7. pac database

Tâche 2
Soutien au développement de la
filière PAC en Wallonie
Rapport trimestriel IV
Veille technologique de la filière pompes à chaleur
Prestataire de service
Auteur
Date
Version
Agent traitant au sein de SPW-DGO4
EF4 asbl
Ralph DAWIR
02/01/2015
Final
Carl Maschietto
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1. Introduction
Le CSC n°04.04.02-13E23 (p.13, pt2.2.) de la mission de « Guidance énergétique-Facilitateur Pompes
à Chaleur – Domestique et Tertiaire indique que :
« L’adjudicataire assurera une veille technologique de la filière pompe à chaleur. Cette tâche aura
pour objectif d’assurer un transfert vers l’administration des nouveautés (technologiques, d’utilisation
de combinaison de pompe à chaleur avec d’autres technologies renouvelables, nouvelles normes,…)
émanant des centres de recherches et du secteur des PAC et qui pourraient être pertinentes pour le
développement de la filière en Wallonie. L’adjudicataire rédigera un rapport trimestriel à l’attention
de l’administration reprenant les contacts, remarques, opportunités, nouveautés ayant trait à cette
tâche. »
Nous présentons dans ce rapport des projets dont le but est de recenser des exemples pratiques
d’installations équipées de pompes à chaleur. Ces exemples pratiques ont, pour la plupart, été
analysés ou monitorés afin d’étudier leur efficacité thermique, technique, économique ou
écologique.
Le but du rapport est de premièrement fournir une base de données de références concrètes
d’installations de PAC, et deuxièmement de fournir des références d’études reconnues suite à des
retours d’expérience dans le domaine de la pompe à chaleur. Ces études révèlent des valeurs
précises sur les performances des pompes à chaleur ou fournissent des analyses détaillées sur la
faisabilité et sur le retour d’expérience des installations.
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2. Fraunhofer
Titre de l’étude : « Analysis and Evaluation of Heat Pump Efficiency in real-life conditions. »
L’objectif est de déterminer de manière indépendante les performances des PAC air/eau,
géothermiques à sondes horizontales et verticales ainsi que des systèmes de puisage hydrauliques.
Le projet se déroule du 01/10/2005 au 30/09/2010.
Une première phase évalue 75 PAC provenant de 7 fabricants différents et dans une seconde phase,
à partir d’octobre 2008, 5 PAC de chaque fabricant sont ajoutées dans l’étude, ce qui fait 110 PAC
analysées. Finalement, seules 88 installations ont été prises en compte car certains critères d’analyse
sont exclusifs, tels que l’absence de production d’eau chaude sanitaire.
L’étude se porte sur des bâtiments résidentiels neufs dont la demande en énergie de chauffage varie
entre 32 et 169 kWh/m² avec une moyenne de 75kWh/m².
Le SPF analysé est le SPF3, incluant la consommation de la PAC, du circulateur ou des ventilateurs
situés du côté de l’évaporateur ainsi que d’une éventuelle résistance électrique d’appoint tel que
l’illustre le schéma ci-dessous.
Figure 1 - Limites de calcul du SPF
Le SPF moyen sur 3 années d’analyse est de 3,88 pour les PAC géothermiques et atteint 2,89 pour
les PAC aérothermiques.
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Figure 2 - SPF de PAC géothermiques
Figure 3 - SPF des PAC aérothermiques
Le critère qui influence le plus les performances des PAC est la différence de température entre la
source et l’émetteur de chaleur. Le chauffage par le sol présente de meilleurs résultats que les autres
types de chauffage. Les PAC avec un stockage énergétique intégré apparaissent comme moins
performantes que les systèmes équipés d’autres types de stockage. Les besoins énergétiques du
bâtiment influencent positivement le SPF jusqu’à une valeur de 70 kWh/m², au-delà de ces valeurs,
les performances des PAC décroissent.
Il apparait que les résistances électriques fonctionnent peu, et ont donc une influence limitée sur les
performances. Les résistances électriques font chuter le SPF de 5% pour les PAC air et de 6% pour les
PAC géothermiques. L’étude constate que la PAC air active moins souvent l’appoint électrique que le
système géothermique ce qui s’expliquerait en partie par l’indépendance relative de la température
du sol vis-vis de la météo.
Il est important d’indiquer que les valeurs obtenues sont propres à l’Allemagne, et que la
température moyenne de l’air est de 2,8°C et que la température moyenne de l’eau glycolée est de
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3,7° à l’évaporateur avec des sondes horizontales tandis qu’elle atteint une valeur moyenne de 7,1°
pour les sondes verticales. Finalement, les sources d’eau atteignent des valeurs moyennes de
température de 10,8°.
Certaines influences négatives ont été mises en évidence telles que des circulateurs en
fonctionnement permanent, des stockages énergétiques inadaptés, ou encore des fonctionnements
inutiles en période estivale. Des générateurs d’appoint peuvent également influencer négativement
l’efficacité du travail d’une PAC.
L’étude a tenté mais sans succès de déterminer les pertes de réfrigérant.
3. IWT
Une étude dirigée par l’IWT (agence pour l’innovation à travers la science et la technologie)
impliquant la KULeuven et l’institut De Nayer a mis en place une campagne de mesures et de
comparaison de 17 pompes à chaleur. Toutes les installations sont situées en Belgique hormis deux
installées aux Pays-Bas.
17 pompes à chaleur ont été mesurées en Belgique et deux aux Pays-Bas:
Les systèmes suivants ont été mesurés pendant un an:





1 Eau / Eau
1 Horizontal sol / eau
4 Vertical sol / eau
2 DX / Eau (Dx = détente directe; le frigorigène s’évapore directement en contact avec le sol)
11 air / eau
Les fabricants ont eu la possibilité de choisir leur installation de référence, ce qui implique qu’ils aient
certainement choisi leur meilleure.
Le rendement SPF analyse la performance annuelle de la PAC tandis que la performance mensuelle
de chaque installation est quantifiée selon le PF, c’est-à-dire le facteur de puissance.
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Voici un schéma indiquant les éléments mesurés sur une installation :
Figure 4 - Eléments mesurés
La plupart des installations (10) fournissent du chauffage et de l’eau chaude sanitaire. La plupart des
installations géothermiques permettent un refroidissement passif de bâtiment tandis qu’une seule
installation en détente directe dans le sol, fonctionne comme un climatiseur en été.
Voici un tableau récapitulatif des SPF mesurés en fonction de chaque type de PAC :
Figure 5 - Récapitulatif des SPF
L’étude indique qu’en raison du coût de l’électricité en Belgique, la rentabilité d’une PAC par rapport
à une chaudière à condensation au gaz n’est pas toujours démontrée : Prenons deux exemples, le
premier implique des PAC air/eau dont le FPS est inférieur à 3, ce qui ne permet pas de compenser le
coût énergétique du gaz. Le deuxième exemple implique une PAC géothermique avec un rendement
minimum de 4, mais son coût d’investissement, dans le cas d’un bâtiment peu énergivore, ne lui
permet pas de se rentabiliser rapidement par rapport à une chaudière au gaz à condensation.
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4. Sepemo-Build
Définition : Performances saisonnières et suivi de pompes à chaleur dans le bâtiment.
Le but du projet : Combler le manque de données fiables concernant les performances saisonnières
et leurs critères d’influence à travers l’Europe.
Les principaux paramètres influençant l’efficacité des systèmes sont les suivants :
a)
b)
c)
d)
e)
La performance de la pompe à chaleur
La qualité de l’installation
La conception et le niveau de température du système
Le niveau d’isolation de l’enveloppe du bâtiment
Les conditions climatiques
Pour parvenir à des études cohérentes, il a été établi une méthodologie harmonisée.
Les limites du système étudié sont comparées aux normes européennes (EN 14511, prEn15316 et
prEN14825).
Le projet analyse tous les types de PAC dans
les bâtiments résidentiels.
L’objectif final est d’accroître la confiance du
consommateur qui peut se baser sur
l’assurance qualité que représente cette
étude.
Ce projet agit donc directement sur l’objectif
européen global d’économiser l’énergie, de
réduire les émissions de CO² et de fournir de
l’énergie renouvelable.
52 études de cas sont développées et
présentes dans la rubrique « Best Practice
Database » sur le site internet du projet
(www.sepemo.eu).
Figure 6 - Cartographie des sites de test
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L’analyse des SPF se base sur le SPFH3 tel qu’indiqué sur le schéma ci-dessous :
Figure 7 - Limites des analyses de performances saisonnières
Finalement sur 44 sites dont les analyses des SPF ont été probantes, il s’avère que 8 sites ont
enregistrés des SPF inférieurs à 2,6 ensuite seulement 4 sites montrent des COP entre 2,6 et 3 et tous
les autres sites indiquent des SPF supérieurs à 3. Il est important d’indiquer que la plupart de sites
produisent de l’eau chaude sanitaire via la PAC, ce qui diminue la valeur du SPF.
L’étude indique qu’il y a un nombre important de sites pour lesquels les COP sont supérieurs à 4, ce
sont des installations avec des émetteurs « basse température » alimentés par uniquement des PAC
sans l’aide d’un quelconque autre appoint thermique.
Figure 8 - SPF de tous les sites de test sepemo
Il est possible de retrouver tous les détails de l’installation sur le site www.sepemo.eu sur la base de
données des exemples pratiques. Cela permet d’avoir les détails des caractéristiques du bâtiment, de
l’installation de chauffage et d’eau chaude sanitaire ainsi que l’influence des différents éléments sur
le SPF.
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5. Geopower
Le but de GEO.POWER est de développer la géothermie « basse énergie », c’est-à-dire la géothermie
couplée aux PAC, c’est- sur la base d’une coopération étroite entre les administrations publiques et
les organismes de recherche et de développement.
Ce projet rassemble 11 pays européens visant la stimulation
technologique, le renforcement des instruments fiscaux et
l’évolution de la réglementation nécessaires au développement
de la géothermie basse énergie.
La Belgique fait partie de ces 11 pays par le biais du VITO (Flemish
institute for technological research).
http://www.geopower-i4c.eu/
Le projet s’appuie sur des installations exemplaires relevées dans chaque pays participant. Ces
exemples pratiques sont analysés sous tous les angles : Le côté technique qui comprend entre autre
la mise en œuvre, les moyens de réalisation, l’envergure, les attentes, la production, les éventuels
problèmes techniques rencontrés etc… L’angle économique inclut les coûts de réalisation et de
fonctionnement, les investissements, la rentabilité ou les sources de financement, … Le côté législatif
analysé est propre au pays ou à la région dans laquelle se situe l’installation. Toutes ces analyses
permettent d’identifier les freins ou les leviers propres au développement de la géothermie de
« faible énergie » et d’identifier des pistes et des objectifs pour continuer à développer la
géothermie, notamment au sein de la Belgique.
Les trois cas concrets belges de géothermie sont :
-
-
-
Un système ATES (stockage énergétique en aquifère) est utilisé dans une serre semi-fermée,
près d’Anvers, afin de garder la serre close le plus longtemps possible. Le système réchauffe
ou refroidit la serre passivement ou activement. Les performances sont excellentes en chaud
ou en froid, et on estime une économie d’énergie par rapport à un système classique
d’environ 30%.
Un système BTES (stockage énergétique dans le sol via des forages) composé de 24
échangeurs de chaleur verticaux de 164m de profondeur sert de chauffage et de climatiseur
pour des bureaux de la société INFRAX situés à Tourhout en Belgique.
Un système ATES est installé dans l’hôpital Saint Elizabeth de Herentals couplé à une PAC de
500 kW et est utilisé en chaud comme en froid. On avance une réduction du coût de l’énergie
de plus de 75% pour le refroidissement par rapport à un système classique.
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Bien que la technologie de la géothermie couplée aux pompes à chaleur coûte chère à
l’investissement, en Wallonie, le frein principal au développement de cette filière est la législation
actuellement en vigueur. Elle décourage les éventuels porteurs de projets car les délais d’obtention
de permis sont trop longs, elle complexifie la tâche des foreurs/installateurs car les directives sont
non homogènes selon les Régions. Ces conséquences négatives émanent d’une réglementation
incomplète, voire inexistante en la matière.
Un guide sur la géothermie en Belgique a été publié en décembre 2012. Il explique les
caractéristiques techniques de la géothermie de faible et de haute énergie, il indique les facteurs
clefs de réussite d’un projet géothermique pour le chauffage d’un bâtiment, il donne des pistes
quant aux éventuelles applications. Ce guide analyse aussi le potentiel géologique belge sans oublier
de faire référence à la législation belge en la matière. Une part importante de la brochure se
consacre à décrire des applications concrètes.
6. LIVE HEAT PUMP
Ce projet est une initiative de la société THERCON, qui a voulu prouver de l’efficacité de ses produits.
Quinze habitations, 12 en Belgique et 3 aux Pays-bas ont été équipées de pompes à chaleur ou de
chaudières à condensation. Les profils des bâtiments sont différents, que ce soit au niveau des
caractéristiques de la maison, du lieu géographique ou encore de l’utilité des appareils de chauffe qui
souvent fournissent de l’eau chaude ou qui parfois chauffent une piscine ou encore qui peuvent être
couplés à du solaire thermique.
Un autre critère important est le test de machines pour des émetteurs de
chaleur différents, tels qu’uniquement du chauffage par radiateur ou
uniquement via le sol ou encore une combinaison de ces deux premiers
exemples, soit entre eux soit avec des ventilo-convecteurs.
Bien que ce soit un site commercial, la société Thercon a fait appel à un expert
judiciaire chargé de vérifier le déroulement correct de la prise de mesures et
de leur publication correspondante sur le site internet servant d’interface de
communication.
Ce projet est très bien réalisé et permet d’analyser en détails
le monitoring de chaque installation, de s’informer sur les
performances horaires, journalières, hebdomadaires voire
mensuelles ou encore annuelles de chaque générateur, de
comparer les systèmes de chaudière à condensation par
rapport aux pompes à chaleur pour chaque habitation,
d’obtenir les détails de performances pour le chauffage ou
pour l’eau chaude sanitaire ou encore pour le chauffage de la
piscine ou d’obtenir le coût énergétique de chaque
installation, de constater de l’efficacité du système
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d’émission de chauffage etc…
Ce site est l’outil le plus abouti que nous ayons pu observer grâce à une interface claire, intuitive,
visible et détaillée d’une campagne de monitoring réalisée sur des installations de pompe à chaleur,
malheureusement les produits testés appartiennent à une seule marque.
Après analyse des résultats, on constate qu’il n’est pas illusoire d’atteindre un FPS supérieur à 4 pour
une pompe à chaleur en mode chauffage, cependant les performances pour la production d’eau
chaude sanitaire sont relativement faibles dans la plupart des cas ce qui est en partie dû à des
températures de stockage d’eau chaude sanitaire élevées (>65°C).
Référence : http://liveheatpump.be/t/fr/p/degezinnen
7. PAC DATABASE
La PAC database est une base de données dédiée aux pompes à chaleur réalisée par EF4, dans leur
cadre de mission de facilitateur PAC pour la Région Wallonne. Cette base de données consiste en une
série de fiches présentant chacune une installation. Les tableaux de la « PAC database » reprennent
les fiches disponibles classées en fonction du type du bâtiment (Maison unifamiliale, Appartement,
Bureaux, Autres) et du code postal.
8. Intérêt pour la Wallonie
L’intérêt de ce rapport est :
Premièrement, de pouvoir fournir une série de cas pratiques d’installations pompe à chaleur et leurs
caractéristiques qui constituent une base de données fiable sur des installations existantes. Ces
exemples illustrent tous les types de PAC électriques existantes que l’on retrouve sur le marché,
c’est-à-dire des pompes à chaleur air/air, air/eau, avec des sondes horizontales ou verticales enfouies
dans le sol, via de l’eau glycolée ou encore par détente directe et finalement des systèmes de
stockage énergétique dans le sol ou dans les nappes phréatiques.
Deuxièmement, d’avoir une analyse sur cette base de données d’installations existantes, notamment
et surtout en termes de performances, ensuite en termes de contraintes techniques, économiques
ou encore législatives telles que les projets de pompes à chaleur couplées à la géothermie.
Effectivement, seuls des monitorings d’installations permettent de sortir des observations claires et
indépendantes sur les performances des pompes à chaleur actuelles et permettent d’évaluer
l’impact de leur environnement sur leur performance. Ces études permettent de fixer précisément
des paramètres d’intérêts quant à l’exploitation d’une pompe à chaleur en fonction du profil de
l’utilisateur.
Outre l’analyse de performance, il est intéressant d’identifier d’autres critères de réussite d’un projet
réalisé afin d’en sortir les points positifs et négatifs pour ensuite élaborer des plans d’action dans le
but de développer éventuellement la filière considérée. Ceci implique surtout le secteur de la
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géothermie dans lequel des projets de stockage énergétiques ont suscité beaucoup d’enthousiasme
pour leur efficacité énergétique ou pour leur application diversifiée, cependant il reste à déterminer
le potentiel géothermique wallon, mettre en place une législation adaptée à ce secteur, développer
des outils et des reconnaissances professionnelles. Toutes ces réflexions et pistes de développement
sont déjà bien abordées dans les différents projets cités dans ce rapport notamment le projet
« Geotherm ».
Ce rapport peut donc servir comme un outil de réflexion grâce aux informations renseignées sur une
quantité non négligeables d’installations existantes de pompes à chaleur, qui, pour un grand nombre
d’entre-elles sont installées en Belgique et sur lesquelles des analyses précises et chiffrées ont déjà
été effectuées.
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