FORMATION BÂTIMENT DURABLE

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1 FORMATION BÂTIMENT DURABLE POMPE À CHALEUR : CONCEPTION AUTOMNE 2017 Etude de pertinence évaluation technique, environnementale et économique François RANDAXHE

2 2 OBJECTIFS DE LA PRÉSENTATION N Analyser les raisons techniques, économiques et environnementales justifiant l intégration d une PAC. N Savoir identifier facilement : la faisabilité et le type de PAC envisageable le gain économique et environnemental possible la priorité d une telle solution par rapport aux autres technologies N Donner des ordre de grandeur pour une première analyse Cette présentation vise à donner les clés pour envisager assez rapidement la faisabilité et l intérêt d une pompe à chaleur dans un projet concret afin de choisir le meilleur mode de production.

3 3 TABLE DES MATIÈRES EVALUATION TECHNIQUE N Le projet est-il adapté à une PAC? Etat du bâtiment Site (espace, énergie disponible, proximité, ) N Quelles sources choisir? Froide : capteurs Chaude : émetteurs N Mode de fonctionnement EVALUATION ENVIRONNEMENTALE N Impacts: Couche d ozone, effet de serre, bruit, EVALUATION ÉCONOMIQUE N Primes énergie spécifiques CONCEPTION D UN PROJET DE PAC N Récapitulatif

4 4 LA PROJET EST-IL ADAPTÉ À UNE PAC? Etat du bâtiment L installation d une pompe à chaleur est mieux adaptée pour une nouvelle construction ou une rénovation lourde. La PAC sera plus performante si le bâtiment est bien isolé. L isolation limite les besoins et permet de diminuer la température de la source chaude. Le passage d un régime haute température à un régime basse température permet alors d augmenter le COP. Ordre de grandeur des besoins calorifiques (source: bâtiment neuf, isolation au niveau passif : 10 W/m² bâtiment neuf, isolation de très bonne qualité : 40 W/m² bâtiment neuf, isolation de bonne qualité : 50 W/m² bâtiment présentant une isolation normale : 80 W/m² bâtiment ancien sans isolation spéciale : 120 W/m²

5 5 LA PROJET EST-IL ADAPTÉ À UNE PAC? Implantation - Espace disponible PAC géothermique - horizontale : Surface libre nécessaire (sans arbustes, ) 2 x surface habitable - verticale : Sous un bâtiment (neuf) ou dans un espace libre - Proximité de voisins PAC Air/ extérieures : Nuisances sonores - Sources disponibles - autorisations PAC Eau/ : Nappe phréatique, étang, rivière, PAC géothermique : Qualité du sol - Vecteurs énergétiques disponibles Choix entre PAC gaz ou électrique.

6 6 TABLE DES MATIÈRES EVALUATION TECHNIQUE N Le projet est-il adapté à une PAC? Etat du bâtiment Site (espace, énergie disponible, proximité, ) N Quelles sources choisir? Froide : capteurs Chaude : émetteurs N Mode de fonctionnement EVALUATION ENVIRONNEMENTAL N Impacts Couche d ozone, effet de serre, bruit, EVALUATION ÉCONOMIQUE N Primes énergie spécifiques CONCEPTION D UN PROJET DE PAC N Récapitulatif

7 7 QUELLES SOURCES CHOISIR? Type de source froide disponible Source Type Aspects à prendre en considération Air Eau Sol statique dynamique de nappe phréatique de surface horizontal vertical Encombrement du capteur Proximité des voisins (nuisances sonores) Quantité et qualité de l eau Quantité et qualité de l eau Surface au sol disponible et type de sol Type de sol (analyse géologique) Source :

8 8 QUELLES SOURCES CHOISIR? Source froide Air Statique : Larges variations de température (0 C à + 15 C) COP saisonier 2,5 à 3,5 Eau de nappe phréatique : Faibles variations de température (+6 C à + 10 C) COP saisonier 3 à 4,5 Eau de surface : Faibles variations de température COP saisonier 3 à 4,5 Sol Horizontal : Variations de température plus élevées à faible profondeur COP saisonier 3 à 4 Sol Vertical : Faibles variations de température COP saisonier 3 à 4

9 9 QUELLES SOURCES CHOISIR? Type de source chaude utilisable Source Type Aspects à prendre en considération Air Eau Sol Multi-split Réseau d air Plancher chauffant Ventilo-convecteur Radiateur basse température Plancher chauffant Quantité maximale de split par circuit Dimensionnement de réseau aéraulique (Débit, ) Revêtement du sol Bruit du ventilateur Dimensions du radiateur basse température Revêtement du sol Quantité de fluide frigorigène Source : Eviter les sources chaudes à trop haute température qui dégradent le COP Température de chauffage maximum de 50 C

10 10 QUELLES SOURCES CHOISIR? Source chaude N Eau Système dimensionné pour une température de départ entre 35 C et 45 C lors de températures extérieures de -8 C Applicable aux chauffages par sol et aux radiateurs à grande surface rayonnante si le bâtiment est très bien isolé. Pour des systèmes à plus haute température, il est nécessaire de prévoir un appoint (mode bivalent, chauffages d appoints, ) N Air Gamme de températures idéales pour PAC (15-30 C). Pas de préparation d ECS envisageable ni d accumulation de chaleur en heures creuses Evite l usage d un fluide caloporteur intermédiaire et d un échangeur de chaleur. Cependant le rendement de l échangeur direct (fluide caloporteur air) est moins performant. Le chauffage par air nécessite de plus grosses gaines et l encombrement est donc plus important. Cet inconvénient peut être contourné via des installations avec préparation d air directement dans le local (multisplit, DRV ou PAC sur boucle d eau).

11 11 TABLE DES MATIÈRES EVALUATION TECHNIQUE N Le projet est-il adapté à une PAC? Etat du bâtiment Site (espace, énergie disponible, proximité, ) N Quelles sources choisir? Froide : capteurs Chaude : émetteurs N Mode de fonctionnement EVALUATION ENVIRONNEMENTALE N Impacts Couche d ozone, effet de serre, bruit, EVALUATION ÉCONOMIQUE N Primes énergie spécifiques CONCEPTION D UN PROJET DE PAC N Récapitulatif

12 12 MODE DE FONCTIONNEMENT Mode Monovalent Mono-énergétique Bivalent parallèle Bivalent alternatif Principe de fonctionnement La PAC fonctionne seule et couvre 100% des besoins durant toute la saison de chauffe La PAC fonctionne seule jusqu à une certaine T extérieure (point d équilibre). En dessous de cette T, la PAC fonctionne avec un appoint électrique La PAC fonctionne seule jusqu à une certaine T extérieure (point de bivalence). En dessous de cette T, la PAC fonctionne avec une chaudière en complément La PAC fonctionne seule jusqu à une certaine T extérieure (point de bivalence). En dessous de cette T, la PAC est mise à l arrêt et une chaudière est mise en route «Monovalents» et «Mono-énergétique» : préférés dans le cas des nouvelles constructions où l électricité est alors la seule source d énergie. «Bivalent parallèle» et «Bivalent alternatif» : intérêt plus important en rénovation où un circuit de chaleur à chaudière est déjà présent sinon investissement plus élevé pour deux systèmes A étudier au cas par cas Source :

13 Source : 13 MODE DE FONCTIONNEMENT

14 Source : 14 MODE DE FONCTIONNEMENT

15 Source : 15 MODE DE FONCTIONNEMENT

16 Source : TECHNIQUE ENVIRONNEMENTALE ECONOMIQUE CONCEPTION 16 MODE DE FONCTIONNEMENT

17 17 MODE DE FONCTIONNEMENT Monovalent N Préféré pour leur coût d installation moindre Bivalent N Nécessaire lorsque la puissance à fournir est trop importante par rapport à la source froide ou lorsque la température du réseau doit être supérieure à 50 C (rénovation avec conservation du circuit) N Mode Alternatif Avantage de la simplicité (compréhension et régulation) N Mode parallèle Avantage des performances, la PAC fonctionne toute la saison de chauffe Meilleur bilan écologique Plus grande économie en frais de fonctionnement Mono-énergétique N Compromis, faible investissement pour de bonnes performances mais moins écologique et contribue à la surcharge du réseau Source :

18 18 EXEMPLE N Zone commerciale Casco au Rez d un nouveau bâtiment très performant Surface : 460 m² Besoin de chaud : 28 kwh/m².an Besoin de froid : 13 kwh/m².an Besoin ECS : négligeable par rapport CH / FR Puissance chaude : 23kW - Puissance froide : 10kW (PHPP) Technologie de référence : Chaudière gaz Technologie de PAC écartée en fonction de la source froide : Sol : terrain non propice et manque de place. Eau : pas de nappe phréatique ni d eau de surface. Technologie envisagée : PAC air/eau ou PAC air/air Mode de fonctionnement : Mono-énergétique pour éviter 2 vecteurs et augmenter les performances de la PAC en condition nominales

19 19 TABLE DES MATIÈRES EVALUATION TECHNIQUE N Le projet est-il adapté à une PAC? Etat du bâtiment Site (espace, énergie disponible, proximité, ) N Quelles sources choisir? Froide : capteurs Chaude : émetteurs N Mode de fonctionnement EVALUATION ENVIRONNEMENTALE N Impacts Couche d ozone, effet de serre, bruit, EVALUATION ÉCONOMIQUE N Primes énergie spécifiques CONCEPTION D UN PROJET DE PAC N Récapitulatif

20 20 IMPACTS Couche d ozone Utilisation de fluides frigorigènes : CFC (Chlorofluorocarbures) interdit depuis 2000 HCFC (hydrochlorofluorocarbures) interdit depuis 2015 Les PAC actuelles utilisent des fluides frigorigènes sans effet sur l ozone stratosphérique (HFC, ammoniac, CO 2, propane, ) Effet de serre Deux sources de gaz à effet de serre (GES): Consommation en énergie primaire pour la PAC Type de fluide frigorigène utilisé dans le circuit de la PAC EN 378 TEWI (Total Equivalent Warming Impact): à limiter Somme de l incidence directe de fluides frigorigènes et de l incidence indirecte des émissions de CO 2. GES essentiellement dus à l énergie de fonctionnement de la PAC, si cette énergie peut être produite de façon renouvelable l impact sur l environnement est fortement limité.

21 21 IMPACTS Bruit La pompe à chaleur contient des pièces mécaniques en mouvement, de l air circule également,. Tout ceci génère un fond bruyant en fonctionnement. Ce bruit est d autant plus fort que les conditions sont défavorables. Une pompe à chaleur émet environ: (source: - entre 50 et 60 db à 1m - 40 db à 5m.

22 22 EXEMPLE N Zone commerciale au Rez d un nouveau bâtiment très performant EP CO 2 Electricité 1 kwh final = 2,5 kwh EP 0,277 kg CO2 /kwh final Gaz 1 kwh final = 1 kwh EP 0,182 kg CO2 /kwh final,pcs Besoin : Chauffage kwh/an - Refroidissement kwh/an Gaz PAC air/air PAC air/eau Rendement global CH 83,8 % 317,5 % 293,3 % FR 486 % 529 % 436 % Gaz PAC air/air PAC air/eau Consommation finale [kwh/an] CH FR

23 23 EXEMPLE N Zone commerciale au Rez d un nouveau bâtiment très performant Gaz PAC air/air PAC air/eau Consommation EP [kwh/an] CH FR Gaz PAC air/air PAC air/eau Emission de CO 2 [kg CO2 /kwh final ] CH FR Total Les émissions de CO 2 sont réduites environ de moitié dans le cas des PAC Avec les performances des PAC envisagées, l air comme source chaude révèle un gain légèrement plus important que l eau.

24 24 TABLE DES MATIÈRES EVALUATION TECHNIQUE N Le projet est-il adapté à une PAC? Etat du bâtiment Site (espace, énergie disponible, proximité, ) N Quelles sources choisir? Froide : capteurs Chaude : émetteurs EVALUATION ENVIRONNEMENTALE N Impacts Couche d ozone, effet de serre, bruit, EVALUATION ÉCONOMIQUE N Primes énergie spécifiques CONCEPTION D UN PROJET DE PAC N Récapitulatif

25 25 ASPECT FINANCIER Coût de fonctionnement Prix d électricité : 0,2 HTVA /kwh Prix du gaz : 0,05 HTVA /kwh Le prix de l électricité est près de 4 X plus important que le prix du gaz. L intérêt économique d une PAC dépend donc très fortement des performances de la PAC et donc de son COP. Coût d investissement Coût global en fonction de la source froide: Bas : Air extérieur; Rejets thermiques (procédés ou clim.) Moyen à élevé : Eau de surface (selon la proximité), Elevé : Eau de nappe phréatique, géothermie Une installation bivalente aura un coût d investissement plus élevés qu une installation monovalente.

26 26 ASPECT FINANCIER Ordre de grandeur de prix Type de PAC Investissement [ HTVA/m² chauffé] Air Air Air Eau Eau Eau Eau glycolée Eau (horizontale) Eau glycolée Eau (vertical) Sol Sol ou Eau Source : Prix de

27 27 PRIMES ÉNERGIE SPÉCIFIQUES PRIME C4 : Chaleur Résidentiel Montant de la prime par habitation : (A: B: C: ) Majoration de 10 % en zones E.D.R.L.R. et Z.R.U. Maximum de 50% des coûts éligibles de la facture. Tertiaire Montant de la prime : 25 % des coûts éligibles de la facture Critères techniques 1. Pour P nominale < 50kW th : installateur certifié RESCERT pour PAC 2. Résidentiel Les PAC non réversibles de type saumure/eau, eau/eau, air/eau fonctionnant avec un circuit d eau chaude dans le bâtiment sont éligibles Tertiaire Les PAC réversibles sont éligibles

28 28 PRIMES ÉNERGIE SPÉCIFIQUES Critères techniques (suite) 3. P nominale 70 kw : La pompe à chaleur doit être minimum de classe énergétique A + P nominale 70 kw : Le COP de l installation (selon EN14511) doit être égal ou supérieur aux exigences de la dernière version de l éco-label européen. 4. Avoir une prise d air extérieure ou hors du volume protégé ou sur l air extrait de la ventilation 5. Dimensionnée pour les besoins de chauffage du bâtiment 6. Compteurs électriques permettant de mesurer la consommation de la PAC et des auxiliaires de l installation 7. Compteur de chaleur permettant de mesurer la performance réelle saisonnière de l installation 8. Exclusion : - PAC servant à chauffer l eau d une piscine privée ou non-collective - PAC réversible dans le résidentiel, permettant la climatisation du bâtiment. Plus d informations : Guide Prime C4

29 29 PRIMES ÉNERGIE SPÉCIFIQUES PRIME C5 : Eau chaude sanitaire Résidentiel (rénovation (>10ans) ou construction neuve) Montant de la prime par habitation : (A: B: C: ) Majoration de 10 % en zones E.D.R.L.R. et Z.R.U. Maximum de 50% des coûts éligibles de la facture. Critères techniques 1. PAC de type Air/eau (un circuit d eau chaude dans le bâtiment chauffé) 2. Classe énergétique A 3. Prise d air extérieure, hors volume protégé ou sur l air extrait 4. Dimensionnée pour les besoins d ECS 5. Compteur électrique (consommation dédiée à la PAC et aux auxiliaires) 6. Exclusion : les PAC servant à chauffer l eau d une piscine. Plus d informations : Guide Prime C5

30 30 EXEMPLE Exemple Besoin en chauffage kwh/an Rend. global Référence PAC air/air PAC air/eau Chaud 83,8 % 317,5 % 293,3 % Froid 486 % 529 % 435,71 % Référence PAC air/air PAC air/eau Consommation kwh CH kwh CH kwh CH kwh FR kwh FR kwh FR Coût unitaire 0,0537 /kwh gaz 0,1983 /kwh elec 0,1983 /kwh gaz 0,1983 /kwh gaz Coût annuel /an /an /an Coût maintenance 60 /an 130 /an 180 /an Investissement CH CH CH FR 0 FR 0 FR Temps de retour - 19 ans 31 ans Temps de retour sans froid ans 50 ans

31 31 TABLE DES MATIÈRES EVALUATION TECHNIQUE N Le projet est-il adapté à une PAC? Etat du bâtiment Site (espace, énergie disponible, proximité, ) N Quelles sources choisir? Froide : capteurs Chaude : émetteurs EVALUATION ENVIRONNEMENTALE N Impacts Couche d ozone, effet de serre, bruit, EVALUATION ÉCONOMIQUE N Primes énergie spécifique CONCEPTION D UN PROJET DE PAC N Récapitulatif

32 32 RÉCAPITULATIF - ETAPES DE CONCEPTION 1. Estimez vos besoins et les réduire au maximum Les besoins en température et en usage déterminent la technologie la plus adaptée. Choix entre chaleur, ECS et refroidissement. 2. Envisager votre projet dans sa globalité Choix des émetteurs dès la conception: radiateurs basse température, chauffage par le sol, par les murs ou via la ventilation. 3. Analyser le site et le bâtiment Accessibilité aux sources d énergie thermique. Conservation des radiateurs en rénovation, 4. Vérifiez la performance attendue de votre installation Dimensionnement optimal Pour une petite installation dans une maison individuelle se renseigner auprès d Homegrade Pour un grand système: étude de faisabilité nécessaire Bureau d étude, Facilitateur Bâtiment Durable, prime énergie 5. Evaluez la rentabilité de votre projet Tenir compte de tous les coûts, directs et indirects, mais aussi des aides octroyées par la Région de Bruxelles-Capitale Projet concluant? N oubliez pas les obligations légales, permis d environnement,

33 33 ARBRE DE DÉCISION Choix du type de capteurs

34 34 ARBRE DE DÉCISION Choix du type d émetteur

35 35 RÉSULTATS DE L EXEMPLE 1. Besoins Chauffage kwh/an Refroidissement kwh/an 2. Envisager votre projet dans sa globalité Commerce chauffage par air préféré, chauffage par eau possible 3. Analyser le site et le bâtiment Source froide rejetée : géothermie et eau Raccordement électrique de la PAC possible Attention aux nuisances sonores pour les appartements voisins 4. Vérifier la performance attendue de l installation Gaz PAC air/air PAC air/eau Rendement global CH 83,8 % 317,5 % 293,3 % FR 486 % 529 % 436 % 5. Evaluer la rentabilité du projet Investissement CH CH CH FR 0 FR 0 FR Temps de retour - 19 ans 31 ans

36 36 CE QU IL FAUT RETENIR DE L EXPOSÉ N N N Une bonne connaissance des besoins en chaud et en froid est nécessaire avant d étudier l intégration de PAC. Toutes les technologies de PAC ne doivent pas être étudiées en détail, certaines peuvent être écartées assez rapidement en fonction des travaux et/ou de l emplacement. La connaissance des différents types de PAC, des émetteurs associés, des avantages et inconvénient de chaque technologie permet facilement de pouvoir faire une pré-sélection en vue de l étude de faisabilité ainsi qu un ordre de grandeur de la rentabilité.

37 37 OUTILS Guide bâtiment durable N Thème Energie Dossier I Optimiser la production et le stockage pour le chauffage et l ECS Dossier I Choisir les meilleurs modes de production de refroidissement renouvelable Sites internet N Energie Facteur 4 N Info Pompe a Chaleur N Energieplus

38 38?

39 39 CONTACT François RANDAXHE Ingénieur projet écorce sa info@ecorce.be MERCI POUR VOTRE ATTENTION