3.4.1 Bilan énergétique
Le bilan énergétique des chaudières à gaz et de la conduite à distance (CAD) est représenté à la Figure 3.15.
FIG. 3.15 – Bilan énergétique du gaz pour l’ensemble du complexe locatif du 1er juin 2006 au 31 mai 2007. Les valeurs concernant le gaz, le départ CAD, le bâtiment Giacometti et la première sous-station Sonnex sont issues des mesures CUEPE. Les autres données proviennent des comp-teurs de chaleur installés dans les sous-stations.
Le rendement annuel du système composé des deux chaudières en parallèle est de 87.5% (PCS).
Les pertes annuelles de distribution du chauffage à distance sont de l’ordre de 5%. En raison de la proximité entre la sous-station Giacometti et les chaudières, ces pertes peuvent être réparties de manière égale entre les deux autres bâtiments, soit 9 MJ/m2pour le bâtiment Sonnex et 9 MJ/m2 pour le bâtiment Gardiol, exprimés en fonction de la SRE de chacun.
L’indice de gaz rapporté à chaque bâtiment montre que les consommations des bâtiments Giaco-metti et Gardiol sont identiques avec 141 MJ/m2, alors que le bâtiment Sonnex ne consomme que 114 MJ/m2. La différence provient, dans une grande mesure, du fait qu’un étage entier est resté inhabité pendant toute la période de mesure.
3.4.2 Rendement des chaudières
Le CAD est alimenté par deux chaudières à gaz à condensation d’une puissance de 250kW cha-cune. Elles travaillent en parallèle et chacune peut moduler indépendamment sa puissance, ce qui permet au système de travailler dans un registre allant de 25kW à 500kW.
Les mesures ont été effectuées sur l’arrivée commune de gaz et sur le départ du CAD. Les résultats de ces mesures représentent donc le comportement d’un système composé des deux chaudières et de leur régulation, et non pas les caractéristiques propres des chaudières elles-mêmes.
3.4.2.1 Rendement dynamique moyen
Le graphique de gauche de la Figure 3.16 représente la puissance calorifique horaire fournie par les chaudières en fonction de l’énergie chimique du gaz au pouvoir calorifique supérieur (PCS).
Chaque point correspond à un fonctionnement du circulateur de 60 minutes par heure, avec 15 minutes de fonctionnement avant et après la période sélectionnée. La diagonale tracée sur le gra-phique représente une conversion de 100%.
0
Puissance horaire Gaz (PCS) kW
Puissance horaire sortie chaudières kW
0
Température de retour CAD °C
FIG. 3.16 – Gauche : Puissance calorifique horaire fournie par les chaudières en fonction de l’éner-gie chimique du gaz au pouvoir calorifique supérieur (rendement dynamique moyen). Droite : Températures classées du retour CAD.
Une régression linéaire des points avec origine à zéro met en évidence un rendement dynamique moyen du groupe de chaudières de 89% (PCS). La température moyenne de retour du CAD a été de 56oC et le taux de charge moyen de 27%, soit l’équivalent d’une seule chaudière fonctionnant à 54%. Pour ces paramètres de fonctionnement, le constructeur prévoit un rendement de chau-dière d’environ 98% au pouvoir calorifique inférieur (PCI), ce qui correspond à 88% de rendement au PCS. La performance des chaudières correspond bien aux caractéristiques annoncées par le constructeur.
Le processus de condensation, qui permet de récupérer l’énergie latente contenue dans la vapeur d’eau issue de la combustion, ne commence à se produire que pour des températures de retour du fluide caloporteur situées en dessous du point de rosée des fumées. Ce point se situe, selon les caractéristiques données par le constructeur, entre 54oC et 58oC en fonction de la charge de la chaudière. Or, comme on peut l’observer sur le graphique de droite de la Figure 3.16, sur les 5851 heures de fonctionnement observées, les températures de retour du CAD ont été supérieures à 54oC pendant les 75% du temps. Il existe donc un potentiel d’amélioration du rendement de l’installation de plusieurs points en réduisant la température de ce retour. En effet, chaque baisse de 4oC de la température du retour augmente le rendement d’un peu plus de 1% [23, page 87].
3.4.2.2 Rendement quotidien et taux de charge horaire
Le graphique de gauche de la Figure 3.17 représente le rendement quotidien de l’ensemble des deux chaudières en fonction du taux de charge. Celui-ci est défini comme étant le rapport entre la puissance thermique moyenne fournie par les deux chaudières et la puissance totale disponible, soit 500kW. Par équivalence, les taux de charge entre 0 et 50% correspondent au fonctionnement d’une seule chaudière entre 0 et 100%.
0%
Puissance horaire sortie chaudière W/m2
Puissance installée = 24 W/m2 (2 x 12 W/m2)
FIG. 3.17 – Gauche : Rendement quotidien des chaudières en fonction du taux de charge. Ren-dement calculé au PCS du gaz. Droite : Puissances horaires spécifiques des chaudières classées (8760 points).
Ce rendement quotidien intègre tous les effets dynamiques dûs aux cycles de marche/arrêt des chaudières. On peut observer qu’un rendement journalier moyen de 85% est atteint lorsque le taux de charge dépasse 20%. Un rendement de 90% est atteint lorsque la charge dépasse les 50%, soit l’équivalent d’une seule chaudière fonctionnant à 100%.
Une chaudière du même modèle et d’une puissance légèrement inférieure (200 kW) à celles du Pommier, a fait l’objet d’une analyse similaire lors du suivi énergétique de la cité solaire de Plan-les-ouates [23, pages 85 à 90]. Le rendement quotidien de cette chaudière dépassait les 90% dès que le taux de charge était supérieur à 20%. Cette meilleure performance est principalement due à une température de retour beaucoup plus basse, se situant entre 25oC et 55oC. Son rendement dynamique moyen était de 90% (PCS), similaire à celui des deux chaudières du Pommier.
Le graphique de droite de la Figure 3.17 représente les puissances horaires spécifiques des chau-dières classées (8760 points). La puissance installée est de 24 W/m2 (deux fois 12 W/m2). On peut observer que, pour cette saison 2006-2007, 93% de la demande annuelle aurait pu être cou-verte par une seule des deux chaudières. Il faut cependant rappeler que l’hiver 2006-2007 a été particulièrement doux.