Un supermarché chauffé par une pompe à chaleur intégrée dans

l’installation de réfrigération

Un prototype?

Dans cette contribution nous présentons un concept d’un chauffage de supermarché totalement intégrée dans l’installation frigorifique. Ce type d’installation a été réalisé un nombre de fois avec succès.Pour plusieurs raisons ce système est resté inconnu.L’investissement est faible, et même parfois négatif (l’installation complète coute moins que les installations de froid et de chauffage clasiques) La consommation d’énergie est de l’ordre de 18 àt 25% inférieur à la solution classiqueLa production de CO2 directe est de 0, et le CO2 indirect calculé très inférieur à celle des installations classiques

Flux énergétiques de l’installation frigorifique dans un supermarché en été

Dans un supermarché la chaleur dans les meubles et les chambres est absorbée à basse température par évaporation du fluide réfrigérant. Dès lors cette chaleur est évacuée à une température plus élevée par la machine frigorifique vers un appareil, le condenseur, qui se trouve en toiture, et refoulée sous forme d’air chaud à l’extérieur.

Flux énergétiques en fonctionnement d’été (moyenne pour toutes les machines frigorifiques)

Apport de chaleur par l’air ambiant du magasin, typiquement à 23°C, HR 50% en été, représente 70% de la charge frigorifique

Apport par le refroidissement des produits, forme typiquement 10% de la charge frigorifique

Apports par les ventilateurs, l’éclairage, les dégivrages et divers, forme 20% de la charge frigorifique

Courant électrique absorbé par la machine électrique, représente 35% de la charge frigorifique

Machine frigorifique

Chaleur évacuée par le condenseur en toiture soit par le condenseur de récupération der chaleur, pour faire p.e; de l’eau chaude sanitaire

Flux energétiques en hiver avec une récupération de chaleur classique et une chauffage habituel

(ici avec des aérothermes)

En hiver la température de condensation maximale est souvent réglée à 30°C Nous n’allons par discuter des moyens d’abaisser encore cette température, utilisant des détendeurs électroniques etc.

Flux energétiques en hiver

Apports par l’air du magasin typiquement 17° 40%, forme 40% du bilan

Apport par les produits, typiquement 20 % du bilan

Apports par les ventilateur, les dégivrages et l’éclairage, typiquement 40% du bilan

Energie électrique absorbée pour le fonctionnement de la machine frigorifique dn moyenne 30% du bilan ci-dessus

Machine Frigorifique

Chaleur évacuée par le condenseur extérieur ou par le condenseur de récupération de chaleur

Le flux énergétique en hiver est considérablement plus faible qu’en été

Comparaison Eté - Hiver

Chaleur évacuée par les condenseurs

Eté Hiver

Ce n’est pas simple d’obtenir des données sur le bilan frigorifique

des meubles réfrigérés, en fonction de

température ambiantes différentes de celles

spécifiées dans la norme ISO (25°C 50%)

Pour l’étude nous avons utilisés ce document ci.

La récupération classique

L’installation frigorifique a pendant les mois d’hiver une capacité largement inférieure à celle de l’été. Dès lors la quantité de chaleur disponible au condenseur est nettement inférieure l’hiver que l’été. Pour cette installation les chiffres sont :

La récupération de chaleur peut donc aider l’installation de chauffage, mais nullement la remplacer. Pour cela la capacité en hiver est trop faible.

La température de condensation en hiver est normalement plus basse qu’en été, et limitée 30° tout au plus, contre 45° en été. L’air sortant du condenseur de récupération est donc souvent trop froid,

Si on fait monter la température de condensation, les courant d’air vont disparaitre mais il y aura une consommation énergétique supplémentaire..

Le récupérateur de chaleur, ses conduites, sa régulation et sa consommation éventuelle constituent un surcoût de l’installation.

Il n’est pas certain que le retour à ‘investissement se fera endéans les 5 à 8 ans, laps de temps en supermarché. (autrement l’investissement dans leur propre activité es plus rentable)

Nous constatons

Que la production de chaleur du condenseur en été est supérieure à la demande de chaleur en hiver d’un supermarché bien isolé et convenablement

Une bonne isolation est actuellement une donnée, à l’époque le K global était de 1,5, actuellement on atteint parfois 0,3. Cette dernière valeur suffit largement.

Que la chaleur évacué par les meubles en été est aussi important que le bilan climatique du supermarché, sous condition que le rayon frais est suffisamment important et que les meubles se trouvent bien réparties dans la surface de vente, est une donnée connue par les climaticiens spécialisés en supermarchés. Ce sujet ne sera pas traité dans cette présentation.

Il est donc possible de chauffer un supermarché avec un système permettant de donner en hiver la même quantité de chaleur que le système dégage en été. Ceci fai l’objet de la présentation.

Il est évident que pareils systèmes sont quasi exclus dans des bâtiments existants.

La ventilation se passera au biais d’un échangeur de chaleur entre l’air extérieur et l’air vicié

Exigences auquels le bâtiment doit répondre :

1 ( (Sources de chaleur internes : personnes, éclairage, appareils) + la chaleur disponible au condenseur de récupération ) > ( (déperditions statiques (murs, parois,..) + déperditions par la ventilation + (chaleur extraite par les meubles en hiver).

2 Pour la ventilation on doit utiliser un système mécanique équipé d’un échangeur de chaleur. Il devra y avoir une légère surpression pour limiter la pénétration

Choix de la qualité de l’isolation dans ce projet

L’apport par les personnes, l’éclairage et le appareils est de 38.000W en moyenne, les déperditions par la ventilation sont (grâce à l’échangeur de chaleur) de 1.500 W, la quantité de chaleur que les meubles enlèvent à l’air du magasin es de 32.500 W. Avec les déperditions statiques de 119.444 W, le bilan est en équilibre. Aujourd’hui on utiliserait une isolation bien plus performante. Les meubles réfrigérés sont prévus de rideaux de nuit.

Choix de l’isolation

Fonctionnement hivernal en mode récupération et pompe à chaleur

Flow énergétique en mode Frigopompe

Apport de chaleur par l’air du magasin typiquement 17° 40%, représente 40% du bilan frigorifique

Apport pour le refoidissement de la marchandise 20% du bil. Frig.

Apport par ventilateurs, éclairage etc. 40% du bil. Frig

Electricité absormée pour le fonctionnement normal de la machine frigorifique couvrant le bilan

Machine frigorifique

Chaleur provenant des condenseurs de récupération de chaleur

Chaleur absorbée à l’air extérieur

Surconsommation pour fonctionnement en frigopompe

Energiebalans van de geintegreerde warmtepomp

Bilan énergétique de la Frigopompe

Chaleur évacué par le condenseur

Chaleur absorbé de l’air ambiant en été

Disponible net en hiver pour le chauffage

Chaleur absorbé de l’air ambiant en hiver

Ceci est le COP moyen saisonnier. Il est si élevé parce que nous n’avons par vraiment une pompe à chaleur et que la consommation de base sert à faire fonctionner les machines frigorifique. Aucune vraie pompe à chaleur air-air ne parvient d’obtenir pareil résultat.

Calcul du COP = qté de chaleur utile disponible/le surcoût pour la rendre utilisable

Réalisation technique

Le projet

Nom du supermarché : GB 244 Brasschaat

Année de construction : 1984, ouverture janvier 1985.

Donnés et résultats rendus publics : 1987.

Audit dans le cadre de RD Energie par le Prof. Bergmans de l’Université Catolique de Louvain en 1987.

Lauréat du prix l’”Energy Award” : 1989.

Réseau de gaines et la distribution de l’air

Résultats

Depuis l’ouverture, le projet était consentieusement suivi et comparé avec les résultats de supermarchés comparables.

Au fil des années les résultats restent excellents.

Résumé des résultats

Consommation électrique de 5 magasins comparables : 1636 BEF/m2

Consommation électrique de Brasschaat : 1550 BEF/m2

Consommation du chauffage de 5 magasins comparables: 143 BEF/m2 (au prix du gaz naturel en 1987.)

Consommation du chauffage de Brasschaat : inclusif (0)

Economie Brasschaat comparé à la moyenne des autres sur 5 ans :

(il est le meilleur) 2.154.640 BEF

Investissement : aucun (coûts en équilibre :

plus value pour les condenseurs, moins values pour le chauffage).

Economie comparé à un supermarché comparable: 19 %.

Le confort est nettement amélioré : on chauffe en saison intermédiaire jusque 20..21°C dans les supermarchés au chauffage classique on ne chauffer que jusque 16°C en hiver, et 18°C dans la zone caisses. On ne tient pas compte de ce facteur dans ce comparatif des résultats.

Return à l’ investissement : 4 ans réels

L’audit de la KUL à la demande de RD énergie

Et la suiteBrasschaat a eu chez GB-INNO-BM encore 3 frères, et aussi été copié dans

d’autres supermarchés par quelques installateurs (ou est-ce qu’il ont étés réinventés)

En 1988 Il y a un nouveau CEO, un “banquier Brillant de New York” et il y a un nouveau vent chez GIB : Le groupe qui compte 54.000 collaborateurs et qui réaliser un bénéfice net de 264.109.000.000 BEF doit faire plus de bénéfice et faire moins de frais. GIB Engineering, et la Direction Technique, doivent devenir des unités indépendantes, et ne reçoivent que les missions que la “vente” désire (daigne?) lui confier. Et ils sont mis en concurrence.

Le concept de Brasschaat est selon la “vente” un concept bizarre que peu de gens comprennent” et qui complique la concurrence entre les entrepreneurs. L’idée est que les installations de GIB doivent pouvoir être réparés par le plombier du coin (sic)

On réalise quand même encore 2 projets ainsi que quelques projets en dehors du groupe (!), et quelques uns sont réalisés par de installateurs qui de sont appropriés le know how...

En 1990, après une grave crise, GIB est en partie repris par Promodes, en 2002 finalement ce qui reste dur groupe est repris par Carrefour. Les cellules Engineering et Direction Technique ont étés dissoutes. A partie de maintenant toute lumière vient de Paris.

En 1995 Wilfried De Smet quitte le GIB groupe et continue sa vie comme Coolconsult. Le rideau tombe sur la Frigopompe. En 2009, lors d’un remodeling, l’installation est démantelée et on installe un chaudière classique.

Finalement…

Nous désirons rappeler ici les paroles du Professeur Bergmans qu’il écrivait à la fin de son audit de l’installation de Brasschaat :

Nous devons conclure que l’application de la pompe à chaleur pour la réfrigération et le chauffage des supermarchés est spécialement rentable est doit être encouragée…

Qu’on se le dise…