1. Risques environnementaux 
1.4. Air, climat et énergie 1.4.6. Economies d'énergie et performance énergétique Performance énergétique des équipements et des bâtiments
1.4. Air, climat et énergie 1.4.6. Economies d'énergie et performance énergétique Performance énergétique des équipements et des bâtiments
Arrêté du 7 mars 2018 relatif à l'agrément des modalités de prise en compte du système de « pompes à chaleur sur boucle d'eau avec récupération d'énergie » dans la réglementation thermique 2012
| Date de signature : | 07/03/2018 | Statut du texte : | En vigueur |
| Date de publication : | 16/03/2018 | Emetteur : | Ministère de la cohésion des territoires |
| Consolidée le : | Source : | JO du 16 mars 2018 et BO environnement n°2018/03 du 25 mars 2018 | |
| Date d'entrée en vigueur : | 17/03/2018 |
Arrêté du 7 mars 2018 relatif à l'agrément des modalités de prise en compte du système de « pompes à chaleur sur boucle d'eau avec récupération d'énergie » dans la réglementation thermique 2012
NOR: TERL1803174A
ELI: https://www.legifrance.gouv.fr/eli/arrete/2018/3/7/TERL1803174A/jo/texte
Publics concernés : maîtres d'ouvrage, maîtres d'œuvre, constructeurs et promoteurs, architectes, bureaux d'études thermiques, contrôleurs techniques, diagnostiqueurs, organismes de certification, entreprises du bâtiment, industriels des matériaux de construction et des systèmes techniques du bâtiment, fournisseurs d'énergie.
Objet : prise en compte du système de « pompes à chaleur sur boucle d'eau avec récupération d'énergie » dans la réglementation thermique (procédure dite « Titre V »).
Entrée en vigueur : les dispositions prises par cet arrêté sont applicables à compter du lendemain de la date de publication.
Références : le présent arrêté peut être consulté sur le site Légifrance (http://www.legifrance.gouv.fr).
ANNEXE
MODALITES DE PRISE EN COMPTE DU SYSTEME DE "POMBES A CHALEUR SUR BOUCLE D'EAU AVEC RECUPERATION D'ENERGIE" DANS LA REGLEMENTATION THERMIQUE 2012
1. Définition du système
Le système de « pompes à chaleur sur boucle d’eau avec récupération d’énergie » est composé de pompes à chaleur (PAC) sur boucle d’eau monobloc à installation intérieure, à refroidissement par eau et production de chaleur sur air recyclé, ainsi que d’une boucle d’eau. Elles sont implantées dans des locaux avec des besoins thermiques différents, et reliées par un circuit d’eau fermé qui circule dans l’ensemble du bâtiment. Dans le cadre du présent arrêté, une PAC sur boucle d’eau avec récupération d’énergie ne peut desservir qu’un seul bâtiment.
Le présent arrêté ne s’applique qu’aux PAC sur boucle d’eau de France Energie.
Cette boucle d’eau équilibre en permanence les charges thermiques ou frigorifiques du bâtiment.
Ainsi, le système compense les déséquilibres des locaux à besoins thermiques très différents en fonction de leur orientation (façades nord/sud), locaux aveugles, locaux informatiques, salles de réunions, halls d’entrée.
La boucle d’eau permet également de récupérer de l’énergie sur trois types de récupérateurs :
Un ou plusieurs générateurs d’appoint complémentaires peuvent refroidir ou réchauffer la boucle après les systèmes de récupération, lorsque ceux-ci ne peuvent fournir l’énergie nécessaire pour équilibrer la boucle.
2. Champ d'application
Le système de « PAC sur boucle d’eau avec récupération d’énergie » peut être appliqué à tout type de bâtiment.
Le présent arrêté ne s’applique qu’aux systèmes de « PAC sur boucle d’eau avec récupération d’énergie » desservant un seul bâtiment.
Le présent arrêté ne peut s’appliquer pour un bâtiment comportant une ventilation double flux ou un autre système récupérant de l’énergie sur l’air extrait, dès lors que le récupérateur sur air extrait de la boucle de récupération est présent. Il ne peut s’appliquer pour un bâtiment comportant un système récupérant de l’énergie sur les eaux grises ou sur eaux usées, dès lors que le récupérateur sur eaux usées de la boucle de récupération est présent.
Pour l’application du présent arrêté, la cuve de récupération des eaux usées, lorsque présente, doit se trouver en volume chauffé.
Le refroidissement complémentaire peut être assuré par une tour de refroidissement modélisée dans l’extension dynamique à partir de la méthode Th-BCE. Il peut aussi être assuré par tous les autres générateurs de froid de la méthode Th-BCE dont le fluide aval est de l’eau :
3. Méthode de prise en compte dans les calculs pour la partie non directement modélisable
La prise en compte du système est décrite en quatre parties :
Les apports de chaleur ou de froid dus au fonctionnement des PAC sont cumulés sur la boucle au pas horaire. En fonction du bilan, un apport complémentaire de chaleur ou de froid est réalisé sur la boucle (cf. paragraphe 10.13 de la méthode Th-BCE). Cet apport est effectué prioritairement par les systèmes de récupération.
Un premier bilan sur les PAC est effectué par le moteur de calcul pour déterminer l’ensemble des rejets chaud et froid effectués sur la boucle à chaque pas de temps. Ces rejets chaud et froid sur la boucle constituent les appels de chauffage et de refroidissement à couvrir.
Sont modélisés les récupérateurs suivant :
De plus, pour prendre en compte l’inertie et le volume d’eau de la boucle avec éventuellement un stockage tampon, des apports potentiels d’énergie sont pris en compte en chaud et en froid.
Pour finir, les apports d’énergie restant à apporter par les systèmes d’appoint complémentaires sont déterminés.
Les détails de cette régulation sont décrits aux paragraphes 3.1.5 et 3.1.6.
Récupérateur sur air extrait :
La partie 3.2 décrit les calculs de la température de sortie de la boucle de récupération, et de la puissance récupérée par cette boucle, après passage dans l’échangeur sur air extrait.
Les caractéristiques de l’air et de l’eau peuvent être déterminées en utilisant la relation liant l’efficacité de l’échangeur et son nombre d’unités de transfert.
Les données d’entrée de cette fiche sont :
La partie 3.3 décrit les calculs qui permettent de déterminer la température de sortie de la boucle de récupération après passage dans l’échangeur noyé de la cuve de récupération des eaux usées.
Les données d’entrée de cette fiche sont :
La partie 3.4 décrit la modélisation d’un champ géothermique constitué de plusieurs puits qui permettent un échange de chaleur entre la boucle de récupération et le sol, par l’intermédiaire d’un fluide caloporteur.
Les données d’entrée de cette fiche sont :
Systèmes d’appoint complémentaire :
Lorsque les apports des récupérateurs et du volume d’eau (boucle et stockage tampon éventuel) sont insuffisants, il est alors nécessaire de faire appel à des systèmes d’appoint complémentaire. Leur prise en compte est décrite dans la partie 3.5.
Ainsi le refroidissement complémentaire peut être assuré par une tour de refroidissement modélisée dans l’extension dynamique à partir de la méthode Th-BCE. Il peut aussi être assuré par tous lesgénérateurs de froid de la méthode Th-BCE dont l’id type est différent de 507 et dont le fluide aval est de l’eau :
Il est possible de mettre en cascade plusieurs générateurs de chaud et de froid sur la boucle d’eau. Le système de type générateur thermodynamique réversible eau/eau sera utilisé en priorité. Pour les autres générateurs d’appoint complémentaire éventuels, les indices de priorité en chauffage et en refroidissement seront incrémentés en fonction de leur ordre de priorité.
3.1 Description de la boucle de récupération
Dans la méthode Th-BCE les apports de chaleur ou de froid dus au fonctionnement des PAC sur boucle d’eau sont cumulés sur la boucle au pas horaire et en fonction du bilan un apport complémentaire de chaleur ou de froid est réalisé sur la boucle (cf. paragraphe 10.13 de la méthode Th-BCE). Cet apport est ici effectué prioritairement par les systèmes de récupération.
3.1.1 Nomenclature
Les tableaux ci-dessous donnent la nomenclature des différentes variables du modèle de boucle de récupération :
3.1.2 Description mathématique du module
3.1.2.1 Description du générateur
Cette fiche algorithme décrit la modélisation de la boucle de récupération, vue comme un générateur thermodynamique réversible.
Ce générateur comprend les systèmes de récupération suivants :
Pour prendre en compte l’inertie et le volume d’eau de la boucle ainsi que d’un éventuel stockage tampon, des apports potentiels d’énergie sont pris en compte en chaud et en froid.
Des systèmes d’appoint complémentaires sont également prévus lorsque les apports des récupérateurs et du volume d’eau (boucle et stockage tampon éventuel) sont insuffisants (description au paragraphe 3.5).
1 La boucle de récupération fonctionne ici en tant que source chaude, c’est-à-dire lorsque les PAC fonctionnent en mode chauffage.
3.1.3 Appel des récupérateurs
Les trois récupérateurs ne sont pas forcément présents en même temps.
3.1.4 Prise en compte de l'inertie
Pour prendre en compte l’inertie et le volume d’eau de la boucle avec éventuellement un stockage tampon, des apports potentiels d’énergie sont pris en compte en chaud et en froid. Ceux-ci sont calculés en prenant en compte un volume d’eau dans la boucle, la chaleur massique de l’eau et une différence de température :
3.1.5 Régulation du générateur en mode chauffage
Si le bilan de la boucle est négatif (besoin d'un appoint en chauffage pour maintenir la boucle en température), l'énergie apportée à la boucle pour la réchauffer est déterminé pour chaque récupérateur.
3.1.6 Régulation du générateur en mode refroidissement
Si le bilan de la boucle est positif (besoin d'un appoint en refroidissement pour maintenir la boucle de température), l'energie apportée à la boucle pour la refroidir est déterminée pour chaque récupérateur.
Energie restante à fournir après les récupérateurs et la prise en compte du volume d'eau (boucle et stockage tampon éventuel) :
La température minimale de fonctionnement de la boucle est définie comme la température minimale de fonctionnement des PAC connectées à la boucle. Par convention, Tmin_fonct_boucle=12°C.
3.2 Description de la récupération sur air extrait
3.2.1 Introduction
Cette partie décrit la modélisation de la récupération sur l’air extrait (échange air/eau).
L’élément principal pris en compte est la batterie, considérée comme une batterie froide en période hivernale et une batterie chaude en période estivale.
3.2.2 Nomenclature
Les tableaux ci-dessous donnent la nomenclature des différentes variables du modèle de récupération sur air extrait :
3.2.3 Description mathématique du module
3.2.3.1 Description du récupérateur sur air extrait
Cette partie décrit les calculs de la température de sortie de la boucle de récupération après passage dans le récupérateur sur air extrait, ainsi que de la puissance récupérée par la boucle de récupération.
Les conditions de l’air et de l’eau peuvent être déterminées en utilisant la relation liant l’efficacité de l’échangeur et son nombre d’unités de transfert. L’échangeur est assimilé à un échangeur croisé avec fluide brassé côté air et fluide non brassé côté eau. Le coefficient global d’échange de chaleur est déterminé à partir d’un point de fonctionnement de l’échangeur.
3.2.3.2 Calculs préliminaires
Conversion d'unités
Les équations des paragraphes suivants sont établies à partir des débits massiques d’air et d’eau en kg/s, il faut donc convertir les débits volumiques en débits massiques. Il faut également l’humidité spécifique de l’air entrant.
3.2.3.3 Détermination des caractéristiques de l'échangeur sur air extrait (batterie froide)
Les caractéristiques de l’échangeur sont déterminées à partir d’un point de fonctionnement en utilisant la méthode des différences logarithmiques des températures, appliquée à un échangeur contre-courant.
3.3 Description de la récupération sur eaux usées
3.3.1 Introduction
Cette partie décrit la modélisation de la récupération sur les eaux usées.
Les éléments pris en compte sont la cuve de récupération des eaux usées et l’échangeur noyé de celui-ci.
3.3.2 Nomenclature
Les tableaux ci-dessous donnent la nomenclature des différentes variables du modèle de récupération sur eaux usées :
3.3.3 Description mathématique du module
3.3.3.1 Description de la récupération sur les eaux usées
Cette partie décrit les calculs qui permettent de déterminer la température de sortie de la boucle de récupération après passage dans l’échangeur noyé de la cuve de récupération des eaux usées.
Les données d’entrée de ce module sont :
3.3.3.3 Schéma du ballon
La cuve de récupération est divisée en 4 zones de volume identique. Il en est de même pour l'échangeur noyé.
Il est possible de mettre en place plusieurs cuves de récupération en série. Dans ce cas, l’ensemble des cuves sera assimilé à une seule cuve dont le volume équivalent sera égal à la somme des volumes des cuves.
3.3.3.4 Calcul des paramètres d'entrée du modèle
3.3.3.5 Calcul des températures à effectuer sur chaque pas de temps
Les températures initiales de la cuve de récupération sont considérées égales à 20°C.
Il y a 6 itérations j à chaque pas de temps h.
3.3.3.5.1 Calcul de la température de la cuve au début de l'itération (mélangge + effet piston)
L’itération commence par la zone 1 puis pour les zones 2, 3 et 4.
3.4 Description de la récupération sur sol
3.4.1 Introduction
Cette partie décrit la modélisation de la récupération sur le sol. En période hivernale, il s’agit de récupération de chaleur sur le sol, alors qu’en période estivale il s’agit de stockage de chaleur dans le sol.
Les éléments pris en compte sont des pieux géothermiques.
3.4.2 Nomenclature
Les tableaux ci-dessous donnent la nomenclature des différentes variables du modèle de récupération sur le sol :
3.4.3 Description mathétique du module
3.4.3.1 Description de la récupération sur le sol
Cette partie décrit la modélisation d’un champ géothermique constitué de plusieurs puits qui permettent un échange de chaleur entre un fluide caloporteur et le sol.
Les données d’entrée de cette fiche sont :
3.4.3.2 Récupération par pieux géothermiques
Evolution de la température du sol sur l'année
Dans un premier temps, les équations de la méthode Th-BCE seront utilisées (équations 10.12 et 10.13 page 96 de l’annexe modificatif de la méthode Th-BCE).
3.5 Appel des générateurs d'appoint complémentaire
Source Légifrance
NOR: TERL1803174A
ELI: https://www.legifrance.gouv.fr/eli/arrete/2018/3/7/TERL1803174A/jo/texte
Publics concernés : maîtres d'ouvrage, maîtres d'œuvre, constructeurs et promoteurs, architectes, bureaux d'études thermiques, contrôleurs techniques, diagnostiqueurs, organismes de certification, entreprises du bâtiment, industriels des matériaux de construction et des systèmes techniques du bâtiment, fournisseurs d'énergie.
Objet : prise en compte du système de « pompes à chaleur sur boucle d'eau avec récupération d'énergie » dans la réglementation thermique (procédure dite « Titre V »).
Entrée en vigueur : les dispositions prises par cet arrêté sont applicables à compter du lendemain de la date de publication.
Références : le présent arrêté peut être consulté sur le site Légifrance (http://www.legifrance.gouv.fr).
Le ministre d'Etat, ministre de la transition écologique et solidaire, et le ministre de la cohésion des territoires,
- Vu la directive 2010/31/UE du Parlement européen et du Conseil en date du 19 mai 2010 sur la performance énergétique des bâtiments (refonte) ;
- Vu le code de la construction et de l'habitation, notamment ses articles L. 111-9 et R. 111-20 ;
- Vu l'arrêté du 26 octobre 2010 relatif aux caractéristiques thermiques et aux exigences de performance énergétique des bâtiments nouveaux et des parties nouvelles de bâtiments ;
- Vu l'arrêté du 28 décembre 2012 relatif aux caractéristiques thermiques et aux exigences de performance énergétique des bâtiments nouveaux et des parties nouvelles de bâtiments autres que ceux concernés par l'article 2 du décret du 26 octobre 2010 relatif aux caractéristiques thermiques et à la performance énergétique des constructions ;
- Vu l'arrêté du 30 avril 2013 portant approbation de la méthode de calcul Th-B-C-E prévue aux articles 4, 5 et 6 de l'arrêté du 26 octobre 2010 relatif aux caractéristiques thermiques et aux exigences de performance énergétique des bâtiments nouveaux et des parties nouvelles de bâtiments ;
- Vu l'arrêté du 11 décembre 2014 relatif aux caractéristiques thermiques et aux exigences de performance énergétique applicables aux bâtiments nouveaux et aux parties nouvelles de bâtiment de petite surface et diverses simplifications ;
- Vu l'arrêté du 19 décembre 2014 modifiant les modalités de validation d'une démarche qualité pour le contrôle de l'étanchéité à l'air par un constructeur de maisons individuelles ou de logements collectifs et relatif aux caractéristiques thermiques et aux exigences de performance énergétique applicables aux bâtiments collectifs nouveaux et aux parties nouvelles de bâtiment collectif,
Arrêtent :
Article 1
Conformément à l'article 50 de l'arrêté du 26 octobre 2010 susvisé et à l'article 40 de l'arrêté du 28 décembre 2012 susvisé, le mode de prise en compte du système de « pompes à chaleur sur boucle d'eau avec récupération d'énergie » dans la méthode de calcul Th-B-C-E 2012, définie par l'arrêté du 30 avril 2013 susvisé, est agréé selon les conditions d'application définies en annexe (1) du présent arrêté.
Article 2
Le directeur de l'habitat, de l'urbanisme et des paysages et le directeur général de l'énergie et du climat sont chargés, chacun en ce qui le concerne, de l'exécution du présent arrêté, qui sera publié au Journal officiel de la République française.
Fait le 7 mars 2018.
Le ministre de la cohésion des territoires,
Pour le ministre et par délégation :
Le sous-directeur de la qualité et du développement durable dans la construction,
E. Acchiardi
Le ministre d'Etat, ministre de la transition écologique et solidaire,
Pour le ministre d'Etat et par délégation :
Le sous-directeur de la qualité et du développement durable dans la construction,
E. Acchiardi
Le directeur général de l'énergie et du climat,
L. Michel
ANNEXE
MODALITES DE PRISE EN COMPTE DU SYSTEME DE "POMBES A CHALEUR SUR BOUCLE D'EAU AVEC RECUPERATION D'ENERGIE" DANS LA REGLEMENTATION THERMIQUE 2012
1. Définition du système
Le système de « pompes à chaleur sur boucle d’eau avec récupération d’énergie » est composé de pompes à chaleur (PAC) sur boucle d’eau monobloc à installation intérieure, à refroidissement par eau et production de chaleur sur air recyclé, ainsi que d’une boucle d’eau. Elles sont implantées dans des locaux avec des besoins thermiques différents, et reliées par un circuit d’eau fermé qui circule dans l’ensemble du bâtiment. Dans le cadre du présent arrêté, une PAC sur boucle d’eau avec récupération d’énergie ne peut desservir qu’un seul bâtiment.
Le présent arrêté ne s’applique qu’aux PAC sur boucle d’eau de France Energie.
Cette boucle d’eau équilibre en permanence les charges thermiques ou frigorifiques du bâtiment.
Ainsi, le système compense les déséquilibres des locaux à besoins thermiques très différents en fonction de leur orientation (façades nord/sud), locaux aveugles, locaux informatiques, salles de réunions, halls d’entrée.
La boucle d’eau permet également de récupérer de l’énergie sur trois types de récupérateurs :
- récupérateur sur l’air extrait
- récupérateur sur les eaux usées
- récupérateur sur le sol
Un ou plusieurs générateurs d’appoint complémentaires peuvent refroidir ou réchauffer la boucle après les systèmes de récupération, lorsque ceux-ci ne peuvent fournir l’énergie nécessaire pour équilibrer la boucle.
2. Champ d'application
Le système de « PAC sur boucle d’eau avec récupération d’énergie » peut être appliqué à tout type de bâtiment.
Le présent arrêté ne s’applique qu’aux systèmes de « PAC sur boucle d’eau avec récupération d’énergie » desservant un seul bâtiment.
Le présent arrêté ne peut s’appliquer pour un bâtiment comportant une ventilation double flux ou un autre système récupérant de l’énergie sur l’air extrait, dès lors que le récupérateur sur air extrait de la boucle de récupération est présent. Il ne peut s’appliquer pour un bâtiment comportant un système récupérant de l’énergie sur les eaux grises ou sur eaux usées, dès lors que le récupérateur sur eaux usées de la boucle de récupération est présent.
Pour l’application du présent arrêté, la cuve de récupération des eaux usées, lorsque présente, doit se trouver en volume chauffé.
Le refroidissement complémentaire peut être assuré par une tour de refroidissement modélisée dans l’extension dynamique à partir de la méthode Th-BCE. Il peut aussi être assuré par tous les autres générateurs de froid de la méthode Th-BCE dont le fluide aval est de l’eau :
- PAC à compression électrique eau/eau, PAC à compression électrique air/eau, PAC à compression électrique eau de nappe/eau : id type = 503
- PAC à absorption gaz, air/eau ou eau/eau : id type = 504
- Thermofrigopompe : id type = 508
- Réseau de froid : id type = 601
- Tout système générateur de froid intégré en tant que Titre V dont le fluide aval est l’eau
- Chaudière standard au gaz : id type = 100
- Chaudière basse température au gaz : id type = 10
- Chaudière à condensation au gaz : id type = 102
- Chaudière standard au fioul : id type = 200
- Chaudière à condensation au fioul : id type = 201
- Chaudière au bois : id type = 400
- PAC à compression électrique eau/eau, PAC à compression électrique air/eau, PAC à compression électrique eau de nappe/eau : id type = 503
- PAC à absorption gaz, air/eau ou eau/eau : id type = 504
- Thermofrigopompe : id type = 508
- Réseau de chaleur : id type = 600
- Système de cogénération : id type = 700
- Tout système générateur de chaud intégré en tant que Titre V dont le fluide aval est de l’eau
3. Méthode de prise en compte dans les calculs pour la partie non directement modélisable
La prise en compte du système est décrite en quatre parties :
- la description de la boucle de récupération ;
- la description de la récupération sur air extrait ;
- la description de la récupération sur eaux usées ;
- la description de la récupération sur le sol.
Les apports de chaleur ou de froid dus au fonctionnement des PAC sont cumulés sur la boucle au pas horaire. En fonction du bilan, un apport complémentaire de chaleur ou de froid est réalisé sur la boucle (cf. paragraphe 10.13 de la méthode Th-BCE). Cet apport est effectué prioritairement par les systèmes de récupération.
Un premier bilan sur les PAC est effectué par le moteur de calcul pour déterminer l’ensemble des rejets chaud et froid effectués sur la boucle à chaque pas de temps. Ces rejets chaud et froid sur la boucle constituent les appels de chauffage et de refroidissement à couvrir.
Sont modélisés les récupérateurs suivant :
- Récupérateur sur air extrait ;
- Récupérateur sur eaux usées ;
- Récupérateur sur sol.
De plus, pour prendre en compte l’inertie et le volume d’eau de la boucle avec éventuellement un stockage tampon, des apports potentiels d’énergie sont pris en compte en chaud et en froid.
Pour finir, les apports d’énergie restant à apporter par les systèmes d’appoint complémentaires sont déterminés.
Les détails de cette régulation sont décrits aux paragraphes 3.1.5 et 3.1.6.
Récupérateur sur air extrait :
La partie 3.2 décrit les calculs de la température de sortie de la boucle de récupération, et de la puissance récupérée par cette boucle, après passage dans l’échangeur sur air extrait.
Les caractéristiques de l’air et de l’eau peuvent être déterminées en utilisant la relation liant l’efficacité de l’échangeur et son nombre d’unités de transfert.
Les données d’entrée de cette fiche sont :
- Le débit et la température de l’eau de la boucle de récupération entrant dans l’échangeur à chaque pas de temps
- Le débit, la température et l’humidité relative de l’air extrait entrant dans l’échangeur, à chaque pas de temps
- La puissance de référence échangée au niveau de la batterie
- La température de référence de l’eau à l’entrée
- La température de référence de l’eau à la sortie
- La température de référence de l’air extrait à l’entrée
- La température de référence de l’air extrait à la sortie
- Le débit d’air humide de référence.
La partie 3.3 décrit les calculs qui permettent de déterminer la température de sortie de la boucle de récupération après passage dans l’échangeur noyé de la cuve de récupération des eaux usées.
Les données d’entrée de cette fiche sont :
- Le débit et la température des eaux grises entrant dans la cuve de récupération à chaque pas de temps
- Le débit et la température de l’eau de la boucle de récupération entrant dans l’échangeur noyé à chaque pas de temps.
- Les caractéristiques de la ou des cuves de récupération des eaux usées (nombre, volume,coefficient de pertes)
- Les caractéristiques de l’échangeur noyé (coefficient d’échange).
La partie 3.4 décrit la modélisation d’un champ géothermique constitué de plusieurs puits qui permettent un échange de chaleur entre la boucle de récupération et le sol, par l’intermédiaire d’un fluide caloporteur.
Les données d’entrée de cette fiche sont :
- Le débit et la température de l’eau de la boucle de récupération l’entrée du champ géothermique à chaque pas de temps.
- Les caractéristiques des pieux géothermiques
- Profondeur
- Rayon d’un puits et distance entre chaque puits
- Caractéristiques de la tuyauterie (rayons intérieur/extérieur, conductivité)
- Conductivité du coulis
- Nombre de puits
Systèmes d’appoint complémentaire :
Lorsque les apports des récupérateurs et du volume d’eau (boucle et stockage tampon éventuel) sont insuffisants, il est alors nécessaire de faire appel à des systèmes d’appoint complémentaire. Leur prise en compte est décrite dans la partie 3.5.
Ainsi le refroidissement complémentaire peut être assuré par une tour de refroidissement modélisée dans l’extension dynamique à partir de la méthode Th-BCE. Il peut aussi être assuré par tous lesgénérateurs de froid de la méthode Th-BCE dont l’id type est différent de 507 et dont le fluide aval est de l’eau :
- PAC à compression électrique eau/eau, PAC à compression électrique air/eau, PAC à compression électrique eau de nappe/eau : id type = 503
- PAC à absorption gaz, air/eau ou eau/eau : id type = 504
- Thermofrigopompe : id type = 508
- Réseau de froid : id type = 601
- Tout système générateur de froid intégré en tant que Titre V dont le fluide aval est l’eau
- Chaudière standard au gaz : id type = 100
- Chaudière basse température au gaz : id type = 101
- Chaudière à condensation au gaz : id type = 102
- Chaudière standard au fioul : id type = 200
- Chaudière à condensation au fioul : id type = 201
- Chaudière au bois : id type = 400
- PAC à compression électrique eau/eau, PAC à compression électrique air/eau, PAC à compression électrique eau de nappe/eau : id type = 503
- PAC à absorption gaz, air/eau ou eau/eau : id type = 504
- Thermofrigopompe : id type = 508
- Réseau de chaleur : id type = 600
- Système de cogénération : id type = 700
- Tout système générateur de chaud intégré en tant que Titre V dont le fluide aval est de l’eau
Il est possible de mettre en cascade plusieurs générateurs de chaud et de froid sur la boucle d’eau. Le système de type générateur thermodynamique réversible eau/eau sera utilisé en priorité. Pour les autres générateurs d’appoint complémentaire éventuels, les indices de priorité en chauffage et en refroidissement seront incrémentés en fonction de leur ordre de priorité.
3.1 Description de la boucle de récupération
Dans la méthode Th-BCE les apports de chaleur ou de froid dus au fonctionnement des PAC sur boucle d’eau sont cumulés sur la boucle au pas horaire et en fonction du bilan un apport complémentaire de chaleur ou de froid est réalisé sur la boucle (cf. paragraphe 10.13 de la méthode Th-BCE). Cet apport est ici effectué prioritairement par les systèmes de récupération.
3.1.1 Nomenclature
Les tableaux ci-dessous donnent la nomenclature des différentes variables du modèle de boucle de récupération :
3.1.2 Description mathématique du module
3.1.2.1 Description du générateur
Cette fiche algorithme décrit la modélisation de la boucle de récupération, vue comme un générateur thermodynamique réversible.
Ce générateur comprend les systèmes de récupération suivants :
- Récupérateur sur air extrait
- Récupérateur sur eaux usées
- Récupérateur sur sol.
Pour prendre en compte l’inertie et le volume d’eau de la boucle ainsi que d’un éventuel stockage tampon, des apports potentiels d’énergie sont pris en compte en chaud et en froid.
Des systèmes d’appoint complémentaires sont également prévus lorsque les apports des récupérateurs et du volume d’eau (boucle et stockage tampon éventuel) sont insuffisants (description au paragraphe 3.5).
1 La boucle de récupération fonctionne ici en tant que source chaude, c’est-à-dire lorsque les PAC fonctionnent en mode chauffage.
3.1.3 Appel des récupérateurs
Les trois récupérateurs ne sont pas forcément présents en même temps.
3.1.4 Prise en compte de l'inertie
Pour prendre en compte l’inertie et le volume d’eau de la boucle avec éventuellement un stockage tampon, des apports potentiels d’énergie sont pris en compte en chaud et en froid. Ceux-ci sont calculés en prenant en compte un volume d’eau dans la boucle, la chaleur massique de l’eau et une différence de température :
3.1.5 Régulation du générateur en mode chauffage
Si le bilan de la boucle est négatif (besoin d'un appoint en chauffage pour maintenir la boucle en température), l'énergie apportée à la boucle pour la réchauffer est déterminé pour chaque récupérateur.
3.1.6 Régulation du générateur en mode refroidissement
Si le bilan de la boucle est positif (besoin d'un appoint en refroidissement pour maintenir la boucle de température), l'energie apportée à la boucle pour la refroidir est déterminée pour chaque récupérateur.
Energie restante à fournir après les récupérateurs et la prise en compte du volume d'eau (boucle et stockage tampon éventuel) :
La température minimale de fonctionnement de la boucle est définie comme la température minimale de fonctionnement des PAC connectées à la boucle. Par convention, Tmin_fonct_boucle=12°C.
3.2 Description de la récupération sur air extrait
3.2.1 Introduction
Cette partie décrit la modélisation de la récupération sur l’air extrait (échange air/eau).
L’élément principal pris en compte est la batterie, considérée comme une batterie froide en période hivernale et une batterie chaude en période estivale.
3.2.2 Nomenclature
Les tableaux ci-dessous donnent la nomenclature des différentes variables du modèle de récupération sur air extrait :
3.2.3 Description mathématique du module
3.2.3.1 Description du récupérateur sur air extrait
Cette partie décrit les calculs de la température de sortie de la boucle de récupération après passage dans le récupérateur sur air extrait, ainsi que de la puissance récupérée par la boucle de récupération.
Les conditions de l’air et de l’eau peuvent être déterminées en utilisant la relation liant l’efficacité de l’échangeur et son nombre d’unités de transfert. L’échangeur est assimilé à un échangeur croisé avec fluide brassé côté air et fluide non brassé côté eau. Le coefficient global d’échange de chaleur est déterminé à partir d’un point de fonctionnement de l’échangeur.
3.2.3.2 Calculs préliminaires
Conversion d'unités
Les équations des paragraphes suivants sont établies à partir des débits massiques d’air et d’eau en kg/s, il faut donc convertir les débits volumiques en débits massiques. Il faut également l’humidité spécifique de l’air entrant.
3.2.3.3 Détermination des caractéristiques de l'échangeur sur air extrait (batterie froide)
Les caractéristiques de l’échangeur sont déterminées à partir d’un point de fonctionnement en utilisant la méthode des différences logarithmiques des températures, appliquée à un échangeur contre-courant.
3.3 Description de la récupération sur eaux usées
3.3.1 Introduction
Cette partie décrit la modélisation de la récupération sur les eaux usées.
Les éléments pris en compte sont la cuve de récupération des eaux usées et l’échangeur noyé de celui-ci.
3.3.2 Nomenclature
Les tableaux ci-dessous donnent la nomenclature des différentes variables du modèle de récupération sur eaux usées :
3.3.3 Description mathématique du module
3.3.3.1 Description de la récupération sur les eaux usées
Cette partie décrit les calculs qui permettent de déterminer la température de sortie de la boucle de récupération après passage dans l’échangeur noyé de la cuve de récupération des eaux usées.
Les données d’entrée de ce module sont :
- Le débit et la température des eaux usées entrant dans la cuve de récupération à chaque pas de temps
- Le débit et la température de l’eau de la boucle de récupération entrant dans l’échangeur noyé à chaque pas de temps
- les caractéristiques de la cuve de récupération des eaux usées (dimensions, coefficient de pertes)
- les caractéristiques de l’échangeur noyé (diamètre, longueur, coefficient d’échange)
3.3.3.3 Schéma du ballon
La cuve de récupération est divisée en 4 zones de volume identique. Il en est de même pour l'échangeur noyé.
Il est possible de mettre en place plusieurs cuves de récupération en série. Dans ce cas, l’ensemble des cuves sera assimilé à une seule cuve dont le volume équivalent sera égal à la somme des volumes des cuves.
3.3.3.4 Calcul des paramètres d'entrée du modèle
3.3.3.5 Calcul des températures à effectuer sur chaque pas de temps
Les températures initiales de la cuve de récupération sont considérées égales à 20°C.
Il y a 6 itérations j à chaque pas de temps h.
3.3.3.5.1 Calcul de la température de la cuve au début de l'itération (mélangge + effet piston)
L’itération commence par la zone 1 puis pour les zones 2, 3 et 4.
3.4 Description de la récupération sur sol
3.4.1 Introduction
Cette partie décrit la modélisation de la récupération sur le sol. En période hivernale, il s’agit de récupération de chaleur sur le sol, alors qu’en période estivale il s’agit de stockage de chaleur dans le sol.
Les éléments pris en compte sont des pieux géothermiques.
3.4.2 Nomenclature
Les tableaux ci-dessous donnent la nomenclature des différentes variables du modèle de récupération sur le sol :
3.4.3 Description mathétique du module
3.4.3.1 Description de la récupération sur le sol
Cette partie décrit la modélisation d’un champ géothermique constitué de plusieurs puits qui permettent un échange de chaleur entre un fluide caloporteur et le sol.
Les données d’entrée de cette fiche sont :
- Le débit de la boucle de récupération
- La température de la boucle à l’entrée du champ géothermique.
- Les caractéristiques des pieux géothermiques
- Profondeur
- Rayon d’un puits et distance entre chaque puits
- Caractéristiques de la tuyauterie (diamètre, conductivité)
- Conductivité du coulis
- Nombre de puits
- Les caractéristiques du sol (conductivité, capacité thermique).
3.4.3.2 Récupération par pieux géothermiques
Evolution de la température du sol sur l'année
Dans un premier temps, les équations de la méthode Th-BCE seront utilisées (équations 10.12 et 10.13 page 96 de l’annexe modificatif de la méthode Th-BCE).
3.5 Appel des générateurs d'appoint complémentaire
Source Légifrance