Formation Bâtiment Durable : Les techniques (chaleur, ventilation, ECS) : conception et régulation

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1 Formation Bâtiment Durable : Les techniques (chaleur, ventilation, ECS) : conception et régulation Bruxelles Environnement PRODUCTION DE CHALEUR: CARACTERISTIQUES DE SYSTEMES INNOVANTS Jonathan FRONHOFFS Cenergie scrl

2 Objectif(s) de la présentation Cadrer les techniques innovantes dans l évolution européenne Donner un aperçu des possibilités et des limites des techniques innovantes 2

3 Schéma général de la présentation Cadre de l éco-conception Cogénération Pompes à chaleur classiques Pompes à chaleur à gaz 3

4 Techniques innovantes? Cogénération : Petite cogénération Micro cogénération Pompes à chaleur Moyen (Air/Eau Sol/Eau ) Technologie Statique Dynamique Absorption/Adsorption (Gaz/Électricité) Installation solaire thermique 4

5 Aperçu des labels en fonction de la technologie Source: Daikin 5

6 July 2015 July Labels par technologie Source: Daikin Space heaters Combination heaters

7 Labels pour les packs Source: Daikin 7

8 Aperçu des exigences pour les systèmes de chauffage 220% 200% 180% 160% 140% 120% 100% 80% 60% Lot 1 Systèmes hydroniques Température moyenne 55 C A+++ A++ A+ A B C D E Lot 1 Systèmes hydroniques Température basse 35 C A+++ A++ A+ A B C D E Lot 10 Pompes à chaleur airair A+++ A++ A+ A B C D E BANS for Lot 10 Lot 1 35 C Lot 1 55 C Source: Daikin 8

9 Principe de la cogénération? µ-cogénération si Pe < 50 kw µ-cogénération domestique : +/- 1kWé 11% 100% Réduisez les charges de votre logement collectif grâce à la cogénération 36% élec 53% therm Source: Présentation du Facilitateur Cogénération, Séminaire Réduisez les charges de votre logement collectif grâce à la cogénération», IBGE Principe de la cogénération : la production combinée de deux formes d énergie (électricité et «chaleur utile») au départ d une même source d énergie. 9

10 Principe de la cogénération? 99 kwh (11%) 487 kwh (53%) 327 kwh (36%) Cogénération au gaz naturel LA COGENERATION PAR 913 kwh (gaz naturel) Source: Présentation du Facilitateur Cogénération, Séminaire Réduisez les charges de votre logement collectif grâce à la cogénération», IBGE 10

11 Principe de la cogénération? Principe de la cogénération Générer chaleur et électricité dans une même installation kwh kwh kwh kwh électricité Turbine vapeur-gaz (55%) Cogénération gaz naturel (35 % élec) (53 % therm) chaleur pertes Chaudière gaz naturel (90 %) Une économie de 643 kwh de gaz naturel (18 %)! et une diminutions des émissions de CO Source: Présentation du Facilitateur Cogénération, Séminaire Réduisez les charges de votre logement collectif grâce à la cogénération», IBGE 11

12 Petite cogénération Résidence Venelles 1 2 x 30 kwe/52 kwth Résidence Moina 30 kwe/52 kwth Source: Présentation du Facilitateur Cogénération, Séminaire Réduisez les charges de votre logement collectif grâce à la cogénération», IBGE 12

13 Micro-cogénération? Source: Viessmann - Remeha Rentabilité pas encore démontrée pour Bruxelles kw Thermique 1 kw Électrique +/- 10 à

14 Cogénération : où commencer? Audit énergétique général Priorités! Si le remplacement de la chaudière est prévu, il est généralement plus intéressant d installer directement un système de cogénération. Amélioration de la rentabilité globale du projet Possibilité de cogénération + mesures URE Tenir compte de la consommation pour le dimensionnement Diminution de la demande de chaleur en raison de l URE : surdimensionnement cogénération En cas de surdimensionnement des chaudières : remplacer 1 chaudière par cogénération Souvent la bonne solution pour gagner de la place 14

15 Les 6 étapes du bon déroulement d un projet de cogénération : 1. Une étude préliminaire (COGENcalc) 2. Une étude de faisabilité (COGENsim-Optitherm) 3. Choisir la meilleure formule de financement (ressources propres, prêt bancaire, tiers investisseur ) et rechercher les éventuelles primes à l investissement 4. Ingénierie, établissement des cahiers des charges, plans, autorisations 5. Comparaison des offres 6. Installation et suivi des performances de l installation Contrat d entretien avec garanties de résultat Faites-vous aider par un bureau d études compétent 15

16 Concept de cogénération «correctement dimensionnée» Constat : Pour un même bâtiment, il est possible de placer différentes puissances de cogénération kw th Monotone des besoin thermiques pour le CA - SPW Bd du Nord (Namur) Belastingsduurcurve Source: Présentation du Facilitateur Cogénération, Séminaire Réduisez les charges de votre logement collectif grâce à la cogénération», IBGE 16

17 Concept de cogénération «correctement dimensionnée» Est une cogénération qui : est dimensionnée en fonction de la demande totale de chaleur du site Tenant compte de la diminution éventuelle suite aux futures mesures URE dont la puissance permet au moins 90% de la production thermique maximale par cogénération 17

18 Source froide Pompes à chaleur Principe Local : COP= 2.8 kwh «chaleur» = 2.8 1kWh électrique 18 Source: Présentation du Facilitateur Cogénération, Séminaire Réduisez les charges de votre logement collectif grâce à la cogénération», IBGE

19 Pompes à chaleur Principe Condenseur Compresseur Évaporateur Gaz, mazout, énergie nucléaire, charbon Détendeur Renouvelable si COP > 2,8 Source: Présentation du Facilitateur Cogénération, Séminaire Réduisez les charges de votre logement collectif grâce à la cogénération», IBGE 19

20 Vous avez dit «COP»? COP : coefficient de performance Rapport entre consommation de la pompe à chaleur et production de chaleur Mais : sous certaines conditions fixes : P.ex. pompe à chaleur air-eau : 7 C air extérieur et 45 C débit thermique Ne reflète pas la saison de chauffage! SCOP: coefficient de performance saisonnier 20

21 Vous avez dit «SCOP»? Calculé sur le nombre d heures de fonctionnement à certaines températures SCOP : en fonction de la zone climatique SCOP SPF Facteur de performance saisonnier Source: Présentation du Facilitateur Cogénération, Séminaire Réduisez les charges de votre logement collectif grâce à la cogénération», IBGE Valable pour le chauffage (SCOP) et le refroidissement (SEER : coefficient d efficacité frigorifique saisonnier) 21

22 Pompes à chaleur PC électrique PC à gaz (absorption) 1 kw e = 2,5 kw primair 2,3 kw gas 0,1 kw e = 0,25 kw prim 2,6 kw 3,6 kw 0,9 kw 3,6 kw Rendement = 3,6 /(2,5) = 146% Rendement = 3,6 /(2,3+0,25) = 141% COP mesurés : 2 à 2,8 sur les installations existantes! Rendement annuel 115 à 130 % Source: Présentation du Facilitateur Cogénération, Séminaire Réduisez les charges de votre logement collectif grâce à la cogénération», IBGE 22

23 Pompes à chaleur Utilisation monovalente Courbe de chauffage kw 9 Puissance PC en fonction de temp. extérieure 8 7 Courbe de durée de charge Courbe de chauffage Résistance électrique Heures/an Applicable à un logement unifamilial Source: Présentation du Facilitateur Cogénération, Séminaire Réduisez les charges de votre logement collectif grâce à la cogénération», IBGE 23

24 Pompes à chaleur Utilisation bivalente Applicable à : Rénovation Immeuble à appartements Tertiaire kw 90 Utilisation alternative kw 90 Utilisation parallèle Pompe à chaleur Chaudière heures/an heures/an 24 Source: Présentation du Facilitateur Cogénération, Séminaire Réduisez les charges de votre logement collectif grâce à la cogénération», IBGE

25 Pompes à chaleur Utilisation mixte Source: Présentation du Facilitateur Cogénération, Séminaire Réduisez les charges de votre logement collectif grâce à la cogénération», IBGE Nécessité d un pilotage intégré complexe Source: Viessman Est arrêté si COP < 2,5. La chaudière prend la relève parce que plus efficace en termes de consommation énergétique primaire 25

26 Pompes à chaleur gaz à absorption Robur : 35 kw Meilleur avec charge de base Rendement mesuré : 135% 26 Source: Robur

27 Pompes à chaleur gaz à adsorption Vaillant, Viessmann 10 kw Meilleur avec charge de base Rendement mesuré : 135% Pas d éléments mobiles 27 Source: Vaillant

28 Chauffe-eau pompe à chaleur Système intégré dans la ventilation : Attention résistance électrique 28 Source: GENVEX

29 Installation d un chauffe-eau solaire 29

30 Installation solaire thermique : technologie Type de collecteurs Collecteurs ouverts Collecteurs plats Collecteurs sous vide Collecteur synthétique Collecteur plat standard Verre plein Collecteur inox Collecteur Vaccum plat vlakke sous collector vide Tuyau standard Collecteur d air CPC Source: Solarpraxis 30

31 Rendement Installation solaire thermique : technologie Rendement des capteurs solaires Différence de température entre le capteur et le milieu ambiant [ C] Absorbeur de piscine Capteur plat Capteur de vide 0 20 C Chauffage de piscine C Eau chaude et chauffage > 100 C Chaleur de processus 31

32 Installation solaire thermique : orientation Orientation et inclinaison Source: Solarpraxis 32

33 Installation solaire thermique : faisabilité Toit Orientation, inclinaison Superficie disponible Remplacement joint Stabilité Chaufferie Production combinée? Âge chaudières? Réglage! Lien toit-chaufferie Puits techniques? Espace technique sur le toit? Stockage & distribution d eau chaude sanitaire Cuves de stockage Conduite de recirculation (L, Diam, isolation) Source: Bruxelles Environnement 33

34 Dimensionnement : demande en kwh? Règle de base : toujours sur la base de la demande de chaleur! Eau chaude sanitaire (+ chauffage?) Eau chaude sanitaire Eau chaude sanitaire + chauffage Consommation eau chaude sanitaire Demande de chaleur Contribution utile à l installation solaire thermique Rayonnement solaire (sur les collecteurs) Potentiel de chauffage 34

35 Eau chaude sanitaire + Chauffage avec une installation solaire thermique? Oui, mais moins rentable 10 à 30 m² superficie collecteur Tampon de l Pilotage plus complexe Économie : ~80% eau chaude sanitaire 20 50% chauffage Source: solarpaxis 35

36 Rentabilité Installation solaire thermique pour une famille de 4 personnes - Demande d eau chaude sanitaire : 670 kwh th /p * 4p = 2670 kwh th - Fraction solaire 60% production = 1600 kwh th,sol - Économie 1600 kwh th / 75% (η) = 2100 kwh ovw /j, ou 170 /j à 4500 pour une installation de ~4 m² - Temps de remboursement énergétique : ~20 ans - Subvention de 2500 à 3500 (selon les revenus), max 50% - Temps de remboursement énergétique avec prime : ~10 ans 36

37 Consommation d eau chaude sanitaire ~45 45 C/jour/personne 1,16 kwh/(m³.k) * 0,045 m³/(j.p) * 365 j/a * (45-10) C = 670 kwh th /(p.j) Superficie collecteurs Fraction solaire de 50 70%, donc 350 à 600 kwh th /(p.j) ~400 à 450 kwh th /m² collecteur 0,9 à 1,5 m² collecteur /p Dimensionnement et ~2 m²/collecteur Si 2p : 1 collecteur trop peu 2 collecteurs donc ~4 m² Rapport m²/demande pas linéaire! Stockage 1,3 à 1,7 x consommation quotidienne de 50 à 80 l par m² collecteur Dimensionnement des installations collectives Installation solaire thermique Quick-Scan 37

38 Points d attention Toutes techniques : surveillance et suivi des performances Dimensionnement, dimensionnement, dimensionnement! De petits problèmes peuvent avoir de grandes conséquences Pompes défectueuses Capteurs déconnectés Erreurs de réglage Cogénération Raccordements hydrauliques corrects Pompes à chaleur Rendements saisonniers! Chauffage à résistance électrique Installations solaires thermiques Ombrage, pilotage. 38

39 Ne pas oublier L éco-conception donne le ton La cogénération peut être rentable Limite à douteux pour petites installations Coûts d entretien supérieurs Les pompes à chaleur peuvent être très intéressantes Possibilité d atteindre des COP élevés Risque de dégradation rapide L installation solaire thermique peut être intéressante Attention au dimensionnement Dans tous les cas : la surveillance et le suivi sont essentiels 39

40 Ressources, sites web utiles, etc. : Outils cogénération IBGE : aspx?maintaxid=12326&taxid=12390 Commercial : comparaison pompes à chaleur : Référence Guide bâtiments durables et autres sources : Guide bâtiments durables : guidebatimentdurable.bruxellesenvironnement.be Fiches : G_ENE 08, 10 et 11 Documentation et outils éco-construction d=32553&langtype=

41 Contact Jonathan FRONHOFFS Chef de projet Gestion de l énergie Coordonnées : : 02/ Courriel : 41

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