Les chaudières à pellets, le système de chauffage alternatif idéal?

LES CHAUDIÈRES À PELLETS SUIVENT LES TENDANCES EN MATIÈRE DE DURABILITÉ

Dans la première partie de cette série sur les pellets, nous avons souligné le côté naturel des pellets et expliqué que leur prix est resté remarquablement stable au fil des ans, notamment par rapport aux autres vecteurs énergétiques. Pour la deuxième partie, nous aborderons les chaudières à granulés sous un angle technique: du stockage et du transport à la combustion.

Ce faisant, nous ne perdrons pas de vue l'aspect pratique: le dimensionnement (souvent excessif), par exemple. Sachez également que les fabricants sont des enfants de leur temps: les chaudières à pellets apportent aujourd'hui leur contribution à un avenir plus vert en fournissant à une maison non seulement une chaleur durable, mais aussi de l'électricité. Dans le même temps, elles deviennent plus propres, avec des émissions de particules fines inférieures à la plage de mesure.

De quoi (ne)parlons-nous (pas)?

Les pellets peuvent être utilisés comme matière première pour le chauffage de nombreuses façons, et ils ne doivent même pas être isolés des autres vecteurs énergétiques. Prenons l'exemple d'une chaudière à copeaux: outre les pellets, elle traite également les copeaux de bois, les briquettes et le miscanthus. La combustion des bûches peut également être combinée avec celle des pellets, que ce soit ou non par le biais d'un foyer séparé.

Si l'on se concentre sur les installations qui fonctionnent uniquement avec des pellets, les poêles à pellets sont la solution la plus simple. Ici, il faut également faire la distinction entre les poêles destinés au chauffage local ou central. Avec une puissance nominale comprise entre 5 et 15 kW, la première option est comparable à un foyer ouvert classique. La seconde option a un rendement plus élevé et peut donc servir de système de chauffage central. De préférence couplés à des panneaux solaires, ces poêles à pellets fournissent également de l'eau chaude sanitaire.

Nous ne discuterons pas de ces installations. Nous parlons ici de chaudières à pellets. Par rapport aux poêles, qui perdent de la chaleur par la vitre, leur efficacité est beaucoup plus élevée (environ 96% contre 85%), c'est pourquoi les fabricants mettent l'accent sur eux. Nous suivons leur exemple. La construction des chaudières à copeaux, par exemple, est si différente qu'elle nécessite son propre article.

Par rapport aux poêles à pellets, qui perdent de la chaleur par la vitre, le rendement des chaudières à pellets est beaucoup plus élevé

Chaudière à pellets automatisée: étape par étape

En termes de coût uniquement, les modèles les plus intéressants sont ceux qui doivent être remplis manuellement. Ils sont également moins encombrants que les variantes automatisées, car le silo de stockage est supprimé.

Cependant, la facilité d'utilisation et la grande autonomie font que l'on choisit souvent une chaudière à pellets automatisée, dans laquelle les pellets sont insufflés en vrac. En outre, les maisons qui passent d'une chaudière au mazout à une chaudière à pellets disposent souvent de l'espace nécessaire pour accueillir un silo à pellets.

Stockage des pellets

Que le local de stockage soit grand, carré, long ou quadratique, les fabricants ont tellement progressé qu'ils disposent d'un système adapté à chaque forme et emplacement. Le système d'une pyramide inversée avec un moteur est classique. Sa taille dépend bien sûr de la demande de chaleur et de l'espace disponible, mais elle ne dépasse normalement pas 2,5 x 2,5 x 2,5 m. Pour utiliser encore mieux le même espace, une pyramide est nécessaire.

Pour utiliser encore mieux le même espace, il existe sur le marché des silos dotés d'un élément de fond élastique avec des ressorts de tension. Complètement remplie, la suspension inférieure s'enfonce au niveau du sol. Ensuite, les ressorts tirent progressivement le fond vers le haut jusqu'à ce que, finalement, il reste un plan incliné à 4 côtés et que la vidange soit terminée.

Mais comme nous l'avons déjà mentionné, il existe également des solutions pour les zones de stockage de grande ou de longue taille. Ici, une vis de transport est souvent utilisée pour acheminer les pellets de la zone de stockage vers le système d'aspiration qui alimente les chaudières en pellets. La forme spéciale de la cuve de transport empêche les blocages.

Système de transport

L'étape suivante consiste à transporter les pellets vers la chaudière pour la combustion. Aujourd'hui, cela se fait généralement par des systèmes d'aspiration par le vide. Par rapport à une vis d'extraction – une autre possibilité –, elles ont le grand avantage de pouvoir franchir des distances allant jusqu'à 20 mètres et plus, alors qu'avec une vis d'alimentation, l'installation de stockage doit se trouver juste à côté de la chaudière.

Les pellets sont transportés vers la chaudière pour y être brûlés via un système d'aspiration sous vide

Autre différence: le système de vide transporte les pellets une à plusieurs fois par jour, en fonction de la demande de chaleur. Une vis d'alimentation effectue ce travail en continu.

Il est important de noter que le processus d'aspiration dure de deux à huit minutes. Les chaudières à pellets équipées d'un double sas rotatif peuvent combler cette période, ce qui n'est pas le cas des installations équipées d'un clapet coupe-feu. En d'autres termes, aucune combustion n'a lieu pendant l'aspiration.

Combustion

Une fois arrivés dans la chaudière, les pellets sont acheminés vers le brûleur par une vis de chauffe. Trois types de combustion dominent le marché.

• Brûleur à arbre plongeant: C'est le mode de fonctionnement de la majorité des poêles à pellets. Il s'agit d'un système simple et bon marché en vertu duquel  les pellets glissent dans le panier du brûleur par le haut. Cependant, peu de fabricants utilisent ce type de combustion dans les chaudières à pellets. Les pellets qui tombent perturbent constamment la flamme, même si elle est belle, ce qui entraîne un rendement moindre. Les cendres doivent également être retirées au moins une fois par jour. Bien que cette opération soit souvent automatique dans le cas des chaudières à pellets – contrôlée par le temps en fonction du nombre d'heures de combustion – , un brûleur à arbre creux nécessite davantage d'entretien.
• Brûleur à glissement par le bas: avec ce type de brûleur, les pellets sont transportés jusque juste en dessous du plateau du brûleur, où ils reposent et brûlent comme une torche. Pendant la combustion, les pellets sont poussés vers l'avant de manière à tomber du plateau du brûleur et, à l'aide d'un bras supplémentaire, ils finissent dans le cendrier après avoir été réduits en cendres. Un dispositif de sécurité incendie est intégré afin d'empêcher le retour des gaz de combustion chauds. C'est d'ailleurs obligatoire en Europe. Par rapport à un brûleur avec arbre plongeant, la combustion est plus stable car la flamme n'est jamais perturbée. Ils sont un peu plus chers qu'un brûleur à arbre plongeant.
• Brûleur latéral: C'est ce qu'on appelle le type industriel. Ici, les pellets ne viennent pas du bas vers le plateau du brûleur, mais arrivent sur le côté via une vis de chauffe. La dimension de l'alimentation latérale peut être considérablement réduite par rapport à celle d'un brûleur à glissement par le bas, tout comme la taille du foyer de combustion (chez certains fabricants, en pierre réfractaire). Les cendres sont retirées via une grille coulissante, éventuellement équipée d'un mécanisme de compression ou de distribution.

Efficacité

Les chaudières à pellets atteignent actuellement un rendement très élevé d'environ 96%, qui peut encore être porté à 107% grâce à la technologie de la condensation. Nous en reparlerons plus tard. Le rendement dépend d'une part de la performance du système de contrôle et d'autre part du rendement de la combustion.

Commande

Le système de commande veille à ce que l'énergie produite atteigne les consommateurs au bon moment et avec le bon dosage. Divers protocoles de communication sont possibles, notamment un système de bus CAN. Le système de commande est également connecté à divers capteurs. Concrètement, nous avons:

• la sonde extérieure (mesure la température extérieure);
• la sonde intérieure (mesure la température intérieure);
• les sondes du circuit (enregistrent la température de départ de l'eau afin d'influencer la température en ajoutant de l'eau de retour).

Sur la base de leurs données, la capacité requise est calculée et la température à laquelle le régime de chauffe doit être amené est déterminée.

Les systèmes de commande modernes sont à la pointe de la technologie, car ils sont compatibles avec la domotique, les connexions IP et la téléphonie mobile.

Efficacité de la combustion

Le deuxième élément crucial pour le rendement de l'installation est la combustion. Dans la section précédente, nous avons déjà abordé quelques aspects qui jouent un rôle ici (voir par exemple les types de combustion).

A cela s'ajoutent diverses mesures dans la chaudière. Il s'agit notamment de:

• la sonde de température des fumées (mesure la température des fumées);
• la sonde de température de la flamme (mesure la température de la flamme);
• la sonde lambda (mesure l'excès d'oxygène dans les gaz de combustion et en déduit si les niveaux de combustible et d'oxygène doivent être ajustés). Dans les chaudières à pellets qui fonctionnent sur base de la température de la flamme et de la mesure de la dépression, vous ne trouverez pas cette sonde.

Les sondes aident, entre autres, à coordonner l'alimentation en pellets et en air. Ainsi, la sonde lambda compensera automatiquement les paramètres lorsque l'efficacité de la combustion est compromise, par exemple en raison d'une composition différente des pellets.

Le sens et le non-sens d'un réservoir tampon

Du point de vue des circuits hydrauliques, les chaudières à pellets diffèrent peu des autres systèmes de chauffage : la chaleur produite est pompée vers les circuits de chauffage (chauffage par le sol ou radiateur) à une certaine température, ou préparée pour l'eau du robinet à l'aide d'une chauffe-eau ou d'un réservoir tampon.

Examinons de plus près la présence d'un réservoir tampon en combinaison avec les chaudières à pellets. Est-ce nécessaire ou non?

La chaudière à pellets peut adapter sa puissance à la charge, donc en principe un réservoir tampon n'est pas nécessaire

Qu'est-ce qu'un réservoir tampon?

Un réservoir tampon est un réservoir rempli d'eau qui peut stocker de l'énergie et la restituer. L'énergie stockée peut provenir de panneaux solaires thermiques ou électriques, mais aussi d'une chaudière à pellets. L'énergie ainsi extraite peut être utilisée pour le chauffage ou l'eau chaude sanitaire.

Comment fonctionne une chaudière à pellets?

Par rapport à une chaudière au mazout ou au gaz, une chaudière à pellets démarre beaucoup plus lentement. Avec une chaudière froide, selon le fabricant, il peut s'écouler entre 5 et 20 minutes avant que la première chaleur soit délivrée au système de chauffage. Ce retard peut être compensé par la régulation.

Cependant, la chaudière à pellets – contrairement à une chaudière au mazout, par exemple – peut moduler jusqu'à un certain niveau et ainsi adapter sa puissance à la charge. C'est un grand avantage.

QUAND choisir un réservoir tampon?

Bien qu'un réservoir tampon ne soit pas strictement nécessaire, grâce à la capacité de modulation des chaudières à pellets, certains fabricants le recommandent comme une caractéristique standard en raison de la diminution des démarrages et des arrêts, et de la consommation d'eau. Un réservoir tampon sert également de turbo en cas de pic de demande temporaire. Dans quels cas un réservoir tampon est-il utile?

• Lorsque – tôt ou tard – la décision est prise d'utiliser l'énergie solaire. Plus le réservoir de stockage est grand, plus l'énergie solaire peut être stockée.
• Lors de l'utilisation d'un chauffage par le sol. Le réservoir tampon assure toujours un équilibre hydraulique parfait dans l'installation.
• Lorsque la capacité de la chaudière est limitée dans les maisons à basse énergie ou les maisons passives. En installant un réservoir tampon, le confort sanitaire est garanti. Dans ces maisons, le soleil peut également être utilisé pour le chauffage.
• Dans les installations plus grandes, plusieurs chaudières sont connectées en cascade. Le réservoir tampon permet une régulation en douceur et fluide.
• Dans les systèmes où la demande de chaleur tombe régulièrement en dessous de la puissance la plus faible de la chaudière. Dans ce cas, un réservoir tampon permet de réduire le nombre de démarrages/arrêts de la chaudière et d'allonger la durée de combustion à pleine charge. Cela a un impact positif sur les émissions et l'usure de la chaudière.
• Lorsque le confort est d'une grande importance. Un réservoir tampon permet de disposer de beaucoup d'eau chaude sanitaire et d'une installation de chauffage qui réagit rapidement.

Un pas de plus

Chaudières à condensation

Certaines chaudières à condensation disposent d'un deuxième échangeur de chaleur pour extraire la chaleur des gaz qui, autrement, s'échappe inutilement par la cheminée. Dans d'autres, la condensation a lieu en interne. De cette manière, le rendement de la chaudière à pellets peut atteindre 107%.

L'un des derniers développements est la technologie de combustion qui rend inutile l'utilisation de filtres

Micro-Cogeneration

Il est également possible de produire de l'électricité avec la biomasse en déviant le gaz vers un moteur et en le faisant tourner. Il peut s'agir d'un moteur stirling ou d'un moteur à piston.

Certains fabricants limitent cette possibilité aux grandes installations (industrielles) de 50 et 100 kW, d'autres aux chaudières à pellets beaucoup plus petites, d'une puissance thermique de 14 kW et d'une production d'électricité moyenne de 750 W (à pleine charge).

Important: pour garantir des temps de fonctionnement plus longs, un réservoir tampon d'au moins 1.000 litres est bel et bien nécessaire.

Réduction des particules fines sans filtre

L'émission de particules fines est souvent citée comme un point négatif des chaudières à pellets (voir également la première partie). Les filtres à particules fines devraient minimiser ces émissions. Cependant, ils sont chers et nécessitent un entretien.

L'un des derniers développements est une technologie de combustion qui rend inutile l'utilisation de filtres. L'alimentation en air particulière combinée avec la conception spéciale de la chambre de combustion permet de faire disparaître presque complètement la flamme, ce qui réduit considérablement les émissions de particules.

RECOMMANDATIONS

Nous rassemblons ici quelques points d'attention techniques concrets.

1. Ne pas surdimensionner! Pour calculer la puissance, la règle empirique suivante est souvent appliquée: nombre de radiateurs + 20% pour la chaudière. Mais on oublie que les différents éléments chauffants fonctionnent rarement tous en même temps. Dans de nombreux cas, il en résulte une capacité trop élevée et donc trop de démarrages et d'arrêts.
2. Choisissez un réservoir tampon stratifié. La stratification crée des couches de température dans l'eau, avec l'eau chaude en haut et l'eau froide en bas. Cela permet d'éviter les pertes de mélange.
3. Installez un régulateur de tirage avec une soupape de décharge. Le vent provoque une dépression dans la cheminée. Le régulateur de tirage permet non seulement d'ajuster cette pression aux spécifications de l'installation, mais aussi de rendre la sonde lambda beaucoup plus stable.
4. Choisissez des groupes de pompes mixtes avec des servomoteurs, également pour les radiateurs.

Avec la collavboration de Ardea (Hargassner), Stroomop (ÖkoFEN) et TSD (Fröling)