Rénovation de la chaufferie de la Maison d'Arrêt de Grenoble (38) (commune de Varces-Allières-et-Risset)

Carte d’identité du projet - Rénovation

• Maître d’ouvrage : Ministère de la Justice – Direction Inter-régionale des Services Pénitentiaires (DISP) de la région Rhône-Alpes (Lyon)
• Bureau d’études thermiques mandataire et maître d'oeuvre : Sixième Sens Ingénierie - Rémy Rossillon, Montbonnot St Martin (38) - Co traitants : Clima Tech Ingénierie et Dominique REVAUX, (Consultant Sté Hydrotech)
• Installateurs : EOLYA - Robin GAILLARD - Saint Martin le Vinoux (38)
• Description des locaux : Établissement construit en 1983, 5 bâtiments, 11 438 m², un gymnase, des ateliers, des cuisines, des locaux administratifs 
• Capacité d'accueil : 300 personnes
• Puissance initiale installée chauffage : Trois chaudières acier basse température de 727 kW chacune, avec un condenseur séparé pour le préchauffage de l'eau chaude sanitaire par ballon de 5 000 l et deux préparateurs d'ECS par semi-accumulation.
• Consommation initiale de gaz : 2 394 MWh
• Nouvelle chaufferie : Deux chaudières à condensation C630 De Dietrich de 1 000 kW unitaire, et, pour la production d'ECS, cinq générateurs Heat Master 85TC de la marque ACV à double condensation de 85 kW chacun pour alimenter trois préparateurs de 1 000 l (consommation estimée de 16 m³ par jour).
• Consommation de gaz réduite de 45 % dès la première saison de chauffe : 1 646 MWh.
• Distribution : Travaux de rénovation sur l’ensemble des réseaux hydrauliques en chaufferie : mise en place de six circuits régulés et d’une pompe à débit variable sur le départ de la chaudière pour assurer l’irrigation de six hydroéjecteurs à buse variable, alimentant chacun un départ.
• Coût d’investissement : 385 000 € (gros œuvre : 60 400 € ; chaufferie : 380 300 € ; financement par CEE sur la base de la fiche BAR-TH 07 : 56 000 €)
• Retour sur investissement estimé : 6 ans, à coût d'énergie constant.
• Solution retenue : Chaudières gaz à condensation et circuits secondaires animées par hydroéjecteurs.

Genèse du choix technique et attentes du client

Contexte et ambitions du projet

Celle en exploitation, livrée lors de la construction en 1983, était en fin de vie et non conforme aux exigences réglementaires, environnementales et énergétiques (plus de 2 MW dans un même local technique alimenté en gaz).

Composée de trois chaudières à basse température de 727 kW chacune, dont une avec un condenseur séparé pour le préchauffage de l'eau chaude sanitaire sur un ballon de 5 000 litres et deux préparateurs d'ECS par semi-accumulation, elle alimente sept bâtiments et un total de 11 438 m². Soit 233 cellules, un gymnase, des ateliers, une cuisine et des locaux administratifs…

L’objectif du maître d’ouvrage était prioritairement orienté sur la sécurité :

• mise aux normes du local chaufferie ;
• sécurité du fonctionnement, avec redondance des équipements, facilité de maintenance et de dépannage, accessibilité du matériel ;
• et sécurité de production d’eau chaude sanitaire.

Venaient ensuite les performances énergétiques, sans objectifs chiffrés, mais avec un souci d’amortissement et de suivi et contrôle des performances.

Ce chantier a été confié au bureau d'études Sixième Sens Ingénierie. Ce maître d’œuvre s'est entouré de deux partenaires : le bureau d'études Clima Tech Ingénierie (membre du groupement GIE ICARE), en charge du suivi et du visa des études d'exécution, et de la société HYDROTECH, consultant « légionelles et hygiène des réseaux ». Sa mission était de gérer les problématiques de sécurité sanitaire des réseaux d'eau, ainsi que l'analyse, la filtration, le traitement et le conditionnement de l'eau du réseau de chauffage.

Les contraintes

Les contraintes étaient essentiellement liées à l’exécution de travaux en milieu carcéral, notamment la sécurisation du fonctionnement de la production d’ECS pour un maintien en service continu.

Ce point a conduit les concepteurs à choisir des générateurs autonomes et des préparateurs à accumulation. En mode dégradé, cette redondance garantit une continuité de service avec seulement deux générateurs sur cinq en service, et un préparateur sur les trois installés.

L’autre demande de la maîtrise d'ouvrage portait sur un problème récurent avec l’ancienne chaufferie : lorsqu’un radiateur était arraché en détention, l’installation était totalement mise à l’arrêt jusqu'à la fin de la réparation (ECS et Chauffage toutes zones). Ces événements rendaient la remise en service était fastidieuse ; la qualité de l’eau de chauffage s’en ressentait, du fait de l’introduction de grandes quantités d’air dans les réseaux.

La solution retenue : Générateurs à condensation et circulation des circuits secondaires animée par hydroéjecteurs

La solution retenue

Après analyse des consommations et des caractéristiques du bâtiment, Sixième Sens et ses partenaires ont prescrit une rénovation complète de la chaufferie et de la production d'ECS : reconfiguration des bâtiments pour respecter la limite des 2 MW par local, nouvelles chaudières, régulation, installation d'hydro-éjecteurs, pompes, générateurs d'ECS…

Les travaux ont été réalisés de juin à octobre 2012, période d'arrêt du chauffage ; le maintien de la production d'ECS a été assurée par une installation provisoire en container maritime.

Côté chaufferie, deux nouvelles chaudières gaz au sol à condensation De Dietrich C630 à double corps, d’une puissance de 924 kW, ont été installées. Ces chaudières pour le collectif et le tertiaire sont équipées de brûleurs modulants à pré-mélange d'un rendement annuel théorique jusqu’à 109 % et d'une émission de NOx inférieure à 60 mg/kWh. Les deux échangeurs en fonte d’aluminium-silicium, résistants à la corrosion, permettent un fonctionnement sans contrainte de température minimale de retour.

Coté production d’ECS, cinq générateurs gaz à condensation et double service de chez ACV, de 85 kW chacun, assurent une production mixte, semi-instantané et semi-accumulé. Ils sont associés à trois ballons préparateurs de 1 000 litres. Outre les performances améliorées, les unités ACV sont équipés de cuves en inox et fonctionnent sur le principe « tank in tank » qui garantissent l'hygiène sanitaire de l'eau chaude et une quasi insensibilité au calcaire. La consommation moyenne d’ECS est de 16 m3/jour.

Pour éviter l'arrêt en cas de dégradation volontaire du circuit, un échangeur de séparation de 900 kW a été placé sur le circuit de chauffage des bâtiments de détention. Il permet de réduire la quantité d’eau en chaufferie - d’où un meilleur contrôle de sa qualité, ce qui est important avec des corps de chauffe en aluminium silicium – et, en cas de « fuite », la chaufferie reste en service pour alimenter les autres circuits de chauffage.

Six circuits irrigués par hydroéjecteurs

Ces travaux de rénovation comprenaient aussi la mise en place de six circuits régulésLa force motrice est assurée par une pompe à débit variable et à delta P constant sur le départ de la chaudière. De 85 m3/h pour 15 mCE, elle suffit pour assurer l’irrigation de six hydro-éjecteurs à buse variable, alimentant chacun un départ.

Ces hydroéjecteurs permettent d’alimenter des circuits de chauffage haute température (80 °C) - radiateurs, aérothermes... - tout en augmentant le delta T (Δt) sur le circuit primaire. Cette augmentation du Δt permet aux chaudières de condenser avec des températures de départ de 80 °C. Dans cette installation, il est limité à 40 °C par une vanne à pression différentielle en bypass sur les collecteurs départ / retour, ce pour protéger les chaudières des chocs thermiques.

Idéal pour des projets de rénovation, l’hydroéjecteur remplace ici la vanne trois voies et la pompe secondaire. Outre qu'il dispense de l’emploi de circulateurs secondaires, il simplifie l’installation, réduit le câblage, les points de GTC, l’armoire électrique…

Le succès de ce type de réalisation repose sur l'investissement de fournisseurs de matériels et sur le suivi de l'installation. La maîtrise d’ouvrage avait confié la maintenance à l’installateur durant la période de parfait achèvement. En outre, l’exploitant devait « s’approprier» l’installation, comprendre le fonctionnement de cette chaufferie atypique, oublier certains réflexes et en adopter d’autres quant à la conduite quotidienne. C’est une chaufferie où il fait froid, qui est extrêmement silencieuse et où la lecture des indicateurs habituels (thermomètres, manomètres, pressostats différentiels, tout est entièrement monitoré à des fins d’analyses) pourra surprendre le technicien non averti.

Mais la simplification de l’hydraulique, le dépouillement des équipements et la simplicité du fonctionnement rendent l’exploitation plus facile. Ils permettent de se concentrer sur les réglages et la performance. Ce qui est vécu comme un challenge, tant du côté de l’exploitant que du côté de l’utilisateur.

Bilan de la nouvelle installation

1. Chauffage

• Consommation de gaz avant travaux : 2 411 MWh, soit 219 202 m3 ;
• Consommation de gaz après travaux : 1 319 MWh, soit 119 907 m3, soit une réduction de 45,3%.
• Total aux compteurs d’énergie de chauffage fournie : 1 367 MWh, soit un rendement réel de 104 %.
• Consommation de gaz rapportée au DJU:
• avant travaux : 1 358 kWh/DJU,
• après travaux : 721 kWh/DJU.

2. Eau chaude sanitaire

• Consommation de gaz avant travaux : 813 MWh,
• Consommation de gaz après travaux : 432 MWh.

Soit une réduction de 47 %.

• Total de l’énergie ECS fournie mesurée : 242 MWh, soit un rendement global de 56 %.

La moyenne journalière des consommations d’eau est de 11,5 m3.

3. Bilan financier

• Investissement en gros oeuvre : 60 393 €,
• Investissement en chaufferie : 380 305 €,
• Certificats d’économie d’énergie (sur la base de la fiche BAR-TH 07) : 56 000 €,
• Investissement de 384 698 €,
• Montant de la facture de gaz avant travaux : 136 781 €,
• Montant de la facture de gaz après travaux : 70 041 €,
• Économie sur un an de 66 740 €,
• Soit un retour sur investissement de six ans (à coût constant).