Production de chaleur

Les besoins de production de chaleur des industries sont utilisés en majorité par des procédés industriels tels que le séchage, les fours et la génération de vapeur. Ces procédés représentent des facteurs de coûts importants. En moyenne, une économie de l'ordre de 15% peut être réalisée grâce à des mesures d'optimisation et de modernisation des process nécessitant la production de chaleur.

 

 

 

La cogénération est sobre d'un point de vue énergétique, car elle permet de produire de manière simultanée de la chaleur et du courant électrique. Le principe de fonctionnement est celui d'un moteur qui entraîne un générateur pour produire de l'électricité. La chaleur résiduelle du gaz d'échappement est alors utilisée pour le chauffage. Le combustible est non seulement chauffé mais en même temps il produit également de l'électricité.

La cogénération peut être utilisée sur des sites dont les besoins électriques sont estimés entre 5 kW et 1000 kW de puissance électrique à partir d'un module compacte pour chaufferie jusqu'aux grandes chaufferies diesel de bateaux. Ce procédé peut également être mis en place dans les copropriétés ou sur d'importants sites industriels. Le combustible le plus souvent utilisé est le gaz naturel.

L'économie générée doit être étudiée au cas par cas. En règle générale, la cogénération est mise en place dans des projets pour lesquelles l'électricité produite peut être utilisée principalement pour répondre aux besoins du site.

 

 

L'utilisation des énergies renouvelables comprend, sauf le soleil, le vent et l'eau, les matières premières renouvelables, à savoir toutes les formes de biomasse. Ceux-ci comprennent, par exemple, le bois, l'huile de colza, les déchets verts, maïs et autres. Les fumier liquide et solide font également partie au sens large des combustibles biomasse.

Le bois est utilisé en tant que combustible sous deux formes communes : les copeaux et les granulés. Moins communes sont les briquettes fabriquées à partir de copeaux et de sciures sèches compressés, les bois de rebut broyés et les écorces broyées également.

L'huile de colza peut être utilisée comme combustible pour la cogénération. En raison de l'évaluation écologique négative de l'huile de colza utilisée comme combustible, cette huile est en réalité peu utilisée dans les systèmes de cogénération.

Le fumier liquide, solide, le maïs et autres déchets verts sont utilisés pour produire du biogaz. La plupart du temps, ce gaz vert est utilisé pour la production d'électricité par un système de cogénération implanté sur le même site. Mais parfois, les biogaz sont injectés dans un réseau plus classique et peuvent être revendus par des fournisseurs de gaz.

La géothermie couramment utilisée dans le bâtiment est la géothermie dite peu profonde. Il s'agit d'extraire la chaleur contenue dans le sous sol afin de l'utiliser pour le chauffage. Les pompes à chaleur utilisent la géothermie de surface pour le chauffage. Elles captent la chaleur souterraine peu profonde, où la température reste inférieure à 30°C. Cette technique est fréquemment utilisée pour chauffer des logements collectifs ou individuels.

L'utilisation des eaux souterraines comme source de chaleur nécessite la mise en place d'un puit et d'une sonde verticale en forme de U qui envoie de l'eau froide sous terre . Cette eau est ensuite pompée pour être remontée en surface. Sa température est alors de 10 à 20 degrés. Cette énergie est ensuite valorisée par une pompe à chaleur qui va élever sa température. Cela permet de chauffer l'eau chaude sanitaire et ainsi que l'eau du circuit de chauffage.

En raison du coût élevé du forage du puit, cette solution est plus intéressante économiquement pour les immeubles de logements collectifs. De plus, en raison de la faible profondeur de forage, en hiver les températures des couches supérieures de la terre baissent. A cette période de l'année, les collecteurs géothermiques sont moins efficaces. Par contre, des forages à une profondeur située entre 50 et 150 m permettent de maintenir des températures constantes même en hiver. Cette technique permet de produire la chaleur nécessaire pour des usines de toute taille, des immeubles résidentiels, des bureaux et bâtiments commerciaux.

Les pompes à chaleur permettent également la production de froid en été pour rafraîchir le bâtiment.

Contrairement à un système de chauffage urbain, la mise en place d'un réseau de chaleur commun entre plusieurs bâtiments situés sur un même site a l'avantage d'éviter un investissement individuel dans différents systèmes de production de chaleur. Ce système de chauffage collectif se différencie techniquement de celui du chauffage urbain par la production d'eau chaude à des températures moins élevées, en général aux alentours de 90°C maximum.

Le raccordement de plusieurs bâtiments à un réseau de chaleur permet de mettre en place des systèmes de production de chaleur collectif efficaces, qui ne seraient pas économiquement intéressants pour des bâtiments chauffés de manière individuelle. Dans le cadre de projet de construction ou de rénovation de logements individuels, il est également intéressant de réfléchir au raccordement à un réseau de chaleur, si il existe un à proximité. Par contre, les économies d'énergie générées par ce système collectif sont limitées par des pertes de chaleurs supplémentaires liées aux déperditions des réseaux.

 

L'énergie solaire thermique désigne l'utilisation du rayonnement solaire dans le but d'échauffer un fluide ( liquide ou gaz). Les rayons du soleil piégés par des capteurs thermiques vitrés, transmettent leur énergie à des absorbeurs métalliques. Ceux ci réchauffent un réseau de tuyaux de cuivre où circule un fluide caloporteur. Cet échangeur chauffe à son tour l'eau chauffée dans un cumulus. L'eau chaude produite dans le chauffe-eau solaire peut être utilisée pour la production d'eau chaude sanitaire ou le chauffage.

L'énergie solaire thermique est une technologie mature et éprouvée depuis des années pour l'utilisation de l'énergie solaire. Tous les dispositifs qui agissent comme capteurs solaires thermiques sont de plus en plus intégrés dans les projets d'architecture bioclimatiques.

La pompe à chaleur est un appareil thermodynamique qui récupère la chaleur contenue dans l'air, la terre ou l'eau, les éléments présents dans la nature, pour la transférer, via des transformations d'un fluide frigorigène, à l'intérieur d'un logement afin de le chauffer et parfois produire l'eau chaude sanitaire. La pompe à chaleur réversible, en plus de la chaleur l'hiver, produit également du froid l'été (climatisation ou rafraîchissement).

L'avantage de la pompe à chaleur est qu'il ne nécessite pas de connexion au réseau de gaz, ni d'espace de stockage de combustible. L'inconvénient est que pour être énergétiquement et économiquement compétitif, la pompe à chaleur doit être utilisée dans des conditions permettant de disposer d'un COP ( Coefficient de Performance) aussi faible que possible.

Le COP représente la différence entre la quantité d'énergie produite et la quantité d'énergie utilisée. L'indice de performance est le nombre de kWh produit pour 1 kWh consommé. Le coefficient varie selon les systèmes de chaleur utilisés. Plus le coefficient est élevé, plus la consommation en énergie est faible et la facture d'électricité diminue.

Le coefficient de performance est directement dépendant de la différence de température entre la source de chaleur et la chaleur utile. Des conditions optimales existent, par exemple, lorsque la source de chaleur géothermique est à 12-15°C et que le bâtiment est chauffé par un système de chauffage par le sol qui ne nécessite que 35° de chaleur utile. Par contre, les conditions d'utilisation sont défavorables, lorsque les températures extérieures sont négatives et que le système de chauffage nécessite des températures de départ >60°C. Plus il fait froid, moins les performances sont bonnes, et plus la température de sortie de la PAC est élevée, moins les performances sont bonnes également.

Il existe également des pompes à chaleur à gaz à absorption qui  utilisent un circuit fermé contenant une solution eau-ammoniac, chauffée par un brûleur gaz. Ces systèmes fonctionnent en version aérothermique et géothermique. Ils sont également capables de produire du froid pour rafraîchir les locaux. La PAC gaz est aussi performante que la PAC électrique, voire plus. Par contre l'investissement initial est plus élevé et ce type d'installation est recommandé uniquement pour des projets avec des puissances minimales de 40 kW.