AGRI-TH-104 : récupérer la chaleur d’un groupe froid, 9,9 kWh cumac par kW et par heure

Un groupe froid ne détruit pas la chaleur, il la déplace. Le compresseur aspire le fluide frigorigène évaporé à basse température dans les cuves ou les chambres froides, le comprime, et le refoule chaud vers le condenseur, où le fluide redevient liquide en cédant sa chaleur, le plus souvent à l’air extérieur. La chaleur rejetée dépasse le froid produit : elle additionne la chaleur extraite du produit et l’électricité absorbée par le compresseur.

Sur une exploitation, cette chaleur part dehors au moment même où l’on brûle du gaz, du fioul ou de l’électricité pour chauffer de l’eau à quelques mètres : lavage des cuves, eau de procédé, eau chaude sanitaire, chauffage des locaux par radiateurs ou plancher chauffant. Le système de récupération intercale un échangeur sur le circuit frigorifique. La fiche énumère trois organes possibles : le désurchauffeur, qui prélève les premières dizaines de degrés sur les gaz de refoulement, le condenseur à eau, qui récupère la chaleur de condensation à une température plus modérée, et le refroidissement d’huile.

Chaque kilowattheure transféré à l’eau est un kilowattheure que la chaudière ou le ballon n’a plus à produire. L’économie n’est réelle qu’à deux conditions, que la formule reprend presque mot pour mot : le groupe froid doit tourner pendant que l’on a besoin de chaleur, et la puissance récupérée doit correspondre à un besoin que l’on sait absorber. Cette simultanéité est le vrai sujet en agriculture : une cave produit beaucoup de froid pendant les fermentations et peu l’hiver, une station fruitière refroidit fort à la récolte puis maintient une température des mois durant, et les besoins de chaleur suivent d’autres calendriers. L’étude de dimensionnement sert à poser ces courbes l’une sur l’autre et à ne compter que la zone où elles se recouvrent.

Le bénéficiaire est une exploitation ou une entreprise dont l’activité, sur le site d’implantation du groupe froid, est agricole. La fiche ne fixe ni puissance minimale ni maximale, ni contrainte de statut : exploitant individuel, société, coopérative ou CUMA peuvent porter l’opération.

Le groupe doit fonctionner par compression mécanique, avec un fluide frigorigène en circuit fermé, et une température d’évaporation inférieure ou égale à 18 °C. Cette borne couvre la quasi-totalité des installations frigorifiques réelles et écarte les machines qui évaporent chaud, celles qui travaillent déjà comme des pompes à chaleur.

La fiche prévoit des compresseurs existants, dont la durée de fonctionnement se mesure sur la période représentative, et des compresseurs neufs, pour lesquels on retient une durée prévisionnelle : un groupe froid posé dans la même opération que son récupérateur n’est pas exclu par le texte. Si la récupération exige plusieurs systèmes distincts, la fiche est utilisée à plusieurs reprises, un calcul par système. Les usages de chaleur admis sont au nombre de trois : procédés, eau chaude sanitaire et chauffage des locaux, celui-ci par fluide caloporteur et non par air soufflé.

• Éligible : cave viticole ou coopérative, thermorégulation des cuves, récupération pour l’eau de lavage.
• Éligible : station fruitière ou légumière, chambres froides, récupération pour l’eau de procédé et le chauffage des locaux par circuit d’eau.
• Éligible : atelier de transformation à la ferme, fromagerie hors tank à lait, champignonnière, dès lors que la chaleur chauffe de l’eau.
• Exclu : tank à lait (fiche AGRI-TH-105), chauffage direct d’air, groupe de secours, pompe à chaleur.

La formule du point 5 tient en une ligne : M = D × 9,9 × Précupérée, où M est le montant en kWh cumac, D la durée annuelle d’utilisation de la chaleur récupérée en heures, et Précupérée la puissance thermique récupérée en kW. Toute la difficulté est dans la définition de D et de Précupérée, et dans le plafond imposé à ce dernier. Le tableau ci-dessous reprend chaque terme, y compris le traitement des installations à deux étages du Nota 1.

La durée D est un minimum entre deux durées. La première est la moyenne pondérée des durées annuelles des besoins de chaleur, chaque besoin pesant selon sa puissance : (d1 × P1 + ... + dn × Pn) / (P1 + ... + Pn). La seconde est la durée moyenne de fonctionnement annuel des compresseurs. On retient la plus petite : un besoin de chaleur présent toute l’année ne vaut rien les mois où les compresseurs sont arrêtés, et des compresseurs qui tournent sans cesse ne valent rien quand personne n’a besoin de chaleur.

La puissance Précupérée est elle aussi un minimum : entre la puissance thermique du récupérateur installé et la somme des puissances thermiques à couvrir. Un échangeur surdimensionné est compté à hauteur des besoins. Puis vient le plafond : Précupérée ne peut excéder (2 × Pcompresseurs) − Pdéjà récupérée, où Pcompresseurs est la somme des puissances électriques nominales lues sur les plaques des compresseurs raccordés au système, et Pdéjà récupérée la puissance thermique déjà captée par un récupérateur existant sur le même groupe. Si le calcul dépasse ce plafond, le Nota 2 impose de prendre le plafond comme valeur. Ce plafond est prudent par rapport à la physique : il borne ce que l’on peut valoriser, pas ce que l’on peut récupérer.

Quatre cas d’école, construits pour montrer chaque borne de la formule. Les puissances et les durées sont des hypothèses, à remplacer par celles de l’étude de dimensionnement.

Cas 1, la cave viticole bornée par ses compresseurs. Deux compresseurs de 22 kW électriques, Pcompresseurs = 44 kW, tournent surtout de la vendange à la fin des fermentations : 1 100 heures par an. Un désurchauffeur de 30 kW thermiques préchauffe l’eau de lavage, besoin de 40 kW pendant 1 800 heures. Précupérée = minimum (30, 40) = 30 kW, sous le plafond de 2 × 44 = 88 kW. D = minimum (1 800, 1 100) = 1 100 heures, car la chaleur n’existe que quand les compresseurs tournent. Montant : 1 100 × 9,9 × 30 = 326 700 kWh cumac.

Cas 2, la station fruitière avec deux besoins. Trois compresseurs de 30 kW, Pcompresseurs = 90 kW, fonctionnent 5 000 heures. Un condenseur à eau de 120 kW thermiques alimente 80 kW d’eau de procédé pendant 2 000 heures et 20 kW de chauffage des locaux par radiateurs pendant 1 500 heures, soit 100 kW de besoins. Précupérée = minimum (120, 100) = 100 kW, sous le plafond de 2 × 90 = 180 kW. Durée pondérée : (2 000 × 80 + 1 500 × 20) / 100 = (160 000 + 30 000) / 100 = 1 900 heures. D = minimum (1 900, 5 000) = 1 900 heures. Montant : 1 900 × 9,9 × 100 = 1 881 000 kWh cumac.

Cas 3, le petit groupe et le récupérateur généreux. Un maraîcher conditionne ses légumes avec un groupe de 15 kW électriques qui tourne 3 000 heures, et installe un récupérateur de 45 kW thermiques pour un besoin d’eau chaude de 50 kW pendant 900 heures. Précupérée = minimum (45, 50) = 45 kW, mais le plafond vaut 2 × 15 = 30 kW : le Nota 2 ramène Précupérée à 30 kW. D = minimum (900, 3 000) = 900 heures. Montant : 900 × 9,9 × 30 = 267 300 kWh cumac, au lieu de 900 × 9,9 × 45 = 400 950 kWh cumac sans le plafond.

Cas 4, la coopérative qui récupère déjà. Deux compresseurs de 25 kW, Pcompresseurs = 50 kW, équipés d’un désurchauffeur existant qui capte déjà 20 kW thermiques. On ajoute un condenseur à eau de 90 kW pour 85 kW de besoins pendant 1 500 heures pondérées, les compresseurs tournant 2 200 heures. Précupérée = minimum (90, 85) = 85 kW. Plafond : 2 × 50 − 20 = 80 kW, donc Précupérée retenue = 80 kW. D = minimum (1 500, 2 200) = 1 500 heures. Montant : 1 500 × 9,9 × 80 = 1 188 000 kWh cumac. Omettre la puissance déjà récupérée aurait gonflé le plafond à 100 kW et faussé le dossier.

La mise en place est réalisée par un professionnel. La fiche ne demande aucune qualification ni label, mais l’étude de dimensionnement doit être établie, datée et signée par un professionnel ou un bureau d’études. La fiche n’interdit pas que ce soit le frigoriste qui réalise les travaux.

L’étude est la clé de voûte. Elle évalue les économies attendues et démontre la bonne adaptation entre besoins de froid et production de froid d’abord, entre récupérateur et besoins de chaleur ensuite, calculs et hypothèses à l’appui. Elle définit une période représentative d’au moins 24 heures, qui considère les usages sur au moins les deux dernières années, les arrêts de saisonnalité et la concomitance des besoins de froid et de chaleur. C’est de cette période que se déduit la durée annuelle D.

Son contenu est fixé en trois rubriques : l’identification du bénéficiaire et du chantier ; la description technique de la production de froid et de la récupération, avec marques, références, puissances, température d’évaporation, durées de fonctionnement, schéma simplifié, en distinguant l’existant de ce qui est posé dans l’opération ; la justification et le dimensionnement, qui donnent pour chaque besoin de chaleur sa puissance, sa température et sa durée, la moyenne pondérée des durées, la simultanéité froid-chaud, la puissance maximale de réjection du groupe, Pdéjà récupérée, la puissance du récupérateur, Précupérée et Pcompresseurs, et une évaluation annuelle des économies.

La preuve de réalisation, en pratique la facture, mentionne la mise en place d’un système de récupération de chaleur sur un groupe de production de froid et sa puissance en kW thermiques. À défaut, elle mentionne l’équipement avec sa marque et sa référence, complétée par un document du fabricant attestant qu’il s’agit d’un récupérateur de chaleur et indiquant sa puissance thermique. Le document justificatif spécifique à l’opération est l’étude elle-même.

• Groupe froid à compression mécanique, fluide frigorigène en circuit fermé, température d’évaporation ≤ 18 °C.
• Chaleur transférée à un fluide caloporteur sur site ; le chauffage direct d’air est exclu.
• Étude de dimensionnement préalable, datée, signée par un professionnel ou un bureau d’études, période représentative ≥ 24 h, historique sur au moins deux ans.
• Puissances électriques des compresseurs relevées sur les plaques, ou à défaut sur un document du fabricant.

Un dossier AGRI-TH-104 ne repose sur aucune mesure normalisée : il repose sur la cohérence entre l’étude de dimensionnement, la facture et les plaques des compresseurs. Le contrôle consiste à refaire le calcul à partir de l’étude et à vérifier que chaque nombre y a sa source.

Le point le plus discuté est la durée D. La fiche parle de la durée moyenne de fonctionnement annuel des compresseurs, sans dire comment la former quand plusieurs compresseurs tournent des durées différentes, ni comment l’établir sans compteur horaire. La lecture prudente retient une moyenne des compresseurs raccordés au récupérateur, documentée par des relevés de compteurs horaires ou, à défaut, par les consommations électriques des deux dernières années, et jamais une somme des heures de tous les compresseurs.

Autre point sensible : quand une centrale frigorifique alimente plusieurs postes et que le récupérateur n’est raccordé qu’à une partie du refoulement, la fiche écrit seulement « raccordés au système de récupération de chaleur ». La lecture prudente ne compte dans Pcompresseurs que les compresseurs dont les gaz traversent effectivement l’échangeur, et le schéma simplifié exigé dans l’étude est l’endroit où le montrer. Sur ce point, un dossier ambitieux gagne à faire valider sa lecture par le délégataire avant l’engagement. Dans tous les cas, le mandataire intervient avant la signature du devis, et l’étude est bâtie sur les plaques des compresseurs, les relevés de fonctionnement des deux dernières années et la liste des besoins de chaleur avec puissance, température et calendrier.

• Étude de dimensionnement absente, non datée, non signée, ou datée après l’engagement : sans elle il n’y a pas d’opération.
• Période représentative inférieure à 24 heures, ou étude qui ignore les deux dernières années et les arrêts de saisonnalité.
• D calculée sur les seuls besoins de chaleur sans la confronter à la durée de fonctionnement des compresseurs, ou l’inverse.
• Précupérée prise égale à la puissance du récupérateur alors que les besoins à couvrir sont plus faibles.
• Plafond (2 × Pcompresseurs) − Pdéjà récupérée oublié, ou désurchauffeur existant passé sous silence.
• Puissances des compresseurs en kW frigorifiques au lieu de kW électriques, ou étage basse pression compté en cascade.
• Récupération vers de l’air, sur un groupe de secours, sur une pompe à chaleur ou sur un tank à lait : hors champ.
• Facture au libellé générique, sans mention du récupérateur ni de sa puissance thermique, et sans attestation du fabricant.
• Mandataire intervenu après la signature du devis ou après la pose.