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
2.3 : 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
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
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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 »
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