Le 5 avril Fabrice PIETRE-CAMBACEDES Chef de macro-projet «Développement en R&T» Direction Recherche & Innovation

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1 Direction Recherche & Innovation Centre Recherche et Innovation Gaz & Énergies Nouvelles Les solutions gaz naturel : une réponse aux enjeux du Grenelle de l Environnement Présentation des nouveaux produits dédiés aux bâtiments résidentiel et tertiaire Le 5 avril 2011 Fabrice PIETRE-CAMBACEDES Chef de macro-projet «Développement en R&T»

2 Sommaire Les enjeux du Grenelle de l environnement > Zoom sur la RT2012 : objectifs, exigences & dates clés > Les solutions gaz naturel en R&T : une réponse aux enjeux du Grenelle > Présentation des solutions gaz naturel performantes 2

3 3 Les enjeux du Grenelle de l environnement

4 Le Grenelle de l Environnement Grenelle I Loi de programme Un programme de rupture pour les bâtiments neufs > Tertiaire : niveau 50 kwhep/m² dès 2011 > Logement : niveau de 50 kwhep/m² au 1er janvier 2013 > Tous en 2020 : bâtiments à énergie positive Construction neuve Exigences en énergie primaire kwhep/m² SHON 130 Grenelle Loi POPE

5 Les objectifs du Grenelle pour les bâtiments neufs La trajectoire pour les bâtiments neufs : 2010 : généralisation dans le Tertiaire des Bâtiments Basse Consommation 50% / RT : généralisation dans le Résidentiel des Bâtiments Basse Consommation (BBC) : 50 kwhep/m² avec application de la RT 2012 au 1er janvier , généralisation des logements passifs ou à énergie positive (BEPOS - Bâtiment à Énergie POSitive). RT 2005 Label BBC & RT 2012 Énergie positive

6 Les objectifs du Grenelle pour les bâtiments existants Importance de l existant : 60 à 75% du parc immobilier de 2050 est déjà construit Aujourd hui, le parc consomme 240 kwhep /m²/an Cible : 150 kwhep /m²/an en 2020 Programme de rénovation thermique ambitieux (meilleure isolation, usages plus performants, intégration EnR), en accélérant le rythme des réhabilitations Optimisation des mécanismes incitatifs (éco-prêt, crédit d impôts, fond chaleur), renforcement du dispositif des certificats d économies d énergies, mise en place à terme d une obligation de travaux

7 7 Zoom sur la RT2012 : objectifs, exigences & dates clés

8 La RT 2012 : les grands principes Les objectifs pour les bâtiments neufs inscrits à l article 4 de la loi du 3 août 2009 relative à la mise en œuvre du Grenelle de l Environnement : Généralisation des bâtiments basse consommation Évolution technologique et industrielle significative Pour la RT 2012 : Consommation d énergie primaire inférieure à 50 kwhep/(m².an) en moyenne Modulation de l exigence (localisation géographique, des caractéristiques et de l usage des bâtiments, émissions de gaz à effet de serre des bâtiments) Définition d un seuil ambitieux de besoin maximal en énergie des bâtiments Pour la RT 2020 : Des bâtiments qui, sauf exception, produisent plus d énergie renouvelable qu ils n en consomment, notamment le bois-énergie 8

9 La RT 2012 : trois exigences de résultats > Exigence d efficacité énergétique minimale du bâti : le besoin bioclimatique ou «Bbio max» Exigence de limitation simultanée du besoin en énergie pour les composantes liées au bâti (chauffage, refroidissement et éclairage) > Exigence de consommation maximale : «Cmax» Exigence de consommation maximale d énergie primaire (objectif de valeur moyenne de 50 kwhep/(m².an)) 5 usages pris en compte : chauffage, production d eau chaude sanitaire, refroidissement, éclairage, auxiliaires (ventilateurs, pompes) > Exigence de confort en été : Tic < Tic réf Exigence sur la température intérieure atteinte au cours d une séquence de 5 jours chauds 9

10 Les exigences de la RT 2012 : focus sur le «Cmax» Cep max = 50 * M ctype * (M cgéo + M calt + M csurf + M cges ) > Les coefficients de modulation (valeurs en résidentiel) M type : type de bâtiment et d usage M géo : en fonction de la zone climatique M alt : altitude < 400m, < 800 m et > 800 m M taille : surface utile logement moyen (+3kWhep / m² / an de modulation si diminution de 10 m² de la surface du logement) M GES : contenu CO2 (bois et réseaux de chaleur vertueux (<150 g CO2 par kwh utile ) Le cas particulier du logement collectif : Exigence de consommation augmentée temporairement de 7,5 kwhep/(m².an) jusqu au 1er janvier

11 La RT 2012 : les exigences de moyens Pour accélérer le développement des énergies renouvelables Généralisation en maison individuelle Pour un bon usage du bâtiment Mesure ou estimation des consommations d énergie par usage Information de l occupant Pour garantir la qualité de mise en œuvre Traitement des ponts thermiques, traitement de l étanchéité à l air, avec test de la «porte soufflante» obligatoire dans le collectif Pour garantir le confort d habitation et la qualité de l architecture en bâtiment d habitation Surface minimale de baies vitrées (1/6 de la surface habitable) Exigences sur le facteur solaire des baies Pour une qualité énergétique globale Prise en compte de la production locale d électricité associée à une limitation de la consommation d énergie primaire avant déduction de la production (Cmax + 12 kwhep/m²/an)

12 Les dates «clés» Arrêté «exigences RT2012» paru au JO le 26 octobre 2011, portant sur les exigences dans le secteur résidentiel et une partie du tertiaire (bureaux, bâtiments d enseignement et de la petite enfance) Les prochaines dates clés Publication de l arrêté «méthode RT2012» 2ème semestre 2011 Mise à disposition du moteur de calcul de la RT2012 dans sa version définitive 2ème semestre 2011 Application de la RT2012 dans les bâtiments résidentiels situés en zone ANRU et 28 octobre 2011 dans les bureaux, l enseignement, les bâtiments de la petite enfance Application de la RT2012 dans tous les bâtiments résidentiels et tertiaires 1er Janvier

13 Les solutions gaz naturel en R&T : une réponse aux enjeux du Grenelle 13

14 Vision prospective des solutions énergétiques dans le bâtiment Les questions clefs Quelles solutions énergétiques dans les bâtiments neufs et existants et quelle place pour le gaz naturel? Quels couplages performants de solutions ENR / Gaz? Quel mix-énergétique client (ENR / gaz / électricité)? Quelle complémentarité entre des systèmes performants comme la «chaudière condensation» et les systèmes innovants? Quelle(s) réponse(s) & quel chemin pour atteindre les objectifs du Grenelle de l Environnement? Bâtiments neufs Bâtiments existants

15 La road-map des technologies gaz naturel Performances Énergétiques, EnR & Production d électricité Écogénérateur Stirling Pompe à Chaleur Hybride

16 La road-map des technologies gaz naturel Les objectifs En réponse aux enjeux du Grenelle et aux nouveaux besoins associés de la maîtrise d ouvrage, disposer sur la période 2010/2012 d un panel de solutions techniques à base de solutions gaz et EnR : permettant d atteindre BBC à coût maîtrisé (neuf / rénovation), compétitives économiquement face aux solutions concurrentes. 2 axes majeurs de R&D: 1/ Performances Énergétique & Environnementale au travers de générateurs: Chaudière condensation Solaire thermique, PV, écogénérateur, pompe à chaleur gaz petite puissance, produits gaz naturel hybride, pompe à chaleur gaz moyenne puissance, pile à combustible 2/ Compétitivité économique de solutions de chauffage dans une logique Système et pré-équipements : «Plug & Heat», colonne solaire intégrée, chauffage par Vecteur air, module gaz naturel «tout en un», solutions combinées ventilation/evapdc, montage des offres techniques rénovation

17 La road-map des technologies gaz naturel Des partenaires de développement Spécifications produits Règlementation technique Contribuer au développement de nouvelles solutions énergétiques pour le marché français Règlementation Performance Energ. Marché Filière Collaborations / Partenariats Industriels

18 Présentation des solutions gaz naturel performantes La chaudière à condensation Gaz naturel & ENR Les pompes à chaleur gaz naturel et hybride en MI L écogénérateur Le chauffage individuel par vecteur air Les pompes à chaleur gaz naturel en résidentiel et tertiaire 18

19 La chaudière condensation L alliée du Bâtiment Basse Consommation Un condensé de performances et de technologie Rendement très élevé (de 107% à 110% sur PCI), Chauffage et Eau Chaude Sanitaire (confort ECS), Fiabilité, Compacité, Gamme diversifiée (sol, murale, ballon, colonne ), Complémentarité avec le solaire thermique. Compacité chaudière individuelle (28 kw) Une offre diversifiée de systèmes d EVAPDC Des solutions existantes pour les logements neufs Des solutions disponibles pour la rénovation en collectif Une modulation de puissance adaptée En individuel: une puissance mini (quelques kw) pour le chauffage, une puissance maximale (de 28 à 35 kw) pour l ECS. En collectif: une haute capacité de modulation pour des solutions compactes

20 Gaz naturel et EnR Une association pertinente et évolutive Grâce à la boucle à eau chaude, le gaz naturel s associe idéalement avec les énergies renouvelables et permet une évolution vers ces ENR : Eau chaude solaire / gaz Bois / gaz Solaire photovoltaïque / gaz Chaudière condensation & solaire thermique constitue sans doute la solution technique de référence pour atteindre le label BBC puis la RT 2012 en maison individuelle

21 La pompe à chaleur hybride dès mi-2011, une alternative au CESI gaz en maison individuelle neuve La PAC hybride compacte : l intégration poussée d une PAC électrique dans l encombrement d une chaudière condensation Le produit se compose de : Une pompe à chaleur électrique air/eau Une chaudière condensation gaz naturel Un système de gestion-régulation Un produit aussi compact qu une chaudière : Monobloc et murale Aucune unité extérieure Prototype PAC hybride Et performant pour des logements moins bien orientés (Est/Ouest) Économie de 10 à 15% (en Ep, CO2 et facture) par rapport à une condensation ou une PAC électrique. Un produit moins cher que la PAC électrique et CET, et plus performant

22 La pompe à chaleur gaz de petite puissance à partir de pour le résidentiel individuel Technologie à sorption, déclinable pour la petite puissance (compression assurée par un simple brûleur gaz naturel) de 4 à 14 kw. Chauffage et Eau Chaude sanitaire à performances élevées : Efficacité attendue = 150% PCI (40% de mieux que les chaudières condensation) PAC seule ou couplée à un brûleur condensation pour le chauffage et l ECS Adaptée à la maison individuelle neuve ou rénovée Des partenariats de co-développement Pour un produit adapté au marché français à partir de

23 L écogénérateur La production combinée de chaleur et d électricité à domicile Intégration d une micro-cogénération (moteur Stirling) au sein d une unité de chauffage gaz naturel performante Totalité des besoins de chauffage et d eau chaude sanitaire, Production d électricité à domicile (50% à 70% des besoins électriques pour un logement), l électricité étant consommée ou injectée sur le réseau Ecogénérateur (source De Dietrich) Rendement global de production (chaleur & électricité) de 107% Solution adaptée au neuf et au marché de la rénovation Ecogénérateur (source Baxi)

24 Le principe du moteur Stirling Un gaz de travail assure le déplacement d un piston

25 Le raccordement de l écogénérateur Identique à celui d une chaudière Équipements électriques Limite de propriété Tableau électrique Réseau public de distribution d électricité Sous- tirage injection disjoncteur câble puissance (dédié) Compteurs Identique à une chaudière à une différence près : câble de puissance section 2,5 mm²

26 Le triple bénéfice de l écogénérateur Comparaison avec une chaudière et un système de production électrique centralisé Des avantages... Économiques Réduction facture énergétique annuelle jusqu à 30% Environnementaux Réduction de 30 % des émissions de C0 2 (une tonne de CO 2 évitée / an) Énergétiques Économie d énergie primaire de 20%

27 Un triple impact sur le réseau électrique grâce à la production décentralisée 1. Chauffage et ECS avec l énergie gaz 2. L écogénérateur produit de l électricité en période de pointe : effet d effacement de la pointe électrique 3. Soutien le réseau avec le surplus non auto-consommé : l agrégation de la production décentralisée* ou Centrale Virtuelle (VPP) *Expérimentations en cours de 90 et 200 machines agrégées aux Pays-Bas Source : Projet EU-DEEP est une projet de recherche européen qui vise à développer des business modèles innovants qui permettent d optimiser la valeur des ressources décentralisées d électricité dans le système électrique européens. Ce projet financé par la Commission Européenne regroupe 40 partenaires de 16 pays et qui est piloté par GDF suez et associe 8 énergéticiens européens.

28 Le chauffage individuel par vecteur air La solution chauffage : Compatibilité BBC Réduction coût Facilité d installation Compacité La solution Yzentis Le module «tout en un»: Solution complète intégrée gaz naturel

29 Les pompes à chaleur gaz naturel Véritable saut technologique par rapport aux meilleurs chaudières Récupération de l énergie gratuite sur le milieu extérieur (air, sol, eau de nappe, ) grâce à un cycle thermodynamique. Une compression par moteur gaz PAC à moteur gaz Une compression thermochimique (brûleur) PAC à absorption gaz Solutions dédiées aux bâtiments collectifs et tertiaire

30 La pompe à chaleur à moteur gaz naturel Dédiée aux bâtiments tertiaires Produit performant pour le secteur tertiaire couvrant les besoins de chauffage, de climatisation voire d ECS Rendement très élevé (jusqu 160% en mode chaud et 150% en mode froid) Cibles privilégiées : Hôtel, Santé, résidences personnes âgées. Le cycle thermodynamique est entraîné par un moteur fonctionnant au gaz naturel Produit du chaud ou du froid (par inversion de cycle) La récupération de chaleur sur le moteur est utilisée pour compléter la chaleur utile ou produire de l ECS Très bonnes performances en mode chaud comme en mode froid

31 La pompe à chaleur absorption gaz Solution performante pour les logements collectifs et le tertiaire Cycle thermodynamique «à absorption» avec une solution ammoniac/eau, sans impact sur l environnement Existe en version air/eau (aérothermique) ou eau/eau (géothermique) Haute température pour produire de l ECS ou pour une installation en réhabilitation Version A air/eau Version GS eau/eau Distribuée en France depuis 2008 Une solution pertinente pour atteindre le label BBC

32 1 kw La pompe à chaleur absorption gaz Des atouts vérifiées en laboratoires Hautes performances Rendement très élevé jusqu à 170% sur énergie primaire pour la version géothermique et 165% pour la version aérothermique 18 kw Pertes 42 kw Prétend au label EnR entre 25% et 40% de part d EnR Peu de pièces en mouvement (silence, robustesse et faibles coûts de maintenance) La chaleur issue de la réaction absorption permet : - Pour la version géothermique : dimension des sondes fortement réduite - Pour la version air/eau : moindres pertes par basse Text Récupération de chaleur renouvelable sur sol ou nappe 25 kw Gaz Chaleur à l utilisateur PAC géothermique E3 de ROBUR Caractérisation et endurance (en laboratoires)

33 La pompe à chaleur absorption gaz La version géothermique compétitive dès l investissement Les PAC Gaz géothermiques ont besoin de 70% de moins de surfaces de capteurs que les PAC électriques

34 Principes La pompe à chaleur absorption gaz Des couplages performants et innovants (1/2) 1/ Au niveau du Bâtiment, une pompe à chaleur géothermique alimentée par un fluide caloporteur 2/ Un fluide caloporteur assurant l échange de chaleur, 3/ Un échangeur de chaleur installé dans le réseau d assainissement transférer les calories au fluide. Une pompe à chaleur absorption gaz eau/eau - Puissance chauffage /ECS : 40 kw - COP sur Ep : 1,7, soit 4,4 en équivalent électrique - Haute température (65 o C) - Distribué par ROBUR, France AIR, DE DIETRICH (fin 2010)

35 La pompe à chaleur absorption gaz Des couplages performants et innovants (2/2) Chauffage et Eau chaude sanitaire par récupération d énergie sur boucle d eau de nappe phréatique Pompe à chaleur (par ilot) Echangeur Pompage eau nappe Une Boucle d eau dédiée au quartier Principe 1/ Un forage permet via un échangeur de chaleur de transférer la chaleur de la nappe à une boucle d eau. 2/ La boucle d eau dessert l ensemble du quartier (elle circule à la température de l eau de la nappe phréatique.) 3/ Chaque ilot se connecte à la boucle via une pompe à chaleur géothermique. Des atouts majeurs pour le projet d aménagement 1/ Investissement limité : permet de ne réaliser qu'un seul forage, cout réduit par rapport à un RCU géothermique centralisé, 2/ Performances énergétiques très élevées (meilleure qu un RCU géothermique (pas de pertes thermiques sur la boucle), 3/ Rafraichissement possible pour les bâtiments tertiaires, 4/ Solution adaptée au phasage du quartier

36 Les solutions gaz naturel disponibles, dès aujourd hui et demain, pour répondre aux enjeux BBC / BEPOS et enjeux de la rénovation Les solutions gaz naturel, adaptées aux évolutions réglementaires, existent déjà (chaudière à condensation) ou émergent sur le marché des nouvelles technologies innovantes : écogénérateur (micro-cogénération), pompes à chaleur gaz (moteur gaz et à absorption) et hybride, pile à combustible. Réf. RT 2005 Label BBC et RT 2012 Énergie passive ou positive Chaudière basse température & Isolation standard Chaudière à condensation & Isolation renforcée Chaudière à condensation & solaire (thermique ou photovoltaïque) Ecogénérateur Stirling PAC-Gaz (ou hybride) Chaudière à condensation PAC gaz Ecogénérateur Stirling Pile à combustible & isolation renforcée & solaire photovoltaïque

37 MERCI DE VOTRE ATTENTION