CCW Les Isnes 18 septembre Pompes à chaleur. Une technologie «multi-fonctions»

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1 Pompes à chaleur Une technologie «multi-fonctions» Les Isnes, le 18 septembre 2012 G. FALLON Energie Facteur 4 asbl - Chemin de Vieusart Wavre Tél: 010/ Site web: ef4@ef4.be EF4 asbl Facilitateur photovoltaïque pour la Région wallonne (2007) Facilitateur pompes à chaleur pour la Région wallonne (2008) Organisation de conférences 1

2 Plan de la présentation Contexte et enjeu européen Types de pompes à chaleur Performances (COP & SPF) PAC & PEB Contexte - Une technologie en plein essor Nombre de pompes à chaleur géothermiques (et aérothermiques à partir de 1996) installées annuellement en Allemagne comparée à l évolution du prix du baril de brut. Source: BWP-StatBa; B. Sanner-Geotrainet

3 Contexte - Une technologie en plein essor Statistiques des ventes dans les constructions neuves (Villas de 20kW max) en Suisse Source: Contexte - Une technologie en plein essor Evolution du marché du chauffage en Suisse Evolution du marché du chauffage en Suisse Source: 3

4 Enjeu européen objectifs 2020 La directive du parlement européen et du Conseil relative à la promotion de l utilisation de l énergie produite à partir de sources renouvelables reconnaît la pompe à chaleur comme un moyen d atteindre les objectifs de 2020 ( PAC = renouvelable si SPF > 2,55 (η = 45,1% eurostat 2009) La Commission européenne attribue le label écologique communautaire aux pompes à chaleur respectant certains critères. ( =Decision&an_doc=2007&nu_doc=742) Enjeu européen objectifs

5 Enjeu européen objectifs 2020 Répartition des objectifs 2020 par secteur. Le secteur PAC «HP» est différencié du reste du secteur «Heating & cooling» Source: EHPA (données NREAPs avec visualisation adaptée par l ehpa) Plan de la présentation Contexte et enjeu européen Types de pompes à chaleur Performances (COP & SPF) PAC & PEB 5

6 Types de pompes à chaleur Utilisations : Chauffage Production d eau chaude sanitaire (ECS) Combinée (chauffage et eau chaude sanitaire) Rafraîchissement («free cooling») Climatisation (PAC réversibles) Chaud/froid simultané Appellations : Source froide / Source chaude Source froide = Captation de l énergie Source chaude = Restitution de l énergie Types de pompes à chaleur Source froide / Source chaude Type Captation dans le milieu naturel Restitution dans le bâtiment PAC aérothermique air/air air (statique ou dynamique) air - (distribution centralisée ou multi-split) air/eau air (statique ou dynamique) PAC hydrothermique eau/eau eau - (nappe phréatique, rivière, étang) PAC géothermique eau glycolée/eau sol - (capteurs horizontaux ou sondes verticales) eau - (plancher ou mur chauffants, ventiloconvecteurs, radiateur basse température) sol/eau sol - (capteurs horizontaux avec fluide frigorigène) sol/sol sol - (capteurs horizontaux avec fluide frigorigène) sol - (plancher chauffant avec fluide frigorigène) 6

7 Captation de l énergie dans le milieu naturel Source froide (air, eau, sol) Air extérieur Caractéristiques principales Disponibilité importante Température de la source variable Influence du givre en fonction de l humidité et de la température de l air Dégivrage à prévoir Types de capteurs «statique» «dynamique» Echangeur statique Ventilateur Capteur statique Capteur dynamique Captation de l énergie dans le milieu naturel Source froide (air, eau, sol) Eau souterraine (nappe phréatique) Caractéristiques principales Température relativement stable et élevée (7 à 12 C) Nécessite de vérifier la quantité et la qualité de l eau Free-Cooling = ATES «Aquifer Thermal Energy Storage» Captation sur nappe phréatique Type de capteur CAPTAGE de l eau Réalisation d un puits de captage (eau pompée vers l évaporateur de la pompe à chaleur) REJET de l eau Réalisation d un puits de rejet (eau réinjectée dans la nappe phréatique, en aval du puits de captage) Presque impossible en RW car «politique du risque zéro» Rejet en eaux de surface 7

8 Captation de l énergie dans le milieu naturel Source froide (air, eau, sol) Eau souterraine (nappe phréatique) Débit nécessaire = 0,25 m³/h par kw Source : Captation de l énergie dans le milieu naturel Source froide (air, eau, sol) Eaux de surface (Lacs, rivières) Plusieurs installations en Suisse sont alimentées par le lac Léman. Exemple, projet «Genève Lac Nations» Rafraîchissement et chauffage de bureaux (ONU, CICR, ) Source : Projet GLN - SIG 8

9 Captation de l énergie dans le milieu naturel Source froide (air, eau, sol) Eaux de surface (étangs, rivières) Caractéristiques principales Température relativement stable Nécessite de vérifier la quantité et la qualité de l eau Types de capteurs «statique» «dynamique» Echangeur «noyé» dans l eau Eau pompée vers l évaporateur de la pompe à chaleur Captation en eaux de surface Captation de l énergie dans le milieu naturel Source froide (air, eau, sol) Sol Caractéristiques principales Température relativement stable et élevée «Potentiel thermique» du sol à vérifier Captation horizontale Types de capteurs (les plus courants) Captage horizontal Réseau de tubes enterrés à ± 80 cm Fluide frigorigène ou eau glycolée Surface nécessaire importante Captage vertical Sondes verticales avec eau glycolée Réalisation de puits (coûts) Free -Cooling = BTES (Borehole Thermal Energy Storage) Captation verticale 9

10 Les différents types de géothermie EF4activités Basse température Utilisation d une PAC Moyenne température Haute température Source : Captation de l énergie dans le milieu naturel Source froide (air, eau, sol) Source : 10

11 Captation de l énergie dans le milieu naturel Source froide (air, eau, sol) Echangeurs en corbeilles tronconiques Echangeurs spiralés Source : BRGM - Geotrainet Captation de l énergie dans le milieu naturel Source froide (air, eau, sol) Champs de sondes géothermiques Toronto-Canada (394 sondes de 213m) Fondations «thermoactives» Source : Geotrainet 11

12 Source : Source : Plan de la présentation Contexte et enjeu européen Types de pompes à chaleur Performances (COP & SPF) PAC & PEB 12

13 EF4activités Performance d une pompe à chaleur Coefficient de performance (définition) Chaleur produite Coefficient Of Performance (COP) = Energie consommée Exemple: Un COP de 4 signifie que l on a 4 kwh de chaleur produite pour 1 kwh d électricité consommée. Dans ce cas, 3/4 de l énergie de chauffage provient d une énergie gratuite et renouvelable (air, eau, sol) alors que 1/4 est d origine électrique. EF4activités Performance d une pompe à chaleur Coefficient de performance (définition) Le COP dépend : du type de PAC et de la qualité de ses composants de la différence de température (ΔT) entre la source froide (captation de l énergie) et la source chaude (rejet de l énergie). si ΔT le COP «une diminution de la température de la source chaude de 1 K entraîne une augmentation du COP d environ 2%» extrait de la norme EN

14 EF4activités Performance d une pompe à chaleur Coefficient de performance (définition) Influence de la température sur le COP Evolution du COP PAC d une pompe à chaleur eau glycolée/eau en fonction de la température de l eau glycolée à l entrée de l évaporateur pour deux températures d eau chaude à la sortie du condenseur. Source : ef4 Performance EF4activités d une pompe à chaleur Performance d une pompe à chaleur (COP instantané) Déterminée pour des points de fonctionnement définis dans les normes EN et EN Valeur donnée dans les catalogues des fabricants Performance de l installation Il faut tenir compte des pertes liées à l installation Performance sur une saison de chauffe (COP moyen) Les températures d évaporation fluctuent en fonction des saisons, les points de fonctionnement de la norme ne sont donc plus respectés Coefficient de performance saisonnier (SPF) «Seasonal Performance Factor» 14

15 Performance EF4activités d une pompe à chaleur Coefficient de performance saisonnier (SPF) Source : Energy Saving Services Performance EF4activités d une pompe à chaleur Coefficient de performance saisonnier (SPF) 15

16 Performance EF4activités d une pompe à chaleur Ground source HP (New buildings) Performance EF4activités d une pompe à chaleur Ground source HP (New buildings) 16

17 Performance EF4activités d une pompe à chaleur SPF moyen (Données Fraunhofer) SPF1 Plan de la présentation Contexte et enjeu européen Types de pompes à chaleur Performances (COP & SPF) PAC & PEB 17

18 La performance énergétique des bâtiments Intégration d une pompe à chaleur Exemple La performance énergétique des bâtiments Intégration d une pompe à chaleur Facteur de Performance Saisonnière : 18

19 La performance énergétique des bâtiments Intégration d une pompe à chaleur Captation de l énergie dans le milieu naturel Source froide (air, eau, sol) PAC & ventilation Maison basse énergie Source: Stiebel-Eltron 19

20 En résumé Etapes d un projet «pompe à chaleur» 1. Réduire les besoins calorifiques du bâtiment Réglementation PEB 2. Choisir une PAC adaptée à la situation Source froide, source chaude, budget, Puissance de la PAC, mode de fonctionnement, régulation, 3. Faire appel à des professionnels : Conseils Dimensionnement, conception Installation, mise en route, entretien Conclusion L intérêt environnemental des pompes à chaleur est reconnu par l Europe Directives RES, EPDB, EuP Cette reconnaissance au niveau européen est un soutien important pour le développement de la filière «PAC». La filière «pompe à chaleur» en Wallonie: - sera guidée par la mouvance européenne - est à accompagner d une information adéquate - est à encadrer par une législation appropriée par une formation adaptée Certification des installateurs (Directive RES) 20

21 Contact Guillaume FALLON Facilitateur pompes à chaleur pour la Région wallonne asbl Energie Facteur 4 Bureaux : Rue du Poirier, Louvain-la-Neuve Tél.: 010/ Fax : 010/ Synthèse sur la réglementation en Région wallonne Base de données de projets PAC «PAC database» Portail énergie de la Région wallonne Merci de votre attention Des questions? Brochure PAC disponible aux guichets de l énergie et sur : 21

22 Quel est l intérêt environnemental? Impact sur la couche d ozone - Inexistant Les fluides frigorigènes utilisés dans les nouvelles pompes à chaleur ne sont pas nocifs pour la couche d ozone (c était le cas des HCFC et des CFC) Impact sur l effet de serre (émissions de CO2) - Limité Emissions directes dues au fluide frigorigène (fuites, ) Potentiel de réchauffement planétaire (PRP) du fluide frigorigène (kg équivalent de CO 2 ) Emissions indirectes dues à l énergie primaire nécessaire pour faire fonctionner la pompe à chaleur émissions de CO 2 relatives à la production d électricité dans les centrales ou à la combustion de gaz Définition du TEWI (Total Equivalent Warming Impact) Norme EN 378 Systèmes de réfrigération et pompes à chaleur Exigences de sécurité et d environnement 22

23 Quel est l intérêt environnemental? Exemple de calcul (TEWI) Données : PAC de 9,9 kw qui consomme 6600 kwh d électricité (2000 heures de fonctionnement; COP saisonnier de 3). Le circuit est chargé en usine avec 2,5 kg de R-410A Valeurs à utiliser dans le formule du TEWI : Potentiel de réchauffement du R-410A (PRP) = 1975 Coefficient de fuite (L) = 3% de 2,5 kg = 0,075 kg Nombre d année d utilisation de la pompe à chaleur (n) = 20 ans Quantité de fluide frigorigène à la mise en service (m) = 2,5 kg Taux de récupération du fluide au démontage ( α recovery ) = 75 % Consommation en énergie électrique sur une année (Ea) = 6600 kwh/an Coefficient d émission (β) = 0,456 kgco 2 / kwh (0,456 provient des données de la CWaPE prenant une centrale TGV de 55% comme centrale de référence pour la production de l électricité) Quel est l intérêt environnemental? Exemple de calcul (TEWI) Résultats : 90 % des émissions = énergie nécessaire pour faire fonctionner la pompe à chaleur. Si cette énergie est d origine renouvelable l influence sur l environnement devient quasi nul 23

24 Quel est l intérêt environnemental? Comparaison avec des chaudières classiques : Données : Production de kwh thermique (9,9 kw * heures) Pompe à chaleur (COP saisonnier = 3) Chaudière Gaz (Rendement = 90 %) Chaudière Mazout (Rendement = 90%) Emissions de CO2 (kg/an) Gaz : = kwh/an * 0,279 Kg/kWh) Mazout : = kwh/an * 0,340 Kg/kWh) Quel est l intérêt environnemental? Comparaison des émissions de CO2 pour la production de kwh thermique (2200 litres de mazout) Emissions de CO2 (kg) Pompe à chaleur COPsais = 3 Chauffage électrique COPsais=1 Chaudière au gaz Rendement = 90% Chaudière au mazout Rendement = 90% Comparaison des émissions de CO2 d une PAC par rapport à un chauffage électrique et à deux chaudières à combustibles fossiles. Pour la PAC, la méthode de la norme EN 378 a été appliquée. Pour plus d informations : 24