Volume 20, number 2, septembre 2006

L’Établissement de détention de Québec opte pour la condensation

La réfection majeure d’une chaufferie nécessite un élément déclencheur. C’est l’abolition du tarif BT qui fut celui de l’Établissement de détention de Québec (EDQ).

La firme Teknika HBA a été mandatée pour élaborer un rapport d’étude portant sur l’évaluation technique de tous les systèmes électromécaniques de l’EDQ, le relevé de ces derniers ainsi que l’élaboration de mesures en efficacité énergétique. La réfection majeure de la chaufferie constituait le cœur du projet.

L’Établissement de détention a une vocation de sécurité publique, de prévention et de détention. L’ancienne  chaufferie était constituée entre autres de deux chaudières à eau chaude de 500 hp datant de la construction de l’immeuble, soit 1970, pour satisfaire les besoins en eau chaude domestique et de chauffage. L’EDQ consomme 70 000 GJ par an pour des coûts énergétiques de près de 1 000 000 $ annuellement.

L’une des deux chaudières existantes a été remplacée par quatre chaudières à condensation de marque Viessman Vertomat de 100 hp chacune, pour une capacité totale de 13 444 000 Btu/h. Ces quatre chaudières répondent aux besoins auxquels répondaient les deux chaudières de 500 hp.

Le profil d’utilisation de l’EDQ

Le centre de détention dessert sa clientèle 24 heures par jour. Les besoins en eau chaude varient et la consigne est difficile à respecter en période de pointe.

Les systèmes mécaniques de l’immeuble

Le chauffage des cellules est assuré par des panneaux radiants installés au plafond. Ces émetteurs nécessitent une température de chauffage relativement basse (30 oC à 45 oC). Tous les systèmes de ventilation de l’immeuble sont munis de serpentins de chauffage à eau chaude. Ceux-ci assurent une température de retour assez froide. L’eau domestique est chauffée par le même réseau d’eau de chauffage grâce à un échangeur à plaque.

La chaudière à condensation

La chaudière à condensation bénéficie de deux apports énergétiques importants. Le premier est la récupération de la chaleur latente en provenance de la condensation de la vapeur d’eau contenue dans les produits de combustion du gaz naturel. Le deuxième est la récupération de la chaleur sensible par un abaissement important de la température des gaz de combustion.

L’augmentation de l’efficacité réside dans la régulation de la température de retour du fluide. La température doit être le moins élevée possible, permettant de transférer la plus grande quantité de chaleur au fluide caloporteur.

La régulation

Un système de contrôle centralisé régit les systèmes de ventilation de l’ensemble de l’EDQ en plusieurs points. Le contrôle des nouvelles chaudières y a été intégré afin que la température du réseau de chauffage corresponde aux besoins de l’immeuble.

Schéma simplifié des circuits d’eau chaude de l’EDQ

Tel qu’il est indiqué sur le schéma , l’alimentation en eau des émetteurs se fait en série par deux tuyaux de cinq pouces, ce qui est particulier à l’EDQ. Le retour du réseau secondaire est rejeté en aval dans le même tuyau, ce qui a pour effet de diminuer la température de l’eau de chauffage plus on avance dans le réseau. L’échangeur à plaque alimentant le réservoir d’eau domestique est le dernier élément raccordé au tuyau de retour froid.

L’ajout d’entraînements à fréquence variable sur les pompes d’eau de chauffage primaires de 50 hp a nécessité des modifications aux algorithmes de contrôle. Les boucles de contrôle des vannes de régulation à trois voies contrôlant les réseaux secondaires ont été recalibrées pour obtenir une information plus précise du degré de sollicitation réelle du réseau de chauffage.

Le débit d’eau de chauffage a diminué considérablement. Pour un échange de chaleur comparable à ce qui prévalait avant la différence de température (Tavant l’émetteur — Taprès l’émetteur) à travers l’émetteur est plus grande à la suite de la diminution du débit d’eau. Ceci favorise une température plus basse après l’émetteur, donc un retour plus froid aux chaudières à condensation et une efficacité accrue.

Le tableau suivant résume les différents aspects financiers du projet :

Coût des travaux 725 000 $
Subvention PGEÉ (80 000 $)
Subvention Gaz Métro (125 000 $)
Total 520 000 $
Économie 107 000 $/an
Retour sur investissement simple 4,9 ans

Pendant la première année de fonctionnement, des changements ont été apportés aux paramètres de contrôle. Il a été estimé que l’efficacité globale saisonnière des chaudières à condensation oscille entre 87 % et 93 %, selon la température de retour de l’eau de chauffage. La conversion du réseau de chauffage à débit variable et l’optimisation des algorithmes ont permis d’augmenter de 3 % cette efficacité.

Le nouveau design de la chaufferie aura permis de réaliser des économies d’énergie à la suite d’une revue en détail du fonctionnement de celle-ci.

Natalie Saucier, ing.
Conseillère technique
Groupe DATECH

Merci à Christian Lapointe, ing.,Teknika HBA, pour sa collaboration à la rédaction de cet article.