Les solutions gaz naturel - GrDF

Direction Recherche & Innovation
Centre Recherche et Innovation
Gaz & Énergies Nouvelles
Les solutions gaz naturel :
une réponse aux enjeux du Grenelle
de l’Environnement
Présentation des nouveaux produits dédiés aux bâtiments
résidentiel et tertiaire
Le 5 avril 2011
Fabrice PIETRE-CAMBACEDES
Chef de macro-projet « Développement en R&T »

Sommaire
Les enjeux du Grenelle de l’environnement
> Zoom sur la RT2012 : objectifs, exigences & dates
clés
> Les solutions gaz naturel en R&T : une réponse
aux enjeux du Grenelle
> Présentation des solutions gaz naturel
performantes
2

3
Les enjeux du Grenelle de
l’environnement

Le Grenelle de l’Environnement
Grenelle I – Loi de programme
Un programme de rupture pour les bâtiments neufs
> Tertiaire : niveau 50 kWhep/m² dès 2011
> Logement : niveau de 50 kWhep/m² au 1er janvier 2013
> Tous en 2020 : bâtiments à énergie positive
Construction neuve
Exigences en énergie primaire
kWhep/m² SHON
130
Grenelle
Loi POPE 2005
100
50
0
0
1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050 2060

Les objectifs du Grenelle
pour les bâtiments neufs
La trajectoire pour les bâtiments neufs :
• 2010 : généralisation dans le Tertiaire des Bâtiments Basse
Consommation –50% / RT2005
• 2012 : généralisation dans le Résidentiel des Bâtiments Basse
Consommation (BBC) : 50 kWhep/m²
avec application de la RT 2012 au 1er janvier 2013
• 2020, généralisation des logements passifs ou à énergie positive
(BEPOS - Bâtiment à Énergie POSitive).
RT 2005
Label BBC &
RT 2012
Énergie positive

Les objectifs du Grenelle
pour les bâtiments existants
Importance de l’existant : 60 à 75% du parc immobilier
de 2050 est déjà construit
Aujourd’hui, le parc consomme 240 kWhEP /m²/an
Cible : 150 kWhEP /m²/an en 2020
Programme de rénovation thermique ambitieux (meilleure
isolation, usages plus performants, intégration EnR),
en accélérant le rythme des réhabilitations
Optimisation des mécanismes incitatifs (éco-prêt, crédit
d’impôts, fond chaleur), renforcement du dispositif des certificats
d’économies d’énergies, mise en place à terme d’une obligation
de travaux…

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Zoom sur la RT2012 : objectifs,
exigences & dates clés

La RT 2012 : les grands principes
Les objectifs pour les bâtiments neufs
inscrits à l’article 4 de la loi du 3 août
2009 relative à la mise en œuvre du
Grenelle de l’Environnement :
• Généralisation des bâtiments basse
consommation
• Évolution technologique et industrielle
significative
Pour la RT 2012 :
• Consommation d’énergie primaire inférieure à 50 kWhEP/(m².an) en moyenne
• Modulation de l’exigence (localisation géographique, des caractéristiques et de l’usage des
bâtiments, émissions de gaz à effet de serre des bâtiments)
• Définition d’un seuil ambitieux de besoin maximal en énergie des bâtiments
Pour la RT 2020 :
• Des bâtiments qui, sauf exception, produisent plus d’énergie renouvelable qu’ils n’en
consomment, notamment le bois-énergie
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La RT 2012 : trois exigences de résultats
> Exigence d’efficacité énergétique minimale du bâti : le besoin bioclimatique
ou « Bbio max »
• Exigence de limitation simultanée du besoin en énergie pour les composantes liées au bâti
(chauffage, refroidissement et éclairage)
> Exigence de consommation maximale : « Cmax »
• Exigence de consommation maximale d’énergie primaire (objectif de valeur moyenne de 50
kWhEP/(m².an))
• 5 usages pris en compte : chauffage, production d’eau chaude sanitaire, refroidissement,
éclairage, auxiliaires (ventilateurs, pompes)
> Exigence de confort en été : Tic < Tic réf
• Exigence sur la température intérieure atteinte au cours d’une séquence de 5 jours chauds
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Les exigences de la RT 2012 :
focus sur le « Cmax »
Cep max = 50 * M ctype * (M cgéo + M calt + M csurf + M cGES )
> Les coefficients de modulation (valeurs en résidentiel)
• M type : type de bâtiment et d’usage
• M géo : en fonction de la zone climatique
• M alt : altitude < 400m , < 800 m et > 800 m
• M taille : surface utile logement moyen (+3kWhep / m² / an de modulation si diminution de 10 m² de la
surface du logement)
• M GES : contenu CO2 (bois et réseaux de chaleur vertueux (

La RT 2012 : les exigences de moyens
Pour accélérer le développement des énergies renouvelables
• Généralisation en maison individuelle
Pour un bon usage du bâtiment
• Mesure ou estimation des consommations d’énergie par usage
• Information de l’occupant
Pour garantir la qualité de mise en œuvre
• Traitement des ponts thermiques, traitement de l’étanchéité à l’air, avec test de la « porte
soufflante » obligatoire dans le collectif
Pour garantir le confort d’habitation et la qualité de l’architecture en
bâtiment d’habitation
• Surface minimale de baies vitrées (1/6 de la surface habitable)
• Exigences sur le facteur solaire des baies
Pour une qualité énergétique globale
• Prise en compte de la production locale d’électricité associée à une limitation de la
consommation d’énergie primaire avant déduction de la production (Cmax + 12 kWhep/m²/an)

Les dates « clés »
Arrêté « exigences RT2012 » paru au JO le 26 octobre 2011, portant sur les
exigences dans le secteur résidentiel et une partie du tertiaire (bureaux,
bâtiments d’enseignement et de la petite enfance)
Les prochaines dates clés
Publication de l’arrêté « méthode RT2012 »
2ème semestre
2011
Mise à disposition du moteur de calcul de la RT2012 dans sa version définitive 2ème semestre
2011
Application de la RT2012 dans les bâtiments résidentiels situés en zone ANRU et 28 octobre 2011
dans les bureaux, l’enseignement, les bâtiments de la petite enfance
Application de la RT2012 dans tous les bâtiments résidentiels et tertiaires 1er Janvier 2013
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Les solutions gaz naturel en R&T : une réponse aux
enjeux du Grenelle
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Vision prospective des solutions
énergétiques dans le bâtiment
Les questions clefs
Quelles solutions énergétiques dans les bâtiments neufs et existants et
quelle place pour le gaz naturel
Quels couplages performants de solutions ENR / Gaz
Quel mix-énergétique client (ENR / gaz / électricité)
Quelle complémentarité entre des systèmes performants comme la
« chaudière condensation » et les systèmes innovants
Quelle(s) réponse(s) & quel chemin pour atteindre les objectifs
du Grenelle de l’Environnement
Bâtiments neufs
Bâtiments existants

La road-map des technologies gaz naturel
Performances Énergétiques, EnR & Production d’électricité
Écogénérateur Stirling
Pompe à Chaleur Hybride

La road-map des technologies gaz naturel
Les objectifs
En réponse aux enjeux du Grenelle et aux nouveaux besoins associés de la maîtrise
d’ouvrage, disposer sur la période 2010/2012 d’un panel de solutions techniques à valeur
ajoutée pour le groupe GDF SUEZ, à dominante gaz naturel :
permettant d’atteindre BBC à coût maîtrisé (neuf / rénovation),
compétitives économiquement face aux solutions concurrentes.
2 axes majeurs de R&D:
1/ Performances Énergétique & Environnementale au travers de générateurs:
Chaudière condensation Solaire thermique, PV, écogénérateur, pompe à chaleur
gaz petite puissance, produits gaz naturel hybride, pompe à chaleur gaz moyenne
puissance, pile à combustible…
2/ Compétitivité économique de solutions de chauffage dans une logique
Système et pré-équipements :
« Plug & Heat », colonne solaire intégrée, chauffage par Vecteur air, module gaz
naturel « tout en un », solutions combinées ventilation/Evapdc, montage des offres
techniques rénovation

La road-map des technologies gaz naturel
Des partenaires de développement
Spécifications produits
Règlementation
technique
Contribuer au développement de
nouvelles solutions énergétiques pour
le marché français
Règlementation
Performance Energ.
Marché
Filière
Collaborations / Partenariats Industriels

Présentation des solutions gaz naturel performantes
La chaudière à condensation
Gaz naturel & ENR
Les pompes à chaleur gaz naturel et hybride en MI
L’écogénérateur
Le chauffage individuel par vecteur air
Les pompes à chaleur gaz naturel en résidentiel et tertiaire
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La chaudière condensation
L’alliée du Bâtiment Basse Consommation
Un condensé de performances et de technologie
• Rendement très élevé (de 107% à 110% sur PCI),
• Chauffage et Eau Chaude Sanitaire (confort ECS),
• Fiabilité,
• Compacité,
• Gamme diversifiée (sol, murale, ballon, colonne…),
• Complémentarité avec le solaire thermique.
Compacité chaudière
individuelle (28 kW)
Une offre diversifiée de systèmes d’EVAPDC
• Des solutions existantes pour les logements neufs
• Des solutions disponibles pour la rénovation en collectif
Une modulation de puissance adaptée
• En individuel: une puissance mini (quelques kW) pour le chauffage, une puissance
maximale (de 28 à 35 kW) pour l’ECS.
• En collectif: une haute capacité de modulation pour des solutions compactes

Gaz naturel et EnR
Une association pertinente et évolutive
Grâce à la boucle à eau chaude, le gaz naturel s’associe idéalement avec
les énergies renouvelables et permet une évolution vers ces ENR :
• Eau chaude solaire / gaz
• Bois / gaz
• Solaire photovoltaïque / gaz
Chaudière condensation & solaire thermique
constitue sans doute la solution technique de
référence pour atteindre le label BBC puis la RT 2012
en maison individuelle

La pompe à chaleur hybride
une alternative pour des situations moins favorables
La PAC hybride compacte : l’intégration poussée d’une PAC électrique
dans l’encombrement d’une chaudière condensation
• Le produit se compose de :
• Une pompe à chaleur électrique air/eau
• Une chaudière condensation gaz naturel
• Un système de gestion-régulation
• Un produit aussi compact qu’une chaudière :
• Monobloc et murale
• Aucune unité extérieure
Prototype PAC hybride
• Et performant pour des logements moins bien orientés (Est/Ouest)
• Économie de 10 à 15% (en Ep, CO2 et facture) par rapport à une condensation
ou une PAC électrique.
• Un produit moins cher que la PAC électrique et CET, et plus performant

La pompe à chaleur gaz de petite puissance
dès 2012 pour le résidentiel individuel
Technologie à sorption, déclinable pour la petite puissance (compression assurée par un simple
brûleur gaz naturel) de 4 à 14 kW.
Chauffage et Eau Chaude sanitaire à performances élevées :
• Efficacité attendue = 150% PCI (40% de mieux que les chaudières condensation)
• PAC seule ou couplée à un brûleur condensation pour le chauffage et l’ECS
Adaptée à la maison individuelle neuve ou rénovée
Des partenariats de co-développement…
…Pour un produit adapté au marché français dès 2012.

L’écogénérateur
La production combinée de chaleur et d’électricité à domicile
Intégration d’une micro-cogénération (moteur Stirling) au
sein d’une unité de chauffage gaz naturel performante
Totalité des besoins de chauffage et d’eau chaude sanitaire,
Production d’électricité à domicile (50% à 70% des besoins électriques pour
un logement), l’électricité étant consommée ou injectée sur le réseau
Ecogénérateur
(source De Dietrich)
Rendement global de production
(chaleur & électricité) de 107%
Solution adaptée au neuf et au marché de la rénovation
Ecogénérateur
(source Baxi)

Le principe du moteur Stirling
Un gaz de travail assure le déplacement d’un piston

Le raccordement de l’écogénérateur
Identique à celui d’une chaudière
Équipements
électriques
Limite de propriété
Tableau
électrique
Réseau
public
de distribution
d’électricité
Sous- tirage
injection
disjoncteur
câble puissance
(dédié)
Compteurs
Identique à une chaudière à une différence près :
câble de puissance section 2,5 mm²

Le triple bénéfice de l’écogénérateur
Comparaison avec une chaudière et un système de production
électrique centralisé
Des avantages...
Économiques
Réduction
facture énergétique
annuelle jusqu’à 30%
Environnementaux
Réduction de 30 %
des émissions de C0 2
(une tonne de CO 2 évitée / an)
Énergétiques
Économie d’énergie
primaire de 20%

Un triple impact sur le réseau électrique
grâce à la production décentralisée
1. Chauffage et ECS avec l’énergie gaz
2. L’écogénérateur produit de l’électricité
en période de pointe : effet
d’effacement de la pointe électrique
3. Soutien le réseau avec le surplus
non auto-consommé : l’agrégation de
la production décentralisée* ou
Centrale Virtuelle (VPP)
*Expérimentations en cours de 90 et 200 machines
agrégées aux Pays-Bas
Source : Projet
EU-DEEP est une projet de recherche européen qui vise à
développer des business modèles innovants qui permettent
d’optimiser la valeur des ressources décentralisées d’électricité dans
le système électrique européens.
Ce projet financé par la Commission Européenne regroupe
40 partenaires de 16 pays et qui est piloté par GDF suez et associe
8 énergéticiens européens.

Le chauffage individuel par vecteur air
La solution chauffage :
Compatibilité BBC
Réduction coût
Facilité d’installation
Compacité
La solution Yzentis
Le module « tout en un »:
Solution complète intégrée gaz
naturel

Les pompes à chaleur gaz naturel
Véritable saut technologique par rapport aux meilleurs chaudières
Récupération de l’énergie gratuite sur le milieu extérieur (air, sol, eau de nappe, …)
grâce à un cycle thermodynamique.
Une compression par moteur gaz
PAC à moteur gaz
Une compression thermochimique (brûleur)
PAC à absorption gaz
Solutions dédiées aux bâtiments collectifs et tertiaire

La pompe à chaleur à moteur gaz naturel
Dédiée aux bâtiments tertiaires
Produit performant pour le secteur tertiaire couvrant les besoins de chauffage, de
climatisation voire d’ECS
Rendement très élevé (jusqu’ 160% en mode chaud et 150% en mode froid)
Cibles privilégiées : Hôtel, Santé, résidences personnes âgées.
Le cycle thermodynamique est entraîné par un
moteur fonctionnant au gaz naturel
Produit du chaud ou du froid (par inversion de cycle)
La récupération de chaleur sur le moteur est utilisée
pour compléter la chaleur utile ou produire de l’ECS
Très bonnes performances en mode chaud comme
en mode froid

La pompe à chaleur absorption gaz
Solution performante pour les logements collectifs et le tertiaire
Cycle thermodynamique « à absorption » avec une
solution ammoniac/eau, sans impact sur
l’environnement
Existe en version air/eau (aérothermique) ou eau/eau
(géothermique)
Haute température pour produire de l’ECS
ou pour une installation en réhabilitation
Version A
air/eau
Version GS
eau/eau
Distribuée en France depuis 2008
Une solution pertinente pour atteindre le label BBC

1 kW
La pompe à chaleur absorption gaz
Des atouts vérifiées en laboratoires
Hautes performances
Rendement très élevé jusqu’à 170% sur énergie primaire
pour la version géothermique et 165% pour la version
aérothermique
18 kW
Pertes
42 kW
Prétend au label EnR
entre 25% et 40% de part d’EnR
Peu de pièces en mouvement (silence, robustesse
et faibles coûts de maintenance)
La chaleur issue de la réaction absorption
permet :
- Pour la version géothermique : dimension des sondes
fortement réduite
- Pour la version air/eau : moindres pertes par basse Text
Récupération de
chaleur renouvelable
sur sol ou nappe
25 kW
Gaz
Chaleur à
l’utilisateur
PAC géothermique E3 de ROBUR
Caractérisation et endurance (en laboratoires)

La pompe à chaleur absorption gaz
La version géothermique compétitive dès l’investissement
Les PAC Gaz géothermiques ont besoin de 70% de moins de surfaces
de capteurs que les PAC électriques

Principes
La pompe à chaleur absorption gaz
Des couplages performants et innovants (1/2)
1/ Au niveau du Bâtiment, une pompe à chaleur
géothermique alimentée par un fluide caloporteur
2/ Un fluide caloporteur assurant l’échange de
chaleur,
3/ Un échangeur de chaleur installé dans le réseau
d’assainissement transférer les calories au fluide.
Une pompe à chaleur
absorption gaz eau/eau
- Puissance chauffage /ECS : 40 kW
- COP sur Ep : 1,7,
soit 4,4 en équivalent électrique
- Haute température (65 o C)
- Distribué par ROBUR, France AIR, DE DIETRICH (fin 2010)

La pompe à chaleur absorption gaz
Des couplages performants et innovants (2/2)
Chauffage et Eau chaude sanitaire par récupération d’énergie
sur boucle d’eau de nappe phréatique
Pompe à chaleur
(par ilot)
Echangeur
Pompage
eau nappe
Une Boucle d’eau dédiée au quartier – Principe
1/ Un forage permet via un échangeur de chaleur de transférer
la chaleur de la nappe à une boucle d’eau.
2/ La boucle d’eau dessert l’ensemble du quartier (elle circule
à la température de l’eau de la nappe phréatique.)
3/ Chaque ilot se connecte à la boucle via une pompe à
chaleur géothermique.
Des atouts majeurs pour le projet
d’aménagement
1/ Investissement limité : permet de ne réaliser qu'un seul
forage, cout réduit par rapport à un RCU géothermique
centralisé,
2/ Performances énergétiques très élevées (meilleure qu’un
RCU géothermique (pas de pertes thermiques sur la boucle),
3/ Rafraichissement possible pour les bâtiments tertiaires,
4/ Solution adaptée au phasage du quartier

Les solutions gaz naturel disponibles,
dès aujourd’hui et demain, pour répondre aux enjeux
BBC / BEPOS et enjeux de la rénovation
Les solutions gaz naturel, adaptées aux évolutions réglementaires, existent déjà
(chaudière à condensation) ou émergent sur le marché des nouvelles
technologies innovantes : écogénérateur (micro-cogénération), pompes à
chaleur gaz (moteur gaz et à absorption) et hybride, pile à combustible.
Réf. RT 2005 Label BBC et RT 2012
Énergie passive ou positive
Chaudière basse
température &
Isolation standard
Chaudière à condensation &
Isolation renforcée
Chaudière à condensation &
solaire (thermique ou
photovoltaïque)
Ecogénérateur Stirling
PAC-Gaz (ou hybride)
Chaudière à condensation
PAC gaz
Ecogénérateur Stirling
Pile à combustible
& isolation renforcée
& solaire photovoltaïque

MERCI DE VOTRE ATTENTION