PAC au gaz naturel : des avantages incontestés pour la performance énergétique

PAC au gaz naturel : des avantages incontestés pour la performance énergétique
MAI/JUIN 10
Bimestriel
Surface approx. (cm²) : 8052
66 RUE DE ROME
75008 PARIS - 01 53 04 36 10
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Des avantages incontestés
Line offre constructeur qui se diversifie
PAC au gaz naturel :
des avantages incontestés pour
la performance énergétique
Bientôt des PAC gaz
pour la maison individuelle
Nicolas Dore, chef de projet,
GDF SUEZ direction recherche
et innovation (Crigen)
Qu'elles soient a absorption
ou a moteur gaz, les pompes
a chaleur fonctionnant au gaz naturel
présentent des atouts incontestes
pour repondre favorablement
aux enjeux du Grenelle de
l'environnement Encore minoritaires
sur le marche, elles devraient
petit a petit s'imposer
dans les bâtiments tertiaires
Ic logement collectif et bientôt
dans les maisons mdiv duelles
I
I existe actuellement deux technologies
distinctes de pompes a chaleur au gaz
naturel (PAC gaz) qui permettent d'assurer
le chauffage la preparation de l'eau chaude
sanitaire ainsi que la climatisation des
locaux, si la machine est dite "réversible"
La premiere technologie regroupe les PAC
à moteur gaz El les son tires similaires aux
PAC a compression electrique le cycle fri
gonfique est identique, maîs le comptes
seur n'est pas entraîne par un moteur elec
trique, maîs par un moteur a combustion
interne fonctionnant au gaz naturel
(moteur dérive de l'industrie automobile)
La spécificité de ces machines tient dans la
valorisation de l'énergie dégagée par le
refroidissement du moteur (culasse et
échappement)
En effet, en mode chauffage, la récupéra
lion d'énergie servira au maintien de la
puissance de chauffage délivrée même a
tres basse température extérieure (sans
l'aide d un appoint) En mode climatisation
(et lorsque la température est superieure
à 10 °C), cette energie sera mise à disposi
lion de l'utilisateur pour la production
d'eau chaude sanitaire (ECS) le plus sou
vent > Figure i
La seconde technologie dite "àabsorption
gaz" présente le même principe de cycle f ri
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n
Photo i PAC absorption gaz aerothermique sur un immeuble de logements collectif pour la
production de chauffage et d eau chaude sanitaire
gonfique que les PAC moteur gaz Néanmoins, la compression ne se fait plus meca
mquement (via un compresseur), maîs par
l'intermédiaire d'un simple brûleur gaz
naturel identique à celui d'une chaudière,
parthermo compression Les échanges de
chaleur reposent sur l'affinité entre un
fluide frigongène (l'ammoniac) et un absor
bant (l'eau) L'absorbant contribue a l'en
traînement du fluide frigongène il absorbe
les vapeurs à basse température et les
relâche par chauffage, et une pompe de
solution assure la fonction de "transfert"
Lachaleur restituée dans le bâtimentsous
forme d'eau chaude, provient d'une part d u
transfert de l'énergie puisée a l'extérieur
(dans l'air ou le sol par evaporation du
fluide frigongene), et de l'autre de la reac
lion d'absorption (qui est une reaction exo
thermique)
Des avantages incontestés
Les PAC gaz peuvent être réversibles, elles
produisent du chauffage, de la climatisa
lion et l'eau chaude sanitaire Elles existent
en versions aerothermique et geother
mique, et certaines versions sont propo
sées en haute température (jusqu'à 70 °C)
pour une implantation aisée dans les bâti
ments existants (quel que soit le type
d'émetteurs) et pour assurer les cycles anti
légionnelle pou r le stockage d'ECS
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D'un point de vue énergétique, leurs performances sont en moyenne supérieures
de 30 % à 40 % par rapport aux meilleures
chaudières à condensation du marché En
effet, les PAC moteur gaz affichent des CQP
sur énergie primaire de l'ordre de 1,5 (PCI1)
(soit un CQP équivalent électrique de 3,9)
et un EER de 1,4 (PCI) aux conditions nominales (EER 2 équivalent électrique de 3,6)
Concernant les PAC absorption gaz, cellesci affichent des CDP allant jusqu'à 1,7 (PCI)
en chauffage pour la version géothermique, c'est l'équivalent d'une chaudière
avec un rendement de 170 %, alors que les
meilleures chaudières condensation du
moment atteignent 107 % PCI Les systèmes
à absorption permettent également de pro
duire du froid, maîs leur rendement est
moins élevé (EER = 0,7 sur PCI) Cette solution sera plutôt réservée aux locaux avec
de faibles besoins en climatisation
Ces hautes performances, validées pardifférents tests en laboratoires indépendants,
montrent la rupture technologique, et font
des PAC gaz des produits de choix pour
atteindre les labels bâtiment basse
consommation (BBC) ou bâtiment à énergie
positive (Bepos), et générer des gains su bs
tantiels en energie primaire et en C02
Par ailleurs, là où les PAC électriques affichent des baisses de puissance fourme en
saison hivernale (et donc un recours à un
appoint électrique par effet joule), la puissance utile des PAC gaz est quasiment
maintenue, quelle que soit la température
extérieure, il n'est donc pas nécessaire de
prévoir un appoint Enfin, les puissances
électriques à souscrire sont très faibles
comparativement à leur équivalent électrique, produit qui peut ainsi répondre
favorablement à des situations où le réseau
électrique est contraint
Côté maintenance, les PAC à absorption ne
nécessitent pas de compétences supplémentaires, l'entretien centré sur le brûleur
gaz est très similaire à celui d'une chaudière à condensation Les PAC moteur gaz
sont équipées de moteurs nécessitant un
entretien spécifique, néanmoins, ceux-ci
ont été optimisés pour espacer au maximum les interventions Selon les construc
leurs, une intervention toutes les
10 DOO heures (soit 233 ans de fonctionne
ment) est nécessaire Pour le reste, il s'agit
du même entretien qu'une pompe à cha
leuràcompression électrique
Une offre constructeur
qui se diversifie
Les PAC moteur gaz, très largement utilisées au Japon (marché de 25 ooo unités par
an) sont disponibles sur le marché français
Deux constructeurs (Sanyo et Aism Toyota)
distribuent des machines aérothermiques
réversibles dont les puissances chaud/froid
varient de 26 kWc/22 kWf jusqu'à
84 kWc/7i kWf en versions DRV 2 et 3 tubes,
ainsi que sur vecteur eau chaude avec
l'ajout d'un module hydraulique optionnel
Quant aux PAC à absorption gaz, le constructeur Robur distribue cette technologie sur
le marché français via la societé Ez Comfort
Chaleur
Absorption de
la chaleur de I air
extérieur
Recupertion de
chaleur sur le moteur
Moteur
gaz naturel
Bientôt cles PAC gaz
pour la maison individuelle
Alors que la PAC moteur gaz est difficile
ment mmiaturisable à des coûts acceptables, l'absorption gaz est ^technologie uti
lisée par de nombreux constructeurs de
chaudières pour le développement de
machines de petites puissances, adaptées
à la maison individuelle Plusieurs prototypes existent déjà avec des performances
très prometteuses Ces produits (d'une puissance de l'ordre de 10 kW) seront capables
de chauffer et de produire de l'ECS quelles
que soient les conditions extérieures, avec
des rendements supérieurs de 30 % en comparaison des chaudières àcondensation
Les premiers exemplaires seront commercialisés en 2011-2012 et l'on peut affirmer
que cette technologie jouera un rôle prépondérant sur le marché de la maison mdi
viduelle neuve et existante • 22-34
1 PCI Pouvoir calorifique inférieur
2 EER Energy Efficiency Ratio e est le coefficient
d efficacité frigorifique
Mode rafraîchissement
Mode chauffage
Unite
extérieure
(basée en Rhône Alpes) ainsi que sous la
marque France Air avec le modèle Xmoé ll
propose des modules air/eau et eau/eau de
40 kW en chaud seul (modèle ES) et des unités réversibles (modèles GAHP) de 36 kW
chaud et 17,5 kW froid
La gamme de puissances disponibles en fait
des machines adaptées aux petits et
moyens bâtiments tertiaires et à l'habitat
collectif, tant dans le neuf que dans l'existant > Photo i
Fluide à l'état liquide ...... .....
Unité
I interieure
Fl u idea I etat gazeux....
Unité
I intérieure
Unite
extérieure
Air
rafraîchi
Air
rechauffé
Absorption de chaleur (et
production d air rafraîchi)
par dêtente directe du
fluide frigorigènedans
les unités interieures
Réchauffement de I air
intérieur par
condensation du fluide
frigortgene dans les
unités intérieure
Compresseur
Moteur
gaz naturel
Compresseur
Figure i Principe de fonctionnement des PAC a absorption gaz
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Principe de fonctionnement
de l'absorption
L
Figure i Le cycle a absorption
ammoniac/eau en mode chauffage
rompe à chaleur a absorption
2 sondes de IOU m.
e cycle à absorption ammoniac/eau
en mode chauffage se décompose
en cinq étapes majeures(> Figure i):
> la solution d'eau et d'ammoniac est
chauffée dans le générateur par le brûleur
gaz naturel. Par cet apport d'énergie, l'ammoniac est alors désorbé de l'eau et quitte
le générateur sous forme gazeuse. De son
côté, par gravité, la solution appauvrie en
ammoniac (de l'eau essentiellement) descend vers l'absorbeur,
> l'ammoniac gazeux et pur entame alors
un cycle frigorifique classique. Il traverse
le condenseur et cède sa chaleur latente
au circuit de chauffage et devient liquide;
Pompe a chaleur electrique
S sondes de 100 m.
Figure 2 Sur cet exemple pour produire 42 kW, la PAC electrique a besoin de six sondes
de iou rn de profondeur contre deux sondes pour la version absorption gaz
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> l'ammoniac liquide passe alors dans un
détendeur et en puisant son énergie au
niveau de l'évaporateur s'évapore pour
repasser à l'état gazeux, mais avec cette
fois une plus basse pression;
> l'ammoniac gazeux est alors mis en
contact avec la solution liquide appauvrie
venant du générateur L'ammoniac est
alors naturellement absorbé par l'eau et
un dégagement de chaleur a donc lieu.
Celle ci étant exothermique, l'énergie est
également récupérée par le circuit de
chauffage;
> La solution riche est alors "pompée" par
la pompe de solution pour rejoindre le
générateur et continuer le cycle.
La géothermie par absorption gaz
Etant donné qu'une partie de l'énergie
récupérable sur une PAC absorption gaz
provient de la réaction d'absorption (indépendante du milieu extérieur), le dimensionnement de sondes géothermiques
associées à la solution gaz s'en trouve très
largement réduit. Comme le montre la
Figure z, à puissance restituée identique,
une PAC gaz absorption aura besoin de
60 % à 70 % de moins de capteurs géothermiques que son équivalent électrique.
Cet atout technologique fait de la solution
géothermique gaz une solution compétitive dès l'investissement. •
Eléments de recherche : FRANCE AIR : société dans le secteur de l'aéraulique, toutes citations
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