electricite et chaleur

8/4/2019 electricite et chaleur

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Office fdral des questions conjoncturelles

1995 724.357 f

Electricitet chaleur

Donnes fondamentales

Ravel dans le domaine de la chaleur

Cahier 1


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Utili ser llectricit, nergie noble, pour le chauffage,

est-ce encore pensable aujourdhui ? Certainement pas,

si lon se rfre aux chauffages rsistance lectriques

actuels, qui provoquent un norme gaspillage dner-

gie. Toutefois, limportance de llectricit en matire

de production de chaleur ne fait que crotre. En effet,

de nouvelles technologies plus performantes pour pro-

duire de la chaleur font appel llectricit, qui sert par

exemple dnergie dappoint dans des installations de

rcupration de chaleur et dutilisation de rejets ther-

miques. Lnergie lectrique peut servir galement

lentranement des pompes chaleur. Rien objecter

sur ce point, car par rapport aux techniques de chauf-

fage conventionnelles, la chaleur obtenue par ces nou-

velles technologies est un multiple de lnergie inves-

tie. La tendance une prise de conscience des

problmes nergtiques favorise un attrait certain pour

les nouvelles technologies. Un regain d intrt est

notamment sensible dans le secteur des pompes

chaleur, de la rcupration de chaleur et de lutil isationdes rejets thermiques, sans oublier le couplage cha-

leur-force combin des pom pes chaleur, qui offre

une alternative intressante sur le plan conom ique et

cologique. Planifi cateurs et planificatrices se retrou-

vent face un dfi : contrairement aux installations

conventionnelles, les nouvelles technologies impli-

quent des exigences fortement accrues de la part des

quipes de planification. Des erreurs insignifiantes

peuvent avoir une influence dcisive sur le rendement

nergtique, et, par l, sur les aspects conomiques et

cologiques dune exploitation. De telles erreurs ne

peuvent tre vites que grce des comptences pro-

fessionnelles toujours plus pousses. Appartenant aux

cinq brochures de la srie RAVEL dans le dom aine de

la chaleur , le prsent cahier N1 expose les principes

de base spcifiques de ces comptences profession-

nelles. Cette publi cation prsente une vue densemble

des nouvelles techniques appliques aux diffrents

systmes: Pompes chaleur , Rcupration de

chaleur et utilisation des rejets thermiques, ainsi que

Couplages chaleur-force . Elle constitue pour les pla-

nificateurs(trices) une mine de renseignements utiles

et met en exergue les relations entre les trois technolo-

gies prcites. Quels avantages offrent ces nouvelles

techniques pour une utilisation rationnelle de

lnergie? Comment fonctionnent-elles? Quels types

de fabrication sont actuellement disposition sur le

march? O trouver dventuels champs dapplica-

tion ? Lauteur rpond ces questions et en dduit des

bases de planifi cation. La prsente brochure prsente

des directives concernant llaboration dun projet,

explique comment les planificateurs(trices) peuvent

assurer une conception hydraulique optimale et par l

garantir sa parfaite intgration dans un systme glo-

bal. Un chapitre entier dudit cahier est consacr aux

thmes Technique de raccordement , Assurance

qualit dans le droulement de la planification et

Rentabilit. Par la richesse de son contenu et ses

nombreux tuyaux pratiques, cette brochure consti-tue une source de rfrences convenant mme des

planifi cateurs(trices) avertis(es), sur laquelle peuvent

venir se greffer les comptences professionnelles nces-

saires une ralisation russie dinstallations de pom-

pes chaleur, de couplages chaleur-force, de rcup-

ration de chaleur et dutili sation des rejets thermiques.

La srie de publ ications RAVEL dans le dom aine de la

chaleur :

Cahier 1 : Electricit et chaleur Donnes fondamen-

tales et complmentaires

Cahier 2 : Rcupration de chaleur et utilisation des

rejets thermiques

Cahier 3 : Pompes chaleur

Cahier 4 : Couplage chaleur-force

Cahier 5 : Schmas standards

ISBN 3-905233-93-2

Edit ion orig inale : ISBN 3-905233-15-01995

Nde commande: 724.357 f

Electricit et chaleur


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Programme d'impulsions RAVEL


Electricitet chaleur

Donnes fondamentales

et complmentaires

RAVEL dans le domaine de la chaleur

Cahier 1


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RAV EL dans le domaine de la chaleur

en 5 cahiers

Rdacteur principal : Hans Rudol f Gabathuler

Dans un proche avenir, les techniques damlioration

des systmes lis lnergie vont gagner beaucoup

dimportance. Sur ce thme, la littrature disposition

est encore peu abondante. Cest pourquoi trois cours

RAVEL Rcupration de chaleur et ut ilisation des rejets

therm iques , Pompes chaleur et Couplage cha-

leur-force vont perm ettre aux planificateurs(trices)actuels de se perfectionner dans ce domaine promet-

teur. La srie de publ ications dite cet effet, RAVEL

dans le domaine de la chaleur se compose de cinq

cahiers. Ces cahiers peuvent tre obtenus lOffice cen-

tral fdral des imprim s et du matriel, 3000 Berne.

Cahier 1: Electricit et chaleur donnes fondamen-

tales et complmentaires

(Nde comm ande : 724.357 f)

Cahier 2: Rcupration de chaleur et utilisation des

rejets thermiques


Cahier 3: Pompes chaleur(Nde comm ande : 724.356 f)

Cahier 4: Couplage chaleur-force


Cahier 5: Schmas standards


Points im portants

Indications concernant la srie


(voir ci-dessus)

Bibliographie complmentaire

Renseignements sur le logiciel

Exemples de calculs

Dnomination, formules et abrviations

la page 59

INDEX Index la page 61

Aut eurs, rdaction et ralisation

Hans Rudol f Gabathuler, Gabathuler AG,

Kirchgasse 23, 8253 Diessenhofen

Traduction

Planair, Crt 108A, 2314 La Sagne

Graphisme

Monika Ehrat, 8240 Thayngen

M ise en page et photocomposition

Dac, 1006 Lausanne

City Comp SA, 1110 Morges

Organisations de soutien

ASMFA Association suisse des matres ferblantiers et

appareilleurs

CCF Association suisse pour le couplage chaleur-

forceINFEL Centre dinformation pour les applications de

llectricit

SBHI Ingnieurs-conseils suisses de la technique du

btiment et de l nergie

ISBN 3-905233-93-2

Editi on originale : ISBN 3-905233-15-0

Copyright 1995 Office fdral des questions conjoncturelles,

3003 Berne, avril 1995. Reproduction dextraits autorise avec

indication de la source. Diffusion : Coordination romande du pro-

gramme daction Construction et Energie, EPFL-LESO, Case

postale 12, 1015 Lausanne (Numro de com mande 724.357 f).

Form 724.357 f 8.95 300 U27612


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Avant-propos

Avant-propos

Dune dure totale de 6 ans (1990-95), le programme

daction Construction et Energie se compose des trois

programmes dimpulsions suivants :

PI-BAT Entretien et rnovation des constructions

RAVEL Utilisation rationnelle de llectricit

PACER Energies renouvelables

Ces trois programmes dimpulsions sont raliss en

troite collaboration avec lconomie prive, les coles

et la Confdration. Leur but est de favoriser une crois-

sance conomique qualitative. Dans ce sens ils doivent

conduire une plus faible utilisation des matires pre-

mires et de lnergie, avec pour corollaire un plus large

recours au savoir-faire et la m atire grise.

Le programme RAVEL cherche principalement amlio-

rer la comptence des professionnels utiliser lnergie

lectrique bon escient. Outre les aspects de la scurit

et de la production, qui taient prioritaires jusquici, il est

aujourdhui indispensable de sintresser davantage aux

rendements. RAVEL a tabli une matrice de consomma-

tion qui dfin it dans leurs grandes lignes les thmes trai-

ter. Les procds util iss dans lindustr ie, le commerce et

le secteur tertiai re sont considrer paralllement aux ut i-lisations de llectricit dans les btiments. Dans ce

contexte, les groupes-cibles concerns sont les spcia-

listes de tous les niveaux de formation et les dcideurs

qui doivent grer les investissements en matire dqui-

pements et de procds.

Cours, manifestations, publications, vidos, etc.

Les objectifs de RAVEL sont poursuiv is par des projets de

recherche et de dif fusion des connaissances de base, par

des cycles de form ation et de perfectionnement, ainsi que

par li nformation. Le transfert des nouvelles connaissan-

ces est orient vers une mise en pratique dans le travailquotidien. Il repose principalement sur des publications,

des cours et des runions. Une journe dinformation

annuelle RAVEL permet de prsenter et de discuter des

nouveaux rsultats, dveloppements et tendances de

cette discipline fascinante quest lutilisation rationnelle

de llectricit. Les personnes intresses trouveront

dans le bulletin Construction et Energie de plus amples

informations sur le vaste ventail des possibilits en

matire de formation continue offertes aux groupes-

cibles. Ce bulletin parat trois fois l an et peut tre ob tenu

gratuitement en sadressant la Coordination rom ande

du programm e daction Construction et Energie, EPFL-LESO, Case postale 12, 1015 Lausanne. En outre, chaque

participant un cours, ou autre manifestation du pro-

gramme, reoit une publication spcialement labore

cet effet. Toutes ces publ ications peuvent galement tre

obtenues en sadressant directement la Coordination

romande du programme daction Construction et Ener-

gie, EPFL-LESO, Case postale 12, 1015 Lausanne.

Comptences

Afin de matriser cet ambitieux programme de forma-

tion, il a t fait appel des spcialistes des divers

domaines concerns; ceux-ci appartiennent au secteur

priv, aux coles, ou aux associations professionnelles.

Ces spcialistes sont pauls par une commission qui

comprend galement des reprsentants des associa-

tions, des coles et des branches professionnelles

concernes.

Ce sont les associations professionnelles qui prennent

en charge lorganisation des cours et des autres activi-

ts proposes. Pour la prparation de ces activi ts, une

direction de projet a t mise en place; elle se compose

du Dr Roland Walthert, de M. Werner Bhi, du Dr Eric

Bush, de MM . Jean-Marc Chuard, Hans-Rudolf Gabathu-

ler, Ruedi Messmer, Jrg Nipkow, Ruedi Spalinger, duDr Daniel Spreng, de M. Felix Walter, du Dr Charles

Weinmann, de MM . Georg Zblin et Eric Mosimann de

lOFQC. Une trs large part des activ its est confi e des

groupes de travail qui sont responsables du contenu, de

mme que du m aintien des cots et des dlais.

Documentation

Aprs avoir t soumise une large consultation pour

tre teste et discute, la prsente publ ication a t soi-

gneusement remanie. Toutefois les auteurs ont eu

toute libert danalyser, selon leurs critres propres, dif-

frents points de vue sur des questions particulires etassument la responsabili t des textes. On pourra rem-

dier certaines lacunes pouvant se prsenter dans la

pratique en procdant dventuelles adaptations. Les

propositions seront pr ises en compte par lOffi ce fd-

ral des questions conjoncturelles et par le rdacteur (cf.

page 2). Nous remercions vivement tous les collabora-

teurs qui ont offert leur prcieux concours llabora-

tion de la prsente brochure.


Service de la technologieDr B. Hotz-Hart

Vice-directeur


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Table des matires

Table des matires

1. RAVEL dans le domaine de la chaleur ______________________________________________________________7

1.1 Llectr ici t, une forme dnerg ie noble ________________________________________________________________7

1.2 Engager les form es dnerg ie selon leur valeur ! ________________________________________________________8

1.3 Installations de couplage chaleur-force compactes et amplifi cateurs lectrotherm iques ____________________8

1.4 Publications du domaine Chaleur __________________________________________________________________10

2. Transformat ion de lnergie ______________________________________________________________________11

2.1 Cycles therm odynamiques __________________________________________________________________________11

Cycle de Carnot __________________________________________________________________________________11

Cycle de la pom pe chaleur, respect ivement de la machine fr igor ifi que ______________________________11

2.2 Valeur de di ffrentes form es dnerg ie ________________________________________________________________132.3 Calcul exact de la valeur du point de vue physique ____________________________________________________14

Exergie, anergie __________________________________________________________________________________14

Rendement exergtique __________________________________________________________________________15

2.4 Rgles gnrales sous form e de facteurs dvaluation __________________________________________________15

Problmes relati fs l uti lisation pratique de la notion dexergie ______________________________________15

Etat de la technique ______________________________________________________________________________16

Facteurs dvaluation ____________________________________________________________________________16

2.5 Am pl ifi cation lectrotherm ique ______________________________________________________________________17

3. Techniques nergt iques efficientes______________________________________________________________19

3.1 Rcupration de chaleur et uti lisation des rejets therm iques ____________________________________________19

Fonct ionnement __________________________________________________________________________________19Com posants et dom aines dapp li cat ion ____________________________________________________________19

Caractri sti ques techniques im portantes __________________________________________________________21

3.2 Pompes chaleur __________________________________________________________________________________21

Fonct ionnement __________________________________________________________________________________21

Com posants et dom aines dapp li cat ion ____________________________________________________________22


3.3 Couplages chaleur -force ____________________________________________________________________________24

Fonct ionnement __________________________________________________________________________________24

Types de construct ion et domaines dapp lication __________________________________________________25


3.4 Rpercussions sur la consomm ation nergtique et la production de dioxyde de carbone ________________27

Stratgies________________________________________________________________________________________27

Mesures de prom ot ion et de sou tien ______________________________________________________________29

4 . Bases de planifi cat ion ____________________________________________________________________________31

4.1 Principes hydraul iques de base ______________________________________________________________________31

Quel rle joue lhydraulique dans les conom ies dlectricit? ______________________________________31

Trois formules importantes ______________________________________________________________________31

Les quatre raccordem ents hydraul iques de base ____________________________________________________31

Vannes de rglage________________________________________________________________________________31

Autorit de la vanne ______________________________________________________________________________32

Courbe caractristique de la vanne ________________________________________________________________34

Courbe caractristique de la pom pe________________________________________________________________34

Courbe caractristique du rseau __________________________________________________________________35

Autorit de lutilisateur____________________________________________________________________________35Objecti f : une installat ion stable et silencieuse ! ____________________________________________________36


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Table des matires

4.2 Pompes de circulat ion ______________________________________________________________________________37

Consommation de courant lectrique ______________________________________________________________37

Pompes de circu lat ion cou rbes caractri sti ques inclines __________________________________________39

Pompes de circulation courbes caractri sti ques plates ____________________________________________39

Pompes de circulation vi tesse rglable avec courbes caractristiques plates ajustables ______________40

Pompes de circulation vi tesse rglable avec courbes caractristiques ngatives ____________________40

Appareils de rg lage du nombre de tours __________________________________________________________40

Rgulation de la di ffrence de pression dans les installations avec vannes therm ostatiques ____________41

Rgulation de la di ffrence de pression dans les conduites d istance ________________________________42

Fonctionnem ent de la pompe par db it nu l ________________________________________________________42

4.3 Mesurage de l nergie ______________________________________________________________________________43Elect rici t ________________________________________________________________________________________43

Gaz naturel ______________________________________________________________________________________44

Huile de chauffage________________________________________________________________________________44

Chaleur et froid __________________________________________________________________________________45

Sort ies im pulsionnelles __________________________________________________________________________46

5 . Technique de raccordem ent ______________________________________________________________________47

5.1 Prob lm es de raccordements ________________________________________________________________________47

5.2 Schmas standards RAVEL __________________________________________________________________________48

5.3 Production de chaleur, accumulateur et distr ibu teur dcentraliss ______________________________________48

5.4 Equil ib rage hydraulique______________________________________________________________________________49

Un quil ibrage hydraul ique est-il vraim ent ncessaire ? ____________________________________________49Equil ibrage par colonne __________________________________________________________________________50

Equil ibrage ct ut il isateur ________________________________________________________________________50

5.5 Directives de dimensionnement ______________________________________________________________________51

6. Assurance qualit dans le droulement de la planification ______________________________________53

6.1 Assurance quali t __________________________________________________________________________________53

6.2 Rglementation SIA 108 concernant l es honoraires ____________________________________________________55

6.3 Le m atre de l ouvrage doi t dcider ________________________________________________________________56

7. Rentabilit ________________________________________________________________________________________57

7.1 Prob lm es de com prhension ________________________________________________________________________57

7.2 Rendement conomique acceptab le __________________________________________________________________57

7.3 Procdure __________________________________________________________________________________________58

Dnom inat ions, sym boles, abrviat ions ________________________________________________________________59

Index ____________________________________________________________________________________________________61

Publicat ions du programme dim pulsions RAVEL ______________________________________________________63


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1. RAVEL dans le domaine de la chaleur


1.1 Llectr icit, une formednergie noble

En Suisse, 39% (398,6 PJ) de lnergie primaire glo-

bale (1019,4 PJ) sont ut iliss pour la production de cou-

rant (figure 1, en haut). De ce pourcentage, 43% seule-

ment peuvent tre transforms en lectricit (figure 1,

au mi lieu et en bas). Pour des raisons physiques et tech-

niques, les agents nergtiques primaires ne permet-

tent pas un meilleur rendement. Llectricit est doncune forme dnergie qui ncessite beaucoup dnergie

primaire et que lon ne devrait engager que l o sa

haute valeur est absolument indispensable.

Outre les considrations nergtiques (units: kWh, MJ,

PJ), des critres de puissance (units kW, GW) doi-

vent galement tre pris en compte. Le courant lec-

trique doit tre produi t pour tre util is car son stockage

nest que di fficilement envisageable. Les diffrences sai-

sonnires (en hiver, le besoin de puissance est plus

lev quen t) et les diffrences journalires ( cer-

taines heures de pointe, le besoin de puissance est sen-

siblement plus lev quen temps norm al) jouent ici un

rle particulier.

Les chauffages par rsistance lectrique exploitent

trs mal la haute valeur de llectricit; une pompe

chaleur lectrique, par exemple, utilise le courant trois

fois mieux. Cest pourquoi larrt sur lnergie prvoit

que toute nouvelle installation fixe de chauffage lec-

trique sera soum ise la clause du besoin nergtique. Il

ressort de la figure 1 que les besoins pour le chauffage

de locaux (pompes chaleur comprises) couverts par

llectricit reprsentent aujourdhu i 7,4% (12,1 PJ) de la

consomm ation fi nale de courant (163,8 PJ).

Une part peu prs gale de courant lectrique est uti-

lise pour le chauffage de leau (12,0 PJ). Toutefois,les critres de jugement seront ici plus favorables que

pour les chauffages lectriques, tant donn que par

rapport au systme conventionnel du chauffage de leau

centralis (par exemple chaudire combine), quelques

avantages doivent tre retenus : pas de pertes de circu-

lation, pas de pertes dues au rendement de la chaudire

en t, dcompte individuel.

En ce qui concerne la production de chaleur, la chaleur

industrielle reprsente le plus important besoin de cou-

rant lectrique avec 31% (50,0 PJ) de la consommation

finale de courant lectrique (163,8 PJ). Dans le cas pr-

sent, comm e les niveaux de tempratures se situent beau-coup plus haut que pour les chauffages par rsistance

lectrique, la perte de valeur est proportionnellement

7

Figure 1: Bilan nergtique de la Suisse pour lanne 1989 (base:statistique globale suisse de lnergie; 1 PJ = 278 000000 kWh).La partie autres de 620,8 PJ non engage dans la productionde courant se dcompose ainsi: 521,7 PJ pour les combustibles,66,4 PJ pour le gaz et 32,7 PJ pour les combustibles solides.

Consommation brute1019,4 PJ

Rpartition selon agents nergtiques

Autres620,8 PJ

Prod.dlectricit398,6 PJ

combustibles solides 17,2 PJmazout 4,7 PJ

gaz 4,5 PJ

centrale hydraulique 137,2 PJ

centrale nuclaire 235,0 PJ

Consommation brute,production dlectricit398,6 PJ

Rpartition selon utilisateur

Pertes214,9 PJ

chauffage distance 10,8 PJ

solde export 9,1 PJ

mnages 46,4 PJ

services 53,7 PJ

industries 54,7 PJ

transports 9,0 PJ

Consommation brute,production dlectricit398,6 PJ

Pertes

214,9 PJ

chauffage distance 10,8 PJ

solde export 9,1 PJ

Consom-mation finale163,8 PJ

Rpartition selon utilisateur

eau chaude 12,0 PJ

chimie 5,5 PJ

clairage (yc. informatique)19,2 PJ

Consom-mation finale163,8 PJ

chauffage (yc. entranement PAC) 12,1 PJ

chaleur industrielle 50,0 PJ

force 65 PJ


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moins importante. En outre, on applique dans ce domaine

des mthodes de production beaucoup plus puissantes

(arcs lectriques, haute frquence, infrarouge, induction).

1.2 Engager les formesdnergie selon leur valeur !

Llectricit, nergie de haute valeur, se voit mise tou-

jours plus contr ibut ion, et le besoin de nouvelles appli -

cations va sans cesse croissant. Les techno log ies rcen-tes, moins avides en nergie, ont galement besoin de

courant, quil sagisse par exemple de lentranement

des pompes chaleur ou de lnergie dappo int dans les

installations de rcupration de chaleur et dutilisation

des rejets thermiques. Cette dmarche ne peut tre cri-

tique, ds linstant o elle permet une conomie sub-

stantielle dautres formes dnergie. En fin de compte,

ce qui est dterminant, ce nest pas seulement la

consomm ation de courant, mais bien la consomm ation

globale dnergie.

Cest pourquoi lobjectif atteindre est la diminu-

tion de la consommation globale dnergie. Cela

signifie tout dabord quil y a lieu de baisser la consom-

mation inutile dnergie et de rduire les pertes. Un pro-

grs dcisif ne peut tre ralis que si des formes ner-

gtiques de haute valeur, telles que l lectricit, le gaz et

les produits ptroliers, sont engags lavenir confor-

mment leur valeur respective.

1.3 Installations de couplagechaleur-force compacteset amplificateurslectrothermiques

En Suisse, la part dnergie primaire fossile (produits

ptroliers, gaz, charbon) engage dans la production

dlectricit est trs faible, tandis quelle est trs forte

dans les autres applications (figure 2, en haut). De plus,

au niveau de la production dlectricit, la chaleur rsi-

duelle nest utilise que dans une faible mesure, alors

que dun autre ct, une norme quanti t dagents ner-

gtiques fossiles doit tre brle, afin de pouvoir fournir

la chaleur ncessaire (figure 2, en bas).

On pourrait amliorer considrablement le bilan ner-

gtique global, si davantage de rejets thermiques pro-venant des centrales thermiques pouvaient tre utiliss

dans des rseaux de chauffage distance. Malheu-

8

Energie primaire engage

dans la production de chaleur (398,6 PJ)

Energie primaire engagepour les autres utilisations

(620,8 PJ)

Combustible fossile

pour CCFCfossile 3%

fossile 96%

non fossile 97%

non fossile 4%

Chaleur provenant de CCFC

Chaleur provenant de PAC

Courant produit par CCFC

sans surcharge pour lenvironnement et sans

consommation supplmentaire de courant

Chaleur

distance

3%

Rejets 54%

Pour la

production de chaleur63%

Electricit 43% Pour la production de force

37%

Figure 2 : Les diagrammes circulaires de gauche mon trent quelnergie prim aire actuellement engage est presque unique-ment dorigine non fossile et que les invitables rejets ther-miques dgags ne sont utiliss que dans une trs faible pro-portion. Les diagrammes circulaires de droite refltent lesautres utilisations de lnergie primaire. Contrairement au ct

gauche, cette nergie est presque essentiellement doriginefossile. Elle est utilise 63% pour l a production de chaleur. Sidavantage de carburant fossile pouvait tre transfr du ctdroit au ct gauche dans des installations de couplage cha-leur-force compactes et qu en compensation, leurs rejets ther-miques ainsi que la chaleur issue des pompes chaleurvenaient alimenter le ct droit, une importante quantit decourant pourrait tre produite sans surcharge pour lenviron-nement et sans consommation supplmentaire dnergie!Remarque: les diagrammes circulaires reprsentant la situa-tion actuelle et les flches signifient uniquement un changepossible ; la figure 3 propose un aperu chiffr.


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Cahi er 1


1.4 Publications du domaine Chaleur

Dans un proche avenir, les techniques damlioration

des systmes lis lnergie vont gagner beaucoup

dimportance. Sur ce thme, la littrature disposition

est encore peu abondante. Cest pourquoi trois cours

RAVEL Rcupration de chaleur et ut ilisation des rejets

therm ique , Pompes chaleur et Couplage chaleur-

force vont permettre aux planificateurs(trices) actuels

de se perfectionner dans ce domaine prometteur. La

srie de publi cations dite cet effet, RAVEL dans le

domaine de la chaleur se compose de 5 cahiers.

Le prsent cahier N1 Electricit et chaleur dfinit

un ensemble de donnes fondamentales et dcrit les

relations entre les trois domaines concerns.

Le cahier N2 Rcupration de chaleur et utilisation

des rejets thermiques, le cahier N3 Pompes cha-

leur et le cahier N4 Couplage chaleur-force trai-

tent de la planification, de la construction et du fonc-

tionnement de telles installations, du point de vue de

la pratique.

Le cahier N5 Schmas standards donne un aperudes solutions prouves sur le plan pratique concer-

nant les trois domaines en question.

Alors que la srie des 5 cahiers sadresse exclusivement

aux planificateurs(trices), la brochure dinformation

Electricit et chaleur (figure 4 en bas) intresse

non seulement les spcialistes, mais tous les respon-

sables potentiels de telles installations. Elle fournit un

bon aperu sur lensemble des domaines.

10

Figure 4 : Publications du secteur Chaleur . Elles sont dispo-nibles auprs de lOffice central fdral des imprims et dumatriel (OCFIM). Les numros de com mande des 5 brochurescomposant l a srie se trouvent la page 2 de chaque cahier.Le num ro de comm ande de la brochure dinformation Elec-tricit et chaleur est le 724.354 f.

R c u p r at ion d e c h ale u ret ut ilisat ion

des rejets thermiques

Cahi er 2

P o m pe s c ha l e ur

Cahi er 3

Couplagechaleur-force

Cahi er 4

Schmas s tandards

Cahier 5

Electricit

et chaleur

Brochure dinformation


pour les personnes intresses

par la technique, galement

pour le profane

Srie


pour p lanificatrices et pl anificateurs


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2. Transformation de lnergie


2.1 Cycles thermodynamiques

Cycle de Carnot

Les procds, dans lesquels la phase dorigine est

nouveau atteinte, aprs plusieurs changement de phase

successifs, sont appels cycles thermodynamiques.

Toutes les machines chaleur-force fourn issant un travail

priodique suivent de tels procds. On a alors une

transformation de chaleur en travail mcanique. Les

pom pes chaleur, respectivement les machines frigori-fiques excutent le procd en sens contraire : par

lengagement dun travail m canique, on produit de la

chaleur, respectivement du froid.

Le physicien Nicolas L. Sadi Carnot (1796-1832) a dfini

les caractristiques dun cycle en loccurrence le cycle

de Carnot permettant dobtenir un rendement maxi-

mal. Le rendement m aximal possible (machine chaleur-

force), respectivement le coefficient de performance le

plus lev (pompe chaleur, machine frigorifique) du

cycle de Carnot sont expli qus lencadr 5.

Cycle de la pompe chaleur,respectivement de la machine frigorifique

A laide dun changeur de chaleur, une transmission de

chaleur peut tre effectue dun milieu chaud un

milieu froid. Cette opration est facilement comprhen-

sible. En revanche, le phnomne inverse, cest--dire

une transmission de chaleur dun milieu froid un

mili eu chaud, moyennant adjonction dun travail m ca-

nique, est beaucoup plus difficile assimiler. Ce pro-

cd, en tant que cycle, vaut aussi bien pour les pom pes

chaleur que pour les machines frigorifiques. Dans le

cas de la pompe chaleur, la production de chaleur

figure au premier plan, tandis que pour la m achine fri-gorifique, le but recherch est la production de froid.

Pour mieux comprendre ces phnomnes, le plus

simple est de consulter le diagramme pression-

enthalpie de la figure 6 (en haut), qui illustre parfaite-

ment la situation. Dans ce graphique, la pression est

reprsente logarithmiquement et la quantit de cha-

leur contenue dans le fluide frigorigne est dfinie par

lenthalpie. Etant donn que seules les diffrences

enthalpiques nous intressent, le point zro sur lchelle

peut tre dfini selon convenance.

Comme fluide f rigorigne, on utili se des matire vola-

tiles, dont la temprature dvaporation (point dbulli-tion) par pression normale est relativement basse. Le

fluide frigorigne R22, par exemple, bout 41C.

11

Encadr 5

Cycle de Carnot

Dans le cycle de Carnot, le rendement thermique maximal

dune m achine chaleur-force est dfini par les deux temp-

ratures-limites entre lesquelles se droule le cycle:

T1 T2C = T1

C = rendement de Carnot []T1 = temprature maximale [K]

T2 = temprature minim ale [K]

Dans le droulement inverse du cycle de la pompe chaleur,

respectivement des machines de refroi dissement, l e rende-

ment de Carnot est atteint par la valeur inverse de la for-

mule ci-dessus. Dans ce cas, il faut en outre considrer que

le froid est une nergie utilisable:

T1C, PAC = T1 T2

T2C, MF = T2 T1

C, PAC = coefficient de performance de Carnot pour lapompe chaleur []

C, MF = coeff ic ient de performance de Carnot de lamachine de refroid issement []

T1 = Temprature de condensation [K]

T2 = Temprature dvaporation [K]


13/64


12

Lvaporation se droule le long de la ligne A-B, par

pression constante du fluide frigorigne. Ensuite, par

refroidissement du mil ieu caloporteur dans lvapora-

teur on obt ient de la chaleur latente dans le fluide frigo-

rigne; cest pourquoi la temprature dvaporation du

fluide frigorigne est constante.

Puis, par le b iais de la compression, la vapeur du fl uide

frigorigne est surchauffe le long de la ligne B-C et

pompe un niveau de temprature suprieur.

Lnergie ncessaire cette opration sera fournie au

compresseur sous la forme dun travail mcanique (parexemple laide dun moteur lectrique).

Au cours de ltape suivante, qui est la condensation,

la chaleur latente de la vapeur surchauffe du fl uide fri -

gorigne est transmise, le long de la ligne C-D, au calo-

porteur du condensateur. Il en rsulte tout dabord une

vapeur sature et ensuite le fluide frigorigne est conti-

nuellement liqufi temprature constante.

Au point D, le fluide frigorigne se retrouve certes

ltat liquide, mais la pression et la temprature sont

encore trop leves. Pour retrouver le point de dpart du

cycle, une dtente (expansion) du fluide frigorigne

doit avoir lieu sur la ligne D-A.Le cycle reprsent dans la partie suprieure de la figure

6 est idalis. Pour des raisons dordre technique, on

tend vers une surchauffe au point B et un sous-refroi-

dissement au point D. En out re, on relve des pertes de

pression, de chaleur et par frottement m canique. Cest

pourquoi le droulement rel (figure 6 en bas) diverge

du droulement idalis.

Etant donn que lon utilise la puissance thermique du

condensateur pour la pompe chaleur et la puissance

de refroidissement de lvaporateur pour la machine fri-

gorifique, on obtient videmment diffrentes dfinitions

du coefficient de performance (figure 6).

Figur e 6: Cycle reprsent dans le diagramm e pression -enthalpie. Comme enthalpie, on prend ici la quantit de cha-leur contenue dans le fluide frigo rigne. Selon lemplacementdu point dans le diagramme, le fluide sera sous forme de

liquide, de vapeur humide ou de vapeur. Le diagramme duhaut reproduit le cycle idalis et le diagramm e du bas repro-duit le cycle rel.

Pression (logarithmique)

Zoneliquide

Condensation

Expansion

Compressio

n

Evaporation

D C

A B

Zone de vapeur humide Zone de vapeur

Enthalpie

Pression (logarithmique)

Enthalpie

D C

A B

QMF/mFF

QPAC/mFF

..

. .

Indice de performance de la pompe:

QPACPAC = P

Indice de performance de la machine de refroidissement :

QMFMF = P

Dnominations et units:

P = puissance dentranement du compresseur [W]

QPAC = puissance thermique du condenseur [W](puissance utile de l a pom pe chaleur)

QMF = puissance frigorifique de lvaporateur [W](puissance utile de la machine de refroidissement)

mFF = dbit massique du fluide frigorigne [kg /s]

.

.

.

.

.


14/64


2.2 Valeur de dif frentesformes dnergie

Le premier principe de la therm odynamique (enca-

dr 7) est souvent dcrit comme tant la loi de la

conservation de la chaleur , car il affirm e ni plus ni

moins que la somm e de toutes les formes dnergie doit

tre constante. Ainsi lnergie ne peut tre ni produite,

ni dtru ite. Ne sont possibles, selon ce principe, que desprocds de transformations dune forme dnergie

une autre (le terme technique usuel production d ner-

gie devrait alors tre remplac par transformation

dnergie), pour que cette notion soit physiquement

respecte. Ces affirmations sont relativement faciles

comprendre.

En revanche, le deuxime principe de la therm ody-

namique (encadr 8) est plus diffi cilement assimi lable.

La fin du texte stipule que diffrentes formes dnergie

ne peuvent pas tre transform es entre elles volont.

En pratique, cela explique par exemple, que pour une

turbine vapeur, le tiers environ de lnergie engage

peut tre transform en travail mcanique de haute

valeur, alors que les deux tiers environ sont des rejets

thermiques de moindre valeur, rejets dans latmo-

sphre par les tours de refroidissement (except si une

installation dutilisation des rejets thermiques se soit

rvle rentable).

Dans le cas contraire et des fins de chauffage, on peut,

au moyen dune pompe chaleur lectrique, amener

de la chaleur environnante un niveau de temprature

suffisamm ent lev, soit 40 50 K. Pour cette opration,

on uti lisera un tiers dlectricit (nergie noble) pour pro-

duire, avec deux tiers dune chaleur environnante de

moindre valeur mais sans frais , trois tiers dune cha-leur de chauffage de qualit moyenne.

La possibilit de transformer une form e dnergie dter-

mine reprsente certainement un critre de qualit t rs

important. Cest pourquoi dune faon trs gnrale, on

peut parler de valeurs diffrentes, en comparant

diverses formes dnergie les unes aux autres: llectri-

cit possde par exemple un critre de qualit nettement

meilleur que la chaleur de chauffage.

Aujourdhui, la comparaison de diffrentes formes

dnergie ne se rfre en gnral quaux kilow attheures

consomms : 1 kilowattheure dlectricit sera par

exemple compar 1 kilow attheure de chaleur de chauf-fage. Cette analyse est la fois trop simple et insuffi-

sante. Une meilleure apprciation, tenant notamment

13

Encadr 7

Encadr 8

Premier principe de la thermodynamique

Lexprience montre quil nest pas possible de construire

une machine qui dlivre davantage dnergie quelle nen

reoit : impossibilit du m ouvement perptuel de premier

ordre. Le premier principe de la thermodynamique peut

tre formul ainsi :

La somme de la chaleur extrieure introdui te dans un sys-

tme et du t ravail mcanique externe introduit dans ce sys-

tme est gale laugmentation de lnergie interne.

Deuxime principe de la thermodynamique

Outre limpossibilit dun mouvement perptuel de premier

ordre, l impossibi l i t dun mouvement perptuel de

deuxime ordre peut tre formule :

Il nexiste aucune machine capable de produire un travail

mcanique continu, en tant relie un seul accumulateur

de chaleur.

Ou formul diffremment : Il est impossible de transform er

intgralement de la chaleur en tr avail mcanique, alors que

linverse est toujours possible.

Tout comme le mouvement perptuel du premier ordre, il

sagit, pour le mouvement perptuel du deuxime ordre,

dune exprience confirm e. Elle rsulte par exemple de la

rgularit du principe des cycles. Ainsi, le deuxime prin-

cipe de la thermodynamique peut tre formul aussi bien

par rappor t la m achine de couplage chaleur-force que par

rapport la pompe chaleur, respectivement la machine

de refroidissement :

Machine chaleur-force: la chaleur ne peut tre transform e

en travail mcanique que lo rsquune partie de la chaleur est

transmise simultanment dun milieu chaud un milieu

froid.

Pompe chaleur respectivement machine de refroidisse-

ment : la chaleur ne peut tre transmise dun m ilieu froid

un m ilieu chaud quavec un apport de travail mcanique.


15/64


14

compte de la valeur nergtique, doit tre applique. A

cet effet, il existe deux possibilits :

par des calculs prcis de physique (cf. au chapitre 2.3);

par ltablissement de rgles gnrales sous forme de

facteurs dvaluation correspondant la situation actu-

elle des techniques de transform ation (cf. chapitre 2.4).

2.3 Calcul exact de la valeurdu point de vue physique

Exergie, anergie

Comment dcrire la valeur dune forme dnergie dfi-

nie ? Une solut ion nous est offerte (cf. encadr 9) grce

aux notions physiques dexergie et danergie

dtermines avec exactitude comme suit :

lexergie est la partie de lnergie qui peut tre trans-

forme en travail mcanique ;

lanergie est la partie de lnergie qui ne peut pas tre

transforme en travail mcanique.

Les nergies lies la mcanique, llectricit et la chimie (par exemple mazout, gaz naturel) prsen-

tent pratiquement une exergie pure. Elles peuvent tre

transformes volont en dautres formes dnergie.

Lnergie thermique contient dautant plus dexergie

que la diffrence de temprature est grande entre le

fluide caloporteur et lenvironnement.

La chaleur environnante ne contient en gnral que

de lanergie.

Une pompe chaleur permet dinjecter de lexergie

dans la chaleur environnante (= anergie) laide dune

nergie noble (par exemple llectricit) et obtenir, par

ce mlange, un niveau de temprature plus lev.

A laide des formules de lencadr 9, on peut par

exemple calculer que, par 0C de temprature envi-

ronnante (273 K),15% dexergie seulement sont nces-

saires pour produire de leau chauffe 50C (323 K):

QE= (1 273 K/323 K) Q = 0,15 Q

Llectricit (100%d exergie) est ainsi 6,5 fois pl us

prcieuse quune chaleur de chauffage 50C (15%

dexergie).

. . .

Encadr 9

Exergie et Anergie

Pour le cycle de Carnot (cf. encadr 5), on sait que le rende-

ment m aximal est dfini par les deux tempratures-limites,

dans lesquelles se droule le cycle:

T1 T2 QC = = T1 QE

Ce rapport dcrit parfaitement la partie de courant calori-

fique qui peut tre entirement transforme en nergie

mcanique et qui est appele courant exergtique:

QE = (1 T2/T1) Q

La partie qui ne peut pas tre transforme en nergie mca-

nique est appele courant anergtique:

QA = T2/T1 Q

Le courant thermique reprsente donc la somm e du cou-

rant exergtique et du courant anergtique:

Q = QE + QA

Dnominations et units:

C = rendement de Carnot []

Q = courant thermique [W]QE = courant exergtique [W]

QA = courant anergtique [W]

T1 = temprature maximale [K]

T2 = temprature minim ale = temprature environnante [K]

.

.

..

. .

. . .

.

.

.


16/64


15

Rendement exergtique

Lexemple de calcul peut tre galement interprt dif-

fremm ent : une pompe chaleur idale pourrait pro-

duire de lnergie thermique 50C, partir d une cha-

leur envi ronnante de 0C, avec un indice de puissance

de 6,5. Il sagit bel et bien de lindice de puissance de

Carnot, selon encadr 5 :

323C, PAC = = 6,5323 273

Les expriences pratiques montrent cependant quunepompe chaleur soumise une telle lvation de tem-

prature (de lordre de 50 K) pourrait probablement

atteindre un coefficient de performance de 3,0 ; le coef-

ficient de performance dun chauffage par rsistance

lectrique ne se monterait qu 0,9.

Pour tre mme de dfinir les caractristiques dune

transformation dnergie, il faut introduire la notion de

rendement exergtique (cf. encadr 10).

Dans lexemple qui nous occupe, le rendement

exergtique de la pompe chaleur se monterait :

PAC = 3,0 /6,5 = 0,46

et pour le chauffage par rsistance lectrique (accumu-

lateur central avec 50C de temprature de dpart), le

rendement exergtique serait de:

chauffage lectrique = 0,9/ 6,5 = 0,14.

2.4 Rgles gnrales sous formede facteurs dvaluation

Problmes relatifs lutilisation pratiquede la notion dexergie

Les considrations entourant la notion dexergie sont

certes trs intressantes, malheureusement elles repr-

sentent parfois des obstacles dans lexercice de la pra-

tique:

pour l es spcialistes en technique du btiment, les

notions dexergie et danergie sont pratiquement

inconnues;

les rendements exergtiques ralisables en pratique

sont trs varis et divergent fortement des notions

thoriques;

en pratique, la notion exergtique ne tient pas comptede certains aspects aussi importants que les emplace-

ments et les horaires.

Rendement exergtique

La qualit dune transformation nergtique dpend de la

quantit maxim ale dnergie qui peut tre rellement trans-

forme. Elle sera dfinie par le rendement exergtique

(souvent appel aussi degr de qualit) :

=

C

= rendement exergtique = rendement

C = rendement de Carnot

= C

= rendement exergtique = coefficient de performanceC = coefficient de performance de Carnot

Encadr 10


17/64


Par consquent, la question est de savoir sil nest pas

plus judicieux pour les praticiens et les praticiennes

dtablir de simples rgles gnrales sur les notions de

valeurs des formes nergtiques les plus importantes,

plutt que de sencombrer de fastidieuses formules.

Etat de la technique

Si lon considre aujourdhui les techniques de produc-

tion de chaleur disposition (figure 11), il ressort que la

qualit de la transform ation de lnergie est trs diverse.

Pour produire 100 units de chaleur, la consommation

dnergie primaire peut passer selon les techniques de

transform ation de 38 333 units.

La figure 11 propose galement les techniques les plus

performantes de transformation de chaleur actuelle-

ment disponibles et utilisables dans une trs large

mesure. Ce sont :

la pompe chaleur lectrique qui, par le biais de llec-

tricit, multiplie par t rois la chaleur de chauffage;

la pompe chaleur avec mo teur gaz qui, par le gaz,

multiplie par 1,5 la chaleur de chauffage;

linstallation de couplage chaleur-force compacte,

combine une pom pe chaleur lectrique, atteint lemme facteur damlioration de 1,5 (ici le couplage

mcanique de la pom pe chaleur avec moteur gaz

est remplac par le couplage lectrique) ;

il ressort des affirmations mises jusquici que llec-

tricit est environ 2 fois plus prcieuse quun com-

bustible fossile tel que le gaz ou les produi ts ptroliers

(rciproquement la mme valeur apparat dailleurs

aussi dans les installations chaleur-force comb ines).

Facteurs dvaluat ion

A laide de la figure 11, des facteurs dvaluation vi-

dents, dfinis au plus prs de la pratique et refltant lestechnologies et la rentabilit actuelles, peuvent par

consquent tre tablis:

La valeur de llectricit est environ t rois fois plus

importante que celle de la chaleur de chauffage.

La valeur du gaz ou du mazout est environ une fo is

et demie plus leve que la chaleur de chauffage.

La valeur de llectricit est environ deux fois plus

leve que celle du mazout ou du gaz.

16

Figures 11: Les diffrentes form es dnergie et leur valeur sonttrs diversement ut ilises par les techniques actuelles de pro-duction de chaleur.

or 3

38 Centralehydraulique

33

Energie primaire

Electricit

Chaleur

333

Centrale thermique

Pompe chaleurlectrique

100

52 Centrale chaleur-force combine

25

25Pompe chaleurlectrique 75 100

37

21Pompe chaleurlectrique

10063

Centralechaleur-forcecompacte

64

Facteur 1,5

Pompe chaleur gaz

100

66

100

Centralethermique

33

Facteur 2 Facteur 3

Pompe chaleurlectrique

100

111

Chaudire gaz

100

100Chauffagersistanceslectriques

111


18/64


2.5 Amplificationlectrothermique

Dans le secteur de la chaleur, la mme question revient

rgulirement : quelle quantit de chaleur puis-je pro-

duire avec une quantit dlectricit dtermine? Le fait

que dautres formes dnergie soient associes cette

question (chaleur environnante, rejets thermiques, etc.)

ne joue aucun r le, si ces dernires ne provoquent pas

de frais supplmentaires et sont obtenues en respectantlenvironnement. Cest pou rquoi il semble jud icieux de

dfinir une sorte de bote noire ayant une grandeur

dentre lectricit et une grandeur de sortie ner-

gie thermique, que lon pourrait tout simplement nom-

mer amplifi cateur lectrothermique (voir figure 12).

Cet ampl ificateur lectrothermique sera caractris par

lindice amplification lectrothermique AET et

dfini comm e suit :

chaleur produite par substitution de combustible fossileAET =

besoins lectriques supplmentaires dcoulant de cette substitution

De manire encore plus gnrale, on pourrait qualifierla pompe chaleur avec moteur lectrique dampli-

ficateur lectrothermique dfini par :

AETPAC = 3

( laide du courant lectrique, on produit 3 fois plus de

chaleur de chauffage).

Finalement il nest pas ncessaire que le produit final

soit absolument de la chaleur le critre dterminant

tant lconomie dnergie fossile pour que le com-

bustible supplmentaire utilis pour la production

dlectricit puisse tre compens. Et si lon va plus loin

dans cette conception, de nom breux autres amplifica-teurs lectrothermiques existent avec des facteurs

damplification lectrothermique encore plus perfor-

mants que les pom pes chaleur.

Avec llectricit comm e nergie dappoint injecte

dans la rcupration de chaleur ou lutilisation des

rejets thermiques, on obtient sans problme des fac-

teurs damplifi cation lectrothermiques allant de 7 25.

Des installations modernes de renouvellement dair

obtiennent des facteurs damplification lectrother-

miques de lordre de 5 10.

Des vhicules lectriques lgers utilisent pour la mme

distance 5 10 fois moins dnergie quune voiture nor -male. Lconomie dnergie fossile ainsi ralise cor-

respond un facteur damplification lectrothermique

17

Figure 12: Amplificateur lectrothermique.

* une partie de cette chaleur reprsente une part dconomiednergie fossile

ElectricitAmplificateur

lectrothermiqueChaleur*


19/64


de 5 10 (la comparaison avec un vhicule lger

moteur combustion donne toutefois des valeurs plus

basses).

Les meilleurs amplificateurs lectrothermiques sont

les installations solaires. Une installation de collec-

teurs solaires pour le chauffage de leau avec circula-

teur a, par exemple, une amplification lectrothermi-

que denviron 100 et une installation de thermosiphon

obtient un mme facteur tendant vers linfini !

18


20/64

3. Techniques nergtiques efficientes


Une description dtaille de chacune des tech-

niques est dveloppe dans les cahiers 2 4 sp-

cifiques chaque thme. Ici, les techniques ne seront

dcrites que si les explications sont absolum ent nces-

saires la bonne comprhension du sujet.

3.1 Rcupration de chaleuret utilisation des rejetsthermiques

Fonctionnement

En considrant le flux thermique dans un systme

dfini, nous trouvons deux formes fondamentalement

diffrentes dutilisation des rejets thermiques. Ces der-

niers peuvent tre employs lin trieur du systme ou

en largissant les limites du systme. Dans le premier

cas, on parle de rcupration de chaleur (figure 13) et

dans le deuxime cas, dutilisation des rejets ther-

miques (figure 14).

Composants et domaines dapplication

Rcupration de chaleur et utilisation des rejets ther-

miques emploient les mmes composants. Si la temp-

rature de la source de chaleur est suprieure la

temprature duti lisation, on m ettra en action des chan-

geurs ou des systmes dchange de chaleur. Dans le cas

contraire, on aura recours aux pom pes chaleur.

Les changeurs de chaleur sont parcourus par des fluides

caloporteurs (gazeux ou liquides). Des processus phy-

siques de transmission de chaleur par conduction et par

convection interviennent. En cas de modification de

phase, de la chaleur latente, respectivement de la chaleur

sensible est libre. Lchange de chaleur peut se faire

directement (rcuprateur) ou par accumulation tempo-

raire dans un certain milieu (rgnrateur). La figure 15nous montre di ffrents exemples reprsentatifs dchan-

geurs de chaleur.

Lchangeur de chaleur plaques (rcuprateur )

est compos de surfaces de sparation perm ables la

chaleur, mais non la matire. La transmission de cha-

leur seffectue directement travers les surfaces de

sparation. Il existe plusieurs types dchangeurs:

plaques, double manteau, tubulaires, etc. Lchangeur

peut se prsenter comm e un composant spar ou faire

partie intgrante de linstallation.

Si le systme se compose dchangeurs de chaleur

relis par un circuit caloporteur ferm , pour l accumula-tion et le transfert de chaleur, on parle dchangeur de

chaleur fluide interm diaire (rgnrateur).

19

Figure 13: La rcupration de chaleur (abrviation RC) permet,dans un procd ou une installation quelconque, la rcupra-tion de lexcs de chaleur rutilisable et la rinjection de cettenergie dans le mme procd ou la mme installation sansdcalage de temps. Par cette mesure, on amliore le coeffi-cient defficacit de linstallation. Le systme of fre lavantagede voir la quantit dnergie rcupre crotre proportionnel-lement aux besoins thermiques.

Procd

Energieutile

Chaleurrcupre

RC

Chaleur nonrcuprable


21/64

3. Techniques nergtiques effi cientes

20

Si le circuit ferm intermdiaire est form dun accumu-

lateur rotatif, on a affaire un changeur de chaleur

rotatif (rgnrateur surfaces de contact). La charge

et la dcharge priodiques de la masse daccumulation

en chaleur et en vapeur seffectue sans mlange des

flu ides froids et chauds, sur les surfaces de contacts.

En ce qui concerne la pompe chaleur, lchange de

chaleur exige de lnergie supplmentaire pour llva-

tion de temprature (cf. chapitre 3.2). La qualit de la

source de chaleur dtermine le choix et les conditions de

fonctionnement de la pompe chaleur. Le cycle de la

pompe chaleur peut faire partie dune machine auto-

nome ou tre intgr dans un processus industriel.

Se rapportant RAVEL et son utilisation rationnelle de

llectricit, on distingue les quatre principaux domai-

nes dapplication suivants:

Production dlectricit par les rejets ther-

miques haute temprature : dans lindustrie, la

temprature des rejets thermiques est souvent si le-

ve, quil est possible de produire tout dabord du cou-

rant lectrique laide de turbines vapeur et ensuite

de raliser encore une utilisation des rejets ther-

miques un niveau de temprature plus bas.Util isat ion de rejets thermiques provenant

dinstallations lectriques : lentranement lec-

trique de grosses machines ou dappareils (centre de

calcul, transformateur) entrane souvent des rejets

thermiques importants dont lutilisation savre ren-

table. Ce nest malheureusement pas le cas pour la

mise en valeur de rejets thermiques issus de nom-

breux petits appareils, qui ncessiteraient dimpor-

tantes dpenses.

Substit ution de procds lectrothermiques par

lutilisation de rejets thermiques : les procds

util isant de basses tempratures (applications dom es-tiques, prchauffage, etc.) conviennent souvent la

mise en valeur des rejets thermiques. Le rchauffe-

ment de leau sanitaire par rejets thermiques est un

bon exemple de substitution de llectricit.

Utilisation rationnelle de llectricit comme

nergie dappoint dans les installations RC et

U RT : les composants supplmentaires indispen-

sables la transmission et au transport de chaleur

(pompes, ventilateurs etc.) utiliss dans les installa-

tions thermiques conduisent un besoin accru en

lectricit. Ladjonction dchangeurs de chaleur sup-

plm entaires augm ente les pertes de charges ; ilsensuit alors un accroissement de la consommation

lectrique des ventilateurs et des pompes. Afin

Figure 14: Lutilisation des rejets therm iques (abrviation URT)permet, dans un procd ou une installation, la rcuprationde lexcs de chaleur ruti lisable et linjection de cette nergiedans dautres procds ou installations en mme temps ouavec des dcalages horaires considrables. Sur une installa-tion isole, on nattend aucune amlioration du coefficientdefficacit. Par contre, sur plusieurs installations in terconnec-

tes, le rendement nergtique est meilleur. Dans lutili sationdes rejets thermiques, il faut sassurer que loffre et lademande de chaleur concident dans le temps ou alors que lachaleur puisse tre stocke dans un accumulateur de chaleur.Pendant toute la dure de la consommation de chaleur, lasource de chaleur doi t tre disponible, afin que les investisse-ments puissent tre amortis.

Procd 1

Energieutile1

Rejets thermiques

Energieutile2

Procd 2

URT

Rejets thermiquesnon rcuprables 1

Rejets thermiquesnon rcuprables 2


22/64


dobtenir la m eilleure amplifi cation lectrothermique

possible, les moteurs, pompes et ventilateurs devront

atteindre un rendement optimal.

Les quatre domaines dapplication dcrits ci-dessus ne

doivent toutefois pas tre pris dans un sens trop troit,

cest--dire pas seulement en regard d uti lisations pure-

ment lectriques: lconomie dnergie thermique

aussi particulirement lorsquelle est do rigine fossile

est fermement prconise par RAVEL.

Caractristiques techniques import antes

Dans les nouvelles installations techniques de ventila-

tion , la rcupration de chaleur fait parti e des technolo-

gies habituelles et, dans certains cantons, elle est mm e

soumise des prescriptions lgales. Dans ce contexte,

cest surtout le rendement dfini en fonction de

temprature (ou rendement de rcupration de cha-

leur) qui est important, car il donne le rapport entre

lnergie rcupre et lnergie maximale rcuprable.

Valeurs typiques relatives la figure 15:

changeur de chaleur plaques 0,40 0,60

changeur de chaleur fluideintermdiaire 0,40 0,70

changeur de chaleur rotatif 0,50 0,75

Une autre sujet in tresse spcialement RAVEL: lampli-

fication lectrothermique. Le besoin nergtique

supplmentaire ncessaire lentranement et la com-

pensation des pertes de charge se situent environ 4

15% de la chaleur rcupre. Cela correspond une

amplification lectrothermique de 7 25.

3.2 Pompes chaleur

Fonctionnement

Une transmission de chaleur faite uniquement avec un

changeur de chaleur nest possible que si la tempra-

ture de la source de chaleur est plus leve que celle

dlivrer. Mais lnergie dune source de chaleur plus

basse temprature peut tre utili se laide dune pompe

chaleur (abrviation : PAC) qui, en pompant, relve

le niveau de la temprature. Avec laide dune nergie

noble (par exemple llectricit), il est notamment pos-

sible dlever une chaleur dun niveau de tempraturebas un niveau plus lev (application du cycle thermo-

dynam ique de Carnot prsent au paragraphe 2.1).

21

Figure 15 : Modles dchangeurs:

a) Echangeur de chaleur plaques.

b) Echangeur de chaleur fluide intermdiaire.

c) Echangeur de chaleur rotatif.

d) Pompe chaleur.

a

c

d

b


23/64


22

Composants et domaines dapplication

La pompe chaleur compression, dont le fonction-

nement est dcrit l a figure 16, est actuellement le sys-

tme le plus rpandu pour lopration dcrite ci-dessus.

Lentranement des pompes chaleur com pression est

assur aujourdhui pr incipalement par des moteurs lec-

triques; pour des pompes chaleur de plus gros calibre,

on a recours aussi des moteurs Diesel ou gaz.

Lorsquon parle de compresseurs mcaniques, on pense

surtout des compresseurs piston ; pour des installa-

tions plus importantes, on aura recours des com-

presseurs vis ou des turbocompresseurs. Le com-

presseur Scroll (compresseur spirales) reprsente une

des principales nouveauts et permet lentranement par

moteur lectrique vitesse variable.

A ct des compresseurs mcaniques, il existe les com-

presseurs thermiques utiliss dans les pompes cha-

leur absorption. Ces dernires travaillent laide de

deux matires: le fluide frigorigne propre et le fluide

dabsorption (figure 17). Lnergie haute valeur est

amene par de la chaleur haute temprature (par exem-

ple rejets thermiques). Le fonctionnement de la pompe

chaleur absorption exige trs peu dnergie lectrique.

Les pompes chaleur utilisent principalement des

flu ides frigorignes de type R 22, ce qui lim ite la tem-

prature de dpart chauffage un maximum de 50C.

Seuls les systmes dapport t hermique basse t em-

prature remplissent cette condition durant toute la

priode de chauffage: ce sont principalement les chauf-

fages par le sol et par le plafond. De nouveaux radia-

teurs, utilisables basse temprature, sont aussi appa-

rus sur le march. Les radiateurs conventionnels ne

rempli ssent que trs rarement ces exigences (dancien-

nes installations fortement surdimensionnes fonction-

nent ent re 55 et 65C et dpassent malheureusement depeu la lim ite des 50C). Dans ce cas galement, un chauf -

fage avec pompe chaleur est possible pendant la plus

grande partie de lanne, pour autant que lon dispose,

pour le peu de jours ncessitant une temprature de

fonctionnement de plus de 50C, dun deuxime gn-

rateur de chaleur fonctionnant avec un autre agent ner-

gtique (fonctionnement bivalent).

Le fluide caloporteur, ct utilisateur, est en gnral

leau. Par contre, pour la source de chaleur, plusieurs flui -

des peuvent tre utiliss. Cest la raison pour laquelle il

existe diffrentes conceptions :

pompes chaleur eau / eau pour sources de chaleuren dessus de 0C (par exemple nappe phratique, eau

de surface, eau use);

Figure 16: Cycle thermodynamique dune pompe chaleur compression. Par l intermdiaire de lvaporateur (1), lasource de chaleur porte le fluide frigorigne bullition basse temprature. La vapeur ainsi obtenue est comprimedans le compresseur (2), ce qui a pour effet daugmenter for-

tement la tem prature du fl uide. La chaleur haute tempra-ture ainsi obtenue peut tre transmise au travers du conden-seur (3) leau de chauffage. Le fluide frigorigne reprendalors son tat liqu ide. Dans la vanne de dtente (4), ce fluideest ramen pression basse et le cycle peut recomm encer.

Chaleurde

chauffage

3

4 2

1

Chaleurde

lenvironnemen

t

Ele

ctricit

Compresseurmcanique


24/64


23

pompes chaleur saumure / eau pour sources de

chaleur parfois au-dessous de 0C (par exemple

sondes gothermiques, serpentins enterrs et combi-

naison ventuelle avec absorbeurs placs en toit ure) ;

la saumure est en gnral constitue dun mlange

glycol/eau;

pompes chaleur air / eau dont la source de chaleur

est lair extrieur ; comme les tempratures avoisinent

le zro dans lvaporateur, il se forme souvent du giv re

quil faut enlever priodiquement, ce qui entrane une

consommation supplmentaire dnergie.Les installations de pompes chaleur dont l a source de

chaleur offre une puissance plus ou mo ins constante, et

devant f ournir un apport dnergie thermique basse

temprature, ont la plupart du temps un mode de fonc-

tionnement de type monovalent, sans deuxime pro-

ducteur de chaleur. Lorsque la source de chaleur est for-

tement dpendante de la temprature extrieure (par

exemple air extrieur) et lorsque les systmes dapport

dnergie thermique accusent des tempratures de

dpart dpassant 50C, un systme bivalent avec un

deuxime gnrateur de chaleur savre ncessaire.

Les pom pes chaleur de chauffage peuvent aussi servirau chauffage de leau sanitaire. Pour le chauffage de

leau uniquem ent, il existe despompes chaleur / boi-

lers (plus correctement : pompes chaleur / chauffe-

eau). Celles-ci soutirent la chaleur dune pice non

chauffe et util isent ainsi deux trois fois moins de cou-

rant quun chauffe-eau lectrique convent ionnel. La cha-

leur tant intentionnellement soutire du local, il faudra

veiller ne pas la rintroduire malencontreusement par

le chauffage !

Caractristiques techniques import antes

La pom pe chaleur est lampli ficateur lectrothermique

par excellence. Le rapport entre llectricit engage etla quantit de chaleur utilisable dpend au minimum

des trois conditions suivantes :

limite de bilan ;

temps dobservation ;

cart de temprature entre la source de chaleur (tem-

prature lentre de lvaporateur) et le chauffage

(temprature la sortie du condenseur).

Le coefficient de performance (respectivement COP)

dfinit une valeur momentane base sur une courte

dure et soumise des conditions-limites dtermines,

associe la pompe chaleur. Il permet de comparer

entre eux les composants de la pompe chaleur, maisdvoile peu de choses sur linstallation de la pompe

chaleur elle-mme.

Chaleurde

chauffage

Compresseur thermique

Chaleurha

utetemprature

(parexemple

rejetsthermiques)

5

6

7

Chaleurde

lenvironnemen

t

4

21 3

Elect

ricit

Figure 17: Cycle thermodynamique dune pompe chaleur absorption. Dans labsorbeur (1), le fluide frigorigne estabsorb par le fluide dabsorption. L, la chaleur est ainsitransmise une 1re fois au chauffage. La pompe (2) injecte lemlange des solutions sous pression dans le concentrateur (3)

do, avec adjonction de chaleur, le fluide est nouveau va-cu. Le liquide dabsorption a rempl i son rle de compr esseurthermique et traverse de nouveau la vanne de dtente pourarriver dans labsorbeur (1). Le cycle du second fl uide se pour-suit presque de la mme faon que celui de la pompe cha-leur compression (figure 16): apport thermique au chauffagedans le condenseur (5), dilatation dans la vanne (6) et pr ise dechaleur de moind re valeur dans lvaporateur (7).


25/64


Lindice le plus important pour linstallation dune

pompe chaleur est le coefficient de performance

annuel. Il dfinit le rapport entre la chaleur extraite et

lnergie introduite. La dure dobservation est dune

anne et la limi te de bilan comprend : prestation de la

source de chaleur, pompe du condenseur, com-

mande/rgulation, systme de dgivrage, chauffage

carter et stockage. Le tableau 18 donne les valeurs pos-

sibles pour les pompes chaleur moteur lectrique

par rapport aux techniques actuelles (pour les pompes

chaleur moteur gaz, les coefficients annuels ra-listes sont environ 1,5, et 1,3 pour les pompes chaleur

absorption).

Comme valeur pour lamplification lectrother-

mique on peut util iser en pratique et avec suffi samment

de prcision le coefficient de performance annuel. Il res-

sort du tableau 18 quun coefficient de performance

annuel proche de 3,0 est possible pour les pompes

chaleur moteur lectrique. Si lon admet en outre que

des amliorations techniques sont tou jours possibles et

que dautres amplificateurs lectrothermiques indi-

quent des valeurs dpassant de beaucoup 3,0, RAVEL

nexagre pas en dclarant une amplification lectro-thermique de 3,0 valable pour toutes les installations.

3.3 Couplages chaleur-force

Fonctionnement

Le transport de chaleur tant beaucoup plus cher que le

transport de llectricit, les rejets thermiques des

grandes centrales lectriques se perdent la plupart dutemps dans la nature. Une utilisation conomiquement

rentable des rejets nest possible que si lon t rouve aux

abords de la centrale des utilisateurs intresss en

nombre suffisant. On peut ds lors se demander sil ne

serait pas judicieux de dcentraliser une partie de la pro-

duction lectrique, afin de se rapprocher des consom-

mateurs de chaleur.

Cette solution sappelle: couplage chaleur-force (abr-

viation : CCF). Au premier plan y fi gurent les installations

de couplage chaleur-force compactes (abrviation :

CCFC) avec moteurs combustion ou turbines gaz,

gnrateurs et changeurs de chaleur assembls en unseul bloc. Ainsi, en plus de la chaleur, de llectricit

dune plus grande valeur nergtique peut tre produ ite.

24

Source de chaleurMode de fonctionnementUtilisation

Coefficient deperformance

annuel

Nappe phratique, monovalent

utilisation directe

utilisation indirecte

3,0 3,5

2,8 3,3

Eaux de surface, monovalent,

utilisation indirecte 2,6 3,1

Eaux uses, monovalent,

utilisation indirecte 2,9 3,4

Sous-sol, monovalent

serpentins

sondes gothermiques

2,6 2,9

2,8 3,1

Air extrieur

villa individuelle, monovalent

bivalent-parallle

bivalent-alternatif

2,0 2,5

2,3 2,7

2,5 2,9

Tableau 18: valeurs-cible pour rendement annuel global depompes chaleur lectriques valables pour des sources dechaleur situes sur le Plateau suisse avec restitution de chaleur basse temprature pour des installations monovalentes.Lors dune ut ilisation d irecte, la source de chaleur passe direc-

tement par lvaporateur; lors dune utilisation indirecte, ontrouve un circuit intermdiaire.

Figure 19 : Centrale de chaleur-force comb ine de Merw ede-kanaal prs dU trecht en Hollande avec une puissance lec-trique de 225 MW.


26/64


Types de constructionet domaines dapplication

Les installations de couplage chaleur-force peuvent tre

des centrales chaleur-force tablies dans des quarti ers

citadins, la chaleur tant distribue par un rseau de

chauffage distance aux maisons environnantes et

llectricit alimentant le rseau pub lic. Ici les centrales

chaleur-force combines (figure 19) sont particuli-

rement intressantes: au moyen dune combinaison

turbine gaz/ turbine vapeur, on peut atteindre un ren-

dement lectrique particulirement im portant (environ

50%). Les grandes exploitations industrielles se prtent

fort bien ce genre de centrales combines.

Pour le couplage chaleur-force, lindustrie prsente une

certaine importance, puisquaussi bien lectricit que

chaleur sont utili ses souvent sur les lieux mmes. Suite

laggravation des missions polluantes, de nom-

breuses installations industrielles devront subir un pro-

chain assainissement. Au vu des conditions-limites

favorables, les installations de couplage chaleur-

force compactes avec turbines gaz (figure 20)

sont spcialement indiques pour la production de cha-

leur industrielle (eau bouillante, vapeur).

Dans les secteurs mnages et services, on installe

encore et surtout des chaudires mazout et gaz pour

la production de chaleur. Les installations de cou-

plage chaleur-force compactes avec moteur gaz

(figure 21) reprsentent ici une alternative in tressante,

pour autant que les condit ions soient favorables (chauf-

fage dun grand complexe de btiments ou raccorde-

ment dun lotissement voisin par chauffage distance).

Comm e combustible on prendra, en tout premier lieu, le

gaz naturel ; mais le biogaz (station dpuration) et le gaz

liqu ide sont aussi envisageables. Les installations avec

moteur gaz sont aujourdhui, grce au catalyseur 3voies, aussi peu polluantes que les chaudires gaz

quipes dun systme Low-NOx.

Pour des installations lectriques de moindre impor-

tance (environ 5 15 kW), il existe de petites installa-

tions de couplage chaleur-force compactes avec

moteur dautomobile gaz relativement faciles instal-

ler (figure 22). Elles sont dotes dun catalyseur 3 voies

et peuvent tre interconnectes pour de plus grandes

puissances. Toutefois lentretien en est relativement

onreux, tant donn que le moteur de voiture doit tre

totalement rvis ou chang tous les cinq ans environ

(change standard).En principe, une installation de couplage chaleur-force

peut tre asservie aux besoins thermiques ou aux

25

Figure 21: Installation de couplage chaleur-force compacte

avec moteur gaz, Dietikon. Mo teur gaz (mil ieu), gnra-teur (droi te) et changeur de chaleur (gauche) sont coiffs duncaisson phonique commun.

Figure 20: Installation de couplage chaleur-force compacteavec turbine gaz; turbine gaz (droite) et gnrateur(gauche) sont construits en bloc.


27/64


besoins lectriques. Cependant seul le fonctionne-

ment en tant que gnrateur de chaleur est plus judi-

cieux du point de vue nergtique, cest--dire que lins-

tallation doit fonctionner selon les besoins thermiques

du moment. Le rle de la chaleur ne doit donc pas tre

nglig. Cest pourquoi il faudrait admettre lasservisse-

ment aux besoins therm iques dans le droulem ent de la

planification.

Llectricit est normalement injecte puissance

constante dans le rseau parallle. En cas de panne du

rseau, une installation de CCF, mun ie dun quipementlectrique supplmentaire, peut aussi servir dinstalla-

tion de secours en lot et remplacer ainsi un groupe de

secours conventionnel, pour autant que la chaleur

puisse tre vacue en tou t temps. Pour un systme de

secours, la disponibili t du gaz est lim ite par rapport au

diesel, du fait de sa dpendance envers le rseau dali-

mentation.

Afin de rduire le nombre de mises en marche (dure de

vie, pollution due aux gaz dchappement), on interca-

lera un accumulateur de chaleur entre l installation

compacte de couplage chaleur-force et le systme de

chauffage.Pour des raisons conom iques, on recherchera un fonc-

tionnement annuel de linstallation de couplage chaleur-

force le plus long possible (plus de 4000 h /a), ainsi lins-

tallation ne sera pas dimensionne en fonction des

besoins calorifiques maximaux, mais une chaudire

dappoint servira couvrir les pointes de puissance par

temps froid. Par rapport un besoin calorifique de

100%, selon les normes SIA 384/2, la puissance ther-

mique de linstallation CCF seule est value de 25

35%, ce qui permet de couvrir 60 75% des besoins

thermiques annuels.

Caractristiques techniques importantes

En gnral, la valeur de transform ation de lnergie est

exprim e laide du rendement global qui reprsente le

rapport entre lnergie utilisable et lnergie fournie. Le

rendement global annuel relatif diffrents systmes

est mentionn au tableau 23. Le rendement global tant

normalement calcul en Suisse par rapport au pouvoir

calorifique infrieur, des valeurs suprieures 1 sont

possibles (valeur-lim ite thorique pour le gaz naturel :

1,11). Le rendement global dune installation de cou-

plage chaleur-force est peine meilleur que celui d une

installation conventionnelle. La diffrence dcisive pro-vient du fait que lnergie disponible grce la pro-

duction dlectricit est alors plus prcieuse. Cest

26

Figure 22: Quatre petites installations de couplage chaleur-force avec une puissance lectrique de 4 X 15 kW donnentensemble une puissance de chauffage de 156 kW.


28/64


pourquoi on indique souvent un rendement global

annuel therm ique et lectrique. La somme de ces deux

rendements donne le rendement global annuel tout

inclus.

Pour une comparaison concrte, il ne faut prendre en

considration quun seul chiffre caractristique. Cest

dans ce but que le tableau 23 indique un rendement

global annuel pondr. Cette valeur correspondrait

une installation o le courant produit servirait unique-

ment faire fonctionner un amplificateur lectrother-

mique dont le coefficient damplifi cation de 3,0 pourraittransformer le courant en chaleur (par exemple une

pom pe chaleur lectrique). Ce chiffre dmontre claire-

ment quune installation de CCF quipe dun moteur

gaz, par exemple, util ise lnergie disposition une fois

et demie mieux que la chaudire la plus moderne !

Comme autre ordre de grandeur, il faut mentionner

l indice de performance lectrique. Il reprsente le

rapport entre llectricit produi te et la chaleur produ ite.

(Mais attention : les mesures pour lamlioration du

coefficient de perform ance annuel, comme par exemple

la condensation des gaz dchappement, dtriorent

lindice de perform ance lectrique, parce que la part dechaleur augmente! ).

3.4 Rpercussions sur laconsomm ation nergtiqueet la production de dioxydede carbone

Stratgies

Le couplage chaleur-force combin avec les pompes

chaleur lectriques peut amener, par lutilisation appro-prie des diffrentes valeurs des form es dnergies, une

conomie dnergie primaire et un plus grand respect

de lenvironnement . Les bilans nergtiques de la figure

24 montrent trois cas limites typiques compars une

installation conventionnelle A. Pour des raisons de

clart, on a admis des pom pes chaleur avec des ren-

dements globaux annuels de 3,0.

Cas limite B : un respect maximal de lenvironne-

ment est atteint, si tout l e courant du CCF sert action-

ner des pom pes chaleur. Le fait que ces pom pes cha-

leur appartiennent ou non cette installation ne joue

aucun rle. Rsultat : 40% de consomm ation dnergieprimaire en moins et abaissement proportionnel des

lments polluants et du dioxyde de carbone.

27

Tableau 23: Rendement global annuel de dif frentes installa-tions de production de chaleur.

Installations Rendement globalannuel

nonpondr

pondr(voir t exte)

Chaudire conventionnelle gazsans condensation des fumes

0,85 0,92 0,9

Chaudire conventionnelle gazavec condensation des fumes

0,92 1,02 1,0

CFC avec turbine gaz thermique 0,50 0,60 lectrique 0,20 0,30

0,75 0,85 1,3

CFC avec moteur gaz thermique 0,54 0,58 lectrique 0,30 0,34

0,85 0,92 1,5

CFC avec moteur gaz et PACpour rcupration des pertes parrayonnement et condensationdes fumes thermique 0,68 0,73 lectrique 0,25 0,30

0,95 1,00 1,5

Installation chaleur-forcecombine thermique 0,35 0,45 lectrique 0,40 0,50

0,80 0,85 1,75


29/64


Cas limite C : une production lectrique maximale

sans surcharge pour lenvironnement est possible,

si un tiers environ du courant provenant du CCF sert

actionner des pompes chaleur. Rsultat : avec la mme

consomm ation dnergie primaire et sans atteintes sup-

plmentaires lenvironnement par des missions pol-

luantes et du dioxyde de carbone, les deux tiers du cou-

rant obtenu par le CCF sont mis disposition de

lapprovisionnement gnral, ce qui correspond 20%

environ de lnergie primaire utilise. Le paradoxe

rside dans le fait quune production de courant tari fcologique zro est possible et ceci malgr lut ilisation

dnergie primaire fossile !

Cas limite D : si lon doit produire beaucoup dlectri-

cit sans renoncer au chauffage, lnergie engage peut

atteindre 150% au maximum. Rsultat : production

lectrique maximale de 45%, avec videmment 50%

de plus dnergie primaire et une augmentation corres-

pondante des missions polluantes et du dioxyde de

carbone. Cette stratgie na de sens que pour la substi-

tution des centrales thermiques sans couplage de cha-

leur, puisque ces dernires, pour produire la mme

quantit dlectricit, utilisent deux trois fois plusdnergie et polluent beaucoup plus quune installation

avec couplage chaleur-force.

Il est vident quen ralit, aucune installation ne cor-

respondra exactement lun des trois cas cits plus

haut. Le plus souvent, nous trouverons une combinai-

son de deux des trois cas. La figure 25 prsente deux

variantes possibles, fondamentalement diffrentes:

si plus dun t iers du courant du CCF est inject pour

alimenter des amplificateurs lectrothermiques (par

exemple pom pes chaleur), on adopte une stratgie

de protection de lenvironnement . La valeur

accorde la sauvegarde de lenvironnement et laquantit dlectricit produite sans surcharges sur

lenvironnement sont mettre en balance;

si moins dun tiers du courant produit par le CCF est

inject pour alimenter des amplificateurs lectrother-

miques, il en rsulte une stratgie de production

lectrique par nergie fossile produisant des

charges polluantes supplmentaires.

La production de courant en Suisse seffectuant prati-

quement sans mission de dioxyde de carbone, il existe

trs peu de possibilits de substitut ion de centrales ther-

miques de production dlectricit fossile par des cen-trales avec couplage chaleur-force, contrairement

lAllemagne, par exemple.

28

Chaudire

30

CCFC

AET

Energie primaire(gaz)

ChaleurElectricit

10

100 90

10

100 9060

30

10

2020

54PAC(AET)

6

60 9036

18

36

15

150 90

45

CCFC

CCFC

Figure 24 : Bilans nergtiques ( comparer avec figure 25).a) Installation moderne conventionnelle de rfrence.b) Respect maximal de lenvironnement.c) Production maximale de courant neutre pour lenvironne-

ment.

d) Production maximale de courant.

a

c

d

b


30/64


La figure 25 compare une installation conventionnelle

avec chaudire gaz et une installation de CCFC avec

moteur gaz. Nous voyons que la rduction, respecti-

vement laugmentation des rejets de dioxyde de car-

bone dpendent de la consommation dnergie. Si lon

remplace le mazout par le gaz, on diminuera encore

davantage les manations de dioxyde de carbone,

puisque le gaz naturel produit, par unit de chaleur, un

quart de moins de dioxyde de carbone que lhuile de

chauffage.

M esures de promotion et de soutien

Le chapitre prcdent montre que lexamen seul dune

installation unique ne suffit pas. Il est beaucoup plus

utile dexaminer le dveloppement dans son ensemble.

Le rapport entre le courant produit par CCF et le courant

inject dans les amplificateurs lectrothermiques joue

un rle particulirement important. Si

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