Périmètre de mesure de la performance énergétique

Un groupe frigorifique de 300 tonnes frigorifiques qui appelle 180 kW affiche un COP de 5,86 si l’on ne compte que son alimentation. Ajoutez les 20 kW de ses pompes à eau glacée et à eau de condenseur : le COP passe à 5,28. L’installation n’a pas changé, mais le résultat baisse de 10 %. La performance est le rapport entre production utile et énergie consommée ; le périmètre de mesure détermine ce rapport. Définissez-le avant tout calcul, faute de quoi deux personnes annonceront deux résultats pour la même semaine.

Télécharger la fiche de périmètre de mesure (.txt). Imprimez-la ou remplissez-la sur site.

Quatre questions pour chaque méthode

1. Quels équipements sont inclus ? Listez ceux qui entrent dans le périmètre et ceux qui en sont exclus : variateurs, pompes, ventilateurs, sécheurs, tours de refroidissement, commandes et appoints électriques. Incluez aussi une unité de secours alimentée par le même départ.
2. Quelle est la production utile ? Puissance hydraulique pour une pompe, débit d’air livré pour un compresseur, chaleur ou froid pour une installation thermique. Mesurez-la sur le même système physique que l’entrée. Un débitmètre placé après une dérivation ou une vanne mélangeuse ne voit pas le débit de la pompe.
3. Quel état de fonctionnement comparez-vous ? Vitesse ou étage, charge, ainsi que pression ou température de service expliquent l’essentiel des écarts. Entre 60 % et 90 % de vitesse, la puissance d’une même pompe varie dans un rapport d’environ 1 à 3,4 (0,6³ contre 0,9³). Comparez des états équivalents.
4. Les valeurs couvrent-elles la même période ? Pour un rapport de puissances ou de débits, moyennez les deux valeurs sur le même intervalle et la même horloge. Pour un rapport journalier, par lot ou saisonnier, utilisez des totaux d’énergie soumis à la même règle pour les données manquantes.

Balayez pour voir tout le schéma

La fiche de préparation d’un projet de suivi énergétique permet de consigner les périmètres, la destination des données et les responsables de la réception pour un premier site.

Pompes

Le rendement « prise à eau » d’une pompe est la puissance hydraulique divisée par la puissance électrique mesurée à l’alimentation du variateur. La puissance hydraulique vaut ρ·g·Q·H. Déterminez la hauteur manométrique à partir de la pression différentielle aux bornes de la pompe ; 1 bar équivaut à 10,2 m de colonne d’eau à 20 °C. À 100 m³/h sous 30 m de hauteur, la puissance hydraulique est de 1 000 × 9,81 × (100 ÷ 3 600) × 30 = 8,2 kW. Si l’alimentation du variateur indique 12 kW, le rendement « prise à eau » est de 68 %. Il inclut les pertes du variateur, du moteur et de la pompe ; il est donc inférieur au rendement indiqué par la courbe de la pompe.

Selon les lois d’affinité, le débit varie comme la vitesse, la hauteur comme son carré et la puissance comme son cube. À 80 % de la vitesse, la puissance tombe à 0,8³ = 51 % : 30 kW deviennent environ 15,4 kW.

La loi cubique ne vaut que si la courbe du réseau passe par une hauteur nulle à débit nul : c’est le cas d’un circuit fermé dont les pertes sont uniquement dues aux frottements. Dans un réseau ouvert présentant une hauteur statique, par exemple pour remonter l’eau vers une cuve ou alimenter une tour de refroidissement ouverte, une hauteur minimale est nécessaire avant que l’eau circule. Ralentir cette pompe économise bien moins que ne le prédit la loi cubique. Sous une certaine vitesse, elle ne fournit plus de débit tout en consommant encore de l’électricité. Vérifiez toute estimation par des mesures de débit et de puissance avant d’annoncer une économie.

Air comprimé

La puissance spécifique est la puissance électrique absorbée divisée par le débit d’air livré. Un compresseur de 100 kW fournissant 16,7 m³/min a une puissance spécifique de 6,0 kW par m³/min :

Trois facteurs peuvent modifier ce résultat sans changement du compresseur. Le premier est l’unité de débit. Les fiches techniques indiquent le débit d’air libre fourni, ou FAD, selon ISO 1217, rapporté aux conditions d’aspiration déclarées, souvent 1 bar absolu et 20 °C. De nombreux débitmètres massiques thermiques indiquent des normaux mètres cubes (Nm³), souvent à 0 °C et 1,01325 bar. Un Nm³ occupe environ 1,09 m³ à 20 °C et 1 bar. Si les 16,7 précédents sont en Nm³/min, ils correspondent à environ 18,2 m³/min FAD et la puissance spécifique devient 5,5 kW par m³/min. Vérifiez l’unité du débitmètre avant toute comparaison avec une fiche technique.

Le deuxième facteur est la pression de refoulement. Vers 7 bar relatifs (100 psig), 2 psi supplémentaires (0,14 bar) ajoutent environ 1 % à la puissance du compresseur, soit approximativement 7 % par bar. Une mesure à 7,5 bar ne se compare pas directement à une mesure à 6,5 bar.

Le troisième est le périmètre. Mesurer les kW aux bornes du compresseur exclut le sécheur, les purges de condensats et les ventilateurs d’extraction. Un sécheur à adsorption sans apport de chaleur utilise également une partie de l’air comprimé pour se régénérer : le débit disponible après le sécheur est inférieur au FAD du compresseur. Précisez si le débitmètre se trouve avant ou après le sécheur.

Chaudières et production thermique

Le rendement d’une chaudière est la chaleur utile divisée par l’énergie du combustible ; le seul choix du pouvoir calorifique change le résultat. Le pouvoir calorifique supérieur (PCS) du gaz naturel dépasse d’environ 10,7 % le pouvoir calorifique inférieur (PCI), car il inclut la chaleur latente de la vapeur d’eau des fumées. Le rendement d’une chaudière à condensation dépasse souvent 100 % lorsqu’il est exprimé sur PCI. Les règles européennes d’écoconception des chaudières jusqu’à 400 kW (règlement 813/2013) expriment le rendement saisonnier sur PCS ; les factures de gaz en Irlande et au Royaume-Uni convertissent elles aussi le volume en kWh sur PCS. Une chaudière qui fournit 870 kWh de chaleur pour 1 000 kWh de gaz sur PCS a un rendement de 87 % sur PCS. Cette même entrée vaut 903 kWh sur PCI (1 000 ÷ 1,107), soit un rendement de 96 % sur PCI. Indiquez toujours la base du calcul.

Un système de suivi applique la méthode directe : entrée et sortie mesurées. La méthode indirecte, qui retranche de 100 % les pertes mesurées dans les fumées, l’enveloppe et les purges, relève de l’essai de combustion. Mesurez la chaleur utile avec un compteur de chaleur ou calculez-la à partir du débit et de l’écart de température : Q = ρ·cp·V·ΔT. À 10 m³/h avec des températures aller/retour de 70/50 °C, on obtient 228 kW :

L’essentiel de l’erreur tient à l’écart de température. Pour 20 K, un décalage de 0,1 K entre les capteurs aller et retour représente 0,5 % du résultat ; pour 5 K, il représente 2 %. C’est pourquoi les compteurs de chaleur conformes à EN 1434 utilisent une paire de sondes appairées. Deux défauts d’installation sont fréquents : des sondes aller et retour inversées donnent un flux thermique négatif ou presque nul, que certains compteurs n’enregistrent pas ; un débitmètre sur le secondaire d’une bouteille de découplage mesure le débit du circuit, pas celui de la chaudière. Le rapport décrit alors un autre périmètre. Le guide des données des compteurs de chaleur détaille les contrôles des registres et des états.

Comparez des chaudières à des taux de charge semblables. À faible feu et en été, les pertes permanentes de l’enveloppe et des tuyauteries représentent une plus grande part d’une faible production : un rendement de juillet n’est pas directement comparable à celui de janvier.

Groupes frigorifiques

Le COP d’un groupe frigorifique est la puissance frigorifique divisée par la puissance électrique absorbée. L’indicateur américain kW par tonne frigorifique en est l’inverse : 3,517 ÷ COP ; plus il est bas, mieux c’est. Le groupe de 300 tonnes frigorifiques (1 055 kW) consommant 180 kW a un COP de 5,86, soit 0,60 kW/tonne. En ajoutant au périmètre 20 kW de pompes à eau glacée et à eau de condenseur, le COP devient 5,28, soit 0,67 kW/tonne :

Déclarez également les ventilateurs des tours de refroidissement. Un indicateur qui inclut pompes et tours décrit la centrale d’eau glacée, pas seulement le groupe frigorifique.

Un COP mesuré correspond à un seul point de fonctionnement. L’indice de performance à charge partielle intégrée IPLV de la norme AHRI 550/590 combine quatre points pondérés : IPLV = 0,01A + 0,42B + 0,45C + 0,12D, où A à D représentent les rendements à 100, 75, 50 et 25 % de charge. À chaque point, la température normalisée de l’eau ou de l’air au condenseur diminue avec la charge. La pleine charge ne pèse que 1 % dans l’indice. Le NPLV emploie les mêmes pondérations aux conditions de conception du projet. Une mesure sur site à 60 % de charge et 27 °C d’eau au condenseur n’est comparable à aucun des deux indices sans rapprocher charge et température de condensation.

Pompes à chaleur

Le COP d’une pompe à chaleur rapporte la chaleur livrée à la puissance électrique absorbée à un instant donné. Sur une période, le rapport des énergies cumulées donne le coefficient de performance saisonnier (SPF). Le projet SEPEMO-Build a défini quatre périmètres usuels pour préciser ce SPF :

Les règles de l’Union européenne relatives au calcul de la chaleur renouvelable produite par les pompes à chaleur (décision 2013/114/UE de la Commission, section 3.4) retiennent le périmètre H2 et le SCOPnet d’EN 14825. Pour 300 kW de chaleur livrée, 90 kW absorbés par l’unité et son ventilateur côté source, plus 10 kW par l’appoint, le COP est de 3,33 en H2 et de 3,00 en H3 :

Conservez les phases de dégivrage dans les totaux. Une pompe à chaleur aérothermique qui inverse son cycle pour dégivrer reprend pendant quelques minutes de la chaleur au circuit de chauffage. Si le compteur de chaleur ou le calcul ignore ce flux négatif, le SPF est surestimé. Enregistrez le mode de fonctionnement (chauffage, eau chaude, dégivrage, veille) et la température extérieure avec chaque intervalle. Vous pourrez ensuite ventiler le SPF annuel par mode et par plage de température extérieure.

Alignement temporel et données périmées

Préférez un rapport entre énergies lorsque c’est possible. La variation du registre électrique et de celui du compteur de chaleur sur les mêmes 15 minutes donne un rapport qui tolère de petits décalages horaires. Un rapport entre puissances instantanées exige que les deux valeurs soient moyennées sur le même intervalle, avec une horloge commune.

Une entrée périmée est un piège courant. Sur un système EpiSensor, la puissance électrique provient généralement d’un ZEM sur l’alimentation de l’installation. Un compteur de chaleur ou un débitmètre est relié à la Gateway ZGW-20 par M-Bus, Modbus ou impulsions, souvent avec une interrogation moins fréquente. Si le compteur de chaleur cesse de répondre, sa dernière valeur peut rester affichée à côté de mesures électriques récentes et produire un COP apparemment valide, mais faux. Fixez un âge maximal pour chaque entrée, par exemple deux fois son propre intervalle d’interrogation. Ne calculez pas le rapport si une entrée dépasse cette limite.

Une donnée manquante ne vaut pas zéro. Appliquez la même règle aux deux termes : si une heure de chaleur manque, retirez aussi l’heure correspondante d’électricité du total de la période. Conservez avec chaque résultat la formule, la date de sa dernière modification, les conversions d’unités et la liste des équipements. Toute modification du périmètre apparaît alors comme une entrée datée distincte.

Fiche de périmètre

Conservez une fiche par équipement. Le modèle téléchargeable prévoit :

Construisez un système en partant de l’équipement, de sa production utile et des auxiliaires compris dans le périmètre.