Pour une chaufferie de 500 kW, pensez à dix générateurs de 50 kW : davantage de fiabilité, meilleur rendement annuel, modulation étendue et plus simple à installer.
Le salon ISH 2019 a ouvert à Francfort lundi 11 Mars. Il est immense et nous n’avons pas encore fait le tour des douze halls. Notre première impression, cependant, est très claire : nous entrons fermement dans l’ère des générateurs cascadables. Et il était plus que temps, tellement une cascade de générateurs présente de nombreux avantages et peu d’inconvénients.
Un raccordement en parallèle
Une cascade consiste à raccorder en parallèle plusieurs générateurs de même type, mais pas nécessairement de même puissance. Les inventeurs de la cascade étaient les fabricants italiens de chaudières murales qui pratiquent cet exercice depuis trente ans. Mais l’évolution technique des chaudières, des pompes à chaleur et des modules de production d’ECS instantanée apportent de nouveaux arguments aux cascades. Commençons par les trois points forts traditionnels des cascades. Le premier est la fiabilité. Lorsqu’une chaufferie est équipée de quatre chaudières murales gaz de 100 kW de puissance unitaire ou de huit chaudières de 50 kW, elle naturellement plus fiable qu’une chaufferie ne comptant qu’un seul générateur de 400 kW. Il est en effet virtuellement impossible que les quatre ou les huit chaudières montées en cascade tombent en panne en même temps.
Jusqu’à 1,6 MW de puissance avec huit chaudières en cascade chez Elco. Ce sont des chaudières à condensation modulantes avec un corps de chauffe en fonte d’aluminium. Le groupe veut relancer les gammes Elco en France pour reconquérir des parts de marché en collectif et en tertiaire.
La redondance est plus simple
Deuxième argument, la redondance devient simple et peu coûteuse. Dans notre exemple d’une chaufferie de 400 kW équipée d’une seule chaudière, si les exploitants réclament une redondance pour garantir un fonctionnement sans interruption, il faut installer un second générateur de 400 kW pour basculer en cas de panne du premier. Dans le cas d’une cascade de quatre chaudières, il suffit d’en ajouter une cinquième, un neuvième si la chaufferie comporte huit chaudières. Elle se mettra en route si l’une des autres tombe en panne.
Facilité d’installation et de manutention
Le troisième atout a trait à la manutention des générateurs. Dans le cas d’une chaufferie existante, il peut être complexe d’acheminer une grosse chaudière au sol jusqu’à son emplacement en chaufferie. Il faut souvent la démonter, l’acheminer par morceaux et la réassembler. Ce qui explique la popularité persistante des chaudières collectives en fonte. Conçues par éléments, elles permettent un démontage/réassemblage. Dans le cas du système en cascade, il est probable que chaque générateur franchira sans problème la porte du local chaufferie et le parcours éventuellement tortueux pour arriver jusque-là.
Daikin montre une nouvelle solution de production d’ECS de grande capacité, associant ses pompes à chaleur Altherma Flex Type HT et des unités intérieures spécifiques. Tout cela est cascadable pour une modulation de puissance de 23 à 500 kW et une production d’ECS jusqu’à 80 °C sans appoint par résistance électrique.
Un nouveau principe de régulation des cascades
A ces trois arguments classiques s’en ajoutent trois nouveaux. Tout d’abord, nous vivons désormais dans sous l’empire de la Directive européenne ecoConception. Elle a changé l’expression de la performance des générateurs et insiste sur la performance à charge partielle. Résultat, depuis environ quatre ans, toutes les chaudières et les pompes à chaleur vendues en Europe sont conçues pour atteindre leur rendement optimal à charge partielle et non plus à charge nominale. La régulation d’une cascade va donc s’attacher à faire fonctionner un maximum de ses générateurs à charge partielle et maximiser le rendement d’exploitation annuel. Dans notre exemple de quatre chaudières, si, à un moment donné, la puissance appelée par l’installation est de 100 kW, la régulation de cascade mettra deux chaudières de 100 kW en fonctionnement à 50 % de charge plutôt qu’une seule à puissance nominale (100 kW). Deuxièmement, l’une des principales caractéristiques des générateurs actuels, qu’il s’agisse des chaudières à puissance variable ou des pompes à chaleur pilotées par inverter, est leur modulation de puissance étendue. Le standard actuel est une modulation de puissance de 1 à 10, soit de 10 à 100 kW. Les meilleurs générateurs atteignent une modulation de 1 à 14, soit de 7 à 100 kW pour une chaudière gaz à condensation modulante murale de 100 kW. Imaginez l’étendue de la modulation de puissance d’une cascade de huit chaudières de 50 kW, chacune modulant sa puissance de 1 à 14 : la cascade est capable d’adapter sa puissance, pratiquement sans palier de 3,5 à 400 kW. Une chaufferie classique composée d’un ou de deux générateurs en est parfaitement incapable.
Buderus a développé les modules de production d’ECS instantanés Logalux FS pour éviter les stockages en collectif et en tertiaire. Les modules sont alimentés par un réseau primaire issus de la chaufferie. Il existe deux modèles pour des débits de 27 à 40 l/minute, cascadables pour atteindre 54, 80, 120 et 160 l/min.
Une conception de chaufferies simplifiée
Troisièmement, les chaudières et les pompes à chaleur actuelles acceptent des retours d’eau sans limite basse de température, sauf dans le cas des chaudières à bois de grande puissance. Pour toutes les autres chaudières et pour les pompes à chaleur, au contraire, plus le retour est à basse température, plus le rendement des générateurs est important. L’absence de température de retour minimale, jointe aux énormes plages de modulation des générateurs, simplifie beaucoup la conception hydraulique des chaufferies. Il n’est plus nécessaire de prévoir de bouteilles de mélange ou de bouteilles de découplage pour garantir une température de retour d’eau élevée aux générateurs ou bien pour dissiper leur puissance. La plupart des industriels proposent d’ailleurs les accessoires hydrauliques et les kits de fumisterie dans le cas des chaudières pour raccorder leurs générateurs en cascade. A ISH, l’offre de cascade est étendue. Elle est pléthorique en chaudières, nourrie en pompes à chaleur et croissante en production d’eau chaude instantanée.
Une offre de cascade étendue à ISH 2019
Sime utilise le corps de chauffe en acier inoxydable, développé et fabriqué par Sermeta, pour concevoir des chaudières murales cascadables de 110 kW de puissance unitaire.
L’italien Sime propose sa gamme de chaudières murales gaz à condensation cascadables Murelle Equipe avec onze déclinaisons de cascades de 70 kW (deux générateurs de 35 kW) à 660 kW (six générateurs de 110 kW). La version 660 kW est capable d’une modulation de puissance de 21,1 à 660 kW. Toutes les cascades Sime conservent un rendement compris entre 97,7 et 97,8 % à puissance nominale, mais un rendement de 108,1 % à 30 % de charge. Cette dernière valeur est très proche du rendement maximum théorique de 111 % sur PCI pour la condensation gaz. Viessmann, Vaillant, Bosch et Buderus proposent à la fois des chaudières et des pompes à chaleur cascadables. Weishaupt propose également des chaudières à condensation cascadables huit par huit avec un skid de montage des chaudières dos à dos, les évacuations de produits de combustion, le recueil, le traitement et l’évacuation des condensats et la panoplie de raccordement hydraulique. Weishaupt possédait déjà des chaudières murales gaz cascadables de 80 kW. Il dévoile à ISH un nouveau modèle de 100 kW, soit une cascade modulant de 14 à 800 kW. Weishaupt est également capable de monter jusqu’à quatorze de ses nouvelles pompes à chaleur géothermiques en cascade. Chacune offrant une modulation de puissance de 6 à 138 kW et un Etas (l’évaluation de l’efficacité saisonnière selon la Directive ecoConception) de 200 %.
Weishaupt présente à ISH 2019, une nouvelle chaudière gaz à condensation, murale et modulante, de 100 kW, destinée à être montée en cascade. L’entreprise fournit tous les composants : raccordements hydraulique, fumisterie, skid pour la fixation de 2 à 8 chaudières dos à dos.
Weishaupt propose aussi la mise en cascade de ses nouvelles pompes à chaleur eau glycolée/eau : jusqu’à 130 kW de puissance unitaire pour ses pac WWP S 130 ID ou WWP S 130 IR, multipliée par 14 Pac en cascade au maximum, soit 1 820 kW au total. Elles sont raccordées aux sondes verticales bouclées montrées à gauche.
Igor Lacsap
