Optimisation hydraulique d’une installation existante : retour d’expérience !

Par Guillaume HILAIRE, Chargé d'affaire génie climatique au BET BETSO

Cette chronique traite d’un retour d’expérience sur une optimisation hydraulique réussie d’une installation existante du Palais des Sports « Jacques CHABAN-DELMAS » à Castelnau-le-Lez (34170).

Le palais des sports est composé de 11 salles de sports, de vestiaires, de bureaux, de salle de réunion, pour une superficie totale de 8500 m². L’ensemble date de 1989.
La chaufferie assure le chauffage du palais des sports, l’eau chaude sanitaire est assuré de manière autonome.

Le principe du chauffage du palais des sports est une production centralisée avec alimentation de deux sous-stations. La production de chauffage est assurée par une chaufferie fonctionnant au gaz naturel.
Cette chaufferie alimente ensuite les différents réseaux de chauffage aériens.
La chaufferie était composée de deux chaudières gaz de marque UNICAL d’une puissance unitaire de 698 kW. Le régime d’eau était de 80°C / 60°C.
La chaufferie était en bon état compte tenu de son âge (28 ans) et la plupart des équipements était d’origine. Les chaudières étaient anciennes et nécessitaient un remplacement par des chaudières à condensation et brûleurs modulant.
Le fonctionnement des chaudières s’effectuait en cascade avec priorité sur une chaudière, la deuxième fonctionnant en appoint ou en secours.
Les circulateurs de charge chaudière et primaire sous-station étaient corrodés et devaient être remplacés.
L’émission de chaleur à l’intérieur des salles est assurée par des radiateurs acier panneaux, des aérothermes ou CTA alimentés en tube acier aériens ou encastré. Les différents circuits étaient alimentés par des circulateurs secondaire pilotés par les sondes de température des pièces et gérés par un système GTB.

Demande initiale du maître d’ouvrage et de la consultation de maîtrise d’œuvre : Remplacement des chaudières et équipements en fin de vie.

Chaudières et circulateurs avant les travaux

Réorientation du projet par BETSO en y intégrant une optimisation hydraulique à moindre coût.
La chaufferie était globalement en bon état compte-tenu de son âge. Cependant les équipements étaient vieillissants. Il était nécessaire de la rénover pour remplacer en priorité les chaudières et la régulation qui sont des organes vitaux de l’installation.

Il nous a semblé donc judicieux de placer la rénovation de la chaufferie dans un cadre plus général de rénovation de l’installation de chauffage afin de préconiser des solutions techniques moins énergivores.

En effet, le remplacement des chaudières existantes par des chaudières à condensation est une évidence mais l’optimisation de leur fonctionnement ne peut être atteinte que par une révision du principe hydraulique de l’installation.

Le passage de l’installation d’un fonctionnement à débit fixe à un fonctionnement à débit variable permet d’économiser sur les frais de pompage (électricité des circulateurs en chaufferie et sur circuits secondaires) et d’optimiser la condensation sur les chaudières.
Les travaux ont été réalisés par l’entreprise Hervé Thermique durant l’été 2017.  

Le projet consistait à remplacer :

• Les chaudières par des chaudières à condensation et mis en place de deux chaudières de 500 kW à condensation de marque VIESSMANN type VITOCROSSAL 200 CM2.
• Le conduit de fumée.
• La régulation
• La rénovation de l’armoire électrique avec mise aux normes.
• Les circulateurs primaires en chaufferie avec mise en place de circulateur à débit variable
• Les circulateurs secondaires avec mise en place de vannes deux voies et vanne d’équilibrage indépendante de la pression. (Gestion de la pression différentielle)
• Le calorifuge des canalisations modifiées.

Nous avons également :

• Modifié la panoplie en chaufferie pour supprimer la bouteille de découplage
• Modifié les panoplies dans les deux sous station pour supprimer les bouteilles de découplages
• Réalisé un désembouage hydrodynamique complet de l’installation.
• Augmenté le Delta T en le passant de 80/60 à 80/40.
  La modification de ce régime de température nous a permis de :
  - Réduire le débit primaire (78 m³/h => 25 m³/h)
  - Diminuer les pertes de charges
  - Favoriser la condensation

Les bouteilles casse-pression ont été remplacés selon 2 principes ayant la même finalité : remplacer le circulateur individuel et la bouteille de découplage (découplage primaire secondaire) par une vanne 2 voies qui autorise l’eau du circuit primaire à rentrer dans les circuits distribués (pas de découplage).

Chaudières à condensation

Conduit de fumée

Circulateur primaire

Coût des travaux d’optimisation hydraulique : 15 000 € HT (surcoût par rapport à une rénovation limité au changement des chaudières ≈ 100 K€ HT)

Au 1er Avril 2019 :
Ratio kWh/DJU 16/17 : 329
Ratio kWh/DJU 17/18 : 279
Ratio kWh/DJU 18/19 : 255 soit -22,5% par rapport à la saison 16/17 avant travaux

Au 1er Avril 2019 :
Mwh cumulée 16/17 : 419
Mwh cumulée 17/18 : 402
Mwh cumulée 18/19 : 325 soit -22,5% par rapport à la saison 16/17 avant travaux

L’optimisation hydraulique et la mise en place de chaudière à condensation ont permis d’économiser 94 Mwh de GAZ sur une saison de chauffage (soit ≈ 22%) avec un temps de retour brut inférieur à 4 ans uniquement pour l’optimisation hydraulique.

L’absence de compteurs électrique sur la partie pompage ne permet pas de mesurer le gain sur les consommations d’électricité.

Avec une estimation du gain de 9 Mwh le retour sur investissement est moins de 3 ans pour l’optimisation hydraulique.

Les travaux ont permis de mettre en œuvre un bon nombre de techniques innovantes actuelles de manière probante (condensation, débit variable, augmentation du DT, gestion de la pression différentielle)

Ce projet nous a permis de confirmer que l’optimisation hydraulique et les systèmes de GTC sont indispensables pour valoriser la condensation lors des remplacements de chaudières et que l’optimisation hydraulique peut être réalisée avec un faible surcoût.

Acteurs du projet

Maitre d’ouvrage : Ville de Castelnau le lez
- Eva HERNANDEZ - Responsable des Fluides et des Equipements Techniques
- Philippe RAYNAL - Directeur Adjoint de l’Aménagement et du Patrimoine

BET : BETSO
- Guillaume HILAIRE - Chargé d’Affaires / Chef de projet
- Dominique BRIANE – Directeur / Chef de projet

Installateur : HERVE THERMIQUE
- Jamal MOUHOU – Responsable de chantier
- Victorien BERTHOME – Technicien bureau d’étude
- Fabien DALOUL – Manager d’activité travaux

Intégrateur GTB et exploitant : MET energie
- Nicolas MAZENC - Technicien GTB / Automatisme
- Sylvain MOUYSSET - Responsable d'affaires

Par Guillaume HILAIRE, Chargé d'affaire génie climatique au BET BETSO

Sources et liens

http://betso.fr