Analyse de projets de pompes à chaleur géothermique Cours d’analyse de projets d’énergies propres Enterprise Centre de Philadelphie, É.-U. – 28 PCG pour le chauffage et la climatisation Photo : Geothermal Heat Pump Consortium (NREL PIX) © Ministre de Ressources naturelles Canada 2001 – 2004.

Objectifs Réviser les principes de base des systèmes de pompes à chaleur géothermique (PCG) Présenter les enjeux importants d’une analyse de projet de PCG Présenter le modèle RETScreen® pour les projets de pompes à chaleur géothermique

Qu’est-ce que les systèmes de PCG fournissent? Chauffage Climatisation Eau chaude De bonnes fondations dans le pergélisol …mais aussi… Efficacité Réduction de l’entretien Réduction de l’espace requis Faibles coûts d’exploitation Maison Impact 2000, Massachusetts, É.-U. Photo : Solar Design Associates (NREL PIX) Pompe à chaleur résidentielle Puissance stable Confort et qualité de l’air Réduction des charges électriques de pointe en climatisation

Composants d’un système de PCG Échangeur de chaleur extérieur Échangeur dans le sol Eaux souterraines Eaux de surface Pompe à chaleur à échangeur liquide Système intérieur de distribution de chauffage et de climatisation Conduites d’air conventionnelles 3 2 1

Pompe à chaleur à échangeur pour liquide Pompe à chaleur de type eau-air Renverser la direction 3,5 à 35 kW de climatisation par module Plusieurs modules pour les grands bâtiments Un désurchauffeur fournit de l’eau chaude à partir de l’excès de chaleur produite par la compression

Types d’échangeurs de chaleur Vertical Sol rocheux Plus dispendieux Petit terrain Rendement élevé Horizontal Plus grand terrain Moins cher Petits bâtiments Variation de tempér. Eaux souterraines Eau de puits + injection Le moins cher Réglementation Engorgement Aussi, échangeurs de chaleur à eaux de surface et à colonne stationnaire

Ressource d’une PCG : la température du sol Le sol absorbe environ la moitié de l’énergie incidente du soleil Le sol estompe les variations de température Le PCG est plus efficace Les variations de température diminuent avec la profondeur Négligeables sous 15 m Graphique : Canadian Building Digest La température locale du sol dépend du climat, du recouvrement du sol et du couvert de neige, de la dénivellation, des propriétés du sol, etc.

Exemple de coûts d’un système de PCG Augmentation des coûts d’énergie Souci de l’environnement Climatisation en bonus Photo : Suomen Lämpöpumpputekniikka Oy Subvention du service public pour diminuer les charges de pointe en climatisation Photo : GeoExchange Consortium

Enjeux d’un projet de pompes à chaleur géothermique Disposition d’un échangeur de chaleur, bâtiment commercial 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 forage et le creusement de tranchées Incertitude quant au coût d’installation d’un échangeur Critères de rentabilité du client Installation d’une PCG Photo : Craig Miller Productions and DOE (NREL PIX)

Exemples : Australie, Allemagne et Suisse Systèmes de bâtiments résidentiels Maisons haut de gamme Coûts en capital plus élevés Vision à plus long terme de la rentabilité Bénéfices environnementaux ou confort Les encouragements des services publics peuvent être un facteur déterminant Pompe à chaleur d’eaux souterraines de 20 kW, Allemagne Appareil pour des trous de forage verticaux, résidence en Suisse Photo : Bundesverband WärmePumpe (BWP) e.V. 320 appartements, Sud de l’Australie Photo : GeoExchange Consortium Photo : Eberhard & Partner AG

Exemples : Royaume-Uni et États-Unis Systèmes de bâtiments commerciaux Une courte période de retour simple est souvent requise (< 5 ans) La disponibilité du terrain peut causer des problèmes Moins d’espace intérieur utilisé Contrôles simples et décentralisés Réduit les risques de vandalismes Réduit les frais de charge de pointe Chauffage auxiliaire non requis Bâtiment commercial, Croydon, Royaume-Uni Photo : Groenholland B.V. Groupe de bâtiments, Kentucky, É.-U. Poste d’essence, Kansas, É.-U. Photo : Marion Pinckley (NREL PIX) Photo : International Ground Source Heat Pump Association

Exemples : Canada et États-Unis Systèmes de bâtiments publics Plus longues périodes de retour simple acceptées Plus ouvert aux systèmes innovateurs Charges simultanées en chauffage et en climatisation Creusement d’une tranchée pour un échangeur horizontal Photo : Robert R. Jones/Oklahoma State University (NREL PIX) École, Québec, Canada Photo : Ressources naturelles Canada

Modèle RETScreen® pour les projets de pompes à chaleur géothermique Pouvant être utilisé partout dans le monde pour l’analyse de la production énergétique, des coûts sur le cycle de vie et des 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 : 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

Calculs RETScreen® : Pompes à chaleur géothermique 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

Exemple : validation du modèle RETScreen® pour les projets de PCG Comparaison de l’énergie utilisée d’après des niveaux de puissance synthétisés et des données enregistrées Longueur de l’échangeur de chaleur dans le sol comparée à 6 programmes de dimensionnement et un programme de simulation détaillée -5 % 141 24 % 160 17 % 344 0 % 29 % vs Actuel -12 % -18 % -2 % 5 % -19 % -6 % -14 % 2 % 9 % -11 % -4 % * Les valeurs de la conception pour 1 an ont été utilisées pour la comparaison avec RETScreen 132 127 236 vs RETScreen Profil énergétique 121 135 257 vs RETScreen Architecturale 148 129 293 124 266 Moyenne pour les autres logiciels Commercial Nebraska Résidence 2 Wisconsin Résidence 1 Louisiane Conception pour 10 ans* Conception pour 1 an Programme

Conclusions Les systèmes de PCG fournissent du chauffage, de la climatisation et de l’eau chaude Le sol estompe les variations de température et mène à des rendements de PCG élevés Les coûts d’investissement des PCG sont plus élevés, mais les coûts d’exploitation et d’entretien sont plus bas Les climats nécessitant du chauffage et de la climatisation sont plus prometteurs RETScreen® 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 RETScreen® calcule la production énergétique annuelle en donnant des résultats d’une précision comparable à des outils de simulation horaire RETScreen® permet des économies de coûts significatives pour la réalisation d’études préliminaires de faisabilité

Questions? www.retscreen.net Module Analyse de projets de pompes à chaleur géothermique Cours d’analyse de projets d’énergies propres RETScreen® International Pour plus d’information visitez le site Web de RETScreen à : www.retscreen.net