Pré-étude. d un Réseau de Chaleur bois. sur la commune de Luc-la-Primaube

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1 Pré-étude d un Réseau de Chaleur bois sur la commune de Luc-la-Primaube Réalisé par : Arnaud Larvol Conseiller énergie Pays Ruthénois 6 avenue de l Europe Rodez Page 1 sur 12

2 Table des matières 1. Synthèse Analyse technique... 4 a. Données climatiques du site... 4 b. Caractéristiques des bâtiments... 4 c. Calcul de la puissance théorique nécessaire au chauffage (P max chauffage)... 6 d. Calculs des besoins et consommations d énergie... 6 e. Dimensionnement chaudière bois... 7 f. Réseau de chaleur... 8 g. Choix et dimensionnement du silo h. Données environnementales et énergétiques Données financières Conclusion Page 2 sur 12

3 1. Synthèse Eléments Unités Valeurs Consommation d énergie MWh/an 284,8 Puissance chaudière bois kw 110 Longueur du réseau ml 220 Type de silo - enterré Volume silo à pleine charge pour 7 jours d autonomie j 34 Volume silo à pleine charge pour 15 jours d autonomie j 72 Densité thermique MWh/ml.an 1,52 Emissions de CO2 évitées tonne/an 80 Emissions de CO2 évitées sur 20 ans tonne Economies d énergie envisageables TTC/an à Investissement chaudière bois HT Investissement chaudière gaz HT Investissement réseau TH Investissement ingénierie HT Investissement global HT Investissement global TTC Aide ADEME + FEDER possible % 60 D après l analyse, il en ressort que la mise en place d un réseau de chaleur bois sur la commune de Luc-la-Primaube, s avère réalisable d un point de vue technique. En revanche, concernant l analyse économique, les coûts de fonctionnement et donc la rentabilité du projet n ont pu être déterminés, du fait d un grand nombre de variables. Page 3 sur 12

4 2. Analyse technique Cette partie consiste à déterminer les éléments techniques essentiels au dimensionnement d un réseau de chaleur. a. Données climatiques du site - Altitude du site : 680 m ; - Température de base : - 12 C ; - DJU base 18 : ; - Température intérieure : 20 C. b. Caractéristiques des bâtiments - Nombre de bâtiments à raccorder : 4 ; - Intermittence des bâtiments : moyenne soit 0.75 ; - Estimation surface totale des bâtiments : m² (hypothèse liée au futur bâtiment) ; - Estimation volume total des Bâtiments : m 3 (hypothèse liée au futur bâtiment). Hypothèse : Le futur bâtiment est encore en projet mais celui-ci sera réalisé conforme à la RT Ses caractéristiques sont les suivantes : - Surface chauffée : 600 m² (hypothèse) - Puissance de chauffe : 50 kw Pour les trois bâtiments existants, les production de chaleur sont au gaz et sont les suivantes : Chaudière Brûleur Mairie Type Condensation Année 2009 Energie Gaz Marque Vitorond 100 Puissance nominale 63 kw Rendement NC Type C10 Année NC Energie Gaz Marque Cuenod Puissance nominale kw Rendement NC Page 4 sur 12

5 Chaudière Brûleur Ecole primaire Type Classique Année 25 ans Energie Gaz Marque Chappée Puissance nominale 40 kw Rendement 90,30% Type NC6 Année 1999 Energie Gaz Marque Cuenod Puissance nominale kw Rendement NC Chaudière Brûleur Ecole maternelle Type Classique Année 1989 Energie Gaz Marque Puissance nominale kw Rendement 93% Type NC4 Année 1999 Energie Gaz Marque Cuenod Puissance nominale kw Rendement NC Un relevé des consommations annuelles de ces trois bâtiments a été effectué par la commune. Les résultats sont les suivants : Sites kwh TTC kwh TTC kwh TTC Mairie , , , , , ,34 Ecole primaire , , , , , ,32 Ecole maternelle , , , , , ,72 Total des 3 sites , , , , , ,38 Page 5 sur 12

6 c. Calcul de la puissance théorique nécessaire au chauffage (Pmax chauffage) La puissance maximale nécessaire se définit par rapport aux besoins nécessaires par grand froid pour maintenir une température intérieure de consigne donnée. Cette puissance maximale se calcule grâce à la formule suivante : P max chauffage = G.V.(T cons T ext base ) Avec : Calcul : - G : coefficient de déperditions volumiques du bâtiment (W/ C.m 3 ) ; - V : volume de chauffe considéré ; - T cons : température de consigne intérieure ( C) ; - T ext base : température extérieure de base ( C). P max chauffage = 1,2 x 4300 x (20-(-12)) x 10-3 = 170 kw La puissance maximale nécessaire à chauffer l ensemble des ces quatre bâtiments est de l ordre de 170kW. Coefficient de sur puissance à appliquer (pertes réseau ) : 10% Soit une puissance totale de 190 kw. d. Calculs des besoins et consommations d énergie Il faut distinguer les besoins qui concernent l énergie utile («sortie radiateur») nécessaire au chauffage des bâtiments, des consommations qui sont relatives aux quantités de combustible consommées («entrée chaudière»). - Besoins de chauffage: Les besoins peuvent se calculer de la manière suivante : Où : Bch = B x V x DJU x B : correspondant au coefficient G diminué des apports solaires ou internes récupérés (W/ C.m 3 ) ; - V : représente le volume de bâtiments à chauffer (m 3 ) ; : permet d obtenir les besoins dans l unité usuelle (kwh/an) ; - DJU : Degrés Jour Unifiés, caractérisent les conditions climatiques du lieu considéré et les intermittences de chauffage. Page 6 sur 12

7 Calcul pour le futur bâtiment: Bch = 0.75 x 1500 x 2765 x = Les besoins de chauffage pour le futur bâtiment sont estimés à kwh/an. Calcul pour les 3 bâtiments existants: Bch = kwh/an. Les besoins en chauffage de l ensemble des 4 bâtiments est de kwh/an. - Consommations de chauffage : Les consommations d énergie se déduisent des besoins thermiques par la relation suivante : Où : C = Bch / rdt - Rdt : rendement global de l installation thermique (chaudière + régulation + distribution + émetteurs), pour le futur bâtiment le rendement est estimé à 85%. Calcul pour le futur bâtiment: C = / 0.85 = kwh /an La consommation finale d énergie est estimée à kwh/an pour le futur bâtiment. Consommations des 3 bâtiments existants : Suite au relevé annuel des consommations de ces trois bâtiments (cf. tableau page 5), la consommation moyenne des trois bâtiments est de : C = kwh /an. D après ces calculs, les consommations totales de l ensemble des quatre bâtiments sont estimées à kwh/an. e. Dimensionnement chaudière bois Pour les réseaux de chaleur, il existe deux alternatives possibles à savoir : - Mono-énergie : peut couvrir la totalité des besoins en chauffage avec le bois s il n y a pas de risque en cas de défaillance de la chaudière. La puissance de la chaudière est alors élevée, occasionnant des surcoûts d investissement. - Bi-énergie : on prévoit une ou plusieurs chaudières d appoint avec un combustible fossile (fioul, gaz). Cela permet l optimisation économique, technique et énergétique des projets bois. Page 7 sur 12

8 Dans le cadre du projet de la commune de Luc-la-Primaube nous nous orienterons vers un projet bois type bi-énergie. On définit alors la règle de dimensionnement suivante : Puissance bois = 40 à 70 % de P max ; Taux de couverture bois = 70 à 95 % des consommations totales ; D après les calculs établis (page 6), la puissance maximale nécessaire pour alimenter les 4 bâtiments a été déterminée à 190 kw. D où : 76 kw < Puissance chaudière bois < 133 kw Ici, nous dimensionnerons la chaudière bois à 60% de la puissance nécessaire soit 110 kw. Taux de couverture escompté : 80% des consommations totales. Rendement du réseau escompté (η) : entre 80 et 90 % (pour la suite des calculs nous prendrons 85%). f. Réseau de chaleur Lorsqu une chaufferie bois alimente plusieurs bâtiments, un réseau de distribution de la chaleur est nécessaire. Il convient : - De définir un périmètre d étude à partir du plan d urbanisme ; - D identifier les principaux usagers et de caractériser leur mode de chauffage actuel et leur besoins ; - De localiser le lieu d implantation de la chaufferie bois en fonction de deux contraintes principales : o L accessibilité aux camions de livraison du combustible et la superficie disponible pour la chaufferie et aires de manœuvre, o La distance de raccordement aux usagers ; - De proposer un tracé indicatif du réseau (en minimisant le linéaire, en privilégiant le passage sur les voies publiques et en limitant les travaux de réfection des trottoirs ) et de localiser les sous-stations ; - De définir la densité thermique du réseau (MWh distribués par mètre linéaire de réseau et par an). Page 8 sur 12

9 - Localisation du lieu d implantation de la chaufferie bois, des sous stations et du réseau : : Chaufferie bois incorporée au nouveau bâtiment ou à proximité. : Sous-stations (conservation des chaudières actuelles). : Réseau de distribution (longueur : Lr = 220 ml). - Densité thermique du réseau de chaleur : Ce paramètre influence l équilibre économique d un projet de réseau de chaleur bois. On distingue quatre situations, selon que la densité thermique est : - De moins de 1 MWh/ml par an : projet difficilement envisageable ; - De 1 à 3 MWh/ml par an : réseau en milieu rural, petite puissance ; - De 3 à 5 MWh/ml par an : ville moyenne ; - De plus de 5 MWh/ml par an : réseau urbain, forte densité. Calcul : Energie utile «sortie de chaudière» : E = C / η Où : - C : consommation totales des 4 bâtiments ; - η : rendement du réseau (85%). Page 9 sur 12

10 E = x 0.85 = 335,1 Soit une énergie utile «sortie de chaudière» de 335,1 MWh. Densité thermique (Dt) : Dt = E / Lr Où : - E : énergie utile «sortie de chaudière» - Lr : longueur du réseau Dt = 335 / 220 = 1,52 La densité thermique du réseau de chaleur bois est de 1,52 MWh/ml, ce qui est convenable pour ce type de projet. g. Choix et dimensionnement du silo Choix du silo : Le combustible bois livré en chaufferie est déchargé dans un silo de stockage qui constitue la réserve tampon pour l alimentation de la chaudière. On distingue trois types de silo : - Silo enterré ; - Conteneurs métalliques ; - Stockage principal de plain-pied à un silo ou une trémie tampon. Figure 1: Silo de plein pied Figure 2: silo enterré Préconisation : concernant le choix su silo, il est préférable de s orienter vers un silo enterré (intégration architecturale, surface ). Page 10 sur 12

11 Dimensionnement du silo : La conception du silo doit prendre en compte les paramètres suivants : - La puissance de la chaudière et l autonomie souhaitée (nombre de jours à pleine puissance) ; - Les modes de livraison et de remplissage retenus (type de benne, volume des camions) ; - Les contraintes d intégration (surface disponible, nature su sol) ; Hypothèses posées pour le calcul du silo : D où : - Rendement chaudière bois : 90% - Contenu énergétique bois : kwhpci/tonne (type plaquettes) ; - Consommation de bois : 108 tonnes/an ; - Densité du bois : 290 kg/m 3 ; Pour une autonomie à pleine puissance de 7 jours : silo de 34 m 3. Pour une autonomie à pleine puissance de 15 jours : silo de 72 m 3. h. Données environnementales et énergétiques La création d un réseau de chaleur bois, sur la commune de Luc-la-Primaube, engendrerait une: Emissions de CO 2 : 20 tonnes ; Emissions de CO 2 : 55 kg/mwh ; Emissions de CO 2 évitées : 80 tonnes /an *; Emissions de CO 2 évitées sur 20 ans : tonnes*. Economies d énergie réalisables (sur l approvisionnement P1) : à TTC* * : (Données établies en comparaison d une solution de référence à 100% Gaz). Page 11 sur 12

12 3. Données financières Cette partie vise à déterminer l ensemble des coûts liés aux investissements à réaliser pour la création du réseau de chaleur bois. L ensemble des résultats seront présentés sous forme d un tableau : investissement unités Réseau de chaleur bois + Gaz Coût du Bois entrée chaudière HT/MWh 25 Coût du Gaz entrée chaudière HT/MWh 50 Coût de l'electricité HT/MWh 100 Investissement production chaleur Bois HT Investissement production chaleur Gaz HT Investissement chaufferie HT Investissement réseau de chaleur basse pression HT Investissement réseau de chaleur haute pression HT 0 Investissement Total réseau de chaleur HT Investissement divers (ingénierie ) HT Investissement Total HT Investissement Total TTC Aide aux dépenses éligibles (PRELUDDE) % 60 1 D après l analyse financière qui a été menée, on peut estimer un coût global d investissement de l ordre de TTC. En revanche les charges annuelles P1 (combustible bois + gaz), P 1 (électricité), P2 (maintenance), P3 (gros entretien et renouvellement) et éventuellement P4 (annuité d emprunt de l investissement) n étant pas connues, il s avère difficile de les estimer (très variable d un projet à l autre). Toutefois l ensemble de ces charges influence, de manière non négligeable, la rentabilité économique du projet. Il s avère donc très important de bien définir en amont, l ensemble de ces charges. 4. Conclusion D après l analyse qui a été menée, la mise en place d un réseau de chaleur bois sur la commune de Luc-la-Primaube, s avère réalisable d un point de vue technique. Toutefois cette analyse n est qu une pré-étude et ne remplace en aucune manière une étude de faisabilité. 1 Aide de l ADEME, est accordée sous réserve de viser une densité thermique de 1,5 MWh / an et mètre linéaire + FEDER. Page 12 sur 12