EAU Donnes techniques du bois nergie Chauffage domestique

" EAU" Données techniques du bois énergie Chauffage domestique bois - Appareil bois raccordé au réseau Version janvier 2013 3

Sommaire 1. 2. 3. Présentation Charte QUALIBOIS Label Flamme Verte Image du bois Filière bois Réglementation Tableau récapitulatif Norme CEN 303. 5 Données techniques du bois énergie L’énergie en France La forêt française Le bois énergie dans l’habitat Les différents combustibles bois Approvisionnement en combustibles Les certifications Prix des énergies Composition chimique du bois La masse volumique Le taux d’humidité Le pouvoir calorifique 4. Combustion du bois Combustion Rendement Les rejets 5. Différents types de chauffage au bois Cuisinières Hydro Inserts/Poêles Hydro Chaudière à bûche Chaudière automatique Types de chaudière automatique Stockage (Granulés et plaquettes) Bi-énergie 6. Evacuation des fumées Réglementation Désignation des conduits Mise en oeuvre Calculs Chauffage domestique bois - Module EAU – Chap. 1 : Présentation 2

L’energie en France ¡Production d’énergie primaire en France (2008) Source : www. industrie. gouv. fr Chauffage domestique bois - Module EAU – Chap. 3 : Données techniques du bois énergie 3

L’energie en France ¡Production d’énergie primaire renouvelable en France (2008) Source : www. industrie. gouv. fr Chauffage domestique bois - Module EAU – Chap. 3 : Données techniques du bois énergie 4

L’energie en France ¡Part de chaque filière dans la production d’énergie renouvelable (2008) Source : www. industrie. gouv. fr Chauffage domestique bois - Module EAU – Chap. 3 : Données techniques du bois énergie 5

La forêt française ¡ Accroissement de 40 000 ha/an ¡ Séquestration de 65 millions de tonnes de CO 2 par an ¡ Production brute annuelle (2008) : 101, 1 millions de m 3/an Sources : IFN, ONF Chauffage domestique bois - Module EAU – Chap. 3 : Données techniques du bois énergie 6

Bois énergie dans l’habitat ¡Évolution du marché des appareils de chauffage au bois Source : Observ'ER Chauffage domestique bois - Module EAU – Chap. 3 : Données techniques du bois énergie 7

Les combustibles bois La bûche Utilisation après sèchage (taux d’humidité inférieur à 20%) La qualité dépend de son origine (forêt ou bocage) Conditionnement en rondins ou en quartiers de 25, 33, 50 cm L’unité de mesure utilisée est le stère (bûches empilées de façon à constituer un cube d’ 1 mètre de côté) La briquette Fabrication à l’aide d’une presse à partir de copeaux et de sciure naturelle Pouvoir calorifique très élevé (> 4, 6 k. Wh/kg) Hygrométrie entre 8 et 10% Présentation sous la forme d’un cylindre ou d’un rectangle de 10 cm de diamètre et de 20 à 30 cm de longueur Une certification NF Briquettes Biocombustibles a été récemment créée (même principe que NF granulés Biocombustibles) Chauffage domestique bois - Module EAU – Chap. 3 : Données techniques du bois énergie 8

Les combustibles bois Le bois déchiqueté Obtenus à partir du déchiquetage d’arbres, de branches, de bocage ou de sous produits de l’industrie du bois Granulométrie environ: 3 x 2 x 1 cm Hygrométrie entre 25 et 30% L’unité de mesure est le mètre cube apparent de bois (MAP – Mètre cube Apparent Plaquette) Le granulé Fabrication à base de sciure de bois naturelle compressée Combustible très dense Pouvoir calorifique très élevé (> 4, 6 k. Wh/kg) Hygrométrie entre 5 et 10% Présentation sous la forme d’un cylindre de 6 mm de diamètre et d’une longueur de 3 à 4 cm Livraison en sac conditionné, en vrac ou en big bag Chauffage domestique bois - Module EAU – Chap. 3 : Données techniques du bois énergie 9

Autres combustibles Miscanthus Blé Graine de colza Triticale Chaudière polycombustible Orge Granulé de lin A titre indicatif, ces autres combustibles ne sont pas concernés par l’appellation QUALIBOIS Chauffage domestique bois - Module EAU – Chap. 3 : Données techniques du bois énergie 10

Les combustibles bois Équivalence énergétique 1 STERE 1, 5 MAP 1/3 TONNE 150 litres de fioul Chauffage domestique bois - Module EAU – Chap. 3 : Données techniques du bois énergie 11

Prix des énergies (à titre indicatif) Prix en centimes euros TTC/k. Wh (ne tenant pas compte du rendement des appareils) Plaquettes Bois bûche 97€/Tonne 60 €/stère livré, bûches 50 cm 2, 7 c€ TTC/k. Wh 3, 0 c€ TTC/k. Wh Vrac 240€/tonne 4, 8 c€ TTC/k. Wh Granulés En sac 300€/tonne Gaz naturel Tarif B 1 23260 k. Wh PCS/an 6, 0 c€ TTC/k. Wh 6, 7 c€ TTC/k. Wh Fioul domestique Livraison de 2000 à 5000 litres 9, 0 c€ TTC/k. Wh Elec. 13000 k. Wh/an dont 5000 en heures creuses 12 k. VA 13, 0 c€ TTC/k. Wh Propane Pour livraison de 1 tonne dans citerne consignée 13, 0 c€ TTC/k. Wh Sources : ADEME; Propellet et www. statistiques. equipement. gouv. fr base de données PEGASE (août 2011) Chauffage domestique bois – Module EAU– Chap. 3: Données techniques du bois énergie 12

Approvisionnement du combustible ¡Fabrication de bûches à l’aide d’une fendeuse Source : sp-fendeuse Chauffage domestique bois - Module EAU – Chap. 3 : Données techniques du bois énergie 13

Approvisionnement du combustible ¡Fabrication de bûches à l’aide d’une scie fendeuse Source : Pezzolato Chauffage domestique bois - Module EAU – Chap. 3 : Données techniques du bois énergie 14

Approvisionnement du combustible ¡Fabrication des plaquettes bois à l’aide d’un broyeur bois Chauffage domestique bois - Module EAU – Chap. 3 : Données techniques du bois énergie 15

Approvisionnement du combustible Plaquettes 1. Plaquettes forestières : La plaquette est fabriquée par le déchiquetage des sous-produits de bois. Elle est achetée au MAP (Mètre cube Apparent Plaquette) ou à la tonne. Sa granulométrie moyenne est de 3 x 2 x 1 cm. Ce combustible est très répandu dans les chaufferies automatiques actuelles. Sa granulométrie peut varier en fonction du déchiqueteur et du style de déchiquetage. On distingue deux types : Le déchiquetage permet également d’utiliser les petits branchages qui sont d’habitude brûlés à l’air libre ou laissés sur place – Utilisation domestique : la plaquette doit être de petit calibre (3 X 2 X 1 cm) et son hygrométrie ne devra pas dépasser 25% afin de pouvoir assurer un bon fonctionnement de la chaudière – Utilisation industrielle : chaufferies de moyenne et grosse puissance, voir directement avec le constructeur de la chaudière pour le calibre et l’hygrométrie adéquats Chauffage domestique bois - Module EAU – Chap. 3 : Données techniques du bois énergie 16

Approvisionnement du combustible Afin d’obtenir une humidité inférieure 30% sur poids brut, deux modes de déchiquetage sont pratiqués : ¡Déchiquetage à « sec » Les branches et perches sont laissées sécher pendant au moins 18 mois à l’air libre avant de les déchiqueter Séchage à l’air libre 18 mois minimum Déchiquetage Plaquettes à environ 30% d’humidité Chauffage domestique bois - Module EAU – Chap. 3 : Données techniques du bois énergie 17

Approvisionnement du combustible ¡Déchiquetage en « vert » Les branches et perches sont déchiquetées immédiatement après les opérations d’éclaircie et stockées dans des hangars bien aérés Le séchage est effectué par fermentation des plaquettes (température pouvant atteindre 70°C au cœur du tas) Séchage en 3 à 6 mois Humidité 40 à 50% Déchiquetage Stockage 3 à 6 mois Humidité < 30% Chauffage domestique bois - Module EAU – Chap. 3 : Données techniques du bois énergie 18

Approvisionnement du combustible Plaquettes 2. Plaquettes industrielles : Issues des produits connexes de l’industrie du bois (1ère et 2ème transformation), composées de dosses, délignures, chutes de bois non traité qui sont broyées et séchées sous abri ventilé pendant 3 à 6 mois, puis calibrées Stockage 3 à 6 mois Humidité < 30% Chauffage domestique bois - Module EAU – Chap. 3 : Données techniques du bois énergie 19

Approvisionnement du combustible Livraison ¡La livraison des plaquettes est effectuée par : camion à benne basculante ou à fond mouvant de 30 ou 90 m 3 pour les chaufferies de grande puissance tracteur agricole pour les petites chaufferies (à partir de 15 m 3) Chauffage domestique bois - Module EAU – Chap. 3 : Données techniques du bois énergie 20

Approvisionnement du combustible ¡Les différentes chaînes d’approvisionnement en plaquettes La chaîne d’approvisionnement direct (flux tendu) Destiné aux installations de grosse puissance ! (humidité > 50%) La chaîne d’approvisionnement indirect (filière sèche) Chauffage domestique bois - Module EAU – Chap. 3 : Données techniques du bois énergie 21

Approvisionnement du combustible Facturation : ¡Au MAP : permet de mesurer sans pesée : une benne de 25 m 3 = 25 MAP varie peu en fonction de l’humidité : le client qui reçoit une livraison humide est moins pénalisé que s’il est facturé à la tonne nécessite de s’assurer que l’humidité reste dans les fourchettes prévues bien adapté aux chaufferies rurales de petite puissance Vérifier l’essence des plaquettes livrées !!! ¡A la tonne : nécessite une pesée varie beaucoup en fonction de l’humidité nécessite absolument de s’assurer que l’humidité reste dans les fourchettes prévues adaptée aux chaufferies de taille moyenne Chauffage domestique bois - Module EAU – Chap. 3 : Données techniques du bois énergie 22

Approvisionnement du combustible ¡Schéma de principe de la fabrication des granulés Chauffage domestique bois - Module EAU – Chap. 3 : Données techniques du bois énergie 23

Approvisionnement du combustible Livraison : il existe deux modes de livraison ¡En vrac : La livraison est effectuée par camion souffleur Le camion est compartimenté (généralement 3 tonnes par compartiment) ou doté d’une pesée embarquée. Un minimum de 3 tonnes par livraison est conseillé. S’assurer de l’accessibilité du silo pour effectuer la livraison : longueur du tuyau (20 à 30 mètres - selon livreur) Chauffage domestique bois - Module EAU – Chap. 3 : Données techniques du bois énergie 24

Approvisionnement du combustible ¡Sacs conditionnés : Les granulés sont conditionnés dans des sacs de 10 ou 15 kg Livraison moins contraignante pour la voirie nécessitant néanmoins de la manutention Commande variable selon le besoin (prix!) Peu de transfert mécanique, le granulé reste stable ¡Facturation : La facturation d’une livraison de granulés est effectuée à la tonne pour une livraison en vrac et au sac pour une livraison conditionnée Chauffage domestique bois - Module EAU – Chap. 3 : Données techniques du bois énergie 25

Approvisionnement du combustible ¡Les engagements nécessaires de l’approvisionneur, du point de vue du client : ¡Il n’y a pas que le combustible! La qualité c’est aussi : définir ensemble le combustible adapté à cette chaudière solution de livraison adaptée au site et à la consommation contrat complet et précis combustible aux caractéristiques constantes assurer la continuité de l’approvisionnement respect des horaires de livraison respect de la propreté du site tenir compte de la satisfaction du client (d’après le Référentiel AFAQ Service Confiance® Rhône-Alpes) Granulés détériorés Granulés de bonne qualité Chauffage domestique bois - Module EAU – Chap. 3 : Données techniques du bois énergie 26

Les certifications ¡La marque NF Bois de chauffage est gérée par le FCBA. Le but est de garantir aux utilisateurs de bois de chauffage un combustible de qualité et une pérennité dans l’approvisionnement ¡Les entreprises certifiées s’engagent et garantissent 3 caractéristiques essentielles : Garantie du produit livré Garantie d’information Garantie du confort et de la sécurité ¡Elle vise 4 caractéristiques essentielles : Essences (2 groupes, dont G 1 : chêne, charme, hêtre, frêne, érable) Humidité (2 classes : H 1 ≤ 20%, H 2 ≥ 20%) Longueur des bûches (± 5%) Quantité (en m 3 apparent) Chauffage domestique bois - Module EAU – Chap. 3 : Données techniques du bois énergie 27

Les certifications NF GRANULES biocombustibles ¡Pour les granulés de bois : BOIS HAUTE PERFORMANCE : pour tout poêle et toute chaudière automatique à granulés de bois BOIS STANDARD : pour certains poêles et certaines chaudières automatiques à granulés de bois, selon les spécifications du fabricant de chaudières BOIS INDUSTRIEL : pour chaufferies automatiques à granulés de bois collectives ou industrielles selon les spécifications du fabricant de chaudières ¡Pour les granulés d'origine agricole : AGRO HAUTE PERFORMANCE : pour chaudières poly-combustibles domestiques et automatiques AGRO INDUSTRIEL : pour chaudières automatiques à biomasse et à grille mobile selon les spécifications du fabricant de chaudières ¡Caractéristiques certifiées : Les dimensions Le pouvoir calorifique inférieur (PCI) et l’humidité Le taux de fines Le taux de cendres La résistance mécanique La masse volumique apparente Les teneurs en souffre, chlore et azote Chauffage domestique bois - Module EAU – Chap. 3 : Données techniques du bois énergie 28

Les certifications Caractéristiques certifiées pour les granulés : NF biocombustibles granulés HAUTE PERFORMANCE DIN + EN plus A 1 Diamètre (mm) 6 mm ± 1 Longueur (mm) 3, 15 ≤ L ≤ 40 mm Humidité sur brut ≤ 10 % Masse volumique apparente 650 ≤ M ≤ 700 kg/m 3 ≥ 650 kg/m 3 Pouvoir calorifique inf. PCI ≥ 4, 6 k. Wh/kg Taux de cendres ≤ 0, 7% T° fusion des cendres Néant À mentionner ≥ 1200°C Taux de fines (% en masse, < 3, 15 mm) ≤ 1 % (< 0, 5% sac) ≤ 1 % 4, 6 ≤ PCI ≤ 5, 3 k. Wh/kg Durabilité mécanique ≥ 97, 5 % (% en masse des granulés après essai) Additifs ≤ 2 % type et quantité à mentionner + limitation des taux d'azote, de soufre, de chlore et contrôle des métaux lourds. Chauffage domestique bois – Appareils indépendants – Chap. 1 : Généralités 29

Approvisionnement du combustible ¡Assurer la qualité de l’approvisionnement : la qualité du combustible : – normes en préparation, ou chartes volontaires – à inclure dans le contrat d’approvisionnement la qualité du service : – référentiel AFAQ : encore limité à la Région Rhône-Alpes – charte volontaire à définir – à inclure dans le contrat d’approvisionnement Chauffage domestique bois - Module EAU – Chap. 3 : Données techniques du bois énergie 30

Approvisionnement du combustible ¡Contractualiser l’approvisionnement : ¡Principaux points figurant dans un contrat d’approvisionnement : durée du contrat nature du combustible : bois propre, exempt de tout corps étranger humidité : moyenne et maximum granulométrie : moyenne et maximum (éventuellement % maxi de fines et de gros bouts pour les plaquettes) méthode de mesure de la quantité (poids, volume) garantie d’approvisionnement délais et horaires de livraison type de camions acceptés prix du combustible ; formule et modalités de révision du prix définition des moyens de vérification et des pénalités en cas de non respect du contrat, notamment pour les caractéristiques du combustible Chauffage domestique bois - Module EAU – Chap. 3 : Données techniques du bois énergie 31

Composition chimique du bois ¡Le bois est un édifice moléculaire chimique complexe possédant une forte teneur en matières volatiles ¡Il produit : 85% de matières volatiles (67% de son énergie) 14% de charbon de bois (33% de son énergie) 1% de cendre La composition chimique élémentaire des différentes essences de bois à l’état anhydre (bois complètement sec) est approximativement la même : Carbone Oxygène Hydrogène Azote Cendres 49 % 44 % 6 % 0, 3 % 0, 7 % Chauffage domestique bois - Module EAU – Chap. 3 : Données techniques du bois énergie 32

Composition chimique du bois Rapport de masse et d’énergie des composants solides et volatiles du bois Matières minérales 1% Charbon de bois Matières volatiles Rapport de masse Rapport énergétique Chauffage domestique bois - Module EAU – Chap. 3 : Données techniques du bois énergie 33

Masse volumique La masse volumique est la masse de combustible en kilogramme par unité de volume (m 3) à une température de 15°C En pratique, l’unité de mesure la plus utilisée est le volume apparent communément appelé le STERE C’est l’équivalent d’un cube de bûches d’ 1 mètre d’arête 1 STERE 1 m 1 m 1 m Il n’occupe plus que 0, 8 m 3 si les bûches sont coupées en 2 … et plus que 0, 7 m 3 si les bûches sont recoupées en 3 Chauffage domestique bois - Module EAU – Chap. 3 : Données techniques du bois énergie 34

Masse volumique Valeur massique d’un STERE m 3 de bois en fonction de l’essence avec une hygrométrie d’environ 20 à 25% Bouleau : 320 à 380 kg/stère m 3 (moyenne 350 kg) Hêtre – Frêne : 360 à 420 kg/stère m 3 (moyenne 390 kg) Chêne : 380 à 450 kg/stère m 3 (moyenne 415 kg) Charme : 420 à 480 kg/stère m 3 (moyenne 450 kg) Sapin – Epicéa : 260 à 320 kg/stère m 3 (moyenne 290 kg) Pins : 300 à 360 kg/stère m 3 (moyenne 330 kg) 400 kg/stère m 3 310 kg/stère m 3 Chauffage domestique bois - Module EAU – Chap. 3 : Données techniques du bois énergie 35

Taux d’humidité L’utilisation d’un bois humide supérieur à 20 % sur brut est fortement déconseillé pour le chauffage au bois ¡Le bois est un matériau hygroscopique (perd ou reprend de l'humidité) dont la teneur en eau sur brut lors de la coupe est de l’ordre de 50 à 80% ¡L’humidité fait varier le pouvoir calorifique et la qualité de la combustion ¡On définit cette teneur en eau d’après : Humidité sur brut (bois humide) H = masse d'eau masse brute de bois L’humidité sur brut est la valeur utilisée dans le bois de chauffage Chauffage domestique bois - Module EAU – Chap. 3 : Données techniques du bois énergie 36

Taux d’humidité ¡Evolution de l’humidité en fonction du temps de séchage et des conditions de stockage Au bout de 6 mois de séchage, les quartiers de 33 cm stockés sous abri sont déjà à 25% d’humidité Il faut 18 mois en moyenne pour atteindre 20% d’humidité Temps de séchage en mois Source CTBA Chauffage domestique bois - Module EAU – Chap. 3 : Données techniques du bois énergie 37

Séchage du bois Le séchage naturel, c’est-à-dire à l’air libre, est la façon la plus simple pour sécher le bois. Le vent, le soleil sont les meilleurs alliés. Il ne faut jamais stocker du bois sous des bâches en polyane, nylon ou dans un local non ventilé. ¡Quelques prescriptions élémentaires sont à respecter : Le bois doit être stocké dans un endroit ventilé Le bois doit être fendu (plus de surface d’évaporation) Le bois doit être façonné à la longueur d’utilisation Le bois doit attendre au minimum 18 mois avant son utilisation L’hygrométrie du bois se mesure avec un hygromètre à bois au coeur de la bûche Chauffage domestique bois - Module EAU – Chap. 3 : Données techniques du bois énergie 38

Façonnage du bois ¡Pour obtenir les meilleures performances avec un appareil de chauffage au bois bûches, il est primordial que celles-ci soient correctement façonnées (quartiers de 33 cm) Chargement grossier 2 FOYERS DE CHAUDIERE IDENTIQUES Mauvaise combustion Mauvaise autonomie Formation de voûtes dans le foyer Chargement calibré en quartiers de 33 cm Très bonne combustion Très bonne autonomie Pas de voûte dans le foyer Chauffage domestique bois - Module EAU – Chap. 3 : Données techniques du bois énergie 39

Pouvoir calorifique Le pouvoir calorifique du bois varie peu suivant les différentes essences En revanche, il varie dans de fortes proportions suivant son hygrométrie ¡Le pouvoir calorifique peut être défini suivant 2 notions : Le pouvoir calorifique supérieur (PCS) est la quantité d’énergie qui serait dégagée par la combustion complète du bois PCI PCS = Energie récupérée par la combustion + eau Energie récupérée par la condensation de la vapeur d’eau (chaleur latente) Le pouvoir calorifique inférieur (PCI) se calcule en déduisant du PCS la chaleur de vaporisation de l’eau formée au cours de la combustion et éventuellement de l’eau contenue dans le combustible PCI Energie perdue par l’évaporation de l’eau Energie récupérée par la combustion Chauffage domestique bois - Module EAU – Chap. 3 : Données techniques du bois énergie 40

Pouvoir calorifique ¡Pouvoir calorifique inférieur (PCI) de différents combustibles POUVOIR CALORIFIQUE DENSITE HYGROMETRIE Fioul domestique 10 k. Wh pci/litre 845 kg/m 3 - Gaz naturel 10 k. Wh pci/m 3 0, 74 kg/m 3 - Propane 12, 8 k. Wh pci/kg 2, 04 kg/m 3 - Bois bûches 3, 9 k. Wh pci/kg 400 kg/stère/m 3 20% Plaquettes 3, 5 k. Wh pci/kg 260 kg/m 3 25% Granulés de bois 4, 6 k. Wh pci/kg 650 kg/m 3 10% COMBUSTIBLES Chauffage domestique bois - Module EAU – Chap. 3 : Données techniques du bois énergie 41

Pouvoir calorifique ¡Pouvoir calorifique inférieur (PCI) de différentes essences Essences Chêne Hêtre Charme Bouleau Aulne Orme Erable Frêne Peuplier Châtaignier Cerisier Sapin Pin Mélèze État anhydre (Humidité=0%) k. Wh/kg 4, 93 4, 87 4, 95 5, 24 4, 99 5, 13 4, 86 4, 94 4, 80 5, 23 4, 95 5, 37 5, 32 5, 19 État brut (humidité=20%) k. Wh/kg 3, 82 3, 78 3, 84 4, 07 3, 87 3, 98 3, 77 3, 83 3, 72 4, 06 3, 84 4, 18 4, 14 4, 03 Calcul PCI d’une essence de bois PCI = PCI 0 x (100 – Hpb) 100 - 0, 006 x Hpb PCI 0= Pouvoir calorifique à l’état anhydre Hpb= Hygrométrie mesurée du bois Chauffage domestique bois - Module EAU – Chap. 3 : Données techniques du bois énergie 42

Pouvoir calorifique ¡Variation du pouvoir calorifique inférieur (PCI) en fonction de l’humidité sur brut Chauffage domestique bois - Module EAU – Chap. 3 : Données techniques du bois énergie 43