La ou les chaudières fonctionnent-elles correctement, le rendement peut-il être amélioré ?
- Améliorer le réglage de la combustion
- Améliorer l'évacuation des fumées
- Modifier la régulation du brûleur
- Améliorer la régulation en cascade des chaudières
- Diminuer la puissance du brûleur
- Remplacer le brûleur
- Colmater et réisoler la chaudière
- Diminuer la température de fonctionnement des chaudières
- La chaudière n’est-elle pas surdimensionnée ?
Il est très fréquent de rencontrer dans les écoles des chaufferies surdimensionnées. De plus, l’isolation du bâtiment permet de réduire le besoin de chauffage et donc la puissance de chauffage nécessaire. Dans le cas d’une chaufferie à chaudières multiples, il est éventuellement possible de réduire le nombre de chaudières en fonctionnement et d’ainsi réduire les pertes, tout en maintenant une puissance suffisante.
Pour évaluer le surdimensionnement, on peut calculer la durée de fonctionnement effective des chaudières.
La durée de fonctionnement normale d’une chaudière dans une école avoisine les 1200 à 1500 heures/saison de chauffe, et de 1500 à 1800 heures/an si la chaudière assure aussi la production d’une grande quantité d’eau chaude sanitaire.
On peut facilement calculer la durée de fonctionnement réelle d’une chaudière en multipliant la consommation annuelle (en litres de fuel ou en m³ de gaz) par 10 (le PCI du mazout et du gaz est approximativement de 10kWh/l ou 10kWh/m³) et en divisant le tout par la puissance totale installée en chaudières.
Par exemple :
Soit une chaufferie avec 2 chaudières de 100 kW. La consommation est de 14.000 litres fuel/an.
La durée de fonctionnement est donc de : 14.000 x 10 /200 = 700 heures
La durée de fonctionnement étant inférieure à la moitié de la durée de fonctionnement annuelle, il est très probablement possible d’arrêter totalement une des deux chaudières et de fermer les vannes de raccordement hydraulique de celle-ci. On économisera le fait qu’elle perd inutilement de la chaleur (puissance de perte évaluée entre 0.3 et 1.5 % de la puissance de la chaudière)
- La chaudière à condensation condense-t-elle ?
Une chaudière à condensation fonctionne correctement lorsque la vapeur d’eau contenue dans les fumées condense au contact du circuit d’eau de retour vers la chaudière. On peut s’assurer qu’il y a bien condensation en vérifiant l’évacuation de l’eau des condensats à l’égout.
Au plus fort de l’hiver, même dans une installation bien pensée, il se pourra que la chaudière ne condense pas. Il faut donc idéalement vérifier plusieurs fois avant de dire que la chaudière ne condense pas du tout.
Un petit récipient peut être posé pour mesurer la quantité de condensats. À pleine puissance et lorsque la condensation est bonne, la chaudière produit environ un débit de 10 litres d’eau/heure pour une puissance de 100 kW, donc 20 l/h pour une puissance de 200 kW…
S’il n’y a pas de production d’eau de condensation, le réseau hydraulique de chauffage n’est probablement pas adapté à la chaudière à condensation. La température d’eau de retour n’est pas assez froide et le réseau devrait être modifié.
Faut-il changer une chaudière qui fonctionne correctement?
Lorsqu’une chaudière est en place et fonctionne correctement, il faut connaître son rendement pour pouvoir évaluer l’intérêt de la remplacer.
Évaluer le rendement
Le rendement de la chaudière peut être évalué grâce à la température des fumées. Au plus les fumées sont froides, au mieux c’est. En effet, une basse température des fumées indique que la chaleur fournie par le combustible a bien été récupérée par l’eau du circuit.
Pour avoir une bonne idée du rendement, on consultera la dernière attestation de Contrôle périodique, le rendement de combustion y est donné.
Exemple d’attestation de contrôle périodique
Évaluer la rentabilité financière du remplacement
Après avoir amélioré les réglages de la chaudière et optimisé son rendement, on peut évaluer la pertinence de son remplacement. La décision de changer la chaudière complète ou uniquement son brûleur se prendra en fonction de l’âge de la chaudière.
Pour évaluer le potentiel d’économie d’énergie d’un remplacement de chaudière, on estimera le rendement saisonnier de production avant et après remplacement.
La formule suivante permettra de chiffrer ce potentiel :
Économie = Conso actuelle x [1 – (η avant / η après)]
Pour le rendement de la chaudière existante (η avant), on peut se référer à l’attestation de contrôle.
Pour le rendement de la nouvelle chaudière, on peut prendre les hypothèses suivantes dans le cadre d’une rénovation :
| Type d'installation |
η saisonnier de production sur PCI |
| gaz ou mazout, sans condensation | 92 ... 94% |
| mazout à condensation | 97 ... 99% |
| gaz à condensation | 101 ... 103% |
Exemple : une chaudière atmosphérique gaz de 200 kW consomme 22.000 m³ de gaz, soit 14.000 € par an. Si on prend comme hypothèse, un rendement initial de 86%, la remplacer par une chaudière gaz à condensation avec un rendement de 101% permettrait d’économiser 14.000 x 0.15 = 2.100 €/an. En 5 ans, l’investissement est amorti !
En présence de chaudières gaz atmosphériques, le meilleur choix est souvent de les remplacer. Elles sont en effet caractérisées par :
- Des pertes importantes, y compris lorsque le brûleur est arrêté ;
- Un rendement utile ~ 84 .. 90 %... soit environ 15% en moins que les chaudières gaz à condensation.
- Aucune possibilité d’amélioration
Autres critères
La faisabilité financière du remplacement de la chaudière est évidemment un critère important, mais d’autres éléments sont à prendre en compte :
- La chaudière existante est-elle fiable ?
- La chaudière supporte-t-elle d’être complètement coupée ? (voir risque de corrosion due à la condensation pendant la relance)
- La réduction de consommation d’énergie fossile, a-t-elle été prise en compte, non seulement pour son coût financier pour l’école, mais également pour son impact sur la réduction des ressources planétaires et les enjeux géopolitiques qui y sont liés ?
- La réduction des émissions de polluants atmosphériques a-t-elle été prise en compte pour ses impacts sur le réchauffement climatique et sur notre santé ?
Remplacer la chaudière : Que choisir ?
La chaudière existante est hors service ou son rendement est trop mauvais, un nouveau système de production de chaleur doit être installé.
Quel combustible pour une chaudière? Gaz, mazout ou bois ?
Si l’école est raccordée au réseau de gaz, cette solution est l’optimum économique. Le bois est un combustible renouvelable possible, mais nécessite un investissement important et impose des contraintes de stockage.
Si la production de chaleur est réalisée par une chaudière, le choix du combustible est essentiel.
Les combustibles possibles pour une chaudière « traditionnelle » sont le gaz naturel, le fuel (mazout) et le bois (pellets ou plaquettes). Le tableau comparatif ci-dessous permet d’évaluer ces trois solutions suivant différents critères.
|
Critère |
Pour le gaz |
Pour le fuel |
Pour le bois |
|---|---|---|---|
|
Rendement |
Élevé avec condensation |
Élevé avec condensation |
|
|
Approvisionnement |
Réseau |
Partout |
Partout |
|
Type de ressource |
Non renouvelable |
Non renouvelable |
Renouvelable |
|
Investissement |
Plus élevé |
||
|
Stockage |
Aucun (connexion au réseau)/(citerne) |
Citerne |
De + si pellets… à +++ si plaquettes |
|
Prix du combustible |
(++ si citerne) |
+ |
- |
|
Émission de CO2 |
Inférieur de 25 % par rapport au mazout |
0 (cycle CO2 neutre) |
|
|
Émission de NOx |
- |
+ |
+ |
|
Émission de SO2 |
- |
++ |
+ |
|
Émission de particules fines |
- |
+ |
++ |
|
Suivi des consommations |
Facile |
Par dispositif adhoc |
Par dispositif adhoc |
L’évolution des prix est suivie par l’Apere sur son site
Évolution des prix de l'énergie achetée par les ménages ces 5 dernières années
Valeur à monnaie courante (dernière mise à jour : décembre 2014)
Le prix de l’énergie peut varier fortement en fonction du contrat négocié. Le prix de l’énergie dans votre école, vous le trouverez dans vos factures.
Sur le long terme, le gaz naturel apparaît comme moins cher que le fuel.
Pour une école bien isolée, la réactivité du système de chauffe est très importante. Les besoins importants pour réchauffer le bâtiment le lundi matin après la coupure du WE ou d’une semaine de congé, s’annulent presque totalement lors de l’arrivée des élèves. Le brûleur modulant d’une chaudière gaz est bien adapté à ce profil.
Les chaudières au bois (pellets ou plaquettes dans le cas d’une école) offrent une solution intéressante sur le plan écologique et sur le prix du combustible. Dans une école performante, pour garantir un bon rendement de la chaudière, il est nécessaire de la coupler avec un ballon tampon, ce qui évite des temps de fonctionnement trop courts loin du cycle de combustion optimal. L’approvisionnement et le stockage de combustible à proximité de la chaudière sont des contraintes importantes. L’investissement nécessaire à l’installation d’une chaudière au bois dépend très fortement de la situation existante (disponibilité des espaces nécessaires, accessibilité à ces espaces, etc. …)
À noter enfin que le gaz en citerne se révèle très cher à l’usage.
Au niveau des impacts environnementaux, le bois, combustible renouvelable et produit localement, est intéressant. Le gaz a moins d’impacts négatifs que le mazout, mais aucun de ces deux combustibles n’est renouvelable.
Une ou deux chaudières pour le chauffage?
Augmentation de la fiabilité des chaudières et diminution de la puissance nécessaire : doubler les chaudières n’est plus indispensable.
La fiabilité des chaudières est en nette hausse, le risque de panne est aujourd’hui assez faible. De plus, l’isolation croissante des bâtiments permet de conserver une température suffisante durant les 24 h d’intervention du chauffagiste, le cas échéant.
Les pertes par les parois de la chaudière sont aujourd’hui presque négligeables. Et, puisque le rendement d’une chaudière est amélioré à faible charge (une petite flamme se retrouve dans un grand échangeur de fumées), n’installer qu’une seule chaudière (avec un brûleur gaz modulant ou fuel à 2 allures) constitue même une amélioration énergétique.
Il ne reste plus que l’argument de la « tranquillité maximale », qui sera bien sûr défendue par le fabricant. En réalité, le coût du dédoublement des chaudières ne se justifie plus, hormis pour les très grosses puissances.
Solution alternative de bon père de famille : garder une des vieilles chaudières en parallèle sur la nouvelle, mais sans irrigation. Au cas où …, elle pourra toujours servir !
Donc, le besoin d’une gestion de la cascade des chaudières disparaît …
Remarque : pour éviter toute rupture de stock, certaines pièces sensibles seront stockées lors de la fourniture de la chaudière : sonde d’ionisation, micro-processeur de réglage de puissance, sonde fumée… (à ajuster avec le fabricant).
À noter que si l’installation comprend 2 chaudières gaz à brûleur modulant, la cascade sera telle que les deux chaudières fonctionnent en petite allure, avant qu’une grande allure ne soit enclenchée (toujours ce principe de placer une petite flamme sous un grand échangeur afin de refroidir au maximum les fumées !).
Chaudières à condensation : une technologie pertinente pour l’école ?
Si le choix d’une chaudière à condensation est évident pour le gaz, il est plus discutable pour les chaudières au fuel :
Suite aux règlements Eco-design 811 à 814, en vigueur depuis septembre 2015, se passer de la condensation sera difficile à terme (chaudières jusque 400 kW). À partir du 01/01/2018, la condensation ne pourra plus être évitée.
- Le gain théorique maximal lié à la condensation des fumées du fuel est seulement de 7% contre 11% pour le gaz (donc, en pratique, la moitié …).
- Le fuel contient du soufre qui va créer de l’acide sulfurique dans la chaudière. Celle-ci devra utiliser des métaux inoxydables … beaucoup plus coûteux !
- La condensation des vapeurs d’eau dans les fumées du fuel ne se produit qu’à très basse température. La température d’eau de retour vers la chaudière doit donc être plus basse en mazout qu’en gaz pour déclencher la condensation.
Pour atteindre un rendement de 105% sur PCI, il faut une température de fumées
de 38°C en gaz, contre 20°C pour le fuel !!
Au niveau du rendement de production, une chaudière fuel à condensation ne fera gagner au mieux que 3 ou 4% de plus qu’une chaudière à très basse température. Pour un surcoût très élevé ! D’autres investissements économiseurs d’énergie paraissent plus rentables …
Par contre, au niveau de la régulation, la possibilité de stopper complètement la chaudière en dehors des périodes d’occupation (la nuit et le WE) est essentielle. Avant de conclure que le bénéfice d’une chaudière à condensation par rapport à une chaudière basse température ne justifie pas le surinvestissement, la différence de rendement étant trop faible, il faut s’assurer que la chaudière basse température sans condensation supportera la coupure du WE sans risque de corrosion. Si c’est le cas, le surinvestissement pour la chaudière mazout à condensation ne se justifie sans doute pas. Si ce n’est pas le cas, la chaudière mazout à condensation devient intéressante, parce qu’en plus d’un rendement de production meilleur, elle pourra être complètement coupée la nuit et le WE, ce qui améliore le rendement de régulation.
Des radiateurs électriques ? (chauffage électrique direct)
L’électricité est une énergie chère et polluante. D’un point de vue thermodynamique, il n’est jamais pertinent d’utiliser de l’électricité pour produire de la chaleur.
L’installation de radiateurs électriques dans une école, remplaçant la totalité du système de chauffage, offre les avantages d’un coût d’investissement limité, d’une installation rapide et d’une grande flexibilité au niveau de la régulation. Ce sont des avantages à court terme.
Pour que le bilan financier et environnemental d’une telle solution puisse éventuellement être intéressant sur le long terme, il faudrait des consommations très faibles (école très bien isolée, étanche à l’air, avec ventilation double-flux avec récupération de chaleur…) et une économie substantielle sur l’investissement. Dans le cas d’une rénovation, le système de chauffage existant peut souvent être au moins partiellement conservé et la performance est rarement suffisante pour justifier ce choix. Le kWh électrique reste 3 à 4 fois plus cher que le kWh de gaz ou de mazout. La production d’1 kWh d’électricité nécessite en moyenne la consommation de 2.5 kWh d’énergie primaire dans les centrales électriques classiques et génère des déchets radioactifs dans les centrales nucléaires.
L’installation de panneaux photovoltaïques permet d’améliorer le bilan, mais du point de vue de l’optimisation des ressources, la consommation d’électricité pour la production directe de chaleur restera toujours une aberration. Il est plus intelligent d’utiliser l’électricité là où elle est nécessaire (faire fonctionner des ordinateurs, éclairer les locaux…)
Une pompe à chaleur (air/eau) ? (chauffage électrique indirect)
La pompe à chaleur permet de réduire l’impact environnemental et financier du chauffage, mais nécessite un investissement important et une maintenance. Pour avoir un bon rendement et une surface de radiateur limitée, il faut d’abord avoir un bâtiment bien isolé.
Une pompe à chaleur air/eau permet, grâce à une consommation électrique, de valoriser la chaleur présente dans l’air. Sa performance (1 kWh électrique génère environ 3 kWh de chaleur) permet de compenser le prix élevé du kWh et le faible rendement des centrales électriques.
Le rendement de la pompe à chaleur est bon quand elle doit fournir de l’eau à faible température, et que l’air extérieur n’est pas trop froid. Elle sera toujours couplée à un système complémentaire, pour fournir la puissance nécessaire en période de grand froid.
Pour qu’une pompe à chaleur soit performante, elle doit être associée à des émetteurs de chaleur à basse température.
La pompe à chaleur est donc mal adaptée à la production d’eau chaude sanitaire. Ce point n’est pas essentiel, les besoins d’eau chaude sanitaire étant généralement réduits dans les écoles.
Le chauffage par le sol est l’exemple parfait d’une émission de chaleur à basse température et s’associe donc parfaitement avec une pompe à chaleur. Par contre, le chauffage par le sol ne convient pas du tout aux écoles, dont le profil de besoin de chaleur très variable est incompatible avec l’inertie d’un tel système. Le chauffage par le sol est à rejeter absolument.
Si l’école est très performante, il est éventuellement possible de prévoir des grandes surfaces de radiateurs qui fonctionnent à basse température pour fournir la puissance de chauffage nécessaire avec un bon rendement de la pompe à chaleur.
Si le gaz n’est pas présent, la solution pompe à chaleur air/eau alimentant des radiateurs surdimensionnés, complétée par une chaudière au mazout qui ne travaillera que par forte gelée tient la route. Ceci ne sera possible que dans le cas d’un bâtiment dont les déperditions sont faibles (bonne isolation, ventilation avec récupération de chaleur)
Alimenter la pompe à chaleur avec une production d’électricité renouvelable par l’installation de panneaux photovoltaïques ?
Si on observe unbilan annuel, cette solution est séduisante. Cependant, l’optimisation des flux énergétiques nécessite que l’énergie produite soit consommée au moment où elle est produite. Lier les panneaux solaires et le chauffage n’est alors plus très pertinent. La production maximale des panneaux solaires aura lieu en été, quand l’école est inoccupée…
L’intérêt écologique des pompes à chaleur est indiscutable, mais l’investissement est très important, et, pour un bâtiment dont les besoins de chauffage sont faibles, le temps de retour sera très long. La pompe à chaleur sera envisagée dans le cas où le bâtiment est très performant et où l’investissement est possible. Les possibilités de subsides seront déterminantes pour une décision de ce type.
La cogénération dans une école ?
La cogénération permet de produire simultanément de l’électricité et de la chaleur, dans la chaufferie de l’école. En général, le profil des consommations de chaleur et d’électricité des écoles ne convient pas pour une installation de cogénération.
En effet, les écoles sont généralement caractérisées par les éléments suivants :
- Pas de besoin de chaleur en été
- Pas de besoin de chaleur le WE et durant les 6 semaines de congé scolaire hivernales
- Besoin de chaleur très variable sur la journée (forte demande de relance au matin, faible demande en journée, arrêt vers16 h…)
Bien sûr, il peut exister des cas particuliers nettement plus favorables, comme des écoles comportant un internat ou, mieux, une piscine!