Intérêt quantifié par simulation du cumul de solutions renouvelables sur l'ECS

L’étude montre qu’il existe de vraies interactions entre les systèmes et que la combinaison n’est pas toujours pertinente.

On retiendra que :

1. Les conclusions sont semblables pour la maison individuelle et les logements collectifs. Pour autant, il est important de remarquer qu’en logements collectifs, les pertes de bouclage peuvent être responsables de près d’1/3 des consommations énergétiques pour l’ECS. Ces pertes de bouclage ne sont pas prises en charge par les solutions renouvelables étudiées ici.
2. La combinaison qui semble la moins pertinente est : le solaire thermique associé à la récupération de chaleur sur eaux grises pour préchauffer l’eau entrant dans le ballon solaire, car il y a une compétition très nette sur le préchauffage de l’eau.
3. Pour associer efficacement le solaire thermique et le récupérateur de chaleur sur les eaux grises, il est préférable de réduire la surface de capteurs solaires (1.8 m² pour la maison individuelle).
4. Pour les combinaisons avec le ballon thermodynamique, l’énergie renouvelable est à la base peu valorisée car il faut la diviser par le COP du ballon. En outre :

• Le solaire thermique peut tout à fait s’harmoniser avec le ballon thermodynamique mais avec un facteur correctif (environ 92%) car le solaire thermique produit plus en été, et le ballon thermodynamique a un COP dégradé en hiver.
• A l’inverse, le récupérateur de chaleur sur eaux grises s’harmonise bien avec le ballon thermodynamique car il produit davantage en hiver.

La présente étude mérite d’être approfondie sur un certain nombre de points :

1. La modélisation du ballon thermodynamique a été simplifiée (production horaire simultanée avec les puisages…), et il serait utile d’affiner le modèle. Pareillement pour le solaire thermique (surchauffes).
2. Si la présente étude a permis de mettre en évidence des degrés de compatibilité « technique » et des combinaisons astucieuses (par exemple la complémentarité été / hiver du solaire thermique et du récupérateur de chaleur), il est nécessaire de mener une étude économique, qui permettra probablement de trancher sur l’intérêt global de la combinaison de certaines solutions. De plus, il est important de rappeler que ce type d’analyse économique mérite d’être revisitée et actualisée car :

• le coût de l’énergie va croître de façon importante, notamment le coût de l’électricité, et que ce coût n’est d’ailleurs pas le même selon les pays.
• on peut imaginer que le prix de vente de certaines solutions plutôt récentes (notamment le récupérateur d’énergie) pourrait baisser si le produit se démocratise.

1.1 | Résultats et conclusions pour une maison individuelle

Le tableau ci-dessous récapitule les différents facteurs correctifs obtenus :

Tableau 1 : Facteurs correctifs sur le gain de la solution complémentaires des combinaisons étudiées

S / CS : l’eau qui rentre dans la chaudière est préchauffée par le solaire. La condensation, et le rendement de la chaudière s’en trouvent dégradés. L’impact est néanmoins marginal car plus l’eau froide est préchauffée, plus le rendement de la chaudière est dégradé, mais  en contrepartie moins il y a d'énergie à apporter par la chaudière. Solaire et Chaudière gaz se combinent donc très bien.

R / CR : le récupérateur sur eaux grises limite les puisages d’ECS, aucun impact sur le rendement de production. Récupérateur sur eaux grises pour préchauffer l’eau froide de la douche et Chaudière gaz se combinent donc très bien.

Rbis / CRbis : le récupérateur préchauffe l’eau pénétrant dans la chaudière, mais pas assez pour que la condensation soit dégradée. Aucun impact donc sur le rendement de production. Récupérateur sur eaux grises pour préchauffer l’eau froide d’alimentation de l’ECS et Chaudière gaz se combinent donc très bien.

R / CSR, S / CSR : la simulation montre que le fait d’ajouter un récupérateur de chaleur sur eaux grises pour préchauffer l’eau froide de la douche sur une installation gaz-solaire génère une certaine redondance dans les apports de chacun des systèmes. Le facteur correctif du point de vue de R est moins élevé que du point de vue de S car R produit moins que S. Ce facteur reste néanmoins modéré et ne semble pas faire basculer la pertinence économique de combiner ces solutions. Ceci s’explique qualitativement :

• En hiver, là où le récupérateur sur eaux grises apporte le plus, le solaire produit très peu.
• En été, le solaire suffisait à produire la quasi-intégralité des besoins, le récupérateur n'apporte donc pas grand-chose de plus (il produit de toute façon moins en été).

Le graphique ci-dessous représente l’évolution de la consommation moyenne de gaz sur l’année pour différentes combinaisons. En hiver, le cumul des systèmes est toujours intéressant. Mais en été, l’apport d’un récupérateur à une installation chaudière gaz à condensation et installation solaire est très faible.

Graphique 1 : Evolution de la consommation en gaz sur l'année pour plusieurs combinaison de système (Maison individuelle)

Rbis / CSRbis, S / CSRbis : le fait de mettre en œuvre un récupérateur de chaleur sur eaux grises pour préchauffer l’eau froide rentrant dans le ballon solaire thermique ne semble pas judicieux, car plus de la moitié de cette énergie de préchauffage est inutile.

S / BS : les facteurs correctifs à appliquer sur le gain du solaire (ou plutôt sur le gain du solaire divisé par le COP du ballon) sont de l'ordre de 93%. Ceci traduit :

• Que lorsque l'eau est préchauffée le COP du ballon thermodynamique se trouve dégradé. 
• Que lorsque le solaire produit le plus, le ballon thermodynamique a le meilleur COP donc l'énergie solaire est moins bien valorisée. Ceci s'observe sur le graphe ci-dessous, où l'on voit en bleu la production solaire divisée par le COP annualisé, et en rouge la production solaire divisée par le COP mensuel. La courbe rouge est plus basse que la bleue à la belle saison.

Par ailleurs, on observe sur le graphe suivant :

• Que le ballon thermodynamique consomme plus en hiver qu'en été (il y a plus de puisages en hiver et en outre le COP est moins performant).
• Que le solaire réduit la consommation en mi-saison et en été alors qu'elle est déjà basse, et n'a que peu d'impact sur la consommation en hiver.
• Que la consommation estivale de la combinaison BS n'est pas nulle : ceci tient au fait que dans la modélisation les pertes de stockage ne sont pas compensées par le solaire (ce qui n'est pas complètement vrai, mais traduit le fait que s'il n'y a pas de puisages la nuit, le ballon thermodynamique se mettra en marche même si le ballon solaire était à plus de 50°C).

Si le facteur correctif semble raisonnable et semble plaider en faveur d'une combinaison d'une production solaire et thermodynamique, dans le cadre d'une étude technico-économique, il faudra bien considérer un coût de l'énergie valorisée égal au coût de l'électricité divisé par le COP annualisé du ballon. Par ailleurs, pour atteindre un objectif énergétique ambitieux, il n'est pas certain que le cumul de ces solutions soit le plus pertinent, car les consommations hivernales restent élevées.

R / BR, Rbis / BRbis : le cumul d'un ballon thermodynamique et d'un récupérateur de chaleur sur les eaux grises semble moins défavorisé que le cas précédent, avec toujours la nuance sur le coût de l’énergie valorisée à prendre en compte dans le cadre d’une étude technico-économique.

Comme illustré sur le graphe ci-dessous, le récupérateur vers la douche permet de lisser les la demande que le ballon thermodynamique doit prendre en charge, car il permet une plus grande récupération en hiver. Sur la courbe, la réduction des consommations par le récupérateur de chaleur sur les eaux grises connecté sur l'eau froide de la douche n'est pas très important, toutefois rien n'empêche une récupération pour l'eau froide de la douche ET le ballon dans la mesure où le facteur correctif de chacune des solutions est très proche de 100%.

1.2 | Résultats et conclusions pour un bâtiment de logements collectif

Les facteurs correctifs sont présentés dans le tableau ci-dessous :

On obtient des résultats semblables au cas de la maison individuelle.

Lorsque la solution renouvelable permet d’éviter des puisages, le rendement moyen de la chaudière gaz se trouve dégradé à la fois pour les mêmes raisons qu’en individuel, mais aussi parce que la part de bouclage (donc sans condensation) prend une place plus importante, d’où les facteurs correctifs légèrement plus bas qu’en individuel pour R / CR et Rbis / CRbis.

Pour les combinaisons avec du solaire, la différence tient aussi au dimensionnement du solaire qui est plus optimisé que le cas étudié dans l’individuel.

Les consommations mensuelles de gaz représentées dans le graphique ci-dessous montrent également la similitude par rapport au cas de la maison individuelle.

Graphique 2 : Evolution de la consommation en gaz sur l'année pour plusieurs combinaison de système (Bâtiment de logements collectif)

1.3 | Conclusion générale

L’étude montre qu’il existe de vraies interactions entre les systèmes et que la combinaison n’est pas toujours pertinente.

On retiendra que :

1. Les conclusions sont semblables pour la maison individuelle et les logements collectifs. Pour autant, il est important de remarquer qu’en logements collectifs, les pertes de bouclage peuvent être responsables de près d’1/3 des consommations énergétiques pour l’ECS. Ces pertes de bouclage ne sont pas prises en charge par les solutions renouvelables étudiées ici.
2. La combinaison qui semble la moins pertinente est : le solaire thermique associé à la récupération de chaleur sur eaux grises pour préchauffer l’eau entrant dans le ballon solaire, car il y a une compétition très nette sur le préchauffage de l’eau.
3. Pour associer efficacement le solaire thermique et le récupérateur de chaleur sur les eaux grises, il est préférable de réduire la surface de capteurs solaires (1.8 m² pour la maison individuelle).
4. Pour les combinaisons avec le ballon thermodynamique, l’énergie renouvelable est à la base peu valorisée car il faut la diviser par le COP du ballon. En outre :

• Le solaire thermique peut tout à fait s’harmoniser avec le ballon thermodynamique mais avec un facteur correctif (environ 92%) car le solaire thermique produit plus en été, et le ballon thermodynamique a un COP dégradé en hiver.
• A l’inverse, le récupérateur de chaleur sur eaux grises s’harmonise bien avec le ballon thermodynamique car il produit davantage en hiver.

La présente étude mérite d’être approfondie sur un certain nombre de points :

1. La modélisation du ballon thermodynamique a été simplifiée (production horaire simultanée avec les puisages…), et il serait utile d’affiner le modèle. Pareillement pour le solaire thermique (surchauffes).
2. Si la présente étude a permis de mettre en évidence des degrés de compatibilité « technique » et des combinaisons astucieuses (par exemple la complémentarité été / hiver du solaire thermique et du récupérateur de chaleur), il est nécessaire de mener une étude économique, qui permettra probablement de trancher sur l’intérêt global de la combinaison de certaines solutions. De plus, il est important de rappeler que ce type d’analyse économique mérite d’être revisitée et actualisée car : 

• le coût de l’énergie va croître de façon importante, notamment le coût de l’électricité, et que ce coût n’est d’ailleurs pas le même selon les pays.
• on peut imaginer que le prix de vente de certaines solutions plutôt récentes (notamment le récupérateur d’énergie) pourrait baisser si le produit se démocratise.