Dimensionnement
Chaleur fatale

Introduction au dimensionnement de la chaleur fatale

Le dimensionnement correct d’un système de récupération de chaleur fatale est essentiel pour garantir :

• Exploitation optimale du potentiel de récupération
• Adaptation aux besoins thermiques de l’utilisateur
• Rentabilité économique (ROI < 5 ans)
• Éligibilité aux primes CEE

Un sous-dimensionnement (10-30% du potentiel non-exploité) ou un surdimensionnement (investissement inutile) compromettent la rentabilité.

Étape 1 : Quantifier la chaleur fatale disponible

Méthodes de quantification

1. Mesure directe (recommandée) :

• Installation de compteurs d’énergie thermique
• Mesure température et débit (continu ou sur période représentative)
• Incertitude : ±5-10%

2. Calcul à partir des données process :

• Bilans thermiques connus (fournitures, consommations)
• Données constructeur (machines, équipements)
• Incertitude : ±15-30%

3. Estimation basée sur références :

• Valeurs typiques du secteur (voir tableaux ci-dessous)
• Incertitude : ±25-50%

Recommandation : Toujours privilégier la mesure directe lorsque possible.

Chaleur fatale par secteur

Note : Le pourcentage récupérable dépend de la température, de la disponibilité (continu vs intermittent) et de la possibilité d’utilisation.

Calcul de la puissance thermique récupérable

Pour une source liquide : Φ = ṁ × cₚ × (T(source) - T(ref)) × ηrécup

Où :

• Φ = Puissance thermique (kW)
• ṁ = Débit massique (kg/s)
• cₚ = Chaleur massique (kJ/kg.K, eau ≈ 4.18)
• T(source) = Température source (°C)
• T(ref) = Température de rejet actuelle (°C)
• ηrécup = Rendement de récupération (0.70-0.95)

Exemple : Eau de refroidissement 50 m³/h à 85°C, rejetée à 35°C

• ṁ = 50 000 / 3600 = 13.9 kg/s
• Φ = 13.9 × 4.18 × (85-35) × 0.85 = 2 464 kW
• Chaleur récupérable : ~2.5 MW

Pour une source gazeuse (fumées) : Φ = ṁ × cₚ(air) × (T(source) - T(ref)) × ηrécup

Où cₚ(air) ≈ 1.05 kJ/kg.K pour fumées (air + vapeur d’eau)

Exemple : Fumées 5 000 kg/h à 250°C, refroidissement possible à 120°C

• ṁ = 5 000 / 3600 = 1.39 kg/s
• Φ = 1.39 × 1.05 × (250-120) × 0.75 = 142 kW

Étape 2 : Analyser les besoins thermiques

Identification des utilisateurs potentiels

Critères de compatibilité :

• Température source ≥ Température usage + ΔT(min) (10-20K)
• Disponibilité temporelle (source et utilisateur)
• Distance raisonnable (< 300 m préférentiellement)

Calcul des besoins thermiques

Préchauffage eau d’alimentation (agroalimentaire) : Φ = ṁ × cₚ × (T(nouveau) - T(ancien))

Exemple : Eau 20 m³/h à préchauffer 15°C → 75°C

• ṁ = 20 000 / 3600 = 5.56 kg/s
• Φ = 5.56 × 4.18 × (75-15) = 1 395 kW

Chauffage bâtiment : Φ = UA × ΔT

Exemple : Entrepôt 5 000 m², ΔT = 25K (ext -5°C, int +20°C)

• UA ≈ 150 000 W/K (selon isolation)
• Φ = 150 × 25 = 3 750 kW

Note : Ce calcul est simplifié. Une étude thermique détaillée est recommandée pour les projets importants.

Étape 3 : Choisir la technologie de récupération

Échangeur direct (si T° source adéquate)

Conditions d’application :

• Température source ≥ Température usage + 10-20K
• Distance source-utilisateur < 100 m
• Fluides compatibles (pas corrosion, encrassement)

Type d’échangeur :

ROI typique : 0.5-3 ans

Pompe à Chaleur (si élévation température requise)

Conditions d’application :

• Température source insuffisante pour usage direct
• Élévation température requise : 20-100K

Sélection PAC :

ROI typique : 2-6 ans (avec prime IND-UT-137)

Conversion électrique (ORC, si haute température)

Conditions d’application :

• Température source ≥ 200°C (préférablement > 250°C)
• Utilisation électrique valorisable (autoconsommation, réseau)

Technologies :

ROI typique : 4-12 ans (avec prime IND-UT-139)

Étape 4 : Dimensionner le stockage

Objectif : Lisser la disponibilité chaleur fatale avec les besoins

Volume de stockage (eau) : V = (Φ × d) / (ρ × cₚ × ΔT)

Où :

• Φ = Puissance thermique stockée (kW)
• d = Durée de stockage (h)
• ρ = Masse volumique (≈ 1 000 kg/m³)
• cₚ = Chaleur massique (4.18 kJ/kg.K)
• ΔT = Écart température stockage (T(max) - T(min))

Exemple : Stocker 500 kW pendant 8h (ΔT = 50K)

• V = (500 × 8) / (1 000 × 4.18 × 50) / 3600 = 19 m³

Recommandation :

• Stockage journalier (8-12h) : Lissage besoins journaliers
• Stockage hebdomadaire (48-72h) : Lissage week-end, arrêts
• Stockage intersaison (200-500h) : Stockage été → hiver (STOCK)

ROI typique : 3-8 ans (avec prime IND-UT-138)

Étape 5 : Vérification et validation

Points de contrôle

Avant validation du dimensionnement :

Ajustements possibles

Si disponibilité source insuffisante :

• Ajouter stockage pour lisser disponibilité
• Compléter avec chaudière d’appoint
• Réduire la puissance installée

Si température source insuffisante :

• Installer PAC (IND-UT-137)
• Réduire température usage (si possible)
• Rechercher autres sources chaleur fatale

Si investissement > budget :

• Phasage projet (étapes successives)
• Ajuster spécifications (dimensionnement réduit)
• Explorer les options de financement (CEE, aides)

Demander un dimensionnement personnalisé

Chaque projet est unique :

• Potentiel chaleur fatale spécifique (quantification)
• Besoins utilisateur (température, disponibilité)
• Contraintes site (distance, encombrement)
• Objectifs économiques (ROI, budget)
• Opportunités CEE (fiches applicables)

Nous vous proposons un audit gratuit pour :

• Quantifier votre potentiel chaleur fatale
• Identifier les utilisateurs possibles
• Dimensionner la solution optimale
• Estimer les primes CEE applicables