Article AUTONOME (Arrêté du 27 mars 2012 relatif à l'agrément de la demande de titre V relative à la prise en compte du système ERS Biofluides dans la réglementation thermique pour les bâtiments existants)

A N N E X E

MODALITÉS DE PRISE EN COMPTE DU SYSTÈME ERS BIOFLUIDES DANS LA RÉGLEMENTATION THERMIQUE POUR LES BÂTIMENTS EXISTANTS

1. Définition du système ERS Biofluides

Au sens du présent arrêté, le système ERS Biofluides est un système de récupération de chaleur sur les eaux usées. Placé dans un local technique sous le fil d'eau d'évacuation, les eaux usées sont collectées en gravitaire sans perturber l'évacuation générale vers le réseau public. L'énergie thermique ainsi récupérée est recyclée dans les installations d'eau chaude collectives via une pompe à chaleur eau/eau. Le concept, désigné « ERS », Energy Recycling System, est constitué d'une capacité tampon collectant les eaux usées. Il est équipé d'un filtre décanteur, d'un système de vidange automatique et d'un échangeur de chaleur inox de grande surface, à forte inertie et à très faible pertes de charges.
Le système est composé :
― d'un bac ERS dans lequel la chaleur des eaux usées est récupérée ;
― d'un ballon tampon anti-court cycle ;
― d'une pompe à chaleur ;
― de vannes de régulation ;
― d'un bac de relevage du système de nettoyage automatique de la cuve avec pompe de relevage.

2. Domaine d'application

Cette méthode s'applique uniquement aux bâtiments suivants :
― logements collectifs ;
― hébergement ;
― établissement sanitaire ;
― restauration ;
― hôtellerie ;
― établissement sportif.
Elle s'applique aux bâtiments dont les eaux usées et les eaux noires sont séparées en amont du système, possédant un appoint pour la production de l'eau chaude sanitaire et dont les réseaux d'évacuation sont calorifugés a minima avec une classe 2.
Les circulateurs utilisés pour le système ERS sont à débit variable.

3. Méthode de prise en compte dans les calculs
pour la partie non directement modélisable

La présente méthode propose l'intégration du système ERS Biofluides dans la méthode de calcul Th-C-E ex, comme suit :
1. Modéliser le bâtiment selon la méthode de calcul Th-C-E ex définie par l'arrêté du 8 août 2008 susvisé avec une prise en compte d'une production d'ECS correspondant à l'énergie utilisée pour l'appoint avec le stockage correspondant.
2. Corriger la consommation d'énergie primaire du bâtiment ainsi obtenue (Cepinitiale) par les consommations d'énergie primaire induites par le système ERS, CepERS. Cette méthode de calcul des performances du système ERS permet de calculer la part nécessaire à fournir par le système d'appoint de production d'ECS ainsi que les consommations électriques générées par le système ERS.
Cette méthode prend en compte les consommations énergétiques de la PAC, des auxiliaires supplémentaires (pompes de circulation en amont et en aval de la PAC) et des pertes thermiques du ballon anti-court cycle.
Dans la présente méthode, les besoins en eau chaude sanitaire mitigée à 40 °C en litres et la chaleur potentiellement récupérable en wattheures sont calculés sur un pas de temps horaire afin de tenir compte des profils des différents usages.
Ces besoins et potentiels de chaleur sont ensuite cumulés sur la journée et traités mensuellement.

3.1. Calcul de la chaleur potentielle disponible
3.1.1. Calcul des besoins d'eau chaude
sanitaire mitigée à 40 °C

Les besoins d'eau chaude sanitaire sont calculés selon le chapitre 8 de la méthode de calcul Th-C-E ex. Ainsi :
― l'équation 15 permet de déterminer la quantité de chaleur nécessaire Qw (Wh) ;
― l'équation 16 permet de déterminer le volume d'eau chaude sanitaire mitigée pour une heure donnée Vuw (L) ;
― les tableaux 18 et 19 tiennent compte de l'usage et de la clé de répartition applicable pour chaque usage considéré et jours de la semaine pendant lesquels ils s'appliquent ;
― pour les établissements sanitaires sans hébergement, la restauration cuisine traditionnelle et self et les établissements sportifs où les scénarios indiquent une utilisation de 5 jours/semaine, un coefficient correctif de 5/7 est appliqué sur les besoins mensuels d'ECS.

3.1.2. Calcul de la chaleur potentielle des eaux usées QEU

Le calcul de la chaleur pour chaque heure d'utilisation à partir du débit horaire d'eaux usées s'effectue de la façon suivante :

QEU = VEU × (uw - TSEU) × 1,163 - Qpertes-amont (Wh)

avec :
VEU-: le volume horaire d'eaux usées (L). Le volume horaire d'eaux usées de référence est égal au débit d'eaux usées calculé si celui-ci est inférieur à la capacité de l'ERS et est égal à la capacité de l'ERS si celui-ci est supérieur ;
uw: : la température d'eau chaude mitigée au point de puisage. Cette température est prise égale à 40 °C ;
TSEU-: la température de sortie d'eaux usées. Cette température est prise égale à 13 °C ;
Qpertes-amont : la quantité de chaleur perdue en amont de l'ERS entre le point de puisage et l'entrée de l'ERS (Wh).
Dans cette méthode de calcul, une chute de température de 4K de l'eau chaude mitigée est considérée entre le point de puisage et le début des collecteurs d'eaux usées horizontaux situés en caves, parking, sous-sols ou galeries techniques, 3K dans les douches et 1K dans les canalisations verticales.
Afin d'obtenir la chaleur potentielle par jour, puis par mois, les chaleurs potentielles horaires sont sommées, puis la chaleur potentielle journalière est multipliée par le nombre de jours de chaque mois.
Les pertes dans les canalisations horizontales sont calculées comme suit :
― en fonction du diamètre de la canalisation et de sa classe d'isolation, le coefficient de perte linéique est déterminé à l'aide des tableaux 1, 2 et 3 suivants ;
― le coefficient de perte linéique obtenu est multiplié par la longueur des canalisations horizontales, par le temps d'utilisation et par la différence de température entre la température des eaux usées et la température des locaux traversés par les canalisations, soit 27 °C.

Tableau 1 : épaisseur minimale d'isolation en mm
et coefficient de perte pour les classes d'isolation 1 et 2

Tableau 2 : épaisseur minimale d'isolation en mm et coefficient de perte pour les classes d'isolation 3 et 4

Tableau 3 : épaisseur minimale d'isolation en mm et coefficient de perte pour les classes d'isolation 5 et 6

3.2. Utilisation du système de récupération
pour une application ECS exclusive
3.2.1. Besoins d'eau chaude sanitaire à 55 °C

Les besoins d'eau chaude sanitaire à 55 °C permettent de déterminer l'appoint de chaleur nécessaire à partir :
― des besoins d'eau chaude sanitaire mitigée à 40 °C définis au paragraphe 3.1.1. ;
― de la température de préchauffage d'eau du système de récupération de chaleur ;
― de la température mensuelle d'eau froide cw, déterminée selon le tableau 4. CW, est la moyenne mensuelle des températures d'arrivée d'eau froide par zone climatique à 7 heures, 8 heures, 18 heures, 20 heures et 21 heures (horaires de puisage pour les bâtiments à usage d'habitation).

Tableau 4 : température de l'arrivée d'eau froide cw

Vj55 = Vj40 × 40 - Vj40 × cw (L)
Vj40 × 40 - Vj40 × cw

Vj55 =

(L)

(55 - cw)

avec :
Vj55 : le volume journalier d'eau chaude sanitaire à 55 °C (L) ;
cw : la température mensuelle d'arrivée d'eau froide ;
Vj40 : le volume journalier d'eau chaude sanitaire mitigée à 40 °C (L) calculé de la façon suivante :

Vous pouvez consulter le tableau dans le
JOn° 81 du 04/04/2012 texte numéro 6

Avec a, ahi et Nu déterminés selon les tableaux 18 et 19 du chapitre 8 de la méthode de calcul Th-C-E ex.
Le calcul des besoins d'eau chaude sanitaire à 55 °C pour chaque mois s'effectue de la façon suivante :

QECS55 = Vj55 × (55 - cw) × 1,163 × Jmois (Wh)

avec :
Jmois : le nombre de jours du mois de la période concernée ;
Vj55 : le volume journalier d'eau chaude sanitaire à 55 °C (L) ;
cw : la température mensuelle d'arrivée d'eau froide.

3.2.2. Calcul de l'appoint ECS pour 55 °C

Le calcul de l'appoint de chaleur pour chaque mois s'effectue de la façon suivante :

QAPP = Q ECS55 - QECH-INST (Wh)

avec :
QECS55 : les besoins d'eau chaude sanitaire à 55 °C ;
QECH-INST : l'énergie thermique de chauffage produite par l'échangeur instantané en amont de l'appoint. Ce coefficient est défini au paragraphe 3.2.4.

3.2.3. Efficacité de l'échangeur instantané ECS

L'efficacité de l'échangeur est prise égale à 0,93.

3.2.4. Quantité de chaleur à fournir au condenseur
pour les besoins d'ECS

La quantité de chaleur à fournir au condenseur de la pompe à chaleur est calculée pour chaque heure d'utilisation à partir des besoins d'ECS mitigée calculé selon la méthode Th-C-E ex, augmentés des pertes de chaleur du ballon anti court-cycle.
Ce calcul est réalisé mensuellement à partir des volumes d'eau chaude sanitaire déterminés sur une journée.
Ainsi, on obtient :

QPAC-ECS = QECH-INST + QPERTES (Wh)
QECH-INST = VJ40 × (40-cw) × 1,163 × Jmois (Wh)
QPERTES = Vs × Cr × (stockage - Tlocal) × Jmois (Wh)

avec :
Cr : la constante de refroidissement égale à 4,2 × Vs-0,45(Wh/24 h.l.° C) ;
Vs : le volume de stockage d'énergie (L) ;
Jmois : le nombre de jours du mois de la période concernée ;
Tstockage : la température primaire en sortie du condenseur (°C) ;
Tlocal : la température du local prise égale à 20 °C conformément à la méthode de calcul Th-C-E ex.

3.2.5. Consommations électriques de l'ERS

Les consommations électriques de l'ERS sont constituées de l'énergie consommée par la pompe à chaleur et celle des auxiliaires (pompes, évaporateur et condenseur). Elles sont calculées mensuellement en fonction des profils journaliers selon le chapitre 8 de la méthode de calcul Th-C-E ex.

3.2.5.1. Consommation énergétique de la pompe à chaleur

Le calcul de la consommation d'énergie primaire de la PAC s'effectue de la façon suivante :

EELPAC-ECS-EP = 2,58 × QPAC-ECS (kWhep)
QPAC-ECS

EELPAC-ECS-EP = 2,58 ×

(kWhep)

COPPAC

avec :
QPAC-PAC-ECS : l'énergie à produire au condenseur de la PAC pour les besoins d'ECS (kWh) ;
COPPAC : le coefficient de performance de la PAC, défini comme le rapport de la puissance au condenseur divisé par la puissance du compresseur.
La valeur de COPPAC à prendre en compte dans le calcul doit être précisée selon les règles suivantes :
― la valeur est certifiée par un organisme indépendant accrédité selon la norme NF EN 45011 par le COFRAC ou tout autre organisme d'accréditation signataire de l'accord européen multilatéral pertinent pris dans le cadre de la coordination européenne des organismes d'accréditation : la valeur de calcul est la valeur certifiée ;
― la valeur est justifiée par un essai effectué par un laboratoire indépendant et accrédité selon la norme NF EN ISO/CEI 17025 par le COFRAC ou tout autre organisme d'accréditation signataire de l'accord européen multilatéral pertinent pris dans le cadre de la coordination européenne des organismes d'accréditation : la valeur de calcul de COPPAC est égale à 0,9* valeur justifiée ;
― la valeur est uniquement déclarative : la valeur de calcul de COPPAC est égale à 0,8* valeur déclarée.

3.2.5.2. Consommation des auxiliaires

Les pompes de circulation installées sur les circuits évaporateur et condenseur sont à vitesse variable classées « A » en label énergétique.
La consommation est calculée en appliquant la formule 150 au paragraphe 11.1.3.3 du chapitre 11 des règles Th-C-E ex pour des pompes à vitesse variable :

Caux = 10-³ × Pcircem× Temps de fonctionnement × 0,5 (kWh)

avec :
Pcircem : la puissance des pompes déterminées selon leurs courbes hydrauliques (W) ;
Temps de fonctionnement : le nombre d'heures d'utilisation définies dans les profils journaliers issus du tableau 19 du chapitre 8 des règles Th-C-E ex, en fonction de l'usage (h).
Dans le cas où les scénarios indiquent une utilisation de 5j/semaine, un coefficient correctif de 5/7 est appliqué sur le nombre d'heures annuelles de fonctionnement.
Les consommations électriques des pompes sont ensuite converties en énergie primaire par application de la formule suivante :
Caux ep = 2,58×Caux (kWhep)

3.2.6. Chaleur récupérée dans les eaux usées

La quantité de chaleur prélevée à l'évaporateur est calculée à partir des consommations électriques de la pompe à chaleur en appliquant la formule suivante :

QEU ECS = EELPAC ECS × EERPAC (kWh)

avec :
QEU ECS : la chaleur récupérée dans les eaux usées pour l'eau chaude sanitaire (kWh) ;
EELPAC ECS : l'énergie électrique consommée par le compresseur de la PAC (kWh) ;
EERPAC : le coefficient d'efficacité frigorifique de la pompe à chaleur (-).
Si QEU ECS est supérieure à QEU, alors QEU ECS = QEU.

3.2.7. Gain énergétique

Le gain énergétique du système ERS s'obtient en faisant la différence entre l'énergie fournie à l'installation d'eau chaude sanitaire et les consommations en énergie primaire.
Pour cela on applique la formule suivante :

GAINECS = QECH-INST - (EELpac ECS ep + Caux ep) (kWhep)
QECH-INST

GAINECS =

- (EELpac ECS ep + Caux ep) (kWhep)

1 000

avec :
QECH-INST : l'énergie thermique produite par l'échangeur en amont de l'appoint (Whep) ;
EELPAC ECSep : l'énergie électrique primaire consommée par le compresseur de la PAC pour les besoins d'ECS (kWhep) ;
Caux ep : l'énergie électrique primaire consommée par les auxiliaires (kWhep).

3.2.8. Taux de couverture ECS

Le taux de couverture est le rapport de l'énergie produite en aval de l'échangeur du système de récupération QECH INST par les besoins d'eau chaude sanitaire Qw

Taux couverture = QECH INST/QW (-)
3.2.9. COP équivalent du système ERS

Le COP équivalent du système est défini comme étant la division de la consommation obtenue en utilisant uniquement le système d'appoint par la consommation d'ECS obtenue en utilisant l'ERS et l'appoint :

COPequERS = Cappoint/CERS (-)