1.4.1 Présentation du concept
Le concept énergétique global est représenté à la Figure 1.11. Le bâtiment central (Giacometti) abrite deux chaudières à gaz. Un réseau de conduites à distance (CAD) permet de distribuer la chaleur aux cinq sous-stations réparties dans les trois bâtiments formant le complexe.
Chaque sous-station est composée d’une cuve de stockage thermique intégrant un ballon d’ECS, d’une installation solaire thermique pour le préchauffage de l’ECS et d’une installation de venti-lation à double-flux équipée d’une pompe à chaleur sur air vicié (voir Figure 1.12). Cette dernière peut travailler en mode air-air, en fournissant la chaleur sur l’air pulsé, ou en mode air-eau, en fournissant la chaleur dans la cuve de stockage thermique.
En période de chauffage et pendant les entre-saisons, les chaudières sont actives et la pompe à chaleur fonctionne prioritairement en mode air-air pour garantir une température de pulsion de 21oC au départ du monobloc. La distribution de chaleur en période de chauffage est réalisée par des radiateurs équipés de vanne thermostatique. En été, les chaudières sont arrêtées et l’ECS est produite uniquement à partir du solaire thermique et de la pompe à chaleur. Le CAD se remet en route automatiquement en cas d’insuffisance de la production d’ECS. L’ECS est distribuée à une température constante de 45oC au moyen d’un mitigeur.
Dans le cadre de cette étude, nous avons mesuré tous les paramètres du bâtiment Giacometti ainsi que les principales variables météorologiques (voir les éléments grisés du graphique de droite de la Figure 1.11). Nous avons également équipé la première sous-station du bâtiment Sonnex pour avoir une redondance dans la mesure. Les trois bâtiments étant de conception identique, nous
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FIG. 1.11 – Gauche : vue des trois bâtiments formant le complexe du Pommier. Droite : concept énergétique global. Les éléments mesurés dans le cadre de cette étude sont représentés en gris.
Chauffage
FIG. 1.12 – Concept énergétique des sous-stations.
nous sommes basés sur les résultats de Giacometti pour évaluer la performance de l’ensemble du complexe.
1.4.2 Description des systèmes techniques du bâtiment Giacometti
La Figure 1.13 illustre le schéma de distribution des circuits de chauffage et de ventilation pour un appartement-type. Les radiateurs sont raccordés en boucles au moyen d’un système monotube posé sous la chape. L’air neuf est pulsé dans les chambres, la salle de séjour et la cuisine. L’air vicié est extrait par les salles d’eau, la cuisine et le réduit.
Les deux chaudières à gaz sont des Ygnis Pyrogas Varino 250 kW à condensation (Figure 1.14).
Elles représentent une puissance spécifique installée de 24 W/m2. Leur capacité de modulation leur permet d’ajuster la puissance totale fournie sur le réseau de chaleur dans une plage allant de 25 à 500 kW.
La cuve de stockage thermique a une capacité de 3’600 litres (Figure 1.15 gauche). Elle intègre
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FIG. 1.13 – Schéma de distribution des circuits de chauffage/ventilation pour un appartement-type
FIG. 1.14 – Gauche : les deux chaudières à gaz à condensation d’une puissance modulable de 25 à 250 kW chacune (Ygnis). Droite : distribution de chaleur en sortie des chaudières (CAD).
également le ballon d’ECS d’une contenance de 1’500 litres. La cuve reçoit la chaleur fournie par le CAD et par la pompe à chaleur sur air vicié. Cette chaleur est ensuite transférée par circuit hydraulique aux radiateurs des appartements et transmise à l’ECS par conduction thermique. Une isolation de 120 mm permet de limiter les déperditions thermiques.
FIG. 1.15 – Éléments de la sous-station Giacometti. Gauche : cuve de stockage thermique de 3’600 litres contenant également un ballon d’ECS de 1’500 litres. Droite : cuve de stockage solaire de 2’000 litres. Au premier plan, circuit primaire des capteurs.
L’installation solaire thermique possède une surface de captage de 44 m2, soit environ 0.5 m2par utilisateur (Figure 1.16). Les capteurs sont des Agena Azur 6. Le fluide caloporteur du circuit pri-maire qui relie le champ de capteurs à l’échangeur de chaleur contient environ 1/3 de propylène glycol (antigel). Le circuit secondaire de l’échangeur de chaleur est directement traversé par l’eau sanitaire. La cuve de stockage a une capacité de 2’000 litres, soit 45 litres par m2de capteur (Fi-gure 1.15, droite).
Le monobloc de ventilation est un modèle Menerga Dosolair de 6’000 m3/h, soit 1.3 m3/h/m2 (Fi-gure 1.17). Il intègre deux échangeurs de chaleur en série, des clapets de bypass qui lui permettent de faire du free-cooling ainsi qu’une pompe à chaleur sur air vicié. L’évaporateur de la PAC est situé sur le flux d’air extrait après l’échangeur de chaleur. Le système permet de faire travailler la PAC en deux modes différents. Le premier mode permet de faire le post-chauffage de l’air pulsé.
La chaleur est fournie au condenseur situé sur le flux d’air neuf après l’échangeur de chaleur (mode air-air). Le deuxième mode permet de founir un appoint à la production de l’ECS. La chaleur est fournie à la cuve de stockage thermique par un circuit hydraulique (mode air-eau). La puissance thermique fournie par la PAC peut atteindre 25 kW par -5oC extérieur en mode air-air et 25 kW en mode air-eau.
FIG. 1.16 – Installation solaire thermique de 44 m2 en toiture du bâtiment Giacometti (seulement une moitié visible sur les photos).
FIG. 1.17 – Gauche : monobloc de ventilation à double-flux avec double échangeur de chaleur.
Débit nominal de 6’000 m3/h. Droite : prises d’air neuf.