Rooftop hybride

Un rooftop hybride est une unité de chauffage et de climatisation, composée d’une pompe à chaleur (PAC) électrique air/air et d’un brûleur gaz. Il est généralement installé en toiture d'un local et souffle directement l'air à la bonne température dans le bâtiment.

Dans le cas de la solution rooftop hybride, la production de froid est assurée par la pompe à chaleur électrique air/air. L’intérêt du caractère hybride du rooftop réside dans son fonctionnement en mode chauffage : celui-ci peut être assuré soit par la pompe à chaleur électrique, soit par le brûleur gaz. Pour un même usage chauffage, on a donc le choix de fonctionner au gaz ou à l’électricité.

Le choix du fonctionnement au gaz ou à l’électricité se fait en fonction des deux critères suivants :

• La performance énergétique : le générateur le plus performant en rendement ou en COP démarre en premier.
• La performance économique : le générateur qui produit le kWh de chauffage le moins cher démarre en premier.

De plus, comme pour le rooftop électrique à appoint gaz, le gaz naturel assure le chauffage quand la PAC ne délivre plus assez de puissance pour couvrir seule les besoins de chauffage.

Le rooftop hybride permet donc de disposer d’un unique système qui fonctionne avec deux énergies (le gaz et l’électricité) et qui garantit à chaque instant un coût d’exploitation minimal ou une performance énergétique maximale.

En hiver, le chauffage de l’air est assuré par l’utilisation alternée ou simultanée :

• D’une PAC électrique à détente directe
• D’une rampe de brûleurs gaz avec échangeur fumées / air

Celui-ci est ensuite soufflé dans le local grâce à un ventilateur. L’appareil fonctionne principalement en recyclage d’air. L’air repris passe au travers d’un échangeur tubulaire en acier inox, lui-même chauffé par une rampe de brûleurs gaz naturel. Les produits de combustion sont rejetés à l’extérieur par une ventouse. Tant que la concentration en CO2 (relevée par une sonde) indique qu’il n’y a pas besoin d’air neuf, l’air est recyclé. Lorsque la concentration dépasse une certaine limite, de l’air neuf est injecté dans le système. Cela permet d’économiser de l’énergie puisque l’air recyclé est à une température supérieure à l’air extérieur et requiert moins d’énergie de chauffage.

La rampe gaz peut dans certains cas être à condensation. On parle alors de rooftop à condensation. Ceux-ci sont encore peu représentés sur le marché, mais plusieurs fabricants en proposent à leur catalogue. La partie condensation sera obligatoire dans tout rooftop gaz à partir de 2021 (Directive Eco conception).

Il existe 3 types de rooftops à condensation sur le marché français : à double échangeurs, modulant à condensation et modulant intégrant un corps de chaudière à condensation :

• Les rooftops à double échangeurs : un deuxième échangeur fumées/air est simplement ajouté dans le rooftop afin de refroidir les fumées jusqu’à la condensation.
• Les rooftops modulants à condensation : ils utilisent la modulation de brûleurs pour condenser.
• Les rooftops modulants intégrant un corps de chaudière à condensation : leur fonctionnement est similaire à celui d’un rooftop à eau chaude alimenté par une chaudière à condensation : l’échange a lieu entre l’eau chaude produite et l’air soufflé par le rooftop. Toutefois dans le cas présent, le corps de la chaudière est intégré dans le rooftop. La chaudière à condensation étant modulante, l’aérotherme l’est également.

En été, l’air chaud extérieur est porté à la température souhaitée par la pompe à chaleur électrique ou le groupe froid à détente directe. L’air froid est soufflé dans le local par le ventilateur.

En été, il est possible sur certains modèles de faire fonctionner uniquement le ventilateur pour créer un « courant d’air » dans le local.

On dimensionne une installation en rooftop hybride en fonction de la puissance la plus élevée en chauffage ou en climatisation.

Pour que le gaz naturel puisse totalement prendre le relai de la pompe à chaleur, il convient de dimensionner la rampe gaz pour assurer 100 % du besoin de chauffage.

• Dans un premier temps, il faut estimer la puissance requise pour chauffer le bâtiment. En première approche, considérer 20 W/m3 pour un bâtiment RT2005, puis moduler ce ratio en fonction des secteurs et en fonction des apports internes.
• Pour un dimensionnement précis, il convient pour chaque bâtiment de prendre en compte le taux de brassage nécessaire au confort et à la performance.

Le dimensionnement des besoins répond à la démarche classique.

Les rooftops gaz et les rooftops mixtes s’installent à l’extérieur, au sol ou en toiture-terrasse (dans ce cas veiller à ce que la toiture puisse supporter le poids d’un rooftop), dans des endroits non-accessibles au public ou rendus inaccessibles via une clôture par exemple.

Dans le cas des ERP, la réglementation incendie et l’article CH40, relatif aux unités de toiture monoblocs, imposent une distance minimale de 10 m entre deux groupes de rooftops de puissance utile supérieure à 2000 kW, que le rooftop soit implanté sur costières, plots ou sols coupe-feu (se référer aux articles sur les ERP pour plus de détails).

De plus, pour les distances d’implantation, il faudra veiller à respecter les articles CH5 §2 (si la puissance est supérieure à 70 kW) et CH6 §2 (si la puissance est inférieure à 70 kW).

La maintenance d’un rooftop hybride est similaire à celle d’un rooftop électrique réversible classique, à laquelle il faut ajouter celle du brûleur gaz. La maintenance des rooftops hybrides consiste donc à réaliser :

• l’entretien classique de la rampe de brûleurs gaz (contrôle de fonctionnement, nettoyage, sécurité, combustion...)
• l’entretien des filtres
• l’entretien du groupe froid (contrôles de fonctionnement, de mécanique, d’électricité, un nettoyage...)

L’exploitant technique du bâtiment peut aisément réaliser la maintenance de la partie gaz. Pour l’entretien du groupe froid (PAC), il faut faire appel à un frigoriste.

Une visite annuelle est obligatoire en ERP. Elle doit être réalisée par un professionnel qualifié (règlementation incendie, CH57 et 58) :

• Vérification des conditions de ventilation des locaux
• Vérification de l’évacuation des produits de combustion
• Vérification du fonctionnement des clapets coupe-feu
• Vérification de la ligne air/gaz

Ci-dessous quelques exemples de prix donnés par le fournisseur ETT. Ces prix sont net installateur, HTVA, hors négo et hors contrat cadre GMS. Prix de 2024.

Donc certes un surcoût au départ par l’ajout des chaudières dans le rooftop électrique classique. Ce surcoût est quelque part le prix de la garantie de pouvoir obtenir le kWh de chauffage le plus compétitif, quel que soit l’évolution du prix des énergies gaz et électricité et quelques soit le succès ou non de vos différentes négociations avec vos fournisseurs d’énergies.

En clair ce surcoût garantit néanmoins un fonctionnement avec l’énergie la plus rentable à chaque instant et permet une grande sécurité face à l’évolution future des coûts de l’énergie.

• Aircalo
• Carrier
• CIAT
• ETT
• Gaz industrie
• Generfeu
• Lennox
• Solaronics Chauffage
• Trane

La plupart des fabricants ne proposent pas directement le fonctionnement hybride au catalogue mais peuvent adapter la régulation de leurs rooftops sur demande pour leur permettre un fonctionnement hybride.