de stockage s Industriels AOÛT 2014 Étude réalisée pour le compte de l ADEME par ENEA Consulting et le CETIAT Marché N 1281C0055 Coordonnées des organismes : ENEA Consulting 89 rue Réaumur, Paris CETIAT 25 Avenue des Arts, Villeurbanne Coordination technique : Sylvie Riou Service Entreprises et EcoTechnologies ADEME FICHE ATELIER-TYPE N 10
Cette fiche est élaborée dans le cadre de l étude ADEME portant sur les s-types en collaboration avec EDF- R&D. Sommaire existant Schéma de principe et caractéristiques de l atelier-type 3 Aspects énergétiques de l atelier-type, consommations énergétiques et IPE 4 Représentation des flux de l atelier-type et secteurs industriels concernés 5 Représentation graphique de l atelier-type existant 6 amélioré Amélioration de la consommation énergétique de l atelier-type 7 modélisé amélioré Présentation de l atelier modélisé 8 amélioré Exemples d amélioration des consommations énergétiques de l atelier-type 10 Représentation graphique de l atelier-type amélioré 11 Etude de cas 12 Annexes Notes et sources 13 Hypothèses 14 Avertissement La présente fiche atelier-type se veut représentative d'un ensemble d'ateliers de l'industrie manufacturière française, sans pour autant prétendre couvrir tous les cas rencontrés dans cette industrie. Les éléments quantitatifs cités dans cette fiche (fourchettes, moyennes ou valeurs typiques) visent ainsi à fournir au lecteur des ordres de grandeur. Ceux-ci sont le résultat de l expérience des participants à l étude. Les calculs des gains énergétiques potentiels pour cet atelier-type sont basés sur les hypothèses faites pour la modélisation de l atelier-type spécifique. Les éléments quantitatifs liés à cet atelier spécifique ne sont valables que pour un jeu de paramètres donné. Aussi l'ensemble des éléments quantitatifs cités dans cette fiche ne sont pas transposables en l état, qu'ils aient trait à l'atelier-type en général, ou à l'atelier-type spécifique modélisé. Code couleur existant amélioré modélisé amélioré Annexes 2
10 m ATELIERS INDUSTRIELS : FICHES DESCRIPTIVES DES ATELIERS-TYPES existant Schéma de principe de l atelier-type Source : Source: ENEA Consulting, Cetiat Caractéristiques de l espace de fabrication (atelier-type) Pas de présence de polluants >10 000 m 2 Non conditionné pour le procédé non exothermiq ue Utilités Les caractéristiques de cet atelier-type sont le stockage (entrepôt), avec un conditionnement chaud relativement restreint, chauffage hors-gel pour les besoins des produits stockés et, dans une moindre mesure, pour le confort des employés. Généralement, seules certaines zones dans lesquelles sont présents des employés sont chauffées. Il n y a que des usages liés aux utilités dans l atelier. En fonction des entrepôts, de leur taille, et de l importance des procédés, les parts gaz et électricité dans la consommation énergétique peuvent être équivalentes, ou la consommation d électricité peut être prédominante. Ces ateliers sont généralement très grands (surface supérieure à 10 000 m 2 ), avec une grande hauteur sous plafond (supérieure à 10 m). Secteurs : chaque secteur utilise un local de stockage plus ou moins important, avec ou sans personnel permanent ainsi que de moyens de manutention/transport plus ou moins automatisés. La logistique est particulièrement concernée par cette fiche. 3
existant Caractère exothermique Aspects énergétiques de l atelier-type non exothermiq ue Aucune charge thermique dégagée ou faible par rapport au volume du local. Consommations et usages énergétiques Utilités Au sein d un atelier de stockage, la consommation énergétique correspond majoritairement aux usages liées aux utilités : éclairage et chauffage. D une manière générale, la part «utilité» au sein de l atelier de stockage peut varier de 50% à 95%, en fonction des activités mises en œuvre. L éclairage est bien souvent le poste prédominant (50% ou plus de la consommation globale en énergie primaire), suivi du poste chauffage. La part de chauffage peut également varier en fonction du type d activité et de la température minimale requise. D après une étude du groupe de travail «Plan Bâtiment Grenelle», 95% des entrepôts (hors stockage froid) ne sont pas chauffés, mais simplement maintenus à une température minimale (hors-gel). Consommation énergétique par usage «procédé» (1) Usage «procédé» Convoyeurs, Fenwick Indicateur de performance énergétique 5 à 10 kwh elec /an/m 2 (énergie finale) Energie récupérable(4) (%/ consommation) 0 à 50% Chauffage 30% Répartition des consommations Procédés 15% Exemple de répartition de Eclairage 55% consommations énergétiques. En énergie primaire. Eclairage Chauffage Consommation énergétique par usage «utilité» (1) Usage «utilité» Indicateur spécifique(5) IPE (kwh/an/m 2 ) Puissance installée: 5 W/m 2 η=90% (PCI) 20 à 30 (énergie finale) 35 à 55 Energie récupérable (4) (% / consommation de l usage) 0% 5 à 20% Indicateur de performance énergétique totale Energie finale récupérable totale (4) IPE moyen : 100 à 160 kwh th /an/m 2 Jusque 50% (énergie primaire) 4
existant Représentation des flux de l atelier-type La nature des flux qui transitent dans l atelier, ainsi que les échanges thermiques associés sont représentés ci-après. Leur connaissance permet d établir le bilan énergétique global de l atelier-type étudié. Consommation d'énergie : électricité, combustible Pertes d'énergie Entrée d'air neuf Sortie d'air par ventilation naturelle Marchandises entrantes Marchandises sortantes Personnels Personnels Source : ENEA Consulting, Cetiat Le tableau ci-après rend compte du degré de représentativité sectorielle de l atelier-type étudié. Y sont indiqués tous les secteurs industriels manufacturiers au sein desquels l atelier-type étudié ou des ateliers proches de l atelier-type sont rencontrés. Code NAF Secteur industriel 10 Industries alimentaires 11 Fabrication de boissons 12 Fabrication de produits à base de tabac 13 Fabrication de textiles 14 Industrie de l'habillement 15 Industrie du cuir et de la chaussure 16 Travail du bois et fabrication d'articles en bois et en liège, à l'exception des meubles 17 Industrie du papier et du carton 18 Imprimerie et reproduction d'enregistrements 19 Cokéfaction et raffinage 20 Industrie chimique 21 Industrie pharmaceutique 22 Fabrication de produits en caoutchouc et en plastique 23 Fabrication d'autres produits minéraux non métalliques 24 Métallurgie 25 Fabrication de produits métalliques, à l'exception des machines et des équipements 26 Fabrication de produits informatiques, électroniques et optiques 27 Fabrication d'équipements électriques 28 Fabrication de machines et équipements n.c.a. 29 Industrie automobile 30 Fabrication d'autres matériels de transport 31 Fabrication de meubles 32 Autres industries manufacturières 33 Réparation et installation de machines et d'équipements modélisé 5
existant Représentation graphique de l atelier-type Consommations énergétiques Electricité : 25 à 40 kwh élec/an/m 2 Gaz : 35 à 55 kwh pcs gaz /an/m 2 Indicateurs de performance énergétique 100 à 160 kwh (énergie primaire) /an/m 2 Éclairage 20 à 30 kwh élec/an/m 2 Chauffage 35 à 55 kwh th/an/m 2 Équipements 5 à 10 kwh élec/an/m 2 Les hypothèses associées au schéma sont précisées en annexe. Source : ENEA Consulting, Cetiat 6
amélioré 2 Amélioration de la consommation énergétique de l atelier-type La caractéristique de cet atelier-type est le stockage. Il s agit donc d ateliers de grands volumes, peu ou partiellement chauffés, dans lesquels la prise en compte du confort des employés est par conséquent assez difficile. Equilibre confort/équipement Une optimisation des ouvertures de l atelier ou encore la mise en place d un rideau d air au niveau des ouvertures peuvent améliorer la sensation de confort des employés au sein de l atelier. Ces actions visent en priorité l amélioration des conditions de travail des employés au sein de des ateliers de stockage. Les recommandations de l Institut National de Recherche et de Sécurité, vont dans le même sens (rythme de pauses adapté, accès à des locaux de détente chauffés, avec mise à disposition de boissons chaudes, utilisation de vêtements adaptés). Réduction de la charge thermique due à l éclairage Le principal poste de consommation énergétique concerne les utilités et plus particulièrement l éclairage (voir focus). Ainsi, les deux pistes d amélioration offrant les meilleures perspectives en terme de performance énergétique sont : L optimisation de l éclairage : ajustement de l éclairage en fonction du besoin, et sensibilisation du personnel ; L utilisation d un éclairage performant permettant une consommation réduite avec une luminosité équivalente : tube fluorescents, lampes fluocompactes, LED, lampe sodium basse pression Maîtrise des flux de l environnement de travail Après l éclairage, le chauffage représente le second poste de consommation énergétique. Celui-ci reste assez restreint puisque les entrepôts sont souvent chauffés en mode hors-gel, avec éventuellement un chauffage d appoint pour le confort des employés. Le mode de chauffage généralement utilisé dans ces ateliers de grands volumes et de grandes hauteurs est un chauffage aérotherme, visant une température moyenne plus ou moins homogène. Or, dans des ateliers non chauffés ou maintenus en hors gel, l augmentation de la température ressentie, a minima dans les zones de travail, peut être un réel avantage pour l amélioration du confort des employés. Ainsi, l utilisation de tubes radiants en remplacement des aérothermes dans ces zones spécifiques peut être une solution pertinente, permettant à la fois de réduire la température moyenne et donc la consommation globale mais également d améliorer la température ressentie dans les zones nécessaires (voir focus). Une autre voie d amélioration consiste à utiliser un déstratificateur d air en complément du chauffage par convection. Dans les locaux de grandes hauteurs comme les entrepôts, le gradient de température entre le sol et le plafond peut être considérable, l air chaud étant en effet plus léger que l air froid. La mise en place d un système de déstratification permet d homogénéiser la température, et ainsi de réduire les besoins en chauffage pour une même température ressentie. Ce système est surtout recommandé en cas de chauffage par aérothermes, les phénomènes de stratification étant moins marqués en cas de chauffage radiant. L application cumulée des deux mesures (chauffage radiant et déstratification) n est donc a priori pas recommandée. C est la solution la plus pertinente (économies d énergie versus investissement) qui sera privilégiée au cas par cas. Par ailleurs, en plus des actions visant le mode de chauffage, une meilleure isolation du bâtiment et une optimisation des ouvertures de l entrepôt peuvent également permettre d améliorer la performance globale de l atelier. Ainsi, une meilleure gestion des systèmes d ouverture (ouverture et fermeture automatiques) peut permettre de réduire la consommation énergétique liée au chauffage, tout en améliorant la sensation de confort des employés, puisque les écarts de température au sein de l entrepôt seront réduites. 7
amélioré modélisé Présentation de l atelier modélisé On s intéresse ici au cas d un entrepôt de l habillement, destiné à stocker vêtements et/ou chaussures. L entrepôt a une surface de 12 000 m 2, bureaux exclus, et une hauteur de 12 m. L entrepôt fonctionne en 2x8, uniquement en semaine. Cet entrepôt est chauffé à l aide d aérothermes gaz directs à une température minimale de 5 C. On considère donc une température moyenne à hauteur d homme de 6 C, la température moyenne étant plus élevée à cause de la hauteur de l atelier. L entrepôt n est pas climatisé en été. Le renouvellement d air se fait par ventilation naturelle. L indicateur de performance énergétique total de l atelier en énergie primaire est de 126 kwh/an/m 2. L IPE total de l atelier modélisé amélioré est de 66 kwh/an/m 2. La piste 5 (poste chauffage) n est pas considérée dans la mesure où celle-ci n est pas compatible avec la piste 3 (déstratification). Remarque : Cet IPE ne correspond pas au cumul direct des différentes réductions des consommations d énergie, mais prend en compte les interactions des différents pistes entre elles (6). Nature Piste d amélioration Gains estimés sur IPE global Coûts 1. Poste éclairage Optimisation de l utilisation de l éclairage. Gain : 18 % Re-câblage : 10 à 20 k 2. Poste éclairage Remplacement de l éclairage par un éclairage plus performant. Gain : 15 % Remplacement par des lampes basse consommation: 5 k 3. Déstratification Mise en place d un système de déstratification d air Gain : 11 % Achat de déstratificateur et pose : 85 k 4. Poste procédés 5. Poste chauffage 6. Fonctionnement Mise des équipements en veille la nuit et les week-ends et utilisation de la fonction «maintien» en cas d activité réduite. Remplacement du chauffage aérotherme par un chauffage radiant dans les zones froides avec présence de personnel. Remplacement des portes par des portes automatiques pour permettre une fermeture rapide lors des entrées et sorties. Gain : 6 % Achat automatisation : 1 à 2 k Gain : 3 % Gain : 2 % Achat de chauffages radiants (gaz ou électrique) (4 épingles, 1 à 3 k /épingle) : 4 à 12 k Achat portes + système : de 4 k à 8 k 8
amélioré modélisé Nature Freins potentiels Compatibilité avec le système existant (3) Niveau de maturité (2) Facilité de transfert entre les milieux industriels (3) 1. Poste éclairage Sensibilisation du personnel Moyenne Mature Forte 2. Poste éclairage Modification de l éclairage Faible Mature Forte 3. Déstratification Coût d investissement élevé Moyenne (adapté à un chauffage par convection, pas forcément pertinent avec la recommandation 5) Mature Forte 4. Poste procédés Sensibilisation du personnel Faible Mature Forte 5. Poste chauffage Remplacement partiel du système; Température non homogène. Moyenne Mature Forte 6. Fonctionnement Gain modéré Moyenne Mature Forte 9
amélioré 2 Focus : Exemples d amélioration des consommations énergétiques de l atelier-type Optimisation du poste éclairage L éclairage représente le plus gros poste de consommation énergétique au sein de cet atelier. Il est réparti de manière diffuse au sein de l entrepôt, à hauteur de 5 W/m 2, y compris dans les zones ne nécessitant pas un éclairage conséquent. Afin d optimiser ce poste éclairage, deux leviers semblent ainsi pertinents : l optimisation du besoin en éclairage et la sensibilisation du personnel. Optimisation du besoin L activité au sein de l entrepôt implique que certaines zones soient particulièrement bien éclairées : préparation, conditionnement, A l inverse, les zones de stockage pur ne nécessitent pas forcément un éclairage maximal. Ainsi, l optimisation du besoin consiste à augmenter la puissance de l éclairage dans les zones où cela est nécessaire ce qui représente environ 10% de la superficie de l entrepôt et à le réduire dans le reste de l entrepôt. Sensibilisation du personnel Actuellement, les entrepôts sont éteints la nuit (respect de la réglementation), et souvent partiellement éclairés le week-end alors que l activité est quasi-inexistante. La sensibilisation du personnel consiste à réduire l éclairage le week-end à hauteur de 20% de l éclairage maximal et à réduire l éclairage lors de l activité réduite de fin d après-midi. Focus : Optimisation du poste chauffage Cet atelier-type est conditionné en chaud pour le confort des employés. L atelier est donc chauffé en hiver (température minimale visée de 12 C) mais n est pas climatisé en été. Le chauffage ne représente pas un poste de consommation énergétique élevé dans la mesure où la charge thermique issue des procédés est très forte, ce qui contribue à un chauffage «naturel» de l atelier. Une température minimale de 12 C au sol est requise. A cause du phénomène de stratification particulièrement conséquent dans le cas d atelier avec procédés fortement exothermiques, le gradient de température entre sol est plafond est élevé. Le chauffage est généralement réalisé par aérotherme gaz. Chauffage par convection Chauffage par rayonnement Afin de réduire la consommation énergétique liée au poste chauffage, une piste d amélioration peut consister à remplacer les aérothermes par des chauffages radiants. Ainsi, l atelier n est plus chauffé de manière homogène mais uniquement dans certaines zones, correspondant aux zones de travail. La température ressentie au poste de travail est identique voire plus élevée, mais la température moyenne de l atelier est réduite, ce qui réduit la consommation énergétique. Source schéma : ENEA Consulting 10
amélioré 2 Représentation graphique de l atelier-type Consommations énergétiques Electricité : 12 à 18 kwh élec/an/m 2 Gaz : 20 à 32 kwh pcs gaz /an/m 2 Indicateurs de performance énergétique 50 à 80 kwh (énergie primaire) /an/m 2 Éclairage 7 à 11 kwh élec/an/m 2 Chauffage 20 à 32 kwh th/an/m 2 Équipements 5 à 7 kwh élec/an/m 2 Les hypothèses associées au schéma sont précisées en annexe. Source : ENEA Consulting, Cetiat 11
amélioré 2 Etude de cas REX NAF 13 Fabrication de textiles France Technologie 1 Eclairage Technologie 2 / Technologie 3 / Partenaire technique Non précisé Critères de sélection et reproductibilité L éclairage est un des postes de consommation énergétique principal dans les entrepôts. Il représente parfois plus de 50% des consommations. Contexte Une plateforme logistique du secteur de l industrie textile spécialisée dans la vente par correspondance (VPC) a mené un audit énergétique dans le cadre d une opération collective en partenariat avec l'institut Français de l'habillement et du textile (IFTH). Suite à cet audit, des actions portant sur l optimisation de l éclairage ont été mises en place. Projet Le bâtiment de stockage comportait plusieurs niveaux de stockage qui restaient éclairés en permanence même en absence de personnel. Des détecteurs de présence ont été installés sur tout un niveau de stockage. La solution a permis d économiser 83 % des consommations d électricité de l éclairage pour ce niveau et 20% de ses consommations totales. Gain financier Economie d énergie Gains Emissions GES évitées (tco2e/an) Ratio Temps de retour sur investissement Coût CAPEX / / / 20% des consommations électriques totales du site 3,3 ans / Financement Inconnu Source : ADEME, France 12
Notes (1) Pour se ramener à une comparaison en énergie primaire, la consommation électrique (exprimée initialement en kwh électrique ) peut être convertie en consommation énergétique d origine thermique (kwh thermique (pcs)), en supposant un coefficient de 2,58 pour la production d énergie électrique, selon la référence RT 2012. (2) Les échelles qualitatives suivantes sont utilisées pour les niveaux de maturité : Mature : Technologie déjà mise en place à plusieurs reprises, depuis plusieurs années Faiblement mature : Technologie mise en place récemment, ou une seule fois Non mature : Pas de référence industrielle pour cette technologie (3) Les échelles qualitatives suivantes sont utilisées pour la compatibilité d une solution avec l existant et la facilité de transfert d un milieu industriel à un autre : Forte : La mise en place de la solution sur un système existant ou dans un nouvel environnement industriel ne nécessite aucune action spécifique. Moyenne : La mise en place de la solution peut nécessiter une action spécifique mais non contraignante. Faible : La mise en place de la solution peut nécessiter une ou plusieurs actions contraignantes. (4) Chaleur récupérable par la mise en place de systèmes de récupération d énergie. (5) η : Rendement de l installation de production de chaleur. Correspond à la part utile d énergie gaz consommée qui a été transférée à l air de l atelier. (6) L'estimation des gains est réalisé avec une table de calculs développée par le CETIAT et adaptée par ENEA pour le besoin de l'étude, en utilisant les données énoncées en annexe. Les gains ne se cumulent pas. Sources FAQ-Logistique : Questions-réponses du ministère sur les entrepôts et performance énergétique des bâtiments logistiques. Conclusions du Groupe de travail «Plan Bâtiment Grenelle». Disponible à http://www.faq-logistique.com/tl&a- Focus-Feuillet-Environnement-Performance-Energetique-Batiments-Logistiques.htm Entrepôts du commerce et de la grande distribution : Guide pour la prévention des risque du métier de préparateur de commande. INRS, 2012. Guide d aide à l évaluation de la pénibilité en logistique. Région Rhône-Alpes, 2012. Températures extrêmes. http://www.travailler-mieux.gouv.fr/les-temperatures-extremes-test Eclairage performant. Energie Plus, n 517. 15 décembre 2013. Solutions performantes: déstratificateur. EDF. http://entreprises.edf.com/le-mag-de-l-energie/equipementsperformants/solution-performante-destratificateur-282250.html Solutions Chauffage des grands volumes. France Air. 2009. Données internes ENEA Consulting Le calcul des consommations d énergie et les modélisations de l atelier type décrits dans la présente fiche utilisent une table de calcul développée par le CETIAT et adaptée par ENEA Consulting pour les besoins de l étude. 13
Annexes Emprise au sol supérieure à 10 000 m 2 Pas de dégagement intérieur de polluants Hauteur de l atelier supérieure ou égale à 10 m. non conditionné pour les procédés. conditionné en chaud pour le confort. L atelier ne présente pas de caractère exothermique Part sensiblement équivalente entre électricité et gaz dans la consommation énergétique. Prédominance des utilités par rapport aux procédés dans les postes de consommation énergétique. très fréquent dans l industrie. 10 m Pas de présence de polluants >10 000 m 2 Non conditionné pour le procédé non exothermiq ue Utilités Les paramètres suivants ont été pris en compte pour la représentation de l atelier-type. Les données utilisées dans cette fiche pour le cas spécifique ont été obtenues via une approche théorique par modèle. Périmètre de l atelier de stockage (entrepôt) de vêtements ou autres textiles du secteur de l habillement Procédés présents dans l atelier : convoyage, transport par chariot, manutention, conditionnement Caractéristiques de l atelier Rythme : 2*8, 5 jours sur 7 Eclairage moyen de 5W/m 2. non éclairé la nuit, éclairage de 50% le week-end. Superficie : 12 000 m 2, hauteur 12 m Température : chauffage hors-gel visé dans toutes les zones de l atelier, y compris les zones les plus froides : température à hauteur d homme de 6 C, température moyenne de l entrepôt de 9,3 C. Renouvellement d air assuré par ventilation naturelle (38 400 m3/h, soit 20% du volume par heure). Bâtiment moyennement isolé (isolant de 80 mm d épaisseur au niveau des murs et toit) 14
8446 L ADEME EN BREF L'Agence de l'environnement et de la Maîtrise de l'énergie (ADEME) participe à la mise en œuvre des politiques publiques dans les domaines de l'environnement, de l'énergie et du développement durable. Afin de leur permettre de progresser dans leur démarche environnementale, l'agence met à disposition des entreprises, des collectivités locales, des pouvoirs publics et du grand public, ses capacités d'expertise et de conseil. Elle aide en outre au financement de projets, de la recherche à la mise en œuvre et ce, dans les domaines suivants : la gestion des déchets, la préservation des sols, l'efficacité énergétique et les énergies renouvelables, la qualité de l'air et la lutte contre le bruit. L ADEME est un établissement public sous la tutelle conjointe du ministère de l'écologie, du Développement durable et de l'énergie et du ministère de l'enseignement supérieur et de la Recherche.