Les récupérations d énergie

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1 Roger Cadiergues Les récupérations d énergie L23. SOMMAIRE 1. Avant-propos p Les différents modes de récupération Points importants sur les applications Les équipements de récupération 2. Les opportunités p. 7 Livraison juin 2009 (prochain livret le 25 juin 2009)

2 LA COLLECTION DevCad Livrets des précédentes livraisons : L00 : AuxiDev (8 janvier 2009) ; L01 : Le développement durable (8 janvier 2009) L02 : Le cadre DevCad (15 janvier 2009) ; L03 : Les plans énergétiques (22 janvier 2009) L04 : L insertion du solaire (29 janvier 2009) ; L05 : La biomasse énergie (5 février 2009) L06 : Les productions électriques (12 février 2009) L07 : La conception du neuf (19 février 2009) ; L08 : Améliorer l existant (26 février 2009) L09 : Les analyses écoénergétiques (5 mars 2009) L10 : L éclairage (12 mars 2009) L11 : Les sources de lumière (19 mars 2009) L12 : Les calculs d éclairage (26 mars 2009) L13 : Améliorer l éclairage (2 avril 2009) L14 : Améliorer la ventilation générale (9 avril 2009) L15 : Améliorer la ventilation naturelle (16 avril 2009) L16 : Améliorer le bâti (23 avril 2009) L17 : Améliorer le chauffage (30 avril 2009) L18 : Les consommations de chauffage (7 mai 2009) L19 : Productions et consommations d eau chaude (14 mai 2009) L20 : Améliorer les services d eau chaud (28 mai 2009) L21 : Systèmes et consommations de climatisation (4 juin 2009) L22 : Améliorer les climatisations (11 juin 2009) Livret prévu dans la prochaine livraison : L24 : Améliorer l électricité spécifique (25 juin 2009) L ACCES AUX MODULES AuxiDev, ET LEUR UTILISATION SONT GRATUITS, MAIS N OUBLIEZ PAS, AUPARAVANT, DE VOUS INSCRIRE La loi du 11 mars 1957 n autorisant, aux termes des alinéas 2 et 3 de l article 41, d une part que les «copies ou reproductions strictement réservées à l usage privé du copiste et non destinées à une utilisation collective», et d autre part que les analyses et courtes citations dans un but d exemple et d illustration «toute reproduction intégrale, ou partielle, faite sans le consentement de l auteur ou de ses ayants droit ou ayants cause, est illicite». 2 Texte établi par Roger Cadiergues ( mai 2009)

3 1. AVANT-PROPOS L une des sources principales d économie d énergie est le recours aux énergies (la plupart du temps de la chaleur) normalement inutilisées dans les installations que nous examinons, ou dans les bâtiments en général. Vous trouverez :. aux paragraphes suivants ( 1.01 et 1.02) les grandes classes de récupérations, avec les technologies correspondantes les plus utiles,. puis, au paragraphe 1.03, la présentation rapide des différents types d échangeurs utilisés Les différents modes de récupérations Où récupérer? La récupération est techniquement possible :. sur les dégagements de chaleur internes liés à l éclairage et aux différents types d équipements analogues sur le plan thermique, cette chaleur pouvant être récupérée par différents dispositifs, par exemple l extraction d air sur certains luminaires ;. sur l air extrait, normalement réchauffé (état identique à ce que doit être l ambiance interne) ;. sur les eaux usées évacuées de processus générant de la chaleur (ex. : grandes cuisines, laveries) ;. sur l air réchauffé par le condenseur des équipements frigorifiques usuels ;. sur l eau réchauffée par un condenseur frigorifique refroidi par eau ;. sur l air réchauffé par un condenseur frigorifique refroidi par air ;. sur les produits gazeux de combustion (souvent dits les fumées) ;. sur les gaz (chauds) d échappement des moteurs, lorsque le débit est suffisant pour justifier cette récupération ;. en utilisant les déchets comme combustibles. Comment récupérer? En général cette récupération se fait au moyen d échangeurs ( 1.02), mais dans certains cas également par intervention de dispositifs de combustion. Que faire des récupérations? Par suite de leur température, souvent assez basse, mais aussi à cause de leur structure (gaz ou liquide) les énergies récupérées ne peuvent être utilisées n importe où ni n importe comment : le tableau ci-dessous indique les choix essentiels (voir également 1.02 et 1.03). Source A. PANORAMA DES RÉCUPERATIONS D ÉNERGIE de zone à zone préchauffage ventillation chauffage d ambiance Milieu récupérateur terminaux de réchauffage préchauffaqe air de combustion préchauffage eau chaude Charges internes (éclairage etc.) 4, 5, 10 4, 5, 10 4, 5, 10 4, 5, Air extrait 5, direct 1, 2, 3, 4, direct - Eaux usées (cuisines, laveries) Eau condensée (réseau vapeur) - 3, 6 3, 5, 6 3, 6 3, 6 3, 6 Gaz chauds (prod. froid) Eau du condenseur (prod. froid) 5 3, 6 3, 5, 6 6 3, 5, 6 3, 6 Air du condenseur (prod. froid) , Fumées (combustion) - 1, 3, 4 3, 4-1, 2, 3, 4 - Gaz d échappement moteur - 6, 9 6, 9 6 6, 9 6 Déchets solides (incinérateurs) Code (équipements) : 1 : échangeur rotatif 2 : batterie 3 : caloduc 4 : échangeur air-air 5 : pompe à chaleur 6 : échangeur eau-eau 7 : échangeur air-eau 8 : incinérateur 9 : chaudière de récupération 10 : éclairage (récupér. directe) 3

4 1.02. Remarques sur les applications Première remarque importante Nous n examinons ici que les installations où la récupération de chaleur est immédiatement utilisée. Il faut noter que certains procédés, plutôt apparentés au stockage de chaleur (combiné à la récupération), sont basés sur la variation des besoins au cours du temps. C est ainsi qu une solution peut consister :. à stocker de jour, dans un réservoir d eau, la chaleur récupérée au condenseur (lorsque la production de froid est en marche),. puis à restituer cette chaleur de nuit, alors que la production de froid est arrêtée. Deuxième remarque importante Comme indiqué par le tableau de la page précédente on peut utiliser la récupération de chaleur dans de nombreux cas. Mais il faut, en principe chaque fois, vérifier que ce choix est économiquement justifié. L analyse des opportunités Les opportunités - c est à dire les interventions éventuelles d amélioration de l existant - sont présentées au chapitre 2. Elles sont complémentaires des mesures à prendre par ailleurs pour le même objectif (voir les autres livrets) Les équipements de récupération La majorité des opérations de récupération de chaleur font appel à des équipements spécifiques, dont les principaux sont présentés dans ce paragraphe, aux tables B à E que nous complétons (F) par la description graphique d un montage un peu plus complexe. B. RÉCUPÉRATION PAR BATTERIES SUR AIRS batteries d air neuf pompe circuit de récupération batteries d air extrait 4

5 C. RÉCUPÉRATION PAR ÉCHANGEUR ROTATIF air extrait air neuf purge air extrait purge air neuf air extrait air neuf vue gauche échangeur rotatif vue droite D. RÉCUPÉRATION PAR CALODUC air extrait caloduc air neuf 1. Le système comporte deux batteries, l une sur l air extrait, l autre sur l air neuf 2. Ces deux batteries sont reliées par des caloducs, qui transfèrent l énergie de l air extrait vers l air neuf. N.B. Les caloducs, intégrés complètement dans les batteries, (à l exception de l image en pointillé d un caloduc) ne sont pas apparents dans le dessin. E. RÉCUPÉRATION SUR LES FUMÉES fumées air froid air chaud fumées 5

6 F. EXEMPLE DE RÉCUPÉRATION AU CONDENSEUR tour de ruissellement chauffage (récupération) pompe rafraichissement compresseur frigorifique 6

7 2. LES OPPORTUNITÉS Classement des opportunités Récupérer sur les dégagements internes Récupérer sur l air extrait (ventilation) Récupérer sur les eaux usées Récupérer sur l eau condensée (réseaux vapeur) Récupérer sur le froid (gaz chauds) Récupérer sur le froid (eau de refroidissement condenseur) Récupérer sur le froid (air de refroidissement condenseur) Récupérer sur les produits de combustion (fumées) Récupérer sur les gaz d échappement (moteurs, turbines) Récupérer par incinération Récupérer sur les dégagements internes 901 ECO 901. RÉCUPÉRER LES DÉGAGEMENTS CENTRAUX DE CHALEUR POUR LA PÉRIPHÉRIE (adopter par exemple le montage F page 6, avec condenseur à double faisceau) 902 ECO 902. STOCKER DE JOUR LA CHALEUR DU CONDENSEUR POUR L UTILISER LA NUIT par exemple dans un réservoir bien calorifugé Récupérer sur l air extrait (ventilation) 903 ECO 903. RÉCUPÉRER LA CHALEUR DE L AIR EXTRAIT SUR L AIR NEUF PAR ÉCHANGEUR dès que l installation est suffisamment importante, avec un échangeur rotatif, des caloducs, etc. 904 ECO 904. RÉCUPÉRER LA CHALEUR DE L AIR EXTRAIT SUR L AIR NEUF PAR POMPE À CHALEUR dès que l installation est suffisamment importante 905 ECO 905. RÉCUPÉRER LA CHALEUR DE L AIR EXTRAIT POUR PRÉCHAUFFER L AIR DE COMBUSTION dès que l installation est suffisamment importante 7

8 2.03. Récupérer sur les eaux usées Tenir compte des caractéristiques des eaux usées chaudes (teneur en détergent, en graisses, etc.) sous réserve, en principe, d un débit suffisant, ex. : au moins 100 m 3 par semaine à 50 C 906 ECO 906. RÉCUPÉRER LA CHALEUR SUR LES EAUX USÉES CHAUDES POUR LE CHAUFFAGE 907 ECO 907. RÉCUPÉRER LA CHALEUR SUR LES EAUX USÉES CHAUDES POUR LA PRODUCTION D EAU CHAUDE 908 ECO 908. UTILISER LES EAUX USÉES CHAUDES COMME SOURCE DE POMPE À CHALEUR Récupérer sur l eau condensée (réseaux vapeur) 909 ECO 909. RÉCUPÉRER LA CHALEUR SUR L EAU CONDENSÉE DE RÉSEAU URBAIN 910 ECO 910. RÉCUPÉRER LA CHALEUR SUR INSTALLATION LOCALE À VAPEUR (ex. si la température de condensat est d au moins 80 C) Récupérer sur le froid (gaz chauds) Ne pas surchauffer pour cette application 911 ECO 911. RÉCUPÉRER S IL Y A PRODUCTION SIMULTANÉE DE FROID ET USAGE DE CHALEUR RECUPÉRÉE de façon à avoir une température de condensation aussi basse que possible Récupérer sur le froid (eau de refroidissement condenseur) Adopter par exemple le montage F page 6, avec condenseur à double faisceau 8

9 912 ECO 912. RÉCUPÉRER SUR LE CONDENSEUR POUR LA VENTILATION (préchauffage de l air neuf) 913 ECO 913. RÉCUPÉRER SUR LE CONDENSEUR POUR LA PRODUCTION D EAU CHAUDE 914 ECO 914. UTILISER L EAU DU CONDENSEUR COMME SOURCE DE POMPE À CHALEUR Récupérer sur le froid (air de refroidissement condenseur) Si le condenseur à air est éloigné de l utilisation prévoir un réseau aéraulique 915 ECO 915. RÉCUPÉRER LA CHALEUR SUR L AIR DU CONDENSEUR POUR LE PRÉCHAUFFAGE D AIR NEUF particulièrement indiqué dans les grandes surfaces avec vitrines frigorifiques mais également dans les stockages frigorifiques Récupérer sur les produits de combustion (fumées) Tenir compte du caractères corrosif des fumées dans le choix des équipments 916 ECO 916. RÉCUPÉRER SUR LES FUMÉES POUR PRÉCHAUFFER L AIR DE VENTILATION 917 ECO 917. RÉCUPÉRER SUR LES FUMÉES POUR AIDER LE CHAUFFAGE 918 ECO 918. RÉCUPÉRER SUR LES FUMÉES POUR PRÉCHAUFFER L EAU D UN SERVICE D EAU CHAUDE 919 ECO 919. RÉCUPÉRER SUR LES FUMÉES POUR PRÉCHAUFFER L AIR DE COMBUSTION Récupérer sur les gaz d échappement (moteurs) 920 ECO 920. RÉCUPÉRER SUR LES GAZ D ECHAPPEMENT (si en quantité suffisante, ex. moteurs d au moins 50 ch ; et avec des températures de gaz suffisamment élevées, ex. au moins 120 C) 9

10 2.10. Récupérer par incinération 921 ECO 921. UTILISER LES DÉCHETS COMBUSTIBLES (quand il existent, etsont fpornis en débits suffisant, ex. plus de 200 kg par jour) 10