Intégration des énergies renouvelables à la ferme - Chaudières à bois extérieures

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Chaudières à bois extérieures

Cette note porte sur les chaudières destinées à être installées à l'extérieur ou dans un bâtiment prévu à cet effet et séparé des structures à chauffer. Elles servent habituellement à chauffer des locaux ou l'eau à usage domestique et peuvent être utilisées pour diverses applications commerciales et industrielles à petite échelle.

L'eau chauffée par la chaudière est pompée par un tuyau souterrain vers les bâtiments. À partir de là, l'eau chaude passe par un échangeur de chaleur qui transmet celle-ci à un mouvement d'air forcé, ou est distribuée en divers endroits pour fournir de la chaleur à des plinthes chauffantes, à des bouches murales ou par des serpentins de chauffage intégrés dans le plancher avant d'être réacheminée vers la chaudière par un second tuyau souterrain en vue d'être chauffée de nouveau.

Les chaudières extérieures aux bois de chauffage produisent habituellement des niveaux très élevés de polluants et sont peu efficaces.

Cependant, les chaudières équipées de système d'alimentation automatique en copeaux ou en granules peuvent produire moins d'émissions polluantes et être plus efficaces.

État actuel :

Les chaudières extérieures comportent habituellement un type de protection contre les intempéries et un système de ventilation plutôt court. Des tuyaux isolés transportent l'eau chaude vers les bâtiments à proximité de la chaudière où la chaleur est fournie directement pour chauffer l'eau à usage domestique ou passe dans un échangeur d'air pour chauffer les bâtiments. Le besoin d'aller à l'extérieur pour alimenter la chaudière met l'accent sur la longueur du temps de combustion et donc sur la taille imposante des chambres de combustion. Il s'ensuit souvent une mauvaise combustion. Les fabricants possèdent toute une gamme d'appareils de taille et d'efficacité différentes.

On trouve souvent des chaudières extérieures qui utilisent du bois de chauffage ordinaire dans les régions rurales. Cependant, leurs taux d'émissions sont habituellement élevés, ce qui fait en sorte que leur utilisation est mal vue, au point d'être très réglementée, voire interdite dans certaines régions d'Amérique du Nord. De nombreux fabricants travaillent à la conception de systèmes améliorés et de protocoles d'essai pour améliorer grandement leurs produits et démontrer les progrès réalisés.

Il existe aussi des systèmes automatisés qui utilisent des copeaux, de la sciure ou des granules de bois. Leur conception assez évoluée, combinée avec une faible demande, fait en sorte qu'il y a peu de fabricants sur le marché. Ceux-ci ont tendance à utiliser des systèmes dont l'efficacité a été démontrée. Même si ces systèmes peuvent offrir une efficacité et un rendement en matière d'émissions comparables aux systèmes à mazout ou à gaz traditionnels, et qu'ils peuvent fonctionner pendant de longues périodes sans être alimentés, ils comportent aussi des désavantages, notamment le coût et la complexité de la technologie, la difficulté à trouver du combustible et l'intervention du propriétaire.

Défis techniques :

Pour le moment, il n'existe pas de méthodes normalisées pour déterminer les émissions produites par ces systèmes ou l'efficacité de ceux-ci, ni de normes quant à leur rendement. Il est donc très difficile pour les fabricants d'améliorer leurs produits et pour les consommateurs de savoir quels sont les meilleurs appareils sur le marché. Actuellement, le rendement est mesuré en utilisant une vaste gamme de protocoles d'essai, ce qui ne facilite pas les comparaisons entre les appareils. Aux États-Unis, un protocole d'essai, qui pourrait être adopté par l'EPA, est en cours d'élaboration afin de normaliser la façon dont le rendement est rapporté.

Les chaudières extérieures possèdent de grandes chambres de combustion pour allonger les intervalles entre les ravitaillements. Étant donné que les demandes en chauffage varient grandement selon les saisons, un grand nombre d'appareils fonctionnent à bas régime la plupart du temps. Les fabricants doivent concevoir des appareils qui brûlent leur combustible de manière propre et qui produisent un minimum de fumée et d'émissions dans ces conditions.

Le problème le plus important que connaissent les systèmes à copeaux est le fait que leurs systèmes d'alimentation sont souvent bloqués par les copeaux de tailles diverses. Ce problème peut être réglé en se procurant des copeaux de meilleure qualité; cependant, leur coût de fabrication et d'achat est plus élevé. Plus le système est petit, plus le problème est important, ce qui a tendance à restreindre la taille minimale des systèmes à copeaux à celle d'appareils pouvant chauffer deux habitations ou plus. Même si ce problème est moins important en ce qui concerne les systèmes à granules, il existe un défi externe à relever lié à la production de combustible à un prix suffisamment bas pour rendre les coûts de fonctionnement concurrentiels.

Combustible :

Les systèmes qui utilisent le bois de chauffage offrent des perspectives de recourir à du combustible fabriqué à partir des déchets produits sur la ferme, souvent à partir de déchets de bois provenant de l'entretien des clôtures ou des activités de gestion des boisés, ce qui diminuerait les coûts du combustible par rapport aux sources de chauffage traditionnelles. L'équipement nécessaire pour de traitement du bois de chauffage se trouve déjà sur la plupart de fermes ou peut être acheté à un prix raisonnable. De plus, la récole et les techniques de préparation du combustible sont simples.

Le bois de chauffage peut être acheté des revendeurs dont les noms se trouvent dans les pages jaunes. L'unité de mesure officielle est la corde, qui mesure 1,2 m sur 2,4 m sur 1,2 m. Vous achetez du bois de chauffage? Gare aux… embûches? est une brochure publiée par le gouvernement du Canada disponible dans ses différents bureaux ou en ligne à l'adresse http://publications.gc.ca. Elle contient des renseignements utiles pour aider les opérateurs à se familiariser avec la façon de commander du bois de chauffage.

Les systèmes à copeaux permettent d'utiliser le bois de tige et les branches de plus petite taille souvent rejetés comme bois de chauffage, mais nécessitent l'utilisation d'une déchiqueteuse pour préparer le combustible. Les déchiqueteuses de base ont tendance à produire des copeaux de taille variable, ce qui fait en sorte que les systèmes d'alimentation sont souvent bloqués. Par conséquent, le prix d'une déchiqueteuse appropriée à l'utilisation qui en sera faite est souvent important.

Un grand nombre de matières premières, habituellement des déchets ligneux, peuvent être utilisées pour fabriquer des granules. Même si les poêles à granules nécessitent des granules de première qualité fabriquées à partir de déchets de qualité, les systèmes de grande taille peuvent souvent fonctionner à partir de granules industrielles ou des granules de bois à fort contenu en cendres offertes à un coût réduit. L'utilisation des débris végétaux pour la production de granules démontre du potentiel et justifie qu'on s'y attarde dans les régions où ces débris sont disponibles. La fabrication de granules à l'interne n'est pas une solution réaliste pour la plupart des utilisateurs potentiels.

Des sacs de granules de bois peuvent être achetés dans les rayons des articles saisonniers des centres de rénovation ou auprès des coopératives agricoles. Ces sacs sont de diverses tailles, la plus commune est de 18,1 kg (40 lb), et leur coût est de 4 à 6 $. Les granules de maïs et le maïs en grains peuvent être achetés dans les coopératives agricoles.

La quantité de combustible nécessaire et le coût seront déterminés selon la taille du système, son efficacité et la charge de chauffage. Le tableau 1 présente le contenu énergétique des différents types de bois. Un espace doit être prévu pour l'entreposage du bois de chauffage, des copeaux et des granules de manière à ce que le combustible ne soit pas contaminé par la saleté et pour en contrôler l'humidité.

Combustible	Contenu énergétique
Bois dur (séché à l'air)	30 600 MJ/corde
Bois tendre (séché à l'air)	18 700 MJ/corde
Bois dur mélangé (séché à l'air)	25 000 MJ/corde
Granules de bois	19 800 MJ/tonne

Tableau 1 : Contenu énergétique du bois et des granules

Gamme de modèles :

Les systèmes de chaudières extérieures à alimentation manuelle vendus sur le marché ont une puissance oscillant entre 50 et 280 kW. Ils sont surtout vendus en milieu rural, mais sont aussi utilisés dans des bâtiments commerciaux et des entrepôts. Les unités préfabriquées sont livrées au client avec des systèmes d'abri et de distribution d'eau. L'unité est installée à l'écart du bâtiment à chauffer, ce qui permet d'entreposer le combustible non loin et élimine tout risque d'incendie du bâtiment. La chambre de combustion, qui est relativement étanche, est alimentée manuellement en bois massif. Une chemise d'eau chaude intégrée assure le transfert de la chaleur au système de distribution. Un dispositif de commande de l'admission d'air règle le dégagement de chaleur. L'élimination des cendres est manuelle et le tirant, naturel. Selon les estimations, le coût de l'installation est faible et tourne autour de 100 $/kW, ce qui est comparable aux systèmes utilisant du combustible classique.

Au moment du processus de sélection, il est très important de s'assurer que le combustible utilisé et la charge calorifique sont similaires à ce qui est envisagé pour la nouvelle installation, car ces deux éléments auront des répercussions importantes sur le fonctionnement du système. Même s'il n'existe pas de méthodes d'essai de rendement normalisées, la majorité des appareils sur le marché sont considérés comme étant moins efficaces que d'autres sources de chauffage traditionnelles similaires en raison de la combustion inefficace et des pertes de transport.
Il peut être difficile de brûler le bois de manière propre et efficace et les utilisateurs finaux doivent être prêts à consacrer temps et énergie à la sélection et au fonctionnement de ce type d'appareils pour s'assurer qu'il fonctionne de manière sécuritaire et qu'il pollue le moins possible. Certaines chaudières extérieures produisent tellement de fumée et de pollution de l'air que de nombreuses municipalités rurales au Canada envisagent de les interdire ou ont entamé des démarches en ce sens. Les émissions ne font habituellement pas l'objet de mesures antipollution et peuvent parfois atteindre des niveaux inacceptables en raison de facteurs comme :

un possible degré élevé d´humidité des fragments de bois utilisés comme combustible;
des conditions de combustion très variables dues à l'alimentation discontinue en combustible combinée avec le réglage manuel de l'admission d'air;
une combustion incomplète causée par une chemise à circulation d´eau.

La plupart des chaudières extérieures produisent beaucoup de fumée pour les raisons suivantes :

elles ne comportent pas les éléments internes permettant une combustion totale,
les surfaces relativement froides de la chaudière étouffent les flammes;
leur grosse chambre de combustion encourage l'utilisation de gros morceaux de bois de chauffage non fendus et non séchés qui brûlent inefficacement;
les modèles choisis sont souvent trop gros par rapport à la charge calorifique, ce qui donne un feu couvant;
leur cycle de fonctionnement marche-arrêt entraîne une combustion excessive qui occasionne une importante pollution par la créosote;
elles produisent un feu couvant pendant de longues périodes quand elles sont utilisées pour la production d'eau chaude destinée à la maison pendant l'été.

Même si la fumée générée peut gêner les voisins et être une source de problèmes de santé importants pour les propriétaires du système de chauffage au bois, elle peut être contrôlée en prenant de simples précautions, notamment :

Maintenir le feu petit et chaud
Alimenter le feu régulièrement avec du vieux bois sec qui a été fendu de manière approprié
S'assurer que le système n'est pas surchargé et que l'air circule suffisamment à l'intérieur de la chambre de combustion
Il ne faut jamais brûler des déchets, du plastique, des panneaux de particules, du contreplaqué ou du bois traité, car ils contiennent des produits toxiques qui seraient relâchés dans la pièce.

L'avenir :

Au Canada, il n'existe pas de normes nationales en matière d'émissions pour les appareils de chauffage au bois, sauf en Colombie-Britannique. De nombreux fabricants sont bien au courant des préoccupations relatives à leur produits et consacrent des ressources considérables pour remédier à la situation. Les éléments suivants sont essentiels à une plus grande acceptation du chauffage au bois :

établissement de normes relatives aux émissions et à l'efficacité de tous les types de chaudières au bois;
établissement de taux maximum d'émissions concernant les polluants critiques;
interdiction des appareils qui produisent des niveaux inacceptables d'émissions;
retrait des appareils existants qui produisent des niveaux inacceptables d'émissions.

Il n'existe pas de raisons techniques empêchant la conception de chaudières à bois extérieures à très faibles émissions. Des méthodes d'essai relatives aux émissions et à l'efficacité et une meilleure réglementation devraient aider les consommateurs à déterminer quels sont les appareils les plus performants et permettre aux fabricants d'améliorer leurs produits. Lorsque cela se produira, la mauvaise image qu'ont ces produits sera totalement modifiée.

Les systèmes à copeaux offrent des rendements très élevés. Un manque de publicité, l'absence de normes permettant aux fabricants de démontrer la performance de leurs produits et l'incapacité à reconnaître cette technologie et à en faire la promotion sont les principaux obstacles qui empêchent la croissance dans ce domaine.

Les systèmes à granules possèdent tous les avantages des systèmes à copeaux et moins de problèmes relatifs au combustible. Cependant, ils doivent relever un grand nombre des défis mentionnés ci-dessus. Comme la disponibilité du combustible continue de s'améliorer et que le coût du carburant traditionnel continuent d'augmenter, la popularité de ces systèmes ira en croissant.