Récupération de chaleur et distribution à des températures optimales
"Faire simple" et économiser 50 %
Lorsque la réfrigération commerciale, les besoins en chauffage et les installations conventionnelles coïncident, il faut souvent faire attention. Car dans certaines circonstances, il est possible de réaliser des économies d'énergie primaire considérables. C'est ce qui s'est passé au supermarché SPAR de Reichraming près de Steyr. La récompense : l'attribution du ''prix de l'environnement''.Prix Energy-Globe Haute-Autriche' à la fin de l'année dernière.
On peut faire de chaque transformation d'installation une 'thèse de doctorat'. Mais souvent, le projet est déjà abandonné avant même d'avoir diagnostiqué ce qui est raisonnablement faisable. Ou alors, on commence et on fait. Car une longue expérience, des estimations correctes et du bon sens sont souvent les meilleurs conseillers.
Fig. 1 : Magasin SPAR de Reichraming
Il y a plus à gagner
"Chez nous, c'est une pompe de circulation défectueuse qui a fait pencher la balance", se souvient le senior Harald Landerl. Depuis 37 ans, sa femme Maria gère le seul marché alimentaire de la ville de Reichraming, en Haute-Autriche. Tous deux y vivent depuis aussi longtemps, tout comme leur fils Harald et sa famille aujourd'hui. "Notre célèbre installateur de chauffage, Raimund Aschauer, est passé par là et en a profité pour tout inspecter. Sa conclusion : "Harald, il y a quelque chose à tirer de ton installation".
Au début, Harald Landerl a hésité. Car faire des économies signifie toujours investir d'abord. C'est ce qui s'est passé il y a dix ans, à grande échelle. À l'époque, la taille du magasin a quasiment doublé pour atteindre la surface actuelle de 416 m². La chaudière à pellets de 55 kW et un nouveau système de réfrigération de 45 kW ont été installés. Depuis, une petite partie de la chaleur dégagée par le condenseur du système de réfrigération chauffe temporairement la petite piscine sur la terrasse. Mais la plus grande partie de l'énergie thermique s'échappait inutilement dans l'environnement, comme c'est le cas pour de nombreuses installations frigorifiques commerciales. Il y avait en effet quelque chose à récupérer ici.
Fig. 2 : Maria et Harald Landerl trouvent le nouveau concept de chauffage de leur supermarché SPAR tout simplement génial.
Aschauer a remarqué un autre 'point faible'. Depuis la transformation il y a 9 ans, la maison d'habitation du fils, située plus haut, est reliée à la centrale de chauffage du magasin et de la maison des parents par une conduite d'environ 20 mètres de long. Il s'agit d'un circuit de chauffage découplé, car en raison de la distance et surtout de la différence de hauteur de 22 mètres, il fallait intercaler un échangeur de chaleur. Une idée judicieuse, certes. Mais depuis lors, la commutation entre les deux circuits de chauffage s'effectuait manuellement. Ce n'était pas très confortable et cela signifiait souvent des heures de fonctionnement inutiles pour le chauffage à pellets. Il n'y avait en effet pas de réservoir tampon. Il y a certainement des choses à optimiser dans ce domaine également.
Oui, et puis il y avait la distribution de chaleur dans le magasin et les zones d'habitation via des radiateurs, un chauffage au sol et des radiateurs de plafond. Comme l'ensemble du réseau hydraulique dépendait d'une seule centrale de chauffage, les températures de départ souhaitées étaient obtenues en ajoutant de l'eau froide et distribuées par des pompes de circulation. C'est encore le cas aujourd'hui dans d'innombrables installations. Efficace, mais une destruction d'énergie pratiquée.
50 pour cent sont possibles
Fig. 4 : Fournisseur de chaleur : chaudière à pellets
Fig. 3 : Réservoir tampon avec échangeur de chaleur
Fig. 5 : Installation frigorifique
Fort de ces connaissances, Raimund Aschauer s'est ensuite réuni avec son partenaire Albert Koppenberger. Après une première réflexion approximative, ils ont pu annoncer une nouvelle réjouissante à Harald Landerl : "Si nous couplons la chaleur perdue de l'installation frigorifique, installons un réservoir tampon, changeons le système hydraulique pour des mélangeurs rendeMIX de Baunach et équipons l'ensemble de l'installation de chauffage d'une régulation moderne, tu peux réduire de moitié environ la consommation annuelle de pellets". C'est le moins que l'on puisse dire ! Comme, en outre, l'amortissement escompté de la transformation devait se situer, selon les premiers calculs, autour de sept ans, l'entrepreneur Landerl n'a pas réfléchi longtemps et a passé commande. En effet, les attributs 'protection de l'environnement' et 'préservation des ressources' sont écrits en lettres capitales par cet outilleur de formation et ont contribué à la prise de décision.
Fig. 6 : Holger Müller explique les fonctions du rendeMIX dans la maison d'habitation 1 (un deuxième mélangeur 2×4 identique est aujourd'hui accroché dans la maison d'habitation du junior).
Deux hommes d'action au travail
Aschauer et Koppenberger (A&K) ont alors élaboré un schéma sophistiqué d'installation, d'hydraulique et de régulation. L'entretien qui s'en est suivi avec la société Hauser a été positif et a permis au fournisseur de meubles frigorifiques et de technique de réfrigération de monter un module d'échange de chaleur sur le nouveau réservoir tampon adapté individuellement par A&K. Depuis, celui-ci permet de découpler la chaleur résiduelle de condensation générée du circuit de réfrigération et de l'injecter directement dans le tampon à un niveau de température compris entre 45 et 50°C. Comme une installation frigorifique de supermarché doit fonctionner toute l'année, il n'y a pratiquement pas de phases sans dégagement de chaleur. Si, malgré tout, la chaleur perdue de l'installation frigorifique ne suffit pas à générer les températures de stockage nécessaires, c'est seulement à ce moment-là que la chaudière à pellets réchauffe le réservoir tampon à double couche d'une capacité de 2200 l. Et si aucune chaleur perdue n'est nécessaire, le condenseur axial installé de l'installation frigorifique est toujours prêt à être rejeté dans l'air extérieur.
Les nouveaux chefs d'orchestre hydrauliques
Cette mesure à elle seule permettait déjà d'escompter des économies substantielles. Le deuxième grand potentiel se situait alors au niveau de la distribution et du stockage tampon de la chaleur. Raimund Aschauer s'est souvenu d'un séminaire organisé par HG Baunach GmbH. Holger Müller avait alors présenté le rendeMIX à Wels. Un mélangeur multidirectionnel qui convenait parfaitement. "Lorsqu'il s'agit de coupler efficacement des radiateurs et un chauffage au sol, notre système breveté donne les meilleurs résultats", a déclaré Müller.
Fig. 7 : Partenaires du projet couronnés de succès (de gauche à droite) : Holger Müller, Harald Landerl jun., Albert Koppenberger, Raimund Aschauer.
"Le retour du radiateur devient alors le départ des serpentins dans le sol. Une régulation intelligente dans le mélangeur 2×4 assure le respect exact des rapports de mélange et des températures. "Autre avantage : la pompe de circulation aspirante pour le circuit de mélange est déjà intégrée dans le module. Les aiguillages hydrauliques, les sondes ou un module de régulation supplémentaire sont également superflus. "On pourrait dire que le rendeMIX devient ainsi le chef d'orchestre de l'ensemble du système hydraulique", résume Müller de manière frappante.
Transformation en seulement quatre semaines
En août 2014, les travaux ont commencé. Et en l'espace de quatre semaines seulement, l'ouvrage était achevé. Le réservoir tampon à double couche, isolé avec de la laine de mouton, se trouvait dans la chaufferie, située dans un bâtiment annexe entre les deux habitations (voir graphique).
Fig. 8 : Graphique du schéma simplifié de l'ensemble du circuit de chaleur, représenté sur la base des conditions réelles sur place.
L'entreprise Hauser a couplé le côté gaz chauds de l'installation combinée au module d'échange de chaleur. Comme le fluide frigorigène doit être évacué et rechargé, il faut faire appel à une entreprise spécialisée dans le froid. Ensuite, dans les caves de chacune des deux maisons d'habitation, un rendeMIX DN25 2×4 RH35 et raccordé côté départ/retour à l'alimentation en chaleur ainsi qu'aux circuits de radiateurs et de chauffage au sol. Dans la foulée, trois pompes de circulation sont devenues superflues. Pour la commande, le spécialiste en électricité Albert Koppenberger a imaginé un concept ingénieux. Grâce aux régulateurs UVR librement programmables du fabricant Technische Alternative, Amaliendorf, l'ensemble du système de chauffage est aujourd'hui mis en réseau de manière intelligente.
Fig. 9 : Nouveau régulateur UVR dans la chaufferie
Les interventions manuelles sont ainsi devenues superflues. Au contraire, l'énergie thermique est obtenue et stockée efficacement du côté de la production selon une fonction logique et n'est déplacée que là où elle est nécessaire. Les températures de départ de tous les circuits de chauffage sont aujourd'hui abaissées de manière à ce qu'il n'y ait pas de perte de confort, mais aussi à ce qu'il ne faille ajouter que la quantité d'énergie thermique nécessaire. Les deux mélangeurs rendeMIX y veillent. La régulation en fonction de la température extérieure veille à ce qu'aucune pièce ne se refroidisse trop la nuit. C'est pourquoi l'eau circule en permanence dans les circuits de chauffage à une température comprise entre 38 et 40 °C. Si, entre 6 et 22 heures, l'un des deux chauffe-eau des immeubles d'habitation demande des températures plus élevées, le départ est brièvement augmenté à 55 °C et redescendu une fois l'accumulateur chargé. Seul le chauffe-eau du grand magasin est chauffé électriquement afin de respecter les températures exigées par les normes d'hygiène.
Fig. 10 : La belle confirmation d'une idée visionnaire. Albert Koppenberger avec le certificat de l'Energy Globe Award OÖ.
Économies attendues en vue
Au moment de la visite de l'installation fin février 2015, il était déjà évident qu'Aschauer et Koppenberger n'avaient pas trop promis. "Depuis l'installation de la chaudière à pellets il y a 9 ans, j'ai toujours commandé du combustible deux fois par an", se souvient Harald Landerl, "13 tonnes en septembre et encore 10 tonnes en février. Et maintenant, regardez combien il en reste après la première livraison depuis septembre 2014". Un coup d'œil dans le réservoir laisse deviner qu'il est encore rempli à peine à moitié. "Jusqu'à la fin de la période de chauffage 2014/15, je n'ai pas besoin de réapprovisionner. Et il restera même probablement un reste, ce qui permettra d'économiser effectivement entre 10 et 12 tonnes de pellets". La réalité est donc très proche de l'estimation de 50% faite au début du projet. C'est donc presque un atterrissage de précision.
Un bilan positif
Pour résumer, on peut dire que : Le niveau de chaleur perdue d'une installation de réfrigération peut être utilisé judicieusement pour le chauffage et la production d'eau chaude en cas de besoin simultané de chaleur. Une régulation intelligente est la clé de la mise à disposition de chaleur en fonction des besoins. Et le mélangeur rendeMix empêche que la chaleur soit détruite dans des circuits de chauffage avec des températures de départ différentes. La combinaison de ces mesures a permis à SPARMarkt Landerl d'économiser environ 50 pour cent d'énergie et de coûts et aux deux constructeurs d'installations Aschauer et Koppenberger de recevoir une distinction particulière : l'Energy Globe Award Oberösterreich 2014 dans la catégorie 'Feu'. Après coup, nous félicitons encore une fois toutes les personnes impliquées pour ce véritable projet exemplaire - qui a été réalisé en toute simplicité.
Le rendeMIX peut faire plus
Outre le couplage d'un circuit haute température et d'un circuit basse température, comme dans l'exemple du marché SPAR Landerl, le mélangeur à quatre voies rendeMIX peut également être directement raccordé à un réservoir tampon à stratification. Il permet alors un chargement et un déchargement en deux zones. L'avantage réside dans le fait que l'eau chaude, l'eau froide et l'eau mélangée (grâce à l'utilisation du retour) n'entrent et ne sortent que dans leurs zones respectives. Un bouclier de sécurité se constitue ainsi au centre du réservoir tampon. La stratification dans le réservoir est ainsi préservée. Outre ce chargement efficace, le rendeMIX décharge également un accumulateur de manière efficace. Cela permet par exemple de prolonger de manière économique la durée de fonctionnement d'installations solaires ou de petites centrales de cogénération. Et comme le retour des radiateurs devient le départ du chauffage au sol, l'eau retourne plus froide vers une chaudière à condensation au fioul ou au gaz. Il y a donc plus de condensation et plus de chaleur de condensation provenant des gaz de combustion passe dans l'eau de chauffage. Cela permet d'économiser efficacement de l'énergie primaire.
Achim Frommann
Atelier PR Mot d'usage
Sasbach (Allemagne)
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