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

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. 

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.

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. 

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. 

L'installation a été instrumentée, en partenariat avec l’Ademe, 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. 

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 %.

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.

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 :

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. 

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.

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.