Chauffage et climatisation avec pompe à chaleur couplée à un champ géothermique. Crunelle Cathy 23 mai 2013

Transcription

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2 Chauffage et climatisation avec pompe à chaleur couplée à un champ géothermique Crunelle Cathy 23 mai 2013

3 Pompe à chaleur géothermique avec stockage intersaisonnier Le contexte 3

4 Laborelec: situation géographique 4

5 A quoi ressemble le bâtiment? Avant travaux Conçu et construit de 1962 à 1969 Building et équipements techniques de haut standard (e.g. double vitrage, isolation thermique, chauffage électrique) 5

6 Après 50 ans, besoin de rénovations majeures 6

7 Des laboratoires à mettre aux normes 7

8 Plan de rénovation Masterplan Rénovation et extension de l aile 2 Nouveaux laboratoires (+/ m²) Nouveaux bureaux (+/ m² 100 p) Projet +/- 1 an, démarré en mai 2010 Double peau pour l aile 5 Isolation (réduction des besoins) Protection solaire (éviter la surchauffe, minimiser le refroidissement) Production de chaud/froid 4 Pompe à chaleur (eau froide&chaude pour les bureaux via plafonds climatisés) Eau glacée pour les laboratoires Main building Work area 8

9 Pompe à chaleur géothermique avec stockage intersaisonnier Le choix technologique: BTES 9

10 Laborelec a installé un système Borehole Thermal Energy Storage (BTES) Description technique Employé en tertiaire (neuf ou rénovation lourde) Stockage d énergie intersaisonnier basé sur un large échangeur de chaleur souterrain Système à boucle fermée, pas ouvert En combinaison avec une pompe à chaleur (et chaudière/chiller pour les pics) Nécessité d un équilibre entre le chaud et le froid INJECTION Hiver Eté 10

11 Le BTES est une technologie émergente manquant de retour d expérience Développement - Technologie engineering mature mais manque de REX - Marché (ventes) seules quelques installations à ce jour - Canaux d installation sociétés d engineering sont essentielles - Attentes clients faible (TRI et visibilité) 11

12 Un BTES doit être bien conçu Avantages Système combiné chaud et froid Haute efficacité Risque environnemental limité Facteurs stimulants: performance globale du bâtiment (ISO50001) et bonne image Points d attention Caractéristiques thermiques du sol (test préliminaire à conseiller) Besoin d espace (peut aussi être placé sous le bâtiment) Bonne connaissance et prévision de l équilibre chaud-froid Bonne performance avec un chauffage basse température et un refroidissement à haute température Les unités terminales doivent être bien choisies Un bon contrôle et une maintenance sont indispensables pour obtenir de bons résultats 12

13 Pompe à chaleur géothermique avec stockage intersaisonnier En pratique, à Laborelec 13

14 K21 K75 C signum+ 14

15 Le système HVAC Base de chauffage/refroidissement avec PAC et BTES Etude de faisabilité Appoint avec la chaudière gaz à condensation haut rendement ECS avec un ballon solaire thermique Chauffage à basse température 40/30 C PAC avec SPF > 4 Récupération de chaleur via ventilation de la double peau Refroidissement à haute température 15/18 C (avec quelques exceptions pour le laboratoire) >65% du temps en mode free cooling (SPF = 21) Refroidissement par PAC (SPF = 7, encore 3x meilleur qu un système traditionnel) 15

16 Le système BTES couplé à une PAC est rentable Par rapport à un système traditionnel, le BTES associé à la PAC comporte un surcoût, mais rentabilisé en 11 ans Annuellement: -25% d énergie primaire -22% de CO 2 16

17 Il faut privilégier l équilibre chaud/froid 17

18 Données techniques de l installation Données techniques (phase 1) Capacité en chaud: 75 kwth Capacité en froid: 80 kwth Source: BTES (Borehole Thermal Energy Storage) Nombre de forages: 25 Profondeur forages: 85 mètres Systèmes de back-up 2 chaudières à condensation: 200 kwth 2 chillers: 290 kwth Raison back-up: laboratoires et fonctionnement optimal de la PAC 2ème phase Copy-paste de la capacité de PAC Connexion aux autres buildings 18

19 E50 E242 C signum+ 19

20 4 modes de fonctionnement Chauffage seul: PAC+ BTES produisent de la chaleur Refroidissement seul: PAC+ BTES produisent du froid Equilibre: Free cooling: Echange d énergie entre le condenseur et l évaporateur, BTES à l arrêt BTES produit du froid, la PAC à l arrêt 20

21 Pompe à chaleur géothermique avec stockage intersaisonnier Retour d expérience après 1 an ½ d utilisation 21

22 Instrumentation de l installation 22

23 Instrumentation de l installation 23

24 La PAC a subi des arrêts importants la 1 ère année Seul le free cooling a pu être maintenu lors des arrêts de la PAC En fonctionnement, la puissance délivrée par la PAC est stable 24

25 La puissance délivrée par la PAC est stable Lorsque la température extérieure est très faible, la production de chaleur de la chaudière augmente 25

26 La PAC est restée longtemps arrêtée 26

27 Un COP stable de 4 est obtenu 27

28 Il faut toujours rester vigilant pour interpréter les données 28

29 La température du sol est stable Peu importe la température extérieure, la température du sol reste stable Le delta t est faible à optimiser! 29

30 Le taux de charge/décharge du sol est directement lié à la saison 30

31 Pompe à chaleur géothermique avec stockage intersaisonnier Conclusions 31

32 Rénovation majeure d une aile du bâtiment (phase 1) de Laborelec Choix d un système BTES couplé à une PAC Surcoût à l investissement mais: Rentabilisé en 11 ans Diminution de la consommation d énergie de 25% annuellement Diminution des émissions de CO 2 de 22% annuellement Par rapport à un système de référence traditionnel mais Besoin d une optimisation Besoin d un suivi régulier 32

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