Les appareils multifonction répondant aux besoins de confort thermique des logements BBC arrivent à maturité. Illustration avec un projet initié dès 2007.
Encore à l’avant-garde du génie climatique, les générateurs hybrides ou multifonction devraient se banaliser à la faveur de l’application de la RT et de la standardisation du niveau BBC. Arrivant opportunément à maturité, ces systèmes hybrides ont nécessité des années de développement en amont. Ainsi du projet AMMPERE (« Appareil multifonction dédié aux maisons passives utilisant les énergies renouvelables »), initié en 2008 et soutenu par l’Agence nationale de la recherche. Sous la houlette du CEA-Ines, Atlantic et le Cetiat ont conjugué leurs efforts pour développer un générateur couplant VMC double flux avec récupérateur de chaleur, capteurs solaires thermiques, pompe à chaleur utilisant le propane comme fluide frigorigène et ballon de stockage.
Compact et prêt à l’emploi
De fait, c’est le vecteur air qui est mis à contribution pour satisfaire aux besoins de chauffage, d’ECS et de rafraîchissement. « Du fait des faibles besoins de l’habitat BBC, il est possible de réaliser le chauffage de l’habitation en utilisant l’air de renouvellement comme vecteur de transport d’énergie : le débit de ventilation est suffisant », indique Cédric Paulus, responsable de projet au sein du laboratoire des systèmes thermiques du CEA-Ines.
L’intérêt de ces appareils multifonction réside dans leur organe de régulation unique, permettant de coordonner et d’optimiser les performances des différentes fonctionnalités, le tout dans un appareil monobloc.
Une fois dimensionné et modélisé, l’appareil a fait l’objet d’une simulation dynamique, effectuée à l’aide du logiciel TRNSYS, afin de « déterminer les architectures les plus intéressantes et de développer les algorithmes de contrôle commande », poursuit Cédric Paulus.
Le logiciel a également permis de comparer les performances du modèle à une solution de référence à éléments séparés, incluant une VMC simple flux hygro B, un panneau rayonnant et un ballon électrique. Les résultats sont assez spectaculaires, puisqu’ils font état, sur un an, d’une différence de consommation électrique de 67 % en faveur du système multifonction (2 265 kWh, contre 6 946 kWh pour les éléments séparés). Le cop annuel du système, calculé en rapportant l’énergie thermique fournie sur l’ensemble des consommations électriques, est de 4,1 (contre à peine 1 pour la solution de référence).
Cop annuel de 5 !
Après les modélisations, un prototype a été mis au banc d’essai. Ces tests ont été menés dans des conditions dites « semi-virtuelles ». Il s’agit d’une technique permettant de rendre compte du comportement d’un système sur une année en ramenant la durée du test à 12 jours, un jour équivalant à un mois. « Les essais dynamiques en environnement semi-virtuel permettent ainsi de valider les résultats obtenus en simulation, d’étudier des comportements du système qui sont plus difficiles à appréhender finement en simulation (influence des courts cycles, givrage des évaporateurs, etc.) et de valider les algorithmes de contrôle-commande qui sont programmés dans l’automate. » Pour ce faire, la partie « réelle » du système, ici l’échangeur double flux à courant croisé et le ballon de stockage, a été associée à plusieurs éléments virtuels censés reproduire les conditions réelles de fonctionnement. L’essai en conditions semi-virtuelles s’avère encore plus concluant que la simulation dynamique à partir du modèle informatique, puisque le cop « annuel » du système, calculé sur 12 jours, est de 5,1. Protégé par au moins un brevet (portant sur l’organe de contrôle-commande, détenu par le CEA-Ines), le prototype devrait servir de base à Atlantic pour le déploiement prochain d’une offre commerciale.
Idir Zebboudj