Formation Bâtiment Durable :

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1 Formation Bâtiment Durable : Conception et regulation d installations techniques Bruxelles Environnement PRODUCTION DE CHALEUR: CARACTERISTIQUES DE SYSTEMES INNOVANTS Jonathan FRONHOFFS Cenergie scrl

2 Objectif(s) de la présentation Cadrer les techniques innovantes dans l évolution européenne Donner un aperçu des possibilités et des limites des techniques innovantes 2

3 Schéma général de la présentation Cadre de l éco-conception Cogénération Pompes à chaleur classiques Pompes à chaleur à gaz 3

4 Aperçu de l éco-conception HEATING E F G 4

5 July 2017 July 2015 Labels par technologie Space heaters Combination heaters

6 Labels pour les packs 6

7 Aperçu des labels en fonction de la technologie 7

8 Aperçu des exigences pour les systèmes de chauffage 220% 200% 180% 160% 140% 120% 100% 80% 60% Lot 1 Systèmes hydroniques Température moyenne 55 C A+++ A++ A+ A B C D E Lot 1 Systèmes hydroniques Température basse 35 C A+++ A++ A+ A B C D E Lot 10 Pompes à chaleur airair A+++ A++ A+ A B C D E BANS for Lot 10 Lot 1 35 C Lot 1 55 C 8

9 Techniques innovantes? Cogénération : Petite cogénération Micro cogénération Pompes à chaleur Moyenne (Air/Eau Sol/Eau ) Technologie Statique Dynamique Absorption/Adsorption (Gaz/Électricité) Installation solaire thermique 9

10 Principe de la cogénération? µ-cogénération si Pe < 50 kw µ-cogénération domestique : +/- 1kWé 11% 36% élec 100% 53% therm Principe de la cogénération : la production combinée de deux formes d énergie (électricité et «chaleur utile») au départ d une même source d énergie. 10

11 Principe de la cogénération? 99 kwh (11%) 487 kwh (53%) 327 kwh (36%) Cogénération au gaz naturel LA COGENERATION PAR 913 kwh (gaz naturel) 11

12 Principe de la cogénération? Principe de la cogénération Générer chaleur et électricité dans une même installation kwh kwh kwh kwh électricité Turbine vapeur-gaz (55%) Cogénération gaz naturel (35 % élec) (53 % therm) chaleur pertes Chaudière gaz naturel (90 %) Une économie de 643 kwh de gaz naturel (18 %)! et une diminutions des émissions de CO

13 Petite cogénération Résidence Venelles 1 2 x 30 kwe/52 kwth Résidence Moina 30 kwe/52 kwth 13

14 Micro-cogénération? Rentabilité pas encore démontrée pour Bruxelles kw Thermique 1 kw Électrique +/- 10 à

15 Cogénération : où commencer? Audit énergétique général Priorités! Si le remplacement de la chaudière est prévu, il est généralement plus intéressant d installer directement un système de cogénération. Amélioration de la rentabilité globale du projet Possibilité de cogénération + mesures URE Tenir compte de la consommation pour le dimensionnement Diminution de la demande de chaleur en raison de l URE : surdimensionnement cogénération En cas de surdimensionnement des chaudières : remplacer 1 chaudière par cogénération Souvent la bonne solution pour gagner de la place 15

16 Les 6 étapes du bon déroulement d un projet de cogénération : 1. Une étude préliminaire (COGENcalc) 2. Une étude de faisabilité (COGENsim-Optitherm) 3. Choisir la meilleure formule de financement (ressources propres, prêt bancaire, tiers investisseur ) et rechercher les éventuelles primes à l investissement 4. Ingénierie, établissement des cahiers des charges, plans, autorisations 5. Comparaison des offres 6. Installation et suivi des performances de l installation Contrat d entretien avec garanties de résultat Faites-vous aider par un bureau d études compétent 16

17 Concept de cogénération «correctement dimensionnée» Constat : Pour un même bâtiment, il est possible de placer différentes puissances de cogénération kw th Monotone des besoin thermiques pour le CA - SPW Bd du Nord (Namur) Belastingsduurcurve

18 Concept de cogénération «correctement dimensionnée» Est une cogénération qui : est dimensionnée en fonction de la demande totale de chaleur du site Tenant compte de la diminution éventuelle suite aux futures mesures URE dont la puissance permet au moins 90% de la production thermique maximale par cogénération 18

19 Source froide Pompes à chaleur Principe Condenseur Compresseur Évaporateur Détendeur Local : COP= 2.8 kwh «chaleur» = 2.8 1kWh électrique 19

20 Pompes à chaleur Principe Condenseur Compresseur Évaporateur Gaz, mazout, énergie nucléaire, charbon Détendeur Renouvelable si COP > 2,8 20

21 Vous avez dit «COP»? COP : coefficient de performance Rapport entre consommation de la pompe à chaleur et production de chaleur Mais : sous certaines conditions fixes : P.ex. pompe à chaleur air-eau : 7 C air extérieur et 45 C débit thermique Ne reflète pas la saison de chauffage! SCOP: coefficient de performance saisonnier 21

22 Vous avez dit «SCOP»? Calculé sur le nombre d heures de fonctionnement à certaines températures SCOP : en fonction de la zone climatique SCOP SPF Facteur de performance saisonnier Valable pour le chauffage (SCOP) et le refroidissement (SEER : coefficient d efficacité frigorifique saisonnier) 22

23 Pompes à chaleur PC électrique PC à gaz (absorption) 1 kw e = 2,5 kw primair 2,3 kw gas 0,1 kw e = 0,25 kw prim 2,6 kw 3,6 kw 0,9 kw 3,6 kw Rendement = 3,6 /(2,5) = 146% Rendement = 3,6 /(2,3+0,25) = 141% COP mesurés : 2 à 2,8 sur les installations existantes! Rendement annuel 115 à 130 % 23

24 Pompes à chaleur Utilisation monovalente Courbe de chauffage kw 9 Puissance PC en fonction de temp. extérieure 8 7 Courbe de durée de charge 6 5 Courbe de chauffage Résistance électrique Heures/an Applicable à un logement unifamilial 24

25 Pompes à chaleur Utilisation bivalente Applicable à : Rénovation Immeuble à appartements Tertiaire kw Utilisation alternative Utilisation parallèle Chaudière Pompe à chaleur heures/an heures/an 25

26 Pompes à chaleur Utilisation mixte Nécessité d un pilotage intégré complexe Est arrêté si COP < 2,5. La chaudière prend la relève parce que plus efficace en termes de consommation énergétique primaire 26

27 Pompes à chaleur gaz à absorption Robur : 35 kw Meilleur avec charge de base Rendement mesuré : 135% 27

28 Pompes à chaleur gaz à adsorption Vaillant, Viessmann 10 kw Meilleur avec charge de base Rendement mesuré : 135% Pas d éléments mobiles 28

29 Chauffe-eau pompe à chaleur Système intégré dans la ventilation : Attention résistance électrique Source GENVEX 29

30 Installation d un chauffe-eau solaire Collecteur Répartition Pilotage Chauffage d appoint Cuve de stockage 30

31 Installation solaire thermique : technologie Type de collecteurs Collecteurs ouverts Collecteurs plats Collecteurs sous vide Collecteur synthétique Collecteur plat standard Verre plein Collecteur inox Collecteur Vaccum plat vlakke sous collector vide Tuyau standard Collecteur d air CPC 31

32 Rendement Installation solaire thermique : technologie Rendement des capteurs solaires Différence de température entre le capteur et le milieu ambiant [ C] Absorbeur de piscine Capteur plat Capteur de vide 0 20 C Chauffage de piscine C Eau chaude et chauffage > 100 C Chaleur de processus 32

33 Installation solaire thermique : orientation Orientation et inclinaison 33

34 Installation solaire thermique : faisabilité Toit Orientation, inclinaison Superficie disponible Remplacement joint Stabilité Chaufferie Production combinée? Âge chaudières? Réglage! Lien toit-chaufferie Puits techniques? Espace technique sur le toit? Stockage & distribution d eau chaude sanitaire Cuves de stockage Conduite de recirculation (L, Diam, isolation) 34

35 Dimensionnement : demande en kwh? Règle de base : toujours sur la base de la demande de chaleur! Eau chaude sanitaire (+ chauffage?) Eau chaude sanitaire Eau chaude sanitaire + chauffage Consommation eau chaude sanitaire Demande de chaleur Contribution utile à l installation solaire thermique Rayonnement solaire (sur les collecteurs) Potentiel de chauffage 35

36 Eau chaude sanitaire + Chauffage avec une installation solaire thermique? Oui, mais moins rentable 10 à 30 m² superficie collecteur Tampon de l Pilotage plus complexe Économie : ~80% eau chaude sanitaire 20 50% chauffage 36

37 Rentabilité Installation solaire thermique pour une famille de 4 personnes - Demande d eau chaude sanitaire : 670 kwh th /p * 4p = 2670 kwh th - Fraction solaire 60% production = 1600 kwh th,sol - Économie 1600 kwh th / 75% (η) = 2100 kwh ovw /j, ou 170 /j à 4500 pour une installation de ~4 m² - Temps de remboursement énergétique : ~20 ans - Subvention de 2500 à 3500 (selon les revenus), max 50% - Temps de remboursement énergétique avec prime : ~10 ans 37

38 Consommation d eau chaude sanitaire ~45 45 C/jour/personne 1,16 kwh/(m³.k) * 0,045 m³/(j.p) * 365 j/a * (45-10) C = 670 kwh th /(p.j) Superficie collecteurs Fraction solaire de 50 70%, donc 350 à 600 kwh th /(p.j) ~400 à 450 kwh th /m² collecteur 0,9 à 1,5 m² collecteur /p Dimensionnement et ~2 m²/collecteur Si 2p : 1 collecteur trop peu 2 collecteurs donc ~4 m² Rapport m²/demande pas linéaire! Stockage 1,3 à 1,7 x consommation quotidienne de 50 à 80 l par m² collecteur Dimensionnement des installations collectives Installation solaire thermique Quick-Scan 38

39 Points d attention Toutes techniques : surveillance et suivi des performances Dimensionnement, dimensionnement, dimensionnement! De petits problèmes peuvent avoir de grandes conséquences Pompes défectueuses Capteurs déconnectés Erreurs de réglage Cogénération Raccordements hydrauliques corrects Pompes à chaleur Rendements saisonniers! Chauffage à résistance électrique Installations solaires thermiques Ombrage, pilotage. 39

40 Ne pas oublier L éco-conception donne le ton La cogénération peut être rentable Limite à douteux pour petites installations Coûts d entretien supérieurs Les pompes à chaleur peuvent être très intéressantes Possibilité d atteindre des COP élevés Risque de dégradation rapide L installation solaire thermique peut être intéressante Attention au dimensionnement Dans tous les cas : la surveillance et le suivi sont essentiels 40

41 Ressources, sites web utiles, etc. : Outils cogénération IBGE : aspx?maintaxid=12326&taxid=12390 Commercial : comparaison pompes à chaleur : Référence Guide bâtiments durables et autres sources : Guide bâtiments durables : Fiches : G_ENE 08, 10 et 11 Documentation et outils éco-construction 3&langtype=

42 Contact Jonathan FRONHOFFS Chef de projet Gestion de l énergie Coordonnées : : 02/ Courriel : jonathan.fronhoffs@cenergie.be 42