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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°2 : Gendarmerie/Salle polyvalente/HLM

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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]

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Chaufferie 2 – Page 2/42

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 ........................................................................................................................ 17

2.6 Estimation des besoins énergétiques ............................................................................................... 18

3 Etude de faisabilité................................................................................................................................... 19

3.1 Réseaux de chaleur .......................................................................................................................... 19

3.2 Courbe de monotone de puissance ................................................................................................. 21

3.3 Définition des scénarios ................................................................................................................... 26

3.4 Autonomie du silo ............................................................................................................................. 34

3.5 Production de cendres ...................................................................................................................... 36

4 Etude de potentiel solaire ........................................................................................................................ 37

4.1 Rappel des besoins .......................................................................................................................... 37

4.2 Scénarios .......................................................................................................................................... 37

5 Conception et intégration architecturale de la chaufferie bois ................................................................. 38

5.1 Scénario 1 ......................................................................................................................................... 38

5.2 Scénario 2 ......................................................................................................................................... 40

6 Étude économique ................................................................................................................................... 41

6.1 Investissements ................................................................................................................................ 41

7 Annexes ................................................................................................................................................... 42


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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°2 desservant :

La gendarmerie et logements associés

La salle polyvalente et les pompiers

Les 6 logements du Pré Chabaud (HLM)

Une étude séparée traitera de la chaufferie n°1 et de son réseau.


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2 Etat des lieux / Analyse critique

2.1 Présentation du réseau

La chaufferie n°2 est située à proximité de la salle polyvalente/pompiers. Elle dessert via des réseaux enterrés 3 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°2 Salle Polyvalente Pompiers

Gendarmerie

Lgts Pré Chabaud


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2.2 Chaufferie

La chaufferie est semi-enterrée. Elle comporte un silo bois d’environ 60m3 et une cuve propane enterré à proximité. La cuve propane alimente également la cuisine de la salle polyvalente.

Vues extérieures de la chaufferie

Silo bois et cuve propane enterrée


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La chaufferie comporte 2 chaudières :

Une chaudière bois de marque Spänex modèle BHSR – puissance 126kW – année 1999

Une chaudière gaz propane de marque Cecid modèle HX 175 – puissance 195kW – année 1999. Soit une puissance totale disponible de 321kW. La chaudière bois représente 40% de la puissance installée et la chaudière gaz 60%. On suppose que la chaudière gaz vient en relève de la chaudière bois.

Chaudière bois Spänex

Chaudière gaz Cecid


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Plan d’implantation de la chaufferie

La chaufferie a une superficie d’environ 20m². Le silo attenant se remplit par ouverture du toit.


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

Schéma de principe de la chaufferie

Les 2 chaudières alimentent un ballon tampon qui lui –même alimente les collecteurs où se situent les 3 départs pour les 3 bâtiments. Les 3 départs sont à débit fixe et à température constante. Un compteur d’énergie est mis en place sur le départ de la salle polyvalente/pompiers mais il est à remettre en état.


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2.3 Réseau de chaleur

2.3.1.1 Description

Les 3 réseaux desservant les 3 bâtiments 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 465m. On notera que le bâtiment le plus éloigné est l’ensemble des logements du Pré Chabaud avec une longueur de raccordement de 316m.

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 15W/ml, soit une déperdition totale de 6975W pour les 465m du réseau.


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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 La Gendarmerie et les logements adjacents

2.4.1.1 Description

La sous-station de la gendarmerie alimente 2 réseaux de distribution :

Bureaux de la gendarmerie (≈ 134m²)

6 Logements adjacents à la gendarmerie.

Bureaux de la gendarmerie

Logements adjacents


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Schéma de principe de la sous-station de la gendarmerie

Le départ des logements est un départ à température variable régulé par vanne 3voies en fonction d’une sonde de température extérieure. Il alimente des radiateurs. L’ECS des logements est électrique.

Le départ des bureaux est à température et débit constants. Il dessert des ventilo-convecteurs et quelques radiateurs.

Chaque départ comporte un compteur de calories.

2.4.1.2 Estimation des besoins en puissance de chauffage

Les compteurs de calories installés indiquent également la puissance instantanée. Les puissances relevées avec une température extérieure de 6°C ont été ramenées à la température de base de -19°C afin d’obtenir les besoins en puissance.

Puissance relevée (kW)

T°C ext T° de base (alt 1000m)

P base (kW)

Bureaux 9,549 6 -19 27,9

logements 16,01 6 -19 46,8

Puissance totale (KW)

74,7

Les besoins de chauffage pour le bâtiment gendarmerie et logements adjacents sont estimés à 75kW.


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2.4.2 La salle polyvalente et les pompiers

2.4.2.1 Description

Le bâtiment salle polyvalente/pompiers ne comporte pas de sous-station. Il est alimenté en direct depuis la chaufferie.

Vues extérieures du bâtiment Salle polyvalente/pompiers


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Schéma de principe de raccordement du bâtiment salle polyvalente/pompiers

La salle polyvalente comporte 3 unités de chauffage :

1 UTA pour l’accueil

2 aérothermes en recyclage total pour la grande salle.

Les aérothermes sont alimentés directement sur le réseau général sans découplage hydraulique. Ils représentent environ ¼ de la puissance de la chaufferie. Du fait de leur fonctionnement en tout ou rien, leur mise en route est brutale et risque fortement de provoquer des perturbations hydrauliques dans l’ensemble du réseau pouvant aller jusqu’au siphonage des réseaux des autres bâtiments.

La zone pompiers est équipée de radiateurs et de ventilo-convecteurs y compris dans les garages.

Les vestiaires comportent 3 douches. La production ECS n’a pas pu être localisée. Nous prendrons comme hypothèse dans cette étude la production par un ballon bi-énergie. Ainsi, en dehors de la période de chauffe, l’ECS est produite par la résistance électrique.

2.4.2.2 Estimation des besoins en puissance

Salle polyvalente : les émetteurs en place permettent d’estimer le besoin à 90kW.

Pompiers : approche de la puissance selon la superficie.

Hypothèses :

Température extérieure : -19°C

Température intérieure bureaux : +19°C

Température intérieure garage et stockage : +5°C

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

Hauteur sous plafond : 2,5m

Pompiers Surface(m²) P base (kW)

Bureaux 230 42,3

Garage-Réserves

210 24,4

TOTAL 440 66,7

Les besoins en puissance de chauffage pour le bâtiment salle polyvalente/pompiers sont estimés à 162kW.

Il a été considéré une puissance de 5kW pour la production d’ECS.


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2.4.3 Les logements du Pré Chabaud (HLM)

2.4.3.1 Description

Les logements du Pré Chabaud sont un ensemble de 6 maisons individuelles accolées en 2 ensembles.

Vue extérieure des maisons du Pré Chabaud

Chaque logement possède sa propre sous-station.

Un départ à température constante avec vanne de décharge alimente les radiateurs. Un compteur calorifique en amont de la bouteille casse-pression permet de comptabiliser la consommation de chaque logement.

La production ECS est assurée par un ballon mixte de 150L. Ainsi, en dehors de la période de chauffe, l’ECS est produite par la résistance électrique.


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Schéma de principe d’un logement du Pré Chabaud

2.4.3.2 Estimation des besoins en puissance

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

Hypothèses :

Température extérieure : -19°C

Température intérieure : +19°C

Coefficient de déperdition G : 1,2 W/m3.K

Hauteur sous plafond : 2,7m


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Maison Surface(m²) P base (kW)

1 69,79 10,3

2 69,1 10,2

3 80,29 11,9

4 63,55 9,4

5 80,29 11,9

6 63,55 9,4

TOTAL 426,57 63,0

Les besoins de puissance en chauffage pour les logements du Pré Chabaud sont estimés à 63kW.

Il a été considéré une puissance de 3kW par logement pour la production d’ECS. Si l’on considère une consommation de 150L/j par logement, cela correspond à un fonctionnement de 4h/j.

Les besoins de puissance en ECS pour les logements du Pré Chabaud sont estimés à 18kW.

2.5 Puissances appelées

Le graphique ci-dessous reprend les données de puissances précédentes. On notera une puissance totale sans foisonnement de 324kW.

Répartition des besoins en puissance chauffage et ECS (kW)

28 kW; 9%

47 kW; 14%

91 kW; 28%

47 kW; 15%

24 kW; 7%

81 kW; 25%

6 kW; 2% GENDARMERIE BUREAUX

GENDARMERIE LOGEMENTS

SALLE POLYVALENTE

POMPIERS BUREAUX

POMPIERS GARAGE

6 LOGEMENTS PRE CHABAUD

PERTES RESEAUX


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2.6 Estimation des besoins énergétiques

Le relevé des différents compteurs d’énergie en place permet d’estimer l’énergie consommée.

Nous disposons d’un relevé de janvier 2012 avec les index de compteurs entre le 01/10/2012 et le 01/01/2012.

Les compteurs exploitables sont :

Gendarmerie 6 logements : 28 308 MWh Salle polyvalente et pompiers : 22 636 MWh

En considérant une saison de chauffe du 15 septembre au 15 juin soit 9 mois, la consommation estimée est alors de :

Gendarmerie 6 logements : 134 463 MWh Salle polyvalente et pompiers : 107 521 MWh

Nous n’avons pas de relevés de consommations pour :

Les bureaux de la gendarmerie Les 6 logements du Pré Chaboud

Pour ces 2 entités, une supposition de consommation a été faite.

Besoins de chauffage

Gendarmerie 6 logements 134 463 MWh

Salle polyvalente/pompiers 107 521 MWh

Gendarmerie bureaux 50 000 MWh

6 logements HLM Pré Chamboud 170 000 MWh

TOTAL 451 984 MWh

En prenant en compte les rendements de production (η = 85 %), de régulation (η = 95 %) et de distribution (entre les chaudières et les compteurs) (η = 95 %) ; soit un rendement global de 77% ; la consommation énergétique

de la chaufferie toutes énergies confondues est de 594 480 MWh.

Nous attirons votre attention sur le fait qu’en l’absence de données complètes sur la globalité du réseau et des bâtiments desservis (relevés, factures…), cette estimation de la consommation est très approximative.


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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 salle polyvalente/pompiers), 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 15W/ml à 11W/ml soit un gain de 26%. Cependant, des productions ECS étant connectées au réseau, la température de départ ne devra pas descendre en-dessous de 65°C.


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Régime d'eau 80/60°C 65/45°C

Déperdition linéaire (W/ml)

15 10

Bâtiment desservi Longueur (m)

Déperdition (W) 80/60°C

Déperdition (W) 65/45°C

Gendarmerie 124 1860 1240

Salle polyvalente /pompiers

25 375 250

Pré Chabaud 316 4740 3160

TOTAL 465 6975 4650

Déperditions du réseau en fonction du régime d’eau

3.1.3 Régulation des aérothermes de la salle polyvalente

Actuellement, les aérothermes de la salle polyvalente fonctionnent en tout ou rien en provoquant des perturbations hydrauliques sur le réseau (voir chapitre 2.3.2).

La mise en place d’une régulation avec vanne 3 voies, sonde de température de soufflage et sonde de température d’ambiance permettra :

D’adapter la puissance aux besoins grâce à une loi d’eau,

De faire une mise en route progressive de la batterie chaude évitant les perturbations hydrauliques.


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3.2 Courbe de monotone de puissance

3.2.1 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


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3.2.2 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)

Gendarmerie Bureaux

Pompiers Bureaux

Logements Confort (20°C) 7h-23h

Réduit (16°C) 23h-7h

Gendarmerie Logements

Logements Pré Chabaud

Salle polyvalente Confort (19°C) mercredi 9h-18h / Samedi 9h-18h/ 1/3 samedi soir 18h-24h

Réduit (7°C) le reste du temps

Salle Polyvalente

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

3.2.3 Déperditions des 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 -Bureaux gendarmerie 27,9 19 -19 735

1 -Logements gendarmerie 46,8 19 -19 1232

2 -Salle polyvalente 90,6 19 -19 2384

2 -Pompiers bureaux 42,3 19 -19 1113

2 -Pompiers Garage/stockage 24,4 5 -19 1016

3 -Logements Pré Chabaud 63,0 19 -19 1659

TOTAL 295,0 8138


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3.2.4 Production ECS

Les productions ECS reliés au réseau de chaleur sont :

6 logements Pré Chabaud

Bureaux pompiers

La puissance ECS pour les logements du Pré Chabaud est de 18kW. On considérera un fonctionnement de 9h à 11h et de 0h à 2h soit 4h/jour pour une production journalière de 150L d’eau à 65°C par logement.

La puissance ECS pour les pompiers est de 5kW. On considérera un fonctionnement de 10h à 12h et de 18h à 21h soit 5h/jour pour une production journalière de 300L d’eau à 65°C.

Les équipements ECS reliés au réseau fonctionnent à l’électricité l’été. La chaufferie ne fonctionnera donc que pendant la période de chauffe.

3.2.5 Déperditions du réseau

Il sera pris en compte une déperdition linéaire moyenne du réseau de chaleur de 13W/ml durant toute la saison de chauffe soit une déperdition totale de 6045W pour l’ensemble des 465m du réseau. Cela implique que les travaux sur la régulation permettant la variation de température du réseau ont été réalisés.

3.2.6 Besoins en consommations

Le tableau ci-dessous représente les consommations estimées par entité.

GEN

DA

RM

ERIE

B

UR

EAU

X

GEN

DA

RM

ERIE

LOG

EMEN

TS

SALL

E

PO

LYV

ALE

NTE

PO

MP

IER

S

BU

REA

UX

PO

MP

IER

S

GA

RA

GE

6 L

OG

EMEN

TS

PR

E C

HA

BA

UD

PER

TES

RES

EAU

X

TOTA

L

Consos ECS (MWh) - - - 6,03 - 17,32 - 23,34

Besoins énergie chauffage (MWh)

53,55 123,58 103,31 65,71 20,625 160,57 39,75 553,81

Apports gratuits 10% (MWh)

5,35 12,36 10,33 6,57 2,06 16,06 0,00 51,41

Besoins rééls énergie (MWh)

48,19 111,22 92,98 59,13 18,56 144,51 39,75 502,40

BESOINS TOTAUX (MWh)

48,19 111,22 92,98 65,16 18,56 164,22 39,75 525,75

% besoins 8,9% 20,6% 17,2% 12,2% 3,4% 30,4% 7,3% 100,0%


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Répartition des besoins en consommation (MWh)

48 MWh; 9%

111 MWh; 21%

93 MWh; 17%

66 MWh; 12%19 MWh; 4%

164 MWh; 30%

40 MWh; 7%

GENDARMERIEBUREAUX

GENDARMERIELOGEMENTS

SALLEPOLYVALENTE

POMPIERSBUREAUX

POMPIERS GARAGE

6 LOGEMENTS PRECHABAUD

PERTES RESEAUX

Besoins en consommation (MWh)

TOTAL = 541 MWh


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3.2.7 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, la courbe de monotone de puissance ci-dessous a été obtenue.

La puissance maximale appelée est de 238kW le 23 janvier à 6h avec une température extérieure de -18°C.

Les besoins totaux en puissance pris en compte pour l’étude de faisabilité seront de 250kW.

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

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


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3.3 Définition des scénarios

Dans cette étude, 2 scénarios sont proposés :

Chaufferie bi-énergie

Chaufferie 100% bois.

3.3.1 Scénario 1 : Chaufferie bi-énergie

Le principe existant de la bi-énergie est conservé.

Les chaudières actuelles seront remplacées par :

1 chaudière bois plaquettes

1 chaudière gaz propane.

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

Chaudière bois 40% 100

Chaudière gaz 60% 150

TOTAL 100% 250

Tableau de répartition des puissances

Il a été pris en compte des chaudières de marque :

Hargassner de type EcoHK pour le bois

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

Bois

EcoHK100

Gaz

Varino 150

Plage de puissance 30-99 kW 20-146 kW

Rendement à puissance minimale et nominale

95/96,3% 108,5/97,4%

Dimensions (mm) 1335x745x1610Ht 1375x840x1840Ht

Caractéristiques des chaudières

Plage de fonctionnement 0<P<100kW P>100kW

Chaudière en marche Chaudière 1 Chaudières 1+2

Tableau de répartition des plages de fonctionnement

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


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3.3.1.1 Consommations estimées

Les consommations de la chaufferie ont été estimées en intégrant un rendement de combustion des chaudières de 95% pour la chaudière 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] 73 239 66 543 61 624 63 664 46021 16347 17859 50 526 60 992 64 609 521 423

APPORTS SOLAIRES [kWh]

6 301 6 301 6 301 6 301 6 301 3 150 3 150 6 301 6 301 6 301 56 707

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 ] 74 169 66 750 61 300 63 560 44 012 14 622 16 298 49 002 60 599 64 608 514 921

CONSOMMATION PLAQUETTE [MAP] 66 60 55 57 39 13 15 44 54 58 460

LIVRAISONS 30 MAP [nb] 2,2 2,0 1,8 1,9 1,3 0,4 0,5 1,5 1,8 1,9 15,3

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

BESOINS [kWh] 26 969 15 141 8 025 4 337 211 113 275 2 055 6 051 9 034 72 210

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 ] 27 561 15 474 8 201 4 433 215 115 281 2 100 6 184 9 233 73 796

CONSOMMATION GAZ [kg] 2 153 1 209 641 346 17 9 22 164 483 721 5 765

LIVRAISONS 1500kg [nb] 1,4 0,8 0,4 0,2 0,0 0,0 0,0 0,1 0,3 0,5 3,8

La consommation annuelle de bois est estimée à environ 460 MAP (1 120 kWh/MAP), soit environ 515 MWh.

En prenant en compte des livraisons de 30 MAP, environ 15 livraisons seront nécessaires sur l’année avec un maximum mensuel de 2 livraisons pour les mois de janvier et février.

La consommation annuelle de gaz est estimée à environ 5,8 tonnes soit environ 74 MWh. En prenant en compte des livraisons de 1500kg, environ 4 livraisons seront nécessaires sur l’année.


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

JANVIER

FÉVRIER

MARS AVRIL MAI JUIN JUILLET AOÛTSEPTEMBRE

OCTOBRE

NOVEMBRE

DÉCEMBRE

CONSOMMATIONGAZ (kWh PCI)

27 561 15 474 8 201 4 433 215 115 0 0 281 2 100 6 184 9 233

CONSOMMATIONBOIS (kWh PCI)

74169 66750 61300 63560 44012 14622 0 0 16298 49002 60599 64608

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


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JANVIER

FÉVRIER

MARS AVRIL MAI JUINJUILL

ETAOÛT

SEPTEMBR

E

OCTOBRE

NOVEMBRE

DÉCEMBRE

CONSOMMATION BOIS (MAP) 66 60 55 57 39 13 0 0 15 44 54 58

CONSOMMATION GAZ [kg] 2 153 1 209 641 346 17 9 0 0 22 164 483 721

0

500

1 000

1 500

2 000

2 500

0

10

20

30

40

50

60

70

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


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3.3.2 Scénario 2 : Chaufferie 100% bois

3.3.2.1 Choix des chaudières

Les chaudières actuelles seront remplacées par :

2 chaudières bois plaquettes.

La mise en place de 2 chaudières permet d’optimiser les rendements et d’avoir une chaudière en secours assurant une fourniture de chaleur minimale.

Afin de maximiser le rendement des chaudières, on prendra en compte une répartition de puissance 60% pour la chaudière 1 et 40% pour la chaudière bois 2.

Répartition Puissance (kW)

Chaudière bois 1 40% 100

Chaudière bois 2 60% 150

TOTAL 100% 250

Tableau de répartition des puissances

Il a été pris en compte des chaudières de marque Hargassner de type EcoHK.

EcoHK100 EcoHK150

Plage de puissance 30-99 kW 44-149 kW

Rendement à puissance minimale et nominale

95/96,3% 93,8/96,1%

Dimensions (mm) 1335x745x1610Ht 1780x875x1760Ht

Caractéristiques des chaudières

Plage de fonctionnement 0<P<100kW 100<P<150kW P>150kW

Chaudière en marche Chaudière 1 Chaudière 2 Chaudières 1+2

Tableau de répartition des plages de fonctionnement

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


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3.3.2.2 Consommations estimées

Les consommations de la chaufferie ont été estimées en intégrant un rendement de combustion des chaudières de 95% ainsi qu’un rendement de régulation de 95%.

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

BESOIN CHAUFFAGE [kWh] 97 256 78 733 66 698 65 050 43 281 14 984 16 658 49 629 64 092 70 692 567 073

BESOIN ECS [kWh] 2 951 2 951 2 951 2 951 2 951 1 476 1 476 2 951 2 951 2 951 26 560

APPORTS SOLAIRES [kWh] 6 301 6 301 6 301 6 301 6 301 3 150 3 150 6 301 6 301 6 301 56 707

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 CHAUFFAGE [kWh] 100 782 80 257 66 922 65 096 40 975 13 112 14 967 48 009 64 034 71 348 565 502

CONSOMMATION ECS [kWh] 3 270 3 270 3 270 3 270 3 270 1 635 1 635 3 270 3 270 3 270 29 429

CONSOMMATION PLAQUETTE [MAP] 93 75 63 61 40 13 15 46 60 67 531

LIVRAISONS 30 MAP [nb] 3,1 2,5 2,1 2,0 1,3 0,4 0,5 1,5 2,0 2,2 17,7

La consommation annuelle de bois est estimée à environ 531 MAP (1 120 kWh/MAP), soit environ 595 MWh.

En prenant en compte des livraisons de 30 MAP, environ 18 livraisons seront nécessaires sur l’année avec un maximum mensuel de 3 livraisons pour le mois de janvier.

Le graphique suivant reprend les données du tableau ci-dessus.


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JANVIER

FÉVRIER

MARS AVRIL MAI JUIN JUILLET AOÛTSEPTEMBRE

OCTOBRE

NOVEMBRE

DÉCEMBRE

CONSOMMATION ECS [kWh] 3 270 3 270 3 270 3 270 3 270 1 635 0 0 1 635 3 270 3 270 3 270

CONSOMMATION CHAUFFAGE [kWh] 100 782 80 257 66 922 65 096 40 975 13 112 0 0 14 967 48 009 64 034 71 348

CONSOMMATION PLAQUETTE [MAP] 93 75 63 61 40 13 0 0 15 46 60 67

0

20

40

60

80

100

120

140

0

20 000

40 000

60 000

80 000

100 000

120 000

Co

nso

mm

ati

on

p

laq

uett

e [

MA

P]

Co

nso

mm

ati

on

s

men

su

ell

es

[kW

h/m

ois

]

Estimation des consommations mensuelles de la chaufferie


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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 : 4,06 x 4,24 x ht 3,56m, soit un volume total de 60 m3.

Le volume utile est donc de 40 MAP et la réserve de 10 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 1 : Mixte bois/gaz

Scénario 2 : 100% Bois

Consommation (MWh) 17 23

Consommation (MAP) 15 20

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 15 jours avec le scénario 1 et de 10 jours avec le scénario 2.


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Autre approche, le tableau suivant présente les autonomies théoriques des scénarios 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

2660 kWh (2,4 MAP/jour) -

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

12,5 jours

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

2660 kWh (2,4 MAP/jour)

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

12,5 jours

Autonomie du silo (Scenario 2 100% bois)

1- Consommation journalière pour une journée froide « classique » (0°C constant)


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

12,2 jours

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


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

5,5 jours

Remarque : dans le scénario 1, la chaudière bois fonctionne à 100% soit 100kW. La puissance nécessaire en période de grand froid est fournie par la chaudière gaz.

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

Le silo actuel de 60m3 peut être conservé, il procure une autonomie suffisante quelque soit le scénario envisagé.


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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 1 : mixte

Bois/énergie Scénario 2 : 100%

bois

Production de cendre

[kg]


[L]


[kg]


[L]

JANVIER 248 199 348 279

FÉVRIER 223 179 280 224

MARS 205 164 235 188

AVRIL 213 170 229 183

MAI 147 118 148 119

JUIN 49 39 49 40

JUILLET 0 0 0 0

AOÛT 0 0 0 0

SEPTEMBRE 55 44 56 44

OCTOBRE 164 131 172 137

NOVEMBRE 203 162 225 180

DÉCEMBRE 216 173 250 200

TOTAUX 1724 1379 1992 1594

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.


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4 Etude de potentiel solaire

4.1 Rappel des besoins

Gendarmerie 6 logements 135 MWh Salle polyvalente/pompiers 108 MWh Gendarmerie bureaux 50 MWh 6 logements HLM Pré Chamboud 170 MWh

En prenant en compte les rendements de production (η = 85 %), de régulation (η = 95 %) et de distribution (entre les chaudières et les compteurs) (η = 95 %) ; soit un rendement global de 77% ; la consommation énergétique

de la chaufferie toutes énergies confondues est de 594 480 MWh.

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

10 594 480 788 7 880 1,3% 6 500 € 4 500 € 11 000 € 252,16 € 43,6

25 594 480 788 19 700 3,3% 6 500 € 11 250 € 17 750 € 630,40 € 28,2

50 594 480 788 39 400 6,6% 6 500 € 22 500 € 29 000 € 1 260,80 € 23,0

100 594 480 788 78 800 13,3% 6 500 € 45 000 € 51 500 € 2 521,60 € 20,4


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5 Conception et intégration architecturale de la chaufferie bois

5.1 Scénario 1

5.1.1 Principe

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. Un extracteur à plateau dessileur rotatif d’un diamètre de 4m sera installé dans le silo.

Les 2 nouvelles chaudières seront positionnées sur le même principe que les 2 chaudières existantes.

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

L’alimentation gaz de la chaufferie est conservée.


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5.1.2 Plan d’implantation


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5.2 Scénario 2

5.2.1 Principe

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. Seul 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.

L’alimentation gaz de la chaufferie est supprimée. On déplacera cependant l’alimentation desservant la salle polyvalente avec son coffret de coupure situé sur la nouvelle façade de la chaufferie.

5.2.2 Plan d’implantation


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6 Étude économique

6.1 Investissements

Investissements (€ HT)

Chaufferie Réseaux Sous-stations Autres TOTAUX

Scénario 1 (bois / gaz)

132 547 € / 8 143 € 6 674 € 147 364 €

Scénario 1 (bois / gaz)

+ Solaire

132 547 € / 8 143 € 35 674 € 176 364 €

Scénario 1 (bois seul)

193 484 € / 8 143 € 6 674 € 208 301 €


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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 2

Salle fêtes / Pompiers

HLM

HLM

T

r

a

c

é

s

u

p

p

o

s

é

T

r

a

c

é

s

u

p

p

o

s

é

T

r

a

c

é

s

u

p

p

o

s

é

Gendarmerie

Tracé supposé

Tracé supposé

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°2, réseaux et

bâtiments desservis

Circuit HLM

Ø40/49

Circuit Salle polyvalente/pompiers

Ø50/60

Circuit Gendarmerie

Ø40/49

UPS 25-80 UPS 25-80UPS 40-60

Ballon

tampon

≈2000L

Chaudière

Propane

CECID

HX175

195kW

Chaudière

Bois

SPANEX

BHSR

126kW

CHAUFFERIE N°2 EXISTANTE

Compteur à

remettre en état

SOUS-STATION GENDARMERIE

Depuis Chaufferie n°2

Ø40/49

Départ Bureaux

Ø26/34

Départ 6 Logements

Ø33/42

Retour Bureaux

Ø26/34

Retour 6 Logements

Ø33/42

Décharge

SALLE POLYVALENTE ET POMPIERS

UTA accueil Major2

10kW

Aérotherme Salle

Poly

≈40kW

Aérotherme Salle

Poly

≈40kW

Emetteurs des pompiers

Depuis chaufferie n°2

Ø50/60

Ø3

3/4

2

Ø3

3/4

2

HLM - PRE CHABAUD

SOUS-STATION INDIVIDUELLE

Depuis Chaufferie n°2

PEHD DN20 (Ø25ext)

Ø20/27

Ø20/27

Ballon

ECS mixte

150L

Vers

Radiateurs



Phase DIAG / FAISA


A 1ère émission 28/04/2016

Chaufferie n°2 et bâtiments

desservis

Schémas de Principe de l'existant

Pa

no

plie

Ch

bo

is

Ch

g

az

Ba

llo

n

ta

mpo

n

Silo

Propane cuve enterrée

HS

D =

2

.9

0

48

90

40

50

42

40

Co

ffre

ts co

up

ure

g

az

(sa

lle

p

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le

nte

;

ch

au

ffe

rie

)

Co

ffre

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up

ure

ele

c

VH

4

0 x 4

0

VB 40 x 40

4.2

4 x 4

.0

6 x 3

.5

6 H

t

T

r

a

c

é

s

u

p

p

o

s

é



Phase DIAG / FAISA


A 1ère émission 08/06/2016 1/50è

Etat des lieux de l'existant

Chaufferie n°2

(Salle polyvalente, pompiers...)

Pa

no

plie

Ch

g

az

15

0kW

Ba

llo

n

ta

mp

on

Silo


HS

D =

2

.9

0

48

90

40

50

42

40

Co

ffre

t co

up

ure

ele

c

VH

4

0 x 4

0

VB 40 x 40

4.2

4 x 4

.0

6 x 3

.5

6 H

t

CH bois

100kW

VE

40

50

Co

ffre

ts co

up

ure

g

az

(sa

lle

p

olyva

le

nte

;

ch

au

ffe

rie

)

T

r

a

c

é

s

u

p

p

o

s

é



Phase DIAG / FAISA



Chaufferie n°2


Scénario n°1 : Bi-énergie bois/gaz

Ba

llo

n

ta

mp

on


HS

D =

2

.9

0

48

90

40

50

42

40

Co

ffre

t co

up

ure

ele

c

VH

4

0 x 4

0

VB 40 x 40

Panoplie CH

VE

10

00

CH bois

100kW

CH bois

150kW

Silo

4.2

4 x 4

.0

6 x 3

.5

6 H

t

T

r

a

c

é

s

u

p

p

o

s

é

Ga

z p

ou

r sa

lle

po

lyva

le

nte



Phase DIAG / FAISA



Chaufferie n°2


Scénario n°2 : Tout bois

Documents

Diagnostic et étude de faisabilité de la d’une chaufferie ... CHAUFFERIE 2 - … · Tél. 04 26 03 17 31 – e-mail : [email protected] – Site : SIRET : 510 074 362 00029 –