Dossier | Optimiser la production et le stockage pour le chauffage et l'eau chaude sanitaire

Aspects environnementaux

Bilan en énergie primaire et en CO2

La production d'eau chaude pouvant être intégralement assurée par l'appoint, la motivation de l'utilisateur est souvent pour partie d'ordre économique (économiser du combustible) et pour partie environnementale (réduire ses émissions de CO 2 ).

Chauffage

Cogénération

Pour une cogénération au gaz, deux formes d'énergie ne sont pas équivalentes d'un point de vue énergétique. L'électricité est totalement convertible en d'autres formes d'énergie et possède donc une grande qualité.

Si nous additionnons le rendement électrique (p.ex. 35 %) et le rendement thermique (p.ex. 53 %), nous arrivons à 86 %. Cela ne semble pas beaucoup. Toutefois, le rendement électrique peut se comparer au rendement de la production d'électricité dans une centrale électrique. La figure ci-dessous le montre clairement :

  • Une cogénération au gaz naturel avec un rendement électrique de 35 % et un rendement thermique de 53 % consomme 1000 kWh d'énergie primaire.
  • Une des meilleures centrales électriques (STEG), avec un rendement de 55 %, consomme 636 kWh d'énergie primaire. Une très bonne chaudière avec un rendement saisonnier de 90 % consomme 589 kWh d'énergie primaire. Ce qui fait un total de 1225 kWh d'énergie primaire.
  • Cette comparaison démontre clairement une économie d'énergie primaire pour les mêmes quantités d'électricité et de chaleur produites. 1225 -1000 kWh = 225 kWh (ou 18 % d'économie par rapport à la consommation d'énergie primaire 225/1225 = 18 %)

Consommation d'énergie : PAC / production séparée

Avec les installations de cogénération, on a le choix. Une cogénération existe dans des versions fonctionnant avec des combustibles aussi bien traditionnels que non traditionnels. Une cogénération à combustible traditionnel permet de réaliser des économies d'énergie primaire par rapport à une chaudière de référence avec un rendement saisonnier de 90 % et une production électrique de référence avec un rendement de 55 %, mais utilise toujours des combustibles classiques. L'électricité produite ne peut donc pas être considérée comme de l'électricité renouvelable.

Pour que l'électricité produite par une cogénération puisse être considérée comme de l'électricité renouvelable, le combustible utilisé doit être renouvelable. Les options possibles sont la biomasse, les biocombustibles (souvent la bio-huile) et le biogaz. L'importance de l'impact positif supplémentaire sur le bilan CO2 varie selon l'origine et le processus de transformation du biocombustible. Le contrôle de l'origine du biocombustible (lieu, transformation, transport, ...) et l'impact social et/ou écologique éventuel sont deux éléments de décision déterminants. Brugel impose pour l'obtention de certificats d'électricité verte des exigences minimum concernant ces aspects (voir l'étude préalable de faisabilité et l'analyse coût-bénéfice, plus d'informations sur la bio- cogénération dans le dossier Intégrer des systèmes de production d'électricité renouvelable).

Chaudière condensation pellets

Le chauffage au bois utilise un combustible renouvelable et ne contribuant pas à l'augmentation de la concentration de CO2 dans l'atmosphère pour autant que la qualité et l'origine du bois soient assurées et que le bois soit brûlé dans de bonnes conditions de combustion.

Lors de sa combustion, la biomasse libère du CO2, un gaz à effet de serre. Mais le CO2 libéré est celui que les plantes et végétaux ont capté dans l'atmosphère durant leur croissance. Il n'y a donc pas d'émission de CO2 nouveau: la valorisation énergétique de la biomasse est neutre au niveau du CO2. On dit que le cycle du carbone est neutre ou fermé , la biomasse énergie ne participe pas au réchauffement climatique pour autant que les systèmes d'exploitations agricoles et forestiers soient durables et responsables.

Lors de la photosynthèse, les végétaux captent le CO2 dans l'atmosphère et l'utilisent, grâce à l'énergie du soleil, pour construire tous leurs composants (tiges, racines, feuilles, etc.). Lors de ce processus, de l'oxygène est libéré dans l'atmosphère.

Lors de la combustion de la biomasse, de l'oxygène est puisé dans l'atmosphère, et le CO2 stocké dans la biomasse est libéré.

Cycle neutre du carbone lors de la valorisation énergétique de la biomasse

Et si tout le monde se chauffait au bois ? Dans ce cas, on dépasserait les possibilités de gestion renouvelable des ressources. On estime généralement à 10 % la couverture possible des besoins de chauffage par du combustible bois.

La sciure qui sert à la fabrication des pellets provient d'entreprises de transformation du bois telles que les scieries, etc. On ne coupe donc pas les arbres pour produire des pellets, mais on valorise des coproduits issus de l'exploitation normale et durable des forêts. Il n'existe pas de label belge à l'heure actuelle mais la norme européenne EN14961 sur les biocombustibles solides est en cours d'approbation. Pour répondre à cette norme, les granulés devront respecter un cahier de charges strict.

Toutefois, la compression des granulés nécessite de l'énergie pour actionner les presses ainsi que pour le séchage et le broyage éventuel de la sciure. Les granulés ont donc un contenu en « énergie grise » plus important que les bûches (environ 5% : il faut apporter 228 kWh d'énergie grise – de l'électricité – pour fabriquer 5.000 kWh de pellets).

Un appartement de 100m², PEB conforme, aura une consommation d'environ 9800kWh/an pour le chauffage et l'eau chaude sanitaire. L'utilisation de 2.150 kg de pellets permettrait de remplacer environ 980 litres de mazout ou 860 m³ de gaz naturel. Cela correspondrait respectivement à éviter l'émission dans l'atmosphère d'environ 3 ou 2,1 tonnes de CO2.

PAC

Le chauffage par pompe à chaleur , à condition d'avoir un bon SPF et donc à condition d'être dans des conditions d'exploitation idéales, peut avoir un bilan d'émission de CO2 et une consommation d'énergie primaire plus favorable qu'une chaudière gaz à condensation. C'est d'autant plus intéressant que la proportion de l'énergie destinée au chauffage est plus élevée que celle destinée à la préparation d'eau chaude sanitaire. Il s'agit donc d'une technologie qui se justifie tout à fait quand on ne peut pas avoir accès au gaz.

Chaudière condensation gaz - Aérotherme à condensation
  • Parmi les systèmes fonctionnant aux combustibles fossiles, les chaudières gaz à condensation se détachent du lot : en utilisation finale, la combustion du gaz émet moins de CO2 que la combustion du fioul et la technique de la condensation permet les meilleurs rendements.
Batterie de chauffe électrique

En tant que système de production de chaleur ayant pour vecteur énergétique l'électricité, la consommation d'énergie primaire sera élevée ainsi que l'émission de CO2.

Synthèse
  • Pour fixer les idées, les valeurs suivantes correspondent à
    • des besoins nets en énergie de 25.000kWh/an
    • un rendement moyen pour la distribution, régulation et l'émission de 88% (afin de mettre en évidence le rendement de production du système de production de chauffage)
    • Chauffage basse température (type chauffage par le sol)

Bilan en énergie primaire et en CO2

Comparaison avec la chaudière gaz à condensation

Rendements de production saisonniers PCI ou SPF

Emissions*

Consommation*

kgCO2/an

gain / perte

kWh primaire** / an

gain / perte

Cogen gaz

/

0,087

+ 60 %

1,13***

-14 %

Chaudière condensation pellets

0,85

0,065

+ 70 %

1,176

- 19 %

Pompe à chaleur air

2,7

0,366

- 70 %

0,926

+ 6%

Pompe à chaleur sol (vertical)

4,2

0,235

- 10 %

0,595

+ 40%

Pompe à chaleur eaux souterraines

5

0,198

+ 8 %

0,5

+ 49%

Chaudière gaz haut rendement

0,91

0,238

- 11 %

1,099

- 11 %

Chaudière gaz à condensation

1,01

0,215

-

0,990

-

Chaudière fioul

0,91

0,336

- 57 %

1,099

- 11 %

* pour 1kWh fourni au bâtiment ; ** en tenant compte d'un rendement moyen de centrale de 38 % ; *** 9800kWh d'électricité sont également produits)

Eau chaude sanitaire

Chauffe-eau solaire

Un chauffe-eau solaire n'a pas d'impact négatif sur l'environnement lors de son utilisation et n'émet pas de gaz à effet de serre. Toutefois, ce sera le cas lors du processus de production du boiler solaire.

Accumulateur gaz - Chauffe-eau instantané

Le gaz émet moins de CO2 que le mazout ou l'électricité.

Accumulateur électrique

En tant que système de production d'eau chaude sanitaire ayant pour vecteur énergétique l'électricité, la consommation d'énergie primaire sera élevée ainsi que l'émission de CO2.

Emission de polluants atmosphériques des vecteurs énergétiques

Le tableau ci-dessous reprend les émissions de polluants atmosphériques des différents vecteurs énergétiques. On peut remarquer que par rapport aux autres sources d'énergies fossiles et de biomasse, le gaz naturel émet le moins de polluants atmosphériques.

Emission de polluants atmosphériques

Cogen huile

(TA Luft <3 MW)

Bois

Chaud.

pellets (Blaue Engel)

Poêle à pellets (Blaue Engel)

Gaz naturel

Charbon

Fuel lourd

Fuel léger

SOx (g/GJ)

0,56

20

0,5

0,5

0,5

623

885

95

NOx (g/GJ)

305

50

106

106

50

50

170

50

COV (g/GJ)

15

1 522

35

35

3

15

3

3

CO (g/GJ)

92

6 417

64

127

25

500

15

40

Poussières (g/GJ)

6

358

14

18

0

150

24

15

Dioxines (ng i-TEQ/GJ)

31

100

71

71

0

385

5

0

HAP (μg/GJ)

15 250

328 000

35 400

35 400

0

1 150

5

0

Source : ICEDD, 2010. Les 5 premières colonnes du tableau reprennent les chiffres d'une première source (Ademe/CITEPA, 2003) alors que les 3 dernières colonnes donnent les émissions attendues selon les normes (TA Luft ) et labels (Blaue Engel) allemands actuels les plus stricts.

Il est à noter que les chaudières et poêles à pellets répondant aux normes actuelles les plus strictes sont nettement plus performantes qu'anciennement mais restent préoccupantes en termes de Composé Organique Volatil COV, CO, dioxines et d'Hydrocarbure Aromatique Polycycliques HAP.

Toute installation de combustion peut émettre du CO, du SO2 et des particules fines (PM10) nocives pour la santé. Les anciens systèmes de chauffage au bois peuvent présenter une certaine nuisance au niveau environnemental. Dans les meilleures et plus récentes technologies (comme par exemple les chaudières à pellets à condensation), certaines précautions sont prises (filtre à particule, qualité du combustible, bons réglages) afin de diminuer et de tenter d'égaler des équipements de combustion classique (gaz, mazout). Des études sont en cours afin de déterminer les émissions de polluants des technologies de chauffage au bois et d'étudier l'impact sur la qualité de l'air en ville en cas de généralisation de ce mode de chauffage.

Attention, dans les bâtiments où un effort d'étanchéité à l'air a été consenti ( neuf ou rénové), il est impératif d'utiliser des poêles étanches par rapport au local où il est placé càd que l'apport d'air de combustion nécessaire pour le poêle se fasse par un conduit spécifique.

mis à jour le 27/03/2019

N° de Code : G_ENE08 - Thématiques : Energie - Composants du projet liés : Chauffage | Eau chaude sanitaire | Electricité | Energies renouvelables | Pompe à chaleur | Ventilation