16ème Convention EEB - Effi'bat - La pompe à chaleur au coeur des systèmes d'énergie & la PAC du Futur - Mardi 16 avril 2019 / 14h - 15h

L’après-midi du 16 avril a été consacré à la star de 2019 : la pompe à chaleur. Pour traiter sa très riche actualité, deux tables rondes complémentaires. Voici les points clés de la première. Intitulée “ La Pompe à Chaleur au coeur des systèmes d’énergie”, a décrypté les raisons de son succès, elle fait le point sur le marché et la filière, souligne ses spécificités techniques et dessine les évolutions à venir de la PAC du futur.
La seconde conférence, sur la thématique de “La Pompe à Chaleur pour la rénovation énergétique des bâtiments”, fera l’objet d’un compte rendu dans un numéro à venir.

La filière se porte très bien et va continuer à accélérer en 2019.
La France est le premier marché européen avec 263 400 machines installées en 2018.
S’il était très orienté depuis 7 à 8 ans sur le neuf grâce à la RT 2012 (70% des PAC contre 30% en rénovation), la tendance devrait s’inverser avec l’impact des dispositifs de soutien à la rénovation. « Le marché est bien structuré avec plus de 3,1 Md€ de chiffre d’affaires et 24 000 emplois directs et indirects, précise Thierry Nille, Président de l’AFPAC. C’est une filière d’excellence car, au-delà des groupes extérieurs et des solutions split qui viennent principalement d’Asie, les modules intérieurs, les PAC monoblocs et les systèmes hybrides sont principalement fabriqués en France. »

En termes de volumes, le marché leader est celui du chauffe-eau Thermodynamique (104 000 pièces) juste devant la PAC air/eau (97 000). Suivent, loin derrière, les PAC Air/Air (57 000), les hybrides (2900) et la technologie Géothermie avec seulement 2500 machines.

« Il s’agit également d’une filière d’excellence. Elle était montée à plus de 20 000 unités il y a quelques années et devrait revenir sur le devant de la scène. »

Thierry Nille a ensuite rappelé le poids de l’AFPAC en termes de représentativité - industriels, centres d’essais, BE, énergéticiens, distributeurs, installateurs et entreprises de maintenance… - et ses engagements sur la certification et la formation des installateurs.
 

« Sur ce marché en forte hausse, l’enjeu est d’arriver à maintenir une expérience client final la meilleure possible et nous sommes très attentifs aux éventuels dysfonctionnements pour les corriger le plus vite possible. »

« Nos principales actions portent sur la formation et l’édition de documents de référence en téléchargement gratuit sur notre site afpac.org, complète Gérard Charney, Secrétaire de l’AFPAC et principale plume de ces ouvrages. Forte d’une douzaine de documents, la collection aborde les solutions par type de marché, technologie ou encore le traitement acoustique, l’optimisation et la maintenance. A retenir, également, des documents prospectifs sur l’évolution de la PAC jusqu’à 2050, son rôle dans la transition énergétique et son apport à l’économie circulaire. A noter que certains documents, dont le Guide utilisateur, sont également mis en ligne sur les sites des membres de l’AFPAC.

Pour évoquer la technicité des pompes à chaleur, Emmanuel Bertocchi, Chef produit PAC Viessmann, s’est appuyé sur un slide récapitulant les évolutions des gammes du fabricant, présent depuis1978 avec une logique de fabrication intégrée. « L’essor de la PAC de ses 10 dernières années souligne une évolution technologique majeure en termes de performances, de fiabilité et de souplesse d’installation. Ces dernières années, c’était clairement la course à celui qui annonçait le COP le plus performant en condition nominale. Mais, cette performance pure du produit n’est qu’une composante d’un système. Aujourd’hui, et c’est un bien, on parle de plus en plus d’Efficacité énergétique saisonnière (ETAS) et d’analyse de cycle de vie. »

L’autre spécificité des PAC tient à ce que l’enjeu de la performance énergétique passe par la qualité de pose. « Si en neuf, les produits sont en adéquation avec l’installation de chauffage conçue en parallèle, en rénovation, les PAC doivent s’intégrer dans un environnement qui n’est pas forcément adéquat, voire hostile en termes de température de fonctionnement ou de débit d’eau. Concrètement, si vous remplacer une chaudière par une autre chaudière, même si la nouvelle est mal dimensionnée, elle fonctionnera toujours. Ce n’est pas le cas avec une pompe à chaleur. Il faut être très vigilent sur les dimensionnements, les raccordements, la régulation, les limites de fonctionnement, tenir compte de la température de l’eau et vérifier que les émetteurs sont adaptés au régime de l’eau de la PAC. Face à l’appel d’air des dispositifs “coup de pouce” pouvant potentiellement entrainer des problèmes de qualité et de performances dès la fin de l’année, il faut clairement mettre en place ’un accompagnement renforcé et nous développons, notamment, des formations et des guides de préconisation pour notre réseau d’installateurs partenaires. »

Pour le dirigeant de l’entreprise Atout Gaz Bouquet située en région lyonnaise et Vice Président du Syndicat National de la Maintenance et des Services en Efficacité Energétique (Synasav) qui regroupe 400 entreprises, la maintenance doit être la priorité de la profession. Un plaidoyer qu’il a développé en s’appuyant sur les initiales de la PAC.


P comme Performance : la mise en service par une station technique agréée par un fabricant est le gage d’une installation bien réglée avec une prise en main correcte de l’utilisateur permettant de préserver et garantir le rendement.

A comme Argent : la maintenance permet de baisser la facture d’électricité ou, tout au moins, de ne pas l’augmenter dans le temps et d’améliorer la durée de vie de son installation. « Nous sommes en train de mener une étude, à paraitre début 2020, afin de comparer le fonctionnement des machines en mode normal et dégradé et de préciser les gains et l’augmentation de la durée de vie. »

C comme Confort : la maintenance renforce la sécurité de l’installation, la sérénité du client et limite les pannes.

Roland Bouquet a ensuite souligné la création de nouveaux outils facilitant le déploiement de la maintenance des PAC. « Nous venons de lancer un contrat de maintenance qui comprend des conditions générales et particulières avec, en base, un entretien annuel et une assistance main d’oeuvre déplacement en cas de panne. Il sera prochainement complété par un contrat pour la surveillance à distance des PAC connectés. Nous mettons, également, à disposition des entreprises une check-list technique, sous format numérique ou papier, qui intègre les points essentiels à contrôler : la partie électrique, comme le resserrage des connexions du groupe extérieur, la régulation notamment l’enclenchement de l’appoint et la gestion de la courbe de chauffe, le circuit hydraulique - vase d’expansion, soupapes, filtres, désembouage… - ou encore l’étanchéité du fluide frigorigène. »

Gérard Charney et Christian Cardonnel ont, ensuite, donné leur vision de la PAC de demain en précisant son rôle et ses enjeux techniques. Dévoilant pour la première fois, les réflexions d’un groupe de travail de l’AFPAC réunissant depuis un an une quinzaine d’experts, Gérard Charney a présenté, au moyen de slides, les évolutions à venir en termes d’intelligence et de connectivité.

Premier travail réalisé, l’analyse des fonctionnalités que pourrait amener une PAC intelligente. Une démarche qui, selon les fonctions d’usage - le chauffage, le rafraîchissement et l’eau chaude sanitaire (en jaune, slide 1) – détaille les apports des futurs PAC - anticiper les besoins, optimiser le COP, le coût, la maintenance et simplifier la mise en service (en bleu). Elle précise, pour chaque item, les actions qu’elle devra être capable de faire. A titre d’exemple, pour l’objectif Optimisation de la maintenance : la détection des défauts, la simulation hors défauts et le calcul de la performance réelle et, pour la mise en service (MEE), la capacité à auto apprendre les besoins de la maison en temps réel et se paramétrer toute seule.

Le groupe de travail a, ensuite identifié les données d’entrées et de sorties nécessaires à la PAC de demain pour assurer ses nouvelles fonctions (slide II). Quatre familles de données d’entrée sont définies (bulles) : à gauche, tout ce qui concerne le réseau hydraulique ; au-dessus, tous les entrants de la PAC (sources froides, tarifs élec, solaire…) ; à droite, les besoins en confort (T° intérieure, détection présence, T° ballon ECS…) et, en bas, les paramètres de la partie frigorifique comme la température et la pression de cycle.

Autre sujet de réflexion, l’intégration et l’interaction de la PAC à la maison connectée et l’exploitation de ses données par l’utilisateur et l’entreprise de maintenance, via la plateforme Cloud du fabricant (slide III).

Enfin, côté énergie, les hautes performances des PAC de demain, qui devraient atteindre des COP de 4 à 5, va nécessiter de diversifier les entrants pour garantir leur bon fonctionnement. Il s’agira de récupérer des calories sur l’air extrait, les eaux usées, la chaleur solaire, le socle des bâtiments, les nappes phréatiques… avec la nécessité de gérer cette multiplicité d’énergie entrantes et d’optimiser les périodes d’autoconsommation ou de stockage sur batterie (slide IV).

Christian Cardonnel a ensuite, complété cette vision prospective en précisant l’aspect thermique et énergétique des PAC à venir.

Des puissances de 3 à 6 kW
« Dans l’habitat de demain, qui aura une surface moyenne de 80 m², le besoin de chauffage va se limiter à 10-15 kWh par m² et par an avec seulement 1500 h de fonctionnement annuel pour le chauffage. Les systèmes de PAC vont donc aller vers des petites puissances - de l’ordre de 3 à 5/6 kW grand maximum – avec un ensemble complet intégrant dans le même habillage tous les composants : le système thermodynamique, le système d’appoint et, éventuellement, les éléments de la source d’électricité et du stockage. »

Le stockage de l'ECS
L’autre élément important est le besoin d’eau chaude sanitaire : une heure par jour, tout de suite et à la bonne température. 85% de cette eau étant utilisée pour un usage corporel à 40°C et une douche demandant de 20 à 24 kW de puissance instantanée, ce que les PAC ne savent pas faire, il faudra compléter l’installation avec des systèmes de stockage de l’ECS, comme des ballons de 200 litres avec une très bonne isolation thermique de la paroi.

Des cycles thermodynamiques différents
« Au niveau de la thermodynamique, on restera sur des cycles traditionnels à compression avec, bien sûr, des modulations Inverter à variation de puissance mais aussi d’autres solutions comme l’utilisation du gaz naturel et des systèmes à absorption. Les fluides traditionnels sans HFC vont évoluer dans le temps : les niveaux de performances seront supérieurs et, peut-être, que nous arrivons à développer des solutions innovantes comme des systèmes thermodynamiques fonctionnant avec de la vapeur d’eau. Les autres enjeux seront de compacter les machines, de limiter les niveaux de bruit et, au niveau de l’utilisation, de bien gérer les PAC à très basse température.

Le traitement de l'air comme chauffage
« Enfin, nous devrons travailler sur les systèmes de traitement de l’air. Compte tenu des très faibles puissances demandées - de l’ordre de 1kW en moyenne par logement avec un débit d’air de 300 m3/h, réchauffer cet air de 20 à 30°C devrait fournir assez d’énergie pour chauffer l’habitat. Cela permettrait, également de faire du rafraichissement de façon cohérente en utilisant l’air ambiant avec des taux de brassages faibles. Cette demande sera, de plus, ponctuelle. Sur une année de 8 760 heures, on aura environ 1 700 à 2 000 heures de chauffage, 4 à 5 000 heures sans aucun besoin (PAC arrêtée), 500 à 1000 heures de rafraîchissement et 300 heures d’ECS avec moins d’une heure par jour et un besoin de 5-6 kWh/j par logement.
 

« Reste, également, à regarder le rôle de la PAC vis-à-vis de l’énergie circulaire, sa réparabilité, son reconditionnement, conclut Gérard Charney. La conception des produits, jusqu’ici surtout tournée vers la performance devra évoluer. Il faut sortir du schéma de l’économie linéaire – on achète, on installe, on utilise, on use, on jette et on remplace le matériel - pour adopter une démarche vertueuse utilisant au maximum les produits jusqu’à leur recyclage final. La maîtrise de cette chaine va nécessiter de rentrer dans une économie de fonctionnalité et de regarder la faisabilité du modèle du leasing. Nous produirons, d’ailleurs une étude fin 2019 sur ce sujet. »