D’après pv magazine International
Un groupe de recherche européen a mené une étude sur la performance d’un système hybride associant une pompe à chaleur (PAC) alimentée par PV et chauffage urbain (CU) dans un immeuble collectif. Il a été simulé via le logiciel TRNSYS, sur la base des paramètres réels d’un immeuble situé à Göteborg, en Suède. Les résultats ont été présentés dans l’étude intitulée « Analysis of a hybrid heating system with TRNSYS: district heating, heat pumps and photovoltaics in a multi-apartment building », publiée dans la revue Energy & Buildings.
« Le bâtiment est un site test de cinq étages, nommé HSB Living Lab, avec 29 appartements. On peut supposer que le bâtiment est toujours occupé, même pendant la période des vacances d’été, a déclaré l’équipe. Le climat à Göteborg est de type tempéré maritime, avec des étés frais et des hivers doux. Les précipitations annuelles sont d’environ 850 mm, réparties uniformément sur l’année. La durée d’ensoleillement varie entre 6 et 18 heures par jour, selon la saison ».
Le système de chauffage est composé de deux pompes à chaleur air/eau, du chauffage urbain et d’un chauffage électrique d’appoint. Chaque pompe à chaleur dispose d’un débit d’air total de 1 500 L/s et d’une puissance calorifique nominale de 9,8 kW. La consommation électrique du compresseur est de 2,31 kW, et celle du ventilateur de 0,18 kW. Le système de chauffage alimente trois réservoirs d’eau de 0,5 m³ : un pour l’eau chaude sanitaire, un pour les radiateurs, et un pour le chauffage par le sol. Sur le toit et une façade du bâtiment, des panneaux photovoltaïques d’une surface totale de 186 m² et d’une puissance de crête de 17,1 kW sont installés. Ils sont connectés à une batterie électrique de 7,2 kWh.
Stratégies de contrôle
Les scientifiques ont envisagé trois stratégies de contrôle pour répondre à la demande thermique du bâtiment : fonctionnement avec priorité au chauffage urbain ; fonctionnement avec priorité aux pompes à chaleur ; fonctionnement avec chauffage urbain seul.
La comparaison portait sur les quantités thermiques, la consommation et production d’énergie électrique, le coût de l’énergie et l’impact environnemental. La simulation a pris en compte une demande thermique annuelle du bâtiment de 26 240 kWh pour l’eau chaude sanitaire et 42 067 kWh pour le chauffage des locaux.
Dans le cas de la priorité au chauffage urbain, le réseau a fourni 39 189 kWh, les pompes à chaleur 27 099 kWh (avec un COP mensuel compris entre 2,2 et 3,4) et le chauffage électrique 4 361 kWh.
En revanche, lorsque la stratégie de priorité aux pompes à chaleur a été utilisée, le chauffage urbain a fourni 16 406 kWh, le chauffage électrique a eu une contribution négligeable, et les pompes à chaleur ont fourni 54 346 kWh avec un COP allant de 2,2 à 4.
Enfin, lorsque seul le chauffage urbain a été utilisé, il a fourni 70 970 kWh, tandis que le chauffage électrique est resté négligeable.
Résultats
« L’excès annuel d’énergie photovoltaïque s’élève à 10 934 kWh. Il est élevé pendant les mois chauds et faible pendant les mois froids. Dans la stratégie de contrôle avec priorité au chauffage urbain, 1 603 kWh de cet excès d’énergie peuvent alimenter les pompes à chaleur, ce qui entraîne une réduction de 14,8 % de leur consommation d’électricité, a ajouté l’équipe issue du Centre de recherche et technologie Hellas / Institut des procédés chimiques et des ressources énergétiques (CERTH/CPERI) en Grèce, de la Fundación CARTIF en Espagne, et des Instituts de recherche RISE de Suède. « Dans la stratégie de contrôle avec priorité aux pompes à chaleur, 2 805 kWh de cet excès peuvent être utilisés, entraînant une réduction de 13,5 % de la consommation électrique des pompes à chaleur. »
Selon les résultats, les coûts annuels pour le chauffage urbain et l’électricité étaient de 2 627 €, 4 348 €, et 6 312 € pour, respectivement, la stratégie priorité pompes à chaleur, priorité chauffage urbain, et chauffage urbain seul. Les émissions de CO₂ équivalent étaient respectivement de 7 865 kg, 13 716 kg, et 21 854 kg.
Les chercheurs ont conclu que l’utilisation des pompes à chaleur comme source principale de chaleur dans les immeubles collectifs était la « solution la plus avantageuse » en termes de coûts d’exploitation et d’impact environnemental.
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