Avant d’agir sur l’installation : organiser l’occupation des locaux et le chauffage de manière intelligente
La programmation des locaux peut parfois générer le chauffage d’une aile de bâtiment uniquement pour un cours dans un local. Par exemple, le cours de musique de 17h00 n’est pas placé dans l’aile où se fait la garderie. Un regard énergétique sur l’organisation permet parfois une belle rationalisation ; même s’il génère des contraintes supplémentaires à un planning souvent bien difficile à mettre au point !
Dans ce but, il est utile de colorier d’une même couleur (sur le plan A4 pour l’incendie) les locaux qui sont alimentés par le même circuit de chauffage. Le responsable du planning visualise alors mieux comment attribuer les locaux…
Si la répartition des réseaux n'est pas connue (tuyaux cachés, piquages multiples,...), il est possible de profiter d'un jour de congé en semaine pour arrêter tous les circulateurs des circuits sauf 1 (coupure aux disjoncteurs) et de noter quels sont les radiateurs chauds. Puis, on enclenche le deuxième circulateur, etc.
3 principes et leur mise en œuvre
Notre proposition pour la régulation du système de chauffage d'une école se fait par l'application des 3 principes suivants:
1. Il est intéressant de dissocier, si c’est possible, la production d’eau chaude sanitaire et le chauffage des locaux.
Pourquoi ?
Les besoins en eau chaude sanitaire dans une école sont diversifiés et sporadiques : réfectoire, entretien, douches de la salle de gymnastique…
Le fait de réaliser le chauffage de cette eau sanitaire avec le chauffage de l’eau des radiateurs est historique : autrefois, il fallait absolument concentrer la production de chaleur en chaufferie, pour profiter de l’unique conduit de cheminée.
A présent des générateurs d’eau chaude gaz peuvent être placés juste à côté des points de puisage. À défaut de gaz, des accumulateurs électriques bien isolés peuvent aussi être prévus.
Les avantages :
- Suppression de la boucle de circulation d’eau chaude sanitaire, génératrice de pertes de chaleur par les conduites et de consommations électriques par le circulateur ;
- Suppression de l’obligation de produire de l’eau à 60° pour éviter la prolifération de la bactérie, la legionella pneumophila ;
- Suppression de la nécessité de mitiger la température de l’eau avant son usage, source de complication calcaire dans la robinetterie ;
- Suppression du besoin d’installer une priorité Eau Chaude Sanitaire en chaufferie (qui demande à la chaudière de monter en température) alors que les radiateurs ne demandent pas une telle température d’eau en mi-saison ;
- Accroissement de la performance des chaudières à condensation qui recherchent de l’eau froide sur leur retour ;
- Suppression du besoin des vannes 3 voies mélangeuses puisque les radiateurs demandent la même température d’eau que celle fournie par la chaudière ;
À noter que certaines écoles ont parfois des besoins importants d’eau chaude sanitaire (écoles professionnelles, internats…). Il est alors souvent préférable d’installer une chaudière spécifique, indépendante du chauffage du bâtiment.
Si l’installation unique reste privilégiée, une chaudière à condensation à 2 retours sera sélectionnée, permettant de raccorder l’eau chaude sanitaire sur le retour à haute température.
Comment ?
2. Le chauffage doit être coupé quand l’école n’est pas occupée.
Pourquoi ?
Une école est généralement plus de 80% du temps et son chauffage doit être coupé à ce moment. Le chauffage doit donc être éteint pendant la soirée et la nuit, les WE, les vacances … avec une possibilité de dérogation et une sécurité antigel.
La relance se fait le matin. Après une période de vacances, elle se fera la veille.
On entend souvent dire qu’il vaut mieux garder le bâtiment à 16°C la nuit et le week-end : « sinon cela coûtera bien plus cher de remettre le bâtiment à température le lundi matin ! ». C'EST FAUX !
Sur le plan énergétique, il est prouvé que pour consommer le moins possible, il faut couper l'installation de chauffage totalement en période d'inoccupation. Même si, effectivement, il faudra réchauffer les murs le lundi matin.
Graphe permettant de visualiser la consommation d'énergie pour plusieurs types de régulation du chauffage.La consommation énergétique sera proportionnelle à la surface sous la courbe.L'option "abaissement de la température" est la courbe la plus haute et correspond donc à la consommation énergétique la plus importante.
Le radiateur ne doit donc pas être « tiède » le samedi matin (= simple abaissement « traditionnel » de la température de l'eau). Il doit être froid !
Seul cas particulier : il ne faut pas couper totalement le chauffage d’une zone intégrant un local très humide (cuisine collective, salle de douches, buanderie...) si cette pièce ne dispose pas d'un d'extracteur d'air mécanique. Les parois risqueraient d'être trop froides, ce qui, en présence d’air humide, risque de créer des problèmes de condensation et de moisissures. Dans ce cas, il faut d'abord résoudre le problème d'humidité (par une extraction d'air efficace) avant de revenir à la coupure du chauffage.
Dans tous les autres cas, le chauffage doit être coupé la nuit et le week-end, tout en restant hors gel. Une possibilité de dérogation peut être prévue pour permettre de chauffer les locaux en cas d’occupation exceptionnelle.
Si dans votre école, le chauffage n’est pas efficacement coupé en dehors des périodes d’occupation, il est urgent d’investir dans la régulation de l’installation. Lorsqu’une installation de chauffage d’une école fonctionne en continu, il est garanti de réaliser plus de 50% d’économie (tant sur le combustible que sur l’électricité des circulateurs) en organisant l’arrêt total du chauffage la nuit, le WE et les jours de congé. C’est l’investissement le plus rentable !
Comment savoir si le chauffage est bien coupé et non "ralenti" le week-end ?
Poser un enregistreur de température ou un simple thermomètre à minima-maxima (très bon marché, vendu au supermarché) sur un radiateur dont la vanne est totalement ouverte (position 5) et analyser le lundi matin la température minimale mesurée. Si la température minimale mesurée. S la température minimale mesurée est de 25°C, le chauffage n'a jamais été coupé !
Comment ?
Les coupures et relances du chauffage sont gérées par un thermostat programmable qui contrôle les circulateurs.
Les circulateurs des circuits secondaires sont programmés sur base d’un horaire, pour toute une année. Une régulation parallèle permet d’assurer la sécurité antigel et une possibilité de dérogation via une minuterie. Attention, dans certains cas, en fonction du type de chaudière, cette stratégie doit être adaptée pour éviter les risques de condensation et/ou de corrosion au sein de la chaudière.
3. Grâce à la possibilité de réglage de la température de l’eau à la chaudière et à l’installation de vannes thermostatiques dans les locaux, la régulation par vannes 3 voies mélangeuses n’est plus nécessaire
Pourquoi ?
Partons de l’installation traditionnelle :
Autrefois, les chaudières devaient travailler à haute température d’eau. Pour obtenir une température adéquate dans les différents réseaux, des vannes mélangeuses modulaient la température de l’eau des radiateurs en mélangeant l’eau de départ chaudière avec l’eau de retour des radiateurs.
Constats :
- Avec l’isolation des bâtiments (nouveaux châssis, isolation des toitures…), les besoins de chaleur sont, de plus en plus, liés aux apports internes (présence ou non des élèves) ou externes (soleil) ;
- Il est très difficile de trouver un local témoin représentatif d’une zone dans une école ;
- Si la production d’eau chaude est indépendante, il n’y aura plus de montée en température intempestive de l’eau de chaudière ( = priorité ECS), ce qui nécessitait la présence de vannes mélangeuses.
Une régulation terminale sur le débit permet de moduler les apports de chaleur, local par local :
- soit via une vanne thermostatique
- soit via une vanne motorisée (réfectoire, salle de gym, …)
Puisque le débit d’eau dans les radiateurs est stoppé lorsque les besoins de chauffe s’annulent (arrivée des élèves ou du soleil), l’intérêt de préparer l’eau de chauffage à une température variable en fonction de l’orientation des façades diminue fortement.
Par ailleurs, les chaudières sont de plus en plus "très basse température", voir "à condensation", ce qui autorise de leur retourner de l’eau plus froide.
On pourra alors, sans perte majeure de performance, se contenter d’une régulation de la température d’eau de chaudière sur sonde extérieure (parfois déjà intégrée dans la chaudière) et d’une régulation terminale en débit dans les radiateurs. La régulation climatique de chaque circuit secondaire ne se justifie plus.
Le besoin de vannes 3 voies mélangeuses disparaît.
Seule reste la programmation distincte de chaque circulateur secondaire (à vitesse variable) via une horloge, hebdomadaire ou annuelle.
Remarque : on pourrait justifier la vanne 3 voies en présence d’émetteurs différents (aérothermes, chauffage par le sol, convecteurs…) mais, si la puissance est suffisante, le fonctionnement des aérothermes à plus basse température va améliorer le rendement (diminution de la stratification des températures). Quant au chauffage par le sol, il est inadéquat dans une école (impossibilité de réduire fortement la fourniture de chaleur dès l’arrivée des élèves, suite à une grande inertie thermique). S’il est déjà présent, une vanne mélangeuse spécifique limitera la température de l’eau vers le sol.
Comment ?
Au niveau de la chaudière : réguler la température de l’eau en fonction du climat extérieur, organiser la cascade des chaudières si nécessaire
La chaudière s’allume dès qu’une demande d’un des circulateurs apparaît. Elle dispose d’une régulation climatique, idéalement celle proposée par le constructeur : elle prépare l’eau à une température adaptée à la saison.
En présence de plusieurs chaudières, la cascade de chaudières est organisée.
Au niveau des locaux : réguler la température par des vannes thermostatiques
Les vannes thermostatiques des radiateurs affinent la régulation en stoppant le passage de l’eau dès que la température est trop élevée dans les locaux.
À partir d'une installation traditionnelle de chauffage, les principes développés ci-dessus permettent de recréer une régulation performante, simple et bon marché (pas de vannes 3 voies, pas de régulateurs pour vannes 3 voies...)
Le matériel de régulation proposé ci-après revient entre 1000 et 1500 € selon chaufferie.
Un contrat de maintenance de cette régulation n'est pas nécessaire. Le technicien de l'école est souvent apte à gérer lui-même la régulation en place.
La nouvelle régulation simplifiée détaillée ci-dessous peut être schématisée comme ceci :
