INSTITUT NATIONAL DES SCIENCES APPLIQUÉES DE STRASBOURG A R C H I T E C T E S + I N G É N I E U R S Equipements BBC - Innovations B. Flament Assises européennes BBC 25 juin 2010
Les points abordés Equipements de chauffage. Des besoins à la consommation d énergie Système conventionnel de production problématique des petites puissances Système innovant : micro-cogénération à moteur Stirling Pompes à chaleur et réversibilité Equipements auxiliaires
Des BESOINS à la CONSOMMATION. E utile kwh Consommation = Besoins Rendement global E finale kwh Efficacité des équipements techniques Rendement global : Rendement de génération Rendement de distribution Rendement d émission Rendement de régulation.:? Quel système de production?
I. Système conventionnel de production. «Il vaut mieux prévoir un système de chauffage conventionnel dans un bâtiment bien isolé qu un système alternatif coûteux dans un bâtiment isolé de manière traditionnelle» 1.1 : Chaudière gaz à condensation Valorisation des systèmes fonctionnant à basse température Coupe d une chaudière gaz à condensation (source BUDERUS)
Rendement d une chaudière gaz à condensation Rendement % PCS 100 90 80 70 20 30 40 50 60 Température eau retour chauffage [ C] => Choix d un régime basse température (50/40)
1.2 : Problématique des petites puissances Mise en évidence : (étude CoSTIC) Hypothèses : Chaudière basse température régulation en fonction de la temp. extérieure action TOR sur brûleur Temp. ext de base : -15 C Temp. ext de non chauffage : 18 C 10 kw Chaudière Puissance «nominale» : 10 kw 8 kw 5 kw 2 kw
Problématique des petites puissances offre produits Pnom < 35 kw : (étude CoSTIC) Identification des chaudières du marché en fonction de leur puissance minimale CAS des chaudières murales Exemple : chaudière gaz condensation avec brûleur modulant à pré-mélange total : ex : «VITODENS 383» de VIESSMANN 3,8 P 11,8 kw CAS des chaudières double service (chauffage / ECS) ECS avec accumulation utilisation du solaire Exemple : chaudière murale gaz condensation avec ballon de 250 litres : ex : «VITODENS 343» de VIESSMANN 3,8 P 11,8 kw
II. Système innovant : micro-cogénération. 2.1 : Définition «Terme désignant tout type d installation dédiée à la production simultanée et conjointe d énergie thermique (chaleur et/ou froid) et d énergie mécanique. L installation doit être intégrée dans un environnement comportant la valorisation effective de chacune des deux formes d énergie.» Micro cogénération => P élec < 50 kwe Électricité Énergie primaire COGÉNÉRATION Chaleur
2.2 : Différentes technologies a) Moteurs à combustion interne Micro-cogénération Ecopower Pélec : 5 kw Ptherm : 13 kw
2.2 : Différentes technologies b) Moteurs à combustion externe : moteur STIRLING chaudière (gaz) échangeur régénérateur Micro-cogénération Whispergen échangeur refroidisseur Energie thermique Energie électrique Pélec : 0,7 kw Ptherm : 7 kw Combustibles utilisables : gaz naturel, biogaz, granulés, GPL, fioul
2.2 : Différentes technologies c) Pile à combustible
2.3 : Etude spécifique du moteur STIRLING 2.31 : Principe de fonctionnement Chauffage Détente Compression Refroidissement
2.3 : Etude spécifique du moteur STIRLING 2.32 : Intérêt technico économique (source : B. Andlauer et al Mines Paris Tech / INSA de Strasbourg Clima 2010) Comparaison cogénération moteur Stirling / chaudière gaz Chauffage ECS Chauffage ECS Electricité E MCHP Microcogénération Ballon de stockage Chaudière gaz G MCHP Gaz G Ref Gaz Référence
2.32 : Intérêt technico économique (source : B. Andlauer et al Mines Paris Tech / INSA de Strasbourg Clima 2010) Hypothèses : Neuf Rénovation Besoins thermiques : chauffage 14,5 [kwh m -2 an -1 ] 73 [kwh m -2 an -1 ] ecs 35 [kwh m -2 an -1 ] 35 [kwh m -2 an -1 ] Moteur Stirling (Whispergen) version 2005 version 2009 P thermique : 7,3 kw 7,3 kw P électrique : 0,7 kw 0,7 kw Rendement global : 85 % 95 % Energie électrique revendue en totalité Chaudière gaz (référence) P thermique : 24 kw
a) Comparaison en énergie primaire consommée Energie primaire consommée Economie d énergie primaire
b) Comparaison en coût d exploitation annuel Consommation annuelle ( HT) Economie annuelle
Conclusion : Intérêt énergétique et économique. Incidence de la performance du moteur = > Optimisation du couplage «moteur, stockage, appoint, bâtiment». => Règles de prescription
2.33 : Exemple de produit : Chaudière électrogène «HYBRIS POWER» (Remeha / De Dietrich) Chaudière à condensation Ptherm : 21 kw Moteur STIRLING Ptherm : 5 kw Pélec : 1 kw 18
2.33 : Exemple de produit : Chaudière électrogène «HYBRIS POWER» (Remeha / De Dietrich) a) Logique de fonctionnement : Mode chauffage Mode production 19 ecs
2.33 : Exemple de produit : Chaudière électrogène «HYBRIS POWER» (Remeha / De Dietrich) b) Développement commercial: 200 fieldtests (GdF / De Dietrich) Essais réalisés à l INSA de Strasbourg (Enerest, De Dietrich) 20
2.34 : Micro cogénérateur à moteur Stirling et règlementation a) Bâtiments existants: Prise en compte dans le calcul de rénovation de bâtiments existants : Arrêté du 23 avril 2010 (JO n 0104 du 5 mai 2010) b) Bâtiments neufs: Valorisé par la RT 2012 21
III. Pompe à chaleur. 3.1 : Principe CHAUFFAGE 100 kwh Coefficients de performance (COP) : 70 kwh Valeur instantanée : COP i = Puissance condenseur Puissance compresseur Valeur annuelle : COP a = Energie condenseur Energie compresseur 30 kwh
3.2 : Comparaison de performance (instantané) Pompe à chaleur géothermale Profondeur entre 50 et 200 mètres. Circulation d eau glycolée dans des tubes PEHD double U Mise en œuvre dans tous les terrains. (déclaration / autorisation DRIRE)
3.3 : Pompe à chaleur et réversibilité Cas des PAC eau / eau ou eau glycolée / eau 14 C Vers émetteur (plancher) Compresseur à l arrêt Vers capteurs géothermiques ou nappe
IV. Equipements auxiliaires. 4.1 : Pompes et circulateurs (source : document Salmson) a) Cas des circulateurs Valeur E.E.I «Energy Efficiency Index»
4.1 : Pompes et circulateurs b) Moteurs de pompe
4.2 : Groupes moto ventilateur (source : GEA Happel)
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