Les systèmes hybrides ou biénergie ont le vent en poupe. La sobriété des consommations qu’ils permettent repose sur l’utilisation de l’énergie de chauffage la plus performante thermiquement ou économiquement. Ces solutions hybrides, notamment pour le chauffage et l’ECS, s’adaptent aussi bien au tertiaire, au travers de solutions multi-usages, qu’aux logements collectifs.
Hybride ou biénergie quelles différences ?
« Une solution hybride est une solution permettant de garder le meilleur des deux énergies qui sont combinées grâce au savoir-faire du fabricant. Elle répond à une qualification produit qui intègre des logiques de régulations et des algorithmes permettant de faire fonctionner le système de manière optimale. Le fonctionnement biénergie est quant à lui libre de choix de l’énergie, selon la volonté de l’utilisateur ou de l’installateur dans son dimensionnement et suivant ses besoins », introduit Nicolas Fernandez, responsable marchés Bailleurs sociaux et tertiaire de BDR Thermea France.
« À ce jour, la gamme hybride BDR Thermea reste pour du domestique et du petit tertiaire et petit collectif, à terme, nous aurons également une gamme plus étendue permettant d’optimiser les solutions et de garder le meilleur de chaque énergie en fonction des lois d’eau, des conditions climatiques ou du prix des énergies », poursuit l’expert. Prochainement, le lancement de la PAC HPI S permettant de produire de l’ECS collective avec appoint chaudière sous la marque De Dietrich en est une illustration, avec une régulation embarquée hybride qui optimise le fonctionnement de l’installation avec appoint fossile.
Une logique similaire est également en place au niveau des gammes Viessmann, qui propose des solutions de chauffage et/ou ECS mixant gaz et H2, mais aussi gaz et solaire avec, là encore, des nouveautés attendues pour le second semestre 2021.
D’autres solutions biénergies peuvent, dans certains contextes, se révéler des alternatives, à l’image des PAC (pompes à chaleur) aérothermiques à absorption gaz, avec des performances satisfaisantes de l’ordre de 125 % à 150 % à T°= 7°. Avec, pour les systèmes réversibles, un rendement froid souvent plus limité.
Panasonic propose depuis bientôt 3 ans un système dit hybride, prenant le meilleur des deux énergies et combinant dans le même produit une PAC à moteur gaz et un DRV électrique. Le constructeur annonce une consommation électrique de seulement 10 % par rapport à un DRV électrique classique en mode économie (DRV seul, DRV + PAC gaz, PAC gaz seul). La gestion intelligente optimise également les durées de vie de chacun des composants du système.
Solutions hybrides PAC et solaire, l’ECS renouvelable pour le tertiaire et le collectif
« Pour les besoins en ECS, on peut couvrir plus de 90 %, voire jusqu’à 98 % des besoins annuels avec des capteurs solaires souples couplés à des PAC. L’appoint est cependant nécessaire quelques heures par an, car il y a des limites de fonctionnement notamment liées à la météo, en dessous de -5° par exemple, où la viscosité du glycol limite le rendement, ou encore en cas de neige sur les capteurs », explique Xavier Martinez, directeur général d’Heliopac.
En biénergie pour le neuf, un simple thermoplongeur électrique peut ainsi suffire ; en rénovation, si l’énergie gaz ou réseau de chaleur est présente ou accessible, la complémentarité entre le solaire thermique et une énergie classique est simple à mettre en œuvre avec une régulation ad hoc.
« Il est aussi nécessaire de bien dimensionner et bien concevoir le système solaire en haute température », poursuit l’expert. Le principe de stratification est important et basé d’une part, sur un ballon de préchauffage alimenté par l’ECS et qui permet de réchauffer quasi en continu l’eau froide à des températures voisines de 25 à 30°, cet élément alimente d’autre part un ensemble hydraulique de stratification qui permet ensuite à l’appoint PAC de travailler avec le meilleur COP. L’appoint électrique ou d’autres énergies s’additionnent ensuite au niveau du ou des ballons de distribution, mais est limité ainsi au maximum.
À Nantes, pour les 39 logements de la résidence « La Marseillaise », la production d’ECS répond aux besoins d’ECS, mais produit aussi de l’électricité avec 40 modules hybrides PVT Solerdual, une pompe à chaleur Solerpac de 8 kW et 2 000 litres de stockage.
« Avec la solution à base de panneaux solaires hybrides, la production d’électricité est autoconsommée à hauteur de 38 % et couvre ainsi une partie de la consommation des communs et de la PAC », précise Xavier Martinez. Pour ce bâtiment, la solution hybride couvre 93 % des besoins.
La RT pousse à décarboner davantage et à limiter les besoins de chauffage au maximum
Pour Xavier Martinez, en neuf, et qui plus est avec la nouvelle réglementation, le besoin en chauffage devient très faible, par rapport au besoin ECS qui, lui, devient de plus en plus prépondérant et quasi constant sur l’année, et le double service dans ce contexte n’est plus pertinent pour les solutions de chauffage.
Beaucoup de solutions sont possibles, par exemple avec des PAC air/eau à puissance constante et sans appoint jusqu’à -20°, mais aussi avec des solutions de production d’ECS par PAC eau/eau permettant de valoriser au mieux les apports d’une source de chaleur basse température. Ce système est ainsi bâti sur une PAC couplée à une source géothermique (nappe, forage géothermal ou pieux) ou tout autre réseau de chaleur tempéré ayant une température inférieure à 50 °C.
Fonds chaleur, et si on (re)faisait une place au solaire thermique ?
Et ce, bien entendu, couplé à une PAC. C’est tout l’objet des dernières communications de l’Ademe sur ce sujet, qui a annoncé tout récemment qu’en 2021, les technologies de pompe à chaleur solaire sont également éligibles à une aide à l’investissement pour la production d’eau chaude sanitaire uniquement, et les systèmes solaires combinés (SSC) pour la production d’eau chaude et de chauffage.
Jean-François Moreau
Le soleil brille pour l’ECS de la résidence Greuze, à Nanterre
« Le système solaire Heliopacsystem a été mis en œuvre dans le cadre d’une opération de rénovation réalisée par SEEM Energie et est en service depuis novembre 2019 pour le compte de l’office municipal de HLM de Nanterre », introduit Xavier Martinez d’Heliopac. L’installation de PAC solaire a été dimensionnée en préchauffage ECS avec appoint par la chaudière gaz existante, avec l’objectif de couvrir la production d’ECS des 127 logements avec au moins 30 % d’énergies renouvelables.
Les relevés de la première année de fonctionnement, de janvier 2020 à janvier 2021, font apparaître un taux de couverture du besoin ECS (besoin utile et pertes de distribution) de 46 %.
« La particularité de cet échangeur thermique est de récupérer la chaleur du rayonnement du soleil et de l’atmosphère par tout temps (nuit, temps pluvieux, brouillard…). Avec un objectif final, étouffer l’appoint au maximum, et dans cet exemple, la couverture solaire et PAC représente plus de 63 % de la couverture des besoins », souligne l’expert d’Heliopac.
L’impact environnemental par rapport à une installation gaz classique fournissant chauffage et ECS est, quant à lui, réduit d’un facteur 2.
Châteauneuf, la preuve par l’exemple : l’hybridation des énergies renouvelables
La Commune de Châteauneuf (42) s’est lancée depuis 2016 dans un projet d’ampleur sur un site de 24 hectares mixant notamment espace d’accueil pour entreprises, centre équestre, restaurant, salles et bâtiments pour les associations et activités sportives, logements.
L’objectif majeur de ce pilote industriel est d’assurer rien moins que l’autonomie énergétique des activités qui y sont présentes en associant des sources de production d’énergie renouvelable en milieu urbain, micro-éolien et PV, système de stockage, mais aussi générateur et stockage d’hydrogène 100 % vert, puis déstockage pour recharge de véhicules, pile à combustible à usage domestique ou encore chaudière fonctionnant à l’hydrogène pur.
Le projet ILOT@GE (Initiative locale pour la transition @nerGEtique) est soutenu par l’Ademe et la région Auvergne-Rhône-Alpes et a d’ailleurs obtenu récemment une reconnaissance lors des Trophées de l’innovation territoriale.
« Côté chauffage, l’hydrogène est en œuvre pour fournir une partie des besoins de chauffage du site. Ce type de projet n’est pas une première pour BDR Thermea, l’un des partenaires de ce projet, puisque la chaudière à l’H2 a déjà été mise en service sur plusieurs projets aux Pays-Bas », explique Nicolas Fernandez, de BDR Thermea.
Pour répondre à l’ensemble des besoins de chauffage du site dans la configuration actuelle, une chaudière domestique de 22 kW fonctionnant à l’H2 est associée à une chaudière de 90 kW brûlant un mélange hydrogène-gaz de ville à 10 %. Une installation tout autant modulaire qu’instrumentée à chaque niveau et qui permettra aussi de qualifier les performances de chaque maillon de la chaîne.
