Chaudière à granulés, quelle puissance choisir sans la surdimensionner

Un dimensionnement correct des installations de chauffage, c’est-à-dire le choix de leur puissance, est essentiel pour assurer leur fiabilité et leur performance.¹ La performance énergétique des installations de chaudière à granulés de bois dépend en grande partie du bon dimensionnement de la chaudière.²

Le surdimensionnement

Un mauvais dimensionnement peut conduire à une dégradation du rendement de combustion, accompagnée d’une augmentation des émissions de polluants. En cas de fort surdimensionnement, les phases de mise en marche et d’arrêt se multiplient. Ce fonctionnement sollicite beaucoup les mécanismes de régulation et accélère leur usure. Chaque mise en marche ou arrêt augmente aussi les pertes par la chaleur des fumées et par les imbrûlés gazeux, les gaz qui sortent sans avoir brûlé. La répétition des cycles d’allumage est néfaste pour la durabilité des chaudières, en particulier des chaudières faiblement modulantes.²

Les chaudières à granulés sont réputées pour leur modulation de combustion, leur capacité à faire varier leur puissance. Mais cette régulation est plus limitée que sur les chaudières fioul ou gaz. Leur rendement diminue quand elles tournent en dessous de leur pleine puissance, et plus encore sous un seuil de modulation, par exemple 30 %. Il faut donc s’interdire de surdimensionner, sans oublier qu’un surdimensionnement signifie aussi un surcoût sensible.³

Une chaudière biomasse peut fonctionner entre 30 et 100 % de sa puissance maximale. Une chaudière correctement dimensionnée fonctionnera à pleine puissance environ 2 000 heures par an.⁴

Le sous-dimensionnement

Si la puissance est sous-évaluée, les temps de fonctionnement s’allongent, ce qui favorise l’usure prématurée du matériel et réduit le confort des occupants.² Il faut aussi s’interdire de sous-dimensionner pour pouvoir répondre aux besoins de confort lors des pointes de froid. Ce serait un cas de litige que le client pourrait défendre en justice.³

Les déperditions thermiques

La puissance d’une chaudière à granulés dépend des besoins de chauffage et d’eau chaude sanitaire du logement. Le besoin de chauffage est directement lié aux déperditions thermiques, la chaleur que le logement perd. Le besoin d’eau chaude dépend surtout du nombre d’occupants. Les déperditions se calculent selon la norme NF EN 12831-1. Elles sont de quatre sortes. Les déperditions surfaciques passent à travers les parois (murs, fenêtres, portes, toit, plancher), et les déperditions linéiques par les jonctions entre les parois. S’y ajoutent les déperditions par renouvellement d’air et par les infiltrations.²

Ces déperditions sont calculées à des températures de base conventionnelles. À l’intérieur, en général 19 °C pour un logement. À l’extérieur, la température la plus basse constatée au minimum cinq jours dans l’année sur une période de trente ans, qui dépend donc du département.¹ La température extérieure de base du lieu est définie dans le complément national à la norme NF EN 12831, référencé NF P 52-612/CN. Des corrections sont à apporter en fonction de l’altitude du lieu considéré.² Plusieurs méthodes, plus ou moins simplifiées, sont utilisées par la profession, et il est conseillé de les recouper pour s’assurer de la fiabilité des résultats.¹

Lors d’une rénovation, l’isolation, le traitement des infiltrations d’air ou le remplacement des fenêtres peuvent réduire les déperditions par rapport à l’état d’avant rénovation. Il faut en tenir compte pour estimer la puissance de la chaudière.²

Pour une installation conçue uniquement pour le chauffage, la puissance de la chaudière à granulés de bois doit être égale ou légèrement supérieure aux déperditions thermiques du logement. La chaudière exploitera ainsi pleinement sa plage de modulation pendant la saison de chauffe. Dans une maison individuelle rénovée, l’installation peut aussi produire l’eau chaude sanitaire. La puissance de la chaudière doit alors également être égale ou légèrement supérieure aux déperditions thermiques du logement. Il n’est pas nécessaire de surdimensionner l’appareil pour assurer la production d’eau chaude sanitaire.²

Exemple. Une maison individuelle rénovée située dans le Maine-et-Loire est équipée d’une chaudière à granulés. La maison est installée à une altitude de 120 mètres. Le logement est occupé par une famille de quatre personnes. Après calcul selon la norme, son coefficient de transfert thermique, la chaleur perdue par degré d’écart avec l’extérieur, est estimé à 420 W/K. La température intérieure de confort est de 20 °C, la température extérieure de base du département de −7 °C. La charge thermique, la puissance à fournir par grand froid, vaut 420 × 27, soit 11 340 W. La puissance de la chaudière doit donc être égale ou légèrement supérieure à 11 kW.²

La charge partielle

Le dimensionnement est réalisé pour des conditions extrêmes, rencontrées très rarement et pendant de courtes durées. Durant la majorité de l’année, la chaudière fonctionne donc à charge partielle, sous sa pleine puissance.²

Pour les chaudières à combustible solide à alimentation automatique, l’efficacité énergétique saisonnière est une moyenne pondérée. Elle combine l’efficacité utile à la puissance thermique nominale, c’est-à-dire à pleine puissance, et l’efficacité utile à 30 % de cette puissance. Elle est calculée ainsi, ηson = 0,85 × ηp + 0,15 × ηn, où ηp est l’efficacité utile à 30 % de la puissance thermique nominale.⁵

Le ballon d’hydro-accumulation

Un ballon d’hydro-accumulation, une réserve d’eau chaude, n’est généralement pas nécessaire avec une chaudière à granulés. La chaudière module en effet sa puissance, et elle s’arrête rapidement. Il permet néanmoins d’allonger les cycles de fonctionnement et ainsi de diminuer le nombre d’allumages, la consommation électrique et l’usure de l’allumeur. Les fournisseurs le proposent en option, en 200 ou 300 litres.³

Il est recommandé avec un plancher chauffant basse température, une chaudière faiblement modulante ou une chaudière surdimensionnée. Le volume d’eau supplémentaire augmente l’inertie de l’installation, sa capacité à garder la chaleur, ce qui réduit le nombre de cycles tout en allongeant leur durée. Le rendement de combustion s’améliore et les pertes à l’arrêt diminuent.²

En l’absence de recommandations du fabricant, il est possible de se reporter à la règle suivante. Le volume minimal du ballon, en litres, est égal à 50 × la puissance nominale de la chaudière en kW × le facteur de modulation de puissance de la chaudière. Une chaudière de 12 kW de puissance nominale dispose d’une puissance de fonctionnement minimale de 3,6 kW. Son facteur de modulation vaut donc 30 %. Le volume minimal du ballon d’hydro-accumulation doit donc être de 180 litres.²

La note de dimensionnement et les contrôles

Le dimensionnement d’un appareil de chauffage ne dépend pas d’une réglementation, mais des règles de l’art et de la responsabilité du professionnel. Depuis la mise en place des certificats d’économies d’énergie (CEE), des contrôles vérifient le bon dimensionnement. Ils s’appuient sur la note établie par le professionnel et remise au bénéficiaire. La responsabilité de l’entreprise peut être engagée en cas de mauvais dimensionnement, au titre des garanties légales et de ses engagements. Elle ne peut s’en exonérer qu’en prouvant que les données fournies par le client étaient erronées et qu’elle ne pouvait pas les vérifier.¹

Pour une chaudière biomasse individuelle financée par la prime CEE, l’arrêté du 28 septembre 2021 fixe les critères qui font classer l’opération « non satisfaisant ». Parmi eux, trois portent sur le dimensionnement.

• Il est constaté l’absence d’une note de dimensionnement (bureau d’étude, logiciel, ratio) remise au bénéficiaire et le bénéficiaire atteste par écrit ne pas avoir reçu cette note.
• La chaudière ne couvre pas la totalité des besoins de chauffage des surfaces chauffées.
• La puissance (ou plage de puissance, si modulant) de l’appareil est manifestement surdimensionnée par rapport aux pièces à chauffer, au vu de la note de dimensionnement.⁶

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