CHAUFFAGE
Install Magazine 985 – septembre 2022

Une installation géothermique hybride pour un confort optimal

Solution globale de Vaillant

Stabitec est un bureau d’études qui propose un service global, avec entre autres de la stabilité, des techniques spéciales et des études énergétiques. La société se devait donc de faire de son nouveau siège un projet de démonstration. Elle a dans ce but opté pour une installation géothermique hybride de Vaillant. La réalisation et l’installation ont été prises en charge par l’entreprise d’installation Goeminne, avec le soutien du grossiste Toch.

Dimensionnement optimal

Le nouveau bâtiment est situé à Gand, à proximité du Flanders Expo ; il comprend quatre logements au rez-de-chaussée et des bureaux pour Stabitec à l’étage (l’accueil étant également situé au rez-de-chaussée). On a ici opté pour un concept de pompe à chaleur géothermique (Vaillant Flexotherm VWF 157 de 14,39 kW {B0/W35}), complété par une chaudière au gaz (Vaillant Ecotec Plus VC486 de 44 kW). Cette dernière sert avant tout à garantir le confort en ECS des logements, mais peut également intervenir pour couvrir les pics de demande en chauffage.

Deux raisons expliquèrent le choix d’une installation hybride. La première est la consommation d’ECS. Dans un bureau, elle est très faible ; mais étant donné que le bâtiment comporte également quatre habitations, il fallait pouvoir délivrer suffisamment de puissance. Les températures d’eau devaient par ailleurs être assez élevées pour pouvoir lutter contre la légionnelle. Il est certes techniquement possible de réalaiser cela à l’aide d’une PAC, mais à de tels régimes de température, le rendement devient moins intéressant. La chaudière est par contre toujours capable de délivrer rapidement suffisamment de puissance pour bénéficier d’un bon confort en ECS.

La deuxième raison est la possibilité d’optimaliser le dimensionnement. Le forage constitue le coût supplémentaire principal d’une installation géothermique, comparativement à un appareil air-eau ou à une chaudière traditionnelle. Grâce à la chaudière qui peut couvir les pics de demande, tant en chauffage qu’en ECS, il est possible de sous-dimensionner un peu le forage. On économise ainsi des coûts d’exécution et on améliore le rendement global de la PAC. Dans ce projet, le point de bivalence a été déterminé à une température de -3°C, de façon à ce que la PAC prenne à son compte la majeure partie du chauffage sur base annuelle. Pour ce terrain, la profondeur de forage a été limitée à 150 m. Au bout du compte, on a effectué trois forages de 138 m chacun.

Ceci n’est pas la seule application d’énergie verte : il y a également 31 panneaux photovoltaïques de 370 kW(p) chacun. Ces derniers couvrent une part importante de la consommation électrique de la PAC.

Refroidissement passif

Qui dit géothermie dit aussi refroidissement passif. Une PAC sol-eau possède encore d’autres avantages, à savoir un meilleur rendement mais aussi un rendement constant, indépendamment de la température extérieure. Mais la possibilité de bénéficier d’un rafraîchissement de confort avec une faible consommation d’énergie est sortie du lot au cours des dernières années. De fait, plus les habitations sont bien isolées, plus il devient compliqué d’évacuer la chaleur du bâtiment. Le refroidissement passif constitue dans ce cas une solution, qui est de plus en plus demandée dans les projets.

Le refroidissement passif accroît également le rendement en chauffage : en régénérant la source, on n’épuise plus le sol. Dans le cas d’une installation hybride, cela se passe d’une façon extrêmement efficace : dans la mesure où la source ne doit pas couvrir les charges de pointe, il n’y a pas de risque d’épuisement du sol. Les forages sont en outre sous-dimensionnés, de sorte qu’on atteint à la fin de l’été des températures plus élevées grâce à la régénération.

Etant donné que dans ce projet, les circulateurs fonctionnent à l’énergie solaire en été, on peut vraiment parler de refroidissement gratuit et neutre en carbone.

Répartition des débits et double raccordement

La chaudière et la PAC sont reliées à un réservoir tampon de 100 litres, qui dessert cinq circuits, un par logement et un pour le bureau. Le volume du réservoir tampon a été volontairement réduit afin d’éviter des problèmes de stratification en mode froid. Pour l’ECS, on a prévu un accumulateur de 500 litres, qui alimente une conduite de circulation. Ce circuit est équipé d’une pompe intelligente qui est réglée sur la température retour. Les utilisateurs reçoivent ainsi toujours de l’eau chaude rapidement, et la limite de température pour la légionnelle est contrôlée.

Le chauffage et le refroidissement s’effectuent par le sol, avec un entraxe de 10 cm afin de pouvoir garantir une puissance suffisante en mode refroidissement.

On a prévu un raccordement adapté pour le fonctionnement réversible. Les débits et la répartition en mode refroidissement ne sont pas identiques à ceux appliqués en mode chauffage. On voudra par exemple habituellement chauffer un peu plus la salle de bains –ce qui nécessitera donc des débits plus élevés-, alors qu’on n’aura peu ou jamais besoin de refroidissement dans cette pièce. Inversement, les chambres à coucher ont une demande de refroidissement supérieure à la demande de chauffage. Idéalement, on devrait adapter l’équilibrage hydraulique à chaque fois que l’on bascule du chauffage au refroidissement et inversement. Mais cela est fastidieux.

C’est pourquoi on utilise ici un double collecteur de départ : un pour le chauffage et un pour le refroidissement. La répartition des débits entre les différents circuits est à chaque fois adaptée : en mode froid, il n’y a ainsi pas de débit dans le circuit de salle de bains, alors qu’en mode chauffage, le débit vers les chambres à coucher est limité. Les vannes de commutation en question se trouvent dans la chaufferie, à chaque fois près du groupe de pompe. De la chaufferie partent donc à chaque fois deux conduites de départ vers les utilisateurs. Les conduites de retour restent communes pour le chauffage et le refroidissement.

Régulation

L’ensemble est piloté par un système Vaillant, composé de cinq thermostats (un par habitation et un pour le bureau), et de deux modules de régulation (qui commandent les cinq circuit secondaires), qui sont reliés entre eux à l’aide du système eBUS de Vaillant. Le thermostat central est un VRC720 qui a été placé dans la salle de réunion du bureau d’études. On peut régler tous les paramètres sur ce thermostat et y lire les données de fonctionnement des autres thermostats.

Sur les thermostats des logements, seuls les réglages des utilisateurs sont indiqués, comme les températures de confort, les programmes horaire, etc. Les occupants peuvent donc librement régler les températures et les périodes de fonctionnement, tant pour le chauffage que pour le refroidissement. Il y a aussi un module internet pour le monitoring et les interventions à distance. Pour des raisons compréhensibles, cette fonction est uniquement accessible au gestionnaire de bâtiment, qui bénéficie dès lors d’un accès à distance via l’appli Senso de Vaillant.

Les températures de départ en mode chauffage sont réglées, en fonction de la météo, entre 20 et 35°C pour une température ambiante de 20°C. Comme on l’a mentionné, l’occupant peut régler la température ambiante, ce qui induit une adaptation de la courbe de chauffe pour ce circuit. En mode refroidissement, la température de départ est commandée en fonction du contrôle de point de rosée. Le régime est en outre limité à 16°C départ/18° retour afin d’éviter que le sol ne devienne trop froid.

Le mode chauffage se coupe de lui-même à une température extérieure de 22°C, alors que le mode refroidissement est enclenché à partir d’une température extérieure de 24°C. Comme le refroidissement passif sert également à régénérer la source, il est bénéfique pour le rendement annuel de basculer rapidement en mode refroidissement. La zone morte reste donc limitée. Dans la régulation, le chauffage a priorité sur le refroidissement. Il est donc en théorie possible qu’un seul circuit, dans lequel des températures particulièrement élevées sont demandées, puisse bloquer la transition vers le refroidissement dans tout le bâtiment. Afin d’empêcher cela, un basculement manuel du chauffage vers le refroidissement a été intégré.

Collaboration entre toutes les parties

La bonne coopération entre toutes les parties fut symptomatique du projet : fabricant, grossiste, installateur, entrepreneur, sans oublier le client/bureau d’études. Le fait qu’il s’agissait d’un projet de démonstration pour un bureau d’études a naturellement joué un grand rôle. Petit détail significatif : la chaufferie a été conçue de manière assez grande de manière à tout pouvoir installer à l’aise. « Les frais supplémentaires dus aux chaufferies trop étroites sont sous-estimés », note l’installateur Geert Goeminne. « En limitant la surface, vous accroissez le nombre de mètres carrés commercialisables, mais des réparations lourdes ont aussi leur coût. Si vous devez d’abord démonter des composants avant de pouvoir atteindre un appareil défectueux, le nombre d’heures de travail augmente en flèche. »

« Il convient dès lors que les techniques soient intégrées suffisamment tôt dans le projet », complète Stefaan De Decker de Stabitec. « Dans ce cas-ci, il n’y avait naturellement pas de problème, mais nous constatons que cette préoccupation grandit chez les architectes. C’est pourquoi nous proposons un service global : stabilité, toutes les techniques, mais aussi la coordination en matière de sécurité, ainsi que le reporting PEB et ventilation. La partie PEB est encore trop souvent séparée des techniques, ce qui peut entraîner des situations absurdes. »

Tous les partenaires se sont montrés ouverts et communicatifs. La souplesse du grossiste Toch a ainsi été appréciée. En tant que petite entreprise familiale, vous avez la possibilité de pouvoir réagir rapidement. Ce grossiste gantois possède pas mal d’expérience avec Vaillant. « Nous sommes un des plus anciens, pour ne pas dire le plus ancien client de Vaillant en Belgique. Nous avons suivi toute l’évolution du groupe : des chauffe-bain aux chaudières et chaudières murales au gaz, jusqu’aux pompes à chaleur. Vaillant est un fabricant fiable, qui investit fortement dans l’assistance technique ; c’est la raison pour laquelle nous collaborons volontiers avec cette société », conclut Peter Toch du grossiste du même nom.

Par Alex Baumans