Photo : Geothermal Heat Pump Consortium (NREL PIX) Cours danalyse de projets dénergies propres Analyse de projets de pompes à chaleur géothermique Enterprise

Photo : Geothermal Heat Pump Consortium (NREL PIX)

Cours d’analyse de projets d’énergies propresCours d’analyse de projets d’énergies propres

Analyse de projets de Analyse de projets de pompes à chaleur pompes à chaleur géothermiquegéothermique

Enterprise Centre de Philadelphie, É.-U. – 28 PCG pour le chauffage et la climatisation

© Ministre de Ressources naturelles Canada 2001 – 2004.


ObjectifsObjectifs

• Réviser les principes de base Réviser les principes de base des systèmes de pompes à chaleur des systèmes de pompes à chaleur géothermique (PCG)géothermique (PCG)

• Présenter les enjeux importants Présenter les enjeux importants d’une analyse de projet de PCGd’une analyse de projet de PCG

• Présenter le modèle RETScreenPrésenter le modèle RETScreen®® pour les pour les

projets de pompes à chaleur projets de pompes à chaleur géothermiquegéothermique


• ChauffageChauffage

• ClimatisationClimatisation

• Eau chaudeEau chaude

• De bonnes fondations dans le De bonnes fondations dans le pergélisolpergélisol

…mais aussi… Efficacité Réduction de l’entretien Réduction de l’espace requis Faibles coûts d’exploitation

Qu’est-ce que les systèmes Qu’est-ce que les systèmes de PCG fournissent? de PCG fournissent?

Puissance stable Confort et qualité de l’air Réduction des charges

électriques de pointe en climatisation

Photo : Solar Design Associates (NREL PIX)

Maison Impact 2000, Massachusetts, É.-U.

Pompe à chaleur résidentielle


1.1. Échangeur de chaleur Échangeur de chaleur extérieur extérieur

Échangeur dans le sol

Eaux souterraines

Eaux de surface

2.2. Pompe à chaleur à Pompe à chaleur à échangeur liquideéchangeur liquide

3.3. Système intérieur de Système intérieur de distribution de chauffage etdistribution de chauffage etde climatisationde climatisation Conduites d’air conventionnelles

Composants d’un système de Composants d’un système de PCGPCG

11

22

33


Pompe à chaleur à échangeur Pompe à chaleur à échangeur pour liquidepour liquide

• Pompe à chaleur de Pompe à chaleur de type eau-airtype eau-air

• Renverser la Renverser la directiondirection

• 3,5 à 35 kW de 3,5 à 35 kW de climatisation par climatisation par modulemodule

• Plusieurs modules Plusieurs modules pour les grands pour les grands bâtimentsbâtiments

• Un désurchauffeur fournit de l’eau chaude à partir de Un désurchauffeur fournit de l’eau chaude à partir de l’excès de chaleur produite par la compressionl’excès de chaleur produite par la compression


Types d’échangeurs de chaleurTypes d’échangeurs de chaleur

VerticalVertical Sol rocheux Plus dispendieux Petit terrain Rendement élevé

HorizontalHorizontal Plus grand terrain Moins cher Petits bâtiments Variation de

tempér.

Eaux souterrainesEaux souterraines Eau de puits +

injection Le moins cher Réglementation Engorgement

• Aussi, échangeurs de chaleur à eaux de surface Aussi, échangeurs de chaleur à eaux de surface et à colonne stationnaire et à colonne stationnaire


Ressource d’une PCG : Ressource d’une PCG : la température du solla température du sol

• Le sol absorbe environ la Le sol absorbe environ la moitié de l’énergie moitié de l’énergie incidente du soleilincidente du soleil

• Le sol estompe les Le sol estompe les variations de variations de températuretempérature Le PCG est plus efficace

• Les variations de Les variations de température diminuent température diminuent avec la profondeuravec la profondeur Négligeables sous 15 m

• La température locale du sol dépend du climat, du La température locale du sol dépend du climat, du recouvrement du sol et du couvert de neige, de la recouvrement du sol et du couvert de neige, de la dénivellation, des propriétés du sol, etc.dénivellation, des propriétés du sol, etc.

Graphique : Canadian Building Digest


Exemple de coûts Exemple de coûts d’un système de d’un système de PCGPCG

• Subvention du service public pour Subvention du service public pour diminuer les charges de pointe en diminuer les charges de pointe en climatisationclimatisation

Coûts Chauff. Climat. Total Énergie

initiaux annuel annuelle annuel annuelle

Mazout/AC 16 000 $ 600 $ 900 $ 1 500 $ 27 MWhPCG 20 500 $ 450 $ 600 $ 1 050 $ 11 MWh

Connecticut, É.-U., maison de 275 m 2

Coûts Chauffage Énergie

initiaux annuel annuelle

Électrique 8 000 $ 800 $ 20 MWhPCG 13 000 $ 350 $ 6,5 MWh

Finlande, maison de 150 m 2

Photo : Suomen Lämpöpumpputekniikka Oy

Photo : GeoExchange Consortium

• Augmentation des coûts Augmentation des coûts d’énergied’énergie

• Souci de l’environnementSouci de l’environnement• Climatisation en bonusClimatisation en bonus


Enjeux d’un projet de pompes Enjeux d’un projet de pompes à chaleur géothermiqueà chaleur géothermique

• Plus rentable lorsque :Plus rentable lorsque : Chauffage et climatisation sont requis

Grandes variations de températures saisonnières

Nouvelle construction ou remplacement du CVAC

Pour le chauffage : faibles coûts d’électricité et coûts élevés du gaz et du mazout

Pour la climatisation : coûts d’électricité et frais de charge de pointe élevés

• Disponibilité d’équipements pour le Disponibilité d’équipements pour le forage et le creusement de tranchéesforage et le creusement de tranchées

• Incertitude quant au coût Incertitude quant au coût d’installation d’un échangeurd’installation d’un échangeur

• Critères de rentabilité du clientCritères de rentabilité du clientPhoto : Craig Miller Productions and DOE (NREL PIX)

Installation d’une PCG

Disposition d’un échangeur de chaleur, bâtiment commercial


Exemples : Australie, Allemagne et SuisseExemples : Australie, Allemagne et Suisse

Systèmes de bâtiments Systèmes de bâtiments résidentielsrésidentiels

• Maisons haut de Maisons haut de gamme gamme

Coûts en capital plus élevés

Vision à plus long terme de la rentabilité

Bénéfices environnementaux ou confort

• Les encouragements Les encouragements des services publics des services publics peuvent être un peuvent être un facteur déterminantfacteur déterminant

Photo : Bundesverband WärmePumpe (BWP) e.V.

Photo : GeoExchange Consortium Photo : Eberhard & Partner AG

Pompe à chaleur d’eaux souterraines de 20 kW, Allemagne

Appareil pour des trous de forage verticaux, résidence en Suisse

320 appartements, Sud de l’Australie


Exemples : Royaume-Uni et États-UnisExemples : Royaume-Uni et États-Unis

Systèmes de bâtiments Systèmes de bâtiments commerciauxcommerciaux

• Une courte période de Une courte période de retour simple est souvent retour simple est souvent requise (< 5 ans)requise (< 5 ans)

• La disponibilité du terrain La disponibilité du terrain peut causer des peut causer des problèmesproblèmes

• Moins d’espace intérieur Moins d’espace intérieur utiliséutilisé

• Contrôles simples et Contrôles simples et décentralisésdécentralisés

• Réduit les risques de Réduit les risques de vandalismesvandalismes

• Réduit les frais de Réduit les frais de charge de pointe charge de pointe

• Chauffage auxiliaire Chauffage auxiliaire non requis non requis

Photo : Groenholland B.V.

Photo : Marion Pinckley (NREL PIX) Photo : International Ground Source HeatPump Association

Groupe de bâtiments, Kentucky, É.-U.

Poste d’essence, Kansas, É.-U.

Bâtiment commercial, Croydon, Royaume-Uni


Exemples : Canada et États-UnisExemples : Canada et États-Unis

Systèmes de bâtiments publicsSystèmes de bâtiments publics

• Plus longues périodes de Plus longues périodes de retour simple acceptéesretour simple acceptées

• Plus ouvert aux systèmes Plus ouvert aux systèmes innovateursinnovateurs

• Charges simultanées en Charges simultanées en chauffage et en climatisationchauffage et en climatisation Photo : Robert R. Jones/Oklahoma State

University (NREL PIX)

Creusement d’une tranchée pour un échangeur horizontal

École, Québec, Canada

Photo : Ressources naturelles Canada


Modèle RETScreenModèle RETScreen®® pour les pour les projets de pompes à chaleur projets de pompes à chaleur géothermiquegéothermique

• Pouvant être utilisé partout dans le monde pour l’analyse de la Pouvant être utilisé partout dans le monde pour l’analyse de la production énergétique, des coûts sur le cycle de vie et des production énergétique, des coûts sur le cycle de vie et des réductions d’émissions de gaz à effet de serre.réductions d’émissions de gaz à effet de serre. Boucle fermée horizontale et verticale Boucle ouverte à eaux souterraines Résidentiel, commercial,

institutionnel et industriel

• Non couvert actuellement :Non couvert actuellement : PCG à eaux de surface Effets à long terme des déséquilibres

thermiques dans le sol Chauffage et climatisation simultanément

(charges globales seulement) Chauffage de l’eau


CalculsCalculs RETScreenRETScreen®® : : Pompes à chaleur Pompes à chaleur géothermiquegéothermique

Voir le e-Manuel

Analyse de projets d’énergies propres :Manuel d’ingénierie et d’études de cas

RETScreen®

Chapitre Analyse de projets de pompes à chaleur

géothermique

Données sur lebâtiment

Données sur lesystème géothermique

entrées parl'utilisateur

Évaluation de lacapacité de la

pompe à chaleur àinstaller

Calcul desintervalles de

température et dela température

du sol

Calcul du profil decharge du bâtiment en

fonction de latempérature, des

charges de calcul et despoints d'équilibre

Calcul de la charge dubâtiment pour chaque

intervalle detempérature

Calcul desperformances réellesde la pompe à chaleuret de sa capacité pourchaque intervalle de

température

Estimation de lataille de

l'échangeur dansle sol ou du débitd'eau souterraine

Calcul des besoinsd'énergie additionnelle

en chauffage ou enclimatisation et calculde la consommation

annuelle d'énergie parle système de pompe àchaleur géothermique

en chauffage ou enclimatisation

Donnéesmétéorologiques

entrées parl'utilisateur


Exemple : validation du modèle Exemple : validation du modèle RETScreenRETScreen®® pour les projets de pour les projets de PCGPCG• Comparaison de l’énergie Comparaison de l’énergie

utilisée d’après des niveaux utilisée d’après des niveaux de puissance synthétisés et de puissance synthétisés et des données enregistréesdes données enregistrées

• Longueur de l’échangeur de Longueur de l’échangeur de chaleur dans le sol comparée chaleur dans le sol comparée à 6 programmes de à 6 programmes de dimensionnement et un dimensionnement et un programme de simulation programme de simulation détailléedétaillée

-5 %14124 %16017 %3440 %14129 %16029 %344vs Actuel

-12 %

-18 %

-2 %

5 %

-19 %

-12 %

-6 %

-14 %

2 %

9 %

-11 %

-4 %

* Les valeurs de la conception pour 1 an ont été utilisées pour la comparaison avec RETScreen

132127236132127236vs RETScreen Profil énergétique

121135257121135257vs RETScreen Architecturale

148129293141124266Moyenne pour les autres logiciels

CommercialNebraska

Résidence 2Wisconsin

Résidence 1Louisiane

CommercialNebraska

Résidence 2Wisconsin

Résidence 1Louisiane

Conception pour 10 ans*Conception pour 1 an

Programme

Énergie de chauffage utilisée

kWh

Générée 37 202

Réelle 36 686

Générée 36 138

Réelle 35 490

Générée 37 158

Réelle 36 922

Générée 33 243

Réelle 32 926

Générée 37 888

Réelle 39 016

Différence %

Toronto 1,4

Montréal

Charlottetown

Winnipeg

Vancouver

1,8

0,6

10

-3,0


ConclusionsConclusions

• Les systèmes de PCG fournissent du chauffage, de la climatisation et Les systèmes de PCG fournissent du chauffage, de la climatisation et de l’eau chaude de l’eau chaude

• Le sol estompe les variations de température et Le sol estompe les variations de température et mène à des rendements de PCG élevés mène à des rendements de PCG élevés

• Les coûts d’investissement des PCG sont plus élevés, mais les coûts Les coûts d’investissement des PCG sont plus élevés, mais les coûts d’exploitation et dd’exploitation et d’’entretien sont plus basentretien sont plus bas Les climats nécessitant du chauffage et de la climatisation sont plus

prometteurs

• RETScreenRETScreen® évalue : évalue : La distribution des fréquences des températures extérieures Les charges du bâtiment en fonction de la température extérieure Les économies annuelles d’énergie en chauffage et climatisation des

locaux

• RETScreenRETScreen® calcule la production énergétique annuelle en donnant des calcule la production énergétique annuelle en donnant des résultats drésultats d’’une précision comparable à des outils de simulation horaireune précision comparable à des outils de simulation horaire

• RETScreenRETScreen® permet des économies de coûts significatives pour la permet des économies de coûts significatives pour la réalisation dréalisation d’’études préliminaires de faisabilitéétudes préliminaires de faisabilité


Questions?Questions?

Module Analyse de projets de pompes à chaleur géothermiqueCours d’analyse de projets d’énergies propres RETScreen®

International

www.retscreen.netwww.retscreen.netPour plus d’information visitez le site Web de RETScreen à :

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