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Bruxelles Environnement
PRODUCTION DE CHALEUR: CARACTERISTIQUES DE
SYSTEMES ‘INNOVANTS’
Jonathan FRONHOFFS
Cenergie scrl
Formation Bâtiment Durable : Les techniques (chaleur, ventilation, ECS) : conception et régulation
2
Objectifs de la présentation
● Cadrer les techniques ‘innovantes’ dans l’évolution
européenne
● Donner un aperçu des possibilités et des limites
des techniques ‘innovantes’…
3
● Cadre de l’éco-conception
● Cogénération
● Pompes à chaleur ‘classiques’
● Pompes à chaleur à gaz
● …
Schéma général de la présentation
4
Techniques ‘innovantes’ ?
● Cogénération :
● Petite cogénération
● Micro cogénération
● Pompes à chaleur
● Moyen (Air/Eau – Sol/Eau…)
● Technologie
● Statique
● Dynamique
● Absorption/Adsorption (Gaz/Électricité)
● Installation solaire thermique
Aperçu des exigences pour les systèmes de chauffage
60%
80%
100%
120%
140%
160%
180%
200%
220%
A
B
D
E
A+++
A++
A+
C A B C
A+++
A++
A+
D E
A B
C D
E
A+++
A++
A+
Lot 10
Lot 1
35°C
Lot 1
55°C
Lot 1
Systèmes
hydroniques
Température moyenne
55°C
Lot 1
Systèmes
hydroniques
Température basse
35°C
Lot 10
Pompes à chaleur air-
air
BANS
for
8 Source: Daikin
100%
36% élec
53% therm
11%
● Principe de la cogénération : la production combinée de deux formes
d’énergie (électricité et « chaleur utile ») au départ d’une même source
d’énergie.
µ-cogénération si Pe < 50 kW
µ-cogénération
domestique : +/- 1kWé
Principe de la cogénération ?
9
Source: Présentation du Facilitateur
Cogénération, Séminaire “Réduisez
les charges de votre logement
collectif grâce à la cogénération »,
IBGE
Réduisez les charges de
votre logement collectif
grâce à la cogénération
LA COGENERATION PAR
913 kWh
(gaz naturel)
327 kWh
(36%)
487 kWh
(53%)
99 kWh
(11%)
Cogénération au gaz
naturel
Principe de la cogénération ?
10
Source: Présentation du Facilitateur Cogénération, Séminaire “Réduisez les charges de votre logement collectif grâce à la cogénération », IBGE
Principe de la cogénération ?
Générer chaleur et électricité dans une
même installation
● Principe de la cogénération
1 682
1 818
2 857 Cogénération
gaz naturel
(35 % élec)
(53 % therm)
1 000
1 514
électricité
chaleur
pertes 343
Chaudière
gaz naturel
(90 %)
Turbine
vapeur-gaz
(55%)
986
kWh kWh kWh kWh
1 000
1 514
Une économie de 643 kWh de gaz naturel (18 %) !
et une diminutions des émissions de CO2.
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Source: Présentation du Facilitateur Cogénération, Séminaire “Réduisez les charges de votre logement collectif grâce à la cogénération », IBGE
Résidence Moina – 30 kWe/52 kWth
Résidence Venelles 1
2 x 30 kWe/52 kWth
Petite cogénération
12 Source: Présentation du Facilitateur Cogénération,
Séminaire “Réduisez les charges de votre logement
collectif grâce à la cogénération », IBGE
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Micro-cogénération ?
● Rentabilité pas encore démontrée… pour Bruxelles.
● 3-24 kW Thermique – 1 kW Électrique
● +/- 10 à 12.000 €
Source: Viessmann - Remeha
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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
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
Les 6 étapes du bon déroulement d’un projet de cogénération :
15
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1 731 1461 2191 2921 3651 4381 5111 5841 6571 7301 8031
kWth Monotone des besoin thermiques pour le CA - SPW Bd du Nord (Namur) - 2002Belastingsduurcurve
Constat :
Pour un même bâtiment, il est possible de placer
différentes puissances de cogénération
Concept de cogénération « correctement dimensionnée »
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Source: Présentation du Facilitateur Cogénération, Séminaire “Réduisez les charges de votre logement collectif grâce à la cogénération », IBGE
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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
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Pompes à chaleur
So
urc
e fr
oid
e
Principe
Local :
COP= 2.8 kWh « chaleur » = 2.8
1kWh électrique
Source: Présentation du Facilitateur Cogénération, Séminaire “Réduisez les charges de votre logement collectif grâce à la cogénération », IBGE
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Pompes à chaleur
Renouvelable si COP > 2,8
Principe
Compresseur
Condenseur
Évaporateur
Détendeur
Gaz, mazout, énergie
nucléaire, charbon…
Source: Présentation du Facilitateur Cogénération, Séminaire “Réduisez les charges de votre logement collectif grâce à la cogénération », IBGE
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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
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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)
Source: Présentation du Facilitateur Cogénération, Séminaire “Réduisez les charges de votre
logement collectif grâce à la cogénération », IBGE
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Pompes à chaleur
PC électrique PC à gaz (absorption)
Rendement = 3,6 /(2,3+0,25) = 141%
3,6 kW
2,3 kWgas
0,1 kWe = 0,25 kWprim
3,6 kW
1 kWe = 2,5 kWprimair
2,6 kW
Rendement = 3,6 /(2,5) = 146%
0,9 kW
Rendement annuel 115 à 130 % COP mesurés : 2 à 2,8 sur les
installations existantes ! Source: Présentation du Facilitateur Cogénération, Séminaire “Réduisez les charges de votre logement collectif grâce à la cogénération », IBGE
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500
kW
Heures/an
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Pompes à chaleur Utilisation monovalente
Courbe de chauffage Courbe de durée de charge
Applicable à un logement unifamilial
Résistance électrique
Puissance PC en fonction de temp. extérieure
Courbe de chauffage
Source: Présentation du Facilitateur Cogénération, Séminaire “Réduisez les charges de votre logement collectif grâce à la cogénération », IBGE
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500
kW
heures/an
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500
kW
heures/an
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Pompes à chaleur
Utilisation bivalente
Utilisation parallèle Utilisation alternative
Applicable à :
• Rénovation
• Immeuble à appartements
• Tertiaire
Chaudière
Pompe à chaleur
Source: Présentation du Facilitateur Cogénération, Séminaire “Réduisez les charges de votre logement collectif grâce à la cogénération », IBGE
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Pompes à chaleur
Utilisation mixte
Est arrêté si COP < 2,5. La chaudière prend la relève parce que
plus efficace en termes de consommation énergétique primaire
Nécessité d’un pilotage intégré complexe Source: Présentation du Facilitateur Cogénération, Séminaire
“Réduisez les charges de votre logement collectif grâce à la
cogénération », IBGE
Source: Viessman
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Pompes à chaleur gaz à absorption
Robur : 35 kW
20.000 €
Meilleur avec charge de base
Rendement mesuré : 135%
Source: Robur
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Pompes à chaleur gaz à adsorption
Vaillant, Viessmann…
10 kW
10-12.000 €
Meilleur avec charge de base
Rendement mesuré : 135%
Pas d’éléments mobiles
Source: Vaillant
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• Système intégré dans la ventilation :
• Attention résistance électrique
Chauffe-eau pompe à chaleur
Source: GENVEX
Installation solaire thermique : technologie
•Type de collecteurs
Collecteurs ouverts Collecteurs plats Collecteurs sous vide
Collecteur synthétique
Collecteur inox
Collecteur plat standard
Vaccum vlakke collector
Collecteur plat sous vide
Collecteur d’air
Verre plein
Tuyau standard
CPC
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Source: Solarpraxis
Installation solaire thermique : technologie
• Rendement des capteurs solaires R
en
de
me
nt
Différence de température entre le capteur et le milieu ambiant [°C]
Capteur plat
Capteur de vide
Absorbeur de piscine 0 – 20 °C Chauffage de piscine
20 – 100 °C Eau chaude et chauffage
> 100 °C Chaleur de processus 31
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) 33 Source: Bruxelles Environnement
● Règle de base : toujours sur la base de la demande de chaleur !
► Eau chaude sanitaire (+ chauffage ?)
Dimensionnement : demande en kWh ?
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 34
Oui, mais moins rentable
10 à 30 m² superficie collecteur
Tampon de 1000-3000 l
Pilotage plus complexe
Économie :
~80% eau chaude sanitaire
20…50% chauffage
Eau chaude sanitaire + Chauffage avec une installation solaire thermique ?
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Source: solarpaxis
- Demande d’eau chaude sanitaire : 670 kWhth/p * 4p = 2670 kWhth
- Fraction solaire 60% production = 1600 kWhth,sol
- Économie 1600 kWhth / 75% (η) = 2100 kWhovw/j, ou 170 €/j
- 3000 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
Rentabilité
• Installation solaire thermique pour une famille
de 4 personnes
36
● Consommation d’eau chaude sanitaire
► ~45 l @ 45°C/jour/personne
► 1,16 kWh/(m³.K) * 0,045 m³/(j.p) * 365 j/a * (45-10)°C = 670 kWhth/(p.j)
● Superficie collecteurs
► Fraction solaire de 50…70%, donc 350 à 600 kWhth/(p.j)
► ~400 à 450 kWhth/m²collecteur 0,9 à 1,5 m²collecteur/p
► 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
Dimensionnement
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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
. 38
39
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
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Ressources, sites web utiles, etc. :
● Outils cogénération IBGE :
http://www.environnement.brussels/secteurs-dactivites/batiment
● Commercial : comparaison pompes à chaleur :
http://www.liveheatpump.be
Référence Guide Bâtiment durable et autres sources :
● Guide bâtiments durables :
http://guidebatimentdurable.bruxellesenvironnement.be
Fiches : G_ENE 08, 10 et 11
● Documentation et outils éco-construction
http://www.environnement.brussels/secteurs-dactivites/batiment
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Contact
Jonathan FRONHOFFS
Chef de projet Gestion de l’énergie
Coordonnées :
: 02/513.96.13
Courriel : [email protected]