Chauffage au bois de l'hôpital de Dave   

Vue de l’hôpital Saint-Martin à Dave : première photographie représente le bâtiment qui est alimenté par la chaufferie au bois, deuxième photographie est une vue champêtre, bucolique de la vallée de la Meuse prise de l’hôpital.


Introduction

En 2005, la direction de l’hôpital neuro-psychiatrique Saint-Martin à Dave, près de Namur, a décidé de mettre en œuvre un plan majeur pour réduire la consommation énergétique de leur établissement ainsi que pour réduire la facture et l’empreinte environnementale associée. En effet, avant cette phase d’amélioration, l’institution consommait approximativement 1 200 000 litres de mazout par an pour réaliser le chauffage des locaux et la production d’eau chaude sanitaire (ECS). On imagine la charge que représentait ce poste de chauffage pour l’institution.

Dans une démarche globale, de bonnes performances énergétiques sont obtenues premièrement en réduisant les besoins finaux du bâtiment et deuxièmement en produisant la chaleur restante avec des systèmes de production efficaces. En outre, si ces derniers sont basés sur des énergies renouvelables, la réduction de l’impact environnemental peut être très conséquente.

De manière consistante, l’institution a d’abord entrepris une démarche de réduction des besoins de chaleur par une démarche globale d’utilisation rationnelle de l’énergie (URE). Ils ont travaillé au niveau des performances de l’enveloppe en plaçant des doubles vitrages, au niveau de la régulation des systèmes de chauffage en plaçant des vannes thermostatiques sur les émetteurs et en réalisant des régimes de coupure ou ralentis (suivant les cycles jour/nuit, semaine/week-end). Toute politique véritablement efficace s’accompagne d’un changement de comportement des utilisateurs. Parallèlement, des démarches de sensibilisation ont dès lors été réalisées au niveau du personnel et des patients.

Il restait ensuite à produire le besoin résiduel de manière efficace. La direction de l’établissement a décidé de produire une partie de la chaleur au moyen d’une chaudière automatique à plaquettes. Celle-ci remplace trois chaudières au mazout qui réalisaient le chauffage de 9 000 m² de locaux.

Cette étude de cas est une version étendue des fiches produites par le facilitateur bois-énergie orienté secteur public pour le compte de la Région wallonne. Cette fonction de facilitateur est réalisée par la Fondation Rurale de Wallonie (FRW) dans la personne de Francis Flahaux. Cette fiche technique est disponible via le site internet de la FRW (ouverture d'une nouvelle fenêtre !http://www.frw.be/). En outre, le projet de l’institution de Dave s’intègre dans le Plan Bois-Énergie et Développement Rural (PBE&DR – ouverture d'une nouvelle fenêtre !https://www.frw.be/pbe.html) pour la Wallonie.

Logo Fondation Rurale de Wallonie.


Description de l’installation de chauffage au bois

La chaudière à plaquette KÖB Pyrtec a une puissance nominale de 950 kW et remplace trois chaudières au mazout pour le chauffage de 9 000 m² de locaux. Elle couvre un besoin final d’approximativement 2 700 000 kWh/an. Comme la chaudière a une plage de modulation de puissance de 285 à 950 kW, elle réalise directement le chauffage des locaux sur une grande partie de l’année. Une chaudière de sauvegarde au mazout de 1 100 kW a été installée.

La consommation de la chaudière à plaquettes représente un volume annuel de 2 800 mètres cubes apparents (map). Il s’agit de plaquettes de granulométrie de 30 mm et d’un taux d’humidité de 30 % (c’est-à-dire G30/W30). Par grand froid, en faisant l’hypothèse que la chaudière fonctionne à puissance nominale de manière continue, celle-ci consommerait 950 kW*24 h/jour, soit 22 800 kWh/jour. Si on prend comme base un PCI de 1 000 kWh/map, la chaudière peut ingérer 22.8 map de bois par jour dans les conditions climatiques extrêmes. Afin de garantir une certaine autonomie, les concepteurs ont opté pour un silo de 180 m³. Pour un tel volume, un bâtiment spécifique a été érigé. Il est constitué du silo à plaquettes placé à côté d’une nouvelle chaufferie.

    

Photographies du nouveau bâtiment constitué de la chaufferie (partie en bardage clair avec la cheminée) et du silo de stockage des plaquettes (partie en bardage foncé). La dernière figure est une vue à l’intérieur du silo prise à partir de la chaufferie.


Le silo à plaquettes

Le silo à plaquettes à un volume de 180 m³. Il est implanté en contrebas d’un talus important ce qui permet de pouvoir l’alimenter par un camion sans devoir créer une rampe par terrassement. Les plaquettes sont versées par des trappes aménagées dans le toit du silo.

        

Illustration de la topologie du terrain qui permet d’alimenter directement le silo en plaquettes de bois.

Au fond du silo, on trouve le dispositif d’extraction des plaquettes, il s’agit d’un racleur hydraulique aussi appelé planché à tiroir. Ce dispositif amène les plaquettes au niveau du sol entre le silo et la chaufferie où elles seront alors transportées via un système de vis sans fin et de retour d’angle vers la chaudière.

        

Vue du bas du plancher tiroir où les plaquettes sont extraites et acheminées via une vis sans fin et retour d’angle vers la chaudière.


La chaudière à plaquettes

On peut maintenant passer à la description de la chaudière proprement dite. Celle-ci occupe la plus grande partie de la chaufferie.

   

Chaudière KÖB Pyrtec au sein de la chaufferie et son schéma de principe à droite.

Dans le schéma de principe ci-dessus, on repère l’alimentation par une vis sans fin (qui se trouve du côté gauche de la chaudière dans le cas de l’hôpital de Dave). On distingue le principe de combustion sur grille mobile où le bois est attaqué par l’air primaire de combustion. À la fin de la combustion, les cendres sont poussées en bout de course vers le cendrier. Après la phase primaire de combustion, les gaz riches cheminent vers l’échangeur où ils sont attaqués par l’air secondaire de combustion avant de rentrer dans celui-ci. Sur la face avant de la chaudière, on repère le système pneumatique qui permet racler les échangeurs pour les maintenir propres.

 

La première photographie représente l’ouverture sur le foyer maintenu en dépression par le ventilateur d’extraction de la chaudière. La deuxième photographie est un zoom sur la combustion sur la grille.

L’alimentation de la chaudière

La chaudière est alimentée en bas à gauche par une vis sans fin. À l’admission de celle-ci, on trouve la fin du dispositif de transport composé d’une vis sans fin avec retour d’angle. Intercalé entre les deux, on place un dispositif coupe-feu afin d’éviter que celui-ci ne propage en cas d’accident entre la chaudière et le silo.

Alimentation de la chaudière : en bas, la vis d’alimentation et haut, la vis de transport provenant du silo.

Le cendrier

Le volume de cendre généré est loin d’être négligeable comme on peut s’en convaincre par la taille du cendrier.

Vue sur le cendrier principal et de sa connexion avec la chaudière.


Analyse économique

Le cas de l’installation au bois de l’hôpital de Dave est un cas typique qui permet d’illustrer les grands enjeux de la conception d’une installation au bois. Ceux-ci ont été énoncés dans la section de choix du combustible.

Le vecteur énergétique est la plaquette de bois. Nous l’avons dit, la consommation correspond à 2 800 map/an. Pour garantir une certaine autonomie, les concepteurs ont choisi de bâtir un silo de 180 m³. Afin de trouver un tel volume et de pouvoir placer la chaudière proche du stockage, un nouveau bâtiment a été spécialement créé.

Cela modifie radicalement la clef de répartition des coûts. Pour un investissement total TVAC de 360 000 €, le gros œuvre représente 240 000 € pour 100 000 € pour la chaudière et ses périphériques. Même si au départ, les chaudières au bois sont plus chères que leurs homologues mazout ou gaz naturel, le gros œuvre fait croître considérablement les coûts. Citons que le coût des études et de la coordination s’élève à 20 000 €.

Comment rentabiliser un tel surinvestissement  par rapport à une chaudière fuel ? Par kWh, les plaquettes sont significativement moins chères que le fioul. Si on prend un prix du mazout à 5.3 c€/kWh et un prix de 2.3 c€/kWh pour les plaquettes en janvier 2010, on obtient une différence de 3 c€/kWh. En supposant que la chaudière au bois a un rendement équivalent à une chaudière au mazout standard, on retrouve cette différence de 3 c€ au niveau de la facture. La chaudière consomme 2 800 map/an soit approximativement 2 400 000-2 800 000 kWh/an. Par conséquent, si le prix des énergies reste identique, chaque année la consommation de plaquettes à la place de mazout permet d’économiser 72 000 €.  On estime le temps de retour simple sur l’investissement proche de 5 ans. Sur base des calculs réalisés par le facilitateur, celui-ci estime le temps de retour simple à 7,8 ans. Au regard de la durée d’utilisation d’un tel matériel qui avoisine les 20 ans, le rentabilité économique du projet semble clairement prouvée.


Performances environnementales

Si on considère les émissions de gaz nocifs émis par la combustion, on voit que la chaudière au bois permet de réduire significativement l’empreinte environnementale. Il faut du moins que la forêt de laquelle sont extraites les plaquettes soit gérée de manière durable.

Si on considère le cycle complet du combustible, c’est-à-dire en intégrant les processus énergivores de l’extraction, du conditionnement et du transport, on peut prendre une émission de 327 grammes d’équivalent CO2 émis par kWh pour la fioul et de 25 grammes par kWh pour les plaquettes. Si on intègre le cycle de vie complet, l’impact du bois-énergie sur l’émission de gaz à effet de serre n’est pas nul, mais il est de loin inférieur par rapport aux énergies fossiles. Dans le cas du mazout, la différence est estimée à 302 grammes de CO2 par kWh. Si on reprend la consommation annuelle de la chaudière de 2 400 000-2 800 000 kWh, les plaquettes permettent de réduire l’émission de 724-845 tonnes d’équivalents CO2 par an ! Le facilitateur estime quant à lui, cette réduction à 583 tonnes par an. En termes de production de SO2, cette réduction serait de 1 120 kg/an.

La combustion du bois peut-être source de particules fines particulièrement nocives pour la santé. Dans le cas de l’installation de l’hôpital Saint-Martin de Dave, la chaudière est munie d’un dispositif de filtrage des fumées de combustion afin que celles-ci ne soient rejetées dans l’atmosphère.

   

Cyclone de décendrage des fumées avec un cendrier en contrebas.


Partenaires du projet et contacts

  • Facilitateur Bois-Énergie pour le secteur public et coordinateur du plan PBE&DR, Francis Flahaux de la Fondation Rurale de Wallonie (FRW), e-mail : pbe@frw.be