Pompe à chaleur : vers la haute température

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La pompe à chaleur serait-elle le frein à la géothermie de part sa limitation en température ? Non puisque les technologies de type EVI (enhanced vapour injection) permettent de fournir une température d’eau chaude de 65°C et demain plus. Néanmoins, la chute du COP reste encore un frein.

Exemple de pompe à chaleur en remplacement de chaudière

Pompe à chaleur haute température

Pourquoi la PAC haute température ? Aujourd’hui, le marché de la pompe à chaleur est si important que les industriels apportent le fruit de leurs recherches technologiques et proposent désormais des pompes à chaleur capables de produire de l’eau chaude à 65°, voire plus si nous attendons un peu. Cette orientation est d’autant plus importante que le marché de la rénovation et du remplacement des anciennes chaudières est énorme et concerne plusieurs millions d’unités ! Il est vrai que dans l’habitat neuf bien isolé, les émetteurs basse température comme le plancher chauffant ou les radiateurs basse température sont parfaitement compatibles avec une température classique de pompe à chaleur bien inférieure aux 65°C cités.

De plus, dans le neuf comme dans la rénovation, produire de l’eau chaude sanitaire à 55°C est un besoin important pour la maison, auquel ne répondaient pas les pompes à chaleur classiques souvent limitées à une température d’eau chaude de 40 ou 45°C. A cela, vous ajoutez les craintes dues aux risques de légionelles qui apparaissent à des températures d’eau chaude inférieures à 50°C, alors nous pouvons considérer que la pompe à chaleur haute température vient à point nommé.

Les frigoristes et thermiciens connaissent bien la pompe à chaleur et le cycle de Carnot. Comment ce cycle frigorifique peut-il ainsi être transformé ? Sans ennuyer le lecteur avec une technique trop poussée, disons que l’effet est un peu analogue à une turbo diesel par rapport à un diesel classique. En fait, après le condenseur, une petite quantité du liquide frigorigène est prélevée. Détendue séparément, elle devient vapeur et est injectée pendant la phase de compression. C’est le phénomène d’injection de vapeur intermédiaire. La vapeur ainsi obtenue rafraîchit le compresseur et augmente la pression de condensation et la quantité de chaleur dans le condenseur sans utiliser d’énergie supplémentaire.

Il en résulte un rendement COP meilleur de l’ordre de 20 à 25% ! par rapport une pompe à chaleur classique.



Pompe à chaleur classique
Pompe à chaleur avec injection
de vapeur intérmédiaire (EVI)





Pas de miracle au niveau du COP

Cette augmentation de la température de l’eau s’effectue schématiquement avec injection de gaz et une « deuxième compression ». La sollicitation du compresseur est ainsi augmentée et les septiques diraient que la durée de vie risque d’être diminuée. Si l’on transpose la comparaison au turbo diesel, nous nous apercevons que la fiabilité est bien restée au rendez-vous. Les pompes à chaleur haute température de constructeurs comme CIAT, AIRWELL, DAIKIN, … sont testées avec d’énormes précautions, et je ne pense aucunement que le moindre risque est pris.

Une précaution demeure : le dimensionnement
Et une vigilance à avoir : au niveau du COP


Exemple de PAC haute température. Evolution de la puissance de chauffage et du COP.

TEMPÉRATURE DE DÉPART 50°C

T° extérieure - 25 -10 0 10 20
Puissance chaud en kW 5,1 6,5 8,1 9,2 11,0
Puissance absorbée kW 2,5 2,6 2,7 2,8 3,0
COP 2,0 2,5 3,0 3,3 3,6


Pompe à chaleur avec un régime de température de 65°C.
Ce tableau montre deux indications majeures :

  • La puissance chauffage passe de 5,1 kW par –25° à 11 kW par +20° : elle diminue de moitié. Attention donc si vous êtes en région parisienne (température extérieure de base –7°C) et si vous sélectionnez cette pompe à chaleur, la puissance restituée sera d’environ 7 kW (un peu au-dessus de 6,5 kW indiqués)
  • Le COP par –10° n’est que de 2,6. Attention donc. Cette même pompe à chaleur avec un régime de température de 35°C par exemple à des émetteurs basse température donnerait un COP de 3,3.

Résistance électrique d’appoint, pompe à chaleur en relève de chaudière.

Les kits pompe à chaleur avec ballons eau chaude sanitaire et module hydraulique présentent le plus souvent une résistance électrique d’appoint. Cela est d’autant plus important dans les départements très froids où il faut assurer une température de chauffage la plus chaude par des températures extérieures les plus froides. Comment assurer 65°C par –15°C extérieur avec un COP intéressant ? La résistance permet ainsi un appoint qui optimise le dimensionnement de la PAC et également une sécurité de chauffe.

Dans les zones froides, nous recommandons effectivement cette sécurité surtout dans le cas où la chaudière est complètement remplacée et où seule demeure la pompe à chaleur.

Dans les autres cas de rénovation et avec une chaudière ancienne mais encore viable, nous conseillons de conserver le chaudière existante qu'elle soit au fioul ou au gaz. Même ancienne, elle sera un générateur de secours et ne sera sollicitée que 10 à 20 jours, les plus froids dans l’année. Ainsi sa durée de vie sera peut entamée. Même si le rendement de la chaudière n’est pas optimisé, vous aurez néanmoins outre la sécurité, des consommations électriques en moins (pas de résistances électrique ni de pompe à chaleur sollicitée par grand froid).





EN RESUME

La pompe à chaleur haute température est une bonne solution dans la rénovation où les radiateurs doivent être maintenus. Un kit avec ballon eau chaude sanitaire et dans tous les cas avec résistance électrique d’appoint ou de sécurité , est conseillé.

Dans la mesure du possible, l’ancienne chaudière sera conservée et la solution de chauffage fonctionnera sur le principe de la pompe à chaleur en relève de chaudière.




Sources et liens utiles
www.ciat.fr
www.climaveneta.fr
www.airwell.fr
www.pompeachaleurdaikin.fr

www.xpair.com




Pour en savoir plus : dossier
" CHAUFFAGE GEOTHERMIE "



Mars 2009

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