Récupération chaleur groupe froid serre : schéma et rendement

La récupération chaleur groupe froid serre valorise l'énergie thermique que le groupe frigorifique rejette normalement à l'atmosphère via son condenseur. Dans une serre équipée d'un groupe froid (chambre froide de post-récolte, refroidissement de culture, déshumidification thermodynamique), le condenseur évacue une quantité de chaleur supérieure à la puissance frigorifique utile. Cette chaleur fatale peut alimenter le réseau de chauffage tubulaire ou l'eau chaude sanitaire, réduisant ainsi la consommation de la chaudière principale.

Dans une serre professionnelle, la récupération de chaleur présente un double intérêt économique. Elle réduit les coûts frigorifiques via l'amélioration du COP global et diminue les dépenses de chauffage par substitution partielle à la chaudière.

Principe de récupération sur groupe frigorifique

Tout groupe frigorifique extrait de la chaleur d'un milieu froid (chambre froide, zone de culture) et la rejette à un milieu chaud (condenseur). Ce rejet est inévitable — c'est le bilan énergétique du cycle thermodynamique frigorifique. En l'absence de récupération, cette chaleur est dissipée dans l'air par aéroréfrigérant ou tour de refroidissement. La récupération consiste à substituer, en tout ou partie, un échangeur eau/réfrigérant à ce dissipateur d'air.

Chaleur fatale du condenseur : source disponible

La puissance rejetée au condenseur (Qc) est la somme de la puissance frigorifique (Qf) et de la puissance électrique absorbée par le compresseur (W) : Qc = Qf + W. Pour un groupe avec COP de 3, la puissance rejetée vaut Qc = Qf × (1 + 1/COP) = Qf × 1,33. Un groupe de 100 kW froid rejette donc 133 kW au condenseur. Cette puissance est disponible en permanence pendant les heures de fonctionnement du groupe, indépendamment de la demande de chauffage de la serre.

En serre maraîchère type, un groupe froid de chambre de conservation de 50 à 150 kW est courant. La puissance rejetée au condenseur va de 65 à 200 kW selon le COP et le régime de charge. À raison de 4 000 à 6 000 heures de fonctionnement annuel, l'énergie thermique disponible représente 260 à 1 200 MWh par an. Cette ressource est significative par rapport au besoin de chauffage annuel d'une serre de taille comparable.

En hiver, quand la demande de chauffage est forte, le groupe froid peut fonctionner à charge réduite (chambre froide maintenue à température), ce qui limite la puissance récupérable. Le profil annuel de récupération doit donc être calculé à partir des courbes de charge réelles du groupe, pas seulement à partir de la puissance nominale.

L'ADEME classe la récupération de chaleur sur groupes frigorifiques parmi les opérations de valorisation des chaleurs fatales les plus accessibles sur le plan technique dans le secteur agricole.

Désurchauffeur et échangeur de récupération

Deux montages principaux sont possibles. Le désurchauffeur est un échangeur compact installé entre le compresseur et le condenseur principal. Il récupère la chaleur du réfrigérant surchauffé (100-120 °C en sortie compresseur). Ce montage produit de l'eau chaude à 50-65 °C sans modifier la pression de condensation du groupe. La puissance récupérable est de 20 à 30 % de la puissance totale du condenseur.

L'échangeur sur condenseur remplace partiellement ou totalement le condenseur à air. Il récupère la chaleur de condensation et produit de l'eau à 35-50 °C. La puissance récupérable représente 80 à 95 % de la puissance totale du condenseur. Ce montage est plus complet mais exige que le réseau eau chaude absorbe la totalité de la chaleur disponible pour maintenir la pression de condensation dans la plage de fonctionnement du groupe. Un condenseur à air de secours est obligatoire pour les périodes où la demande d'eau chaude est insuffisante.

Le choix entre les deux montages dépend du niveau de température souhaité, de la capacité du réseau de chauffage et de la disponibilité d'une source de refroidissement de secours. Le désurchauffeur est souvent préféré pour sa simplicité d'intégration et son absence d'impact sur le cycle frigorifique.

En pratique, on combine souvent les deux montages. Le désurchauffeur récupère d'abord la surchauffe à haute température pour alimenter directement le réseau à 55-65 °C. L'échangeur de condensation récupère ensuite la chaleur de condensation à plus basse température pour un réseau de distribution basse température ou un plancher chauffant. Ce montage en deux étages maximise le taux de récupération total.

COP global du système froid et récupération

L'intérêt économique de la récupération se mesure par le COP global, qui intègre à la fois la production de froid et la chaleur récupérée. Ce COP global se compare directement au coût marginal de production de chaleur par la chaudière.

À titre d'exemple, une serre de 1 ha équipée d'un groupe froid de 80 kW avec COP 3 rejette 106 kW au condenseur. En récupérant 80 % de cette puissance, soit 85 kW, avec 5 000 heures de fonctionnement annuel, la récupération produit 425 MWh de chaleur. Si le besoin de chauffage annuel est de 1 200 MWh, le taux de couverture par récupération atteint 35 %.

Méthode de calcul du COP global

Le COP global (COPg) est défini comme : COPg = (Qf + Qrec) / W. Pour un groupe de COP 3 avec récupération de 80 % de la chaleur du condenseur : Qrec = 0,8 × Qc = 0,8 × 133 = 106 kW. COPg = (100 + 106) / 33 = 6,2. Chaque kWh électrique produit 3 kWh de froid et 3,2 kWh de chaleur utile simultanément.

Ce COP global de 6,2 est à comparer au rendement d'une chaudière condensation (≈ 1,05-1,08 sur PCS). Pour chaque euro dépensé en électricité, la récupération produit 6,2 fois plus d'énergie utile qu'une chaudière pour la même dépense. En termes économiques, si le kWh électricité vaut 2,5 fois le kWh gaz, le coût de la chaleur récupérée est de 2,5 / 3,2 = 0,78 fois le coût du gaz. Ce ratio la rend moins chère que le gaz, à parité de COP.

Taux de couverture des besoins thermiques

Le taux de couverture annuel des besoins de chauffage par la récupération dépend de la simultanéité entre le fonctionnement du groupe froid et la demande de chaleur. En hiver, la demande de froid peut être réduite. En été, le groupe fonctionne à pleine charge mais la serre n'a pas besoin de chauffage. La récupération couvre typiquement 20 à 50 % des besoins annuels de chaleur en serre maraîchère.

Un bilan annuel rigoureux croise les courbes de charge frigorifique et les besoins thermiques mois par mois. Cette analyse est intégrée dans un audit énergétique de serre complet qui identifie les mois où la récupération est productive et ceux où la chaudière est seule source de chaleur.

Schéma hydraulique d'intégration

L'intégration hydraulique dans le réseau de serre impose deux règles de priorité : ne pas pénaliser le fonctionnement du groupe froid, et ne pas dégrader le régime de température du réseau de chauffage.

Montage sur le circuit de condensation

Dans le cas d'un échangeur sur condenseur, le circuit eau primaire est raccordé en parallèle avec le condenseur à air de secours. Un régulateur de pression de condensation assure que si le réseau d'eau ne peut absorber la chaleur disponible, le ventilateur du condenseur à air prend le relais automatiquement. Ce condenseur à air de secours est dimensionné pour la puissance totale du groupe et constitue la sécurité thermique indispensable de l'installation.

Le circuit primaire côté réfrigérant fonctionne en dérivation sur le trajet haute pression. La pompe du circuit eau est pilotée par la régulation : elle démarre quand le groupe froid est en marche et que la température du ballon tampon est inférieure au seuil de récupération utile. Si la température du ballon est déjà haute (demande de chaleur faible), la récupération s'arrête et le condenseur à air dissipe le surplus.

Stockage tampon et régulation de priorité

Un ballon de stockage tampon (200 à 500 L selon la puissance récupérée) découple la production de chaleur par récupération et la consommation du réseau de chauffage. Il permet au groupe froid de fonctionner à son régime optimal sans dépendre des fluctuations de la demande de chauffage. La régulation de priorité donne la chaleur de récupération en base. La chaudière condensation serre intervient en appoint quand la température du ballon descend sous un seuil configuré.

Une PAC air-eau serre peut prendre le relais de la récupération dans ce schéma de priorité. Attention au cadre CEE : la fiche AGRI-TH-108 est en cours de révision (projet d'arrêté de septembre-octobre 2026). Le projet n'admet que des PAC air/eau et impose l'électrification totale du chauffage : une chaudière conservée en pointe, hors secours consigné, rend la PAC inéligible. Une PAC eau/eau qui puise sur la boucle de récupération sort aussi du champ de la fiche révisée. Les conséquences pour un schéma multi-énergie sont détaillées dans notre page électrification totale ou hybridation et sur le hub pompe à chaleur serre.

Fiche CEE AGRI-TH-104 — Récupération de chaleur

La récupération de chaleur sur un groupe de production de froid en exploitation agricole est valorisable via la fiche standardisée AGRI-TH-104, « Système de récupération de chaleur sur un groupe de production de froid hors tank à lait », dans sa version A35.3 publiée sur le calculateur CEE de l'ADEME. La fiche AGRI-TH-109, parfois citée à tort pour ce sujet, concerne en réalité le récupérateur de chaleur à condensation monté sur les fumées d'une chaudière de serre.

Critères d'éligibilité

La fiche vise les groupes de froid à compression mécanique, en circuit fermé, dont la température d'évaporation est inférieure ou égale à 18 °C. La chaleur doit servir à chauffer ou préchauffer un fluide caloporteur sur site, typiquement l'eau du réseau de chauffage de la serre : la récupération vers de l'air est exclue, de même que la récupération sur un groupe de secours ou sur une pompe à chaleur. Une étude préalable de dimensionnement, datée et signée par un professionnel ou un bureau d'études, est obligatoire : elle décrit les installations de froid, les besoins de chaleur, leur simultanéité sur une période représentative d'au moins 24 heures fondée sur les usages des deux dernières années, et les économies attendues. La mise en place est réalisée par un professionnel, et l'engagement CEE précède l'acceptation du devis.

Volume CEE et calcul de l'aide

Le montant vaut M = D × 9,9 × P_récupérée (kWh cumac), avec une durée de vie conventionnelle de 14 ans. D est la durée annuelle d'utilisation de la chaleur récupérée, plus petite valeur entre la durée pondérée des besoins de chaleur et la durée de fonctionnement des compresseurs. P_récupérée est le minimum entre la puissance du système et les besoins à couvrir, plafonné à 2 × P_compresseurs − P_{déjà récupérée}. Pour 50 kW récupérés sur 3 000 heures utiles, M = 3 000 × 9,9 × 50 = 1 485 MWh cumac ; avec seulement 1 000 heures de simultanéité, le volume tombe à 495 MWh cumac. On mesure ici le poids de l'étude de simultanéité, bien au-delà des 100 à 200 MWh cumac parfois annoncés pour 50 kW.

Le financement des CEE se négocie avec un obligé ou via un agrégateur de CEE. Les taux de rachat varient selon le volume et la période de négociation, de l'ordre de 5 à 8 € par MWh cumac : les 1 485 MWh cumac de l'exemple représentent environ 7 400 à 11 900 €, chiffrage indicatif à confirmer lors de l'instruction du dossier. Ce montant contribue au retour sur investissement mais ne constitue généralement pas la majeure partie de l'économie réalisée. Lorsque le groupe froid ne tourne pas l'hiver, la chaleur de base de la serre relève plutôt d'une PAC eau/eau ou air-eau, financée par la fiche AGRI-TH-108.

Limites et précautions

La récupération ne fonctionne que lorsque le groupe froid est en marche. En cas d'arrêt du groupe (panne, maintenance, arrêt saisonnier), la source de chaleur disparaît. Le réseau de chauffage doit toujours disposer d'une source d'appoint capable de couvrir la totalité des besoins de pointe.

La compatibilité des niveaux de température est critique. Un échangeur sur condenseur produit de l'eau à 35-50 °C. Si le réseau de chauffage est dimensionné pour 70/50 °C, la chaleur récupérée ne peut pas être injectée directement. Un mélangeur ou un réseau de distribution dédié basse température est nécessaire. Cette contrainte rejoint celle de la PAC air-eau et doit être anticipée dès la conception du projet de récupération.

La maintenance du groupe froid doit intégrer l'entretien de l'échangeur de récupération (nettoyage, contrôle des performances, détection des fuites de réfrigérant). Un échangeur encrassé réduit le transfert thermique et peut augmenter la pression de condensation du groupe, dégradant son COP.

La réglementation sur les fluides frigorigènes impose également des contraintes. Les groupes utilisant des réfrigérants HFC (R134a, R404A, R410A) sont soumis à des quotas de recharge décroissants dans le cadre du règlement F-Gaz européen. Avant d'investir dans un échangeur de récupération sur un groupe existant, mieux vaut vérifier que le groupe ne sera pas soumis à une interdiction de recharge prochaine. La récupération sur un groupe neuf avec réfrigérant bas-GWP est plus pérenne.

Questions fréquentes sur la récupération de chaleur en serre

Quelle puissance thermique peut-on récupérer sur un groupe froid de serre ?

La puissance récupérable vaut environ (1 + 1/COP) × Qf. Pour un groupe de 100 kW froid avec COP 3, la puissance rejetée au condenseur est de 133 kW, dont 80-90 % sont récupérables via un échangeur de condensation.

La récupération de chaleur dégrade-t-elle le COP du groupe froid ?

Non si le montage est un désurchauffeur. Le groupe maintient sa pression de condensation normale. Si l'échangeur de récupération abaisse la température de condensation, le COP peut même légèrement augmenter.

La fiche AGRI-TH-104 est-elle cumulable avec AGRI-TH-108 ?

Les deux fiches visent des équipements distincts : une récupération sur groupe froid et une PAC de chauffage de serre peuvent chacune générer des CEE si elles respectent leur propre fiche. AGRI-TH-104 exclut toutefois la récupération installée sur une pompe à chaleur ou sur un groupe de secours. Le cumul se confirme avec l'obligé avant engagement. À noter : la révision en cours d'AGRI-TH-108 réserve la fiche aux PAC air/eau en électrification totale du chauffage.

Quelle est la durée de vie conventionnelle retenue pour AGRI-TH-104 ?

14 ans. Elle est intégrée au facteur multiplicatif de 9,9 de la formule M = D × 9,9 × P_récupérée, qui détermine directement le volume de certificats CEE et le montant de la prime.

Évaluer la récupération de chaleur pour votre serre

La pertinence de la récupération dépend de la simultanéité entre les besoins de froid et de chaleur, du niveau de température du réseau existant et de la puissance disponible au condenseur. Une analyse incorrecte du profil de charge aboutit à un dimensionnement inadapté et un taux de couverture décevant.

Les paramètres clés à collecter sont la courbe de charge du groupe froid sur 12 mois, les consommations de chauffage mensuelles, le schéma hydraulique existant et le niveau de température du réseau. Sur cette base, un bilan énergétique annuel heure par heure identifie les heures de simultanéité réelle et calcule le taux de couverture atteignable.

Praxis Énergie Serres analyse le profil de charge de votre groupe froid, calcule le taux de couverture annuel et vérifie la compatibilité hydraulique avec votre réseau d'ingénierie thermique. Étudier la récupération de chaleur pour votre installation.