AMELIORATION DES INSTALLATIONS EXISTANTES

AMELIORATION DES INSTALLATIONS EXISTANTES
2007

Amélioration de la production de chaleur
Amélioration de la distribution Amélioration de l’émission de chaleur Amélioration de la maintenance Amélioration de la régulation

L’objectif est d’améliorer le rendement global de génération ou de résoudre un dysfonctionnement dû à la production de chaleur. Les améliorations proposées ici permettent d’améliorer le système existant mais ne sont pas comparables au remplacement partiel ou total de l’équipement de chauffe. Améliorer la combustion Améliorer l’évacuation des fumées Modifier la régulation du brûleur Améliorer la régulation de cascade des chaudières Diminuer la puissance du brûleur Remplacer le brûleur Colmater et reprendre l’isolation de la chaudière Diminuer la température de consigne des chaudières

Améliorer la combustion Généralement, le réglage de combustion a été effectué pour diminuer au maximum l’excès d’air tout en évitant la formation d’imbrûlés. Si la température de l’air comburant varie avec la saison, le réglage est souvent réalisé en hiver (quand l’air est le plus dense) avec un excès d’air légèrement augmenté pour maintenir un excès d’air suffisant en été. Cette habitude tend à diminuer le rendement de combustion « hiver », au moment même où les besoins sont les plus importants. Ceci peut justifier que, pour les installations de moyenne puissance, plusieurs réglages de combustion soient effectués au cours de l’année. Ou l’utilisation de brûleurs régulés à partir de la teneur d’oxygène des fumées.

Améliorer l’évacuation des fumées Un tirage trop important (> 2 mmCE) influe sur le rendement de combustion de l’ensemble brûleur générateur raccordé à un conduit de fumée. - Augmentation de la vitesse des fumées et augmentation de leur température par mauvais échange de chaleur, - Augmentation de l’excès d’air, en particulier parasite, et diminution du taux de CO2 dans les fumées. Un tirage trop faible (< 1 mmCE) ou fluctuant sera source d’imbrûlés. Pour pallier ces problèmes, il est nécessaire d’installer un modérateur de tirage ou, s’il existe déjà, de procéder à un nouveau réglage. Par ailleurs, isoler la boîte à fumées et la buse de raccordement permet de moins refroidir les produits de combustion et de diminuer les risques de condensation dans la cheminée.

Modifier la régulation du brûleur Deux points permettent d’importantes économies : Fermeture du volet d’air motorisé à l’arrêt qui permet de réduire les pertes par balayage. Ceci implique que l’alimentation du servomoteur ne soit pas coupée par l’arrêt du brûleur. Utilisation réelle du brûleur 2 allures en mode tout ou peu par étalonnage correct des aquastats limiteur et régulateur et ajustement des puissances et des qualités de combustion en petite et en grande allure.

Améliorer la régulation de cascade des chaudières Réguler des chaudières en cascade présente plusieurs intérêts : Limiter les pertes à l’arrêt des chaudières dont la puissance n’est pas nécessaire pour couvrir les besoins, en les isolant hydrauliquement pour éviter leur maintien en température. Limiter la puissance mise en œuvre pour augmenter le temps de fonctionnement des brûleurs et limiter les pertes et les émissions polluantes au démarrage et à l’arrêt des brûleurs. De faire fonctionner en priorité les chaudières ayant le meilleur rendement. Ces trois points permettent d’augmenter le rendement de génération de l’ensemble de l’équipement de chauffe.

Diminuer la puissance du brûleur Lorsqu’une chaudière est surdimensionnée par rapport aux besoins, il peut être intéressant de diminuer, de façon permanente, la puissance du brûleur. Mais… - Attention, au risque de mettre en péril la chaudière, en descendant en dessous de la puissance minimale préconisée par le constructeur de chaudière (souvent de 60 à 80 % de la puissance nominale). - Attention également de maintenir des températures de fumées compatibles avec le tirage et le risque de condensation. Si la chaudière est manifestement surdimensionnée, il est préférable de rechercher une solution plus globale et d’envisager le remplacement de la chaudière par une moins puissante.

Remplacer le brûleur Du fait de l’usure mécanique de leurs pièces constituantes, certains vieux brûleurs ne permettent plus un réglage correct de la combustion. Il en résulte une perte du rendement de combustion par augmentation de l’excès d’air ou par encrassement de la chaudière par production d’imbrûlés. L’âge du brûleur est également source de pannes plus fréquentes qui justifient souvent, à elles seules, son remplacement. Les nouveaux brûleurs sont plus performants, cependant, si la chaudière ne change pas, la qualité de l’échange entre les fumées et l’eau reste identique. Remplacer le brûleur sur une chaudière ancienne n’améliorera pas beaucoup le rendement (environ 2 à 3 % en comptant sur le gain du balayage à l’arrêt). Seul le remplacement de l’ensemble chaudière-brûleur, avec ajustement de la puissance aux besoins, permet d’assurer une amélioration sensible du rendement. Ce remplacement total doit donc être envisagé si l’ensemble est vétuste.

Colmater et reprendre l’isolation de la chaudière Les entrées d’air parasites (entre les éléments d’une chaudière fonte, au niveau de la porte foyère, par les trappes de visites) provoquent : - des pertes de rendement de combustion par augmentation parasite de l’excès d’air. - des pertes par balayage parasite du foyer lorsque le brûleur est à l’arrêt. Le colmatage de ces entrées d’air est une opération simple qui peut être menée en attente du remplacement de la chaudière. La réfection du calorifuge détérioré d’une chaudière permet un gain important sur les pertes par les parois.

Diminuer la température de consigne des chaudières Diminuer le température de l’eau des chaudières permet de réduire les pertes à l’arrêt. La température de consigne peut être modifiée manuellement en fonction de la saison. La température départ chaudière peut également être régulée totalement en fonction de la température extérieure. Diminuer le température de l’eau des chaudières permet également de réduire les pertes au niveau de la boucle primaire. Attention la température de départ chaudières doit en permanence être supérieure à celle du circuit secondaire le plus chaud. Attention aux chaudières qui ne sont pas « basse température » en particulier les chaudières acier très sensibles à la corrosion par la condensation interne des fumées.

Amélioration de la distribution
L’objectif est d’améliorer le rendement de distribution ou de résoudre un dysfonctionnement dû à la distribution de chaleur. Les améliorations proposées ici permettent de limiter les déperditions des circuits de distribution existants. Isoler les tuyauteries et les vannes Équilibrer la distribution Réduire le débit des circulateurs

Isoler les tuyauteries et les vannes Toutes les tuyauteries véhiculant de l’eau chaude au travers de locaux non chauffés doivent être calorifugées. Le coût d’isolation est rapidement remboursé par les économies importantes qui en résultent. L’épaisseur d’isolant « économique » dépend de la température du fluide véhiculé, du temps de fonctionnement de l’installation et du diamètre de la tuyauterie. L’isolation des vannes est également très rentable mais est très rarement réalisée dans les installations thermiques du fait que l’isolant pourrait, provisoirement masquer l’apparition d’une fuite et que les dégâts encourus risqueraient d’être plus importants qu’avec une vanne non isolée. Les vannes ne présentant pas de faiblesse visible pourraient être isolées au moyen de coquilles ou de matelas facilement démontables pour permettre une surveillance régulière.

Equilibrer la distribution L’équilibrage correct des circuits est la seule solution permettant de pallier un problème de mauvaise distribution, sans créer des surconsommations énergétiques et sans créer de nouveaux problèmes de distribution. Il est utopique de croire que l’on peut régler un problème d’équilibrage en agissant sur la régulation ou sur les circulateurs. En effet : Pour pallier le manque de chauffage dans une zone de bâtiment, augmenter les courbes de chauffe ou supprimer les ralentis nocturnes sont des solutions extrêmement consommatrices : - Augmenter la température moyenne du bâtiment de 1 K entraîne une surconsommation de 7 % ! - Supprimer le ralenti nocturne, c’est 10 à 30 % de surconsommation !

Equilibrer la distribution Augmenter le débit du circulateur commun pour pallier le manque de débit d’un circuit se traduira par une augmentation du débit dans tous les circuits. Le circuit défavorisé verra son débit s’améliorer mais tous les circuits favorisés passeront eux en surdébit. (surconsommation, bruit…) De même, augmenter le débit du circulateur du circuit défavorisé ou placer une pompe relais sont des solutions dangereuses qui risquent de déplacer le problème et défavoriser un autre circuit jusqu’alors sans problème. L’installation de robinets thermostatiques sur les circuits favorisés peut être une solution partielle et provisoire au problème. L’équilibrage de l’installation nécessitera de disposer des moyens d’équilibrage par émetteur (té ou coude de réglage) et par circuit (vannes d’équilibrage sur les colonnes et les branches).

Réduire le débit des circulateurs Il est souhaitable d’arrêter les circulateurs lorsque les besoins de chaleur sont nuls (en été et lorsque le chauffage est temporairement arrêté, la nuit ou le week-end ). Les régulateurs modernes intègrent cette fonction et peuvent également arrêter le chauffage lorsque la température extérieure dépasse un certain seuil, 15 °C par exemple. Vérifier que les circulateurs soient commandés par le régulateur. On peut réduire manuellement la vitesse des circulateurs à plusieurs vitesses soit de façon permanente, soit en fonction de la saison. Cette amélioration ne coûte rien et peut être faite à l’essai. Si des plaintes apparaissent, la situation d’origine peut facilement être rétablie. On peut également utiliser des circulateurs équipés de régulateurs automatique de vitesse (variation de la fréquence en fonction de la HMT).

Amélioration de l’émission de chaleur
L’objectif est d’améliorer le rendement d’émission ou de résoudre un dysfonctionnement dû aux corps de chauffe. Les solutions proposées ici permettent d’améliorer le rendement d’émission des corps de chauffe existants. Isoler les parois derrière les radiateurs Diminuer la température des chauffages à air chaud Dégager les corps de chauffe Placer des déstratificateurs

Isoler les parois derrière les radiateurs La perte de chaleur à travers une paroi extérieure est très fortement augmentée si elle se trouve derrière un radiateur. On a donc tout intérêt à isoler particulièrement cette partie de paroi. Si l’espace est suffisant, il est recommandé de coller sur la paroi, derrière le radiateur une plaque isolante de 2 cm d’épaisseur recouverte d’une feuille d’aluminium. (amortissement en 1 an). Si des radiateurs sont placés le long d’une allège vitrée, il faut impérativement remplacer les parois vitrées situées derrière ces radiateurs par des panneaux opaques isolants.

Diminuer la température des chauffages à air chaud Les corps de chauffe à convection (bouches d’air, convecteurs, ventilo- convecteurs, aérothermes) peuvent, principalement dans les locaux de grande hauteur, provoquer une stratification des températures d’air. Ceci surchauffe inutilement la partie haute du local et augmente les déperditions. Cette stratification de l’air du local est d’autant plus importante que la température d’eau d’alimentation du système de chauffage est importante. On a donc intérêt de diminuer la température d’alimentation de ces appareils produisant de l’air chaud. La limite étant l’inconfort créé par un courant d’air trop frais.

Dégager les corps de chauffe Tout les éléments enveloppant un corps de chauffe (tablettes, alcôves décoratives, livres ou vêtements posés sur les radiateurs, rideaux recouvrant les corps de chauffe…) sont des entraves à l’émission de chaleur vers le local. Cette entrave ne présente pas directement de surconsommation mais peut provoquer un inconfort. Cet inconfort peut inciter à augmenter la température des corps de chauffe et donc d’augmenter les pertes de distribution et, souvent, de surchauffer inutilement d’autres zones. On a donc toujours intérêt à dégager les corps de chauffe des éléments entravant l’émission vers le local.

Placer des déstratificateurs Dans les locaux de grande hauteur (ateliers, halls…) se produit une stratification naturelle des températures. La chaleur fournit par les corps de chauffe « monte » au plafond… Installer des ventilateurs de déstratification permet d’homogénéiser la température du local par « brassage » de l’air.

Amélioration de la maintenance
L’objectif de la maintenance est de pallier l’usure, les déréglages et l’encrassement des équipements pour maintenir (voire améliorer) les performances énergétiques de l’installation. Les améliorations proposées ici concernent la maintenance préventive. Entretien des chaudières Contrôle de la régulation Contrôle du système d’expansion et des fuites Contrôle de l’eau

Entretien des chaudières L’entretien des chaudières est obligatoire. Il consiste principalement : Au nettoyage de la chaudière : 1 mm de suie fait chuter le rendement de combustion de 4 %. Il est donc important de rechercher les causes de l’encrassement et d’y remédier. Plusieurs nettoyages peuvent être nécessaires au cours de la saison de chauffe. À l’entretien du brûleur et au réglage de combustion. À la reprise des détériorations « mécaniques » de l’équipement : - calorifugeage de la chaudière, - isolation réfractaire du foyer, - régulateur de tirage, - fermeture du clapet d’air à l’arrêt du brûleur.

Contrôle de la régulation Ce contrôle consiste à vérifier que les paramètres n’ont pas été changés ou qu’une modification « provisoire » de fonctionnement n’a pas été « oubliée ». Par exemple, la suppression de l’intermittence de chauffage peut occasionner une surconsommation de 25 %. Il sera donc très important de vérifier : - que les points de réglage n’aient pas été modifiés, - que les programmes horaires n’aient pas été modifiés, - que les horloges soient bien à l’heure, - que les sélecteurs des régulateurs soient sur « automatique ».

Contrôle du système d’expansion et des fuites En rajoutant de l’eau à une installation, on lui apporte à chaque fois du calcaire et de l’oxygène. Ceci entraine une corrosion de l’ensemble de l’installation et un entartrage des chaudières. Ces phénomènes dégradent le matériel et, en réduisant les transferts de chaleur sont sources de surconsommation. Il est essentiel de contrôler les appoints d’eau de l’installation. Un compteur est installé lorsque la réalimentation est automatique. La maintenance doit comporter un relevé régulier de ce compteur afin de repérer rapidement toute dérive souvent synonyme de fuite ou de puisage parasite. Un système d’expansion défectueux entrainera des hausses de pression, une évacuation de l’excédent par les soupapes et un nouvel apport d’eau… Les systèmes d’expansion devront donc être régulièrement contrôlés. Il faudra également faire la chasse aux fuites. Elles sont souvent repérées au niveau des soupapes, des joints, des presse-étoupes et des corps de chauffe.

Contrôle de l’eau De la qualité de l’eau dépendra beaucoup la pérennité d’une installation. Si, par exemple, le pH est trop faible il en résultera une corrosion très rapide de l’installation, entrainant à plus ou moins long terme des fuites. Si, par exemple, le TH est trop fort il en résultera un entartrage des corps de chauffe, entrainant une chute des rendements. Il est donc important, même si l’installation n’est pas équipée d’un système de traitement d’eau d’analyser ou de faire analyser l’eau par un laboratoire spécialisé. On analysera l’eau de la chaudière, l’eau des réseaux, l’eau d’appoint et l’eau chaude sanitaire. Les principales mesures seront : son acidité (pH), sa dureté (TH) et sa conductivité.

Amélioration de la régulation
L’objectif est de limiter, en permanence, les apports de chaleurs aux besoins en régulant les températures et les périodes de fonctionnement. Les moyens d’amélioration peuvent être : Installer des régulations sur les installations non équipées Améliorer le ralenti nocturne Améliorer le réglage des courbes de chauffe Placer des vannes thermostatiques Réguler l’installation par zones

Installer des régulations sur les installations non équipées L’installation d’une régulation automatique correcte sur une installation non régulée (c’est-à-dire sans contrôle précis de la température intérieure et sans ralenti nocturne) permet 30 % d’économie sur la consommation énergétique annuelle. Cette économie correspond à la surconsommation due au dépassement des températures intérieures et au maintien de ces températures durant les périodes d’inoccupation. Si on part de rien, l’idéal est de concevoir la régulation complète telle qu’on pourrait l’imaginer pour une nouvelle installation. Il faut être attentif au type de chaudières installées. Peuvent elles travailler à basse température ou fonctionner à débit réduit ou nul ?

Améliorer le ralenti nocturne La technique la plus utilisée pour réaliser un ralenti nocturne est la diminution de la température d’eau de départ par abaissement parallèle de la courbe de chauffe. Voici un moyen simple, utilisable les régulateurs qui acceptent qu’une sonde ait une valeur ohmique infinie ou nulle, d’améliorer ce système pour faire des économies tout en contrôlant la température intérieure. Il suffit d’installer dans un local témoin un thermostat d’ambiance associé à une horloge (leurs contacts en parallèle sont mis en série avec le raccordement de la sonde extérieure au régulateur). Lorsque l’horloge passe en horaire de nuit, son contact s’ouvre et la distribution de chaleur est arrêtée par fermeture de la vanne de régulation. Si la température intérieure mesurée par le thermostat passe sous le point de consigne (par exemple 16 °C en semaine et 14 °C le week-end) son contact se ferme et la vanne de régulation peut à nouveau s’ouvrir.

Améliorer le ralenti nocturne Lorsque le ralenti de nuit abaisse la température de l’eau de retour à moins de 50 °C (ce qui est souvent le cas) il faut protéger les chaudières de la corrosion due à la condensation lors des redémarrages du matin. Il est alors souhaitable de réaliser une « relance contrôlée » (limitation de l’ouverture des vannes de régulation en fonction de la température de retour chaudières). La technique de ralenti la plus performante est l’utilisation d’un optimiseur. Néanmoins, celui-ci ne pourra être performant que si l’installation est parfaitement équilibrée au niveau hydraulique. Par exemple, si, pour une raison hydraulique, la partie du bâtiment où est placée la sonde d’ambiance n’atteint pas sa température de consigne de jour, l’optimiseur va anticiper la relance en croyant le moment de la relance en cause et ceci jusqu’à ce que le ralenti disparaisse complètement.

Économie d’énergie importante Économie d’énergie minime
Amélioration de la régulation Améliorer le ralenti nocturne Paramètres influant sur l’économie d’énergie réalisable par le ralenti nocturne Économie d’énergie importante Économie d’énergie minime Faible Petite Longues périodes d’inutilisation Chauffage à action instantanée Isolation du bâtiment Inertie du bâtiment Utilisation Inertie du système de chauffage Forte Grande Courtes périodes d’inutilisation Chauffage inerte

Améliorer le réglage des courbes de chauffe Le mauvais réglage d’une courbe de chauffe entrainera soit un manque de chaleur, soit une surchauffe, soit une variation de la température ambiante. Une courbe de chauffe bien réglée doit assurer à la fois confort et économie. Chaque bâtiment ou zone nécessite une courbe de chauffe particulière en fonction des caractéristiques des émetteurs, de la température intérieure souhaitée, des caractéristiques du bâti, des apports internes et externes. Le peaufinage « manuel » du réglage de la courbe nécessite des ajustements en fonction des plaintes des usagers. Les modifications successives du réglage doivent être effectuées par une seule personne compétente. Les réglages et les températures obtenues doivent être consignées. Il est intéressant d’équiper les locaux d’enregistreurs de température.

Améliorer le réglage des courbes de chauffe Les nouveaux régulateurs sont équipés d’une sonde d’ambiance de compensation. Ceci permet à la régulation de fonctionner à la fois : - en boucle ouverte sur la température extérieure ce qui permet d’anticiper les besoins de chaleur en fonction des conditions climatiques, - en boucle fermée sur la température ambiante ce qui permet d’ajuster les besoins en fonction des conditions d’ambiance (occupation, apports gratuits…) L’influence de l’ambiance sur le système est réglable. Pour un fonctionnement optimal il faut néanmoins que la courbe soit déjà presque bien réglée et que la sonde soit judicieusement placée. Cette sonde peut également servir pour le contrôle, l’enclenchement ou le déclenchement du régime de nuit.

Placer des vannes thermostatiques L’augmentation de 1 K de la température ambiante peut augmenter de 7 % la consommation énergétique. La vanne thermostatique permet de limiter la puissance d’un corps de chauffe situé dans un local où les apports de chaleurs sont supérieurs aux autres, sont variables et conduisent à des problèmes de surchauffe locale. Pour être vraiment économique, la vanne thermostatique ne doit avoir qu’un rôle de limiteur quelle que soit la consigne affichée par l’usager. C’est pourquoi : - la température d’eau doit être régulée en fonction de la température extérieure (courbe de chauffe), - le débit d’eau de chaque émetteur ne doit pas être perturbé par la fermeture ou l’ouverture de vannes thermostatiques placées sur d’autres émetteurs (soupape différentielle ou pompe à débit variable).

Placer des vannes thermostatiques Quelques consignes concernant les vannes thermostatiques : - Ne pas placer de vannes thermostatiques sur les émetteurs d’un local dans lequel est installé une sonde ou un thermostat d’ambiance. - Le tartre ou les résidus de corrosion vont altérer le fonctionnement des vannes thermostatiques. Un nettoyage de l’installation est souhaitable avant leur installation sur un circuit existant. - Pour éviter que les clapets soient bloqués fermés en début de saison de chauffe, il est conseillé de monter le point de consigne des vannes thermostatiques hors saison de chauffe. - L’équilibrage hydraulique des émetteurs et le réglage de la soupape différentielle doivent être réalisés avec les vannes thermostatiques positionnées à leur levée nominale.

Réguler l’installation par zones Le découpage hydraulique des réseaux dépend souvent uniquement de l’implantation des locaux ou des bâtiments desservis. Ce découpage ne coïncide pas toujours aux besoins particuliers de certains de ces locaux ou bâtiments. Il est nécessaire de disposer de circuits hydrauliques régulés distincts lorsque : - certains locaux profitent de beaucoup d’apports gratuits (ensoleillement…), - certains locaux doivent être chauffés en dehors des périodes d’occupation normale (salle de sport ou internat d’une école, conciergerie, salle de réunion…), - certains locaux ne nécessitent pas d’être chauffés en permanence durant la journée (salle de conférence, réfectoire…).

Réguler l’installation par zones Exemple 1 : Les circuits des façades Sud et Nord sont alimentés par de l’eau à la même température. Les locaux Sud sont surchauffés dès l’apparition du soleil, mais les locaux Nord restent demandeurs. La régulation dite « de la fenêtre ouverte » est adoptée par les occupants des locaux Sud ! Améliorations possibles : - installation de vannes thermostatiques sur tous les émetteurs de la façade Sud, - installation sur le circuit de distribution Sud de vannes motorisées pilotées par une sonde d’ambiance située dans un local témoin, - modification du réseau de tuyauteries pour que chaque façade dispose de sa propre régulation.

Réguler l’installation par zones Exemple 2 : Du fait d’un circuit de distribution général et de la présence d’un internat ou d’une conciergerie, le chauffage est maintenu en permanence dans l’ensemble des locaux d’une école. Améliorations possibles : - création de circuits distincts pour alimenter ces zones aux besoins très différents, - séparation totale des circuits avec création d’une chaufferie spécifique à l’internat ou à la conciergerie.

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