CHAUFFAGE  
Install Magazine 981 – février 2022

Économies d’énergie considérables sur la consommation des pompes

Optimalisation hydraulique de l’installation du Jardin des Plantes de Meise

Le Jardin des Plantes de Meise a démarré un programme visant à plus d’efficacité énergétique et de durabilité. L’installation hydraulique de la chaufferie centrale a dans ce cadre été rénovée. Cette intervention a un double avantage : avant tout générer des économies d’énergie sur la consommation des pompes ; et ensuite, constituer la base d’une modernisation ultérieure. Cela n’a en effet pas de sens d’installer des chaudières économes en énergie si l’installation de distribution n’est pas d’abord optimalisée.

Rénovation

La rénovation s’inscrit dans un plan d’action du gouvernement flamand (coréalisé par « Het Vlaamse Energiebedrijf ») pour plus d’efficacité énergétique. Ce plan comprend différents aspects : on a ainsi tout d’abord placé une installation de cogénération, et le placement de panneaux PV est prévue ultérieurement. On a par ailleurs récemment finalisé l’optimalisation de l’installation de distribution de la chaufferie centrale, avec de sérieux gains énergétiques à la clef. L’installation a en effet une contenance en eau considérable : plus de 400 m³. Si on pompe une telle quantité en permanence, cela se traduit par une solide consommation d’énergie. Réaliser des économies sur la consommation des pompes constituait donc une priorité. Ce projet a été confié au bureau d’études Efika.

Une installation volumineuse

La chaufferie centrale du Jardin des Plantes alimente tout le complexe en chaleur. La chaleur est tout d’abord fournie par quatre chaudières au gaz, deux appareils Ygnis et deux Viessmann, pour une puissance totale de 14 MW. Il y a ensuite une cogénération de 140 kW thermique et 107 kW électrique. Cette dernière a été dimensionnée en fonction de la consommation électrique du site. L’électricité produite peut être entièrement consommée sur place, ce qui garantit de longues périodes de fonctionnement et permet d’éviter une production excédentaire d’électricité qui, autrement, devrait être réinjectée sur le réseau. Etant donnée la nature du site, la demande de chaleur est toutefois toujours suffisante pour absorber la puissance thermique.

La chaufferie est équipée de chaudières classiques (pas d’appareils à condensation). « Dans la configuration existante, une chaudière à condensation n’aurait eu que peu de sens », explique David Martens d’Efika. « Les températures retour sont trop élevées pour cela. Dès que le système d’émission sera optimalisé hydrauliquement, nous pourrons envisager un régime de chauffe plus bas et un usage utile de la condensation. Une installation de distribution efficace est la base de tout. »

De la chaufferie, partent trois circuits : le plus important alimente un réseau de chaleur qui alimente la plupart des serres ainsi que les autres bâtiments. Un 2^e circuit dessert l’herbier. Le circuit le plus petit, enfin, est dirigé vers une serre tropicale distincte, qui doit toujours être maintenue à une température de 30°C.

Des exigences élevées

La sécurité de fonctionnement constitua une priorité lors de la conception. « Il fallait absolument éviter toute panne de chauffage », insiste David Martens. « Le Jardin des Plantes comprend une collection unique, avec certains exemplaires très rares. Il s’agit d’organismes vivants ; une interruption de chauffage se traduirait donc par des dégâts irréversibles. C’est pourquoi le système est dupliqué, tant au niveau de la production que de la distribution. Chaque circulateur possède par exemple un back-up. »

Un deuxième aspect spécifique du Jardin des Plantes tient dans le fait qu’il y a toujours une demande de chaleur quelque part. La serre tropicale doit ainsi toujours être maintenue à température. Seule une vague de chaleur particulièrement forte pourrait faire en sorte que l’on coupe totalement le chauffage, mais dès les nuits commencent à refroidir, on a à nouveau besoin de chaleur. En été, la cogénération suffit habituellement à couvrir la demande de chaleur. »

Optimalisation hydraulique

« La situation de départ n’était vraiment pas idéale », se rappelle David Martens. « Il n’y avait pour ainsi dire pas de collecteur principal, mais une sorte de circuit en dérivation, alimenté par quatre pompes énormes, auxquelles étaient reliées les différentes dérivations vers les consommateurs. Un plan « as built » faisait effectivement défaut. Nous avons donc décidé de remplacer tout cet enchevêtrement de conduites par une conception plus logique, avec un collecteur primaire sans pression. Les chaudières sont donc reliées au circuit primaire sans circulateurs distincts. Et sur ce dernier, sont reliés trois circuits secondaires : le grand réseau de chaleur, l’herbier et la serre tropicale. » Le circuit destiné au réseau de chaleur est équipé de quatre circulateurs, tandis que les circuits plus petits sont à chaque fois munis de deux circulateurs. Comme on l’a dit, les pompes sont toujours dédoublées afin de garantir la sécurité de fonctionnement.

Réaliser une installation de 14 MW sans circulateur primaire, permet d’économiser pas mal d’énergie. Sur base des premières données, on estime que le coût énergétique pourrait diminuer de 17.000 euros par an. Mais pour exécuter une telle installation, il faut être sûr de son affaire ; c’est pourquoi on a ici fait appel à l’expertise de Frank Van Dam du bureau d’études du même nom. Ce dernier possède une grande expérience de ce type de concepts.

L’importance de l’équilibrage hydraulique

Frank Van Dam est depuis des années un défenseur de l’optimalisation hydraulique. « L’importance de la consommation des pompes et de l’équilibrage hydraulique est encore trop sous-estimée à l’heure actuelle, alors que des gains énormes peuvent être générés dans ce domaine. Une chaufferie ne consomme pas seulement du combustible, mais aussi de l’électricité. Trop de circulateurs continuent à tourner dans les bâtiments. Ils contribuent à accroître la facture énergétique et rendent toute régulation compliquée. Avec une conception adaptée, il est toutefois possible de se passer d’une bonne partie d’entre eux, et d’augmenter ainsi l’efficacité énergétique. »

Construction en préfabriqué

Efika a entièrement dessiné l’installation de distribution avec Revit. « Cela implique un certain nombre d’avantages », explique David Martens. « Pour commencer, vous êtes certains que tous les éléments s’adaptent efficacement à l’espace, et que vous ne serez pas confrontés sur place à des complications imprévues. Vous pouvez par ailleurs définir la configuration optimale. Dans une installation de telles dimensions, toutes les composantes sont lourdes et volumineuses. Vous ne pouvez, par exemple, pas prendre sous le bras ces circulateurs. C’est pourquoi nous avons opté pour une disposition en L pour le collecteur de départ et le collecteur retour. On doit par ailleurs avoir l’espace suffisant pour tout amener sur place à l’aide d’un chariot élévateur ; et les éléments devaient rester accessibles en vue de réparations et d’entretiens ultérieurs. Nous avons enfin pu optimaliser les longueurs de conduite. On ne rencontre généralement de tels diamètres que dans l’industrie : le collecteur principal est exécuté en DN 150, et son petit frère, le circuit vers la serre tropicale, est en DN 65. Economiser pas mal de longueur de conduite sur ces diamètres permet aussi de réduire les coûts. »

Cette conception a été confiée à l’entreprise d’installation Spie Geel, qui a remplacé tous les composants génériques prévus dans le plan par des composants spécifiques afin d’aboutir à un plan de mise en œuvre. La précision fut ici très importante, dans la mesure où l’objectif était de travailler avec des ensembles pré-montés. Tout devait donc être précisément assortis, et bien correspondre à l’espace prévu. Une des raisons pour lesquelles cette mission a été confiée à Spie Geel fut l’expertise de la firme en matière de pré-montage. L’entreprise a tout d’abord construit toute l’installation dans son atelier de Geel, avant de la scinder en modules préfabriqués, pouvant être assemblés un par un dans la chaufferie. Le montage a ainsi pu être finalisé assez rapidement grâce à cela.

Régulation

Pour les circulateurs situés dans la chaufferie, on a opté pour la marque Grundfos, qui s’est par ailleurs chargé de la régulation distincte des pompes. Grundfos dispose en effet d’un système de régulation de pointe qui utilise de manière optimale l’intelligence embarquée dans les pompes, ce qui se révéla indispensable vu la complexité de l’installation. La régulation de pompe communique avec le système de gestion principal de Priva. La régulation des serres provient également de ce fournisseur, ce qui garantit une communication sans faille.

Plans d’avenir

L’installation tourne aujourd’hui parfaitement pour la plus grande satisfaction de tous. Le bureau d’études pense toutefois déjà à la suite. L’étape suivante est l’optimalisation des sous-stations du réseau de chaleur. En ce moment, celles-ci recourent à une régulation à débit constant avec bipasse via une bouteille casse-pression. En contrôlant la température, il est possible de commander l’émission de chaleur avec précision. Ce qui présente des avantages pour la gestion des serres, mais cela signifie aussi que l’on travaille avec des températures de retour élevées, et que l’on doit constamment pomper de grandes quantités d’eau chaude. D’un point de vue énergétique, ce n’est pas idéal, surtout lorsque l’on sait qu’il y a une quarantaine de sous-stations, dont certaines se situent jusqu’à 800 m de la chaufferie. Le but est de passer à une régulation par étranglement à débit variable, qui permettra d’économiser pas mal de frais de pompage et autorisera des températures retour plus basses. Afin d’atteindre la précision de régulation exigée, il convient de bien maîtriser l’équilibrage hydraulique des sous-stations.

Le bureau d’études envisage par ailleurs une régulation prédictive. Le système se caractérise aujourd’hui par une grande inertie. Il peut en effet y avoir quelques centaines de mètres de conduites en DN 300 entre une sous-station et la chaufferie. Ce qui crée un retard considérable entre le moment où un signal de régulation est donné et l’effet perceptible de celui-ci dans la serre. Cela entraîne notamment des problèmes de surchauffe. David Martens explique : « Par défaut, l’installation est amenée à température le matin ; mais si dans le courant de la journée, le soleil commence à briller, la demande de chaleur va baisser. En raison du grand volume d’eau, l’installation contient alors encore beaucoup de chaleur, qui continuera à aboutir dans le système d’émission. D’une part, cela se traduira par un confort insuffisant dû aux températures trop élevées, et d’autre part, cela contribuera à gaspiller encore plus d’énergie. Une régulation prédictive peut tenir compte de l’évolution escomptée de la demande de chaleur, sur base d’une analyse du comportement du bâtiment et de données externes comme les prévisions météo. La régulation peut ainsi intervenir préalablement, sans attendre que la température de consigne ne soit dépassée, car à ce moment-là, il est déjà trop tard. » En résumé, le potentiel d’optimalisation est encore important.

Par Alex Baumans

www.efika.be