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Progrès réalisés dans l'utilisation des systèmes énergétiques alternatifs

For the business press
Bruxelles, 15.06.2007

Au sein de la division Building Technologies de Siemens, la recherche et le développement ont pour objectif d'optimiser les systèmes alternatifs de transmission de chaleur et de production d'énergie aux niveaux des coûts et de l'efficacité énergétique. Des découvertes récentes ont montré qu'un potentiel considérable pouvait être exploité en toute rentabilité dans des applications concrètes.

Fournisseur et leader mondial de produits, systèmes, solutions et services dans les secteurs du chauffage, de la ventilation, et de climatisation et du refroidissement (HVAC), Siemens Building Technologies s'emploie activement à améliorer l'efficacité énergétique des bâtiments et à développer davantage l'utilisation de sources alternatives et renouvelables d'énergie. Dans ce contexte, les chercheurs de l'équipe Siemens ont - en collaboration avec des instituts scientifiques et sur la base de projets pilotes - réalisé des découvertes utiles pour les applications dans les installations existantes et à venir. Ces découvertes ont été présentées au public pour la première fois au salon Clima 2007, première convention scientifique internationale majeure consacrée aux systèmes HVAC. En point de mire : la commande en circuit ouvert ou fermé des installations de chauffage et de refroidissement qui utilisent l'énergie de manière efficace. Les « systèmes résidentiels à activation thermique » (thermally activated building systems ou TABS) et les centrales électrocalogènes (cogénération).

Commande en circuit fermé de systèmes résidentiels à activation thermique
Les systèmes TABS assurent le refroidissement et le chauffage de locaux par les plafonds, les sols et parfois les murs. Ces éléments de structure comportent des tuyaux au travers desquels coule de l'eau chaude ou froide. Il se produit alors un échange de chaleur entre les éléments structurels et l'air ambiant sur des grandes surfaces. Un faible écart de température entre l'eau et l'air ambiant est donc suffisant pour refroidir et chauffer. Il est donc possible de réduire la consommation d'énergie en utilisant des installations de chauffage et de refroidissement adaptées : en effet, l'eau utilisée ne doit être que faiblement refroidie ou chauffée. Etant donné que les éléments structurels stockent la chaleur, le refroidissement peut être remis à la nuit, ce qui réduit d'autant les ressources utilisées et les coûts énergétiques.

Le défi pour les ingénieurs chargés de la planification se situe au niveau de la conception et de la commande de l'installation. En effet, le système TABS offre une réponse lente : une attention particulière doit donc être apportée à cette dynamique pendant la conception. L'on supposait jusqu'ici que des simulations complexes en grand nombre étaient indispensables pour concevoir une stratégie de commande. Nous avons toutefois constaté pendant les recherches que les ingénieurs de planification peuvent calculer directement le comportement des éléments structurels au niveau de la température et donc la stratégie de commande résultante : aucune simulation n'est nécessaire, ou quelques-unes seulement. Le système TABS a également permis de développer quatre nouvelles stratégies de commande pour des zones individuelles dans les bâtiments. En fonction de l'application spécifique, les avantages qui en résultent sont les suivants : passage automatique et pas trop fréquent du chauffage au refroidissement, consommation d'énergie réduite, meilleur confort et/ou consommation d'énergie moindre des pompes. Enfin, nous avons montré que, dans certaines applications, la conception hydraulique des systèmes TABS qui possèdent plusieurs tuyaux de retour d'eau en lieu et place d'une conduite unique - solution habituellement préconisée pour des raisons de coûts - réduit sensiblement les pertes d'énergie.

Cogénération économique et décentralisée
Une méthode alternative pour générer de la chaleur consiste à produire de la chaleur et de l'électricité par cogénération (CHP). Cette technologie est aussi utilisée de manière croissante avec l'appui des pouvoirs publics dans des appareils « micro CHP » décentralisés, destinés aux résidences mono ou multifamiliales et aux appartements. L'élément majeur est par exemple un moteur Stirling, lequel est alimenté en gaz -source d'énergie primaire - et produit simultanément de la chaleur et de l'électricité -énergie secondaire. L'électricité produite est utilisée pour répondre aux besoins du système ou renvoyée au réseau en cas d'excédent.
Comme les ingénieurs en développement Siemens le montrent actuellement, cela vaut la peine de concevoir un moteur dont la puissance émise est faible pour les besoins de base, lequel serait combiné à un brûleur à gaz supplémentaire lorsque les charges sont maximales. Cette solution permet en effet de réduire les frais d'infrastructure. Combiné à une stratégie de commande optimisée, la consommation d'énergie primaire et les émissions de CO2 sont inférieures de 25 % environ aux meilleures alternatives reposant sur les technologiques traditionnelles disponibles, c.-à-d. le chauffage à l'aide d'un chauffe-eau de pouvoir calorifique supérieur et la production d'électricité à l'aide d'une centrale moderne à cycle combiné gaz/vapeur. A titre de comparaison, l'utilisation d'un moteur Stirling plus puissant et plus coûteux permet de supprimer le brûleur supplémentaire mais offre uniquement des économies d'énergie et de coûts limitées.
Nous avons également constaté que l'exploitation avec des coûts énergétiques optimisés et la restitution de l'excédent électrique au réseau sont d'autant plus économiques que les fournisseurs d'électricités sont disposés à payer des prix raisonnables pour l'obtenir.

Clima 2007 est organisé par la REHVA, fédération européenne chapeautant les syndicats nationaux des professions HVAC. Cette fédération sert de plateforme pour l'échange des découvertes et expériences scientifiques menées à l'aide de solutions techniques. Son programme est principalement axé sur un environnement intérieur sain et productif et sur la gestion durable de l'énergie dans les bâtiments. www.clima2007.org

Les documents techniques suivants seront disponibles en anglais à partir du 14 juin 2007 à l'adresse: www.siemens.com/buildingtechnologies
« Integrated Design of Thermally Activated Building Systems and of their Control »
« Control of Thermally Activated Building Systems »
« Effect of the Hydraulic Hiping Topology on Energy Demand and Comfort in Buildings with TABS »
Jürg Tödtli1, Markus Gwerder1, Beat Lehmann2, Franz Renggli1, Viktor Dorer2

1 Siemens S Ltd., Building Technologies Group, Zug, Suisse
2 Empa, Laboratoire fédéral suisse d'essai des matériaux et de recherche, Duebendorf, Suisse

« Optimal Control of Cogeneration Building Energy Systems »
Conrad Gähler1, Markus Gwerder1, Raphaël Lamon2, Jürg Tödtli1

1 Siemens Switzerland Ltd, Building Technologies Group (SBT), Zug, Suisse
2 Université d'Ulm, Allemagne ; anciennement avec SBT, Zug, Suisse.

Contact:
Béatrice Delfin-Diaz
Press Officer
Siemens sa
Tél:02/536 26 11
Email: beatrice.delfindiaz@siemens.com

La division Building Technologies de Siemens propose, sous une seule enseigne, une gamme complète de solutions de sécurité et de dispositifs d'automatisation du bâtiment. Elle se présente comme prestataire de services et intégrateur de systèmes, mais aussi comme fabricant des produits liés à ces secteurs. La combinaison unique de ces différents secteurs d'activité permet à l'entreprise d'être à la pointe sur les marchés mondiaux. Cette division de Siemens fait partie de Siemens Suisse SA, Zurich (Suisse), et englobe Siemens Building Technologies GmbH & Co oHG, Erlangen (Allemagne), Siemens Building Technologies Inc., Buffalo Grove, IL (USA), leurs filiales et sociétés de participation ainsi que toutes les activités importantes de Siemens dans le domaine de la technique du bâtiment. Durant l'exercice 2006 (clôturé le 30 septembre), l'entreprise a réalisé un chiffre d'affaires de 4,8 milliards d'euros selon l'U.S. GAAP. Elle emploie actuellement 28 000 collaborateurs dans 51 pays.
www.siemens.com/buildingtechnologies