Réalisation

PAC absorption géothermiques pour 87 logements à Annemasse (74)

Mis à jour le

Carte d'identité

Date des travaux :
2014-2015
Localité :
Annemasse (74)
Type de bâtiment :
Logements collectifs
Superficie :
3600 m²
Maître d'ouvrage : Bouygues Immobilier
Architecte : Espace Architecture
Bureau d'études thermiques : Céna Ingénierie
Consommations observées : 7,8 MWh/an/logement
Annemasse - Logements collectifs PAC abso géothermiques
Programme Coeur de ville à Annemasse (74)
PAC absorption géothermique Annemasse
PAC absorption géothermique au gaz naturel
Chaufferie Annemasse
Chaufferie
Ballon chaufferie Annemasse
Ballon ECS

Contexte

Avoir un coup d’avance sur la réglementation. C’est en résumé la démarche qui a présidé à la réalisation du système de chauffage de l’ensemble Cœur de ville à Annemasse (Haute-Savoie), livré en 2015. Ce programme de 87 loge-ments, dont une quinzaine à caractère social, se démarque par la valorisation des énergies fatales qu'il réalise, en l’espèce celle récupérée sur les flux d’air extrait. Ce principe, encore atypique, est parvenu à séduire le maître d’ouvrage : «Nous sommes friands de solutions innovantes, qui nous octroient une longueur d’avance sur la concurrence tout en apportant un réel bénéfice à nos acquéreurs », confirme Thierry Diouloufet, maître d’ouvrage technique-conception au sein de Bouygues Immobilier.

Solution retenue

Un gisement difficile à exploiter

Fort de son retour d’expérience, le bureau d’études propose de recourir à la géothermie sur PAC absorption gaz. Mais la surface dispo­nible ne permet pas d’implanter des sondes géothermiques verticales dans des conditions optimales. Le bureau d’études propose alors une autre option : utiliser l’énergie récupérée sur les flux d’air extraits des logements comme source froide. Avantage : ce gisement est à température relativement stable (autour de 20 °C). Il peut ainsi être valorisé par une PAC eau/eau, moyennant la mise en place d’une boucle hydraulique intermédiaire entre le réseau de VMC et la PAC. Revers de la médaille, la variabilité des débits rend difficile l’estimation de ce gisement : « En VMC hygroréglable (mise en œuvre sur l’opé­ration), les débits d’extraction peuvent être extrêmement variables, entre 5 et 40 m3/h par bouche, détaille Dominique Céna, diri­geant de Céna Ingénierie. Le potentiel de chaleur récupérable est donc difficile à appréhender. » De fait, le dimensionnement du système s’est fait sur la base de débits probables (soit environ 35 % des débits maximaux).

2 PAC absorption géothermiques

Les groupes d’extraction de VMC de l’ensemble immobilier sont équipés de batteries chaudes. Celles-ci transmettent la chaleur fatale du réseau d’extraction vers une boucle d’eau intermédiaire qui alimente un ballon tampon de 1 500 litres dont la tempéra­ture de consigne est fixée à 15 °C. Le ballon tampon constitue la source froide de deux PAC gaz de 40 kW thermiques chacune. L’une prélève l’eau du ballon tampon en point haut, l’autre en point bas. L’objectif est d’abaisser fortement la température du ballon de manière à avoir un meilleur échange avec l’air extrait. De fait, c’est la PAC connectée en point haut du ballon qui tra­vaille à son optimum, avec des cycles plus longs. Cela étant, les mesures effectuées in situ dans le cadre de la mission de suivi assurée par Céna Ingénierie ne révèlent pas d’écart de perfor­mance flagrant entre les deux générateurs : la PAC connectée en point haut affiche ainsi un COP mesuré (soit la production d’énergie thermique rapportée à la somme des consommations de gaz et d’électricité spécifique) de 1,4, contre 1,11 pour la seconde PAC.

Chacune des PAC alimente un ballon tampon, dont la tempéra­ture de consigne est fixée à 55 °C. Ces ballons assurent à la fois les débits au sein du circuit de chauffage et le préchauffage de l’eau chaude sanitaire (ECS). Une chaudière à condensation de 150 kW fournit l’appoint d’énergie pour l’ECS, qui s’effectue au sein d’une bouteille casse-pression d’où partent également les circuits de distribution des radiateurs. La température de consigne est fixée à 75 °C au sein de la bouteille casse-pression. De fait, l’eau distribuée au sein du circuit de chauffage est préa­lablement mitigée avec de l’eau du retour de circuit chauffage, pour ajuster la température de départ à 45 °C. Un procédé que ses concepteurs jugent perfectible avec le recul. «Les deux chau­dières réchauffant l’eau du collecteur (bouteille casse-pression) pour la maintenir à 70 -75 °C, alors que les circuits de chauffage se conten­teraient de 45 °C, la vanne 3 voies en départ de circuit “recycle” abon­damment les retours d’eau », observe Guillaume Camus, ingénieur chargé d’affaires chez Céna Ingénierie. Par conséquent, les PAC sont moins bien irriguées par les retours, et donc moins optimi­sées. Réflexion pour l’avenir : maintenir le collecteur à la tem­pérature nécessaire, afin de tirer le meilleur parti des PAC, en augmentant le débit retour des radiateurs en leur sein, et de moins recourir aux chaudières.

Travaux

La mise en œuvre de l’installation a été scindée en deux lots distincts : d’une part, la construction de la chaufferie ainsi que le réseau aéraulique (pris en charge par la société Gillet), de l’autre, la réalisation des réseaux hydrauliques (assurée par l’entreprise AlpEnergie). Eu égard à l’aspect atypique de la solu­tion, l’entreprise Gillet a bénéficié de l’assistance technique de France Air, distributeur exclusif pour la France des PAC absorption géo­thermiques Robur. « Au moment où le dossier arrive au stade d’exé­cution, notre cellule Coordination de chantier se met en relation avec l’installateur, indique Stéphane Moureaux, chef de marché Sys­tèmes énergétiques chez France Air. Nous lui faisons notamment parvenir un email récapitulant l’ensemble des informations nécessaires à la mise en œuvre des PAC. »

Pour concevoir le schéma hydraulique, Céna Ingénierie a pri­vilégié la simplicité, en limitant par exemple le nombre de vannes motorisées (présentes uniquement en départ de circuit de chauffage). La simplicité vaut aussi pour les modes de régu­lation des différents organes de l’installation : « Le ballon faisant office de source froide est chargé jusqu’à sa température de consigne, fixée à 15 °C. Une fois celle-ci atteinte, les circulateurs de la boucle intermédiaire sont mis à l’arrêt. Leur régulation embarquée fait que les PAC maintiennent la température de leurs ballons tampon à 55 °C. L’ensemble peut paraître assez basique, mais il a fallu beaucoup discuter au cours du chantier et explorer différentes pistes pour alimenter notre réflexion », développe Guillaume Camus.

L’exploitation a été confiée à l’entreprise Eolya. Après une saison complète de chauffe, un premier bilan fait état d’un certain nombre de dysfonctionnements nécessitant des ajustements. Ils concernent notamment le dispositif de supervision de l’instal­lation. En effet, la connexion IP censée avertir par email l’ex­ploitant à distance a connu quelques ratés. De ce fait, les actions correctives n’ont pas pu être effectuées dès la survenue des dys­fonctionnements, mais seulement lors d’un constat in situ par l’exploitant.

Bilan

Afin de suivre le comportement de cette installation atypique, Céna Ingénierie, GRDF et France Air ont souhaité qu’une instrumentation soit effectuée pendant deux ans. Après quelques problèmes d’étalonnage de sondes et des réglages à faire sur des compteurs, la collecte des données a permis de tirer le bilan de la première saison de chauffe. Ces mesures ont notam­ment mis en lumière des défauts au niveau des alarmes. Céna Ingénierie et France Air se sont particulièrement penchés sur les cas recensés de mises à l’arrêt des PAC, afin d’établir si leur régulation intégrée était à mettre en cause. En revanche, motif de satisfaction, les éventuels doutes quant à la capacité de la source froide à fournir l’énergie nécessaire semblent levés : « Fallait-il un ballon de plus grande capacité, ce qui était l’une des interrogations de GRDF ? Nous analysons ce sujet, mais d’après les graphes que nous avons pu établir grâce aux données, sa capacité actuelle s’avère satisfaisante, indique Dominique Céna. Les régimes de température en sortie de ballon autorisent une bonne récupération d’énergie sur le flux d’air extrait. »

Ce retour d’expérience devrait également se révéler instructif pour France Air, qui développe une offre commerciale liée à la PAC gaz basée sur la récupération des énergies fatales pour la production de chauffage et/ou d’eau chaude sanitaire. Au cœur de cette offre, une PAC gaz géothermique pouvant être associée à diverses sources froides (air extrait, énergie solaire, eaux grises). L’opération « Cœur de ville » aura permis de conforter les principaux acteurs du projet dans la viabilité de la chaleur fatale en tant que source principale d’énergie, dans un bâtiment relevant pourtant de la RT 2005. La récupération d’énergie devrait ainsi avoir toute sa place dans les ouvrages régis par la future réglementation environnementale 2018.

Le coût de l'installation énergétique s'est élevée à 480 k€ HT, soit 25 k€ HT de moins qu'une solution PAC géothermique (sur la base de 7 sondes de 100 mètres linéaires chacune).

« Notre solution est certes un peu plus chère qu’une chaufferie collective classique, mais équivalente à une chaufferie bois. Du fait du caractère innovant de la solution, nous avons dû effectuer les calculs réglementaires sur la base d’une chaudière gaz collective. Notre projet est donc plus performant en réalité qu’en théorie, et il était très frustrant de ne pas mettre en valeur sa performance réelle. Pour remédier à cela, France Air a entrepris l’élaboration d’un titre V « système », afin d’apprécier au mieux les gains de cette solution dans le calcul RT. »
Par Thierry Diouloufet
Responsable technique chez Bouygues Immobilier
Pour notre entreprise, installer une PAC gaz géothermique était une première. La récupération de chaleur sur air extrait par l'intermédiaire d‘une boucle hydraulique était aussi une nouveauté. Nous ne pouvions pas nous appuyer sur un cahier des charges établi, il a fallu nous adapter à la situation en tenant compte à la fois des préconisations des fournisseurs et du bureau d’études. Le soutien de France Air s’est avéré bien utile !
Par Sébastien Durand
Gérant chez Gilet génie climatique
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