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
Office fdral des questions conjoncturelles
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
(Nde comm ande : 724.355 f)
Cahier 3: Pompes chaleur(Nde comm ande : 724.356 f)
Cahier 4: Couplage chaleur-force
(Nde comm ande : 724.358 f)
Cahier 5: Schmas standards
(Nde comm ande : 724.359 f)
Points im portants
Indications concernant la srie
RAVEL dans le domaine de la chaleur
(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.
Office fdral des questions conjoncturelles
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
Caractri sti ques techniques im portantes __________________________________________________________23
3.3 Couplages chaleur -force ____________________________________________________________________________24
Fonct ionnement __________________________________________________________________________________24
Types de construct ion et domaines dapp lication __________________________________________________25
Caractri sti ques techniques im portantes __________________________________________________________26
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. 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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1. RAVEL dans le domaine de la chaleur
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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Electricit et chaleur
Cahi er 1
1. RAVEL dans le domaine de la chaleur
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
Electricit et chaleur
pour les personnes intresses
par la technique, galement
pour le profane
Srie
RAVEL dans le domaine de la chaleur
pour p lanificatrices et pl anificateurs
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2. Transformation de lnergie
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]
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2. Transformation de lnergie
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]
.
.
.
.
.
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2. Transformation de lnergie
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.
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2. Transformation de lnergie
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]
.
.
..
. .
. . .
.
.
.
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2. Transformation de lnergie
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
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2. Transformation de lnergie
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
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2. Transformation de lnergie
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*
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2. Transformation de lnergie
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
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3. Techniques nergtiques efficientes
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
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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
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3. Techniques nergtiques efficientes
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
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3. Techniques nergtiques effi cientes
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
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3. Techniques nergtiques efficientes
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).
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3. Techniques nergtiques effi cientes
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.
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3. Techniques nergtiques efficientes
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.
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3. Techniques nergtiques effi cientes
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.
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3. Techniques nergtiques efficientes
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
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3. Techniques nergtiques effi cientes
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
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3. Techniques nergtiques efficientes
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