffage pour la maison médicale sont estimés à 28kW.

Il a été considéré une puissance de 5kW pour le logement pour la production d’ECS. Si l’on considère une consommation de 150L/j, cela correspond à un fonctionnement de 2h/j.

2.4.8 ODH

2.4.8.1 Description

Le bâtiment de l’ODH est alimenté en direct depuis la chaufferie sans bouteille casse-pression. 8 logements sont alimentés depuis la sous-station en départ direct sans aucune régulation.



Schéma de principe de la sous-station ODH

La production ECS est produite par ballons électriques, elle est donc indépendante de notre réseau.


Sur la base de la superficie habitable des logements, nous avons estimé une puissance de chauffage.

Hypothèses :



Coefficient de déperdition G : 1,1 W/m3.K


logement Surface(m²) P base (kW)

1 49 6,14

2 67,5 8,46

3 35 4,39

4 49 6,14

5 49 6,14

6 67,5 8,46

7 67,5 8,46

8 49 6,14

TOTAL 433,5 54,36

Calcul des puissances chauffage du bâtiment ONF

Les besoins de chauffage pour les logements de l’ODH sont estimés à 55kW.



2.5 Puissances appelées

2.5.1 Bâtiments

A partir des puissances de chauffage estimées précédemment dans le chapitre 2.Etat des lieux, les déperditions de chaque entité ont été estimées

Bâtiment Puissance (kW) T° int (°C) T°ext de base (°C)

Déperditions (W/°C)

1 - Eglise 40 19 -19 1053

2 - Mairie bureaux 27 19 -19 702

2-Mairie logement 9 19 -19 230

4- Ecole Lgt 24 19 -19 632

5- ONF Bureaux poste 17 19 -19 447

5-ONF Logement 12 19 -19 316

6-Ecole 43 19 -19 1132

7-8 LGT ODH 54 19 -19 1431

8- Maison Medicale bureaux 21 19 -19 541

8-Maison Médicale LGT 7 19 -19 187

TOTAL 246 6483

RECAP PUISSANCE (KW)

MAIRIE BUREAUX 27 kW 10%

MAIRIE LGT 9 kW 3%

ECOLE 43 kW 16%

ECOLE LGT 24 kW 9%

MAISON MEDICALE 21 kW 8%

MAISON MEDICALE LGT 12 kW 4%

EGLISE 40 kW 15%

ONF BUREAU 17 kW 6%

ONF LGT 17 kW 6%

ODH 54 kW 20%

PERTES RESEAUX 6 kW 2%

TOTAL 269 kW 100%



Le graphique ci-dessous reprend les données de puissances précédentes. On notera une puissance totale HIVER sans foisonnement de 269kW.



2.5.2 Production d’ECS

Les productions ECS reliés au réseau de chaleur sont :

Logement ONF Logement maison médicale La piscine

2.5.2.1 Logements ONF et Maison médicale

La puissance ECS pour le logement de l’ONF et de la maison médicale est de 5kW (chacun). On considérera un fonctionnement de 8h à 9h et de 23h à 0h soit 2h/jour pour une production journalière de 150L d’eau à 65°C par logement.

Les équipements ECS des logements sont biénergie, ils comportent une résistance électrique permettant de produire l’eau chaude de manière indépendante. On considèrera qu’en dehors de la période de chauffe, l’ECS des logements sera produite par électricité.

2.5.2.2 Piscine

Hypothèses :

Période d’utilisation des douches: du 20 juin au 31 août Nombre de douches maxi par jour d’occupation pleine saison (juillet / aout) : 150 douches Besoins en ECS : 25 litres d’eau à 35°C Température de l’eau potable durant la période : 8°C Température de stockage de l’eau : 65°C Pertes de production / distribution : 5%

La puissance estimée pour la piscine est de 85 kW.

2.5.3 Piscine : Préchauffage des bassins

En ETE, seule la piscine est desservie par le réseau de chaleur.

La puissance maximale prise en compte est de 235 kW.

2.5.4 Pertes thermiques des réseaux

Il sera pris en compte une déperdition linéaire moyenne du réseau de chaleur de 17W/ml durant toute la saison de chauffe soit une déperdition totale de 4 760W pour l’ensemble des 480m du réseau. En période estivale, on ne prendra en compte que la liaison chaufferie/piscine soit une déperdition totale de 1 666W pour les 98m de réseau.

Cela implique que les travaux sur la régulation permettant la variation de température du réseau ont été réalisés.



2.6 Estimation des besoins énergétiques

2.6.1 Récapitulatif

L’absence de relevés (pas de compteurs, compteurs hors service) ne nous permet pas d’établir une estimation des consommations actuelles.

Le tableau ci-dessous présente les consommations estimées par entité :

MA

IRIE

BU

REA

UX

MA

IRIE

LG

T

ECO

LE

ECO

LE L

GT

MA

ISO

N

MED

ICA

LE

MA

ISO

N

MED

ICA

LE

LGT

EGLI

SE

ON

F

BU

REA

U

ON

F LG

T

OD

H

PIS

CIN

E

PER

TES

RES

EAU

X

TOTA

L

Consos ECS (MWh)

2,7 2,7 16,7 22,2

Besoins énergie chauffage (MWh)

51,2 22,3 68,6 61,1 42,7 18,1 1,9 32,1 30,6 138,5 153,9 34,2 655,2

Apports gratuits 10% (MWh)

5,1 2,2 6,9 6,1 4,3 1,8 0,2 3,2 3,1 13,8 46,7

Besoins réels énergie base (MWh)

46,0 20,1 61,8 55,0 38,4 16,3 1,7 28,9 27,5 124,6 153,9 34,2 608,4

BESOINS TOTAUX (MWh)

46,0 20,1 61,8 55,0 38,4 19,0 1,7 28,9 30,3 124,6 170,6 34,2 630,7

% besoins 7,3% 3,2% 9,8% 8,7% 6,1% 3,0% 0,3% 4,6% 4,8% 19,8% 27,1% 5,4% 100,0%



2.6.2 Piscine : Détail du calcul de la production d’ECS

Le tableau ci-dessous exprime les besoins (eau & énergie) pendant la période d’utilisation de la piscine :

2.6.3 Piscine : Détail du calcul préchauffage des bassins

2.6.3.1 Hypothèses

Voici les données retenues pour le calcul des besoins en chaleur sur la piscine.

Grand bassin 25 x10 x 1,8 m ; Petit bassin 10 x 10 x 1,2 m ; Pataugeoire diam. 5m x 0,6m Période de préchauffage : du 1er juin au 31 août (92 jours) Il convient de noter que certaines hypothèses ont une incidence conséquente sur l’évaluation des besoins. En démontre, les comparatifs ci-après. Les hypothèses retenues tendent à être les plus proches de la réalité.

Mois Besoins en ECS (35°C) Besoins en ECS (65°C) Besoins énergétiques Besoins énergétiques Puissance appelée

[ litres / jour ] [ litres / jour ] [ kWh / jour ] [ kWh / mois ] [ kW ]

Juin 2 812,50 1 332,24 88,32 2 649,46 55,17

Juillet 3 750,00 1 776,32 117,75 3 650,37 84,61

Août 3 750,00 1 776,32 117,75 3 650,37 84,61

Total 10 312,50 4 884,87 323,82 9 950,19



2.6.3.1.1 Taux de renouvellement de l’eau

Le renouvellement d’eau des piscines publiques est associé à la fréquentation.

Un apport d’eau neuve de 30 litres par jour et par baigneur doit également être respecté par les piscines. Le Ministère de la Santé, de la Jeunesse et des Sports recommande d’ailleurs un apport de 50 litres par jour et par baigneur.

=> Nous avons retenu une fréquentation moyenne jour de 30 baigneurs, soit 15 000 litres / jour.



2.6.3.1.2 Données sur le climat

Le climat a une incidence tout aussi importante. De nombreux facteurs physiques sont impliqués : Température de l’air, humidité de l’air, ensoleillement, vent, clarté du ciel, albédo…

Ne disposant pas de données du site, nous avons fait une approche à partir de données disponibles et pouvant se rapprocher du site.

Le site d’Embrun a été retenu pour les calculs (IGH = 1535 kWh/m²)

On voit bien que des climats tels que Nîmes n’engendrent pas du tout les mêmes besoins (30% en moins qu’à Embrun)

2.6.3.1.3 Température de préchauffage des bassins

La température de 22°C a été retenue pour les calculs.

On double les besoins pour chauffer les bassins de 22 à 24°C (+2°C)

2.6.3.1.4 Couverture des bassins

La commune pourrait envisager la mise en place d’une couverture flottante isothermique.

Celle-ci pourrait être mise en place pendant les périodes de fermeture.

Cette disposition pourrait permettre d’augmenter la température de préchauffage des bassins à 24°C sans incidence sur la facture.

Embrun Grenoble Montélimar Valence Nimes Bourg St Maurice

Pertes évaporations 165 589 kWh 149 740 kWh 186 191 kWh 158 942 kWh 185 736 kWh 135 902 kWh

Pertes convection 35 408 kWh 30 226 kWh 14 294 kWh 22 834 kWh 6 430 kWh 39 092 kWh

Pertes rayonnement 54 043 kWh 44 572 kWh 37 194 kWh 41 713 kWh 34 422 kWh 56 566 kWh

Pertes conduction 35 408 kWh 30 226 kWh 14 294 kWh 22 834 kWh 6 430 kWh 39 092 kWh

Pertes renouvèllement 13 203 kWh 11 083 kWh 8 373 kWh 9 822 kWh 7 618 kWh 17 377 kWh

Apports directs 200 273 kWh 181 273 kWh 209 066 kWh 194 065 kWh 212 441 kWh 160 416 kWh

Besoins énerétiques 69 071 kWh 55 138 kWh 37 291 kWh 39 833 kWh 21 909 kWh 89 910 kWh

20°C 22°C 24°C 26°C

Pertes évaporations 135 265 kWh 165 589 kWh 208 962 kWh 258 309 kWh

Pertes convection 21 411 kWh 35 408 kWh 53 150 kWh 70 892 kWh

Pertes rayonnement 46 946 kWh 54 043 kWh 63 183 kWh 72 511 kWh

Pertes conduction 21 411 kWh 35 408 kWh 53 150 kWh 70 892 kWh

Pertes renouvèllement 10 693 kWh 13 203 kWh 16 374 kWh 19 545 kWh

Apports directs 200 273 kWh 200 273 kWh 200 273 kWh 200 273 kWh

Besoins énerétiques 14 706 kWh 69 071 kWh 143 053 kWh 223 195 kWh

-78,7% - +107,1% +223,1%

Pertes évaporations 110 838 kWh 110 838 kWh 125 377 kWh 154 985 kWh

Pertes convection 35 726 kWh 35 726 kWh 43 797 kWh 58 420 kWh

Pertes rayonnement 45 849 kWh 45 849 kWh 50 748 kWh 59 547 kWh

Pertes conduction 35 726 kWh 35 726 kWh 43 797 kWh 58 420 kWh

Pertes renouvèllement 14 619 kWh 14 619 kWh 16 374 kWh 19 545 kWh

Apports directs 200 273 kWh 200 273 kWh 200 273 kWh 200 273 kWh

Besoins énerétiques 8 108 kWh 8 108 kWh 37 680 kWh 94 435 kWh

- - +364,7% +1064,7%



3 Etude de faisabilité

3.1 Réseaux de chaleur

Le réseau de chaleur actuel est conservé. Aucun raccordement supplémentaire n’est prévu.

Il a été repéré des actions à réaliser sur l’ensemble du réseau.

3.1.1 Désembouage du réseau

Actuellement, aucun système de désembouage n’est installé en chaufferie. La mise en place d’un tel système permettra d’évacuer les boues dues à la corrosion. Ces boues peuvent être à l’origine de divers dysfonctionnements tels que colmatage des réseaux, percement des radiateurs, pertes de rendement et surconsommation.

Un système de désembouage continu avec filtre à barreaux magnétiques sera à mettre en place sur le retour général chauffage en chaufferie.

3.1.2 Equilibrage hydraulique et adaptation de la température de départ de chaque réseau bâtiment

Actuellement, une simple vanne d’équilibrage manuelle est installée pour chaque réseau. Celle-ci se situe soit dans la chaufferie (réseau ODH), soit au niveau du bâtiment. Il est impossible de savoir si l’équilibrage de l’installation est bien réalisée. Chaque réseau bâtiment fonctionne en débit constant via une pompe simple de circulation à débit fixe. Avec une telle installation, le réseau de chaleur entre la chaufferie et les bâtiments fonctionne à débit constant et à température de départ constante.

La mise en place de vannes d’équilibrage de type vanne combinée intégrant un régulateur de pression différentielle et un servomoteur couplé avec le remplacement des pompes actuelles par des pompes à débit variable permettra :

D’adapter le débit et le régime de température en fonction de la demande et donc de réduire les pertes de distribution,

D’avoir un réseau équilibré et donc d’éviter les surconsommations de chauffage dues à un mauvais équilibrage.

Actuellement, le régime de température du réseau de chaleur est 80/60°C avec des pointes à 85°C en départ. En abaissant, le régime de température, les pertes de distribution due au réseau seront diminuées. Par exemple, en prenant en compte une distribution en régime 65/45°C, les pertes en lignes passent de 20W/ml à 15W/ml soit un gain de 25%. Cependant, des productions ECS étant connectées au réseau, la température de départ ne devra pas descendre en-dessous de 65°C.



Régime d'eau 80/60°C 65/45°C

Déperdition linéaire (W/ml)

20 15

Bâtiment desservi Longueur (m)

Déperdition (W) 80/60°C

Déperdition (W) 65/45°C

Mairie/Eglise 102 2040 1530

Piscine/Ecole/ Maison Médicale

98 1960 1470

ODH 70 1400 1050

ONF 10 200 150

TOTAL 280 5600 4200

Déperditions du réseau en fonction du régime d’eau

3.1.3 Raccord regard ODH

Dans le regard de raccordement du bâtiment ODH, nous avons constaté la présence d’un flexible pincé et non isolé et de diamètre inadapté ce qui implique :

De fortes déperditions thermiques

Des perturbations hydrauliques pouvant amener à une réduction de la puissance fournie au bâtiment.

Flexible « pincé »



Regard de raccordement du bâtiment ODH

Il convient de remplacer ces 2 flexibles par des conduites souples pré-isolées adaptées de diamètre DN32.



3.2 Définition des scénario(s)

3.2.1 Présentation

Dans cette étude, 1 seul scénario est proposé :

Chaufferie bois : 2 chaudières et Chaufferie gaz à la piscine.

La configuration proposée est la seule que nous trouvons pertinente. Le principe existant de la biénergie avec une production bois en chaufferie et une production gaz à la piscine est conservé.

Les chaudières actuelles seront remplacées par :

2 chaudières bois plaquettes 1 chaudière gaz propane (chaufferie piscine)

Afin de maximiser la consommation en bois-énergie, on prendra en compte une répartition de puissance 60% pour la chaudière bois et 40% pour la chaudière gaz.

Cette répartition devrait permettre une couverture par le bois de 80 à 90% de la consommation totale d’énergie.

Répartition Puissance (kW)

Chaudières bois 60% 200

Chaudière gaz 40% 130

TOTAL 100% 330

Tableau de répartition entre les énergies

En hiver, les chaudières bois assurent 100% des besoins. La chaudière gaz de la piscine ne servira que de secours.

En été, les chaudières bois fonctionneront en priorité et la chaudière gaz servira de relève en cas de besoin de puissance (remise en température des bassins par exemple).



3.2.2 Chaufferie bois

La mise en place de 2 chaudières plutôt qu’une seule permet :

D’avoir une plage de fonctionnement plus large notamment dans les faibles puissances D’optimiser les rendements de chaudières

On prendra en compte une répartition de puissance 55-45% entre les 2 chaudières.

Ainsi, la chaudière 1 devrait couvrir environ 90% des besoins HIVER, et l’ensemble de la chaufferie couvrira 100% des besoins en HIVER.

Répartition Puissance (kW)

Chaudière bois 1 45% 90

Chaudière bois 2 55% 110

TOTAL 100% 200

Tableau de répartition entre les chaudières bois

Il a été pris en compte des chaudières de marque :

Hargassner de type EcoHK pour le bois

Bois

EcoHK90

Bois

EcoHK110

Plage de puissance 27-90 kW 33-110 kW

Rendement à puissance minimale et nominale

95,2/96% 94,7/96,7%

Dimensions (mm) 1335x745x1610Ht 1335x745x1610H

Caractéristiques des chaudières

Plage de fonctionnement 0<P<80kW 80<P<120kW P>120kW

Chaudière en marche Chaudière 1 Chaudière 2 Chaudières 1+2

Tableau de répartition des plages de fonctionnement

Le ballon tampon permettra de lisser les appels de puissance et de favoriser le fonctionnement des chaudières leur régime nominal.



3.2.3 Chaufferie piscine

Il a été pris en compte des chaudières de marque :

DeDietrich de type Varino pour le gaz (chaudière à condensation)

Gaz

Varino 150

Plage de puissance 20-146 kW

Rendement à puissance minimale et nominale

108,5/97,4%

Dimensions (mm) 1375x840x1840Ht

Caractéristiques de la chaudière

Plage de fonctionnement 0<P<200kW 200kW<P

Chaudière en marche Chaufferie 1 Chaufferie 1+Chaudière gaz

Tableau de répartition des plages de fonctionnement

La cuve gaz extérieure ainsi que l’alimentation sont conservées.



3.2.4 Besoins énergétiques

Les consommations de la chaufferie ont été estimées en intégrant un rendement de combustion des chaudières de 95% pour les chaudières bois et 103% pour le gaz ainsi qu’un rendement de régulation de 95%. 10% d’apports solaires ont été pris en compte. La chaudière bois étant la chaudière principale, nous avons déduits les apports solaires des besoins théoriques fournis par celle-ci.

CHAUDIERE BOIS JANV. FÉV. MARS AVRIL MAI JUIN JUIL. AOÛT SEPT OCT. NOV. DÉC. TOTAL

BESOINS [kWh] 81 848 66 585 60 178 56 758 41 576 37 362 70 266 70 265 16 347 46 246 58 642 60 722 666 794

APPORTS SOLAIRES [kWh]

5 190 5 190 5 190 5 190 5 190 2 595 2 595 5 190 5 190 5 190 46 708

ηproduction 95% 95% 95% 95% 95% 95% 95% 95% 95% 95% 95%

ηrégulation 95% 95% 95% 95% 95% 95% 95% 95% 95% 95% 95%

CONSOMMATION [kWh ] 83 189 68 028 60 928 57 139 40 317 38 523 77 857 77 856 15 238 45 492 59 227 61 531 685 325

CONSOMMATION PLAQUETTE [MAP] 74 61 54 51 36 34 70 70 14 41 53 55 612

LIVRAISONS 30 MAP [nb] 2,5 2,0 1,8 1,7 1,2 1,1 2,3 2,3 0,5 1,4 1,8 1,8 20,4

CHAUDIERE GAZ JANV. FÉV. MARS AVRIL MAI JUIN JUIL. AOÛT SEPT OCT. NOV. DÉC. TOTAL

BESOINS [kWh] 0 0 0 0 0 6 710 27 760 27 760 0 0 0 0 62 229

ηproduction 103% 103% 103% 103% 103% 103% 103% 103% 103% 103% 103%

ηrégulation 95% 95% 95% 95% 95% 95% 95% 95% 95% 95% 95%

CONSOMMATION [kWh PCI ] 0 0 0 0 0 6 857 28 369 28 369 0 0 0 0 63 596

CONSOMMATION GAZ [kg] 0 0 0 0 0 536 2 216 2 216 0 0 0 0 4 968

LIVRAISONS 1500kg [nb] 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,4 1,5 1,5 0,0 0,0 0,0 0,0 3,3

La consommation annuelle de bois est estimée à environ 612 MAP (1 120 kWh/MAP), soit environ 685 MWh.

En prenant en compte des livraisons de 30 MAP, environ 20 livraisons seront nécessaires sur l’année avec un maximum mensuel de 3 livraisons pour le mois de janvier.

La consommation annuelle de gaz est estimée à environ 5 tonnes soit environ 64 MWh. En prenant en compte des livraisons de 1500kg, entre 3 à 4 livraisons seront nécessaires sur l’année.



Les graphiques suivants reprennent les données du tableau ci-dessus.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

CONSOMMATION GAZ (kWh PCI) 0 0 0 0 0 6 857 28 369 28 369 0 0 0 0

CONSOMMATION BOIS (kWh PCI) 83189 68028 60928 57139 40317 38523 77857 77856 15238 45492 59227 61531

0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

Co

nso

mm

ati

on

s

men

su

ell

es

[kW

h/m

ois

]

Estimation des consommations mensuelles de chauffage bois et gaz



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

CONSOMMATION BOIS (MAP) 74 61 54 51 36 34 70 70 14 41 53 55

CONSOMMATION GAZ [kg] 0 0 0 0 0 536 2 216 2 216 0 0 0 0

0

500

1 000

1 500

2 000

2 500

0

10

20

30

40

50

60

70

80

Co

nso

mm

ati

on

de

gaz [

m3]

Co

nso

mm

ati

on

de

Bo

is [

MA

P]

Estimation des consommations mensuelles de bois et de gaz



3.3 Evaluation des puissances / Courbe monotone

3.3.1 Fichier météo de référence

Le fichier météo utilisé pour cette étude a été réalisé par le logciel Météocalc d’Izuba à partir des données mensuelles de la station météo de Lus La Croix Haute de 1986 disponibles sur le site internet www.infoclimat.fr .

Le graphique suivant montre l’évolution de la température extérieure de ce fichier météo obtenu par calcul.

Ce fichier météo correspond à une année moyenne, la température de base (règlementaire) à Lus La Croix Haute est de -19°C.

Le fichier météo correspond à une rigueur climatique cohérente avec la localité, à savoir :

- DH18 : 101 616 - DJU18 : 4 234

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

25

30

35

1-janv. 1-févr. 3-mars 3-avr. 4-mai 4-juin 5-juil. 5-août 5-sept. 6-oct. 6-nov. 7-déc.

Évolution de la température extérieure



3.3.2 Scénarios d’occupation des bâtiments

Afin de déterminer les besoins en puissance, il a été pris des hypothèses d’occupation et de consigne de températures.

Type de local Hypothèses d’occupation et de consigne Bâtiments concernés

Bureaux Confort (19°C) du lundi au vendredi 8h-19h

Réduit 1 (16°C) la nuit en semaine

Réduit 2 (7°C) Week-end (à partir de vendredi 19h)

Mairie Bureaux

La poste Bureaux

Logements Confort (20°C) 7h-23h

Réduit (16°C) 23h-7h

Mairie Logements

Logements ODH

Logement Ecole

Logement ONF

Scolaire Confort (19°C) semaine 8h-18h sauf mercredi 8h-12h /

Réduit 1 (16°C) la nuit en semaine et mercredi après-midi

Réduit 2 (7°C) Week-end (à partir de vendredi 18h) et vacances scolaires

Ecole

Eglise Confort (19°C) dimanche 9h-12h /

Eteint le reste du temps

Eglise

Il a été considéré une période de chauffe du 15 septembre au 15 juin.

La piscine est ouverte de 14h à 17h du 20 juin au 1er juillet, puis de10h à 18h en juillet et août.

Type de local Chauffage des bassins ECS

Piscine Maintien d’une température minimale de 22°C pendant toute la période d’utilisation.

Maintient en température du stockage ECS (65°C) pendant toute la durée d’utilisation



3.3.3 Monotone de puissance

La monotone de puissance représente les appels de puissance sur une année. Ils sont triés par ordre décroissant, ce qui permet de visualiser très simplement la puissance appelée la plus courante au cours de l’année.

On peut ainsi optimiser la puissance des chaudières à installer, en effet les chaudières faisant de nombreux arrêts/démarrages perdent en rendement ainsi qu’en durée de vie.

Avec les hypothèses évoquées précédemment, les courbes de monotone de puissance ci-dessous ont été obtenues. En plus de la courbe annuelle, une courbe « HIVER » et une courbe « ETE » ont été réalisées.

0 W

20 000 W

40 000 W

60 000 W

80 000 W

100 000 W

120 000 W

140 000 W

160 000 W

180 000 W

200 000 W

220 000 W

240 000 W

260 000 W

280 000 W

300 000 W

320 000 W

340 000 W

1 501 1001 1501 2001 2501 3001 3501 4001 4501 5001 5501 6001 6501 7001 7501 8001 8501

Pu

iss

an

ce

ch

au

ffe

rie

Nombre d'heures

Monotone de puissance de chauffage



Courbes de monotones de puissance

En hiver, la puissance maximale appelée est de 196kW le 23 janvier à 6h avec une température extérieure de -18°C.

En été, la puissance maximale appelée est de 329kW (maintien de la température du bassin et production ECS).

Les besoins totaux pris en compte pour l’étude de faisabilité seront de 330kW.

0 W

20 000 W

40 000 W

60 000 W

80 000 W

100 000 W

120 000 W

140 000 W

160 000 W

180 000 W

200 000 W

1 501 1001 1501 2001 2501 3001 3501 4001 4501 5001 5501 6001 6501 7001

Pu

iss

an

ce

ch

au

ffe

rie

Nombre d'heures

Monotone de puissance de chauffage HIVER

0 W20 000 W40 000 W60 000 W80 000 W

100 000 W120 000 W140 000 W160 000 W180 000 W200 000 W220 000 W240 000 W260 000 W280 000 W300 000 W320 000 W340 000 W

1 501 1001 1501

Pu

iss

an

ce

ch

au

ffe

rie

Nombre d'heures

Monotone de puissance de chauffage ETE



3.4 Autonomie du silo L’autonomie du silo est un critère important à prendre en compte lors de la conception d’une chaufferie bois. Ce paramètre permet de faciliter la gestion des livraisons et de garantir un approvisionnement serein.

Ce critère est un compromis entre la place disponible, et donc le coût, et le temps entre les livraisons. L’autonomie minimale à prendre en compte est de 3 ou 4 jours lors de la semaine la plus froide.

L’unité usuelle pour le bois plaquette est la MAP (Mètre cube apparent plaquette). Il correspond à un volume d’1m3 de plaquette. Cependant pour stocker un MAP de plaquette, il faut construire un silo d’un volume supérieur. En effet le silo présente des volumes morts, où soit il n’est pas possible de stocker des plaquettes (volumes supérieurs du silo sur les angles), soit les plaquettes s’y trouvant ne sont pas utilisables (zone sous le dessileur et sur les angles. On retient que 66% du volume du silo réel est utile pour le stockage des plaquettes. Une réserve de 20 à 25% de combustible est laissée en permanence dans le silo.

Le silo actuel à pour dimensions : 4,01 x 4,01 x ht 3,56m, soit un volume total de 57 m3.

Le volume utile est donc de 38 MAP et la réserve de 8 MAP.

Usuellement les livraisons se font par camion benne de 30 à 40 m3 environ. On considèrera des livraisons de 30 m3.

En première approche, nous allons regarder la consommation sur la totalité de la semaine la plus froide.

Scénario : Mixte bois/gaz

Consommation (MWh) 19

Consommation (MAP) 17

Consommations lors de la semaine la plus froide (20-27 janvier)

En se basant sur les conditions de la semaine la plus froide de notre fichier météo, une livraison de 30 MAP permettrait une autonomie de 12 jours.



Autre approche, le tableau suivant présente les autonomies théoriques pour 2 cas de figure :

- 0°C constant - -18°C constant

Énergie stockée pour 1 livraison de 30 m3 33 600 kWh

Autonomie du silo (Scenario 1 Mixte bois/gaz)

1- Consommation journalière pour une journée froide : 0°C constant

2 306 kWh (2,1 MAP/jour) -

1- Autonomie du silo rempli avec 1 livraison par une journée froide

14,5 jours

2- Consommation journalière pour le chauffage par très grand froid (-18°C constants)

4 741 kWh (4,2 MAP/jour)

2- Autonomie du silo rempli avec 1 livraison par très grand froid

7 jours

On constate que les autonomies du silo sont confortables même en cas de très grand froid.

Le silo actuel de 57m3 peut être conservé, il procure une autonomie suffisante.



3.5 Production de cendres La combustion du bois engendre des sous-produits comme la cendre. Cette cendre est soit éliminée par les gaz de combustion, on l’appelle alors poussière, soit elle est stockée dans un cendrier. Ce dernier doit alors être vidé afin de permettre le bon fonctionnement de la chaufferie.

Le volume de cendres produit dépend directement du volume et de l’essence du bois utilisé. Il est produit en moyenne 1,5 % de cendres par volume de bois consommé pour un combustible de qualité.

Remarque : Ces cendres peuvent être utilisées comme fertilisant naturel pour de l’épandage en forêt par exemple.

Les productions de cendres sont indiquées dans le tableau suivant pour chacun des scénarios :

Scénario : mixte

Bois/énergie

Production de cendre

[kg]

Production de cendre

[L]

JANVIER 279 223

FÉVRIER 228 182

MARS 204 163

AVRIL 191 153

MAI 135 108

JUIN 129 103

JUILLET 261 209

AOÛT 261 209

SEPTEMBRE 51 41

OCTOBRE 152 122

NOVEMBRE 198 159

DÉCEMBRE 206 165

TOTAUX 2295 1836

Dans l’idée de mutualiser les visites de maintenance, il faut prévoir que l’autonomie des cendriers est du même ordre de grandeur que l’autonomie du silo de plaquette.

Si la chaufferie est équipée de cendrier standard (75L/chaudière), alors les vidanges du cendrier par temps froid s’effectueront 2 à 3 fois par mois.

Il est possible d’installer des cendriers de plus grande capacité (300L) afin d’augmenter l’autonomie des cendriers.



4 Etude de potentiel solaire

4.1 Rappel des besoins

Bâtiments : 460 062 kWh / an Piscine ECS : 9 950 kWh / an

Piscine préchauffage des bassins : 69 071 kWh / an Soit 539 MWh / an

4.2 Scénarios

Le tableau ci-dessous présente 4 scénarii pour la mise en place d’une ressource solaire associée au réseau de chaleur.

Surface panneaux Besoins annuel Productivité Apports total Couverture

solaire

Invest.

fixe

Invest.

var.

Invest.

Total

Gain Temps de

retour brut

[ m² ] kWh / an kWh / m².an kWh / an € H.T. € H.T. € H.T. € H.T. / an années

10 539 083 788 7 880 1,5% 6 500 € 4 500 € 11 000 € 252,16 € 43,6

25 539 083 788 19 700 3,7% 6 500 € 11 250 € 17 750 € 630,40 € 28,2

50 539 083 788 39 400 7,3% 6 500 € 22 500 € 29 000 € 1 260,80 € 23,0

100 539 083 788 78 800 14,6% 6 500 € 45 000 € 51 500 € 2 521,60 € 20,4



5 Conception et intégration architecturale de la chaufferie bois

5.1 Principe de fonctionnement

La chaufferie actuelle ainsi que son silo semi-enterré attenant sont conservés. Le chargement du silo se fera par le dessus comme le fonctionnement actuel.

Les 2 chaudières bois seront alimentées par 1 seul extracteur d’un diamètre de 4m. Chaque chaudière possèdera sa propre vis d’alimentation en combustible.

La chaufferie actuelle est trop petite pour accueillir les 2 chaudières bois. Une extension de 5m² en ossature légère est proposée. Le mur béton existant sera démoli. Seule une poutre et des poteaux resteront pour soutenir la structure.

La panoplie de distribution de chauffage et l’armoire électrique seront déplacées dans l’extension.

Les conduits de fumées seront repris à neuf. Leur position est conservée.

5.2 Plan d’implantation



6 Étude économique

6.1 Investissements

Investissements (€ HT)

Chaufferie Réseaux Sous-station Autres TOTAUX

Base 214 529 € 1 722 € 19 000 € / 235 251 €

Base + solaire

thermique 214 529 € 1 722 € 19 000 € 29 000 € HT 264 251 €



7 Annexes

Plan du réseau de chaleur, éch 1/1000e Schémas de principe Chaufferie n°2 et sous-stations des bâtiments desservis Plans d’implantation de la chaufferie (existant et projet) au 1/100e

Chaufferie 1

ONF

Mais. Méd.

Piscine

Mairie

Eglise

Ecole

ODH

T

r

a

c

é

s

u

p

p

o

s

é

T

r

a

c

é

s

u

p

p

o

s

é

Tracé supposé

T

r

a

c

é

s

u

p

p

o

s

é

T

r

a

c

é

s

u

p

p

o

s

é

Commune de Lus-La-Croix-Haute

Chaufferies au bois et distribution collective de chaleur

Phase DIAG / FAISA

Ind. Désignation Date Ech.

A 1ère émission 14/04/2016 1/1000è

Chaufferie n°1, réseaux et

bâtiments desservis

CHAUFFERIE N°1 EXISTANTE

Chaudière

Bois

SPANEX

SRW-U

≈260kW

Ballon

tampon

Vers Piscine/Ecole/Maison Médicale

Ø66/76

puis PEHD DN65

Vers ODH

Ø50/60

Vers Mairie

Ø33/42

Vers ONF

Ø26/34

Ø50/60

SOUS-STATION EGLISE

Depuis Chaufferie n°1

PEHD DN25 (Ø32ext)

Vers Aérothermes

Ø33/42

Ø33/42

Ø33/42

SOUS-STATION APPARTEMENTS ECOLE

Départ Lgt 1

Ø20/27

Départ Lgt 2

Ø20/27


PEHD

Ø33/42

Ø33/42

UPS 25-40

Retour Lgt 1

Ø20/27

Retour Lgt 2

Ø20/27

UPS 25-40

SOUS-STATION MAIRIE


PEHD DN32 (Ø40ext)

Ø33/42

Ø33/42

Départ 4

Ø??

Départ 3

Ø??

Départ 2

Ø??

Départ 1

Ø??

1 départ logement

2 départs mairie

1 départ Perception Groupama

CHAUFFERIE/SOUS-STATION PISCINE

Circuit Piscine

Ø50/60

Chaudière

Propane

Brûleur

CUENOD

115-325kW


Ø66/76

Echangeur

à plaques

URANUS

Ballon

ECS

200L

Compteur à

remettre en état

En relève chaufferie n°1



Phase DIAG / FAISA


A 1ère émission 28/04/2016

Chaufferie n°1 et bâtiments desservis

Schémas de Principe de l'existant

Folio 1/2

SOUS-STATION ONF

Départ La Poste

Départ Lgt (rad)


PEHD DN20 (Ø25ext)

Ø26/34

Ø26/34

UPS 25-40

GRUNDFOS

Alpha 2 L25-40

Réseaux primaires

non calorifugés

V3V

Manuelle

Compteur à

remettre en état

Compteur

opérationnel

Retour La Poste

Retour Lgt (rad)

Départ cuivre

ECS

Retour cuivre

ECS

SOUS-STATION MAISON MEDICALE

E

C

S

L

g

t

C

h

b

u

r

e

a

u

x

C

h

L

g

t

Ø33/42

Ø33/42

Modules hydrauliques


Ballon

ECS ACV

Smart

SLEW 100

EF Lgt

ECS Lgt

SOUS-STATION ODH


PEHD DN32 (Ø40ext)

4 logements RDC

PER

4 logements R+1

PER

SOUS-STATION ECOLE


PEHD DN25 (Ø32ext)

Ø33/42

Ø33/42

Réseaux primaires

non calorifugés

Réseau classe neuve

5kW

Ø20/22

Ø34/36

Ø34/36

Réseau salle évolution

6kW

Ø20/22

Réseau classes

existantes

15kW

Ø30/32

Réseau cuisine

17kW

Ø30/32

Réseaux

secondaires

manque du

calorifuge



Phase DIAG / FAISA


A 1ère émission 28/04/2016

Chaufferie n°1 et bâtiments

desservis

Schémas de Principe de l'existant

Folio 2/2

HSD = 2.81

Ballon

tampon

Ch

bois

Silo

4.01 x 4.01 x 3.56 Ht

4400

4010

4010

2 VE

VE

1990

Panoplie

Coffret coupure

elec



Phase DIAG / FAISA


A 1ère émission 08/06/2016 1/50è

Etat des lieux de l'existant

Chaufferie n°1

(Ecole, Mairie, Piscine...)

HSD = 2.81

Ballon

tampon

Silo

4.01 x 4.01 x 3.56 Ht

4400

4010

4010

1990

CH

b

ois

90

kW

CH

b

ois

11

0kW

Pa

no

plie

C

H



Phase DIAG / FAISA


A 1ère émission 08/06/2016 1/50è

Chaufferie n°1

(Ecole, Mairie, Piscine...)

Scénario unique

diagnostic et étude de faisabilité de la d’une chaufferie bois … · 2017. 4. 3. · akoe scop...

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