Formation Bâtiment Durable - environnement.brussels · Pompes à chaleur à gaz … Schéma général de la présentation . 4 ... • Calculé sur le nombre d’heures de fonctionnement

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 labels en fonction de la technologie

5 Source: Daikin

Labels par technologie J

uly

20

15

J

uly

20

17

Space heaters Combination heaters

Source: Daikin

6

7

Labels pour les ‘packs’

Source: Daikin

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


10

Source: Présentation du Facilitateur Cogénération, Séminaire “Réduisez les charges de votre logement collectif grâce à la cogénération », IBGE


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.

11


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

13

Micro-cogénération ?

● Rentabilité pas encore démontrée… pour Bruxelles.

● 3-24 kW Thermique – 1 kW Électrique

● +/- 10 à 12.000 €

Source: Viessmann - Remeha

14

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 »

16


17

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

Pompes à chaleur

So

urc

e fr

oid

e

Principe

Local :

COP= 2.8 kWh « chaleur » = 2.8

1kWh électrique


19

Pompes à chaleur

Renouvelable si COP > 2,8

Principe

Compresseur

Condenseur

Évaporateur

Détendeur

Gaz, mazout, énergie

nucléaire, charbon…


20

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

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

23

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


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

24

Pompes à chaleur

Utilisation bivalente

Utilisation parallèle Utilisation alternative

Applicable à :

• Rénovation

• Immeuble à appartements

• Tertiaire

Chaudière

Pompe à chaleur


25

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

26

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

28

• Système intégré dans la ventilation :

• Attention résistance électrique

Chauffe-eau pompe à chaleur

Source: GENVEX

Installation d’un chauffe-eau solaire

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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

30

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 : orientation

Orientation et inclinaison

32 Source: Solarpraxis

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 ?

35

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

37

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

40

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.liveheatpump.be/

http://guidebatimentdurable.bruxellesenvironnement.be/

http://guidebatimentdurable.bruxellesenvironnement.be/

http://www.environnement.brussels/secteurs-dactivites/batiment?view_pro=1




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Contact

Jonathan FRONHOFFS

Chef de projet Gestion de l’énergie

Coordonnées :

: 02/513.96.13

Courriel : [email protected]

mailto:[email protected]

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