COP5 : Source froide solaire pour pompe à chaleur avec un COP annuel de 5 généralisable dans le neuf et la rénovation

Mermoud, Floriane; De Sousa Fraga, Carolina; Hollmuller, Pierre; Pampaloni, Eric; Lachal, Bernard Marie

La présente étude s'intéresse au couplage entre capteurs solaires et pompe à chaleur pour la production de chauffage et d'eau chaude sanitaire dans l'habitat résidentiel collectif. L'objectif est de déterminer dans quelles conditions la solution peut s'avérer avantageuse énergétiquement et économiquement par rapport à d'autres systèmes concurrents, dans une optique de standardisation. Le travail est centré sur un retour d'expérience complet mené sur un nouveau complexe im-mobilier Minergie de 10'000 m² habitables à Genève (« Solarcity »), qui a été équipé de 1'200 m² de capteurs solaires couplés à des pompes à chaleur pour la production du chauf-fage et de l'eau chaude sanitaire. Un suivi énergétique approfondi a été mené sur une durée de deux ans, et a permis de totalement caractériser le fonctionnement et les performances du système. Le SPF annuel mesuré sur l'ensemble du complexe est de 2.6 en 2012 (2.9 sur le bâtiment étudié en détail). Cette valeur peut sembler modeste, mais il faut souligner que la demande thermique à Solarcity (1/3 chauffage-2/3 eau chaude sanitaire) présente un profil inversé par rapport à la demande thermique habituellement observée (2/3 chauffage-1/3 eau chaude sanitaire), grâce à l'excellente enveloppe thermique des bâtiments. Ce rapport a tendance à désavantager la pompe à chaleur, qui doit produire la majorité de la chaleur à haute température. Il faut toutefois noter que malgré des performances moyennes, la consommation électrique annuelle reste bien maîtrisée (env. 20 kWh/m²/an) grâce à une de-mande thermique des bâtiments faible (env. 55 kWh/m²/an). Un modèle numérique du système a été développé en parallèle, avec l'objectif d'étudier l'impact de différents paramètres techniques sur les performances du système et de faire l'exercice de transposer ce même système dans des bâtiments existants avec une enveloppe thermique moins performante. Les résultats ont montré que le dimensionnement du champ solaire était un paramètre significatif, cependant actuellement la surface de capteurs en place est proche de l'optimum : elle pourrait être légèrement diminuée sans baisse significative de performances, par contre une augmentation de la surface de capteurs n'amènerait pas d'augmentation importante des performances. D'autre part, la mise en oeuvre du concept dans des bâtiments présentant une demande thermique plus élevée doit être envisagée avec précaution pour que les consommations restent maîtrisées, d'autant que les simulations ont montré que le SPF atteint (dans une configuration hydraulique similaire) ne serait pas significativement différent de celui observé à Solarcity, même en optimisant le dimensionnement des installations. L'analyse économique menée en parallèle a mis en évidence des coûts élevés en grande partie liés au poids des investissements. Les charges annuelles de chauffage s'élèvent à 45 CHF/m²/an à Solarcity, tandis que les valeurs observées habituellement pour des systèmes conventionnels sont de l'ordre de 20 CHF/m²/an. La comparaison est cependant peu pertinente étant donné le fort niveau d'innovation de ce projet par rapport à des opérations standards. Il est à noter que ces coûts ne pourraient pas être significativement réduits grâce à une plus grande maîtrise des consommations de chaleur (déjà faibles), étant donné qu'ils sont à 90% composés de coûts fixes.

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