Note sur la procédure XnA pour l application au Fonds Chaleur

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1 Sophia Antipolis, le 5 Mai 009 ADEME DER Centre de Sophia Antipolis Rodolphe MORLOT Ref. : RM- Note monitoring XnA Fonds Chaleur V.0 Destinataire(s) : DR Copie(s) : Présent(s) : Objet : Note sur la procédure XnA pour l application au Fonds Chaleur Dans le système d aides ADEME à la diffusion pour les installations solaires collectives de production d ECS en vigueur jusqu à la fin 007, une des obligations pour l accès aux subventions concernait la mise en place d un contrat de Garantie de Résultats Solaires (GRS). Celui-ci est un contrat par lequel les entreprises groupées conjointes s engagent envers le Maître d Ouvrage à concevoir, mettre en œuvre, livrer en parfait ordre de marche et exploiter pendant une durée fixée dans le contrat, une installation de production d eau chaude sanitaire solaire dont elles garantissent et démontrent sur site la capacité à assurer une production énergétique annuelle minimale d origine solaire pendant cette même durée. La notion de production annuelle minimale d origine solaire est critiquable et ne rend pas compte de manière non ambiguë de la qualité des installations. La production énergétique d origine solaire est une caractéristique de performance basée sur la mesure (et le calcul) de la quantité d énergie transmise par le circuit primaire. Or, la production énergétique d un champ de capteurs dépend en autres choses de la quantité d énergie que le circuit primaire échange avec le circuit secondaire incluant le stockage. Dès lors que la quantité d énergie échangée peut être augmentée par les pertes dues à la mauvaise conception ou la mauvaise réalisation de l installation, elle n est plus représentative de la contribution de l énergie solaire à la couverture des besoins en eau chaude sanitaire : pour une même quantité d eau chaude consommée (mesurée par un compteur en amont des équipements), la quantité d énergie d origine solaire mesurée sur le circuit primaire sera plus importante pour une installation mal isolée (au niveau de l appoint, des tuyauteries ou du bouclage). Compte tenu des éléments évoqués ci-dessus, il est apparu opportun à l ADEME de s intéresser au dimensionnement des installations et à la consommation d énergie d appoint, énergie payante dont la consommation impacte directement la rentabilité des projets, et donc de modifier les conditions de son mode d intervention dans le cadre du chantier de révision de son système d aides pour la période L'approche solaire que l ADEME entend suivre à partir de 008, s'inscrit ainsi dans le souci plus large de promouvoir la qualité (efficacité, durabilité, fiabilité) de l'application ciblée production d'eau chaude sanitaire, en cherchant à faire en sorte que le maître d'ouvrage se préoccupe du fonctionnement de son installation plus que par le passé. Page sur

2 Monitoring XnA - Une démarche «qualité»! En s appuyant sur une procédure de monitoring que l ADEME veut systématique, il s agit de mettre en place un système d'aide qui incite à améliorer durablement la qualité, à tous les stades du projet, et par tous les intervenants. Dans ce nouveau mode d intervention, l'obligation de GRS que l ADEME imposait jusqu à maintenant est abandonnée. En remplacement, une procédure dite XnA (ICSE na = Instrumentation, Comptage et Suivi Energétique sur n années) est rendue totalement obligatoire à partir de 0 m² de capteurs solaires et ne doit souffrir d aucune exception. Cette procédure oblige le maître d ouvrage à transmettre périodiquement à l'ademe, pendant années au moins (0 ans pour les opérations collectives aidées par le Fonds Chaleur), les données mesurées de production solaire utile et de consommation d'appoint de l'installation. Pour des opérations de petite taille (0-50 m²) sollicitant des aides, l'engagement XnA se traduit par une procédure allégée de transmission des données, à caractère plus ou moins manuel. Les informations de base demandées devront cependant être transmises à l'"observatoire Solaire Thermique", selon des modalités (format, rythme d'envoi,...) précisées dans les documents en Annexe. L Observatoire Solaire Thermique aura pour vocation - via son support visible Internet - de recueillir, exploiter et afficher des données basiques de fonctionnement collectées sur les installations solaires subventionnées. On présente dans cette note la définition des principes et modalités d un suivi des performances des installations solaires collectives aidées, selon la procédure XnA. Page sur

3 Typologie des installations solaires collectives de production d'eau Chaude Sanitaire : Une classification des installations solaires collectives de production d'eau Chaude Sanitaire a été réalisée en considérant les grandes fonctions que l'on trouve dans chaque installation : - Transfert de chaleur du circuit primaire au(x) ballon(s) de stockage (échangeur intégré ou séparé) - Volume de stockage d'énergie (centralisé ou divisé) - Transfert de l'énergie à l'eau Chaude Sanitaire utilisée (production instantanée, semiinstantanée ou sans échangeur) - Fourniture de l'énergie d'appoint nécessaire pour couvrir les besoins en cas de fourniture solaire insuffisante (type d'énergie utilisée : gaz, électricité ou hydraulique, et position de cet appoint : intégré, séparé ou divisé) schémas possibles ont été identifiés (Annexe ), selon les configurations retenues dans le Tableau suivant. La pertinence de ces schémas en terme de complexité, de mise en oeuvre ou d efficacité énergétique n est pas précisée. Seules les configurations surlignées en jaune foncé représentent les schémas hydrauliques les plus classiques. Celles surlignées en jaune clair représentent les schémas hydrauliques récemment apparus au travers de quelques opérations. L ADEME recommande les schémas hydrauliques qui figurent dans le guide ECS collectif. Parmi les systèmes solaires thermiques collectifs pour la production d Eau Chaude Sanitaire, on distinguera types de schémas hydrauliques génériques, fonction du volume de stockage (centralisé ou divisé) et de la position de l appoint (intégré ou séparé) : Page sur

4 - CESCC (Chauffe Eau Solaire Collectif Centralisé) : dit «tout collectif». Il comporte un ou plusieurs ballons collectifs de stockage de l énergie solaire intégrant chacun une production d énergie d appoint, fournie en partie haute du (ou des) ballon(s) de stockage solaire. Logements Energie Solaire Utile - CESCD (Chauffe Eau Solaire Collectif Divisé) : dit aussi «tout collectif». Il comporte un ou plusieurs ballons collectifs de stockage de l énergie solaire séparés du ballon collectif de stockage de l énergie d appoint intégrant une production d énergie d appoint collective, fournie par un système indépendant du (ou des) stockage(s) solaire(s). Logements Energie Solaire Utile Page sur

5 - CESCAI (Chauffe Eau Solaire Collectif à stockage Collectif et Appoint Individualisé) : dit «à appoint individualisé». Ce schéma comporte un ou plusieurs ballons collectifs de stockage de l énergie solaire et un appoint à accumulation (ballon électrique) ou semi-instantané (chauffe-bain gaz, chaudière gaz à condensation double service) dans chaque logement (le volume d accumulation peut varier de 5 à 50L). Logements Energie Solaire Utile - CESCI (Chauffe Eau Solaire Collectif à appoint et stockage Individualisé) : dit «tout individuel». Ce schéma ne comporte ni ballon de stockage, ni chaudière collectifs. Le circuit solaire distribue l énergie solaire aux ballons de stockage individuels dans chaque appartement par l intermédiaire d un échangeur incorporé à chaque ballon. L'énergie d'appoint est fournie en partie haute des ballons de stockage solaire, ou séparément par chaudière instantanée. Logements Σ Energie Solaire Utile Page 5 sur

6 Nota : Les schémas ci-dessus décrits ont été, pour la commodité des représentations graphiques, illustrés avec des appoints électriques. Il va de soit que toute autre énergie d appoint peut être envisagée, se traduisant principalement par la mise en œuvre de ballons à double échangeurs. Nota : La nécessité de prévoir un dispositif de maintien en température du réseau de distribution pour les installations solaires collectives, impose le plus souvent la mise en place d un bouclage sur le circuit de distribution. Cette solution, reprise sur les schémas ci-dessus, n est pas la seule : traçage et compensation en bout de réseau (cumulus électrique ou préparateur semi-instantanné gaz, fuel, voire chauffage urbain). Les quatre schémas génériques types présentés ci-dessous serviront au référencement de l installation sous LISA. Lors du renseignement de la fiche LISA, il sera demandé à l ingénieur qui instruit le dossier Fonds Chaleur de saisir dans le champ «Objet du contrat», le type de schéma hydraulique générique subventionné, à savoir CESCC, CESCD, CESCAI ou CESCI. Exemple : CESCC - Investissement : implantation de 9, m² de capteurs solaires pour produire de l'ecs de 0 logements sociaux à Metz Borny (57) La démarche visant à «monitorer» systématiquement les installations solaires thermiques va dans le sens d une subvention Fonds Chaleur qui sera, à plus ou moins court terme, versée au prorata du productible solaire utile réel de l installation. Même s il en est un peu différemment en 009, année de lancement du Fonds Chaleur pour laquelle la subvention s apparente plus à une aide à l investissement à la demande des acteurs de la filière (50%, 0%, 0%), plutôt qu à une réelle aide au fonctionnement. Il y a donc lieu de se préoccuper dès à présent de mesurer le productible réel utile, mais pas seulement, pour s assurer de la qualité de l installation solaire thermique. La notion de production annuelle maximale d origine solaire (mesurée sortie champ de capteurs) est critiquable car elle rend compte de manière ambiguë de la qualité des installations. La production énergétique d un champ de capteurs dépend entre autres choses de la quantité d énergie que le circuit primaire échange avec le circuit secondaire incluant le stockage. Dès lors que la quantité d énergie échangée peut être augmentée par les pertes dues à la mauvaise conception ou la mauvaise réalisation de l installation, elle n est plus représentative de la contribution de l énergie solaire à la couverture des besoins en Eau Chaude Sanitaire : pour une même quantité d eau chaude consommée (mesurée par un compteur en amont des équipements), la quantité d énergie d origine solaire mesurée sur le circuit primaire sera plus importante pour une installation mal isolée (au niveau de l appoint, des tuyauteries ou du bouclage). La production énergétique utile d origine solaire est une caractéristique de performance basée sur la mesure (et parfois le calcul) de la quantité d énergie transmise par le circuit primaire. Pour illustrer notre propos, nous nous appuierons sur le diagramme de la Figure suivante, qui montre les différents flux d'énergie rencontrés sur une installation solaire collective centralisé (CESCC). Page 6 sur

7 Définitions : Q Dis = Σ Pertes Distribution Q ECS = Besoins ECS V st = V App Q App = Energie Appoint Utile Q STU = Energie Solaire Utile Q Aux = Σ Energie électrique Besoin ECS en kwh (Q ECS ) : Calculé à partir du besoin estimé en litres/jour, (le cas échéant en fonction du nombre d occupants, d équipements, et du coefficient de foisonnement), de la température de consigne de l appoint et de la température d eau froide pour la station météo sélectionnée. En l absence de données, on peut estimer la température moyenne annuelle d eau froide à la température annuelle moyenne de l air. Energie solaire utile en kwh (Q STU ) : Energie (production) théorique apportée par le solaire, récupérée en sortie du ballon (le système de distribution vers les différents points de puisage et l'éventuel système d'appoint situé en aval du ballon solaire ne sont pas pris en compte), calculée à partir des paramètres de l installation et de l ensoleillement moyen (nombre d heures d ensoleillement mensuel pour la station sélectionnée, moyenné sur les 0 dernières années). Exemple : calculée via les algorithmes de la méthode SOLO en intégrant les paramètres de l installation, les besoins réels en ECS et l ensoleillement réel à la station météo la plus proche Nota : Les pertes thermiques du ballon dues au réchauffage de l eau par l appoint ne doivent pas être attribuées au solaire. On les estime donc, en fonction du volume d eau chauffé par l appoint (V st ), du coefficient de déperdition du ballon (UA st ), de la température de consigne de l appoint et de son mode de fonctionnement (heures creuses, ) Energie d appoint utile en kwh (Q App ) : Consommation d appoint à laquelle sont soustraites les pertes thermiques du ballon dues au réchauffage de l eau par l appoint. Energie perdue par le circuit de distribution en kwh (Q Dis ) : Ensemble des énergies dissipées le long des canalisations en aval du volume de stockage de l énergie solaire, intégrant les pertes thermiques liées au volume de stockage de l énergie d appoint, et celles liées au circuit de bouclage. Energie consommée par les auxiliaires (Q Aux ) : ensemble des énergies électriques consommées par les pompes (circuits primaire, secondaire, bouclage ), vannes, régulations Page 7 sur

8 Certains de ces flux sont directement accessibles à la mesure (Q ECS, Q App, Q Aux, Q Dis ). D'autres ne peuvent être obtenus que de manière indirecte (Q STU dans le cas d'un appoint intégré, pertes thermiques du ballon par mesure additionnelle de l'énergie solaire injectée dans le ballon). Les mesures réalisées au cours de la période précédant l instauration de la procédure XnA, ont porté principalement sur la quantité d'énergie solaire utile Q STU fournie par la partie solaire de l'installation. La connaissance de cette grandeur est nécessaire pour vérifier le bon fonctionnement de la partie solaire de l'installation, par comparaison avec la valeur issue d'un calcul théorique (exemple de la méthode SOLO), mais elle n'est pas suffisante pour s'assurer de la performance globale du système, notamment de la partie appoint. Remarque : il faut mentionner au passage que la méthode SOLO ne s'applique pas à tous les schémas hydrauliques susceptibles d'être rencontrés ( recensés en Annexe), et qu'il y aurait donc lieu de la compléter pour permettre une comparaison théorie/mesure notamment pour les systèmes à échangeur secondaire ou à stockages individualisés. C'est pourquoi un des objectifs du dispositif XnA est de mesurer la consommation d'énergie finale nécessaire pour une production d'eau chaude, ainsi que la consommation d'électricité auxiliaire pour faire fonctionner le système (pompes, vannes, régulations, etc ), qui sont des mesures incontournables pour porter une attention toute particulière à l efficacité des systèmes, et à la réduction des pertes. Ces objectifs sont d'ailleurs cohérents avec les recommandations données dans les normes EN 976 et ENV 977, qui indiquent clairement que trois grandeurs doivent être évaluées : - L'énergie électrique auxiliaire consommée Q Aux - Le taux de couverture solaire f sol, défini comme le rapport entre l'énergie Q STU fournie par la partie solaire de l installation et le besoin thermique Q ECS f sol = Q STU / Q ECS - Le taux d'économie d'énergie f sav, défini comme le rapport entre l'énergie économisée grâce à l'installation solaire et la consommation conventionnelle sans solaire f sav = ( Q Conv Q App ) / Q Conv Consommation conventionnelle en kwh (Q Conv ) : Avec Q st,ref = 0,6. (V st ) 0,5. [ θ st - θ loc ]. N jm. / 000 Q Conv = Q ECS + Q Dis + Q st,ref V st [l] : θ st : θ loc : N jm : volume de stockage de référence. On prendra ici un volume V st égal au volume occupé par la partie appoint dans le ballon bi-énergie température de stockage = 55 C (même si les no rmes EN 976 ou ENV 977 indiquent une température de stockage de référence de 5,5 C, on retient la température minimale en sortie des dispositifs de stockage indiquée dans l'arrête anti-légionelles du 0 novembre 005) température du local où est situé le ballon (5 C si local non chauffé) nombre de jours du mois Page 8 sur

9 Ust = 0,6. (V st ) 0,5 [W/K] : coefficient de déperdition total du réservoir ou Ust = C C. Vnom / [W/K] Cc constante de refroidissement (Wh/l.K.jour) NOTE : Cette équation n est applicable que si la constante de refroidissement du réservoir de stockage est inférieure ou égale à la valeur par défaut du ballon d eau chaude, c est-à-dire : CC, (Vnom) -0,5 Vsol volume du réservoir de stockage solaire calculé par l équation suivante : Vsol = Vnom. ( f aux ) [litres] où f aux est la fraction du volume du réservoir de stockage utilisée pour le chauffage d appoint : - f aux peut être déterminé expérimentalement selon l EN 976- ; - f aux est égal à zéro lorsque le ballon ne dispose pas d un appoint intégré. L'économie d'énergie apportée par le système Q Conv Q App revêt une grande importance pour quantifier l'impact des solutions solaires dans les objectifs nationaux de réduction des consommations d'énergie et des émissions de gaz à effet de serre, dans le cadre des accords internationaux. Le dispositif XnA est donc conçu pour pouvoir permettre à l'observatoire du Solaire de délivrer ce type d'indicateurs. L'évaluation du taux d'économie d'énergie repose sur la définition d'un système conventionnel auquel l'installation solaire est comparée. Celle-ci est fondée sur un principe analogue à celui indiqué dans les EN 976 et ENV 977, à savoir la comparaison entre la consommation d'énergie d'un système réel et celle d'un système équivalent de référence. Remarque : En terme de système de référence, on pourrait imaginer se baser sur les indications données dans la réglementation thermique RT005. Cependant, cette approche réglementaire se heurte à des difficultés pour une application concrète, telle que celle prévue par le dispositif XnA. En effet, la question qui se pose est celle de la définition de la référence ou du système conventionnel, auquel le système solaire doit être comparé. En particulier la définition, par exemple, d un circuit de bouclage qui ne peut être faite de manière conventionnelle, même si encore une fois c'est le principe du calcul réglementaire (la RT005 donne des indications pour calculer des longueurs de réseau de référence en fonction de la typologie du bâtiment concerné). Dans les cas réels, on peut rencontrer des circuits plus ou moins complexes, fonction de la topographie du bâtiment. La consommation de l installation conventionnelle sans solaire Q Conv doit donc être faite à partir des pertes de bouclage réelles, et d'un calcul de référence uniquement pour la partie production d'eau chaude Si on s'en tient stricto sensu aux objectifs du dispositif XnA et aux éléments de mesure requis dans le cadre de ce projet, (transmission des données mesurées de production solaire utile et de consommation d'appoint de l'installation et des auxiliaires), la mesure des pertes de bouclage Q Dis n'est pas nécessaire, puisque la quantité d'énergie correspondante est incluse dans la mesure de la consommation d'appoint. Cependant, l'économie d'énergie et le taux correspondant ne peuvent pas être évalués. Nous pensons donc qu'il est important d'accéder à cette mesure avec un double objectif : - enrichir la connaissance des pertes de boucle ECS (ce problème n est pas spécifique au solaire, il est général à toutes les installations avec bouclage y compris les installations classiques, pour lesquelles il n existe pas non plus de données disponibles.) ; - permettre le calcul des indicateurs d'économie d'énergie. Page 9 sur

10 Remarque : Les objectifs de la procédure XnA ne prévoient pas de comparaison systématique entre les performances théoriques des installations et les performances réelles mesurées. Il est toutefois envisagé que les mesures issues des suivis XnA puissent être utilisées par d éventuels prestataires de GRS si la volonté du MO est de mettre en place un tel dispositif de garantie de résultats. Il est également envisagé que ponctuellement (périodiquement) et sur certaines installations, des études plus détaillées puissent être réalisées pour examiner le bon fonctionnement des installations. Page 0 sur

11 Méthodologie de suivi et mesures à réaliser L'objectif des suivis mis en place dans le cadre du dispositif XnA est de fournir à la base de données de l Observatoire Solaire Thermique, avec un pas de temps mensuel, les mesures télérelevées (dépendant fortement du schéma hydraulique de l installation cf. Annexe ), permettant de calculer les indicateurs suivants : - la consommation d'énergie finale nécessaire pour une production d'eau chaude Q ECS, - la consommation d'électricité auxiliaire Q Aux, - le taux de couverture solaire f sol, - le taux d'économie d'énergie f sav. Il ne s'agit pas de réaliser un suivi de fonctionnement détaillé, permettant d'analyser très précisément le fonctionnement des installations, mais d'établir des bilans énergétiques permettant d'évaluer la qualité du fonctionnement des installations, et de calculer ensuite des indicateurs généraux permettant de suivre le développement de la filière. Pour autant, il est demandé que le matériel installé puisse servir un jour à un audit détaillé ponctuel de l installation, qui pour des raisons de pertinence du schéma hydraulique en terme de complexité, de mise en oeuvre ou d efficacité énergétique, serait à préciser. Un pas de temps de 0 minutes pour chaque acquisition de mesures est donc nécessaire, avec un stockage «glissant» des données sur jours à minima (fichier d enregistrement dynamique). Un fichier des valeurs cumulées mensuellement, sera également mis à la disposition de l ADEME, pour l Observatoire Solaire Thermique. Le dispositif XnA prévoit deux types possibles de transfert de données : - Transfert manuel pour petites installations (XA de 0 à 50m²) - Télésuivi pour grandes installations (X0A supérieur à 50m²) Remarque : La limite usuelle retenue entre petites et grandes installations est d'environ 50 m². C est pourquoi toutes installations aidées par le Fonds Chaleur devront être «télésuivies». Cependant, un relevé manuel peut éventuellement être retenu même pour une installation de taille importante, lorsque des contraintes sur l installation existent. Dans le premier cas (XA - transfert manuel), il faut installer sur les circuits hydrauliques des compteurs d'énergie complets, comportant : - Deux sondes de température (à l entrée et à la sortie de l installation utilisatrice), - Un mesureur hydraulique (mesure de volume ou de débit du liquide caloporteur traversant le compteur), - Un intégrateur (qui introduit le coefficient thermique qui peut être fixe ou variable). Dans le deuxième cas spécifique au Fonds Chaleur (X0A - télésuivi), on distinguera en fonction de la possibilité d accéder directement ou non à la mesure des apports solaires utiles Q STU (plus ou moins complexe selon le schéma hydraulique retenu), le type de mesure à effectuer par le monitoring, à savoir : - l énergie par compteur d énergie lorsque la mesure directe de Q STU est possible. - les températures par les sondes et le débit par un capteur hydraulique lorsque la mesure de Q STU est indirecte. L énergie est calculée par intégration via un télécontrôleur. Page sur

12 Le Tableau suivant indique pour chaque type de schéma hydraulique, si l énergie solaire utile Q STU doit être évaluées de manière indirecte, en faisant une hypothèse sur les pertes de stockage, à travers le calcul présenté au paragraphe sur la consommation conventionnelle Q Conv. Remarque : Le tableau précise également si le calcul théorique de la valeur correspondante par la méthode SOLO est cohérent.la mise en œuvre du dispositif XnA étendu à la vérification des performances par comparaison avec des performances théoriques calculées supposerait que la méthode SOLO soit complétée avec des nouvelles corrélations pour intégrer les cas non traités actuellement. Tableau - Possibilités de mesure et calcul de l'énergie solaire utile Légende :? pas possible La mesure de(s) énergie(s) d'appoint Q App et de l'électricité consommée par les auxiliaires Q Aux peut être faite sur tous les schémas, avec des coûts plus ou moins élevés selon le nombre de systèmes d'appoint à instrumenter. Pour les systèmes à appoint individualisé (CESCAI, CESCI), l'investissement sera nécessairement plus important que pour les systèmes à appoint centralisé (CESCC, CESCD). Page sur

13 Cas particuliers des systèmes à stockage ou appoint divisés (CESCAI, CESCI) Théoriquement pour ces systèmes, il faut autant de points de mesures de l'énergie thermique pour l' ECS Qd et de l'appoint qu il existe de ballons de stockage On peut imaginer de réduire le nombre d'appartements à instrumenter, en procédant par échantillonnage. Cela dit, le choix des systèmes à instrumenter n'est pas évident, car on peut trouver une grande variété de types de logements, d'occupation de ces logements, de comportement des occupants. Et rien ne dit que les valeurs mesurées sur un petit nombre de logements soient extrapolables à l'ensemble de l'immeuble. Quoi qu'il en soit, il faudrait au minimum instrumenter systèmes par boucle de distribution (un au plus près du départ de boucle, un au plus près du retour de boucle, un médian). Pour limiter le nombre de compteurs d'énergie thermique, on peut installer uniquement un compteur d'énergie thermique sur le circuit primaire solaire. Dans ce cas, l'énergie solaire mesurée est supérieure à l'énergie utile QL, puisque la mesure intègre les pertes de distribution, ainsi qu'une partie des pertes des ballons. Le risque d'une telle mesure est que l'apport mesuré est d'autant plus élevé que les pertes sont importantes, toutes choses égales par ailleurs. Par ailleurs, avec cette instrumentation réduite, il n'y a aucune mesure de la consommation d'eau chaude V et du besoin thermique correspondant Q ECS. On ne peut alors calculer aucun des indicateurs qui dépendent de ces mesures. Pour 009, Il sera pris en charge le coût du matériel de monitoring à hauteur plafonnée de 000 /installation, pour les schémas hydrauliques types CESCC, CESCD. Il sera étudié au cas par cas le coût du matériel de monitoring supporté pour les autres schémas hydrauliques, à savoir CESCAI, CESCI. On sortira de l aide à l investissement le coût pour la fourniture du monitoring X0A. (compteurs d énergie ou débitmètres et sondes de températures, système d acquisition et transmission de données ) L ingénieur qui instruira le dossier Fonds Chaleur, saisira dans le champ «Objet du contrat» sous SAGA(LOCO), une deuxième ligne budgétaire dédiée au Monitoring X0A. En 009, le budget imputé pour la prise en charge de la fourniture du monitoring est le même que celui pour la subvention à l investissement, à savoir le Fonds Chaleur. Référencement sous LISA : Exemple : CESC - Monitoring : implantation de 9, m² de capteurs solaires pour produire de l'ecs de 0 logements sociaux à Metz Borny (57) Page sur

14 Mesures nécessaires à l obtention des indicateurs pour l Observatoire Solaire Thermique Volume d'eau chaude sanitaire consommé V Cette mesure peut être réalisée facilement dans le cas d'une production centralisée. Dans le cas de stockages divisés, elle nécessite d installer un compteur par ballon. Besoin ECS en kwh (Q ECS ) : Cette mesure peut être réalisée facilement dans le cas d'une production centralisée. Dans le cas de stockages divisés, il faut installer un compteur par ballon. Energie solaire utile en kwh (Q STU ) : Cette mesure ne peut être réalisée facilement que dans le cas où l'énergie d'appoint n'est pas apportée dans le même ballon que l'énergie solaire. Mais même dans ce cas, la présence d'un bouclage entre le stockage solaire et l'appoint peut compliquer la mesure. Energie d appoint utile en kwh (Q App ) : Celle-ci doit être en principe mesurée au niveau énergie finale. C'est possible dans le cas d'un générateur d'appoint électrique ou gaz utilisé uniquement pour l'appoint ECS. Par contre, dans le cas d'un générateur double usage servant aussi bien pour la fourniture de chauffage que pour la préparation d' ECS, on ne peut mesurer que l'énergie d'appoint fournie à la sortie du générateur et entrant dans le système d'appoint ECS. C'est le cas si l'appoint ECS provient d'une chaufferie gaz, fioul, bois, ou d'un échangeur sur réseau de chaleur urbain. Energie perdue par le circuit de distribution en kwh (Q Dis ) : Cette mesure est réalisée soit par un compteur d'énergie thermique (cas d'une distribution bi-tube avec retour et circulation), soit par un compteur électrique dans le cas d'une distribution mono-tube équipée d'un traçage électrique. Energie consommée par les auxiliaires (Q Aux ) : Cette mesure doit être réalisée à l'aide d'un compteur électrique divisionnaire, en aval duquel sont câblés les différents auxiliaires électriques nécessaires au fonctionnement de l'installation : - Circulateur(s) de la boucle primaire - Circulateur(s) du circuit secondaire - Circulateur(s) de bouclage - Circulateur(s) du circuit appoint lorsque l'appoint est hydraulique - Brûleur gaz (consommations d électricité liées à l allumage du brûleur et au fonctionnement des parties électroniques) - Régulateur(s) solaire et appoint (lorsqu'il est possible de le mesurer indépendamment du poste chauffage) - Vannes de commutation ou de réglage Irradiation En toute rigueur, il faudrait équiper chaque site d'une sonde de mesure d'irradiation, placée dans le même plan et à proximité des capteurs solaires. Cette mesure est réalisée par une cellule photovoltaïque étalonnée, qui sera raccordée le cas échéant par un convertisseur adéquat au télécontrôleur. Dans le cas d'un télésuivi Fonds Chaleur, la mesure d irradiation ne sera pas imposée. Cependant, le télécontrôleur devra prévoir à l origine une voie analogique (0-0V) supplémentaire, dans le but de connecter pour un besoin particulier (audits ponctuel notamment), cette sonde de mesure d irradiation. L Observatoire Solaire Thermique recalculera les irradiations dans le plan des capteurs, à partir des données de la station météorologique la plus proche ou la plus représentative, de l'inclinaison et de l'orientation des capteurs et du profil de masque éventuel. Page sur

15 Caractéristiques des sondes et mesureurs, Mise en œuvre et pose. Sondes de température La mesure de la température de l'eau doit s'effectuer à l'aide d'une sonde adaptée à la plage de température mesurée, et notamment aux températures maximales pouvant être atteintes par l'installation, en fonction de leur emplacement. La sonde de température du capteur doit supporter la température de stagnation du capteur sans que sa précision n'en soit altérée de plus de K. Celle du ballon de stockage doit supporter de 0 C à 00 C, sans varier de plus de K. Les mesures de température s'effectuent généralement à l aide de thermistances dont la résistance diminue avec la température (sondes de platine du type Pt00 ou Pt000). Elles transmettent un signal électrique proportionnel à la température. La norme NF EN 6075 prévoit deux classes de précision (A et B) pour les sondes de températures. Classe de tolérance Tolérance (ou de précision) ( C) A T B T T valeur absolue de la température ( C) Les câbles de liaison introduisent une erreur de mesure, fonction de leur longueur et de leur section. Le câble de liaison entre la sonde et le boîtier d'acquisition doit avoir une section de 0,9 mm². Le raccordement est un raccordement de type fils. Cela permet, à moindre coût, de conserver une précision de la mesure même pour de grandes distances de raccordement. Section conducteur (mm²) Résistance de câble (0m de conducteur) (Ω) Pt 00 Ecart de température ( C) Pt 000 Ecart de température ( C),5 0,7 0,58 0,08 0,9 0,78 0,967 0,06 0,6 0,567,5 0,09 0,,,90 0,89 Erreurs introduites par les fils de raccordement Les câbles de raccordement de la sonde capteur doivent résister aux températures maximales pouvant être atteintes par l'installation de manière à pouvoir être placés le long des canalisations. Des câbles en silicone supportant des températures jusqu'à 80 C seront à privilégier. La grandeur essentielle dans le suivi étant la différence de température d'un liquide en amont et en aval d'un échangeur thermique, il convient de sélectionner des couples de sonde de température appairés, et de conserver une longueur de câble de liaison identique pour les deux sondes concernées. Il faut enrouler et fixer la longueur excédentaire pour conserver une longueur identique sur toutes les sondes. Si le câble doit être prolongé, le prolongement s'effectuera par câble x mm², raccordé par épissure soudée et parfaitement isolée (utiliser de la gaine thermorétractable ou bande adhésive spéciale électricité). Les sondes doivent être accessibles pour assurer les opérations d'entretien et de maintenance. Les sondes de températures seront obligatoirement posées en doigt de gant. Page 5 sur

16 La présence du doigt de gant présente l'avantage de permettre un remplacement de la sonde sans pour autant devoir vidanger tout ou partie de l'installation. Le doigt de gant doit être rempli de pâte conductrice ou d'huile silicone à grande conductivité thermique. La longueur de la sonde doit être adaptée au diamètre de la canalisation de telle manière à ce que l'élément sensible (extrémité du plongeur) se situe au centre de la canalisation. Les sondes peuvent prendre place : - Soit sur une canalisation droite, le plongeur devant alors être incliné à 5 et placé à contre-courant, - Soit dans un coude, position préférable, la turbulence de l'accident permettant d'avoir une meilleure homogénéité de la température. De plus, pour les faibles diamètres, la présence de l'accident permet une intégration plus simple, quelle que soit la longueur du plongeur. Les sondes mises en oeuvre doivent être calorifugées et protégées des infiltrations d'eau. Le degré de protection des sondes de température est au minimum IP. L emplacement et la pose des sondes de température doivent permettre d'obtenir une précision suffisante de la mesure. Pour garder le maximum de précision, les sondes utilisées seront des Pt000.. Mesureurs de volume (eau froide) ou débit (eau chaude) La consommation d Eau Chaude Sanitaire est mesurée par un capteur hydraulique qui, placé à l'entrée du ballon ou de l'échangeur, émet un signal chaque fois qu une quantité volumique ou massique de fluide caloporteur le traverse. Il aussi pour fonction de mesurer le débit du fluide en circulation dans le circuit hydraulique (d où le nom de débitmètre). Il doit créer aussi peu de pertes de charge possible. Il doit avoir une précision suffisante et surtout être fiable dans le temps. Les compteurs d eau les plus couramment rencontrés pour les applications de comptage dans les bâtiments sont des compteurs mécaniques soit volumétriques (à piston oscillant) soit de vitesses (Woltman, à jet unique, à jets multiples). Mais on commence à voir apparaître des appareils sans pièce mobile, qui permettent de prolonger leur durée de vie : mesureur à ultrasons, à vortex ou à oscillateur fluidique. Page 6 sur

17 Pour les mesures de consommation d'eau, la plage de mesure est particulièrement large puisque le débit peut varier d'une valeur très faible (un robinet de lave-mains ouvert) jusqu'à des valeurs très importantes (soutirage simultané dans de nombreuses salles de bains). On choisira donc l'appareil pour une plage de température de fonctionnement de 0 à 00 C en règle générale, et en fonction du débit maximum de puisage (ou débit de pointe V Pointe ). Remarque : Pour les immeubles de logements, ce débit peut être estimé à l'aide des formules suivantes : V Pointe = 50 * N * S [litres/0min] Avec S : coefficient de simultanéité S = / (N - ) + 0,7 N : nombre de logements standards : N = Σ (p * Nombre de logements réels) Type Equipement coefficient p F douche 0,6 F baignoire F baignoire F baignoire + douche, F5 baignoires,5 Pour les compteurs d'eau froide, la précision du comptage dépend de la qualité métrologique de chaque appareil. Il existe classes de précision A, B et C Classe de tolérance (ou de précision) Tolérance q min (l/s) A 0,0.q n 0,00.q n B 0,0.q n 0,080.q n C 0,0.q n 0,05.q n q min débit minimal de fonctionnement du compteur q t débit de transition Tolérance q t (l/s) Pour les compteurs d'eau chaude, la précision du comptage dépend de la qualité métrologique de chaque appareil. Il existe classes de précision A, B, C et D Classe de tolérance (ou de précision) Tolérance q min (l/s) A 0,0.q n 0,00.q n B 0,0.q n 0,080.q n C 0,0.q n 0,060.q n D 0,0.q n 0,05.q n q min débit minimal de fonctionnement du compteur q t débit de transition Tolérance q t (l/s) Pour un débit compris entre q min et q t, la précision du compteur est meilleure que 5 %. Pour un débit supérieur au débit de transition q t, la précision du compteur est meilleure que %. Page 7 sur

18 Les compteurs principalement proposés par les constructeurs sont généralement des compteurs volumétriques à piston oscillant. Ils ne nécessitent aucune longueur droite et peuvent être posés dans n importe quelle position. Les compteurs à turbine ou à hélices doivent être impérativement installés horizontalement (sauf préconisation spécifique du fabricant) et respecter en amont et en aval du compteur des longueurs droites préconisées par le fabricant (pouvant être remplacées parfois par des nids d abeilles ou à grille). Leur pose s'accompagne d'un certain nombre d'accessoires : - Un filtre en amont, obligatoire pour les compteurs à turbine ou à hélice. Le filtre doit être facilement démontable. - Des vannes d'isolement, pour en simplifier le démontage en cas de dysfonctionnement ou d'entretien, - Cônes de réduction : le diamètre des attentes de raccordement du compteur peut être différent de celui des canalisations, - Robinet de vidange, placé entre les deux vannes d'isolement, - Organes de purge, clapet anti-retour (en aval du compteur)... - Raccordement par câbles blindés Il convient de respecter le sens de raccordement du compteur. Pour le télérelevé, les compteurs seront munis d'un dispositif d émission à impulsions. Le poids d impulsions est directement lié au débit nominal q n et à la technologie du compteur. Pour les débits nominaux faibles, les poids d impulsion fréquents sont de 0., 0.5, 0.5, ou l/impulsion. La fréquence est fixée en usine. Le nombre d impulsions est proportionnel au débit. Un registre comptabilise le nombre d impulsions émises et reconstitue l index du compteur µcontrôleur Bobine Roue aimantée Les compteurs positionnés sur l'ecs seront des compteurs volumétriques présentant une extrême précision, de classe C, capables de détecter de faibles débits. Page 8 sur

19 . Compteurs d énergie thermique Un compteur d énergie thermique est un instrument destiné à mesurer l énergie qui est absorbée (refroidissement) ou cédée (chauffage) par un fluide caloporteur dans un circuit hydraulique. Le compteur fournit la quantité d énergie thermique en unités de mesure légales (kilowattheure). Un compteur d énergie thermique se compose des sous-ensembles suivants : - un capteur hydraulique qui, placé à l'entrée du ballon ou de l'échangeur et traversé par le liquide caloporteur, émet un signal fonction du débit volumique ou massique. Les plus couramment rencontrés pour les applications de comptage dans les bâtiments sont des compteurs mécaniques soit volumétriques (à piston oscillant) soit de vitesses (Woltman, à jet unique, à jets multiples). Mais on commence à voir apparaître des appareils sans pièce mobile, qui permettent de prolonger leur durée de vie : mesureur à ultrasons, à vortex ou à oscillateur fluidique. Le calibre du capteur hydraulique sera choisi en fonction du débit traversant. Ce dernier peut être approximé par la formule suivante, connaissant la puissance maximum P max à fournir et l écart de température T estimé sur le circuit (par défaut 0 C pour l eau chaude, 70 C pour l eau surchauffée ) : Q n estimé = ( 0,86 x P max ) / T estimé [m /h] Avec Qn : débit auquel peut fonctionner le capteur hydraulique / - une paire de sondes de température (montées avec ou sans doigt de gant) qui mesure les températures du liquide caloporteur à l'entrée et à la sortie du circuit d'échange thermique, - un calculateur qui reçoit des signaux du capteur hydraulique et des sondes de température et qui calcule par intégration des différentes données successives mesurées, la quantité d'énergie thermique échangée (produit de la puissance produite ou dissipée par l intervalle de temps (aussi court que possible) qui sépare deux mesures). La formule de calcul de la puissance est : P = Q x Cv x T [en kw] Avec Cv : capacité calorifique, fonction des propriétés du liquide caloporteur aux températures et à la pression correspondantes Remarque : Installation à débit constant Recommandations : Q installation < Qn capteur hydraulique. Dans le cas d un débit d installation théorique, il est prudent de majorer Q installation x,5 < Qn capteur hydraulique. Le débit à sélectionner est fonction du débit max. permanent assuré par la pompe ou par la mise en parallèle des pompes Installation à débit variable Le débit variant en fonction de la demande, il faut choisir un capteur hydraulique ayant une grande dynamique de mesure. La dynamique de mesure est donnée par le rapport : Dy = Q max / Q min Recommandations : Q max installation < à,5 x Qn capteur hydraulique Page 9 sur

20 La précision du comptage dépend de la qualité métrologique de chaque sous ensemble précité (capteur hydraulique, sonde de température, calculateur). L erreur maximale tolérée d un compteur d énergie thermique sera la somme arithmétique des erreurs maximales tolérées des sous-ensembles. Conformément à la norme européenne EN -, les capteurs hydrauliques des compteurs d'énergie thermique peuvent appartenir à l'une des trois classes d'exactitude suivantes : Classe de tolérance (ou de précision) Tolérance Ef (l/s) Tolérance Ef (%) ± ( + 0,0 Qn/Q) < ±,5 % ± ( + 0,0 Qn/Q) < ± 5 % ± ( + 0,05 Qn/Q) < ± 5 % Q n débit nominal auquel peut fonctionner le capteur hydraulique / Q débit réel de l installation L'erreur Ef relie la valeur indiquée à la valeur vraie conventionnelle de la relation entre le signal de sortie du capteur hydraulique et le débit volumique ou massique. Remarque : Erreur Maximale Tolérée Calculateur Ec = ± (0,5 + T min / T) où l'erreur Ec relie la valeur indiquée de l'énergie thermique à la valeur vraie conventionnelle de cette énergie. Erreur Maximale Tolérée Paire de sondes de température Et = ± (0,5 + T min / T) où l'erreur Et relie la valeur indiquée à la valeur vraie conventionnelle de la relation entre le signal de sortie de la paire de sondes de température et la différence de température. Les compteurs d énergie thermique sont également répartis en classes d environnement en fonction de leur usage. La norme NF EN établit classes : Classe d environnement A B C Usage domestique, installations intérieures Usage domestique, installations extérieures Usage industriel Le compteur d énergie thermique doit être installé conformément aux instructions du fournisseur, et des règles de l art. Des précautions doivent être prises en ce sens pour éviter, lors de conditions hydrauliques défavorables (cavitation, surpression, coup de bélier), d occasionner des détériorations au compteur d énergie thermique (vibrations, chocs, ). Ce dernier doit également être installé à une distance suffisante des sources de perturbations électromagnétiques (appareillage de commutation, moteurs électriques, lampes fluorescentes ). Le cas échéant, il doit être relié à la terre et/ou être protégé par un dispositif externe de protection contre les surintensités dues à la foudre. Le compteur d énergie thermique doit être positionné de préférence sur le circuit dont le niveau de température est le plus faible. Il faut profiter du brassage de l'eau, créé par le compteur, et placer la sonde de mesure de température en aval de celui-ci. Page 0 sur