Orateurs : ICESOL: CONCEPT 1. POUR UN INNOVANT Frank Doppenberg BG Ingénieurs Conseils SA Bernard Thissen Energie Solaire SA Le projet «La Cigale», terminé en mars 2014 est la rénovation Minergie la plus importante en Suisse. Grace à son système de chauffage innovant «IceSol» plus de 80% des besoins en chaleur sont couverts par l énergie solaire. Dans cette présentation le système de chauffage solaire "IceSol" est comparé avec d'autres systèmes de chauffage et les critères décisionnels pour le choix du système sont mis en évidence. En outre une description détaillée du fonctionnement du système de chauffage est présentée et les orateurs vous donnent un aperçu sur les futures applications du système "IceSol".
"LA CIGALE", RÉNOVATION MINERGIE-P LA PLUS IMPORTANTE EN SUISSE La société coopérative d habitation "La Cigale" à Genève est composée de deux bâtiments comprenant 273 appartements d une surface de référence énergétique (SRE) totale de 19'000 m 2. Elle a été construite en 1952. En mars 2014, après 13 mois de travaux, une rénovation complète de l'enveloppe des bâtiments au niveau de Minergie-P a permis de réduire la consommation d'énergie pour le chauffage de près de 67%. Le système de chauffage solaire novateur "IceSol" constitué d'une pompe à chaleur, d'un stock de glace (changement de phase) et d'une toiture solaire sélective non vitrée de 1'740 m 2 va permettre d'économiser plus de 80% des nouveaux besoins en chaleur. Image 1: Les immeubles "La Cigale", situés entre la rue Vermont et la rue Vidollet à Genève, avant et après la rénovation. (Photos François Baud). En Suisse, plus de 70% des bâtiments de logement se trouvent dans une situation similaire à ceux de "La Cigale" et ont besoin d une rénovation énergétique de leur enveloppe. Ceci est également un des axes principaux de la stratégie énergétique 2050 de la Confédération. L exposé de l architecte François Baud intitulé "Rénovation à très haute performance énergétique (Minergie-P ) de treize immeubles d habitation" décrit la globalité de ce projet de rénovation (assainissement de l enveloppe, ventilation double flux, ainsi que les aspects financiers). 2. POURQUOI CHOISIR LE SYSTÈME DE "ICESOL"? Six différents scénarios pour la production de chaleur ont été étudiés dans le cadre de l'étude de variantes, à savoir: 1. pompe à chaleur sur sonde géothermique avec apport solaire thermique, 2. chaudière à gaz avec apport solaire thermique, 3. système "IceSol": pompe à chaleur, stock de glace et toiture solaire thermique, 4. solaire thermique avec stockage saisonnier, 5. chaudière à bois avec apport solaire thermique et 6. pompe à chaleur sur réseau Genève-lac-Nation avec apport solaire thermique. Pour chaque variante, les profils de consommation, le taux de couverture en énergie renouvelable, l'indice pondéré Minergie et les coûts d'investissement et d'exploitation ont été calculés. Un comparatif entre les variantes était ensuite possible permettant de mettre en avant les forces et les défauts de chaque système. Le système qui a combiné les plus d'avantages dans le contexte en termes de performance et de coût était le système "IceSol" proposé par la société Energie Solaire SA. 2
Image 2: Synthèse de la comparaison des variantes pour la production de chaleur dans le cadre du projet "La Cigale" à Genève. De plus, une analyse de risque a aussi été effectuée, en particulier le risque de dépendance aux ressources d'énergie et les risques économiques concernant l'évolution du coût des énergies. 3. FONCTIONNEMENT DU SYSTÈME "ICESOL" Le système de chauffage "IceSol" de la société Energie Solaire SA est composé d'une pompe à chaleur, d'un stock de glace (changement de phase) et d'une toiture solaire thermique de 1'740 m 2. Le système favorise les apports solaires en basse température et arrive ainsi de couvrir plus de 80% du nouveau besoin en chaleur par l énergie solaire. Les capteurs solaires sélectifs non vitrés sont le moteur du système de chauffage. Très puissant dans le domaine des basses températures, les capteurs solaires ne fournissent pas seulement de l'énergie quand le soleil brille, mais aussi sous la forme d'un énorme échangeur de chaleur durant toute l année (apport 150 W/m 2 /an). L accumulateur de glace a pour but d'augmenter le rendement de la pompe à chaleur durant les mois d'hiver et valoriser les apports solaires à basse température. Dans chaque immeuble de "La Cigale" un stock de glace de 30 m 3 a été installé, qui représente pour chacun une capacité de stockage d énergie latente de 2'031 kwh. Image 3: L energy flowchart du système de chauffage "IceSol" utilisé dans le cadre du projet "La Cigale". 3
Selon la saison et les conditions méthodologiques, 4 principaux de modes de fonctionnements du système "IceSol" peuvent être distingués (voir image 3). 1. En été: Utilisation classique d un système solaire thermique pour la production de l eau chaude sanitaire. 2. Mi-saison: L énergie des capteurs solaires est utilisée en direct pour le chauffage et en tant que source pour la pompe à chaleur pour la production de l eau chaude sanitaire. 3. La nuit et sans soleil: La pompe à chaleur extrait l énergie du stock de glace et transforme l eau en glace (énergie latente) pour le chauffage et la production de l eau chaude sanitaire. 4. Grand froid et stratus sur longue période: La pompe à chaleur extrait l énergie du stock de glace et de la toiture solaire (échangeur sur l air ambiante) pour le chauffage et préchauffage de l eau chaude sanitaire. En cas de besoin une chaudière à gaz d appoint fournit le complément. ETE : DIRECT POUR L MI-SAISON : DIRECT POUR LE + INDIRECT (LES CAPTEURS FONDENT LA ) POUR L BY-PASS DE NUIT OU SANS SOLEIL : INDIRECT ( FABRIQUE DE LA ) POUR L ET LE GRANDS FROIDS OU STRATUS SUR LONGUE PERIODE : INDIRECT ( PLEIN) POUR LE + CHAUDIERE A POUR L APPOINT ET L Image 4: Schéma de principe des 4 principaux modes de fonctionnement du système de chauffage "IceSol" utilisé dans le cadre du projet "La Cigale". Image 5: Photos des immeubles "La Cigale" et d'une des 2 toitures solaire thermique (Rue Vidollet). 4
4. CHIFFRES CLÉS DU SYSTEME DE ""ICESOL"" DU PROJET LA CIGALE Le tableau ci-dessous donne les chiffres clés du système "IceSol" du projet la Cigale. Il s agit des valeurs de simulation basé sur un profil de consommation Minergie-P. Pour assurer l optimisation continue du système, un concept de comptage et de suivi des consommations a été mis en place et sera également exploité par l Université de Genève dans le cadre d un projet "pilote & démonstration" financé par l OFEN. Ce projet permettra également de vérifier si le profil de consommation des 2 bâtiments correspond effectivement à celui d un bâtiment profil Minergie-P. 5. CONCLUSION ET PERSPECTIVES Le système "IceSol" s est avéré une très bonne solution pour le projet "La Cigale". Il répondait parfaitement aux exigences de haute performance énergétique, en respectant des contraintes financières. En plus, ce système de chauffage limite la dépendance des ressources d'énergie non-renouvelables et les risques économiques concernant l'évolution du coût des énergies. La combinaison de pompe à chaleur avec des capteurs solaires thermiques est un sujet d'actualité en Europe. La tâche 44 de l'iea (International Energy Agency) ainsi que les activités de développement de plusieurs entreprises sont une preuve d'un grand intérêt pour ce type de système de chauffage. 5
"IceSol" offre des perspectives intéressantes pour beaucoup de bâtiments : - Lorsqu il n y a pas de possibilités d utiliser le sol comme source d énergie ( géothermique) : zone urbaine (manque de place), zones à interdiction de forages, sol non propice à la géothermie, etc. - Exploitation maximale de l énergie solaire thermique, également dans des plages de température (basse température) dans lesquelles les panneaux solaires thermiques ne sont habituellement pas utilisables. - Exploitation de rejets de chaleur basse température (0 à 20) en complément aux capteurs solaires thermiques : eaux usées, eaux grises, rejets de chaleur industrielle, récupération sur ventilation simple flux, etc. - Dépendance minimale des ressources d énergie non-renouvelables grâce à des coefficients de performance du système de chauffage solaire "IceSol" très élevés (égaux ou supérieurs aux chauffages avec géothermiques). - Et ceci à des prix concurrentiels. Bernard Thissen Energie Solaire SA Frank Doppenberg BG Ingénieurs Conseils SA 6