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Deux PAC gaz et solaire : une référence instrumentée

Par Olivier BROGGI – Ingénieur développement GrDF

Le site instrumenté est une résidence pour étudiants d'une superficie de 2200 m² située rue Dinetard à Toulouse. Elle comporte 4 étages et est composée de 119 logements de type T1, un logement pour le gardien de type T4 et plusieurs locaux communs (salles de travail, laverie…). Le bâtiment est chauffé mais non climatisé.

Résidence étudiants PAC gaz Robur

Cette chronique issue de conférences au sein d'ICO(*) vous livre les éléments de conception et le bilan énergétique de cette référence PAC gaz + Solaire.



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Solution choisie : 2 PAC gaz avec chaudière et solaire

Solution de référence : 2 chaudières à condensation de 110 kW + ECS solaire.

Solution choisie : 2 pompes à chaleur avec un ɳ de production moyen sur PCI estimé à 134 %

L’étude réalisée calculait des temps de retour et des rendements globaux d’installation (pac + chaudière) si on installait une, deux ou trois pompes à chaleur à absorption sur ce site.

Au regard de ces chiffres, le maître d’ouvrage à fait le choix de chauffer son bâtiment par une installation composée de deux pompes à chaleur (PAC) à absorption gaz naturel en base et d'une chaudière à condensation en  appoint.

Chaque PAC aérothermique a une puissance nominale de 35kW (chauffage seul)
L'eau chaude sanitaire est préchauffée grâce à un ensemble de panneaux solaires thermiques et le chauffage de l'ECS est complété par la chaudière gaz à condensation.
L'installation a été instrumentée et suivie sur une saison de chauffe, d'octobre 2011 à avril 2012.

Plus value de la solution PAC gaz : 31900 € TTC

Schéma de l'installation
schéma

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Instrumentation et performance de l'installation

Sur un an de fonctionnement l'instrumentation de ce site a permis de mettre en évidence quelques coquilles de programmation de sa régulation au moment de la mise en service de l'installation. En effet :

  • La  température d’émission des PAC a été en moyenne de 42°C sans loi d’eau apparente, et elle oscillait généralement entre 40 et 45°C. Une loi d’eau était prévue dans l’étude de manière à travailler à de plus basses températures en mi saison et donc d’avoir de meilleurs rendements des PAC.
  • Les deux PAC fonctionnaient alternativement et l’appoint par la chaudière se mettait en marche dès qu’une PAC ne suffisait pas à fournir l’énergie nécessaire au chauffage  du bâtiment.

    Un problème de paramétrage de la régulation qui ne laissait pas suffisamment de temps au régulateur des PAC pour qu’elles démarrent toutes les deux. La régulation centrale donnait trop vite l’ordre à la chaudière de se mettre en route.
  • L’appoint par la chaudière fonctionnait tous les jours à partir de 6h du matin. Il produisait environ 60 kW pendant 4h puis 10 kW à 30 kW en continu jusqu’à minuit  (sans compter la production d’ECS).

Cependant, et heureusement :

  • Le suivi de site a permis de quantifier les performances de l'installation en termes de confort des occupants par la mesure en hiver des températures et hygrométries des locaux : Température intérieure moyenne en janvier et février (les deux mois les plus froids) : 22,3°C avec une hygrométrie de l'ordre de 40%, donc ambiance très confortable.

  • Température intérieure moyenne en janvier et février (les deux mois les plus froids) : 22,3°C avec une hygrométrie de l'ordre de 40%, donc ambiance très confortable.

  • Taux de disponibilité de l'installation : 100%.

  • Un GUE(1) ou COP gaz(1) de 1.42 en moyenne sur la saison de chauffe, équivalent à une efficacité de production de 142% sur PCI (Pouvoir Calorifique Inférieur), pour une température d'émission variant entre 40 et 45°C sans loi d'eau.

  • Une performance proche à 11% des valeurs annoncées par le constructeur, qui présente une efficacité de 160% (pour une température d'émission de 40°C).


(1): GUE = COPgaz = rapport entre la production thermique et la consommation de GN de la PAC

  • Un COP sur énergie primaire(2) de 1.25 en moyenne sur la saison de chauffe, soit une consommation des auxiliaires électriques représentant 13% de la consommation totale d'énergie des PAC.


(2) : COPep = rapport entre la production thermique et les consommations de GN et d'électricité auxiliaire de la PAC

Graphique

  • Même en prenant en compte les consommations des auxiliaires, les PAC à absorption gaz restent donc très performantes.

Proportion d'Energie renouvelable de l'installation

Installation solaire Proportion d'EnR sur la consommation des deux PAC

Production d'EnR des 2 PAC : 19300 kWh
Consommation de gaz des 2 PAC : 48900 kWh
Taux d'EnR sur la consommation : 39%


Proportion d'EnR sur la consommation du système de chauffage

(PAC + appoint chauffage par chaudière, production d'ECS exclue)

Production d'EnR système de chauffage : 19300 kWh
Consommation de gaz système de chauffage : 96900 kWh
Taux d'EnR sur la consommation : 20%

De la théorie à la pratique …

schéma



2 PAC :
ɳ de production moyen sur PCI de 134 %
Plus value de 31900 € TTC


Un écart de 12% entre la théorie et la pratique…

Graphique théorie

Cependant, pour l’installation d’une seule pompe à chaleur, le bureau d’étude prévoyait un rendement global de l’installation de 122% sur PCI. Nous sommes donc très proches de ces valeurs.

Maintenant que la régulation a été corrigée (loi d’eau et cascade des machines) nous pouvons donc être confiant pour être très proche de nos 134% théorique l’an prochain.

Conclusion

Le site instrumenté de Toulouse a permis d'évaluer la technologie de pompe à chaleur aérothermique à absorption gaz naturel en fonctionnement basse température (40°C) et a montré un fonctionnement tout à fait satisfaisant :

  • Les performances en chauffage mesurées in situ sont en moyenne de 142% sur énergie primaire pour une température de production d’environ 42°C, soit 11% en dessous de la performance nominale (160% à A7/W40).

  • Le taux de disponibilité de l'installation a été de 100% avec un niveau de confort en température et hygrométrie très satisfaisant.

  • La part des auxiliaires électriques reste importante et représente de 10% à 15% des consommations globales.

Olivier BROGGI – Ingénieur développement GrDF
Olivier BROGGI est Ingénieur d'affaires national chargé chez GrDF du Développement de Réseau.

Ces conférences appelées Journées du Confort de l’Eau dites JCE sont accessibles dans plusieurs villes de France.

Pour assister aux prochaines JCE à Nantes (Octobre), Reims (Novembre) et Toulouse (date à préciser), inscrivez-vous gratuitement auprès du responsable formation ICO : info@association-ico.net

*ICO. L'association ICO, créée en 1991, a pour objectif la progression des idées et techniques permettant d'améliorer les performances énergétiques et environnementales des bâtiments.

→ Sources et Liens




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