Solutions hybrides ou multi-énergies, l’inexorable montée en puissance

Chaudière hybride monobloc PAC + gaz Vitocaldens. (c) Viessmann

La complémentarité des énergies dans le bâtiment est aujourd’hui plus que jamais un outil d’amélioration de l’efficacité énergétique. Pour demain, elle revêt un caractère indispensable. Avec quels principes de fonctionnement, quelles solutions et déclinaisons et pour quels contextes possibles ?

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Un principe de fonctionnement simple
Un système hybride ou multi-énergie est une solution qui couple et utilise a minima deux énergies, le plus souvent une énergie classique et une énergie renouvelable, pour fournir de l’énergie thermique, mais aussi, selon les contextes, couvrir des besoins de froid.
Le terme hybride est décliné dans la vie courante de bien des façons, avec des significations diverses et dans des domaines très variés, on parle notamment de voiture hybride. Dans le cas d’un système de chauffage hybride, il s’agit d’un système qui, grâce à sa régulation, va choisir de « prendre la meilleure énergie au meilleur moment », pour générer de la chaleur, souligne Christophe Thebault, directeur marketing – Atlantic PAC & Chaudières.

Ajoutons que pour les fabricants qui ont en catalogue des produits qualifiés d’« hybrides », le générateur hybride est monobloc (si l’on excepte l’unité extérieure dans le cas d’une PAC air) et qu’il remplace deux générateurs. Cependant, on peut aussi considérer qu’une solution hybride est simplement un ensemble de systèmes que l’on combine, et qui, au final, utilisent au moins deux énergies différentes, avec un choix d’énergie minimisant les coûts, ou bien l’énergie primaire utile pour répondre aux besoins. À ce titre, la combinaison gaz + solaire ou encore gaz + PAC + solaire constitue également une solution hybride. On ne parle pas de relève de chaudière ou de « base + appoint », mais bien d’un système multi-énergie qui optimise, en fonction des besoins, soit sur la base de l’énergie la moins chère, soit sur la base de la minimisation de l’énergie primaire.

« Une PAC fonctionne de façon optimale quand la température est douce, et l’appoint en énergie thermique classique se fait progressivement en fonction des conditions de rigueur climatique », explique Ludovic Thiébaux, responsable du pôle Marketing produits de GRDF. Ainsi, pour un système hybride PAC + gaz, le gaz naturel apporte le confort de chauffage nécessaire lorsque, par basse température extérieure, la pompe à chaleur (PAC) électrique ne délivre plus assez de puissance ou a une efficacité inférieure à la chaudière à condensation.

« Il est donc ainsi possible d’optimiser le rendement du système hybride avec la régulation intelligente qui lui est associée et qui permet d’opter en régulation mode “écologique” où l’on va minimiser l’énergie primaire/l’impact carbone, ou bien en mode “économique” où le système choisit alors l’énergie la moins chère », détaille Emmanuel Bertocchi, responsable PAC et ballons thermodynamiques pour Viessmann.

Les gammes des fabricants ont été développées pour la plupart depuis le début des années 2010 et adressent le marché du neuf et de la rénovation pour les besoins d’eau chaude et d’ECS et principalement pour le logement individuel ou le petit collectif et des surfaces allant jusqu’à 200 m2.

Des gammes qui évoluent et se renforcent, Chaffoteaux annonce ainsi pour le courant de l’année le lancement d’une nouvelle gamme de PAC et système hybride avec un coefficient de performance (COP) de 3,3 pour une température extérieure de -7° et une température de sortie de 35° et un COP de 5 à +7 °C. Daikin propose une hybride monobloc qui se couple également à des panneaux eux-mêmes hybrides produisant chaleur et électricité.

« Ensuite, il est possible d’hybrider une chaudière existante en lui ajoutant une PAC et le module de pilotage hydraulique ad hoc de régulation », ajoute l’expert de Viessmann. C’est aussi le cas pour Atlantic et Chaffoteaux, notamment.

Les systèmes hybrides ont également un vrai sens pour l’ECS en collectif et là encore, les solutions sont multiples : PAC et solaire bien entendu, mais aussi ballons thermodynamiques et gaz, encore que dans cette configuration, le gaz est en appoint et non en réelle optimisation par rapport à la consommation en énergie primaire.

« Dans un contexte de rénovation, et dans l’actualité du moment, dans les zones où le fuel n’a que peu d’alternatives, nous avons développé une nouvelle version de notre PAC hybride avec appoint fuel, en deux versions possibles de brûleur de 23 ou 29 kW, et de PAC de 6 à 16 kW », illustre encore Christophe Thebault d’Atlantic.

Tous les projets d’installations de forte puissance sont a minima hybrides/bi-énergie
« Les projets de réseaux de chaleur ou sur les gros tertiaires que nous réalisons actuellement sont tous au minimum bi-énergie, et pour la quasi-totalité des projets, les énergies renouvelables sont présentes et dépassent en couverture 50 à 60 % des besoins de chaleur », indique Olivier Manteau, porte-parole de la FEDENE.

Bien entendu, chaque projet doit être étudié spécifiquement, d’une part en termes de ressources locales disponibles, et d’autre part en termes de besoins à couvrir. Les solutions sont multiples et ce peut être par exemple l’association bois biomasse et gaz, les PAC sur sondes géothermiques, la PAC sur eaux grises si la configuration du quartier ou de l’îlot s’y prête.

Enfin, il est possible d’avoir deux EnR, le bois et le solaire par exemple, la biomasse étant en socle l’hiver et s’effaçant de juin à septembre au profit du solaire, et le gaz étant utilisé en ajustement pour les pointes.

Les rooftops, hybrides aussi
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 leurs performances.

Indépendamment des économies générées par rapport à une solution mono-énergie, les solutions hybrides en rooftop se révèlent fort bien adaptées pour éviter possiblement de surdimensionner, et donc de faire fonctionner les solutions PAC en charge partielle sur une bonne partie de l’année, prolongeant leur durée de vie en évitant les cycles courts.

On retrouve ainsi des solutions hybrides PAC et gaz chez Aircalo, CIAT, Carrier, ou encore ETT avec des gammes de puissance qui varient de 30 à 700 KW.

Un exemple de PAC hybride avec chaudière à condensation gaz. (c) ETT

La chaudière de demain ?
« La chaudière de demain sera peut-être basée sur une brique thermodynamique gaz associée à une fonction chaudière à condensation, car dimensionner une PAC pour couvrir tous les besoins n’est pas le meilleur choix technico-économique : cela conduit à augmenter les coûts d’investissement et à un taux de fonctionnement à charge partielle préjudiciable au rendement moyen annuel. Il existe aujourd’hui différentes technologies thermodynamiques gaz (notamment absorption, moteur, Boostheat) et des solutions produits plus ou moins matures ; les fabricants s’y intéressent sérieusement », conclut Ludovic Thiébaux. Et puis, il y a aussi les énergies gratuites, tel le solaire thermique, qui doivent tirer leur épingle du jeu. Ce qui est en tout cas certain, c’est que l’hybridation fait sens, que les solutions sont efficaces et au point, et ce, même si aujourd’hui le marché est encore restreint.

Solution hybride pour le chauffage et l’ECS Hydramax PAC et gaz. (c) Atlantic

 

Jean-François Moreau

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