Les systèmes hybrides ou biénergie ont le vent en poupe. L’optimisation des consommations qu’ils permettent repose sur l’utilisation de l’énergie de chauffage la plus performante thermiquement ou économiquement. C’est applicable aussi bien pour le tertiaire au travers de solutions multi-usages que pour le collectif, notamment pour les solutions d’ECS.
La solution la plus répandue, chaudière hybride et PAC électrique
Une solution hybride associe le plus souvent chaudière et pompe à chaleur (soit une énergie fossile et l’énergie électrique, l’ensemble fournissant l’énergie thermique), mais on qualifie également d’hybride ou biénergie des solutions basées sur d’autres couplages d’énergie, dont les trois principaux : chaudière à condensation + solaire thermique, chaudière biomasse + solaire thermique, chaudière condensation gaz + pompe à chaleur.
Ces solutions sont également multi-usages (chauffage, climatisation, ECS…) et sont aujourd’hui parmi les plus pertinentes d’un point de vue énergétique, environnemental et économique, selon une étude récente de l’Ademe.
D’ailleurs, les différents fabricants proposent des solutions depuis début 2013 aussi bien pour le marché individuel que pour le collectif ou le tertiaire.
Et il semble que tant pour le neuf que pour la rénovation, ces solutions s’installent sur le marché de façon durable : « Le marché est encore naissant, mais a trouvé ses marques, la dynamique de 2014 s’accélère avec de plus en plus de sollicitations par les bureaux d’études, et des cahiers des charges qui ouvrent à l’usage de solutions hybrides », indique Stéphane Silvi, responsable produits chez Atlantic Guillot.
Ajoutons que la stratégie énergétique dictée par la réglementation thermique et la loi de transition énergétique ouvre de toute évidence la voie à la complémentarité des énergies et donc à ce type de solution.
Un principe de fonctionnement simple
« Prendre la meilleure énergie au meilleur moment ». Tout l’intérêt d’un système hybride (PAC + gaz ou autre énergie) réside dans le fait que la PAC n’a pas besoin de répondre aux besoins de chauffage pour toutes les conditions de température d’air extérieure.
Dans le tertiaire, l’utilisation d’une PAC réversible assurant le chauffage, mais aussi la climatisation des bâtiments, présente des performances très intéressantes… à condition d’être bien utilisée.
En particulier, lorsque la température d’air extérieur diminue, c’est-à-dire lorsque les besoins de chauffage des bâtiments augmentent, la puissance délivrée par les PAC air/air ou air/eau diminue progressivement, tout comme les performances.
Cette caractéristique liée aux technologies à base de PAC électriques aérothermiques conduit parfois à surdimensionner ces installations, pour qu’elles puissent couvrir le besoin de chauffage du bâtiment par grand froid.
L’investissement initial est alors plus important et la PAC électrique se trouve surdimensionnée la majeure partie de l’année, donc fonctionnant souvent à charge partielle.
La régulation sur énergie primaire ou l’optimisation du rendement
L’hybride permet de s’adapter aux conditions rencontrées (en fonction de la température extérieure et des charges de chauffage/eau chaude sanitaire). La régulation minimise la consommation d’énergie primaire selon trois possibilités de fonctionnement et garantit le choix de l’énergie la plus performante quelle que soit la température extérieure.
La chaudière prend le relais de la PAC pour des températures extérieures aux alentours de 0 °C, suivant les constructeurs et performances de la PAC.
La PAC est utilisée seule lorsqu’il fait relativement doux (partie verte du schéma et ce jusqu’à la température extérieure de bascule). Quand elle ne peut plus assurer la totalité des besoins de chauffage, le brûleur gaz est allumé pour assurer l’appoint de puissance nécessaire et la PAC reste en fonctionnement tant que son rendement sur énergie primaire est meilleur que celui du brûleur gaz (partie intermédiaire entre les deux températures de bascule).
Dans la pratique, les températures de bascule sont fixées par le fabricant en fonction des rendements des deux technologies utilisées (PAC et brûleurs).
Ciat, par exemple, commercialise depuis mai 2014 l’Aquaciat2 Hybrid qui autorise, en sus de la régulation sur rendement, la permutation sur la chaudière gaz à tout moment par un simple contact extérieur. Ainsi, sur ordre de la GTC ou bien dès l’atteinte d’un seuil de consommation électrique, il est possible de répondre également aux besoins d’effacement de la pointe de consommation sans générer d’inconfort pour les usagers.
Le niveau de puissance calorifique délivré est conservé et s’intègre ainsi dans la logique des réseaux smart grid.
Optimiser la facture énergétique
Le principe consiste à choisir à tout moment la technologie qui présente le coût énergétique le plus avantageux. La régulation intègre alors, d’une part, les prix des énergies de chaque technologie, et, d’autre part, les rendements sur énergie finale des équipements.
La consommation par énergie multipliée par le coût de l’énergie concerné devient donc le pilote du choix de la bascule.
Pour donner un exemple, c’est le choix fait par un hôtel Ibis de 80 chambres. Ici, la PAC hybride Aquaciat est une machine de 75 kW chaud, avec un module chaudière gaz de 85 kW. Elle a été installée en remplacement d’une ancienne PAC air/eau au R22 avec un ballon tampon équipé de thermoplongeurs en appoint.
Les atouts combinés de deux technologies connues et éprouvées
Premier atout avec une fiabilité et une longévité plus grandes que les solutions tout électrique ou les solutions bi-énergies en « base + appoint ». La PAC électrique est moins soumise aux charges partielles, aux éventuels cycles courts, ainsi qu’aux cycles de dégivrage. Elle est de plus utilisée moins longtemps en l’hiver car, à partir d’une certaine température, elle s’arrête. Sa durée de vie est donc sensiblement augmentée.
Ensuite, l’hybride constitue le plus souvent un ensemble compact et particulièrement facile à installer.
L’hybride permet également d’assurer une continuité de services importante et une sécurité supplémentaire en toutes circonstances grâce aux deux énergies de réseaux disponibles et complémentaires.
Pour le tertiaire, les solutions hybrides sont utiles non seulement pour le chaud mais aussi pour le froid (PAC réversible).
Les systèmes hybrides aussi pour le collectif
Pour le collectif, les systèmes hybrides se positionnent pour répondre aux besoins de chauffage ou d’ECS.
« Pour répondre aux besoins d’ECS et également à une éventuelle exigence de part ENR ou bien à une ambition de réduction de la facture énergétique ou bien encore à une volonté de performance dans le calcul thermique, un système hybride « PAC + gaz » peut se révéler une excellente alternative aux solutions « solaire + gaz . On peut faire varier le taux de couverture thermodynamique de 20 à 80 % et suivant l’objectif souhaité. Ainsi, la solution que nous proposons est très compétitive si l’on compare le coût total investissement et/ou exploitation », indique Stéphane Silvi.
Le principe de fonctionnement pour l’ECS « thermodynamique + gaz » est un peu différent de ceux énoncés précédemment.
La PAC fonctionne en accumulé de nuit (absence de soutirage) afin que la régulation maximise le temps de montée en température du ballon pour maximiser l’usage de l’inverter et donc le COP. L’appoint gaz intervient pour éventuellement compléter la charge et assurer le réchauffage de la boucle dans le ballon d’appoint, ajoute l’expert.
Le COP moyen annuel du système global de production est entre 3 et 3,5 selon la zone géographique et le dimensionnement effectué.
Le volet environnemental est aussi pris en compte
Les systèmes hybrides sont le plus souvent conçus en suivant une démarche d’écoconception reposant sur la norme ISO 14062, avec pour objectif la diminution de l’impact environnemental sur la base de l’analyse de son cycle de vie (ACV).
Citons pour exemple le système hybride de Ciat avec un objectif, en fin de vie de la machine, de recyclage de 92 % des matériaux la constituant.
Les solutions hybrides aussi bien pour la rénovation que le neuf
Neuf ou rénovation, les marchés sont réellement ouverts, surtout compte tenu de la fin des tarifs règlementés du gaz et de l’électricité.
L’avenir des solutions hybrides passe aussi par un travail approfondi de la fusion des deux technologies (PAC électrique et brûleur gaz naturel), notamment au niveau du basculement d’une technologie à l’autre. Ce travail est largement entamé par les fabricants, et les solutions se déclinent pour tous les marchés depuis le chauffage individuel, collectif, aux systèmes multi-usages tertiaire.
La régulation du système est donc clé pour optimiser, d’une part, le rendement sur énergie primaire, et, d’autre part, minimiser le prix d’achat des énergies. Ainsi les solutions hybrides garantissent davantage l’utilisation de l’énergie de chauffage la plus performante en maîtrisant les consommations et par conséquent également la facture énergétique.
L’enjeu de 2015 est de pouvoir modifier simplement les réglages en fonction de l’évolution des prix des énergies.
Exemple de solution hybride pour l’ECS en rénovation, Opac, 36 Le Blanc
- Maître d’ouvrage : Opac 36
- Résidence Les Menigouttes avec 20 logements à desservir
- Raisons du choix d’Hydramax par le MO : diminuer la facture énergétique avec un objectif de baisse de XX %
- Solution retenue : production d’ECS thermodynamique collective avec appoint hydraulique assuré par un accumulateur gaz condensation
- Matériels Atlantic Guillot installés : 1 x Hydramax 11B25 (11 kW) + 1 x Corhydro 1500L + 1 x Sanigaz Condens 370-50 (50 kW)
Coût d’investissement approximatif : 30 000 €.
