Suivi de chaudières à granulés couplées à du solaire

Présentation du dossier paru dans le magazine Bioénergie International de novembre 2010

Les petits systèmes de chauffage avec chaudières à granulés sont une technologie à la fois efficace et de plus en plus populaire, pour une utilisation dans les maisons privées ou les petits locaux commerciaux. Ces chaudières se caractérisent par leur rendement thermique élevé et sont particulièrement adaptées à une utilisation en combinaison avec un système de chauffage solaire.

Afin de mieux comprendre la performance de ces systèmes de chauffage, l’institut European Institute for Energy Research (EIFER) à Karlsruhe, Allemagne, a suivi neuf chaudières domestiques au cours des deux dernières années et demie. Le présent article présente les rendements annuels réels mesurés, et aborde les facteurs d’influence.

Au cours des dix dernières années, les chaudières à granulé faisant office de système de chauffage central ont conquis une part de marché conséquente en Allemagne (quelque 125 000 unités installées fin 2009) et en Autriche (env. 70 000 unités). Le nombre d’unités installées continue de croître d’environ 20% par an.

Pour les applications domestiques, les petites chaudières à granulés sont généralement installées en combinaison avec des réservoirs tampons afin d’éviter les cycles marche/arrêt courts, qui réduisent les rendements et augmentent les émissions. Ils sont souvent couplés à des collecteurs solaires, qui requièrent également un réservoir de stockage thermique. Les collecteurs solaires répondent intégralement à la demande de chaleur en été, et partiellement pendant les périodes de transition. La performance de ces systèmes thermiques combinés repose sur les dimensions, la conception hydraulique et le système de contrôle.

EIFER a mené un projet de recherche expérimental visant à obtenir des données terrain de performances détaillées sur ces systèmes de chauffage. Le projet consistait à suivre neuf systèmes différents de chauffage central à base de chaudières à granulés. Six d’entre eux étaient partiellement couplés à des systèmes de chauffage solaire.

La campagne de mesures a été lancée en hiver 2007/2008 et poursuivie jusqu’en été 2010. Les chiffres présentés dans cet article portent sur la période 2008/2009.

Sites suivis

Les systèmes observés sont principalement localisés dans des maisons privées du sud-ouest de l’Allemagne, et un système est localisé en France. Les maisons varient en taille et présentent diverses normes d’isolation. Leur consommation annuelle de chaleur varie de 8 à 40MWh par an.

La conception de base des systèmes de chauffage de l’étude est typique des systèmes de chauffage à base de chaudières à granulés utilisés en Allemagne et en Autriche. Ils sont tous équipés d’un système de circulation d’eau et, à l’exception d’un site, utilisent un réservoir tampon combiné à un réservoir de stockage de l’eau chaude sanitaire (ECS). Ce dispositif, généralement conçu comme un réservoir dans un réservoir, combine le volume de tampon thermique et la préparation d’ECS au sein d’une seule et même unité. L’ECS est chauffée par la chaudière et par les collecteurs solaires si ces derniers sont installés.

Les chaudières à granulés observées dans le cadre du projet sont des produits de grande qualité n’excédant pas 5 ans d’âge, et produits par un seul constructeur. Leur technologie de combustion repose sur un brûleur volcan alimenté en combustible par le dessous. Ces chaudières fonctionnent de manière autonome et sont équipées de systèmes d’alimentation et d’allumage automatiques.

La gamme de puissance de ces chaudières varie de 10 à 56kW. Leur rendement thermique spécifié est de 91% à 93% en fonctionnement à charge nominale. L’une d’entre elles est une chaudière à granulés à condensation d’une puissance nominale de 15kW et d’un rendement de 103% en charge  nominale.

Six des neuf unités sont équipées d’un système de chauffage solaire présentant différentes surfaces de captage. Les installations comportent des collecteurs solaires plats qui injectent la chaleur dans le réservoir tampon.

Les systèmes de distribution de chaleur reposent sur des circuits de chauffage contrôlés équipés de pompes de circulation et de vannes de mélange. Les températures du débit dépendent de la température extérieure.

Système de mesures

Les principaux dispositifs de mesure sont les compteurs de chaleur placés sur les circuits de chauffage et un système de balance avec cellules de pesée placées aux pieds du réservoir de stockage des granulés

Plusieurs compteurs de chaleur mesurent l’énergie, le débit de l’eau et les niveaux de température dans les circuits de chauffage. Cela permet de calculer l’ensemble du bilan énergétique du système (voir Figure 1). La quantité de combustible consommé est calculée grâce au poids de granulés contenus dans le réservoir.

Les valeurs mesurées par le système ont été acquises, enregistrées et régulièrement transférées par internet. La fréquence d’acquisition des données était d’une heure pour la plupart des sites ; deux des sites étaient scannés toutes les quinze minutes.

Rendements des chaudières

Un résultat important obtenu est le calcul du rendement annuel réel des chaudières à granulés… ……LIRE LA SUITE en commandant le numéro du magazine.