Energétique du bâtiment

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Cyril Julien
il y a 8 ans
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1 Energétique du bâtiment Chaudières à combustibles Pompes à chaleur E. Gnansounou Oxydation du combustible Notion de combustion C +O 2 CO 2 12 g+32 g 44 g+ 393 kj Exemple du méthane CH O ( 3,76 N 2 ) CO H 2 O+ 7,52 N 2 16 g+ 64 g+ 105 g 44 g + 36 g+ 105 g kj

12 g+32 g 44 g+ 393 kj Exemple du méthane CH 4 + 2 O 2 + 2 ( 3,76 N 2

2 Chaudière à combustible Cheminée Chambre de combustion Fumées Chaudière Brûleur Fluide caloporteur Combustible Air Echangeur de chaleur Chaudière à bois

3 Allures du brûleur Brûleur à puissance constante Brûleur modulant τ = τ : taux de charge Flux thermique dans une chaudière à combustible Fumées Maintien en température "Rayonnement" Combustible Chaleur dans la chaudière Chaleur fournie Marche Attente Ventilation

combustible Fumées Maintien en température "Rayonnement"

4 Déperditions en chaufferie Pour limiter ces pertes Dimensionner correctement Bonne chaudière Basse température Pertes d une chaudière à combustible pertes par les fumées pertes par rayonnement pertes par ventilation Brûleur en fonction Brûleur en attente Rendement nominal Pertes de maintien Rendement annuel (fonction du taux de charge)

fumées pertes par rayonnement pertes par ventilation Brûleur en fonction Brûleur en

5 Φ g C(T S g T) a = Φ 100 C CO T g : température des gaz brûlés T a : température de l air ambiant 2 Pertes par les gaz brûlés n Coefficient Teneur en CO de Siegert 2 des fumées (%) Mazout extra-léger 0,58 15,8 Gaz naturel 0,48 11,7 Propane 0,52 14,0 Coke 0,71 20,6 Anthracite 0,67 18,7 n Rendement de combustion Φg C(T S g T) a ηg = 1 = 1 Φ 100 C CO 2 Type d installation Chaudières équipées de brûleurs à air pulsé, fonctionnant à l huile ou au gaz Exigence minimale de rendement technique de combustion selon annexe 4 OPair en charge nominale Brûleur à une seule allure: 93 % Brûleur à deux allures: - première allure: 94 % - seconde allure: 92 % OU en pertes par les effluents gazeux p. ex. Selon EN 304 Autres appareils fonctionnant au gaz 93 % 7 % Chaudières équipées de brûleurs à 7 % 93 % évaporation d huile 7 % 6 % 8 %

brûleurs à air pulsé, fonctionnant à l huile ou au gaz Exigence minimale de rendement technique de combustion selon annexe 4 OPair en charge nominale Brûleur à une seule allure: 93 % Brûleur à deux

6 Composition des fumées Pertes thermiques externes (pertes par rayonnement)

7 Pertes thermiques internes (pertes par ventilation) Maintien en température Les pertes de maintien en température comprennent : les pertes thermiques internes, les pertes thermiques externes, les pertes par les gaz de combustion, pendant la durée de combustion nécessaire à maintenir la chaudière en service.

internes, les pertes thermiques externes, les pertes par les gaz de

8 Maintien en température On maintient la chaudière en température de service mais en supprimant toute prestation pendant un temps suffisant. Le rapport de l énergie Q m consommée pendant ce temps et de la durée donne la puissance moyenne pour maintenir la chaudière en température : Φ = m Q m t q m Φ = Φ A partir de ces pertes, on estime les pertes thermiques externes pendant la combustion : m n Φ = r 1 à 1,5 ( ) Φ m ( Φ + Φ ) t + Φ ( t t ) r g c m Rendement annuel Energie de combustion perdue à la chaufferie E = η a ch Rendement technique de la chaudière Φg + Φ r ηch = 1 Φn Rendement annuel de la chaufferie formule de Weiersmuller = η ch ( τ qm ) ( 1 q ) τ m où τ = c temps de fonctionnement du brûleur temps d utilisation de la chaudière

pertes, on estime les pertes thermiques externes pendant la combustion : m n Φ = r 1 à 1,5 ( ) Φ m ( Φ + Φ ) t + Φ ( t t ) r g c m Rendement annuel Energie de combustion perdue à la

9 Rendement annuel de chaudière Rendement annuel Bonne chaudière Chaudière médiocre Taux de charge Rendement annuel de chaudière

0 Bonne chaudière Chaudière médiocre 0.0 0.2 0.

10 STATISTIQUE DES VENTES DE POMPES À CHALEUR Sources: OFEN POMPE A CHALEUR AIR-EAU Source: BKW FMB Energie SA, Berne Sources: OFEN

11 POMPE A CHALEUR AIR-EAU Quelques arguments en sa faveur! Choix de l'emplacement (intérieur ou extérieur) Faible investissement Production d'eau chaude sanitaire avantageuse Pas d autorisation d installer (exception à l'extérieur) Simple à installer Sources: OFEN POMPE A CHALEUR SOL-EAU Source: BKW FMB Energie SA, Berne Sources: OFEN

d'eau chaude sanitaire avantageuse Pas d autorisation d installer (exception à

12 POMPE A CHALEUR SOL-EAU Quelques arguments en sa faveur! Perfomances élevées à toutes altitudes (COPA de 4) Niveau de bruit très faible (réfrigérateur) Emprise au sol minimum (moins qu une machine à laver) Production d eau chaude sanitaire favorable Très longue durée de vie du captage (plus de 100 ans) Sources: OFEN POMPE A CHALEUR EAU-EAU Source: BKW FMB Energie SA, Berne

(réfrigérateur) Emprise au sol minimum (moins qu une machine à laver) Production d eau chaude

13 POMPE A CHALEUR EAU-EAU Quelques arguments en sa faveur! Perfomances élevées à toutes altitudes (COPA plus de 4) Niveau de bruit très faible (réfrigérateur) Emprise au sol minimum (moins qu une machine à laver) Production d eau chaude sanitaire avantageuse Faible investissement pour les grandes puissances Sources: OFEN RÉPARTITIONS DES VENTES DE PAC PAR TYPE EN % 41.3% 55.7% 0.0% Air-eau Air-air Sol-eau Eau-eau Sources: OFEN

au sol minimum (moins qu une machine à laver) Production d eau chaude sanitaire avantageuse Faible

14 MARCHÉ DU CHAUFFAGE EN '000 20'000 25'000 15'000 10'000 14'000 5'000 5'225 0 Chaudières à mazout Chaudières à gaz Pompes à chaleur Mazout et gaz, estimation MARCHÉ DU CHAUFFAGE EN '000 20'000 20'670 15'000 17'800 10'000 11'400 5'000 0 Chaudières à mazout Chaudières à gaz Pompes à chaleur Sources: Procal et OFEN

MARCHÉ DU CHAUFFAGE EN 2008 25'000 20'000 20'670 15'000 17'800 10'000 11'400

15 PAC EN SERVICE EN 2009 Economie annuelle de : litres d équivalent mazout kilos de dioxyde de carbone (CO 2 ) kilos d oxyde d azote (NO x ) = Réduction importante de l effet de serre, du smog et des risques de pollution! Pompe à chaleur Compresseur apport d énergie de haute qualité apport de chaleur T fr Evaporateur Phase gazeus e 1 2 >T e T c > énergie de chauffage T ch Condensateur Puissance motrice, Φ m Source froide, Φ f Puissance annexe, Φ a Puissance utile, Φ u Pertes, Φ t 4 Phase liquide 3 Vanne de détente Φ m + Φ f + Φ a = Φ u + Φ t

Pompe à chaleur Compresseur apport d énergie de haute qualité apport de chaleur T fr Evaporateur Phase gazeus e 1 2 >T e T c > énergie de

16 Pompe à chaleur Détendeur Evaporateur Chaleur Côté froid Force motrice Force motrice Compresseur Chaleur Côté chaud Condenseur Coefficient de performance COP d'une PAC: COP = P P u m = η PAC T u Tu T η PAC est le rendement technique de la PAC COP annuel moyen d'une installation: f Eu COPM = = E + E m a Énergie utile obtenue Énergie fournie à l' IPAC

= P P u m = η PAC T u Tu T η PAC est le rendement technique de la PAC COP annuel moyen

17 COMPARAISON DES RÉSULTATS DE MESURES COP de mieux par année Eau-eau W10/W35 Sol-eau B0/W35 Air-eau A2/W Nombre de PAC mesurée au centre de test de Wintertour / Töss Sources: WPZ QUE COÛTE UN CHAUFFAGE PAR POMPE A CHALEUR? Maison neuve d environ 150 m 2 de surface chauffée 2 étages chauffés par le sol Puissance de chauffage: 7kW Electricité: 18 centimes le kwh (moyenne des tarifs jour/nuit) Production de l'eau chaude sanitaire comprise TVA comprise Amortissement et intérêt de la dette non compris Investissement total production et distribution Frais d exploitation annuels PAC type sol-eau (sonde géothermique) CHF CHF PAC type air-eau CHF CHF 1'100.--

18 Centrale de chauffe de l'epfl Thermopompes Puissance thermique max. 5 MW th Centrale de chauffe de l'epfl

19 PAC et moteur à combustion Pertes Combustible Chaleur Moteur Force motrice Pompe à chaleur Chaleur utile Energie de l'environnement PAC à moteur électrique Combustible Centrale Pertes en ligne PAC

20 Sources froides pour une PAC chaleurs de rejet industrielles cours d'eau ou lac nappe phréatique le sol capteurs solaires l'air vicié évacué du bâtiment l'air ambiant extérieur Couverture annuelle des besoins

le sol capteurs solaires l'air vicié évacué du

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