Equipements BBC - Innovations

INSTITUT NATIONAL DES SCIENCES APPLIQUÉES DE STRASBOURG

A R C H I T E C T E S + I N G É N I E U R S

B. Flament Assises européennes BBC – 25 juin 2010

Les points abordés

Equipements de chauffage.

• Des besoins à la consommation d’énergie• Système conventionnel de production

problématique des petites puissances• Système innovant : micro-cogénération à moteur Stirling• Pompes à chaleur et réversibilité• Equipements auxiliaires

Des BESOINS à la CONSOMMATION ….

E utilekWh

E finalekWh

Efficacité deséquipementstechniques

Consommation = Besoins

Rendement global

Rendement global :Rendement de générationRendement de distributionRendement d’émissionRendement de régulation.:

? Quel système de production ?

« Il vaut mieux prévoir un système de chauffage conventionnel dans un bâtiment bienisolé qu’un système alternatif coûteux dans un bâtiment isolé de manière traditionnelle »

Coupe d’une chaudière gaz à condensation (source BUDERUS)

Valorisation des systèmesfonctionnant à basse

température

I. Système conventionnel de production.

1.1 : Chaudière gaz à condensation

Rendement d’une chaudière gaz à condensation

=> Choix d’un régime basse température (50/40)

20

Température eau retour chauffage [°C]

30 40 50 60

Rendement % PCS

70

80

90

100

Mise en évidence : (étude CoSTIC)

Hypothèses : Chaudière basse températurerégulation en fonction de la temp. extérieureaction TOR sur brûleurTemp. ext de base : -15°CTemp. ext de non chauffage : 18°C

Chaudière Puissance « nominale » : 10 kW

1.2 : Problématique des petites puissances

10 kW8 kW

5 kW2 kW

Problématique des petites puissances – offre produits Pnom < 35 kW : (étude CoSTIC)

Identification des chaudières du marché en fonction de leur puissance minimale

CAS des chaudières murales

Exemple : chaudière gaz condensation avec brûleur modulant à pré-mélange total :

ex : « VITODENS 383 » de VIESSMANN 3,8 ≤ P ≤ 11,8 kW

CAS des chaudières double service (chauffage / ECS)

ECS avec accumulation – utilisation du solaire

Exemple : chaudière murale gaz condensation avec ballon de 250 litres :

ex : « VITODENS 343 » de VIESSMANN 3,8 ≤ P ≤ 11,8 kW

II. Système innovant : micro-cogénération.

« Terme désignant tout type d ’installation dédiée à la production simultanée et conjointe d ’énergie thermique (chaleur et/ou froid) et d ’énergie mécanique. L ’installation doit être intégrée dans un environnement comportant la valorisation effective de chacune des deux formes d ’énergie. »

Micro cogénération => P élec < 50 kWe

2.1 : Définition

Énergie primaire

COGÉNÉRATION

Électricité

Chaleur

2.2 : Différentes technologies

a) Moteurs à combustion interne

Micro-cogénérationEcopower

Pélec : 5 kWPtherm : 13 kW

2.2 : Différentes technologies

b) Moteurs à combustion externe : moteur STIRLING

Micro-cogénérationWhispergen

Pélec : 0,7 kWPtherm : 7 kW

Combustibles utilisables : gaz naturel, biogaz, granulés, GPL, fioul…

Energie électrique

échangeurrefroidisseur

échangeurrégénérateur

chaudière (gaz)

Energie thermique

2.2 : Différentes technologies

c) Pile à combustible

2.3 : Etude spécifique du moteur STIRLING

2.31 : Principe de fonctionnement

ChauffageChauffage

CompressionCompression

DDéétentetente

RefroidissementRefroidissement

2.3 : Etude spécifique du moteur STIRLING

2.32 : Intérêt technico – économique (source : B. Andlauer et al – Mines Paris Tech / INSA de Strasbourg – Clima 2010)

Comparaison cogénération moteur Stirling / chaudière gaz

Micro-

cogénération

Gaz

Electricité

EMCHP

GMCHP

Chaudièregaz

GazGRef

Ballon de stockage

Chauffage

ECS

Chauffage

ECS

Référence

2.32 : Intérêt technico – économique (source : B. Andlauer et al – Mines Paris Tech / INSA de Strasbourg – Clima 2010)

Hypothèses :Neuf Rénovation

Besoins thermiques : chauffage 14,5 [kWh m-2 an-1] 73 [kWh m-2 an-1]

ecs 35 [kWh m-2 an-1] 35 [kWh m-2 an-1]

Moteur Stirling (Whispergen) version 2005 version 2009

P thermique : 7,3 kW 7,3 kWP électrique : 0,7 kW 0,7 kWRendement global : 85 % 95 %

Energie électrique revendue en totalité

Chaudière gaz (référence)P thermique : 24 kW

a) Comparaison en énergie primaire consommée

Energie primaire consommée

Economie d’énergie primaire

b) Comparaison en coût d’exploitation annuel

Consommation annuelle(€ HT)

Economie annuelle

Conclusion :

Intérêt énergétique et économique.

Incidence de la performance du moteur

= > Optimisation du couplage « moteur, stockage, appoint, bâtiment ».

=> Règles de prescription

2.33 : Exemple de produit : Chaudière électrogène « HYBRIS POWER »(Remeha / De Dietrich)

18

Chaudière à

condensation

Ptherm : 21 kW

MoteurSTIRLING

Ptherm : 5 kWPélec : 1 kW

MoteurSTIRLING

Ptherm : 5 kWPélec : 1 kW

2.33 : Exemple de produit : Chaudière électrogène « HYBRIS POWER » (Remeha / De Dietrich)

19

a) Logique de fonctionnement :

Mode chauffage Mode production ecs

2.33 : Exemple de produit : Chaudière électrogène « HYBRIS POWER » (Remeha / De Dietrich)

20

b) Développement commercial:

200 fieldtests (GdF / De Dietrich)

Essais réalisés à l’INSA de Strasbourg (Enerest, De Dietrich)

2.34 : Micro cogénérateur à moteur Stirling et règlementation

21

a) Bâtiments existants:

Prise en compte dans le calcul de rénovation de bâtiments existants :Arrêté du 23 avril 2010 (JO n° 0104 du 5 mai 2010)

b) Bâtiments neufs:

Valorisé par la RT 2012

CHAUFFAGE

100 kWh

30 kWh

70 kWhCoefficients de performance (COP) :

COPi =Puissance condenseur

Puissance compresseur

COPa =Energie condenseur

Energie compresseur

Valeur annuelle :

Valeur instantanée :

III. Pompe à chaleur.3.1 : Principe

Profondeur entre 50 et 200 mètres.Circulation d’eau glycolée dans des tubes PEHD double U

Mise en œuvre dans tous les terrains.(déclaration / autorisation DRIRE)

Pompe à chaleurgéothermale

3.2 : Comparaison de performance (instantané)

Cas des PAC eau / eau ou eau glycolée / eau

Compresseur à l’arrêt

Vers émetteur(plancher)

Vers capteurs géothermiques ou nappe

14 °C

3.3 : Pompe à chaleur et réversibilité

4.1 : Pompes et circulateurs

IV. Equipements auxiliaires.

(source : document Salmson)

a) Cas des circulateursValeur E.E.I « Energy Efficiency Index »

4.1 : Pompes et circulateurs

b) Moteurs de pompe

4.2 : Groupes moto – ventilateur (source : GEA Happel)

Merci de votre attention