A Montpellier, l’Arche Jacques Cœur se pare du soleil pour une solution de chauffe et de froid... climatisation solaire…

A Montpellier, l’Arche Jacques Cœur se pare du soleil pour une solution de chauffe et de froid... climatisation solaire…

Afin de surmonter les coûts liés aux consommations énergétiques, un réseau de chaleur et de refroidissement a été réalisé sur le toit d’un immeuble situé dans le quartier Jacques Cœur.

La Ville de Montpellier a donc fait appel à la SERM pour l’installation d’une climatisation solaire sur le toit de l’immeuble l’Arche Jacques Coeur, desservant ce bâtiment ainsi que la résidence l’Amiral (quartier Jacques Coeur), soit plus de 11 000 m² de bureaux, 3 000 m² de commerce et 170 logements.
Ce nouvel équipement permettra donc de réduire de 40 tonnes la production de CO2 par an, soit l’équivalent de 25 voitures roulant 10 000 km par an et permettra la production, à partir du soleil, de la climatisation et de l’eau chaude sanitaire.

Les conditions climatiques méditerranéennes représentent un atout et une contrainte au confort dans les bâtiments aussi bien tertiaires que d’habitation. Le confort d’été est ainsi une problématique à laquelle est confrontée la région montpelliéraine et la Société d’équipement de la Région Montpelliéraine (SERM) travaille depuis plus de 15 ans sur des solutions innovantes, de préférence à base d’énergie renouvelables, pour répondre aux besoins de rafraîchissement de la ville. C’est ainsi qu’en 2012, elle a mis en place une solution de climatisation solaire visant à valider l’intérêt de cette solution avant de l’étendre à d’autres projets.

Le quartier l’Arche Jacques Coeur avec deux bâtiments d’utilisation mixte tertiaire (11000 m²) et habitation (10 800 m² - 167 logements) et commerces (3000 m²) avait besoin d’être climatisé. Un travail a été fait en amont pour développer des solutions passives pour le confort d’été (ventilation naturelle), mais depuis 10 ans, force est de constater que les températures estivales poussent les habitants à installer leur propre climatisation à détente directe.

Des solutions passives permettant d’améliorer le confort d’été (ventilation naturelle) avaient été développées au préalable, mais l’augmentation des températures enregistrées sur la période 1980 – 2003 et surtout la moindre tolérance des habitants aux fortes chaleur a conduit à la multiplication des systèmes individuels de climatisation.
La climatisation solaire est destinée à remplacer partiellement les solutions existantes pour la production d’eau chaude sanitaire et la climatisation de cet ensemble de bâtiments. Elle permettra d’introduire une part d'énergie renouvelable dans le mix énergétique de la microcentrale qui alimente ces îlots d'immeubles.

Cette opération s’inscrit dans le cadre du programme Emergence, initiative des professionnels du solaire, dont l’objectif est de favoriser le développement de projets de climatisation ou de chauffage solaire de qualité : les projets doivent répondre à une grille de critères sélective et intégrer un suivi rigoureux, moyennant quoi ils peuvent avoir accès à un soutien financier de l’Ademe.

Les critères techniques sont :
- la cohérence du projet : bâtiments cibles à faible consommation, énergie solaire utilisée pour le chauffage et pour la climatisation
- le niveau d’énergie utile calorifique (sur tout le territoire français) valorisé : 350 kWh/m².an au minimum
- l’efficacité frigorifique du système : COPélec supérieur à 5

Refroidisseurs adiabatiques

Fonctionnement

240 m2 de capteurs solaires thermiques haute efficacité (double vitrage) sont installés en toiture du bâtiment de bureaux et commerces. L’installation solaire est en système autovidangeable, c’est-à-dire que le circuit intègre une protection contre les surchauffes et le gel grâce à un ballon tampon.

Les capteurs solaires permettent le préchauffage de l’eau chaude sanitaire toute l’année ainsi que la production d’une partie de la climatisation en été. La climatisation est assurée par une machine à absorption d’une puissance nominale de 35 kW, fonctionnant à une température entre 70 et 95°C. Le cycle du fluide frigorigène est similaire à celui d’une climatisation électrique traditionnelle, à ceci près que la compression mécanique est remplacée par une « compression thermochimique » (plus précisément, une augmentation de la température et de la pression).

La climatisation est assurée par une machine à absorption à simple effet à Bromure de lithium, d’une puissance nominale de 35 kW fonctionnant à une température entre 70 et 95°C. Le cycle du fluide frigorigène est similaire à celui d’une climatisation électrique traditionnelle, à ceci près que la compression mécanique est remplacée par une « compression thermochimique » (plus précisément, une augmentation de la température et de la pression).

La chaleur est apportée à la machine à absorption par les capteurs solaires. L’évacuation de la chaleur produite par la climatisation est réalisée par un aérorefroidisseur adiabatique (efficacité plus grande qu’un système conventionnel impliquant des faibles consommations d’électricité et d’eau et non soumis à la réglementation anti-légionelles). Les frigories produites par le groupe à absorption empruntent le circuit d’eau glacée déjà présent dans les locaux, muni à ses extrémités de ventilo-convecteurs.

Les performances mesurées sont élevées : la pompe présente un coefficient de performance annuel de 16,6 (c’est-à-dire 16,6 kWh d’énergie produite à partir d’1 kWh électrique consommé) et l’installation globale une productivité solaire de 554 kWh/m2.an.

L’installation couvre ainsi 14% des besoins en eau chaude sanitaire et en froid. Elle permettra d’éviter le rejet de 40 tonnes de CO2 par an en comparaison avec une solution conventionnelle (groupe froid et chaudière gaz). Une campagne de mesure de deux ans, lancée en 2013, permettra de confirmer ces performances.

Résultats :

- COP électrique annuel prévu : 16,6 = ratio entre la production d'énergie thermique solaire (en climatisation et en production d'eau chaude sanitaire et la consommation d'énergie électrique des auxiliaires du système solaire.

- Productivité solaire : 554,8 kWh/m².an

- CO2 évité : 40 tonnes/an, soit l’équivalent de 25 voitures roulant 10 000 km/an (En comparaison avec une solution conventionnelle, groupe froid et chaudière gaz)

Climatisation solaire, enseignements

On notera qu'un climat sec et ensoleillé est largement favorable à cette technologie.

La climatisation solaire étant un système coûteux à l’investissement, des mesures pour réduire les besoins de froid doivent être envisagées en premier lieu.
Il doit y avoir de l’espace pour installer les capteurs solaires et un moyen d'évacuer la chaleur du circuit de refroidissement.
La surface nécessaire étant importante, un bâtiment de moins de 3 étages par exemple est favorable.
Pour que le taux de couverture des besoins par la climatisation solaire soit important, il faut que les besoins de climatisation aient lieu principalement entre 10h et 18h.
La technologie étant encore peu répandue, le coût d’investissement est très supérieur à celui d’un système classique. Il faut donc à la fois une capacité d’investissement et une motivation fortes du maître d’ouvrage.

Afin de garantir le bon fonctionnement de l’installation et son optimisation, le suivi de l’installation est nécessaire par un personnel compétent.

Les nouveaux projets de la SERM intègrent un système de production de froid par la mise en place de machines à absorption délocalisées dans les bâtiments ayant des besoins de froid (clinique, bureaux).
La chaleur nécessaire au fonctionnement des machines à absorption est issue d’énergies renouvelables à 85-95% :
- soit d’une usine de méthanisation
- soit d’une cogénération bois.

Les acteurs du projet

Concessionnaire du réseau Montpelliérain de chaleur et froid
SERM (Société d’Equipement de la Région Montpelliéraine)

Maître d'oeuvre
TECSOL

Délégataire du service public
Ville de Montpellier

Co-financeurs
SERM (42%)
ADEME (25%)
FEDER (19%)
Région Languedoc-Roussillon (14%)

Les chiffres clés

- Coût : 415 000 €

- Production de froid : 20 MWh

- Production d’eau chaude sanitaire : 113 MWh

- Volume de stockage ECS : 10 000 litres

- Consommation électrique : 8 MWh

- Taux de couverture des besoins en ECS et froid (moyenne annuelle) : 14%

- CO2 évité : 40 tonnes/an (équivalent 25 voitures roulant 10 000 km/an)

Source photographiques : Tecsol