Réalisation

Chaudière à condensation & solaire thermique & PAC absorption aérothermique Résidence étudiante ‘ La Coulée verte’ rue Dinetard Toulouse (31)

Mis à jour le

La résidence sociale étudiante « La Coulée Verte » de Toulouse a été pensée et construite en 2010 dans une recherche d’efficacité énergétique poussée. La solution thermique mise en œuvre est composée de PAC aérothermique à absorption gaz naturel et de chaudières à condensation pour le chauffage, tandis que la majorité de l’ECS est produite grâce à des panneaux solaires thermiques. Grâce aux ajustements effectués suite à une période d’instrumentation, la solution affiche une performance élevée, avec un recours aux énergies renouvelables supérieur à 50 % sur plus de la moitié de l’année !

Carte d'identité

Date des travaux :
2009/2010
Localité :
Toulouse (31)
Type de bâtiment :
Logement étudiant
Superficie :
2 200 m²
Maître d'ouvrage : SA HLM Cité Jardins - Blagnac (31)
Architecte : Bureau d'études fluides Atmosphères -Saint- Jory (31)
Bureau d'études thermiques : Holisud ( 31)

Contexte

La résidence pour étudiants Dinetard est située à Toulouse (31).  Baptisée ‘La Coulée verte’ en raison de sa proximité avec la zone verdoyante des Argoulets, elle est composée de 119 logements étudiants de type T1, dont 7 studios en rez-de-chaussée adaptés pour les personnes à mobilité réduite,  d’un logement de type T4 pour le gardien et de plusieurs locaux communs (salles de travail, laverie, etc.). Le bâtiment a une superficie totale de 2200 m² sur R + 3 et il atteint aujourd’hui le niveau de performance Très Haute Performance Energétique de la RT2005.

En février 2007, la ville de Toulouse a lancé un appel à candidatures auprès de bailleurs sociaux pour la réalisation de programmes de logements pour étudiants boursiers sur 4 sites. Pour le site de la rue Dinetard, c’est la SA HLM Cité Jardins qui a été retenue. Le programme complet comprend la réalisation d’une centaine de logements directement gérés par le Crous. Le challenge est de mise : concevoir et construire ces logements entre juillet 2009 et la rentrée de septembre 2010. 

La solution retenue : chaudière à condensation, solaire thermique & PAC aérothermique à absorption gaz

Trois configurations différentes ont été étudiées par le BE fluides Atmosphères, en comparaison avec une solution de référence présentant un rendement de 95 % PCI (hors ECS), qui aurait été composée de deux chaudières à condensation d’une puissance de 110 kW, dont l’une exclusivement dédiée à l’eau chaude sanitaire. En ajoutant une, puis deux puis trois pompes à chaleur à absorption, ces simulations ont permis de montrer que l’optimum technique et économique pour cette résidence était une solution composée de deux pompes à chaleur.

Chauffage

Le bâtiment est chauffé par une installation composée de :

  • Deux pompes à chaleur (PAC) à absorption gaz naturel, d’une puissance nominale de chauffage de 35 kW chacune, et qui n’entrent en jeu que pour le chauffage.
  • Une chaudière à condensation. L’appoint par la chaudière se met en marche dès que les  PAC ne suffisent plus à fournir l’énergie nécessaire au chauffage du bâtiment. 

Eau chaude sanitaire

L’eau chaude sanitaire est assurée par une installation composée de :

  • 42 m² de panneaux solaires thermiques plans en toiture du bâtiment, qui assurent le préchauffage de l’ECS.
  • La chaudière à condensation en appui.
  • Deux ballons tampons de 1 500 litres chacun pour le stockage.
  • Un système de type semi-accumulation de deux ballons de 1 000 litres chacun pour la production.

L’installation a été dimensionnée en fonction des déperditions totales du bâtiment, calculées selon la norme EN 12 831, qui représentent 140 kW. Les apports gratuits (internes et externes), calculés selon la méthode du Costic, représentent quant à eux 20 kW, avec un rendement de récupération des chaleurs gratuites de 0,95. La température de consigne de l’établissement a été établie à 19 °C ; les radiateurs fonctionnent suivant le régime de température de 65/50 °C.

Pour dimensionner l’installation solaire, dans un immeuble peu habité durant les vacances scolaires d’été, le bureau d’études s’est basé sur un taux d’occupation de la résidence de 30 % durant les mois de juillet et août. Ce taux est le fruit de l’expérience du Crous, qui gère de nombreuses résidences étudiantes. 

Bilan

L'installation a été instrumentée et suivie sur une saison de chauffe, d’octobre 2011 à avril 2012. Le suivi métrologique de l'installation permet de mesurer les consommations de gaz naturel et d'électricité ainsi que la production de chauffage associée. 

Taux de disponibilité et confort des occupants

Le suivi de site a permis de quantifier les performances de l'installation en termes de confort des occupants par la mesure en hiver des températures et de l’hygrométrie des locaux. Pendant les mois de janvier et février (les deux mois les plus froids de cet hiver 2011-2012), il a été mesuré une température moyenne de 22,3°C avec une hygrométrie de l'ordre de 40 %. L'ambiance a donc été confortable sur l'ensemble de la période d'instrumentation. 

Le système composé de la chaudière à condensation gaz et de la PAC aérothermique à absorption gaz a assuré les services de chauffage sur l'ensemble de la période : le taux de disponibilité a de fait été de 100 %.

Performances saisonnières en mode chauffage

Le GUE (ou COPgaz, mesurant l’efficacité de la PAC à travers le rapport entre la production de chauffage ou de climatisation et la consommation de gaz naturel associée) mesuré a été de 1,42 sur PCI, soit un rendement de production de 142 % PCI pour une température d’émission variant entre 40°C et 45°C sans loi d’eau apparente contrairement à ce qui avait été préconisé. Le graphique ci-dessous présente ainsi l'évolution du GUE sur cet hiver 2011-2012. Les températures extérieures ont varié de 0°C à 13°C avec une moyenne de 8°C.

Figure 1 : Evolution du GUE (COPgaz) sur l’hiver 2011-2012.
Figure 1 : Evolution du GUE (COPgaz) sur l’hiver 2011-2012.

Consommation des auxiliaires

Comme la chaudière, la PAC est équipée d'auxiliaires électriques pour son fonctionnement :

  • Pompe de circulation.
  • Ventilateur.
  • Contrôle commande.

Pour cette installation, ceux-ci consomment 13% de la consommation totale d'énergie, de manière relativement constante.

Le graphique ci-dessous présente le COP sur énergie primaire (COP EP), soit le rapport entre la production de chauffage et les consommations de gaz et d'électricité ramenées en énergie primaire :

Figure 2 : Evolution du COP sur énergie primaire (COP des 2 PAC sur l’hiver 2011-2012
Figure 2 : Evolution du COP sur énergie primaire (COP des 2 PAC sur l’hiver 2011-2012

Sur cette installation, les auxiliaires électriques impactent les performances globales de la PAC, avec un COP sur énergie primaire de l'ordre de 125% sur PCI. Le fabricant de la machine a été sensibilisé à cette part importante des auxiliaires et propose aujourd’hui déjà des pompes et des auxiliaires (ventilateurs notamment) moins gourmands en énergie. 

Les enseignements de cette campagne d’instrumentation

Cette campagne de mesure s’est avérée utile, puisqu’elle a mis en évidence que la régulation ne laissait pas aux PAC le temps de s’exprimer. L’installation entraînait en effet le démarrage de la chaudière avant que la seconde PAC n’ait le temps de démarrer.

Figure 3 : profil d’utilisation des deux pompes à chaleur.
Figure 3 : profil d’utilisation des deux pompes à chaleur.

Ce graphique démontre ainsi que les deux PAC (l’une en rouge, l’autre en bleu) ne fonctionnent pas en même temps alors que la chaudière est en route. Ce paramétrage de la régulation a été modifié depuis mais cet exemple illustre bien la sensibilité de la régulation dans les installations d’aujourd’hui. Seule une instrumentation comme celle-ci pouvait permettre d’identifier ce problème. Telle qu’avait été initialement paramétrée la régulation, la seconde PAC s’avérait inutile. 

Les fournisseurs de cette machine ont donc été fortement sensibilisés sur ce point pour leurs actions lors de la mise en service de la machine : faire les bons réglages initiaux, sensibilisation de l’installateur et de l’exploitant.

Les performances seraient également meilleures grâce à la mise en place une loi d’eau sur les générateurs. Cet autre réglage a lui aussi été corrigé depuis.

Témoignage

La Cité Jardins et GRDF ont conclu un partenariat ayant pour objet d’équiper cette résidence de pompes à chaleur ç absorption. Nous avons été mandatés pour réaliser une étude technico-économique comparative afin de valider, ou non, la pertinence de ce choix par rapport à l’utilisation de chaudières gaz à condensation. Et l’une des solutions proposées confirmait la performance de cette technologie sur différents critères.
Par Jean-Pascal Agard
Directeur du Bureau d'Études ATMOSPHERES
Résidence Etudiante La coulée verte - Dinetard - Toulouse
Résidence Etudiante La coulée verte - Dinetard - Toulouse (31)
Résidence étudiante La coulée verte - Pac aérotherme -Toulouse 31png
Résidence étudiante La coulée verte -façade -Toulouse 31
Résidence étudiante La coulée verte - Pac aérotherme -Toulouse 31 vue 1
Résidence étudiante La coulée verte - Pac aérotherme -Toulouse 31- vue 1
Résidence étudiante La coulée verte - Pac aérotherme -Toulouse 31 vue 2
Résidence étudiante La coulée verte - Pac aérotherme -Toulouse 31 vue 2
Résidence étudiante La coulée verte - panneaux solaires  -Toulouse 31
Résidence étudiante La coulée verte - panneaux solaires -Toulouse 31
Résidence étudiante La coulée verte - chaudière à condensation  -Toulouse 31
Résidence étudiante La coulée verte - chaudière à condensation -Toulouse 31
Résidence étudiante La coulée verte - ballon   -Toulouse 31
Résidence étudiante La coulée verte - ballon -Toulouse 31
Votre avis sur cet article
Notez cet article :
Note moyenne :5 notes
5/5
Déposez un commentaire
Votre adresse email ne sera pas rendue publique, mais elle permettra à Cegibat de vous recontacter en cas de besoin.
* Champs obligatoires
** Toute validation est définitive, vous ne pourrez pas rééditer votre commentaire.
0 commentaire sur cet article