Audit de l’installation de chauffage collectif en résidentiel

Dans l’hypothèse d’une approche par séquencement des travaux, la modernisation de la chaufferie apparaît généralement comme la solution la plus pertinente à mettre en œuvre lors d’une rénovation énergétique d’un bâtiment résidentiel. En effet, les travaux d’optimisation des chaufferies sont généralement définis comme les plus performants si l’on considère l’investissement réalisé pour économiser un kWh d’énergie. Les économies dégagées sur la facture peuvent ainsi participer au financement de travaux ultérieurs.

Préalable à toutes opérations de modernisation de l’installation de chauffage collectif, l’audit de chaufferie est une étape indispensable qui conditionne la réussite de cette opération. Elle consiste à partir d’une analyse détaillée, d’établir l'état des lieux de l'installation afin de proposer au Maître d’Ouvrage un programme précis des solutions de rénovation appropriées, au regard des gisements d’économies associés.

L’audit doit suivre une démarche méthodique, détaillée ci-après, afin de n'omettre aucune information utile, nécessaire au bon diagnostic et de fait à la détection des pistes d’amélioration les plus pertinentes en vue de l’optimisation de l’installation existante.

1.1 Rassembler l'ensemble des documents disponibles relatifs à l'installation

Au préalable à tout déplacement sur le site pour la phase d'évaluation de l'installation existante, il est nécessaire de rassembler l'ensemble des documents disponibles relatifs à l'installation :

• plans, schémas, synoptiques
• cahier des charges
• livret de chaufferie
• comptes rendus de diagnostics...

Il est important au travers de ces documents de reconstituer l'historique de l'installation et de connaître les travaux effectués depuis sa réalisation. La rencontre avec les différents intervenants sur le site et notamment les usagers ne doit pas être omise.

1.2 Relever les équipements en place

Dans un second temps, un relevé des équipements en place doit être réalisé. Cette étape a pour double objectif de répertorier l’intégralité du matériel en place (nombre, marque, modèle) et de juger de son état en vue de décider de son éventuel remplacement.

L'usage de bordereaux de relevés type permet de systématiser les interventions et de réaliser un état complet de l'équipement de la chaufferie tout en assurant un gain de temps d'intervention.

L'opérateur, piloté sur l'installation au gré des bordereaux, organise ses relevés par postes ou sous-ensembles techniques :

• local chaufferie,
• chaudières
• brûleurs
• circuits de distribution chauffage
• régulation centrale chauffage
• eau chaude sanitaire
• alimentation en combustible
• alimentation en eau
• conduit de fumée
• expansion-sécurité
• circuits électriques

1.3 Etablir un relevé schématique de l'installation

Le tracé du schéma de principe de l'installation doit, quant à lui, permettre de mieux comprendre son fonctionnement et d'être en mesure de bâtir en connaissance de cause le projet d’optimisation. Il servira de plus de support aux modifications apportées en cours d'opération.

Dans un but de lisibilité, le schéma ne doit comporter que les composants principaux utiles à sa compréhension : générateurs, pompes, vannes de régulation,... Les symboles utilisés doivent être connus de tous. Quelques conseils :

• ne pas faire figurer les configurations géométriques telles que les détails de raccordement, les coudes,...
• ne pas représenter les composants accessoires tels que les purgeurs, les pots à boues, les filtres, les vannes d'isolement,... qui viendraient inutilement compliquer le schéma.

1.4 Mesurer et apprécier le fonctionnement de l’installation

Le remplissage des bordereaux ne consiste pas seulement en un relevé des caractéristiques des équipements par simple observation visuelle. Afin d’apprécier et de localiser d’éventuels dysfonctionnements de l’installation, il y a lieu de réaliser quelques mesures ponctuelles sur cette dernière. L'opérateur doit par conséquent se munir :

• d'un thermomètre portable permettant d'effectuer des mesures de température d'eau en divers points du circuit hydraulique ainsi que de température ambiante et extérieure
• d'un appareil de contrôle de combustion afin de mesurer le rendement de combustion des chaudières

NOTE : Les relevés des principaux paramètres de fonctionnement doivent, en principe, être possibles à partir des appareils de mesure équipant les installations et doivent être consignés régulièrement sur le cahier de chaufferie.

Relevés des principaux paramètres de fonctionnement

• Fonctionnement général de la chaufferie

Un moyen simple d’appréhender les conditions de fonctionnement d’une installation consiste à noter le nombre de générateurs en place ainsi que le nombre de démarrage de ces derniers pendant la période de présence en chaufferie. Il est recommandé également de vérifier si les générateurs sont maintenus en température, même quand les besoins des réseaux ne le nécessitent pas. La température en chaufferie, ainsi que la température de surface des générateurs permet d’avoir une idée de la performance des équipements en place.

Par exemple, selon les conditions de température extérieure, la fréquence des démarrages ou la durée de fonctionnement des générateurs permet d’avoir une idée sur la surpuissance éventuelle de la chaufferie.

• Mesures de températures d’eau

Les mesures de température à un instant « t » sont indispensables pour vérifier la cohérence globale du fonctionnement de l’installation et permettront d’identifier le ou les réseaux présentant des dysfonctionnements. L’opérateur mesure la température d’eau du circuit chauffage (départ, retour, ∆T) et la température d’eau du circuit ECS (distribution, retour de boucle).

Par exemple, pour une température extérieure donnée, une chute de température correcte d’un réseau laisse supposer que le débit de ce dernier est satisfaisant (à valider par la mesure du point de fonctionnement sur la courbe de la pompe).

• Mesures de combustion

La mesure des paramètres liés essentiellement à la combustion (température des fumées, taux de O₂, CO₂, CO, NOx, SO₂, dépression à la buse, pertes des fumées et rendement) peut généralement être effectuée avec des équipements courants tels que des mallettes de combustion.

Ainsi, une température trop élevée est révélatrice d'un mauvais échange fumées-eau. Un défaut d’O₂ entraîne une production importante de monoxyde de carbone (CO), un encrassement de la chaudière et du conduit de fumée du fait des émissions d'imbrûlés solides (particules, suies et goudrons suivant le combustible). Un excès d’O₂ diminue le rendement de production.

• Mesures de débit

Les mesures de débit sont généralement réalisées à partir de compteurs (eau, gaz,…) équipant les installations. En outre, les installations équipées de vannes de réglage avec prises de pression différentielle ou de manomètres en parallèles de circulateurs permettent de connaitre précisément le débit les traversant.

Dans le cas contraire, l’opérateur doit s’équiper d’un débitmètre à ultrasons dont les conditions d’utilisation peuvent être fastidieuses (préparation de la surface, choix du positionnement des sondes, saisie des principales données dans l’appareil tels que la nature du matériau, le diamètre extérieur, l’épaisseur de la canalisation, la viscosité du liquide, la rugosité de la conduite).

Par exemple, la mesure des débits primaires et secondaires d’une bouteille de découplage doit montrer un débit primaire toujours supérieur au débit secondaire (débit descendant dans la bouteille).

• Mesures complémentaires

En fonction des installations, il y aura lieu éventuellement de procéder à des mesures sur des équipements spécifiques tels que l'adoucisseur d’eau et le contrôle du traitement de l’eau du circuit de chauffage (pH, quantité,…).

Vérification du fonctionnement des principaux équipements

• Vérification du fonctionnement du système de découplage

Une bouteille de découplage placée en chaufferie doit fonctionner de telle façon que la température en sortie de bouteille soit toujours égale à la température en entrée de bouteille. La vérification est simple. La procédure consiste à :

• mesurer la température T1 (température d'entrée bouteille correspondant à la température de sortie production)
• mesurer la température T2 (température de sortie bouteille correspondant à la température de départ secondaire)
• vérifier que T1 et T2 sont identiques

Si les mesures révèlent une température T2 inférieure à la température T1, c'est le signe que la bouteille fonctionne en mélange. On parle alors de retour inverse dans la bouteille. Ce fonctionnement est fortement pénalisant, il se traduit par un manque de puissance qui peut conduire à des inconforts. Il est généralement causé par l'ouverture simultanée des vannes à trois voies de régulation lors de forts besoins.

Les mesures de température peuvent être effectuées ponctuellement avec un thermomètre portable. Dans ce cas, le contrôle porte sur la configuration de fonctionnement au moment de la mesure, selon l'ouverture des vannes de régulation. Pour juger du risque potentiel de retour inverse, il est conseillé d'effectuer les mesures en ayant au préalable ouvert manuellement les vannes en grand.

Des mesures enregistrées permettent, sur la durée de la mesure, de mettre en évidence des dysfonctionnements et de les localiser dans le temps.

• Vérification du fonctionnement d'une vanne à trois voies

La vérification du fonctionnement d'une vanne à trois voies de régulation est simple, elle repose sur quelques mesures de température ponctuelles effectuées avec un thermomètre portable. Dans l'exemple illustré ci-dessous, il s'agit de contrôler une vanne montée en mélange et placée au départ d'une installation de chauffage.

La manipulation consiste à :

• ouvrir manuellement la vanne (le débit est alors nul dans la voie bipasse)
• vérifier que les températures T1 et T2 sont identiques
• fermer manuellement la vanne (le débit est alors maximum dans la voie bipasse)
• vérifier que les températures T2 et T3 sont identiques

Cette manipulation permet de s'assurer de l'absence de blocage de la vanne et de vérifier que son montage est correct. Le thermomètre portable utilisé doit être doté d'un embout pour mesure de température de surface.

• Mesure de la pression de gonflage d'un vase d'expansion

Lorsque le vase d'expansion fermé est équipé d'une vanne d'isolement et d'un robinet de vidange, la mesure de la pression de gonflage du vase est aisée et ne nécessite pas sa dépose. La manipulation consiste à :

• fermer la vanne d'isolement
• ouvrir le robinet de vidange pour mettre à la pression atmosphérique la partie supérieure du vase
• mesurer la pression de gaz à l'intérieur du vase en plaçant un manomètre au point de contrôle, en partie inférieure

Attention, la vanne d'isolement doit impérativement être ré-ouverte après cette manipulation. Il est d'usage, afin d'éviter toute intervention d'une personne non qualifiée, d'ôter la poignée de manœuvre de la vanne en dehors des mesures. Si le vase d'expansion n'est pas équipé, il est nécessaire de le déposer pour contrôler la pression de gonflage.

• Vérification du fonctionnement d'un régulateur en fonction de l'extérieur

Le fonctionnement de la régulation du chauffage en fonction de l'extérieur est contrôlé par la mesure de deux températures qui permettent de diagnostiquer une éventuelle erreur de paramétrage de la loi d'eau (courbe de chauffe). La procédure consiste à :

• mesurer la température extérieure,
• mesurer la température au départ secondaire,
• vérifier que ces valeurs correspondent avec la loi d'eau paramétrée.

Les mesures peuvent être ponctuelles, effectuées par un thermomètre portable, ou enregistrées.

Le contrôle du fonctionnement du régulateur en fonction de l'extérieur requiert deux mesures de température. La première solution, simple, sert à contrôler à partir de quelques points le paramétrage de la loi d'eau. La deuxième solution qui requiert la mise en place d'appareils enregistreurs permet de reconstituer la loi d'eau du régulateur à partir du nuage de points obtenu.

1.5 Relever les éventuels travaux de mise en conformité/sécurité de la chaufferie

La modernisation d’une installation de chauffage collectif peut impliquer des travaux spécifiques au local chaufferie ainsi que sur la ligne gaz existante, et ce au regard des dispositions énoncées dans l’arrêté du  23 juin 1978. En fonction de la date de construction de la chaufferie l’auditeur devra vérifier l’état de la chaufferie dans le but d’identifier une éventuelle mise en conformité ou mise en sécurité de la chaufferie.

On rappelle que si le local chaufferie est construit avant la date d’application de l’arrêté « chaufferie », il est possible de ne pas respecter strictement ses prescriptions, notamment lorsque celles-ci conduisent à des transformations immobilières importantes (on parle de transformations immobilières importantes dans les cas de prescriptions à suivre trop contraignantes d’un point de vue technique mais aussi financière). Auquel cas il est fait mention d’une mise en sécurité du local. A défaut, si le local concerné a été construit après la date d’application de l’arrêté, alors les travaux de modernisation entrainent l’application de l’intégralité des prescriptions de l’arrêté « chaufferie ». On parlera, dans ce cas, d’une mise en conformité.

• Mise en conformité : Le local a été construit après le 21 juillet 1978 : les travaux entraînent l'application des dispositions en vigueur au jour de la construction de la chaufferie.
• Mise en sécurité : Le local a été construit avant le 21 juillet 1978 : les travaux doivent permettre de réaliser une mise en sécurité de l'installation.

La rénovation de la chaufferie implique de s’intéresser au réseau de distribution. Le résultat final d’une opération de rénovation de chaufferie dépendra non seulement des travaux et modifications opérés sur le système de génération de chaleur mais également sur le réseau de distribution de chauffage.

Vérification de l’embouage  éventuel des réseaux

Le réseau peut être encombré par des boues à la suite de phénomènes de corrosion et d’entartrage. Ces boues peuvent être à l’origine de déséquilibre du réseau mais surtout elles peuvent conduire dans certains cas à des désordres graves allant jusqu'à la détérioration du nouveau générateur.

L'embouage se produit essentiellement dans les accidents de parcours (chaudières, radiateurs, coudes…) où les vitesses de circulation d’eau sont faibles. Des matières en suspension liées aux phénomènes d'entartrage et de corrosion entretenus par des appoints d'eau s’y déposent. Les organes se bouchent et empêchent le passage de l'eau, notamment dans les émetteurs qui restent froids. La vitesse de passage devient alors plus importante et des sifflements peuvent survenir.

Un diagnostic préalable du réseau de distribution de chauffage est recommandé pour statuer sur un embouage éventuel de l’installation. Un examen visuel doit permettre d'évaluer l'état de vétusté général de l'installation (canalisations et corps de chauffe). Le démontage de vannes, voire de portions de tuyauteries, peut s'avérer nécessaire.

Il est important de rassembler tous les documents permettant de connaître l'historique de l'installation (procédé de traitement d'eau et suivi de la qualité de l'eau, équipement de désembouage en place et interventions). La prise de connaissance du relevé des appoints d'eau constitue une information très utile. Un contrôle de la qualité de l'eau des circuits est conseillé.

De plus, si des boues sont constatées, leur analyse peut permettre de mieux estimer la dégradation de l'installation (présence de tartre, d'oxydes métalliques,...) et de choisir la méthode de désembouage.

Ce diagnostic comprend ainsi :

• L’analyse de l’historique de l’installation (les appoints d’eau réalisés, les traitements d’eau mis en œuvre, les signes de corrosion,…)
• L’examen physique du réseau : l’auscultation des canalisations (état de dégradation des canalisations, dépôts adhérents ou non, …), ou autres éléments caractéristiques (radiateurs, pot à boue, chaudières,…)
• Le contrôle de l’étanchéité des circuits
• Le contrôle du vase d’expansion
• Le contrôle des dispositifs de dégazage…
• Les analyses physico-chimiques de l’eau d’appoint et de l’installation
• L’analyse des dépôts prélevés en point bas de l’installation

Et il doit permettre de déterminer :

• Les causes de l’embouage. Le désembouage n’aura qu’un effet limité dans le temps si les facteurs responsables de l’embouage ne sont pas éliminés.
• L’intérêt et la faisabilité d’un désembouage. Cette question se pose tout particulièrement si les canalisations sont très dégradées.
• La méthode de désembouage adaptée. Le nettoyage chimique est une opération dont la complexité est liée, en particulier, à l’état du réseau et à la nature du dépôt à éliminer.
• Les équipements éventuels à ajouter pour le désembouage : vannes de chasse, vannes de purge d’air, vannes d’isolement, dispositif de captage des boues,…

Vérification d’un déséquilibre thermique éventuel du réseau

On estime que 60 à 70 % des bâtiments sont touchés par un déséquilibre thermique. Or, les défauts d'équilibrage sont sources d'inconforts et de plaintes des usagers.

La mise en évidence du déséquilibre thermique d'une installation de chauffage consiste à mesurer la température ambiante des locaux chauffés. II y a déséquilibre thermique lorsque l'on constate en permanence par temps froid, non ensoleillé et non venté, des écarts de température intérieure supérieurs à 2°C entre les locaux d'un même bâtiment.

Les mesures sont réalisées au moyen d'enregistreurs statiques de données qui permettent de stocker les températures de manière autonome sur une période de quelques semaines. Ils prennent place directement dans le local. Cette campagne de mesure doit être menée avec précautions. Le constat du déséquilibre ne doit pas prendre en compte les données climatiques (ensoleillement, vent,...) ni les apports internes des occupants (cuisine, éclairage,...). La période adaptée se situe entre 5 et 6 h du matin, avant la relance et après la dissipation des apports de la journée. Un choix judicieux des locaux dans lesquels seront effectuées les mesures est à prévoir. II convient de repérer les locaux à « problèmes » dont les défauts de confort semblent significatifs (locaux en pignon, en terrasse,...). Afin que le constat soit notable, les mesures doivent être effectuées au cours de périodes froides. L'emplacement de l'enregistreur doit être judicieux (éloigné des sources de chaleur, à 1,50 m du sol,...).