heat pumps b arometer

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1 60 Viessmann heat pumps b arometer Atelier de fabrication de pompes à chaleur dans une usine du groupe Viessmann. Heat pumps being manufactured in a Viessmann plant. BAROMÈTRE POMPES À CHALEUR EUROBSERV ER OCTOBRE 2009

2 +9,5 % la croissance du marché des PACg dans l UE entre 2007 et 2008 GSHP market growth in the EU between 2007 and 2008 BAROMÈTRE POMPES À CHALEUR HEAT PUMP BAROMETER 61 b aromètre pompes à chaleur Une étude réalisée par EurObserv ER. A study carried out by EurObserv ER. Avec plus de unités installées annuellement depuis trois ans dans les pays de l Union européenne, les pompes à chaleur géothermiques se sont progressivement imposées comme un mode de chauffage confortable, économe et soucieux de l environnement. EurOb - ser v ER fait le point sur cette technologie, mais aussi pour la première fois sur les pompes à chaleur aérothermiques, conformément à une directive européenne qui les réintroduit dans le champ des énergies renouvelables. Ground source heat pumps have gradually consolidated their foothold as a comfor - table, economic and environmentally-friendly form of heating, with over 100,000 units ins - talled annually for the last three years in the countries of the European Union. EurObser v ER has taken a snapshot of this technology, and also for the first time included air source heat pumps, in accordance with the European directive that has reintroduced them into the field of renewable energies ,2 MWth la puissance estimée des PACg dans l UE fin 2008 estimated GSHP capacity in the EU at the end of unités estimation du marché des PACg en 2008 estimated of GSHP market in 2008 HEAT PUMPS BAROMETER EUROBSERV ER OCTOBER 2009

3 62 heat pumps b arometer lement des PAC uniquement destinées à la production d eau chaude sanitaire, on parle alors de chauffe-eau thermodynamiques. D autres permettent, en plus du chauffage, de rafraîchir les locaux en été. On parle alors de PAC réversibles. Dans ce cas, le cycle du fluide frigorigène est inversé afin de puiser les calories dans le logement et les rejeter à l extérieur. Elles peuvent assurer une baisse de la température de l ordre de 3 à 4 degrés de moins qu à l extérieur. Il s agit d une fonction de rafraîchissement et non de climatisation. Ce point est important, car il existe également des climatiseurs individuels réver sibles qui assurent une fonction de chauffage d appoint. Mais ce type de produit n est pas adapté aux besoins de chauffage hivernal, car il n est pas dimensionné pour cela. Il convient de préciser que l installation d une PAC réversible incite à la con som - mation d électricité en été pour des besoins de confort, réduisant ainsi les économies d énergies réalisées, et diminuant d autant les effets positifs de son utilisation sur l environnement. Modèles aérothermiques et géothermiques Viessmann PAC couplée à un ballon d eau chaude. HP coupled to a hot water storage tank. La pompe à chaleur (PAC) est, en Eu rope, une technologie entièrement reconnue et fiable, dont la fonction première est le chauffage de logements (lire encadré : Principe de base). Les PAC peuvent secondairement remplir d autres fonctions. En effet, un équipement qui assure le chauffage de la maison peut, dans certaines con - figurations, permettre la production d eau chaude sanitaire. Une énergie d appoint peut alors s avérer nécessaire. Il existe éga- À partir du principe de base de la pompe à chaleur, existent plusieurs systèmes avec des performances et des possibilités d applications différentes. On peut regrouper les PAC en deux grandes familles : - Les PAC géothermiques (PACg), qui puisent la chaleur dans le sol ou l eau d une nappe par l intermédiaire d un réseau de capteurs horizontaux, verticaux (encore appelés sondes verticales) ou de forages. Beaucoup plus rarement, les PAC puisent la chaleur contenue dans l eau de surface comme les rivières, les lacs ou les mers. Ces PAC utilisent le même procédé que les PACg sur eau de nappe, car elles puisent les calories dans l eau préalablement pompée dans son milieu naturel. Par souci de simplification, ce type de PAC hydrothermiques peut être rangé dans la famille des PACg. Principe de base Le principe de base d une PAC consiste à chauffer une habitation en prélevant de la chaleur dans un environnement extérieur (sol, air ou eau). Ce prélèvement s effectue à l aide d un fluide frigorigène qui a la propriété de se vaporiser sous l effet de la chaleur. Ce fluide devenu gazeux est ensuite aspiré et comprimé dans la PAC, ce qui a pour effet d élever sa température. Il peut alors céder sa chaleur à l eau du circuit de chauffage ou directement à l air du lieu à chauffer (on parle alors de PAC à détente directe). Lors de la restitution de la chaleur, le fluide se condense et retourne à l état liquide. Il passe ensuite dans un détendeur qui abaisse la pression du liquide frigorigène, ce qui a pour effet de diminuer encore plus fortement son niveau de température. Le fluide est alors prêt à prélever des calories à l extérieur du bâtiment et à amorcer un nouveau cycle Basic principle The basic principle of a HP consists of heating a dwelling by taking heat from an outdoor environment (ground, air or water). This extraction is made with the aid of a refrigerant that has the property of vaporising through the effect of the heat. After this fluid has been converted into gaseous phase, it is then aspirated and compressed in the HP which raises its temperature. It can then transfer its heat to the heating water circuit or directly into the air of the building (this is referred to as a direct expansion HP). When the heat is released, the fluid condenses and reverts to its liquid phase. It then passes into an expansion device which lowers the refrigerant pressure, sharply lowering the temperature. The fluid is then ready to remove calories from outside the building and initiate a new cycle BAROMÈTRE POMPES À CHALEUR EUROBSERV ER OCTOBRE 2009

4 63 Les différents modèles de PAC On distingue les PAC selon l origine du prélèvement et le mode de distribution de la chaleur. Les modèles aérothermiques peuvent être de type air extérieur-eau (ou air-eau), air extérieur-air intérieur (ou air-air), air extrait-air neuf (ou air extrait-air). Cette dernière, également appelée VMC double flux thermodynamique, couple une ventilation mécanique contrôlée double flux et une PAC de petite puissance. Elle assure à la fois le renouvellement de l air du logement et son préchauffage. Cette PAC récupère la chaleur de l air extrait par la VMC dans les pièces de service (cuisine, salle de bains, WC) et préchauffe ainsi l air neuf soufflé dans les pièces à vivre (séjour, chambre). Cette technologie est particulièrement adaptée aux bâtiments bioclimatiques extrêmement bien isolés, qui consomment très peu d énergie pour le chauffage. Les modèles géothermiques peuvent soit utiliser la chaleur emmagasinée dans les eaux de nappes (PAC de type eau-eau) ou, plus communément, utiliser la chaleur du sol. Elles peuvent alors être de type sol-sol, sol-eau ou eau glycolée-eau. Dans ce dernier cas, le premier terme n indique pas l origine du prélèvement, mais la nature du fluide caloporteur. La source de chaleur employée est celle du sol et non celle de l eau. The different types of HP We distinguish HP by the origin of the source and the heat distribution mode. Air source models can be of the external air to water (or air-to-water), external air to internal air (or air-to-air), exhaust air to new air (or exhaust air-to-air) type. The latter, also known as double flow thermodynamic (continuous mechanical ventilation) CMV, couples controlled double flow mechanical fan with a low power HP. It ensures that the air in the house is renewed and preheats it. This HP recovers the heat from the air extracted by the CMV from the utility rooms (kitchen, bathroom and WC) to preheat the fresh air blown into the living-rooms (lounge, bedroom). This technology is particularly suitable for extremely well-insulated bioclimatic buildings that use very little energy for heating. Ground source models either use the heat stored in the water table (water-to-water type HP) or use the heat from the ground, which is more commonplace. They can thus be of the direct expansion, direct expansion-water or brine-towater type. In this last instance, the first term refers to the nature of the heat transfer fluid and not the source of extraction as the source is the ground and not water. b aromètre pompes à chaleur In Europe, the heat pump (HP) is a fully recognised and proven technology whose primary function is to provide residential heating (see box: Basic principle). Accessorily, HPs can fulfil other functions, because a system that provides home heating can in certain configurations also provide domestic hot water production. In that case top-up energy may be required. There are also HPs exclusively designed for domestic hot water production. Yet others can heat buildings in winter and cool them down in the summer and are known as reversible heat pumps. In that instance the refrigerant cycle is reversed to draw calories from the dwelling and expel them outside. This cooling rather than airconditioning function can lower the temperature by about 3-4 degrees in comparison with the outdoor temperature. This point is important, because there are also individual reversible airconditioners that provide top-up heating; however they are unsuitable for winter heating requirements because they are not dimensioned for that purpose. Incidentally, a reversible HP installation relies on the use of electricity in summer to provide a comfortable temperature level, thus reducing the energy savings made, and thereby lowering by the same amount the positive effects of its use on the environment. air source and ground source Models There are a number of systems founded on the basic heat pump principle that offer different performance levels and applications and they can be grouped into two major families: - Ground source heat pumps (GSHP) that extract heat from the ground or water table through a network of horizontal, vertical collectors or drillings. A much rarer variant is found with HPs that extract the heat in surface water, such as rivers, lakes or seas. These HPs use the same process as GSHPs on groundwater because they extract the calories from water that is pumped from its natural environment. In the interest of simplification, we include this type of hydrothermal HP in the GSHP family. - Air source heat pumps (ASHP) that extract the heat directly from the ambient air outside or inside the dwelling. The GShP SeGmenT Only the GSHP segment has been monitored statistically by the EurObserv ER project because historically only this type of HP was considered to produce renewable energy. The European Commission recognised the benefits of GSHP as an example of renewable energy technology development and included this technology in its geothermal heat production objectives as far back ago as the 1997 White Paper. The exclusion of air source heat pumps was also justified by their lower and less consistent winter performance levels. At the end of the 1990s, many ASHPs struggled to make the primary energy break-even point as electricity consumption of 1 kwh was transformed into the production of 2.58 kwh of thermal energy. The performance coefficient was thus below 3 the minimum performance level criterion for acceptance as renewable energy. In recent years a number of technological innovations, primarily to the compressor, have significantly improved ASHP performance levels. These new-generation models justify the inclusion of ASHP in the scope of renewable energies as defined in the new directive on the subject (see box p.68). HEAT PUMPS BAROMETER EUROBSERV ER OCTOBER 2009

5 64 heat pumps b arometer - Les PAC aérothermiques (PACa), qui puisent la chaleur directement dans l air ambiant, extérieur ou intérieur au logement. Le SeGmenT des PACG Actuellement, seul le segment des PACg fait l objet d un suivi statistique dans le cadre du projet EurObserv ER car, historiquement, seul ce type de PAC était considéré comme produisant une énergie renouvelable. En effet, les bénéfices des PACg sont reconnus depuis de nombreuses années par la Commission européenne comme un exemple de développement de technologie énergies renouvelables. La Commission avait donc, dès son Livre blanc de 1997, intégré cette technologie dans ses objectifs de production de chaleur géothermique. Le fait d exclure les PAC aérothermiques se justifiait également par des performances plus faibles et plus inconstantes en période hivernale. À la fin des années 90, beaucoup de PACa dépassaient à peine le seuil de rentabilité en énergie primaire, une consommation électrique d 1 kwh se traduisant par une production d énergie thermique de 2,58 kwh. Le coefficient d efficacité était alors inférieur à 3, niveau minimum d efficacité pour pouvoir être taxé de renouvelable. Ces dernières années, certaines innovations technologiques, notamment au niveau du compresseur, ont permis une amélioration importante des performances des PACa. Ces nouvelles générations ont justifié l intégration des PACa dans la sphère des énergies renouvelables telles qu elles sont définies dans la nouvelle directive portant sur ce sujet (voir encadré p. 68). limites statistiques Le nombre et la puissance des PAC ne sont pas systématiquement comptabilisés par le nombre de PACg vendues en Allemagne en 2008 the number of GSHPs sold in Germany in 2008 les organismes statistiques officiels de l ensemble des pays européens (l Autriche, les Pays-Bas et la République tchèque font partie des exceptions). Ceci explique qu une part importante des statistiques existantes proviennent des associations industrielles Opération de forage visant à installer des sondes verticales. Drilling boreholes for the installation of vertical collectors. nationales (SVEP pour la Suède, SULPU pour la Finlande, AFPAC pour la France, BWP pour l Allemagne, ESPEL pour l Estonie, etc..) ou européenne (EHPA European Heat Pump Association). En l absence d études ou de suivi, le marché de la PACg est, dans certains pays, complètement ignoré. En outre, le plus souvent, seule une estimation du nombre de systèmes est disponible ; la puissance équivalente totale est alors estimée à partir d une puissance moyenne unitaire, définie à partir des caractéristiques des marchés et du type de PAC vendu sur ces marchés. Cette situation explique qu il puisse y avoir des consolidations importantes lorsque EurObserv ER considère des nouvelles sources d information qu il juge plus fiables. Autre difficulté, le marché de la PAC géothermique de grande puissance destinée au chauffage d habitations collectives ou de bâtiments tertiaires n est aujourd hui pratiquement pas suivi. Il est donc impossible de mesurer la croissance de ce segment de marché, qui tend pourtant à se développer. De ce fait, le ta bleau 1 reflète surtout le marché individuel. Les exigences de la nouvelle directive européenne sur les énergies renouvelables vont conduire les différents États membres à mettre en place des méthodologies de collecte et de comptabilité en accord avec ces nouveaux critères. Dans les prochaines années, les statistiques sur les pompes à chaleur devraient donc être mieux suivies et beaucoup plus fiables. PrèS de PACG dans L Ue Durant l année 2008, le marché des PACg a, une nouvelle fois, dépassé la barre des unités avec systèmes vendus (ta bleau 1). Le marché est de nouveau en progression (+ 9,5 %), après avoir connu une légère baisse entre 2006 et Fin 2008, on estimait le nombre total de systèmes installés dans l Union à plus de , correspondant à une puissance de l ordre de 8 920,2 MWth (ta bleau 2). l allemagne, leader européen sur le segment des pacg Oschner L Allemagne est devenue pour la première fois leader sur le marché européen de la PACg. Selon l association allemande des BAROMÈTRE POMPES À CHALEUR EUROBSERV ER OCTOBRE 2009

6 65 statistical limits The official statistical bodies of most European countries (Austria, the Netherlands and the Czech Republic are among the exceptions) do not publish the number and capacity of the HPs as a matter of course. This explains why a large proportion of the existing statistics come from national industry associations (SVEP for Sweden, SULPU for Finland, AFPAC for France, BWP for Germany, ESPEL for Estonia, etc.) or European industry associations (EHPA European Heat Pump Association). The GSHP market is completely ignored in some countries in the absence of studies or moni toring. Furthermore, more often than not, only an estimate of the number of systems is available; the equivalent capacity of these systems is then extrapolated from the average capacity per system, defined on the basis of the characteristics of the markets and the type of heat pumps sold into these markets. Accordingly, there may be major consolidations when EurObserv ER considers the new information sources it deems to be more reliable. Another difficulty is that the high capacity ground source HP market geared to heating collective housing or tertiary buildings is hardly monitored at all. Therefore despite this market segment s trend to develop, it is impossible to gauge its growth comprehensively. For this reason, table 1 mainly reflects the domestic market. The requirements of the new European directive on renewable energies will force the various member States to implement data collection and accounting methods to comply with these new criteria, so in the future heat pump statistics will be tracked more closely and therefore be much more reliable. ALmoST 800,000 GShP in The eu Once again the GSHP market passed the 100,000 unit mark in 2008 with the sale of 112,157 systems (table 1) driving the market back into growth (up 9.5%), after dipping slightly between 2006 and By the end of 2008, the total number of systems installed in the European Union was put at over 780,000, equivalent to approxi mately 8,920.2 MWth of capacity (table 2). germany, leading europe s gshp segment For the first time, Germany has moved into the top of the European GSHP market. According to the German HP association (BWP e.v.), 34,450 units were sold into the national market in 2008 a leap of 28.1% which was combined with a booming ASHP market. Sales of air-to-water equipment geared exclusively to hea - ting thus rose from 17,762 in 2007 to 28,002 in 2008, or up 57.7%. The total number of ground source and air source heat pumps sold rose from 52,630 units in 2007 to 77,288 in 2008 (including HPs geared exclusively to heating domestic hot water), or a growth rate of almost 46.9%. The main reason for this sharp rise is that in 2008 a new incentive scheme came into effect with subsidies offered according to different criteria (new/old build, residential/non residential) and HP technology (ground source or air source). For example, a GSHP installed in a new house in the residential sector attracts a subsidy of 10 euros per m 2, with a ceiling of 2,000 euros for each Tabl. n 1 Principaux marchés de la PACg dans les pays de l Union européenne (en nombre d unités installées) Main GSHP market in the European Union countries (in number of units installed) * Germany Sweden France Austria Finland United Kingdom Netherlands Czech Republic Ireland Belgium Poland Estonia Slovenia Greece 65 n.a. Total * Estimation. Notes : EurObserv ER a décidé de retirer ses estimations du marché danois en raison du manque de visibilité de ce marché. Faute de statistiques disponibles, de nombreux marchés européens ne sont pas référencés. Le marché belge a été estimé par Observ ER après enquête auprès des fabricants. EurObserv ER decided to withdraw its estimates of the Danish market due to lack of visibility of this market. Due to the lack of statistics available, many small European markets are not referenced. The Belgian market was estimated by Observ ER after a survey of manufacturers. Source: EurObserv ER dwelling. In the case of condominiums with more than 2 apartments, the subsidy is limited to 10% of the investment cost. In renovation, and for the same equipment, the subsidy comes to 30 euros per m 2 of living area (capped at 3,000 euros per dwelling) for individual family homes, and a maximum of 15% of the cost for residential blocks with more than 2 apartments. From 1 January 2009, the HP market will benefit from the enactment of the German law promoting RES in the heating sector (Wärme-EEG). This legal text obliges owners of new buildings to cover part of their heating demand through renewable energies. Heat pumps, be they ground or air source, must cover at least 50% of the building s heating requirements. The law also enforces heat pump performance conditions with a seasonal performance factor (SPF) 1 of 3.5 for air source heat pumps and 4 for ground source heat pumps. If the HP also produces domestic hot water, this fac- 1 The SPF (seasonal performance factor) measures the theoretical heat output of a heat pump over a heating season, applying various parameters specific to its type (its coefficient of performance, thermal characteristics of the building, electricity consumption of the circulation loop, heat transfer fluid temperatures, etc.). b aromètre pompes à chaleur HEAT PUMPS BAROMETER EUROBSERV ER OCTOBER 2009

7 66 heat pumps b arometer PAC (BWP e.v.), leur marché national a atteint unités en 2008, correspondant à une croissance de 28,1 %. Le pays se caractérise également par une croissance importante de son marché des PAC aérothermiques. Les équipements air-eau destinés uniquement au chauffage sont ainsi passés de en 2007 à en 2008, soit une progression des ventes de 57,7 %. Le nombre total des PAC géothermiques et aérother - miques vendues est ainsi passé de en 2007 à en 2008 (y compris les chauffe-eau thermodynamiques, des PAC destinées uniquement au chauffage de l eau chaude sanitaire), soit une croissance de près de 46,9 %. Cette forte progression s explique principalement par la mise en place en 2008 d un nouveau programme d incitation dans lequel les subventions varient selon différents critères (neuf/ancien, résidentiel/non Les constructions neuves, principal marché des PACg. New house builds the main GSHP market % la baisse du marché suédois des PACg en 2008 contraction of the Swedish GSHP market in résidentiel) et selon la technologie de la PAC (géothermique ou aérothermique). Par exemple, les PACg installées dans une maison neuve dans le résidentiel bénéficient d une subvention de 10 euros par mètre carré, plafonnée à euros pour chaque logement. Dans le cas d immeubles d habitation de plus de deux appartements, la subvention est limitée à 10 % du prix de l investissement. En réno va - tion, et pour les mêmes équipements, la subvention atteint 30 euros par mètre carré de surface ha bitée (plafonnée à euros par logement) pour les maisons in dividuelles, et un maximum de 15 % du prix pour les immeubles d habitation de plus de deux appartements. À partir du 1 er janvier 2009, le marché de la PAC bénéficiera de la mise en application de la loi allemande sur la promotion des énergies renouvelables dans le secteur de la chaleur (Wärme-EEG). Ce texte oblige les propriétaires de nouveaux bâtiments à couvrir une partie de leur demande de chaleur à partir des énergies renouvelables. Les PAC, qu elles soient géothermiques ou aérothermiques, doivent couvrir au moins 50 % des besoins en chauffage du bâtiment. La loi impose également des conditions de performance des PAC avec un facteur de performance saisonnier (FPS) 1 de 3,5 pour les PAC aérothermiques et de 4 pour les PAC géothermiques. Si la PAC produit également de l eau chaude sanitaire, ce facteur doit être au minimum de 3,8 pour les PAC géothermiques et de 3,3 pour les PAC aérothermiques. le Marché suédois des pacg en baisse Le marché suédois est historiquement le grand marché de la PACg dans l Union européenne (UE). En effet, si on considère l ensemble du parc de l Union européenne, plus de 40 % de celui-ci est installé en Suède. Cette rapide ascension de la technologie PAC (toutes technologies confondues) s explique par l augmentation importante du prix de l électricité et du pétrole en conjonction avec la mise en place d une fiscalité énergétique (taxe carbone). Cette augmentation du prix de l énergie a eu pour effet d augmenter significativement la compétitivité des pompes à chaleur. Concernant le segment des équipements géothermiques, le marché suédois est ac - tuellement dans une dynamique de dé - croissance avec, selon la SVEP (association suédoise de la pompe à chaleur), une baisse pour la deuxième année consécutive. Le marché est passé de unités vendues en 2006, à en 2007 puis en La diminution du marché en 2007 s explique par une diminution du taux de remplacement des appareils de chauffage qui avait atteint un pic en Celle de 2008 est davantage la conséquence de la concur- Oschner 1 Le FPS (facteur de performance saisonnier) mesure le rendement théorique d une pompe à chaleur sur une saison de chauffe, en fonction de différents paramètres, conformément au type de PAC utilisé (coefficient de performance de la machine, caractéristique thermique du bâtiment, consommation électrique du circuit de circulation, températures des fluides caloporteur, etc.). BAROMÈTRE POMPES À CHALEUR EUROBSERV ER OCTOBRE 2009

8 67 Tabl. n 2 Nombre de PACg et puissance installée dans les pays de l Union européenne en 2007 et 2008* Number and installed capacity of GSHP in the European Union countries in 2007 and 2008* Nombre/ Number * Puissance/ Capacity (MWth) Nombre/ Number Puissance/ Capacity (MWth) Sweden , ,0 Germany , ,9 France , ,7 Finland , ,9 Austria , ,8 Netherlands , ,0 Poland , ,0 Ireland , ,0 Italy , ,0 Czech Republic , ,0 United Kingdom , ,6 Denmark , ,8 Belgium , ,0 Estonia , ,0 Hungary , ,0 Slovenia 720 6, ,2 Lithuania 200 4, ,3 Romania 40 2,0 40 2,0 Greece 194 1, ,9 Slovakia 8 1,4 8 1,4 Bulgaria 19 0,3 19 0,3 Latvia 10 0,2 10 0,2 Portugal 1 0,2 1 0,2 Total EU , ,2 b aromètre pompes à chaleur * Estimation. Notes : Les chiffres concernant le Danemark et l Autriche ont été fortement revisés à la baisse par rapport à nos dernières publications, suivant les indications du Danish Technological Institute et de Statistics Austria. Faute de données disponibles concernant le marché de certains pays, EurObserv ER a reporté, pour l année 2008, le même chiffre de parc que pour l année Mises hors service en 2008 : 18 PACg aux Pays-Bas pour une puissance de 3 MWth, PACg en Suède pour une puissance de 22,5 MWth, 11 PACg en Estonie pour une puissance de 0,1 MWth, 474 PACg en Autriche pour une puissance de 5,3 MWth. Les données de marché des PACg de grande puissance sont rarement disponibles, la plupart des statistiques font donc référence aux PACg à usage domestique. Following the guidance from the Danish Technological Institute and Statistics Austria, the figures for Denmark and Austria have been revised sharply downwards compared to our recent publications. As market data was unavailable for some countries, EurObserv ER used the same stock figures for 2008 as in GSHP decommissionned in 2008: 18 GSHP in The Netherlands corresponding to a capacity of 3 MWth, 2,500 in Sweden corresponding to a capacity of 22.5 MWth, 11 in Estonia corresponding to a capacity of 0.1 MWth, 474 in Austria corresponding to a capacity of 5.3 MWth. Market data on high capacity GSHP is scarce as most of the available statistics refer to GSHPs in domestic use. Les décimales sont séparées par une virgule. Decimals are written with a comma. Source: EurObserv ER tor must be at least 3.8 for ground source heat pumps and 3.3 for air source heat pumps. the swedish gshp Market shrinking Historically, the Swedish market has been the European Union s major GSHP market, because over 40% of the EU s heat pumps are installed in Sweden. The reason for this rapid rise in HP techno logy (all technologies taken together) was the steep increase in the price of electricity and oil coupled with the implementation of energy tax measures (carbon tax). The subsequent increase in the cost of energy was a significant boost to heat pump competitiveness. As for the ground source segment, the Swedish market is currently being forced downwards with a drop for the second consecutive HEAT PUMPS BAROMETER EUROBSERV ER OCTOBER 2009

9 68 heat pumps b arometer Nouvelles définitions européennes La nouvelle directive énergie renouvelable 2009/28/CE réintroduit les PAC aérothermiques dans le champ des énergies renouvelables. Plus précisément, l article 2 de la directive a étendu le champ d application des PAC en définissant trois sources énergétiques distinctes. Il s agit de l énergie géothermique définie comme une énergie emmagasinée sous forme de chaleur sous la surface de la terre solide, de l énergie hydrothermique définie comme une énergie emmagasinée sous forme de chaleur dans les eaux de surface et l énergie aérothermique définie comme une énergie emmagasinée sous forme de chaleur dans l air ambiant. Pour le calcul de la consommation finale brute d énergie, la directive prend en considération les technologies de PAC aérothermiques, géothermiques et hydrothermiques, qu elles soient utilisées pour le chauffage ou pour le rafraîchissement. La condition est que le rendement énergétique final «excède significativement l apport énergétique primaire requis pour faire fonctionner les pompes à chaleur». L annexe VII de la directive détermine la méthode de comptabilisation de l énergie produite à partir de PAC. Elle précise d une part que seules les PAC permettant un gain d au moins 15 % par rapport à l énergie primaire (calculée en tant que moyenne à l échelle européenne) seront prises en compte. C est-à-dire, si l on considère qu en moyenne en Europe (hypothèse d école, chiffre non officiel) une production brute d électricité d 1 kwh nécessite une consommation d énergie primaire de 2,58 kwh thermiques, la PAC devra produire au minimum 2,97 kwh thermiques (2,58 x 1,15) pour être éligible. D autre part, elle définit l énergie renouvelable produite comme la chaleur produite par la PAC, à laquelle on retire l énergie consommée estimée par un facteur de performance saisonnier (FPS) moyen. Les modes d estimation de ce facteur ainsi que la chaleur produite seront donnés par la Commission le 1 er janvier 2013 au plus tard. New European definitions The new renewable energy directive 2009/28/CE reintroduces air source HPs into the renewable energies ambit. More particularly, article 2 of the directive has extended the heat pump application field by defining three distinct energy sources, namely geothermal energy defined as energy stored in the form of heat beneath the surface of solid earth, hydrothermal energy defined as energy stored in the form of heat in surface water and aerothermal energy defined as energy stored in the form of heat in the ambient air. Aerothermal, geothermal* and hydrothermal heat energy captured by heat pumps shall be taken into account for the purposes of calculating the gross final consumption of energy provided that the final energy output significantly exceeds the primary energy input required to drive the heat pumps. Annex VII of the directive determines the accounting method of energy from heat pumps. It stipulates that only heat pumps whose energy gain is at least 15% over the input energy shall be taken into account (calculated as the mean on the European scale). That means, that if we consider that on average in Europe (academically, unofficial figure) the gross production of 1 kwh of electricity requires an input energy consumption of 2.58 kwh thermal, the HP must produce at least 2.97 kwh thermal (2.58 x 1.15) to be eligible. Secondly it defines the renewable energy produced as the heat produced by the HP, from which we remove the energy consumed by an estimated average seasonal performance factor (SPF). The Commission is due to lay down the methods for estimating this factor and the heat produced no later than 1 January * Aerothermal and geothermal heat pumps are usually referred to by the sector as air source heat pumps and ground source heat pumps respectively. rence féroce qu offrent les équipements aérothermiques. En effet, dans les nouvelles constructions de maison individuelle, qui sont aujourd hui extrêmement bien isolées et nécessitent peu de puissance, les PAC air extrait-air représentent plus de 90 % de part de marché. Les ventes de PAC air-eau et air-air sont également en forte augmentation grâce à la mise sur le marché de modèles plus efficaces. La part de marché des technologies géothermiques dans le secteur général de la PAC est ainsi passée de 32,7 % en 2006, à 29,8 % en 2007, puis à 19,6 % en Les ventes totales de pompes à chaleur (toutes technologies), après avoir di mi nué en 2007 (de à ), sont de nouveau en augmentation avec ventes enregistrées en En Suède, des subventions sont disponibles pour les PACg sous la forme de réduction d impôt pour le remplacement d un chauffage électrique. Ce programme, en place depuis le 1 er janvier 2006, se prolonge jusqu à fin La subvention est garantie pour 30 % du coût d installation de la pompe à chaleur (matériels et maind œuvre), à concurrence d un montant maximum de euros. La remise de la subvention est conditionnée au fait que le système de chauffage par PACg ne con - somme pas plus de 35 % de l électricité utilisée par le précédent système. un Marché français en pleine Mutation La France est restée en 2008 le troisième marché de la PACg de l UE, avec, selon l AFPAC (Association française pour les pompes à chaleur), unités vendues en 2008 contre en Ce marché est donc en légère augmentation (+ 4,5 % par rapport à 2007) après avoir connu une stagnation entre 2006 et Cette croissance peu soutenue de la PACg vient en partie de la crise immobilière qui limite le nombre de constructions neuves en France, principal marché de la PACg. Les mises en chantier de logements neufs ont en effet diminué de 12,7 % en 2008 pour atteindre un peu plus de Cette dynamique s explique également par le fait que le système de crédit d impôt mis en place (50 % entre 2006 et 2008, 40 % en 2009 et 25 % en 2010) n a pas été conçu pour BAROMÈTRE POMPES À CHALEUR EUROBSERV ER OCTOBRE 2009

10 69 year, according to the SVEP (Swedish heat pump association). The market has shrunk from 40,017 units sold in 2006, to 27,956 in 2007 and 25,138 in The explanation for the market contraction in 2007 is a lower heating appliance replacement rate which had peaked in The fierce competition put up by air source equipment is largely responsible for the 2008 rate. New build houses that are extremely well insulated require little capacity; therefore exhaust air-to-air HPs account for over 90% of the market. Sales of air-to-water and air-to-air HPs are also making inroads because more efficient models have been launched on the market. The ground source technologies market share in the general HP sector has thus dropped from 32.7% in 2006, to 29.8% in 2007, further still to 19.6% in Total heat pump sales (all technologies) having dropped in 2007 (from 122,473 to 93,791), increased again in 2008 with 128,400 sales recorded. In Sweden, subsidies are available for GSHPs in the form of tax reduction for replacing electric heating systems. This scheme which has been in force since 1 January 2006 has been extended until the end of The subsidy is guaranteed for 30% of the heat pump installation cost (supply and labour), to a maximum of 3,300 euros and is granted on condition that the GSHP heating system does not use more than 35% of the electricity used by the previous system. changing times for the french Market France maintained its 3rd place in the EU GSHP market in 2008 with 19,430 units sold in 2008 compared to 18,600 in the previous year according to the French heat pump association, AFPAC, this means the market is growing slightly (up 4.5% over 2007) after having stagnated between 2006 and This somewhat feeble growth in GSHP sales is partly the result of the property slump which brought down the number of new house starts the main GSHP market in France by 12.7% or just over 379,000 units sold in Another explanation for this trend is the fact that the tax credit scheme (50% between 2006 and 2008, 40% on 2009 and 25% in 2010) was not designed to promote ground source technologies, which are more expensive but more efficient than air source technologies. The mechanism does not differentiate the rate of tax credit on the basis of the technology used; the only criterion is to use a coefficient of performance (COP) 2 equal to or higher than the 3.3 associated with the minimum usage performance levels for each technology. Furthermore, the costs of purchasing collectors (or geothermal sensors) and heat exchangers are not included in the amount attracting eligibility for the tax credit. Air source HPs have particularly profited from this scheme. AFPAC states that sales of air-to-water HP have risen from 51,000 units in 2007 (50,365 according to Observ ER) to 133,080 in Sales of air-to-air HPs, which according to Observ ER s figures were around 2 The COP is defined as the ratio of the quantity of useful energy transferred by the HP (heat released into the building) to the input energy required to produce this transfer (energy used to run the compressor and other auxiliary equipment). For example, a HP that produces 3 kwh of heat for 1 kwh of input power has a COP VIessmann +4.5% growth of the French GSHP market in 2008 la croissance du marché français des PACg en 2008 the 61,000 mark in 2007, are unlikely to experience the same boom, as the partial results of the Observ ER survey point to a contraction of this market by over 10%. The growth of the air-to-air HP market will be curtailed from 2009 onwards as this type of HP has been disqualified from the tax credit scheme. The higher growth of air source HPs in France as in most European countries is explained by the fact that this techno logy is more relevant to the renovation market and EDF, France s historical electricity operator, has also put its weight behind sales. growth clearly slowing in austria La technologie du compresseur Scroll a permis d augmenter le rendement des PAC. Scroll compressor technology has been used to increase HP output. The number of GSHPs sold in 2008 was 8,566 as opposed to 8,288 units in 2007, according to the annual report Erneuerbare Energie in Österreich, Marktenwicklung 2008 report carried out on behalf of the Austrian Ministry of Transport, Innovation and Technology. Austrian market growth is clearly slowing down when compared with 2007 (up 3.4% between 2007 and 2008, as opposed to up 14.6% between 2006 and 2007). In contrast the air-to-water type air source HP market practically doubled, rising from 2,110 to 4,057 units. The air-to-air segment geared to heating is stable and lacklustre (488 units sold in 2008 as opposed to 486 in 2007). Oschner b aromètre pompes à chaleur of 3. The higher the COP, the more efficient the heat pump. HEAT PUMPS BAROMETER EUROBSERV ER OCTOBER 2009

11 70 heat pumps b arometer Pose d un plancher chauffant basse température, émetteur de chaleur optimal pour une PAC. Installing low-temperature underfloor heating the optimum heat transfer unit for a HP. favoriser les technologies géothermiques, plus onéreuses mais aussi plus performantes que les aérothermiques. En effet, le dispositif ne différencie pas le pourcentage de crédit d impôt selon la technologie utilisée, seul est requis un coefficient de performance (COP) 2 égal ou supérieur à 3,3 associé à des performances minimales d uti lisation pour chaque technologie. De plus, les frais liés à l achat des capteurs (ou des sondes géothermiques) et des échangeurs de chaleur ne sont pas intégrés dans le montant ouvrant droit au crédit d impôt. En revanche, ce système a été particulièrement incitatif pour les PAC aérothermiques. Les ventes de PAC air-eau sont ainsi passées, selon l AFPAC, de unités en 2007 ( selon Observ ER) à en Les ventes de PAC air-air, qui étaient, selon l observatoire, de l ordre de en 2007, ne devraient pas connaître le même essor. Les résultats partiels de notre enquête indiquent une diminution de ce marché de plus de 10 %. De plus, ce marché devrait subir un coup d arrêt à partir de 2009, ce type de PAC ayant été sorti du dispositif du crédit d impôt. Comme dans la plupart des pays européens, 2 Le COP est défini comme étant le rapport entre la quantité d énergie transférée par la PAC (chaleur restituée dans le bâtiment) et l énergie consommée pour réaliser ce transfert (énergie utilisée pour faire fonctionner le compresseur et certains auxiliaires). Par exemple, une PAC qui produit 3 kwh de chaleur pour une consommation de 1 kwh électrique, a un COP égal à 3. Plus le COP est élevé, plus la pompe à chaleur est performante. Viessmann la croissance plus importante des PAC aérothermiques en France s explique par le fait que cette technologie est davantage dédiée au marché de la rénovation. Elle a aussi été largement promue par EDF, l opérateur historique de l électricité dans le pays. croissance en nette baisse en autriche Selon l étude annuelle Erneuerbare Energie in Österreich, Marktenwicklung 2008 réalisée pour le compte du ministère des Transports, de l Innovation et de la Technologie, le nombre de PACg vendues en 2008 a atteint contre en La croissance du marché autrichien est en nette baisse par rapport à 2007 (+ 3,4 % entre 2007 et 2008, contre + 14,6 % entre 2006 et 2007). À l inverse, le marché des PAC aérothermiques de type air-eau a pratiquement doublé, passant de à Le segment des PAC air-air destinées au chauffage reste, quant à lui, stable et limité (488 unités vendues en 2008 contre 486 en 2007). Sur le segment de marché des PAC destinées au chauffage, les PACg sont restées majoritaires en 2008 avec 65,3 % de part de marché contre 76,2 % en Cette perte de part de marché s effectue dans un contexte de croissance de 20,5 % en 2008 ( installations en 2008 contre en 2007). Ces chiffres n incluent pas les PAC produisant uniquement de l eau chaude sanitaire (ECS). Le marché autrichien de la PAC se situe encore aujourd hui principalement sur celui de la construction, ce qui explique la part importante des PACg. Ce succès dans le neuf s explique par une réglementation très con - traignante en matière d efficacité énergétique, qui favorise l installation des PACg disposant d un facteur de performance saisonnier (FPS) très élevé. Le potentiel de développement du marché de la PAC, tant dans le secteur de la rénovation que de l existant, est important en Autriche. La croissance de ce marché devrait continuer de favoriser le développement des technologies aérothermiques de type air-eau. Le système d incitation est essentiellement fédéral. Celui mis en place dans le Land de Haute-Autriche est particulièrement intéressant car il différencie le montant de ses aides selon les performances de l installation. Dans la cons truction neuve, les PACg (eau glycolée-eau, et eau-eau) doivent au BAROMÈTRE POMPES À CHALEUR EUROBSERV ER OCTOBRE 2009

12 193-Barometre_PAC:Natif Baromètre 01/10/09 12:49 Page71 b aromètre pompes à chaleur 71 Puissance installée et nombre des PACg dans les pays de l Union européenne en 2008* Installed capacity and number of GSHP in European Union by country in 2008* N 400 km n 4 n 857,9, n n 12 Latvia Netherlands n 6 Netherla m n United Kingdom n ,6, Lithuania TOTAL EU Belgium n Luxembourg n n. n.a. Poland n Germany y n , Czech Rep. France n , Hungary Romania 350 Slovenia n 16 Portugal n 23 0,2 1 Slovakia n n 20 1, Austria n 5 Spain n n n. n.a Bulgaria Italy ly n n Greece 194 Malta n n. n.a. Cyprus n. n.a. Légende/Key 114 Puissance cumulée des PACg dans le pays. Accumulated capacity of GSHPs in the country (MWth) Nombre total des PACg installées dans le pays. Total number of GSHPs installed in the country. * Estimation. n.a. : Non disponible. n.a.: Not available. Les décimales sont séparées par une virgule. Decimals are written with a comma. Source: EurObserv ER HEAT PUMPS BAROMETER EUROBSERV ER OCTOBER 2009

13 72 heat pumps b arometer minimum avoir un FPS de 4 pour prétendre à une subvention de euros (3,8 si la PAC produit également de l eau chaude sanitaire). La subvention passe à euros lorsque le FPS est de 4,5 ou plus (4,3 si la production d eau chaude sanitaire est intégrée). Pour toucher la subvention de euros, le FPS est au minimum de 3,8 pour les PAC sol-sol (3,6 avec eau chaude sanitaire) et de 3 pour les PAC air-eau (2,8 avec eau chaude sanitaire). La subvention de euros nécessite dans tous les cas un FPS égal ou supérieur à 4,5. Dans le cas d une rénovation, la subvention est augmentée de 220 euros, mais elle ne s applique qu aux remplacements de chaudières fossiles (gaz, fioul voire charbon) d au minimum 15 ans. Le FPS doit, quant à lui, être au moins égal à 3,5 (3,2 avec eau chaude sanitaire). Les PACa sont exclues du dispositif. Graph. n 1 Répartition des ventes des PAC (géothermiques et aérothermiques) en 2008 par type d application pour les 8 pays suivis par l EHPA* Distribution of sales of heat pumps (air and ground source) in 2008 by type of application for the 8 countries monitored by the EHPA* 18,6 % PACg (chauffage seul)** GSHP (heating only)** 34,9 % Air-eau (chauffage seul)** Air-water (heating only)** 4,5 % PAC eau chaude sanitaire (ECS) seule Domestic hot water (DHW) HP only 3,4 % PAC air extrait (chauffage seul) Exhaust air HP (heating only) 38,7 % PAC réversible (chauffage et refroidissement)** Reversible HP (heating and cooling)** QUeLLe est LA PLACe des PAC AéroThermiQUeS en europe? * Ces huit pays sont l Autriche, la Finlande, la France, l Allemagne, l Italie, la Suède, la Norvège et la Suisse. ** Certaines de ces PAC produisent aussi de l ECS. * These eight countries are Austria, Finland, France, Germany, Italy, Sweden, Norway and Switzerland. ** Some of these HPs can also produce domestic hot water. Les décimales sont séparées par une virgule. Decimals are written with a comma. Source: EHPA Comme il a été vu dans les paragraphes précédents, le marché des PACa est actuellement le plus dynamique en Europe. Bien qu il n existe encore aucune étude exhaustive sur le marché de la PACa, il est possible d en donner un aperçu grâce à l enquête réalisée par l EHPA (association européenne des pompes à chaleur) dans huit grands pays du con tinent. Six de l Union européenne (Au - triche, Finlande, France, Allemagne, Italie et Suède) auxquels s ajoutent la Norvège et la Suisse. Selon les résultats de cette étude, le nombre de PAC tous types et toutes applications confondus (incluant les PAC utilisées pour le chauffage et le rafraîchissement et les chauffe-eau thermodynamiques) a plus que doublé en l espace de 4 ans. De en 2005, il est passé à en 2006 (+ 48,5 %), en 2007 (+ 6 %) et en 2008 (+ 46,8 %). Les PAC aérothemiques prélèvent des calories dans l air. Air source HPs extract calories from the air. De Dietrich L étude de l EHPA permet également de distinguer les différents types de PAC selon leurs applications (graphique 1). On identifie ainsi les PAC destinées au chauffage avec ou non une option pour le chauffage de l eau chaude sanitaire, les pompes à chaleur réver sibles qui assurent également le rafraîchissement, et les PAC qui récupèrent la chaleur de l air vicié et des pièces humides pour la production d eau chaude sanitaire (chauffe-eau thermodynamique) ou le chauffage des pièces à vivre (PAC air extrait-air). L EHPA ne précise dans ses statistiques que la source de chaleur utilisée (aérothermiques ou géothermiques) pour les PAC destinées au chauffage seul (avec ou sans option ECS). Il est cependant possible d obtenir une bonne estimation de la répartition entre les systèmes aérothermiques ou géothermiques. En effet, les PAC réversibles vendues en Europe sont pratiquement toutes d origine aérothermique et majoritairement de type air-air. Les PAC fonctionnant sur le principe de la récupération de chaleur sont également de type aérothermique. Reprenant ces hypothèses, les statistiques de l EHPA montrent que la croissance des marchés, dans les huit pays considérés, a particulièrement profité aux PAC aérother- BAROMÈTRE BIOCARBURANT EUROBSERV ER OCTOBRE 2009

14 73 Stiebel Eltron b aromètre pompes à chaleur Usine de production de PAC de Stiebel Eltron, à Holzminden en Allemagne. The Stiebel Eltron HP manufacturing facility at Holzminden, Germany. GSHP still had the upper hand in the HP heating market segment in 2008 with 65.3% market share down from 76.2% in 2007 in a 20.5% growth context in 2008 (13,111 installations in 2008 as opposed to 10,884 in 2007). These figures do not include heat pumps that only produce domestic hot water. The Austrian HP market is still mainly geared to the construction segment, which explains the high GSHP figures. This success in new build is explained by a tough energy efficiency regulation, which promotes the installation of GSHPs with a very high seasonal performance factor (SPF). The potential for market development both in the renovation and existing sector is high in Austria. The growth of this market should continue to favour the development of air source technologies of the air-to-water type. The Austrian incentive scheme is essentially federal. The scheme set up in the state of Upper Austria is particularly interesting because it ties the amount of aid granted to the installation performance level. In new build, the SPF of GSHPs (brine-to-water and waterto-water) must be at least 4 to be eligible for a 1,500 euros subsidy (3.8 if the HP also produces domestic hot water). The subsidy rises to 2,200 euros when the SPF is 4.5 or over (4.3 if domestic hot water production is included). In order to be eligible for the 1,500 euros subsidy, the SPF must be at least 3.8 for direct expansion heat pumps (3.6 with domestic hot water production) and 3 for air-towater HPs (2.8 with domestic hot water production). In all cases the 2,200 euros subsidy requires an SPF of 4.5 or over. In the case of renovation, the subsidy is increased by 220 euros, but only applies to the replacement of fossil fuel fired boilers (gas, oil or coal) that are at least 15 years old. The SPF for its part must be at least 3.5 (3.2 with domestic hot water production). Air source heat pumps are excluded from the mechanism % growth of the air source HP market in the 8 countries monitored by the EHPA between 2007 and 2008 la croissance du marché des PAC aérothermiques dans les 8 pays suivis par l EHPA entre 2007 et 2008 WhAT is The AeroThermAL heat PUmP SiTUATion in europe? As the above sections demonstrate, the market for air source heat pumps is currently thriving in Europe. Although a comprehensive study of the ASHP market has yet to be made, a foretaste is available in the form of a survey conducted by the EHPA (European Heat Pump Association) in height of the continent s main countries of which six are European Union countries (Austria, Finland, France, Germany, Italy and Sweden) plus Norway and Switzerland. According to the survey s findings, the number of HPs taking all types and applications together (including heat pumps used for heating and cooling and domestic hot water heaters) has more than doubled in just 4 years. It has risen from 249,394 in 2005, 370,447 in 2006 (up 48.5%), 392,756 in 2007 (up 6%) to 576,392 in 2008 (up 46.8%). The EHPA survey also differentiates between the various types of HP by application (graph 1), enabling us to identify HPs used for heating with or without the domestic hot water heating option, reversible heat pumps which also provide cooling, and exhaust air-to-air HPs that recover the heat from stale air and damp rooms to produce domestic hot water or heat living rooms. While the EHPA statistics do not state the heat source tapped (air or ground) for HP used exclusively for heating applications (with or without warm water production), we can get a good estimate of the breakdown between the aerothermal and geothermal systems. This is because the reversible HPs sold in Europe are prac- HEAT PUMPS BAROMETER EUROBSERV ER OCTOBER 2009