Perméabilité à l`air : nouvelles exigences sur réseaux

Transcription

PAC gaz pour une école.
Genèse du choix et de
la conception.
Par Olivier BROGGI, GrDF CEGIBAT
et Mickaël SERRES, Cena Ingénierie
® XPAIR EDITIONS – DECEMBRE 2014 Retrouvez toutes les chroniques en ligne ! http://conseils.xpair.com/actualite_experts.htm
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PAC gaz pour une école. Genèse du choix et
de la conception.
Confort et performance énergétique à assurer, intermittence d’occupation, fort taux de
renouvellement d’air neuf, respect du mode constructif et architectural, …, une école
n’est pas un projet si simple à étudier. Celui qui vous est présenté concerne une école qui
a été dès le début bien pensé, qui est équipée d’une installation à haute efficacité
énergétique qui fonctionne à son niveau attendu ; on ne pouvait pas ne pas en parler !
1/ Une école n’est pas un projet si simple à traiter
En 2009 la ville de Rumilly (Haute Savoie) décide la création d’un nouveau groupe
scolaire pour tenir compte de sa croissance démographique. Cette école de 250 élèves se
compose de 4 classes de maternelle et 6 classes de primaire. 8 classes supplémentaires
sont également prévues par Antoine Gaillard (Cabinet Richard Plottier) architecte à
Lyonnais du projet.
La mairie confie au bureau d’étude CENA Ingénierie les premières études dont celle
d’approvisionnement en énergie.
2
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Celui-ci écarte rapidement les solutions techniques suivantes :
•
•
•
•
•
•
•
•
Solaire thermique, car l’école à de faibles besoins d’eau chaude et elle est fermée
en été,
Eolien, car la ville de Rumilly est en dehors de la ZDE (Zone de Développement
de l’Eolien)
Chauffage urbain, aucun réseau à proximité
PAC électrique air/eau car les hivers sont trop rigoureux à Rumilly
PAC électrique eau/eau car le débit d’eau nécessaire est trop important
Cogénération, du fait de l’absence de visibilité sur les tarifs de rachat de
l’électricité à cette époque
Fuel ; la ville étant desservie en gaz naturel,
Electrique effet joule, pour des questions de coût d’exploitation.
Le BET se concentre donc sur les solutions Solaire Photovoltaïque, chauffage bois,
PAC géothermique sur sonde (électrique ou gaz) et chaudière condensation.
Investissement Exploitation
CEP
k€ HT (1)
k€ HT
kWh/m².an
CO2
Classement Classement
Kg_éq_
Energie
Climat
CO2/m².an
Chauffage
bois
282
17
121,6
4,48
C
A
PAC géo élec
312
15
96
5,32
C
A
PAC géo gaz
285
15
91
12,4
C
C
Condensation
189
18
109
16,64
C
C
PV seul
128
-9,9
-15,9
(1) Comprend l’installation globale de chauffage : génération, distribution, émission, sonde
géothermique éventuelle.
La pompe à chaleur à absorption est donc ressortie comme étant « le choix le plus
intéressant si on prend en compte les aspects financiers (investissement et maintenance)
et environnementaux. En effet, des solutions moins onéreuses existent, comme la
chaudière gaz à condensation, mais ses performances environnementales sont moins
bonnes. De même, la PAC électrique ou le chauffage bois sont plus performants sur les
kg de CO2 mais sont soit des solutions plus coûteuses, soit plus consommatrices
d’énergie primaire. »
3
Dans le même temps, le cabinet Richard Plottier termine de dessiner ce que sera cette
future école. L’architecte part donc sur une ossature bois !
Avec une attention forte sur l’éclairage naturel !
4
Son mode constructif est donc le suivant :
Murs de façade ossature bois
laine de roche entre montants bois 14,5 cm
Laine de bois 3,5 cm devant les montants
R = 4,5 m²K/W
Plancher
10 cm de polystyrène
R = 3,4 m²K/W
Toiture terrasse végétalisée
8 cm de perlite et 12 cm de PU
R = 6,4 m²K/W
Traitement des ponts thermiques
Exemple liaison façade / dallage
Vitrages
Vitrage 4/16/4 remplissage argon et
menuiserie alu
Uw moyen = 1,7 W/m²K
Etanchéité à l’air
Formation des entreprises
Test en cours de chantier
I4 = 0.765 m³/h/m²
N50 = 2.1 V/h
Rappel : Label Effinergie en logement collectif
I4=1 m³/h/m²
Passivhaus N50 = 0,6 V/h
5
2/ Solutions d’efficacité énergétique face à une
faible inertie
L’ossature en bois du bâtiment rend son inertie faible. Il existe donc un risque réel
d’inconfort en période chaude. CENA Ingénierie recherche donc une solution permettant
un rafraîchissement non pénalisant (d’un point de vue RT et économique) ainsi qu’une
régulation très réactive.
Le choix des sondes géothermiques pour assurer du free-cooling en été et du vecteur air
comme système d’émission se met en place.
Une sur-ventilation nocturne sera donc mise en place via les CTA. Elle sera couplée à
un rafraîchissement direct via les sondes en by-passant la PAC.
5 CTA double-flux à récupération d’énergie (rendement entre 80 et 85%) ont donc été
installées.
L’air chaud est soufflé dans les classes et repris dans les circulations ce qui apporte le
bénéfice secondaire de sécher les vestes des élèves laissées sur les porte-manteaux par
temps humide.
La ventilation est équipée de batteries chaudes terminales dans les classes afin de rendre
l’émission de chaleur très réactive.
Déperditions : pour -11°C extérieur 19°C dans les classes et 16°C dans les circulations:
102 kW soit 42 W/m².
La puissance installée est donc de 3 pompes à chaleur de 37 kW soit 111 kW.
Le choix de la technologie pompe à chaleur à absorption gaz a été fait pour minimiser
l’investissement en sonde. En effet pour un coût d’exploitation équivalent la technologie gaz
présente un réel gain d’investissement.
6
PAC
Sondes
Adduction gaz
TOTAL
•
PAC GAZ
ABSO
PAC ELEC
50 000 €
25 000 €
11 sondes
66 000 €
20 sondes
120 000 €
2 500 €
-
118 500 €
145 000 €
Pour tout savoir sur la technologie PAC ABSORPTION, consultez le dossier de
savoir faire
PAC absorption gaz et solutions RT 2012
Production de chaleur assurée par 3 PAC à absorption géothermiques
7
Répartition du champ de sonde
Schéma hydraulique de l’école Joseph Beard de Rumilly
8
NB : le schéma laisse apparaître 3 emplacements de PAC pour les 8 classes
complémentaires. Quand celles-ci seront décidées, une seconde étude détaillée permettra
de déterminer en fonction aussi des contraintes budgétaires si ce sont effectivement 6
pompes à chaleur qui alimenteront l’école ou un couplage PAC + chaudière.
Fonctionnement Hiver
9
Fonctionnement été
Avec cette installation et cette structure l’école atteint le niveau BBC (de la RT2005)
Détails
Projet
Référence Ecart en
%
Ubat
0,459
0,679
32,33
Cep (kWhep/m²)
62,95
162,27
61,21
Chauffage/rafraichissement
16,89
85,48
80,24
Eclairage
21,21
28,74
26,19
Auxiliaires chauffage
7,45
3,1
-140,48
Auxiliaires ventilation
17,39
44,95
61,31
10
3/ Bilan qualitatif et énergétique de cette
installation PAC gaz réversible
Le fonctionnement du chauffage est satisfaisant. Il a cependant connu quelques
difficultés indépendantes des PAC les premiers temps.
Pas de problème à signaler lors des 2 semaines de froid soutenu notamment en Février
2012.
Le rafraîchissement a été efficace voire trop efficace par endroit, ce qui a nécessité de
revoir la programmation.
Consommations énergétiques
•
•
Gaz saison 2011 – 2012 : 42 kWhep/m²
Électricité tout usage Juin 2011 - Juin 2012 : 33 kWh/m² soit 84 kWhep/m²
A noter que le chauffage a fonctionné dés début Septembre 2011 pour affiner les réglages
et être parfaitement opérationnel pour l’hiver.
Pour faire la preuve du bon fonctionnement des machines GrDF et l’Ademe ont décidé
d’instrumenter ce site et de mesurer dans le détail les performances des pompes à
chaleur sur l’hiver 2012-2013.
11
4/ Instrumentation et mesure de l’efficacité
énergétique : les résultats !
Cette instrumentation a permis de démontrer que :
1°) L’installation était correctement dimensionnée
Sur la semaine la plus froide de l’hiver, les trois PAC sont engagées, parfois à pleine
puissance.
12
Le jour le plus froid de l’hiver (le 12/12/12), à 8 heures, les 3 PAC s’engagent à pleine
puissance. Une fois la consigne atteinte, seule la PAC 1 reste en service pour assurer le
maintien du confort.
2°) La cascade entre les machines fonctionne normalement
13
3°) Les performances énergétiques sont au rendez-vous
Un GUE moyen de 1,5 sur l’ensemble de la saison de chauffe, conforme aux valeurs
attendues.
4°) Aucune incidence de la température extérieure sur le COP
Ce qui est rassurant sur une machine géothermique !
COP moyen à 1,4 pour 1,43 attendu !
Bien que l’on puisse s’attendre à une corrélation entre la température de la source froide
géothermique et les COP obtenus, il n’apparait pas ici de corrélation visible.
14
Température de la source froide de 0°C à 12°C
5/ Ces bons résultats ont fait dire à l’Ademe …
Le site instrumenté de Rumilly a permis d'évaluer la technologie de pompe à chaleur géothermique
à absorption gaz naturel en fonctionnement basse température (50°C) avec géo-cooling pour
assurer un refroidissement des locaux durant l’été. Les résultats de ces mesures permettent de
conclure au fonctionnement tout à fait satisfaisant du système :
•
•
•
Les performances en chauffage mesurées in situ sont en moyenne de 140% sur
énergie primaire pour une température de production d’environ 50°C, soit une
performance équivalente à celle mesurée en puissance nominale par le
constructeur (150% à B0/W50).
Le taux de disponibilité de l'installation a été de 100% avec un niveau de confort
en température très satisfaisant, indépendamment des conditions de température
extérieure.
Le dimensionnement de l’installation est tout à fait correct, les trois pompes à
chaleur étant sollicitées en même temps durant les jours les plus froids et
permettant d’assurer l’ensemble des besoins de chauffage.
Conclusion générale : nous sommes donc en présence ici d’un bâtiment bien pensé et conçu, bien
réalisé et équipé d’une installation qui fonctionne à son niveau attendu.
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Par Olivier BROGGI - Ingénieur National Tertiaire GrDF CEGIBAT,
et Mickaël SERRES - Cena Ingénierie
olivier.broggi(at)grdf.fr
SOURCES ET LIENS
•
•
Synthèse site de Rumily
Autre article instrumentation abso:
La pompe à chaleur gaz donne de solides résultats
AUTRES CHRONIQUES de GrDF
•
•
•
Chaudière condensation et photovoltaïque, un couplage RT 2012
La pompe à chaleur gaz donne de solides résultats
Deux PAC gaz et solaire : une référence instrumentée
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http://conseils.xpair.com/actualite_experts.htm
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Perméabilité à l`air : nouvelles exigences sur réseaux

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