IND-UT-137 : la PAC sur chaleur fatale vaut 10,986 kWh cumac par kWh de chaleur nette

Un site industriel rejette beaucoup de chaleur à basse température : eau de refroidissement, condenseurs de groupes frigorifiques, buées de séchage, fumées tièdes. Elle sort à 25, 35 ou 45 °C alors que les besoins du site demandent 60, 80 ou 120 °C : on la rejette, et on brûle du gaz à côté pour produire la chaleur utile. C’est la définition que donne la fiche : une chaleur générée par une installation qui n’en constitue pas une des finalités premières et qui n’est pas récupérée.

La pompe à chaleur comble l’écart. Son évaporateur prélève la chaleur fatale en vaporisant un fluide frigorigène ; le compresseur comprime cette vapeur, ce qui élève sa température ; le condenseur restitue la chaleur au circuit du besoin. Le compresseur ne crée pas la chaleur, il la déplace vers le haut : pour 1 kWh d’électricité, le système délivre plusieurs kWh de chaleur, et ce rapport, le COP = Q / Eélec, mesure la performance. Plus la rehausse est grande, plus le compresseur travaille et plus le COP baisse, d’où un tableau de COP minimal indexé sur l’écart de température. Et la formule retranche l’électricité de la chaleur fournie : l’économie valorisée est la chaleur nette Q − Eélec, qui est, aux pertes près, la chaleur prélevée sur la source, c’est-à-dire ce que la chaudière n’a plus à produire.

Le bénéficiaire est l’entreprise industrielle qui exploite le process source de chaleur fatale et qui a un besoin de chaleur sur le même site, défini par les limites cadastrales des parcelles qui lui appartiennent ou qui sont mises à sa disposition. L’opération peut concerner un site existant, un site neuf, une extension ou un nouveau besoin de chaleur. La mise en place est réalisée par un professionnel, sans qualification particulière exigée par le texte.

La source doit remplir deux conditions de température qui s’ajoutent : un effluent liquide ou gazeux à 25 °C ou plus pendant au moins 90 jours par an, consécutifs ou non, et une moyenne annuelle strictement supérieure à 18 °C. Un rejet à 40 °C trois mois et à 10 °C le reste du temps échoue sur la seconde.

• Hors champ : géothermie, aérothermie, solaire thermique, cogénération, chaussées thermoactives ; chaleur d’un process refroidi en circuit fermé côté évaporateur d’un groupe frigorifique ; effluents d’un équipement de secours ; fraction déjà valorisée depuis moins de 14 ans.
• Comme pour toute opération CEE, le mandataire ou l’obligé intervient au plus tard le jour de l’engagement, c’est-à-dire au plus tard à la signature du devis.

Le point 5 tient en une ligne : 10,986 × (Q − Eélec). Ni zone climatique, ni forfait par kW, ni tranche de puissance. Q est la chaleur fournie en sortie du système, Eélec l’électricité absorbée par les compresseurs et par les auxiliaires, pompes et ventilateurs des évaporateurs et condenseurs, qui comptent qu’ils soient préexistants ou non : une pompe de circulation déjà en place entre dans Eélec dès qu’elle alimente l’échangeur de la PAC.

Le coefficient s’applique à la chaleur nette : chaque kWh de chaleur fourni rapporte 10,986 kWh cumac, chaque kWh d’électricité consommé en retire autant. Q et Eélec ne sortent pas d’une plaque : ils se calculent sur 5 à 10 points de fonctionnement représentatifs, chacun avec sa durée, sa puissance thermique, son taux de charge et sa puissance électrique. La durée D est bornée à 8 760 heures, d’où le plafond théorique de la fiche : 5 000 × 8 760 = 43 800 000 kWh/an de chaleur fournie, avant déduction de l’électricité.

Cas A, agroalimentaire : une PAC de 500 kW récupère la chaleur du condenseur d’un groupe frigorifique pour produire de l’eau de lavage à 65 °C, 6 000 heures par an en coïncidence entre source et besoin, Q = 500 × 6 000 = 3 000 000 kWh/an. Écart de 40 K, COP minimal de 4,4, COP retenu d’environ 4,6, Eélec = 650 000 kWh/an. Chaleur nette 3 000 000 − 650 000 = 2 350 000 kWh/an, et 10,986 × 2 350 000 = 25 817 100 kWh cumac.

Cas B : une PAC de 150 kW remonte l’eau de refroidissement d’une presse vers le chauffage des locaux à 75 °C, 4 000 heures, écart de 50 K, seuil 3,5 ; 10,986 × 435 000 = 4 778 910 kWh cumac. Cas C : une PAC de 2 000 kW produit de l’eau à 120 °C à partir de buées de séchage, 7 500 heures ; écart de 65 K et sortie au-dessus de 100 °C, donc deuxième colonne, seuil 2,1, COP de 2,4 ; 10,986 × 8 750 000 = 96 127 500 kWh cumac. Cas D : deux PAC de 1 200 kW en parallèle sur un même besoin à 70 °C, 5 000 heures, puissances et énergies additionnées, écart de 45 K, seuil 3,9, COP 4,0 ; 10,986 × 9 000 000 = 98 874 000 kWh cumac, la fiche étant utilisée une seule fois pour le système.

La leçon : le volume suit la chaleur nette, donc les heures de coïncidence entre source et besoin bien plus que la puissance ou le COP. Le cas C vaut vingt fois le cas B avec le COP le plus bas des quatre.

Le tableau du point 3 est le filtre de la fiche. Pour chaque écart entre le fluide caloporteur en sortie du condenseur et le fluide frigoporteur en sortie de l’évaporateur, il fixe le COP annuel moyen minimal, avec deux colonnes selon que la sortie de condenseur dépasse ou non 100 °C. Le tableau complet donne une valeur pour chaque kelvin de 30 à 70 ; les lignes ci-dessus en reprennent les repères. Le COP comparé au seuil est le COP annuel moyen Q / Eélec de l’étude, auxiliaires compris, pas le COP nominal du catalogue.

La fiche ne dit pas comment traiter un écart non entier, 37,5 K par exemple, ni quelle valeur retenir quand l’écart varie d’un point de fonctionnement à l’autre ; elle parle d’un ∆T moyen sur les périodes de fonctionnement. La lecture prudente : retenir le seuil le plus exigeant, celui de l’entier inférieur, et montrer que le COP annuel le dépasse avec une marge. C’est le seul point qui justifie une position écrite du délégataire avant d’engager un système proche du seuil.

L’étude de dimensionnement suit un plan en trois parties : identification du bénéficiaire et du chantier ; description des flux, chaleur fatale d’un côté, besoins de l’autre, chacun avec sa nature, sa quantité, sa température et sa courbe de charge sur une année représentative ; dimensionnement, avec la superposition des deux courbes qui donne la durée D, les 5 à 10 points de fonctionnement, les calculs de Q, Eélec et COP, et un schéma de l’installation. Les données viennent d’une année mesurée pour un site existant, d’une campagne d’au moins deux mois si l’historique manque, ou d’une simulation thermique pour un site neuf ou une extension.

Une condition passe souvent inaperçue : le point j demande de justifier que la température d’entrée du condenseur, côté besoin, est en permanence supérieure à la moyenne des températures de chaleur fatale disponible. La machine doit vraiment rehausser : si le retour du circuit à chauffer revient plus froid que la source, un simple échangeur ferait le travail.

Le contrôle porte sur la cohérence entre trois documents : l’étude de dimensionnement, la preuve de réalisation et les relevés des compteurs. Un dossier tombe quand l’un des trois manque ou contredit les autres.

• Étude absente, postérieure aux travaux, non signée ou incomplète : sans courbes de charge superposées, sans les 5 à 10 points de fonctionnement, sans schéma des fractions ou sans justification du point j.
• COP annuel moyen sous le seuil pour l’écart retenu, calculé sans les auxiliaires, ou lu dans la colonne ≤ 100 °C alors que le condenseur sort à plus de 100 °C ; fluide de PRG égal ou supérieur à 150.
• Source hors définition : moins de 90 jours à 25 °C, moyenne annuelle à 18 °C ou moins, géothermie, cogénération, groupe frigorifique en circuit fermé, équipement de secours, chaleur fatale issue d’un process situé hors des parcelles du site.
• Puissance thermique chaud supérieure à 5 MW, montage en série dont la première PAC n’est pas alimentée par la chaleur fatale, ou fraction déjà valorisée depuis moins de 14 ans.
• Preuve de réalisation muette sur la rehausse de chaleur fatale ou les puissances à chaque point de fonctionnement, sans document du fabricant pour compléter ; compteurs absents ou sans valeur journalière.