16-1 - Le COP extraordinaire des systèmes de récupération de chaleur (V2018)

Le sommaire des concepts des maisons passives

Qu'est-ce que le COP d'un système de récupération chaleur?


Le COP, acronyme de COefficient de Performance, n'existe pas pour les systèmes de récupération chaleur. C'est fort dommage, car les mots qui le décrivent semblent classer les appareils qui en bénéficient parmi les systèmes les plus performants sur le plan du bilan énergétique. De plus, s'il existait, il permettrait de comparer facilement ces appareils avec ceux qui en bénéficient. Il parait donc indispensable de le créer, et même de l'étendre à d'autres équipements afin de démontrer que les plus performants sur le plan de la production de chaleur ne sont pas forcément ceux que l'on croit et sont parfois même inattendus.

Qu'est-ce que le COP d'un système thermodynamique


Le COP est le rapport entre l'énergie que restitue un appareil thermodynamique et celle qui lui a été fournie. Autrement dit, c'est le rapport entre l'énergie de chauffage qu'il produit et l'énergie électrique qu'il consomme. Ce coefficient est généralement supérieur à 1 parce qu'un système thermodynamique ne produit pas directement de chaleur. Il ne fait que la transporter de l'extérieur du milieu à chauffer vers ce dernier. En inversant le fonctionnement, il peut prélever de la chaleur dans le milieu à refroidir et se comporter alors en climatiseur. Cette explication simple permet de comprendre facilement que l'énergie transportée peut être très largement supérieure à l'énergie consommée pour assurer ce transport. Il est tout aussi facile de comprendre que pour pouvoir transporter de l'énergie, il faut qu'elle soit disponible.

Concernant le chauffage, il paraît évident que plus la température du milieu dans lequel la chaleur est prélevée est importante, et plus la chaleur fournie dans le milieu à chauffer l'est en retour. Le système est également plus efficace lorsque le milieu à chauffer est plus froid parce que, entre autres, les échanges de chaleur y sont facilités. Inversement, le système est d'autant moins efficace que la température du milieu dans lequel la chaleur doit être prélevée est basse, et que celle du milieu dans lequel elle doit être rejetée est forte. Nous sommes malheureusement dans cette deuxième situation en hiver. Il fait chaud dedans du fait du chauffage et il fait froid dehors du fait de la saison. Dans ces conditions, il est bien plus difficile de transporter la chaleur de l'extérieur vers l'intérieur. Les systèmes thermodynamiques sont donc d'autant moins efficaces qu'il est nécessaire de chauffer et qu'il fait froid dehors, ou lorsqu'il est nécessaire de rafraîchir et qu'il fait chaud dehors. Pour résumer…

C'est quand on a le plus besoin des systèmes thermodynamiques qu'ils sont le moins efficaces!


Le COP d'un système thermodynamique est donc variable : il dépend entre autres des températures des milieux dans lesquels il est situé, et de la capacité de ces derniers à échanger la chaleur, donc du climat, de la saison, de l'environnement… et enfin de la construction. Bref, le COP n'est pas fiable puisqu'il dépend notamment des conditions dans lesquelles il a été déterminé. Il permet de tricher en mesurant les performances en situation idéale pour le fabricant, mais finalement trompeuses pour l'utilisateur. Si le COP n'offre pas vraiment d'intérêt réel pour l'utilisateur, ce n'est pas le cas des fabricants ou distributeurs qui sont amenés à faire miroiter des performances extraordinaires, avec des COP parfois supérieurs à 6, qui ne sont finalement accessibles que quelques jours par an. Le reste du temps, elles sont fortement détériorées et la moyenne annuelle est fréquemment très en dessous de celle indiquée.

Ce problème est en partie résolu en déterminant un coefficient de performance basé sur une saison de chauffe entière et non sur des conditions particulières. Le SCOP ainsi défini est calculé en fonction de multiples critères et notamment ceux des températures extérieures journalières d'un climat type. La normalisation de la méthode de calcul permet la comparaison entre tous les types d'appareils thermodynamiques. L'équivalent existe pour l'été, car les performances des appareils ne sont généralement pas identiques en mode chauffage et en mode climatisation.

Les bases de comparaison des systèmes de production de chaleur


Les systèmes thermodynamiques ne font que transporter la chaleur vers le milieu à chauffer. Leurs SCOP sont élevés, car transporter la chaleur est bien plus efficace que de la produire. Quand elle produite par l'appareil lui-même, les lois de la physique démontrent d'ailleurs que le rapport entre l'énergie produite par l'appareil et celle qui lui est fournie est toujours inférieur à 1.

Fort heureusement, les systèmes thermodynamiques ne sont pas les seuls à transporter la chaleur. Les appareils de ce type sont même très nombreux. Ce sont notamment tous ceux utilisés dans les maisons passives. Les VMC double flux avec récupérateur de chaleur (VMC DF), les puits climatiques hydrauliques ou aérauliques, qu'il s'agisse de puits canadien ou de puits provençaux, les Chauffe-Eau Solaire Individuel (CESI), les Chauffage Solaire Combiné (CSC) ou encore les récupérateurs de chaleur sur l'eau des douches en font en effet tout autant. Pourquoi alors ne pas les comparer entre eux et surtout avec les systèmes thermodynamiques?

À temps que faire, pourquoi ne pas rajouter à ce comparatif les kits photovoltaïques qui produisent de l'énergie qui peut être transformée et stockée sous forme chaleur. Et enfin, plus surprenant, pourquoi ne pas y ajouter les menuiseries passives qui sont en grande partie les systèmes de chauffage des maisons passives.

Pour résumer, pourquoi ne pas comparer tous les systèmes produisant de la chaleur, quelle que soit leur nature? Pourquoi ne pas comparer les quantités de chaleur qu'ils sont capables de produire en fonction de l'énergie qu'ils nécessitent pour le faire? Ajouter un moyen simple de comparaison des performances à ceux des coûts d'investissement et d'entretien ainsi qu'à leur durée de vie permettrait, par exemple, de choisir facilement et sans risque de se tromper entre un Chauffe Eau Thermodynamique individuel (CETI) et un CESI.

Vers un coefficient de performance qui facilite la comparaison


Pour pouvoir comparer les performances énergétiques, il faut des éléments comparables. Le SCOP, défini ci-avant, serait un candidat idéal, car il correspond exactement à la comparaison à réaliser. La difficulté est alors de savoir comment faire, car les appareils classiques ne bénéficient pas de ce coefficient! La solution paraît simple. Il suffit de le calculer, quand c'est possible évidemment! Contrairement à ce que l'on peut penser, ce n'est pas très compliqué, car les performances des systèmes sont disponibles. La consommation d'énergie est toujours connue en fonctionnement normal. L'efficacité thermique d'une VMC double flux ou le taux de couverture d’un CESI, le sont également. L'énergie fournie par un puits provençal et celle qu'il consomme peuvent être connues.

Les conséquences immédiates du calcul des coefficients de performances


Les calculs se compliquent notamment pour les fenêtres et pour certains récupérateurs de chaleur sur l'eau des douches, mais ce n'est finalement pas étonnant, car ces équipements n'ont aucun équivalent en termes de performances… ils fournissent simplement de l'énergie propre et gratuite pour chauffer la construction ou l'Eau Chaude Sanitaire (ECS), sans qu'aucune source d'énergie payante ne soit nécessaire pour les faire fonctionner. Cette remarque, à elle seule, donne immédiatement une idée des meilleurs choix possible en ce qui concerne les équipements de production de chaleur. Investir avant tout sur la qualité des fenêtres et dans les systèmes de récupération de chaleur sur les douches est clairement le meilleur choix possible en termes de performances énergétiques, même si ces équipements ne sont pas suffisamment puissants pour fournir à eux seuls toute l'énergie nécessaire.

Les fenêtres passives et les récupérateurs de chaleur sur les douches
sont les systèmes de production de chaleur les plus efficaces


Alors au final, en dehors des fenêtres et des récupérateurs de chaleur, quels sont les systèmes les plus performants : les systèmes thermodynamiques ou les systèmes classiques de transport ou de récupération de l'énergie… ce sera l'objet d'un nouvel article pour chaque type d'équipement des maisons passives.

En attendant de connaître les résultats souvent édifiants, il est une chose certaine :

Parce que l'énergie est un droit auquel certains n'ont pas accès, la récupérer est un devoir
Arrêtons d'acheter l'énergie polluante, récupérons d'abord celle gratuite que nous jetons!

À suivre…

Jean-Michel Pupille - Architecte D.P.L.G.


En résumé :

  • Le COP est le COefficient de Performance des systèmes thermodynamiques. C'est le rapport entre l'énergie de chauffage et celle nécessaire au fonctionnement de l'appareil basé sur des conditions particulières souvent trompeuses.
  • Le SCOP est le COefficient de Performance Saisonnier des systèmes thermodynamiques déterminé sur une saison de chauffe type qui permet de comparer et donc de choisir entre différents équipements.
  • Le SCOP peut s'adapter à tous les systèmes de production de chaleur.
  • Il est préférable de récupérer l'énergie gratuite que nous jetons plutôt que de payer une quantité équivalente d’énergie polluante.

Article suivant sur le sujet

 

Sur le même sujet
Thème 16 - Les performances des équipements