Question aux planificateurs CVC: pourquoi opter pour le système de chauffage le moins cher si au final il revient plus cher en coûts d’exploitation? Les coûts de réalisation constituent un facteur déterminant dans le processus de prise de décision, parfois priorisé au détriment de la rentabilité à moyen terme. Dans cet article, nous allons étudier le cas de la rénovation d’un bâtiment de bureaux, ainsi que des conseils visant à maximiser le retour sur investissement de ce type de projet.
Étude de cas : rénovation de bureaux
Il s’agit d’un bâtiment qui marie verdure, baies vitrées, marbre et élégance, situé au centre-ville de Prague. Une conception soignée, une technologie d’éclairage de pointe, des systèmes de commande individuels pour le chauffage et le refroidissement, la régulation de l’humidité dans les pièces, un système d’ombrage automatique ainsi que de nombreuses autres solutions viennent renforcer le caractère unique de ce lieu. Le bâtiment est une construction écologique, certifiée par le label LEED Gold. Malheureusement, même l'obtention d'un tel label de qualité internationalement reconnu ne garantit pas l'utilisation d'une source de chaleur écologique ou efficace.
La rénovation du bâtiment incluait celle d'espaces de bureaux sur une surface totale de 6 830 m 2, sur huit niveaux, ainsi que la création d’une extension à l’emplacement de la cour intérieure initiale. Un autre objectif du projet consistait à créer un système de chauffage efficace capable de maximiser l’utilisation de l'énergie du fioul et de la transférer au bâtiment en fonction des besoins énergétiques. Pour répondre à ces exigences, plusieurs chaudières gaz à condensation au sol UltraGas® 800D ont été associées. La figure ci-dessous représente le schéma de l'installation telle qu’elle devait être initialement (avec les chaudières Hoval) :
Figure 1 : Schéma hydraulique d’un système de chauffage avec chaudières gaz à condensation Hoval UltraGas.
Suite à une réduction budgétaire décidée par l’investisseur au moment de la réalisation, les chaudières à condensation Hoval ont été remplacées par un autre type de chaudières qui, présentaient des caractéristiques techniques similaires. Cependant, ce changement a entraîné d’autres répercutions au niveau de la conception du système de chauffage, dont le remplacement de l'installation hydraulique, et surtout a impacté négativement le fonctionnement complet du système de chauffage du bâtiment.
Figure 2 : Schéma hydraulique de l’installation réalisée (sans chaudière Hoval)
Concevoir un système de chauffage performant
En comparant le schéma hydraulique comprenant la chaudière à condensation Hoval UltraGas® (Figure 1) avec le schéma de
l’installation qui a été réalisée au final sans chaudière Hoval (Figure 2), plusieurs différences significatives peuvent être remarquées.
1) Pas de pompe primaire
Le schéma de la chaudière gaz à condensation au
sol UltraGas® montre que le système fonctionne avec une chaudière à grande contenance en eau sans débit d’eau minimum
nécessaire, ce qui signifie qu'aucune pompe primaire avec séparateur hydraulique ou régulateur de pression différentielle (tore) n’est nécessaire avec la chaudière
Hoval.
2) Retours haute et basse température séparés
On peut voir 2 circuits de chauffage séparés sur un côté de la chaudière Hoval
UltraGas® :
- Un circuit pour températures élevées, c'est-à-dire pour la ventilation avec un gradient de température de 80/60 °C,
- un circuit avec un gradient de température bas de 35/25 °C pour le chauffage au sol, et d’autres circuits de chauffage nécessitant une température moins élevée.
Nous savons que le point de rosée des gaz de combustion est à environ 57 °C. Il a été montré qu’en cas de retour d’eau des circuits, la température dépasse ce point, ce qui a pour effet de supprimer le phénomène de condensation des gaz de combustion ou de ne pas permettre l'utilisation de leur chaleur. C’est pourquoi il est important de prévoir des retours haute et basse température séparés, à la fois au niveau de la chaudière et du distributeur. Cette séparation permet d’utiliser le retour d’eau froide pour le processus de condensation.
3) Pas de limitation de delta-T
La chaudière gaz à condensation UltraGas® présente l’autre avantage de ne pas avoir
de limitation delta-T (différence de température entre l’arrivée et le retour). Les facteurs décisifs pour un système sont la température de circulation
maximale nécessaire et la température de retour (en raison de la condensation). Les chaudières avec un échangeur de chaleur en aluminium fonctionnent uniquement
avec un delta-T jusqu’à 25 K. Cette limitation est inexistante sur l’UltraGas®. Comparé à un système avec chaudière à échangeur de
chaleur en aluminium, un système de chauffage équipé de la chaudière gaz condensation UltraGas® n’a pas besoin de composants
supplémentaires (séparateur hydraulique pour augmenter la température de retour, pompes, etc.).
La comparaison avec le schéma utilisé pour l’installation réalisée montre qu’en remplaçant les chaudières Hoval, il n’a pas été tenu compte de la conception du système de chauffage mais uniquement du prix de la solution.
En considérant le fait que, dans le cas décrit, la source de chaleur est composée de deux chaudières gaz à condensation dont la structure et la résistance hydraulique nécessitent une pompe de circuit primaire dédiée, on peut supposer qu'un ensemble de pompes relativement puissantes a été installé pour garantir le débit, et que ces dernières fonctionnent quasi non-stop.
Afin de garantir des conditions optimales pour les pompes individuelles, le circuit de la source de chaleur et celui des appareils sont séparés par un régulateur de pression différentielle. En raison de leur structure, les chaudières installées ne permettent pas une différence de température supérieure à 25 K entre la température d’entrée et de retour. C’est pourquoi le système de circulation a été conçu pour ce gradient de température. À puissance de combustion maximale dans les deux chaudières, le gradient de température monte jusqu’à 25 K. Cependant, en cas de puissance limitée, le gradient de température du circuit de la chaudière est plus bas (afin que l’écart ne soit pas trop important). Les chaudières devant conserver la température déterminée par les exigences de distribution, la température de retour à la chaudière est significativement plus élevée, et c'est ce qui explique également pourquoi, dans la situation décrite, les chaudières fonctionnent au-delà des limites de vraie condensation.
4) 10% d’efficacité en moins sans la condensation
Le phénomène de condensation se produit lorsque l’on arrive à refroidir les gaz de
combustion à une température inférieure au point de rosée au moment de libérer la chaleur de condensation. La chaleur de condensation représente environ
11 % de l’énergie issue de la combustion du gaz et l’augmentation de l’efficacité dépend du niveau atteint pour le refroidissement des gaz de combustion.
La véritable différence entre un fonctionnement avec ou sans condensation en présence de chaudières à condensation peut atteindre jusqu’à 10 %
(pour information : si l'on fait la comparaison avec des chaudières basse température avec une température des gaz de combustion d’environ 200°C, les
différences peuvent aller jusqu’à 25 %).
Dans le cas présent, les chaudières qui ont été choisies - en dépit de leur bonne qualité - ne sont pas et ne peuvent de toute façon pas être utilisées en mode condensation.
Exemple de système de chauffage de bureaux performant avec chaudière gaz à condensation au sol.
Pourquoi choisir la chaudière la moins coûteuse si au final elle revient plus chère en termes de coûts d’exploitation?
Même si le remplacement d’un type précis de chaudière à condensation avec un autre type semble anodine, l'opération est bien plus complexe qu'il n'y parait et
il ne suffit pas juste de remplacer une chaudière par une autre. Dans notre cas, le remplacement des chaudières à condensation a certes permis de réduire
le coût des appareils, mais il a augmenté de manière significative les coûts d’exploitation.
Supposons qu’une chaudière gaz d’une puissance de 750 kW coûte en moyenne en France 63 000 € par an. Les économies réalisées par le modèle de chaudière
précédent avec une efficacité de 109 % fonctionnant en mode condensation correspondent à 10 % des coûts du gaz, c’est-à-dire un coût final de 56 700
€ par an. L’énergie électrique consommée pour les pompes de circuit de chauffage, compte tenu du degré, de la durée d’exploitation et des prix actuels de
l’électricité, correspond à une consommation d’environ 5 000 kWh par an, soit env. 750 € par an environ. En d'autres termes, l’exploitation du système
décrit dans notre exemple coûte 7050 € de plus par an.
Les économies de mise en œuvre du projet dont l'objectif était de remplacer les chaudières ont été malheureusement balayées par le coût d’acquisition des
pompes de circulation et de leurs commandes, du régulateur de pression différentielle et, dans ce cas précis, du système d’évacuation des gaz de combustion (une
chaudière double UltraGas® n’aurait eu besoin que d’un seul conduit pour les gaz de combustion). De plus, autant du point de vue des
matériaux que de la structure des chaudières sélectionnées, il ne faut pas s’attendre à durée de vie excessivement longue, comme cela aurait pu être le cas
des chaudières Hoval initialement prévues (jusqu’à 30 ans).
Les modifications en chiffres
• Coût approximatif de la chaudière avec une puissance de 750kW: env. 63 000 € / an (consommation de gaz annuelle, charge 80%)
• 10 % d’économies sur les coûts du gaz ~ 6 300 € / an
• Surcroît de consommation électrique de 5 000 kWh / an ~ 750 € / an
Augmentation totale des coûts d’exploitation = 7050 € / an
Coût supplémentaire
• Pompes de circulation et leur commande, régulateur de pression différentielle, système d’évacuation des gaz de combustion
Total des économies réalisées pour le projet par rapport au projet conçu initialement : ~ 3 700 € (essentiellement grâce à la
simplification hydraulique de l’installation).
Durée de vie des chaudières
• Solution retenue au final: matériau alu – Accent sur la qualité de l’eau – Durée de vie escomptée : 10 à 15 ans• Technologie Hoval: association d’aluminium et d’acier inoxydable – Durée de vie escomptée : jusqu’à 30 ans
Investir dans une chaudière gaz à condensation haute performance: un investissement gagnant sur le moyen-long terme.
Investir dans les technologies modernes et les systèmes de commande intelligents implique de nombreuses décisions et requiert une connaissance approfondie du
sujet. Malheureusement, les labels décernés aux bâtiments ne garantissent pas toujours une utilisation optimale des solutions techniques. Le processus de
planification et d'implémentation est influencé par plusieurs facteurs qui, indépendamment de chacun, donnent au projet sa forme finale, y compris ses
performances. Les économies sur les investissements ne sont pas nécessairement des économies dans le sens propre du terme, car elles peuvent avoir un
impact bien plus important à long terme sur les coûts d’entretien, la durée de vie et le fonctionnement du système dans son ensemble. Malheureusement,
cette étude de cas illustre parfaitement une réalité de l'industrie du bâtiment : c'est le locataire ou le nouveau propriétaire qui en supporte les
conséquences, c'est-à-dire un coût d’exploitation plus élevé.
En savoir plus sur la chaudière gaz à condensation au sol UltraGas®
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