Intégrer la cogénération à l’hydraulique et à la régulation

Les principaux constats des projets “piégés” sont les suivants :

• Le manque d’heures de production du cogénérateur par rapport aux prévisions. Les conséquences sont immédiates : un manque de rentabilité du projet aux niveaux énergétique, environnemental et financier.
• Un nombre de cycles de démarrage et d’arrêt important qui implique une réduction de la durée de vie de l’installation de cogénération et une augmentation des frais d’entretien, car les cogénérateurs, comme tout moteur, aiment les régimes stables.

Bien souvent, on pense que l’intégration d’un cogénérateur dans un projet de rénovation de chaufferie ou dans un nouveau projet peut se réaliser de manière indépendante par rapport aux chaudières. Dans la plupart des projets réalisés qui posent problème, c’est un peu réducteur et caricaturé, mais on a simplement demandé à l’installateur de fournir “deux conduites” sur lesquelles le constructeur ou le fournisseur de cogénérateur vient connecter son installation au moyen de flexible; c’est ce que l’on appellera un “plug&play” du cogénérateur. Croire que tout va fonctionner comme prévu peut s’avérer, dans certains cas, être une erreur d’appréciation fatale.

Pour éviter le piège d’intégration “sauvage” du cogénérateur en chaufferie, les acteurs du projet doivent prendre un certain recul de manière à visionner les productions de chaleur et le cogénérateur comme un tout en chaufferie.

Pour les équipements de production de chaleur, il faut arriver à trouver un compromis entre les différents impératifs des chaudières.

En effet :

• Dans une chaufferie existante, un retour suffisamment chaud pour les chaudières classiques afin d’éviter la condensation de la vapeur d’eau contenue dans les gaz de combustion (corrosion accélérée des échangeurs des conduits d’échappement, …).
• Dans une nouvelle chaufferie, un retour suffisamment froid pour faire condenser les chaudières à condensation ou garantir de bonnes performances aux pompes à chaleur (PAC) par exemple.
• Un débit minimum pour certains types de chaudières.

Et la cogénération dans tout cela ?

À première vue, la cogénération doit être considérée comme une chaudière supplémentaire qui vient se “greffer” sur le circuit primaire. Force est de constater que son intégration n’est pas évidente ! En effet :

• Pour certaines configurations hydrauliques existantes, le rapport de puissance thermique entre les chaudières et le cogénérateur est déterminant pour le fonctionnement de ce dernier. Il n’est pas rare de constater qu’en hiver, lorsque les chaudières sont censées venir en appoint bivalent du cogénérateur, ce dernier se fasse “voler la vedette” par des chaudières surdimensionnées.
• De même, la présence ou pas d’un ballon de stockage et sa position par rapport aux chaudières influencent le comportement du cogénérateur.
• La configuration en série ou en parallèle convient à certaines installations de chaufferie et pas à d’autres. Il est important d’en tenir compte.

Impérativement, le cogénérateur doit s’intégrer de manière intelligente au niveau :

• Hydraulique, en tenant compte de la configuration de l’installation de chaufferie, des caractéristiques des chaudières, du collecteur principal et des circuits secondaires.
• De la régulation, en partant du principe qu’une communication minimale doit exister entre les régulateurs des chaudières et le régulateur de l’installation de cogénération.

Des solutions existent ! Elles sont simples, efficaces et ne nécessitent pas, la plupart du temps, de gros investissement.

Intégration dans une chaufferie existante

La grande majorité des chaufferies existantes sont équipées de chaudières. Hydrauliquement parlant, l’analyse de la configuration existante des chaudières est primordiale pour intégrer un cogénérateur dans de bonnes conditions.
Quelques questions importantes à se poser. Les chaudières sont-elles :

• À haute, basse température, très basse température ou à condensation ?
• À faibles pertes de charge ?
• À débit minimum ?
• …

Dans tous les cas, si la conception a été bien réalisée, la configuration hydraulique du circuit primaire renseigne le type de chaudière. Par exemple, une ou plusieurs chaudières :

• À haute température impliquent souvent un collecteur principal bouclé ou une bouteille casse-pression entre le collecteur principal et les chaudières ou encore un bouclage direct des chaudières.
• À condensation sont pourvues de deux retours (un chaud un froid) ou sont connectées sur des circuits type chauffage par le sol par exemple.
• À fortes pertes de charge sont équipées de circulateurs ou pompes de circulation.

Chaudière classique / collecteur  bouclé.

Chaudière classique / collecteur ouvert.

Chaudière classique faible volume d’eau /
bouteille casse-pression.

Chaudière à condensation deux retours.

Chaudière à condensation grand volume d’eau.

Les résultats de l’analyse doivent permettre de pouvoir répondre aux questions suivantes :

• Où et comment placer hydrauliquement la cogénération en chaufferie pour éviter de perturber les équilibres hydrauliques initiaux ?
• Comment modifier le circuit hydraulique existant pour permettre le fonctionnement conjoint de chaudières à haute température ou, à l’inverse, de chaudières à condensation avec un cogénérateur ayant ses propres régimes de température ?

Intégration dans un nouveau projet de chaufferie

D’emblée lors d’un nouveau projet de chaufferie intégrant un système de cogénération, les acteurs doivent considérer des systèmes de production de chaleur à basse température, voire très basse température (pompe à chaleur (PAC), chaudière à condensation, …). Hydrauliquement parlant, toute l’installation de la chaufferie, y compris le cogénérateur, doit être pensée pour ramener des retours d’eau chaude en chaufferie les plus froids possible.