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Les systèmes CVC des bâtiments représentent environ un tiers de la consommation totale d'énergie de l'Union européenne, et près des trois quarts du chauffage proviennent encore de combustibles fossiles. Il est clair que nous devons passer à des technologies plus durables pour atteindre l'objectif de l’Union Européenne sur les émissions du parc immobilier d'ici 2050. Mais comment comparer les différentes technologies pour faire les choix les plus éclairés et les plus durables ? Le concept de TEWI (Total Équivalent Warming Impact ou impact de réchauffement total équivalent) est très utile car il permet de comparer l'impact environnemental des différents produits.
L’impact de réchauffement total équivalent
Pour évaluer la durabilité d'une pompe à chaleur, nous devons examiner et comprendre le concept de l’impact de réchauffement total équivalent (TEWI) qui est un indice mesurant le comportement global d’une unité pendant tout son cycle de vie. En effet, l’impact environnemental dépend d’un certain nombre de facteurs :
- La technologie utilisée, qui se traduit par une efficacité plus ou moins grande;
- Le type et la quantité de gaz réfrigérant utilisé;
- Les conditions de fonctionnement et le niveau de charge de la pompe à chaleur;
- L'utilisation d'énergie provenant de sources renouvelables pour alimenter la pompe à chaleur;
- Les émissions de CO2 liées à la production, à l'entretien et à l'élimination de l'unité.
L'indice TEWI est représenté par la relation suivante, constituée de la somme de deux composantes principales :
TEWI = DGW + IGW [tCO2e]
DGW - réchauffement climatique direct - mesure l'émission directe de CO2 due à la libération de gaz à effet de serre (fuites de réfrigérant).
IGW - réchauffement climatique indirect - mesure les émissions de CO2 pour produire de l'électricité ou produire de l'énergie thermique par un générateur utilisant d'autres combustibles.
Comme nous le verrons plus loin, le PRG (GWP) du réfrigérant contribue à la valeur du DGW. Et pendant toute la durée de vie d'une pompe à chaleur, l'indice IGW a un ordre de grandeur plus élevé que le DGW.
Les émissions directes - DGW
DGW=(PRG*L*M*n)+(PGR*M(1-a))
PRG (GWP) = potentiel de réchauffement planétaire (spécifique au gaz réfrigérant)
L = taux de perte annuel
M = charge de gaz réfrigérant [kg].
n = durée de vie en service [années].
a = facteur de récupération (quantité de réfrigérant extraite et recyclée avant la mise au rebut de l'unité).
- Le premier facteur (PRG*L*M*n) évalue l'effet des émissions attribuables aux fuites de réfrigérant pendant le cycle de fonctionnement de l'unité ;
- Le second facteur (PRG*M(1-a)) prend en compte les émissions attribuables au fluide frigorigène laissé dans l'unité et non récupéré après son élimination.
Il ressort de cette formule que l'effet des émissions directes dépend principalement du PRG du réfrigérant utilisé : plus le PRG est faible, plus les émissions (directes) de CO2 sont faibles.
Exemple 1 - Les émissions directes
| Pompe à chaleur air / eau à rendement énergétique standard | Pompe à chaleur air / eau à haute efficacité (Marque Swegon, modèle Zeta Sky HP R7 20.4) |
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Puissance frigorifique nominale : 200 Kw |
Puissance frigorifique nominale : 200 Kw |
| Émissions directes = 52 tCO2e | Émissions directes = 13 tCO2e |
Émissions indirectes - IGW
IGW=(n*E*B)+(C*Ms)+(n*G*U)
n = durée de vie en service [années].
E = consommation électrique totale par an [kWh].
B = intensité des émissions de CO2 - CO2 émis pour la production d'un kWh d'électricité [kgCO2].
C = facteur de conversion des émissions de CO2 imputables à la production, à l'entretien et à l'élimination. [kg CO2/kg]
MS = masse de l'unité complète [kg].
G = consommation annuelle d'énergie fossile [kWh].
U = facteur de conversion des combustibles fossiles [kg CO2].
Le premier facteur (n*E*B), évalue les émissions attribuables à la consommation électrique (fonctionnement de l'unité et de ses composants auxiliaires). La consommation annuelle totale d'électricité peut être obtenue à l'aide d'outils d'analyse énergétique, en tenant compte des données climatiques du lieu où l'unité est installée, du profil de température BIN, des conditions de fonctionnement pour le chauffage/refroidissement ou en utilisant le profil de charge selon la norme EN14825 et les valeurs d'efficacité saisonnière de l'unité (SCOP, SEER).
En revanche, l’intensité des émissions de CO2 (B), soit le CO2 rejeté pour la production d'électricité, varie considérablement d'un pays à l'autre, en fonction de la combinaison des sources de production utilisées : plus la combinaison des sources est bonne, avec une part de SER (sources d'énergie renouvelables) élevée, plus l'indice d'intensité des émissions est faible (voir les diagrammes ci-dessous).
Le second facteur (C*Ms) évalue les émissions attribuables à la production, à l'entretien et à l'élimination de l'unité. Il s'agit assurément d'une variable qui n'est pas facile à estimer, mais on peut trouver des modèles de référence dans des publications.
Le troisième facteur (n*G*U) évalue l'impact des émissions attribuables à la consommation de combustibles fossiles.
Exemple 2 - Emissions indirectes
| Pompe à chaleur air / eau à rendement énergétique standard | Pompe à chaleur air / eau à haute efficacité (modèle Swegon, Zeta Sky HP R7 20.4) |
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Puissance frigorifique nominale : 200 Kw |
Puissance frigorifique nominale : 200 Kw |
| Emissions indirectes = 455 tCO2e | Emissions indirectes = 418 tCO2e |
Un cas d'évaluation pratique - trois différents types de pompes à chaleur air-eau
Conditions générales :
- Conditions climatiques "moyennes", pour une application de confort selon la norme EN14825 ;
- Durée de vie en service: 10 ans ;
- Taux de perte annuel de 3%, facteur de récupération de 80%, intensité des émissions de 0,25 kgCO2 / kWh.
| Pompe à chaleur standard (R410A) | Pompe à chaleur haute efficacité (R32) | Pompe à chaleur haute efficacité (R290) |
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| TEWI = 507 tCO2e | TEWI = 431 tCO2e | TEWI = 405 tCO2e |
L'unité ayant le plus faible impact sur les émissions de CO2 est la pompe à chaleur qui utilise le fluide naturel (R290) comme réfrigérant (modèle Titan Sky HP 20.2), avec un TEWI de 405 tCO2e. Par rapport aux deux autres unités, il y a eu une réduction spécifique du TEWI égale à :
- 21% par rapport à la pompe à chaleur standard (R410A) ;
- 7% par rapport à la pompe à chaleur au R32.
Nous pouvons étendre la comparaison TEWI en prenant également en considération les différentes intensités d'émission de CO2 pour la production d'électricité qui, comme nous l'avons mentionné précédemment, varie d'un pays à l'autre et dépend de la part des sources d'énergie renouvelables.
Il convient de noter que - pour une même pompe à chaleur et d'autres conditions - plus l'indice d'intensité des émissions pour la production d'électricité est faible dans un pays donné, plus la valeur TEWI est faible et plus l'effet de serre d'un groupe frigorifique est faible.
| Estimation moyenne pour l'UE 2020 | Suède |
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Intensité des émissions de CO2 B = 0,25 kg de CO2/kg |
Intensité des émissions de CO2 B = 0,008 kg de CO2/kg |
