Une chaudière gaz à condensation pour le nouveau groupe scolaire Guy Hellé à Carbonne (31)

La mairie de Carbonne, ville située au sud de Toulouse (31), a décidé de construire à la fin des années 2000 un nouveau groupe scolaire, afin de faire face à l’accroissement de la population. En janvier 2015, l’école Guy Hellé a ainsi été ouverte sur la nouvelle zone d’activités de Millet. Le groupe scolaire est composé de 8 classes élémentaires et de 4 classes maternelles, pour un total de 200 élèves.

Accueillant les élèves de 7h à 19h30, le bâtiment d’une surface de 3000 m² est réparti en deux ailes contiguës, une pour l’école primaire et une pour l’élémentaire. Il comprend les espaces suivants:

• 12 salles de classes
• Des salles d’ateliers
• Des dortoirs
• 2 salles de directions, des salles de réunion
• 1 cantine scolaire
• 2 salles de restauration
• 1 laverie

Par ailleurs, la conception architecturale rend possible la construction d’une extension, pour accueillir davantage d’élèves sur le long terme.

La réalisation de ce bâtiment répondant à la RT 2005 a été confiée au Bureau d’Etudes OTCE et au cabinet d’architectes 360° Architecture. Le service technique de la mairie souhaitait avant tout un bâtiment fonctionnel et esthétique, pour accueillir les élèves et le corps professoral dans les meilleures conditions. De plus, la conception thermique et la solution énergétique devaient permettre de limiter les coûts d’exploitation du bâtiment liés au chauffage et la production d’ECS.

La commune de Carbonne a choisi le gaz naturel pour satisfaire les besoins de chauffage et d’eau chaude sanitaire. Confort, économie et simplicité d’exploitation ont été les critères principaux du choix de cette solution.

La chaudière à condensation gaz, d’une puissance de 330 kW, assure la production de chauffage pour l’ensemble du bâtiment et une grande majorité de la production d’eau chaude sanitaire. Avec une température de retour de 55°C, le rendement de la chaudière atteint 96 % PCI. En outre, la chaufferie étant localisée dans la partie centrale du bâtiment, les pertes thermiques dans le circuit sont réduites. Cette localisation a d’ailleurs été imposée par le BET auprès de l’architecte.

La chaudière est modulable pour fonctionner sur une plage de charge comprise entre 25 % et 100 % de la puissance nominale, afin de s’adapter aux variations des besoins. De plus, le profil de consommation journalier de l’école favorise le choix de l’installation d’une seule chaudière. En effet, le profil de consommation d’ECS et de chauffage se complètent sur une journée. Durant la pause déjeuner, les salles de classe sont ainsi moins chauffées, alors qu’en même temps la consommation d’ECS atteint son maximum.

La chaudière gaz à condensation est reliée à 4 circuits de chauffage, dont le fonctionnement est réglé de manière indépendante. A chaque circuit est associée une régulation fine du chauffage : une vanne trois voies règle la température du circuit selon la température extérieure et avec une correction selon température ambiante. Le débit est régulé de sorte à ce que la pression en aval de la pompe soit constante. Ainsi, l’ensemble des 4 vannes est commandé par un servomoteur, intégrant en paramètres :

• La température extérieure, mesurée par une sonde thermique
• La température intérieure  mesurée par quatre sondes d’ambiance, placées respectivement dans chaque zone de chauffage
• Le temps indiqué par une horloge réglée lors de la programmation de la chaudière

Les radiateurs aciers munis d’un robinet thermostatique diffusent la chaleur dans le bâtiment. Les batteries chaudes des trois centrales de traitement de l’air sont également reliées à la chaudière gaz à condensation. Les trois CTA chauffent respectivement :

• le restaurant (entre 10h et 13h) ou les salles d’activité (le matin et l’après-midi)
• les salles de repos
• la cuisine et les arrières de la cantine

Préparation par ballon chargé via échangeur à plaques sur réseau primaire dédié. La solution préparateur gaz aurait été une meilleure solution…

En cuisine, un ballon tampon calorifugé de 750 l chargé via un échangeur à plaques installé sur un réseau primaire dédié, assure les besoins en ECS destinés à la cantine. D’une puissance de 86 kW, l’installation comprend les éléments suivants :

• échangeur à plaques démontables inox 316 l
• calorifugeage de l’échangeur
• vanne motorisée à 3 voies
• pompe primaire double, protégée et raccordée avec report de défaut

Pour les sanitaires les plus éloignés de la chaufferie, des ballons préparateurs électriques fournissent l’ECS.

Le projet ayant débuté en 2007, la réglementation thermique 2012 n’était en vigueur. Cependant, mise à part pour la production d’énergies renouvelables, le bâtiment répond à la RT 2005, grâce notamment à une isolation thermique très travaillée.

Les éléments suivants favorisent en effet la performance énergétique du bâti :

Toit terrasse : étanchéité bicouche avec gravillons, isolation thermique renforcée par une épaisseur de polyuréthane (R=6,25)

• Plancher : dalle de béton sur terre-plein
• Mur : béton armé, isolation thermique extérieure (R=2,85), parement en briques
• Surfaces vitrées : double vitrage d’indice UW = 1,70
• Menuiserie : aluminium, double rupture de pont thermique

La qualité de l’isolation et des stores extérieurs rendent également l’installation d’une climatisation inutile, malgré les potentielles chaleurs des mois de mai et de juin.

Le renouvellement de l’air est assuré par une ventilation simple ou double flux selon les espaces.

Une ventilation double flux régule la température et le renouvellement de l’air au restaurant scolaire, dans la salle d’activités et dans le dortoir. Grâce à ce système, la chaleur de l’air sortant est récupérée par l’échangeur, pour chauffer l’air rentrant et limiter ainsi la consommation énergétique. Le débit de traitement de l’air varie selon le volume de la pièce traité par la VMC :

• Dans le restaurant scolaire et les salles d’activité, une VMC de 4500 m³/h de classe A, et d’une puissance récupérée de 34 kW, traite l’air.
• Dans la salle d’activité, c’est une VMC de 2720 m³/h, 21 kW de puissance récupérée qui fonctionne.
• Dans le dortoir, une VMC d’un débit encore plus faible (840 m³/h, 6 kW de puissance récupérée) traite l’air.

Dans les salles de classe et les ateliers, une ventilation simple flux renouvelle l’air à un débit régulé selon le taux de CO₂ dans l’air. Actionnée par un moteur à haut rendement, la ventilation est économe en énergie. Un système de châssis assure une surventilation nocturne. Palliant l’absence de climatisation, ce système est actionné manuellement le soir par le professeur des écoles, qui décide de refroidir ou non la pièce durant la nuit.

Ouverte en janvier 2015, la nouvelle école a consommé en réel estimé :

• 19108 m³ en 2015
• 23 378 m³ du 01/01/2016 au 15/07/2016

Toutefois, la forte consommation du premier semestre 2016 prend en compte un rattrapage de la consommation de 2015, qui a été plus élevée du fait du test des nouveaux équipements et de la période de chauffe alors même que le bâtiment n’était pas tout à fait terminé. De plus, le béton qui était encore humide dégageait de la fraîcheur associée à l’évaporation de l’eau qu’il contenait.

La consommation sur l’année complète de 2016 permettra d’estimer au mieux la consommation en gaz, sur la base de deux années d’utilisation. Celle-ci devrait se trouver à terme entre 20 000 et 25 000 m³/an.

Grâce à une consommation en énergie primaire faible, CEP Max - 20 %, le bâtiment a largement répondu aux exigences de la réglementation thermique 2005.

Le coût d’investissement pour l’ensemble du nouveau groupe scolaire s’élève à 4 500 k€ HT. Le lot correspondant au système de chauffage, ventilation, ECS, plomberie, et sanitaire est de 453  k€ HT, dont une grande partie concerne la ventilation. Sur ce lot, 223 k€ HT est porté par les systèmes de chauffage et de production d’ECS.