Ballon tampon et open buffer pour PAC de serre : exigences et calcul

Une pompe à chaleur de serre ne se raccorde plus directement au réseau de tubes. Le projet de fiche AGRI-TH-108 révisée impose un ballon tampon ou un open buffer, isolé pour permettre au moins une heure de stockage. Ce ballon tampon PAC serre conditionne à la fois l'éligibilité et la qualité du fonctionnement de la PAC.

Cette exigence figure dans le projet de révision de la fiche AGRI-TH-108, non encore publié au Journal officiel. Le libellé exact se lit dans le projet d'arrêté mis en consultation. Le cadre général des certificats est présenté par le ministère de la Transition écologique.

Ce que le projet de fiche exige

Le texte demande que le système de PAC soit relié hydrauliquement à un ballon de stockage classique ou de type open buffer. Le circuit doit permettre la circulation du fluide caloporteur entre la PAC et le ballon. Le ballon est isolé thermiquement de façon à offrir une durée de stockage d'au moins une heure.

Cette durée s'apprécie selon les conditions prévues dans l'étude préalable de dimensionnement. L'étude doit donc préciser le volume minimal du ballon et les hypothèses de calcul retenues. L'attestation sur l'honneur mentionne ensuite le type de ballon, son volume nominal et son raccordement.

Lors du contrôle sur site, l'absence de liaison avec un ballon ou une isolation insuffisante conduisent à un classement non satisfaisant. Le stockage n'est donc pas une option de confort : c'est une condition de délivrance des certificats.

Pourquoi une PAC de serre a besoin d'un stockage

Une chaudière gaz module sa flamme en quelques secondes. Une pompe à chaleur de forte puissance réagit plus lentement et supporte mal les arrêts fréquents. Le stockage absorbe ces écarts entre la production de la machine et l'appel du réseau.

Dégivrage et cycles courts

Par temps froid et humide, l'évaporateur d'une PAC air/eau givre. La machine inverse alors son cycle quelques minutes et prélève de la chaleur sur l'eau. Sans volume tampon, la température du réseau chute à chaque dégivrage.

En demi-saison, le besoin de la serre descend souvent sous la puissance minimale des compresseurs. La machine s'arrête puis redémarre en boucle, ce qui use les compresseurs et dégrade le rendement. Un ballon allonge la durée des cycles et protège la machine.

Pointe du matin et report de production

En serre, la plus forte demande arrive souvent en fin de nuit et au lever du jour. La consigne remonte, et un chauffage de déshumidification s'ajoute parfois. Le stockage chargé dans la nuit aide à passer ce pic sans surdimensionner la machine.

Un volume plus important permet aussi de décaler la production. La PAC peut alors fonctionner davantage pendant les heures creuses, ou pendant la production d'une centrale photovoltaïque. Le projet de fiche autorise d'ailleurs l'alimentation de la PAC par une unité photovoltaïque, en complément du réseau public.

Calculer le volume du ballon

L'énergie stockée dans un volume d'eau dépend de l'écart de température entre l'eau chaude et l'eau de retour. Un mètre cube d'eau stocke 1,163 kWh par kelvin. Le volume se déduit donc de l'énergie à stocker et de l'écart utile.

La formule s'écrit V = E / (1,163 × ΔT), avec V en m³, E en kWh et ΔT en kelvin. Pour une heure de stockage, E est égale à la puissance de référence multipliée par une heure. Le tableau donne les volumes correspondants pour plusieurs puissances.

Exemple : deux PAC de 600 kW

Prenons une serre de tomates équipée de deux PAC de 600 kW en parallèle, soit 1 200 kW. L'étude retient un écart utile de 12 K entre le haut du ballon et le retour du réseau. Une heure de stockage représente alors 1 200 kWh.

Le volume minimal ressort à environ 86 m³. Pour reporter quatre heures de production vers la nuit, il faudrait environ 344 m³, ce qui oriente vers un open buffer. L'étude doit écrire ces hypothèses noir sur blanc, car le contrôle les comparera à l'installation réelle.

L'écart de température utile

L'écart utile n'est pas l'écart nominal de la machine. C'est la différence entre l'eau réellement disponible en haut du ballon et l'eau qui revient du réseau. Une bonne stratification augmente cet écart, donc la capacité du ballon à volume égal.

Une PAC travaille en général avec un écart plus faible qu'une chaudière, souvent de 5 à 10 K sur son condenseur. Le stockage permet d'élargir l'écart côté réseau, à condition que l'eau de retour reste froide. C'est un point clé du dimensionnement d'une PAC de serre, car un retour chaud dégrade aussi le COP.

Isolation et pertes du stockage

Le projet de fiche exige un ballon isolé thermiquement. Un ballon extérieur de plusieurs dizaines de m³ perd de la chaleur en permanence, surtout par grand froid. L'épaisseur d'isolant, la protection contre l'humidité et le traitement des piquages limitent ces pertes.

Les pertes réduisent la durée réelle de stockage. L'étude doit donc vérifier que l'heure de stockage reste disponible dans les conditions retenues, pertes comprises. Les principes généraux sont détaillés sur notre page stockage thermique par inertie.

Ballon classique ou open buffer

Le projet de fiche accepte deux technologies. Leur choix dépend surtout du volume visé et de la stratégie d'exploitation.

Le ballon classique suffit pour remplir l'exigence d'une heure sur la plupart des projets. Plusieurs ballons en batterie permettent d'atteindre quelques dizaines de m³. L'open buffer devient intéressant quand on cherche à stocker plusieurs heures, par exemple pour profiter des tarifs horaires ou d'une production solaire.

Raccordement hydraulique

La qualité du raccordement détermine la stratification. L'eau chaude entre et sort par le haut, l'eau de retour par le bas, avec des vitesses faibles et des diffuseurs adaptés. Un mélange dans le ballon fait perdre une grande partie de la capacité utile.

Un open buffer à pression atmosphérique est exposé à l'oxygène de l'air. Il est souvent séparé du circuit de la PAC par un échangeur, pour protéger les matériaux du circuit fermé. Ce choix se fait dès la conception, avec l'installateur.

Erreurs fréquentes sur le stockage

Les mêmes défauts reviennent souvent dans les installations de serre. Ils se corrigent facilement à la conception, beaucoup plus difficilement une fois le ballon posé.

• Calcul sur l'écart nominal de la PAC. Retenir 5 K au lieu de l'écart utile réel conduit à un ballon surdimensionné et coûteux.
• Retour réseau trop chaud. Une vanne trois voies mal réglée renvoie de l'eau chaude en bas du ballon et détruit la stratification.
• Piquages mal placés. Des entrées à vitesse élevée brassent le volume et réduisent la capacité utile.
• Isolation négligée. Un ballon extérieur mal protégé perd une part de son énergie avant même d'être sollicité.

Piloter la charge et la décharge

Le projet de fiche impose un système fixe de gestion climatique. Le cas échéant, ce système gère aussi le ballon de stockage et les ouvrants de la serre. La logique de charge et de décharge devient alors une fonction de l'automate climatique.

Une bonne stratégie anticipe la pointe du matin, privilégie les heures où l'électricité coûte moins cher et évite de produire de l'eau plus chaude que nécessaire. Le pilotage détaillé fait l'objet de notre page pilotage et régulation d'une PAC de serre.

Questions fréquentes sur le ballon tampon

Quel volume de ballon tampon pour une PAC de serre ?

Le volume se calcule par V = E / (1,163 × ΔT). Pour stocker une heure de production d'une PAC de 600 kW avec un écart utile de 10 K, il faut environ 52 m³. Avec un écart de 15 K, le volume descend à environ 34 m³.

Le ballon de stockage est-il obligatoire pour la prime CEE ?

Oui, dans le projet de fiche AGRI-TH-108 révisée. Le système de PAC doit être relié hydrauliquement à un ballon de stockage classique ou à un open buffer, isolé pour permettre au moins une heure de stockage. L'absence de ballon conduit à un contrôle non satisfaisant.

Qu'est-ce qu'un open buffer en serre ?

C'est un grand réservoir d'eau à pression atmosphérique, isolé, dans lequel l'eau chaude se stratifie. Très répandu dans les serres néerlandaises, il permet de stocker plusieurs heures de production et de décaler le fonctionnement des machines.

Peut-on réutiliser le ballon de l'ancienne chaufferie ?

C'est possible si son volume, son isolation et ses piquages permettent la durée de stockage exigée dans les conditions retenues par l'étude. Un ballon conçu pour une chaudière travaille souvent avec un écart de température plus grand que celui d'une PAC, ce qui réduit sa capacité utile.

Le stockage permet-il de chauffer la serre en heures creuses ?

En partie. Un stockage d'une heure lisse surtout le fonctionnement et absorbe les dégivrages. Pour reporter une part importante de la production vers les heures creuses ou vers la production photovoltaïque, il faut un volume nettement supérieur, souvent un open buffer.

Dimensionner votre stockage

Le volume du ballon se décide avec la puissance de la PAC, le régime du réseau et la stratégie tarifaire. Ce triptyque s'arrête dans l'étude, avant le choix des équipements. Une PAC de serre bien stockée peut être financée jusqu'à 100 % par les CEE, selon la surface et le coût d'installation.

Faire dimensionner le stockage de votre PAC, ou revenir au dossier pompe à chaleur serre.