BAT-TH-139 : récupérer la chaleur d’un groupe froid, une fiche à formule où l’étude fait le dossier

Un groupe de production de froid par compression mécanique fonctionne comme une pompe. Il extrait de la chaleur d’un milieu à refroidir, une chambre froide, un meuble de vente, une salle informatique, une piste de glace, et la rejette à une température plus élevée au niveau du condenseur. À cette chaleur extraite s’ajoute l’équivalent thermique du travail électrique fourni par les compresseurs. Dans une installation classique, tout cela part dans l’air extérieur.

La récupération de chaleur consiste à intercaler un échangeur sur le circuit du fluide frigorigène pour transférer une partie de cette énergie vers un fluide caloporteur. Ce fluide alimente ensuite un ballon d’eau chaude sanitaire, un réseau de chauffage ou une boucle de procédé. Le groupe froid continue de faire son travail ; on lui ajoute un second usage.

C’est précisément pour cette raison que la fiche pose une limite physique au calcul : la chaleur récupérable n’est pas infinie, elle est bornée par ce que les compresseurs font réellement circuler. D’où le plafond exprimé en fonction de leur puissance électrique, détaillé plus bas.

L’opération s’adresse aux bâtiments tertiaires équipés d’un groupe de production de froid par compression mécanique, utilisant un fluide frigorigène circulant en circuit fermé, dont la température d’évaporation est inférieure ou égale à 18 °C. Cette borne est large : elle couvre le froid commercial positif et négatif de la grande distribution, le froid des ateliers agroalimentaires à statut tertiaire, la climatisation de salles informatiques et les installations de patinoires. Le bénéficiaire doit disposer, sur le site, d’un besoin de chaleur à couvrir : chauffage, eau chaude sanitaire ou procédé.

Trois exclusions structurent le périmètre, et elles sont formulées sans ambiguïté dans la dénomination de la fiche.

• Chauffer de l’air est exclu. Un récupérateur qui alimente directement une batterie chaude de centrale de traitement d’air ou qui souffle de l’air chaud dans un local ne relève pas de la BAT-TH-139. Il faut un fluide caloporteur intermédiaire, de l’eau ou de l’eau glycolée par exemple. C’est la nature du fluide chauffé par le récupérateur qui compte.
• Un groupe de production de froid de secours est exclu. Une machine qui ne tourne qu’en cas de défaillance de la machine principale ne fournit pas de chaleur de manière régulière ; la fiche l’écarte.
• Une pompe à chaleur est exclue. Un équipement conçu pour produire de la chaleur n’entre pas dans le champ, même s’il comporte un cycle frigorifique.

Le montant de certificats s’écrit M = D × 9,9 × Précupérée, en kWh cumac. Trois termes : deux grandeurs issues de l’étude et un facteur fixe.

La durée D obéit à une double logique. D’un côté, on calcule la moyenne pondérée des durées annuelles des besoins unitaires, chaque durée étant affectée de la puissance du besoin correspondant : (d1 × P1 + … + dn × Pn) divisé par (P1 + … + Pn). De l’autre, la chaleur ne peut être récupérée que lorsque les compresseurs tournent : D est donc bornée par leur durée moyenne de fonctionnement annuel. On retient le plus petit des deux.

La puissance Précupérée suit le même raisonnement de minimum. Un récupérateur de 300 kW installé face à des besoins de chaud qui totalisent 200 kW ne vaut que 200 kW, et inversement. Mais la fiche ajoute un plafond absolu : Précupérée ne peut pas dépasser (2 × Pcompresseurs) moins Pdéjà récupérée. Si la valeur issue des minima dépasse ce plafond, le Nota 2 impose de retenir le plafond. La fiche refuse donc de valoriser une puissance thermique supérieure à deux fois la puissance électrique des compresseurs, déduction faite de ce qu’un récupérateur existant prélève déjà.

Le Nota 1 précise le calcul de Pcompresseurs pour les installations frigorifiques à deux étages. Pour des compresseurs compound ou booster, on additionne les puissances électriques nominales des compresseurs basse pression et haute pression. Pour une installation en cascade, avec deux fluides frigorigènes différents ou un échangeur intermédiaire faisant évaporateur de la partie HP et condenseur de la partie BP, seuls les compresseurs haute pression comptent. Sur une cascade, le plafond est donc plus bas qu’une lecture rapide des plaques ne le laisserait penser.

Les trois cas suivants reposent sur des données d’étude fictives mais plausibles. Ils montrent successivement une situation où aucune limite ne mord, une situation où les heures de compresseurs bornent la durée D, et une situation où le plafond de puissance divise le résultat par deux.

Cas 1, supermarché avec production de froid centralisée. Les compresseurs raccordés au récupérateur totalisent 120 kW électriques sur leurs plaques et fonctionnent en moyenne 6 000 heures par an. Le récupérateur peut fournir 150 kW thermiques. Les besoins à couvrir sont l’eau chaude sanitaire, 40 kW pendant 4 000 heures, et le chauffage du magasin, 80 kW pendant 2 500 heures. Aucune récupération n’existe déjà.

• Cas 1. Somme des besoins : 40 + 80 = 120 kW. Précupérée = min(150 ; 120) = 120 kW. Plafond : (2 × 120) moins 0 = 240 kW. 120 est inférieur à 240 : le plafond ne mord pas.
• Cas 1. Durée pondérée : (4 000 × 40 + 2 500 × 80) / (40 + 80) = (160 000 + 200 000) / 120 = 360 000 / 120 = 3 000 heures. Compresseurs : 6 000 heures. D = min(3 000 ; 6 000) = 3 000 heures.
• Cas 1. M = 3 000 × 9,9 × 120. On pose 9,9 × 120 = 1 188, puis 3 000 × 1 188 = 3 564 000 kWh cumac.
• Cas 2, patinoire saisonnière. Trois compresseurs de 75 kW électriques chacun, soit 225 kW, tournent 3 000 heures par an, la piste étant fermée une partie de l’année. Le récupérateur est dimensionné à 300 kW. Besoins : chauffage des locaux et gradins, 150 kW pendant 3 000 heures ; eau chaude sanitaire des vestiaires, 50 kW pendant 4 000 heures. Pas de récupération préexistante.
• Cas 2. Somme des besoins : 150 + 50 = 200 kW. Précupérée = min(300 ; 200) = 200 kW. Plafond : (2 × 225) moins 0 = 450 kW. 200 est inférieur à 450 : pas de plafonnement.
• Cas 2. Durée pondérée : (3 000 × 150 + 4 000 × 50) / (150 + 50) = (450 000 + 200 000) / 200 = 650 000 / 200 = 3 250 heures. Mais les compresseurs ne tournent que 3 000 heures. D = min(3 250 ; 3 000) = 3 000 heures.
• Cas 2. M = 3 000 × 9,9 × 200. On pose 9,9 × 200 = 1 980, puis 3 000 × 1 980 = 5 940 000 kWh cumac. Ici, ce sont les heures de compresseurs qui limitent : le besoin d’eau chaude existe 4 000 heures, mais la chaleur n’est disponible que 3 000 heures.
• Cas 3, site agroalimentaire avec besoin de procédé, où le plafond s’applique. Les compresseurs raccordés totalisent 60 kW électriques et fonctionnent 4 500 heures par an. Le site a installé un récupérateur généreux, capable de 200 kW thermiques, pour préchauffer l’eau de lavage du procédé, un besoin de 180 kW présent 5 000 heures par an. Un désurchauffeur existant récupère déjà 30 kW sur ce même groupe froid.
• Cas 3. Avant plafond : Précupérée = min(200 ; 180) = 180 kW. Plafond : (2 × 60) moins 30 = 120 moins 30 = 90 kW. 180 est supérieur à 90 : le Nota 2 s’applique et Précupérée est ramenée à 90 kW.
• Cas 3. D : un seul besoin, donc durée pondérée = 5 000 heures ; compresseurs 4 500 heures. D = min(5 000 ; 4 500) = 4 500 heures.
• Cas 3. M = 4 500 × 9,9 × 90. On pose 9,9 × 90 = 891, puis 4 500 × 891 = 4 009 500 kWh cumac. Sans le plafond, on aurait eu 4 500 × 9,9 × 180 = 4 500 × 1 782 = 8 019 000 kWh cumac. Le plafond divise le montant par deux.

La leçon du cas 3 est simple : la taille de l’échangeur et l’ampleur du besoin de chaud ne servent à rien au-delà de ce que la puissance électrique des compresseurs autorise. Un dossier déposé avec 180 kW au lieu de 90 serait corrigé, au mieux, ou rejeté. Et si le groupe froid avait été une cascade, seuls les compresseurs haute pression auraient compté : le plafond aurait été encore plus bas. Tout cela se joue dans l’étude, avant la première soudure.

La fiche ne se contente pas d’exiger une étude : elle en fixe l’objet, le contenu et la profondeur temporelle. L’étude préalable de dimensionnement est établie, datée et signée par un professionnel ou un bureau d’études. Elle vise à évaluer les économies d’énergie attendues via la chaleur récupérée, au regard des installations de production de froid et des besoins de chaleur. Elle doit aussi démontrer deux adéquations successives : entre les besoins de froid et la production de froid, puis entre le système de récupération et les besoins de chaud. Et elle présente les calculs avec leurs hypothèses.

Elle définit une période représentative des besoins de chaleur et des besoins de froid qui ne peut pas être inférieure à 24 heures, et qui considère les usages, a minima, sur les deux dernières années, ainsi que les arrêts de production. Cette exigence n’est pas une formalité : c’est elle qui rend crédibles les heures de fonctionnement des compresseurs et les durées des besoins. Concrètement, une étude solide contient au moins les éléments suivants.

• L’inventaire du groupe froid concerné : compresseurs raccordés au récupérateur, puissances électriques nominales relevées sur les plaques ou sur un document du fabricant, architecture mono-étagée, booster, compound ou cascade, température d’évaporation.
• La durée moyenne de fonctionnement annuel des compresseurs, justifiée par des relevés ou une analyse des consommations sur les deux dernières années, arrêts de production compris.
• La liste des besoins de chaud à couvrir, avec pour chacun sa puissance et sa durée annuelle, et le calcul explicite de la moyenne pondérée.
• La puissance thermique du système de récupération retenu et le calcul du minimum avec la somme des besoins.
• L’identification de toute récupération de chaleur déjà en place sur ce groupe froid et sa puissance.
• Le calcul du plafond (2 × Pcompresseurs) moins Pdéjà récupérée, et la comparaison avec la puissance récupérée.
• L’estimation des économies d’énergie attendues, la date et la signature du professionnel ou du bureau d’études.

Les conditions de délivrance tiennent en quelques lignes, mais chacune est vérifiable pièce en main.

• Groupe de production de froid par compression mécanique, utilisant un fluide frigorigène circulant en circuit fermé.
• Température d’évaporation inférieure ou égale à 18 °C.
• Récupération vers un fluide caloporteur, par exemple de l’eau ; la récupération pour chauffer ou préchauffer de l’air est exclue.
• Usage de la chaleur sur site : chauffage du bâtiment, production d’eau chaude sanitaire ou besoin en procédé.
• Groupe froid principal : un groupe de secours et une pompe à chaleur ne sont pas éligibles.
• Mise en place réalisée par un professionnel.
• Étude préalable de dimensionnement établie, datée et signée par un professionnel ou un bureau d’études, avec une période représentative d’au moins 24 h et des usages examinés sur les deux dernières années, arrêts de production inclus.

Les vérifications portent sur la cohérence entre l’étude, la facture et l’installation réelle. Le montant déclaré doit se reconstituer, terme par terme, à partir de l’étude. Les causes de rejet ou de correction les plus fréquentes tiennent à des écarts sur les trois grandeurs de la formule ou au non-respect des exclusions.

• Étude absente, non datée, non signée, ou établie après la mise en place : la fiche parle bien d’une étude préalable.
• Puissance récupérée retenue au-dessus du plafond (2 × Pcompresseurs) moins Pdéjà récupérée, ou plafond calculé sans déduire la récupération déjà en place.
• Pcompresseurs surestimée : compresseurs non raccordés au récupérateur comptés dans la somme, ou compresseurs basse pression comptés sur une installation en cascade.
• Durée D supérieure à la durée moyenne de fonctionnement des compresseurs, ou moyenne pondérée calculée sans tenir compte des puissances respectives des besoins.
• Période représentative de moins de 24 heures, ou historique des usages qui ne couvre pas les deux dernières années et les arrêts de production.
• Récupération vers de l’air, groupe de secours ou pompe à chaleur : l’opération sort du périmètre de la fiche.
• Incohérence entre la facture, l’étude et le matériel posé : puissance du récupérateur, nombre de compresseurs, nature du fluide chauffé.