Intégration des énergies renouvelables à la ferme - Biocarburants solides

Vous êtes ici: Technologies >> Bioénergie - Combustion >> Biocarburants solides - Chaudières centraux

Biocarburants solides - Chaudières centraux

Générateurs de chaleur et chaudières au bois centraux et chaudières à copeaux/granules de bois

Le présent feuillet de renseignements traite des générateurs de chaleur et des chaudières au bois centraux devant être installés à l'intérieur de la maison. Ceux-ci chauffent habituellement la maison grâce à un système centralisé de distribution de la chaleur - des conduits d'air chaud et des registres d'air, dans le cas d'un générateur de chaleur, et des tuyaux et des radiateurs/convecteurs, dans le cas d'une chaudière. Ces appareils peuvent servir à un large éventail d'applications résidentielles et commerciales.

La plupart des générateurs de chaleur et des chaudières alimentés au bois de chauffage peuvent produire des quantités importantes d'émissions polluantes et de dépôts de créosote et sont peu efficaces.

Au contraire, les chaudières alimentées automatiquement aux copeaux ou aux granules de bois produisent peu d'émissions et sont plus efficaces.

Situation actuelle :

Le chauffage central au moyen de générateurs de chaleur et de chaudières alimentés au bois est beaucoup plus rare qu'il y a 25 ans, et ce, pour trois raisons principales :

L'arrivée sur le marché de poêles à bois étanches plus efficaces;
Le fait que la technologie des générateurs de chaleur et des chaudières à combustion n'a généralement pas été adaptée en fonction des nouvelles générations de poêles à bois à combustion évoluée et, par conséquent, leur taux d'émissions de polluants est toujours élevé, la créosote peut encrasser la cheminée et causer des feux et leur efficacité est habituellement faible;
Les maisons sont de plus en plus écoénergétiques et faciles à chauffer à l'aide des poêles à bois et des foyers qui permettent également d'admirer le feu.

Pour être en mesure de chauffer la maison au complet, il faut aussi pouvoir alimenter l'appareil de manière à ce qu'il chauffe pendant de plus longues périodes, ce qui nécessité habituellement un foyer de grandes chambres de combustion.

Il existe également des systèmes automatisés qui brûlent des copeaux, de la sciure ou des granules de bois. En raison du degré de sophistication relatif de ces systèmes et de la faible demande, les fabricants à la fois expérimentés et compétents sont peu nombreux. Même si le rendement de ces systèmes, en matière d'efficacité et d'émissions, peut rivaliser avec les systèmes classiques au mazout et au gaz, et en dépit de leurs longues périodes de fonctionnement sans être alimentés, ceux-ci présentent des lacunes telles que le coût et la complexité accrue, la difficulté potentielle à s'approvisionner en combustible, la nécessité de disposer d'un espace de rangement du combustible relativement spacieux, les problèmes d'alimentation potentiels et la nécessité pour l'utilisateur d'intervenir.

Défis techniques :

Il n'existe actuellement aucune méthode d'essai uniformisée pour mesurer les émissions ou l'efficacité de ces appareils ou, en raison de la réglementation en place concernant le rendement, il est difficile pour les fabricants de créer un produit à rendement élevé ou pour les consommateurs de déterminer quels sont les meilleurs appareils sur le marché. Comme pour le moment on peut produire de l'information sur le rendement en utilisant un large éventail de protocoles d'essai, il est difficile d'effectuer des comparaisons significatives entre ces appareils. Aux États-Unis, on travaille présentement à la création d'un protocole d'essai qui permettra d'uniformiser l'exécution des essais et donc la présentation de l'information sur le rendement. L'EPA pourrait adopter ce protocole.

Les générateurs de chaleur et les chaudières au bois possèdent de grandes chambres de combustion pour allonger les intervalles entre les ravitaillement. Lorsque l'on prend en considération l'importante variation dans la demande de chaleur au cours de la saison de chauffage, très souvent la plupart de ces appareils fonctionnent à bas régime presque tout le temps. Chaque fois que le thermostat fait démarrer le chauffage, il se produit une autre poussée d'émissions pendant que la combustion se stabilise; de même, chaque fois que le thermostat interrompt le chauffage, il se produit une autre poussée pendant que l'entrée d'air se ferme. Les fabricants doivent donc créer des appareils qui brûlent proprement, en émettant un minimum de fumée et d'émissions, dans des conditions de charge cyclique. Ce problème s'avère particulièrement difficile pour les chaudières. Pour contrer ce problème, certaines chaudières fonctionnent à une allure de chauffe très élevée pendant une période prolongée, et l'excès de chaleur produite après que la demande de chaleur est satisfaite est stockée dans un gros réservoir bien isolé en vue de son utilisation la prochaine fois que le thermostat fera démarrer le chauffage, plutôt que de faire fonctionner la chaudière pendant un « cycle court ».

Le principal problème de fonctionnement des systèmes à copeaux réside dans le blocage dans le système de distribution des copeaux hors format. Ce problème s'atténue lorsque des copeaux de bonne qualité sont utilisés, mais ceux-ci coûtent plus cher à produire et donc à l'achat. Plus le système est petit, plus ce problème s'avère critique, ce qui a tendance à limiter la taille minimale des systèmes à copeaux aux systèmes capable de chauffer deux structures ou plus de la taille d'un logement. Même si le blocage du système de distribution du combustible n'est pas aussi problématique pour les systèmes à granules, il n'en reste pas moins que la production de combustible à un coût suffisamment bas pour en rendre l'utilisation attrayante sur le plan du coût constitue un problème externe.

Combustible :

Les systèmes fonctionnant au bois de chauffage offrent la possibilité d'utiliser le combustible produit sur la ferme, parfois des déchets de bois provenant de l'entretien de clôtures ou d'activités d'aménagement du boisé de la ferme, ce qui peut réduire les coûts du combustible comparativement aux sources de chauffage classiques. La plupart des fermes possèdent déjà l'équipement requis pour la production de bois de chauffage (scie mécanique, hache/maillet, fendeuse mécanique, treuil de débardage, etc.), ou elles peuvent l'obtenir à un coût raisonnable. De plus, les techniques de récolte et de préparation sont simples.

Il existe de nombreux vendeurs de bois de chauffage, entre autres parfois les grands centres de rénovations. Habituellement, les vendeurs de bois de chauffage sont annoncés dans les pages jaunes locales ou dans les journaux locaux. L'unité de mesure officielle d'une corde de bois de chauffage est 1,2 x 2,4 x 1,2 m. Vous achetez du bois de chauffage? Gare aux… embûches!, une publication du gouvernement du Canada que l'on peut se procurer à ses points de vente ou en ligne, à l'adresse http://publications.gc.ca, contient de l'information utile qui aidera les utilisateurs à se renseigner sur le bois de chauffage.

Les systèmes à copeaux de bois peuvent profiter des petites tiges et branches d'arbres qui sont souvent rejetées comme bois de chauffage et qui doivent donc être réduites en copeaux pour servir de combustible. Les déchiqueteuses ont tendance à produire des copeaux de différentes tailles, ce qui bloque souvent les systèmes d'alimentation en combustible et le coût d'une déchiqueteuse convenable est souvent élevé.

De nombreuses sources de combustible, y compris les déchets ligneux, peuvent convenir à la production de granules. Même si les poêles à granules exigent des granules de première qualité fabriquées à partir de déchets de qualité, les gros systèmes peuvent souvent fonctionner au moyen de granules de bois de frêne ou de qualité industrielle qui coûtent moins cher. Les résidus de récolte pourraient aussi servir à la production de granules et il vaut la même d'étudier cette possibilité dans les régions où ces débris végétaux sont disponibles. La production de granules à l'échelle artisanale ne constitue pas une solution réaliste pour pratiquement tous les utilisateurs potentiels.

On peut acheter des granules en sacs dans la plupart des centres de rénovations ou auprès des coopératives agricoles. Ces sacs sont offerts en divers formats, le plus courant étant le sac de 18,1 kg (40 lb) qui coûte entre 4 $ et 6 $. On peut aussi acheter ces sacs en grosses quantités ou à la palette. Les coopératives agricoles offrent les granules de maïs ou le maïs en grains.

La quantité de combustible requise ainsi que le coût dépendent de la taille du système, de son efficacité et de la charge de chauffage.

Au moment de sa récolte, le bois peut avoir une haute teneur en eau (jusqu'à 60 % ou plus). Il faut le laisser sécher à l'air libre pendant au moins un été avant de le brûler. Sinon, presque toute l'énergie du bois sert à faire bouillir l'eau, la combustion est mauvaise et les émissions et l'encrassage à la créosote sont très élevés.
La teneur énergétique des diverses essences de bois de chauffage varie énormément d'une essence à l'autre, les essences de bois les plus denses (chêne, érable à sucre, hêtre) offrant ~ 30 GJ/la corde, les essences de bois de densité moyenne (bouleau, frêne, mélèze) présentant ~25 GJ/la corde, et les essences de bois tendre (peuplier, épinette, pin) ayant ~ 18 GJ/la corde. Le tableau 1 indique la teneur énergétique des diverses essences de bois.

Il convient de noter qu'il faut une aire d'entreposage désignée pour protéger le bois de chauffage, les copeaux et les granules contre la contamination par la saleté et pour contrôler la teneur en humidité.

Mazout	Teneur 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 : Teneur énergétique du bois et des granules

Sélection de l'unité :

La plupart des générateurs de chaleur et des chaudières centraux au bois de chauffage que l'on trouve sur le marché se situent dans la plage de 30 à 100 kW. Même si les chaudières au bois peuvent fonctionner de façon autonome, les systèmes combinés bois-mazout, bois-électricité et générateurs de chaleur d'appoint certifiés combinés avec les chaudières classiques existantes sont les plus courants. Dans le cas des unités combinées, les commandes et les conduits des systèmes sont reliés et les deux sources d'énergie partagent le même système de distribution de la chaleur. Un générateur de chaleur d'appoint peut partager la cheminée avec la chaudière au mazout, à condition que celle-ci soit certifiée pour le chauffage au bois.
Tous les générateurs de chaleur et les chaudières au bois doivent être certifiés et respecter la norme de sécurité CSA B366. Les détails concernant l'installation sont déterminés pendant la certification et sont indiqués dans les directives du fabricant du produit.
Dans le cas des chaudières à bois, en particulier, la certification comporte des exigences concernant le dégagement du plénum et des conduits par rapport aux matériaux combustibles, lequel est généralement plus élevé pour les chaudières au mazout ou au gaz.
Au moment de comparer des unités pendant le processus de sélection, il est très important de s'assurer que le combustible utilisé et la charge calorifique sont semblables à ceux qui sont envisagés pour la nouvelle installation, car ceux-ci auront beaucoup d'impact sur le fonctionnement. Même s'il n'existe pas de méthode uniformisée d'essai pour le moment, la majorité des appareils sur le marché sont considérés moins efficaces que des appareils de chauffage classiques, en raison de la combustion inefficace et des pertes dans la distribution de chaleur.

Le bois peut s'avérer un combustible très difficile à brûler proprement et efficacement; les utilisateurs doivent donc être prêts à consacrer temps et efforts à la sélection et à l'utilisation appropriées de ce type d'appareils, afin d'en assurer un fonctionnement sûr et peu polluant.

Pour les raisons suivantes, de nombreux générateurs de chaleur et chaudières centraux créent des quantités importantes de fumée, d'émissions polluantes et de créosote lorsqu'ils sont utilisés :

Ils ne sont pas dotés des caractéristiques internes évoluées favorisant la combustion complète que comportent désormais les poêles à bois bien conçus.
Leur grosse chambre de combustion facilite l'utilisation de grosses bûches non fendues et encore humides qui ne brûlent pas efficacement.
L'utilisateur ne brûle pas du bois séché à l'air fendu correctement.
Les unités choisies sont souvent trop grosses pour la charge de chaleur requise; en conséquence, celles-ci fonctionnent à feu couvant pendant la plus grande partie de la saison de chauffage, ce qui produit des quantités élevées d'émissions de fumée.
En raison de leur cycle marche-arrêt, la combustion excessive peut s'avérer une grande source de pollution par la créosote.
Lorsqu'une chaudière au bois est utilisée pour chauffer l'eau domestique en dehors de la saison de chauffage (ce qui n'est généralement pas recommandé), le feu peut couver pendant de longues périodes lorsqu'il ne sert pas à chauffer l'eau durant les mois d'été.
En outre, si la maison est bien isolée (c.-à-d. étanche à l'air) et qu'elle est dotée d'autres appareils d'échappement d'air, par exemple une sécheuse, des ventilateurs de cuisine et de salles de bain, le faible courant d'air pendant que l'appareil fonctionne à feu couvert peut être dominé et les polluants (y compris le monoxyde de carbone) peuvent se répandre dans la maison, ce qui engendrera des problèmes de santé graves pour les occupants.

Jusqu'à un certain point, les problèmes ci-dessus peuvent être atténués par l'adoption de pratiques de chauffage intelligentes, par exemple :

Faire de petits feux vifs.
Alimenter l'appareil régulièrement en bois bien sec fendu correctement.
S'assurer que l'appareil n'est pas surchargé et que la circulation de l'air se fait à l'intérieur de la chambre de combustion.
Ne jamais brûler d'ordures, de plastiques, de carton, de contreplaqué ou de bois peint ou traité, car ceux-ci dégagent des produits chimiques toxiques.

L'avenir :

Au Canada, il n'existe pas de norme nationale concernant les émissions causées par les appareils de chauffage centraux au bois. Certains fabricants sont conscients des préoccupations que suscitent leurs produits et ont consacré énormément de ressources au règlement de celles-ci. Pour que les appareils de chauffage au bois soient mieux acceptés, il est essentiel que :

soient élaborées des normes pour mesurer les émissions et l'efficacité de tous les types de générateurs de chaleur et de chaudières au bois;
soit fixé le maximum acceptable d'émissions de polluants jugés critiques;
soit interdite la vente d'appareils dont le niveau d'émissions est inacceptable;
soient éliminés les appareils ayant des niveaux d'émissions inacceptables.

Les systèmes à copeaux de bois que l'on trouve actuellement sur le marché offrent des niveaux de rendement très élevés. Le manque de publicité, l'absence de normes permettant aux fabricants de démontrer le rendement de leurs produits et le fait que cette technologie ne soit pas reconnue et recommandée constituent les principaux obstacles à la croissance de leur popularité.

Les systèmes à granules présentent tous les avantages des systèmes à copeaux de bois, en plus de comporter moins de problèmes d'alimentation en combustible. Cependant, ces systèmes sont également aux prises avec un bon nombre des problèmes mentionnés ci-dessus. À condition que les fournisseurs de granules continuent à améliorer leur produit et à maintenir la stabilité relative du prix, en dépit de l'augmentation du prix des combustibles classiques, ces systèmes vont sans doute être acceptés de plus en plus.