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