METHODOLOGIE POUR LE SUIVI DES PERFORMANCES DE POMPES A CHALEUR. Cahier des charges

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1 METHODOLOGIE OUR LE SUIVI DES ERFORMANCES DE OMES A CHALEUR Cahier des charges

2 DÉVELOEMENT DURABLE ôle ENergies Renuvelables METHODOLOGIE DE SUIVI DES ERFORMANCES DE OMES A CHALEUR Cahier des charges eter Riederer, Vincent artenay, Sandrine incemin La reprductin de ce rapprt n'est autrisée que sus sa frme intégrale, sauf clauses spécifiques explicitées dans la cnventin liant le CSTB et le dnneur d'rdre. Tute reprductin, même partielle, devra mentinner le CSTB et le u les auteurs. Il cmprte pages Client : ADEME Respnsable : hilippe Laplaige Cntrat n : ER MARS 2009 ESE/ENR R DIFFUSION UBLIC

3 2/9 D I F F U S I O N : RESUMÉ Ce cahier des charges présente une méthdlgie pur le suivi d installatins de pmpes à chaleur (AC). Cette méthdlgie a été dévelppée dans le cadre d une cllabratin entre l Ademe et le CSTB pur des suivis futurs sur des AC. La méthdlgie décrit à la fis les méthdes de calcul des perfrmances, l évaluatin de l impact envirnnemental, des cûts de l pératin ainsi que le vécu de l installatin par les ccupants u explitants. Les dnnées à relever et à mesurer snt spécifiées en deux prirités : des dnnées impératives et ptinnelles. lusieurs schémas d instrumentatins snt prpsés pur cuvrir l ensemble des AC à évaluer.

4 3/9 SOMMAIRE 1. OBJECTIF ANALYSE DES INSTALLATIONS Calcul des perfrmances Impact envirnnemental Cûts Vécu de l installatin DONNEES A RELEVER Nmenclature générale Caractéristiques de l installatin Dnnées «Obligatires» Dnnées «Optinnelles» Fréquence et durée d enregistrement LES SCHEMAS D INSTRUMENTATION chauffage/refridissement actif chauffage/refridissement actif avec prductin d ECS Chauffage, ECS et free-cling...2

5 4/9 1. OBJECTIF Afin d intégrer de nuveaux suivis d installatins de pmpe à chaleur à la base de dnnées existante et d en permettre l analyse, il est nécessaire de définir clairement les résultats attendus. A partir de là, n peut identifier les dnnées requises pur les calculs et prévir une instrumentatin adaptée sur les installatins. Les installatins peuvent se présenter sus diverses frmes, ce qui implique que le prfil d instrumentatin type dit être défini pur : Les mdes de fnctinnement tels chauffage seul, chauffage réversible, chauffage + ECS, ECS uniquement, Les installatins à capteurs hrizntaux, verticaux u sur nappe ainsi que les AC air/eau Les technlgies de la AC, telles eau/eau, eau glyclée/eau, sl/sl, sl/eau. Le type d habitat, allant de l individuel au cllectif, du neuf à la réhabilitatin. L analyse des suivis prte sur quatre axes principaux : Les perfrmances énergétiques du système L impact envirnnemental de l installatin Les cûts d installatin, d explitatin et de maintenance du système Le vécu de l installatin par les différents acteurs (maitres d œuvre et d uvrage, habitants etc.) 2. ANALYSE DES INSTALLATIONS ur établir une liste exhaustive des dnnées nécessaires à l évaluatin des perfrmances des installatins, n recense ces dnnées pur chacun des résultats désirés, lesquels se classent seln les axes évqués précédemment : 1. erfrmances : Les perfrmances énergétiques du système, évaluées pur le chauffage, le refridissement et l ECS. 2. Impact envirnnemental : L impact envirnnemental, par calcul du TEWI ramené à la surface u à la cnsmmatin calrifique de l installatin. 3. Cûts : Les cûts d installatin, d explitatin et de maintenance du système 4. Vécu : Le vécu de l installatin par les différents acteurs (maitres d œuvre et d uvrage, habitants etc.), ce type d infrmatin puvant être btenu par questinnaire auprès des persnnes cncernées. Les perfrmances énergétiques ainsi que l impact envirnnemental dépendent directement du suivi. En ce qui cncerne les cûts, seulement la part d explitatin requiert des mesures.

6 5/9 2.1 CALCUL DES ERFORMANCES L analyse des perfrmances des installatins cnsiste principalement en un calcul des cefficients de perfrmances des AC. Différentes définitins des CO existent prenant en cmpte u nn les auxiliaires des AC. Ces calculs snt basés sit sur les puissances instantanées pur le CO instantané, sit sur des énergies cnsmmées u prduites dans le cas du CO myen annuel. CO de la AC : CO AC Le CO AC prend en cmpte la puissance du cmpresseur ainsi que la puissance au cndenseur de la AC : CO th AC AC = (1) el AC Avec th-ac la puissance calrifique prduite au cndenseur et el-ac la puissance électrique absrbée par le cmpresseur (en W u kw). CO du système : CO Système Cmme le CO AC, le CO Système est un rapprt de puissance. La différence est dans les puissances électriques car il prend en cmpte les cnsmmatins dues aux auxiliaires tels les ventilateurs u pmpes du circuit qui prélèvent (u rejettent en mde refridissement) l énergie dans l envirnnement. Il permet une estimatin plus «réelle» des perfrmances d une installatin que le CO AC. CO Système el AC th AC el app th app = (2) el aux env L éventuelle présence d un appint fait apparaître les termes th-app et el-app. Il est imprtant de préciser que ces valeurs snt des puissances instantanées et en aucun cas des valeurs nminales. el-aux-env crrespnd à la puissance absrbée par les auxiliaires du côté évaprateur de la AC (en mde chauffage). Les auxiliaires pris en cmpte pur ce calcul snt uniquement la puissance de la pmpe de circulatin u des ventilateurs du côté de l évaprateur. Le CO Système permettra une cmparaisn avec d autres types de chauffage u de refridissement. CO installatin : CO inst Si la puissance des auxiliaires du côté bâtiment est mesurée, le CO de l installatin peut être calculé à titre infrmatif. Il permettra l évaluatin de la perfrmance glbale de l installatin, bâtiment cmpris. CO inst el AC th AC el app th app = (3) aux env aux bat aux crrespnd à l ensemble des auxiliaires côté envirnnement et côté bâtiment. L efficacité de l installatin η inst prend en cmpte les pertes au niveau de la distributin de chaleur u de frid dans le bâtiment et les pertes au niveau de l émissin. La valeur retenue pur η inst est de η inst COs annuels (saisnniers) de la AC : CO X_annuel L ensemble des CO définis ci-dessus peuvent également être présentés sus frme d énergies. Ce type de CO est dnc défini cmme le rapprt de l énergie furnie sur une péride dnnée (idéalement une saisn de chauffe u de refridissement) à la cnsmmatin d énergie électrique cnsmmée par la pmpe à chaleur (dans le cas du CO AC ). Dans le cadre des suivis il est l équivalent du CO AC, mais évalué sur l année en terme d énergies. CO th AC saisn AC annuel = = el AC saisn Q Q th AC el AC (4)

7 6/9 Remarque : Ces cefficients varient en fnctin de la température côté cndenseur et évaprateur, les valeurs snt dnc assciées à une base de température dnnée. L ensemble des valeurs des CO dit dnc tujurs être affiché avec les températures de fnctinnement assciées qui sernt relevées à l entrée du cndenseur et de l évaprateur pur éviter une installatin de suivi trp cuteux. 2.2 IMACT ENVIRONNEMENTAL L impact envirnnemental est évalué utilisant l analyse TEWI (EN 378-1). La valeur TEWI est définie cmme étant une méthde permettant de déterminer l impact d effet de serre direct (réfrigérant) et indirect (cnsmmatin énergétique) d une installatin frigrifique. Cette méthde ne s applique qu à des systèmes bien définis (puissance et charge de fluide cnnues) et permet la cmparaisn des impacts sur l effet de serre de différentes installatins. L analyse du TEWI d une installatin existante permet également de déterminer les surces principales d émissins de gaz à effet de serre et d entreprendre ainsi les mesures adéquates pur réduire celles-ci. Le TEWI se définit de la manière suivante : TEWI = (GW 100 x L x n) + (GW 100 x m x (1-α Recup )) + (n x E el x β) (5) fuites récupératin pératin Effet direct - ESD Effet indirect - ESI Le TEWI s exprime en [kg CO2] avec : Variable Unité Nm Valeur(s) GW 100 [kg CO 2/kg] «Glbal Warming tential» équivalent CO 2 sur une péride de 100 ans R407-c : 1530 R134-a : 1300 R22 : 1780 L [kg/a] Quantité de fuite annuelle 5 %/a (surce CRTE) n [a] Durée de vie de l installatin 15 m [kg] Quantité de réfrigérant Dnnées cnstr. α Recup [%] Taux de récupératin de réfrigérant en fin d installatin 0.9 (surce CRTE) E el [kwh/a] Cnsmmatin électrique annuelle* Résultat du suivi β [kg/kwh] Emissins de CO2 par kwh d énergie cnsmmée 0.18kgCO 2/kWh (surce : ADEME) L analyse du TEWI est effectuée pur une durée de vie de 15 ans. * Seln l analyse à effectuer cette valeur purra intégrer u nn des cnsmmatins auxiliaires 2.3 COUTS arallèlement aux mesures effectués et les calculs de perfrmance, des statistiques sur les cûts snt effectuées. Cette analyse permettra de situer les prjets au niveau des cûts suivants : - Les cûts d investissement Les cûts d investissement snt évalués pur les cûts éventuels de frage (avec mise en place des sndes u capteurs), de la pmpe à chaleur et de l installatin de l ensemble. Les cûts d un devis u de la facture finale peuvent être utilisés. - Les cûts d pératin Les cûts d pératin de l installatin sernt sit calculés à partir des cnsmmatins enregistrées en tenant cmpte des tarifs d électricité u d une facture, si les détails snt dispnibles. - Les cûts de maintenance Les cûts de maintenance sernt évalués à partir des factures (une enquête sera faite chaque année) u du cntrat de maintenance.

8 7/9 2.4 VECU DE L INSTALLATION Une enquête sera effectuée après une année de fnctinnement de la AC. Cette enquête permettra de recueillir le vécu des ccupants u explitants du bâtiment. Une fiche d enquête est définie en annexe. 3. DONNEES A RELEVER ur être en mesure d analyser les installatins cmme décrit dans le chapitre précédent, une liste des dnnées à relever est présentée ici. L ensemble des dnnées à relever est cmpsé de tris catégries : Les caractéristiques de l installatin. Les dnnées «primaires» snt les dnnées mesurées strictement nécessaires au calcul des résultats désirés. Les dnnées «secndaires», ce snt les dnnées mesurées utilisées pur une étude plus fine des résultats. 3.1 NOMENCLATURE GENERALE App Aux-env Aux-bat Ch ECS el Fr AC th Appint Auxiliaire côté envirnnement Auxiliaire côté bâtiment Chauffage Eau chaude sanitaire électrique Refridissement mpe à chaleur thermique 3.2 CARACTERISTIQUES DE L INSTALLATION Surface [m2] : COnminal [-]: Fluide : M-fluide [kg] : Surface ttale à chauffer CO dnné par le cnstructeur (rapprt de puissances à un pint de fnctinnement de la AC). Type de fluide frigrigène utilisé (pur btenir sn GW) Masse de fluide frigrigène cntenue dans la AC 3.3 DONNEES «OBLIGATOIRES» Q th-ac-ch [kwh] : Q th-app-ch [kwh] : E el-ac-ch [kwh] : E el-aux-env-ch [kwh] : Energie thermique de chauffage prduite en srtie de AC Energie thermique de chauffage prduite par l appint Energie électrique cnsmmée par le cmpresseur de la AC Energie électrique cnsmmée par les pmpes côté envirnnement E el-app-ch [kwh] : Energie électrique cnsmmée par l appint (si appint il y a) T entrée-cnd [ C] : T srtie-cnd [ C] : T entrée-evap [ C] : T entrée-cnd [ C] : Température du fluide à l entrée du cndens eur Température du fluide en srtie du cndense ur Température du fluide à l entrée de l évap rateur Température du fluide en srtie de l évapr ateur

9 8/9 Les valeurs Q th-ac-fr, E el-ac-fr, E el-aux-evap-fr, Q th-ac-ecs, Q th-app-ecs, E el-ac-ecs, E el-aux-evap-ecs et E el-app-ecs représentent les mêmes énergies que celles décrites ci-dessus mais pur le refridissement (-Fr) et pur l eau chaude sanitaire (-ECS). Ce snt des valeurs sur une année de fnctinnement. Remarques ur le CO nminal il est plus adéquat d utiliser sa valeur réévaluée aux températures de fnctinnement définies pur l installatin. On l btient à partir des curbes caractéristiques de CO (u de puissances calrifiques et électriques) en fnctin des températures au cndenseur et à l évaprateur lrs de la cnceptin de l installatin. Il est suggéré d effecteur également le relevé des cnsmmatins électriques des pmpes de circulatin côté bâtiment afin d étendre l analyse des résultats. 3.4 DONNEES «OTIONNELLES» Q th-capteur-ch [kwh] : Q th-capteur-fr [kwh] : E el-aux-cnd-ch [kwh] : T ext [ C] : T amb [ C] : Energie thermique prélevée à l évaprateur (mde chauffage) Energie thermique délivrée par le cndenseur (mde refridissement) Energie électrique cnsmmée par les pmpes côté bâtiment Température extérieure Température ambiante Nte : ne pas cnfndre avec le mde refridissement ù le rôle des cndenseurs et évaprateur est échangé. Remarque Une attentin particulière est nécessaire due à la présence de glycl dans le circuit cté capteur u snde géthermique. Le calcul des énergies se base sur une mesure de débit et sur la caractérisatin des prpriétés physiques du mélange eau/glycl. Cette caractérisatin du mélange eau-glycl (purcentage de mélange, densité et capacité thermique) est à effectuer avant et après chaque péride de suivi. Le rati du mélange eau-glycl dit rester cnstant lrs de l ensemble du suivi. Dans le cas d une éventuelle remise en pressin du circuit des capteurs u des sndes géthermiques le mélange dit être vérifié et réajusté si besin. 3.5 FREQUENCE ET DUREE D ENREGISTREMENT Fréquence : Le relevé des dnnées se fait en deux niveaux : Niveau 1 : L acquisitin des dnnées se fait par mdule de traitement effectuant des mesures tutes les 15 minutes ; Niveau 2 : Un relevé manuel est effectué de façn mensuelle (ce relevé permet, en cas de dysfnctinnement des relevés autmatiques du niveau 1, l btentin d un minimum d infrmatins nécessaires pur l analyse de l installatin) Durée : Au niveau de la durée sur laquelle snt effectuées les mesures, le minimum requis est d une année dans le cas d une installatin dnt la AC assure également la prductin d ECS et peut se limiter à une saisn de chauffe/refridissement dans le cas d une installatin sans ECS. Cependant n recmmande un suivi sur une durée d au mins 2-3 années u saisns de chauffe/refridissement

10 9/9 4. LES SCHEMAS D INSTRUMENTATION 4.1 CHAUFFAGE/REFROIDISSEMENT ACTIF Figure 1 : instrumentatin pur chauffage/refridissement «actif» Dans le cas d une installatin réversible (chaud/frid), les cmpteurs d énergie divent être réversibles. 4.2 CHAUFFAGE/REFROIDISSEMENT ACTIF AVEC RODUCTION D ECS Figure 2 : instrumentatin pur chauffage/refridissement actif avec ECS 4.3 CHAUFFAGE, ECS ET FREE-COOLING Figure 3 : instrumentatin avec free-cling On rappelle que ce schéma est simplifié, ceci dans le but de cuvrir tutes les cnfiguratins pssibles.