Pas du prêt-à-porter
Un modèle : la technique de chauffage chez R + F à Kassel
Le credo de l'entreprise en préambule : "L'avenir réside dans les technologies innovantes et modernes. Nous devons nous y intéresser et transmettre nos connaissances à nos clients - artisans, planificateurs, architectes. Bien sûr, nous pouvons argumenter de manière particulièrement convaincante si nous disposons de notre propre expérience, par exemple en ce qui concerne les économies d'énergie de l'ancien contre le neuf". Markus Ortlauf, qui tient ces propos, est conseiller technique du Maison de commerce de gros Richter + Frenzel. Il s'était prononcé en faveur d'une installation de chauffage inhabituelle dans l'immeuble du grossiste à Kassel.
Photo 1 : Installation de chauffage Ecocraft dans la salle technique/de formation chez R + F à Kassel.
Les résultats d'exploitation après un peu plus d'un an l'ont récompensé, lui et sa maison, pour cette décision qui n'était pas sans risque. La chaudière modulaire "Ecocraft" de Vaillant est au centre de la technique rénovée. Dans la succursale de R + F dans le nord de la Hesse, les anciennes chaudières atmosphériques avaient entre-temps du mal à atteindre des taux d'utilisation acceptables et devaient être remplacées. Il ne pouvait toutefois pas s'agir de produits standard, car en Hesse, la patrie de Viessmann et Buderus, il faut avoir quelques atouts en main si l'on veut s'imposer comme fournisseur de générateurs de chaleur aux côtés de ces deux puissants concurrents. Markus Ortlauf a vu dans la chaudière gaz à condensation en cascade "Ecocraft" l'un de ces atouts. Cascade signifie : l'unité est composée de modules autonomes bridés en parallèle, chaque module ayant une puissance allant jusqu'à 40 kW. La plus petite unité se compose de deux cellules, la plus grande de sept. On dispose ainsi d'une puissance allant jusqu'à 280 kW, selon l'objet. Chaque brûleur peut en outre être réglé de manière glissante entre 12 et 40 kW, ce qui permet d'obtenir une plage de réglage de 12 à 280 kW.
Perturbation sans conséquences perceptibles
Figure 2 : La distribution tubée sur place avec les mélangeurs rendeMIX (à gauche de Stefan Dornemann, collaborateur de R + F) et une installation modèle parallèle à des fins de formation avec un distributeur Magra en arrière-plan.
Autonome signifie que si l'un des blocs de la cascade tombe en panne, ses voisins travaillent à sa place. La chaudière ne tombe pas en panne. L'avarie n'est pas visible de l'extérieur. L'"Ecocraft" ressemble ainsi à un solide diesel qui peut également supporter la défaillance d'un cylindre. Ortlauf : "Cette particularité du modèle nous donne la chance de jouer un rôle plus important avec Vaillant dans le secteur des chaudières. Nous devons bien sûr le faire savoir. C'est pourquoi nous avons immédiatement transformé le local technique en centre de formation avec l''Ecocraft'". Comme deuxième atout, qui parle surtout en faveur de la compétence de planification et de conseil du service extérieur de Richter + Frenzel, la succursale de Kassel renvoie à la commutation particulière des trois circuits de chauffage du complexe immobilier en association avec le système "rendeMIX" de la société HG Baunach GmbH & Co. KG de Hückelhoven, à la frontière germano-néerlandaise. Ce système permet de raccorder en série des réseaux à haute et à basse température, c'est-à-dire que le retour d'un système de distribution de chaleur devient le départ de l'autre, optimisant ainsi le rendement énergétique, surtout en combinaison avec des chaudières à condensation. Il y a environ cinq ans, cette architecture basée sur un mélangeur multivoies très spécial a été lancée sur le marché en tant que cœur. Entre-temps, elle a fait ses preuves dans de nombreuses références, c'est-à-dire qu'elle a démontré ses effets en termes d'économies : parce qu'elle garantit des températures de retour très basses et donc des gains de chaleur de condensation très élevés.
Figure 3 : Tableau de valeurs.
Trois cercles comme un seul cercle
Figure 4 : Appareil de mesure de condensat BrennCon www.consoft.de.
A Kassel, le "rendeMIX" a trouvé un terrain particulièrement passionnant, à savoir trois zones de température : premièrement, le complexe administratif en tant que circuit de radiateurs avec un départ d'environ 60 °C, deuxièmement, l'exposition avec un chauffage par le sol pour une température maximale de 40 °C et troisièmement, enfin, l'entrepôt avec également des serpentins dans le sol pour une température de départ jusqu'à 30 °C. Cette troisième section doit en principe être maintenue hors gel uniquement. Le schéma de l'installation est donc basé sur les écarts suivants : Bureaux 62/42 °C, Exposition 40/30 °C, Entrepôt 30/20 °C. Avec "rendeMIX", pratiquement tout le complexe est chauffé en version monocircuit. Dans le passé des deux anciennes chaudières atmosphériques, trois mélangeurs mélangeaient trois températures pour chaque sous-secteur et le retour commun ne descendait donc jamais en dessous de 42 °C. L'installation a été mise en service au début de la saison de chauffage 2005/2006 et quelques semaines plus tard, au printemps, les cours de formation continue pour les entreprises artisanales et les bureaux d'études ont démarré sur "Ecocraft" et "rendeMIX". Outre l'explication du fonctionnement, les premières formations ont dû se contenter de résultats ponctuels tirés de la réalité. La stabilité de la température et le degré d'utilisation des différents flux volumétriques qui se déplaçaient à travers les serpentins, les radiateurs et les échangeurs de chaleur de l'"Ecocraft" ne pouvaient être évalués que sur la base des valeurs instantanées du thermomètre et du bilan de quelques semaines, mais pas sur le bilan de deux périodes de chauffage en tant que comparaison avant/après. Une telle évaluation est désormais disponible. Au cours des deux années précédant "Ecocraft" et "rendeMIX", de juillet 2003 à juin 2004 ainsi que pendant la même période de 2004 à 2005, la consommation d'énergie de chauffage chez Richter + Frenzel à Kassel s'élevait respectivement à 506 000 et 499 000 kWh. Juste avant l'hiver 2005/2006, le chauffagiste local, la société Günter Tromp Haustechnik de Kassel, a installé le générateur de chaleur modulaire Vaillant et a raccordé les trois circuits de chauffage en série avec l'armature Baunach. Le résultat : seulement 356 000 kWh. Cette valeur n'est pas corrigée des conditions météorologiques, mais relevée sur le compteur de gaz. Mais cela ne change pas grand-chose à la proportionnalité, car les données climatiques n'ont pas beaucoup varié au cours des trois années considérées.
Maintenant distributeur Magra pour rendeMIX
Si l'on regarde l'installation chez Richter + Frenzel, on remarque la tuyauterie encore très coûteuse des différents groupes de mélangeurs. Cela coûtait cher. Dans le cas de Richter+ Frenzel, cela n'a pas joué un rôle essentiel dans la décision, d'abord parce que l'on voulait mettre en place une installation de démonstration et ensuite parce que des négociations étaient déjà en cours avec le fabricant de robinetterie Magra pour souder un distributeur spécial pour le "rendeMIX". Celui-ci permettrait de réduire les coûts dans le commerce et de rendre l'architecture particulière du montage en série plus attrayante en termes de coûts et de montage. En 2006, Magra et Baunach ont présenté le robinet au salon SHK d'Essen. Elle combine le schéma "rendeMIX" avec le principe de la barre de distribution bien connue. La particularité réside toutefois dans le fait que trois raccords sont prévus par groupe de mélangeurs et non deux comme dans la version standard, à savoir départ chaud, retour chaud, retour froid. Le distributeur permet de raccorder jusqu'à cinq groupes. Pour éviter toute confusion, les différents raccords sont clairement marqués. Il suffit de respecter l'ordre des circuits de chauffage et de les raccorder au générateur de chaleur avec une température de retour décroissante. Pour le reste, il n'y a aucune différence avec le système Magra qui a fait ses preuves.
30 % d'économies prouvées
La chaudière moderne et la disposition des circuits de chauffage ont donc permis de réduire les coûts de gaz naturel d'environ 30 %. En gros, deux tiers de ce succès sont à mettre sur le compte du générateur de chaleur et le troisième tiers sur le schéma de l'installation. Pour la réalisation de ce dernier, HG Baunach GmbH & Co. KG a dû faire un travail de persuasion auprès du planificateur et de Vaillant. Si l'on regarde les trois écarts individuels et que l'on tient compte de quelques tolérances, l'écart total s'élève à 40 K. Au début, Vaillant ne voulait pas imposer cette différence entre le départ et le retour au générateur de chaleur, par crainte qu'un seul module ne souffre d'un manque d'eau en cas de conditions défavorables. Au départ, la société de Remscheid insistait sur une surverse, sur un aiguillage hydraulique. En effet, l'"Ecocraft" fait partie de la famille des chauffe-eau à circulation, et ceux-ci ont besoin de débits volumétriques minimaux. Les techniciens ont résolu ce problème du côté de l'installation. Ils ont mis en place une hiérarchie de régulation qui est équilibrée de telle sorte que les différents circuits garantissent toujours le débit d'eau minimum en circulation lorsque les modules sont en service, c'est-à-dire qu'ils ne régulent pas complètement à la baisse. Les trois niveaux de température chez Richter + Frenzel se contentent d'un total de 200 kW. C'est pourquoi un Ecocraft avec cinq modules (5 x 40 kW) se trouve dans la salle de formation/technique. Les opérateurs ont compté la fréquence des démarrages et ont constaté une durée moyenne de fonctionnement de la chaudière de 2,5 jours par démarrage. Cette valeur ne devrait pas être particulièrement surprenante pour une installation de chauffage modulante, qui peut descendre jusqu'à quelques kilowatts. En cas d'hiver rigoureux, les besoins en chaleur et la puissance thermique devraient s'équilibrer et l'installation devrait pratiquement tourner à plein régime, mais si l'on considère l'ensemble d'une période de chauffage, 2,5 jours sont un signe de configuration très solide de l'installation.
Figure 5 : Schéma de câblage.
Grande utilisation du pouvoir calorifique
Cela s'exprime également dans l'utilisation du pouvoir calorifique. Les fabricants promettent des taux d'utilisation de 105 % en général. Mais il y a souvent un écart considérable entre la théorie et la pratique ou entre le banc d'essai et le terrain. Cela est dû à des températures de retour trop élevées. Avec une valeur d'environ 40 °C, on obtient un tiers de condensat en moins par rapport au "gain" à 20 °C. Au final, cela revient à perdre cinq pour cent de rendement. Dans la succursale de Richter + Frenzel, il ne devrait pas y avoir de différence entre le rendement thermique de condensation prévu et le rendement mesuré en raison de la triple utilisation du départ jusqu'à 20 °C. Les conseillers et les responsables de la formation ont cependant voulu s'appuyer sur des preuves et ont suggéré l'installation d'un appareil de mesure BrennCon. Celui-ci lit l'eau de condensation. En principe, il s'agit d'un collecteur de condensat d'un contenu défini, qui vide un récipient dans le réseau des eaux usées et détermine le volume de condensat en additionnant les courses. Le calcul ultérieur effectué par Richter + Frenzel a donné des résultats extrêmement réjouissants : la consommation de gaz de 4182 m3 soit 43 284 kilowattheures pour la période du 20 décembre 2005 au 12 janvier 2006, contre 94 g/kWh de condensat spécifique. La figure 3 indique une température de retour moyenne d'environ 33 °C et un rendement thermique de la chaudière de 104 % pour la période considérée. Avec un retour à 42 °C - comme par le passé - l'"Ecocraft" aurait dû se contenter d'une efficacité inférieure d'environ 4 % - et aurait ainsi beaucoup perdu.
Quelques retouches
Au moins 16 000 kilowattheures de perdus. En effet, dans les premières semaines de la mise en service, l'installation s'appuyait encore sur un ancien logiciel de régulation qui n'était pas adapté sur mesure à l'architecture à trois circuits. Vaillant l'a amélioré. Le succès est également attesté par la figure 3 : à partir de janvier, la quantité d'eau de condensation s'est stabilisée à environ 98 g/kWh, ce qui signifie encore au moins un demi-point de pourcentage de plus ou 2000 kWh. Un autre inconvénient initial : une erreur d'installation s'était glissée. Celle-ci devrait avoir eu un impact négatif sur le coefficient de performance de l'installation au sens de l'ordonnance sur les économies d'énergie. L'une des sondes extérieures signalait malheureusement, comme on l'a découvert plus tard, des températures de gel permanentes. Conséquence : même par temps doux, l'arrivée dans les radiateurs se faisait avec une température de chaudière limitée à 67 °C maximum. Certes, le retour restait à 30 °C, mais selon la norme DIN 4701 partie 10 "Évaluation énergétique des installations de chauffage et de ventilation", les pertes de chaleur de la distribution de chaleur augmentent avec la température du système. Mais comme le niveau de distribution à Kassel se trouve majoritairement à l'intérieur de l'enveloppe thermique de l'objet, les réductions ne devraient se faire sentir que de manière minime en euros et en centimes.
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