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La pompe à chaleur Principes de base

La pompe à chaleur Principes de base. Principe de la thermodynamique. Une pompe à chaleur est une machine qui transfère de l’énergie provenant des éléments qui nous entourent d’un niveau de température bas à un niveau plus élevé.

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La pompe à chaleur Principes de base

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Presentation Transcript

  1. La pompe à chaleur Principes de base

  2. Principe de la thermodynamique • Une pompe à chaleur est une machine qui transfère de l’énergie provenant des éléments qui nous entourent d’un niveau de température bas à un niveau plus élevé. • Nous allons puiser cette énergie dans l’eau, l’air ou la terre en utilisant de l’énergie électrique qui sera également transmise à notre système de chauffage. • Énergie gratuite + électricité = chauffage

  3. Principe de la pompe à chaleur Cuisine Fraîcheur Chambre froide Le principe est identique à celui d’une chambre froide qui puisse l’énergie dans l’enceinte de la chambre pour la transférer à l’extérieure. Le résultat de cette opération permet de refroidir les aliments en rejetant l’énergie à l’extérieur de l’enceinte de la chambre froide.

  4. Principe de la pompe à chaleur Pompe à chaleur AIR TERRE EAU Chauffage Source froide La pompe à chaleur fonctionne de la même manière en inversant les sources chaudes et froides.

  5. Principe de la pompe à chaleur Niveau de température Pompe à chaleur – 15°à +25°C De 20°à 55°C 0° à +10°C + 7° à + 12°C Chauffage Source froide

  6. Principe de la pompe à chaleur Source chaude Système de chauffage

  7. Principe de la pompe à chaleur Aquatop Evaporateur Condenseur Détendeur Compresseur

  8. Principe de la pompe à chaleur • Le transfert d’énergie se fait avec un fluide frigorigène qui a la propriété de changer d’état dans l’évaporateur en passant de phase liquide à gazeuse en captant de l’énergie sur la source froide. ( Évaporation ) • Cette énergie contenue dans le fluide frigorigène en phase gazeuse est ensuite comprimée par le compresseur qui en augmente la température et la pression. • C’est l’énergie électrique utilisée par le compresseur qui est transférée au fluide frigorigène. • Le condenseur permet un transfert de cette énergie vers le circuit de chauffage en passant le fluide frigorigène de l’état gazeux à l’état liquide. ( Condensation )

  9. Air PAC Air/Eau Sol PAC Eau glycolée/Eau Eau PAC Eau/Eau Principe des PAC Pompe à chaleur Circuit de captage Plancher chauffant Radiateurs BT ou ventiloconvecteurs

  10. Evaporateur Condenseur Principe des PAC Pompe à chaleur Plancher chauffant Compresseur GAZ H.P GAZ B.P Circuit de captage LIQUIDE B.P LIQUIDE H.P Radiateurs BT ou ventiloconvecteurs Détendeur Emetteur idéal : plancher chauffant, confort et économies (25% par rapport à radiateurs BT)

  11. Compresseur Compresseur Évaporateur Condenseur Compression Évaporation Condensation Détente Détendeur

  12. Rotatif ou Alternatif Scroll Piston Les différents types de compresseurs

  13. Vue en coupe du compresseur

  14. Principe de fonctionnement d’un Scroll

  15. Le Coefficient de Performance : COP 5 kW 1 kW 4 kW Énergie naturelle 10°C 6°C

  16. Le Coefficient de Performance : COP Puissance calorifique restituée 5 Le COP = = = 5 Puissance électrique absorbée 1 Pour 5 kW/h fournis : 4 sont gratuits ( énergie solaire ) 1 seul est payé par l’utilisateur

  17. Le Coefficient de Performance : COP

  18. Le Coefficient de Performance : COP

  19. Le Coefficient de Performance : COP • Un COP de 5 signifie qu’un client qui serait en chauffagetout électrique type convecteur avec un coût annuel de l’ordre de 2000 € par an, ne payerait plus que 400 € par an. PAC EAU/EAU ou EAU Glycolée Système de chauffage tout électrique PAC AIR/EAU

  20. COP et niveau de température Critère de base des pompes à chaleur: Plus l'écart de température entre la source froide et la température des départs est faible, plus le COP sera élevé • Conséquences: • Les planchers chauffant sont les meilleurs systèmes de • chauffage pour les pompes à chaleur • Dimensionner les planchers chauffant avec une température • des départs la plus basse possible ( 35°C plutôt que 45°C ) • Les PAC eau/eau et eau glycolée/eau peuvent fonctionner • toute l'année en autonome • Les PAC air/eau nécessite une source d'appoint pendant • la période la plus froide de l'année

  21. Pompe à chaleurLes différentes sources froides

  22. Les différentes techniques de captage • Captage de l’énergie sur l’air extérieur • Captage en géothermie horizontale • Captage en géothermie verticale • Captage sur nappe phrèatique, sur puits,…

  23. Pompe à chaleur air / eau Pose en intérieure Source froide : air extérieur L‘air extérieur représente une source d‘énergie inépuisable et ne pose aucun problème en temps que source froide. Il est gratuit et sans contrainte d‘utilisation. Pose en extérieure

  24. Puissance à différents couples de température

  25. Pompe à chaleur en captage horizontal La terre comme source froide : L‘énergie contenue dans le sol estfacilement exploitable: En enfouissant un capteur à environ1m de profondeur en terre, l‘énergie peut être facilement récupérée. Capteur enterré

  26. Puissance à différents couples de température

  27. Pompe à chaleur avec sonde profonde La terre comme source froide: L‘énergie contenue dans le sol estfacilement exploitable: Avec une ou plusieurs sondes profondes Jusqu‘à 100m de forage

  28. Pompe à chaleur en captage sur nappe d‘eau L‘eau comme source froide: Un système de chauffage avec pompe à chaleur peut être installé en utilisant l‘eau d‘une nappe phréatique qui fournit une source froide à une température constante tout au long de l‘année. On peut également puisser l‘énergie dans un cours d‘eau, une rivière,un lac. Aspiration Rejet

  29. Pompe à chaleur Le dimensionnement

  30. Méthodologie du dimensionnement • 1) Calcul des besoins de chauffage • 2) Méthode Promotelec ( France ) dans le cadre d’un label • 3) Méthode en chauffage autonome • 4) Méthode avec chaudière en appoint dans le cas de l’existant • 5) Dimensionnement de la PAC • 6) Différentes conceptions de l’hydraulique

  31. Estimation des déperditions • S’il n’existe pas d’étude thermique réalisée par un BE, les installateurs utilisent la formule de calcul suivante : • Déperditions en W = Volume chauffé x ΔT x Coef G • Avec: G = 0,65 W/°C.m3 réglementation RT 2005 • G = 0,75 W/°C.m3 réglementation RT 2000G = 0,9 W/°C.m3 isolation année 1980 en CEI G = 1,2 W/°C.m3 si moyennement isolée 1,5 < G < 1,8 W/°C.m3 si mal isolée • ΔT = Différence de Température intérieure/extérieur de base

  32. Dimensionnement : remarques • Dans le cas d’une habitation existante on relève en général la puissance de la chaudière existante • Attention au surdimensionnement de la puissance installée de la chaudière et des émetteurs de chaleur • Le client a en général mieux isolé son habitation Isolation des combles, des murs … • Il a peut être remplacé les huisseries ( double vitrage ) • Le rendement d’anciennes chaudières varie de 50 à 85%En conséquence : Ne pas surdimensionner la PAC

  33. Estimation des besoins de chauffage dans l’existant • Il est possible d’estimer les besoins en partant des consommations anciennes ( moyenne sur les 3 dernières années) avec la formule suivante : Déperditions x 24H x DJU x i • Conso an = en kWh/an ΔT x ηg x 1000avec: 1L fioul = 10 kWh/litre PCI / 11,1 kWh PCS 1 m3 de Gaz Nat = 10 kWh/m3 PCI / 11,12 PCS 1 kg de propane = 12,8 kWh/kg PCI / 13,9 PCS Moyenne des DJU en IDF : 2300, en baisse sauf en 2008/2009

  34. Exemples de DJU

  35. Estimation des consommations • Les DJU (degrés jour unifiés) permettent de calculer où d’estimer la consommation d’énergie annuelle pour une période de chauffe définie selon les régions et les départements ainsi qu’une température extérieure qui sert de base de calcul pour tout système de chauffage ( données météo France) avec une température intérieure qui est fixée à +18°C • Le rendement de chaudière (ηg) varie selon l’âge de l’installation et le type de chaudière • I = intermittence ( réduit de nuit, abaissement de température le Week- End, innoccupation ) I = 0,9 pour installation ancienne ( Tout ou rien, TA ) I = 0,8 pour système performant ( Régulation sonde ext. Horloge…)

  36. Sélection et critères de choix d’une PAC Source froide Terre Disponible partout -2 ... +2°C Air Disponible partout -15 ... +30°C Autres systèmes de récupération (absorbeurs) Nappe phréatique Forage de puits +7 ... +12°C Type de fonctionnement Monovalence Type de fonctionnement Monovalence Type de fonctionnement Bivalence en mono-énergie Type de fonctionnement Bivalence en mono-énergie Indication: attention au bon dimensionnement ! Prendre en compte : Les besoins réglementaires de l'habitât, les types d'abonnements des clients et les besoins d'ECS

  37. Détermination d’une PAC Air/eau Il est astucieux d'optimiser la puissance d'une PAC air/eau Point de bivalence: Point de bivalence Puissance de la PAC Air/eau Courbe des besoins En régle générale la pompe à chaleur couvre une grande partie des besoins de chauffage, mais par des périodes de grand froid il faudra installer une source de chauffage complémentaire

  38. Dimensionnement en marche bivalente parallèle La part de marche de la PAC couvre des besoins > à 90 % A partir du point de bivalence la PAC marche en parallèle avec la source d'appoint Nb. de jours de chauffe annuels

  39. Dimensionnement en marche alternative La part de marche de la PAC couvre des besoins de 80 à 90 % A partir du point de bivalence la PAC est à l’arrêt et la source d'appoint couvre 100% des besoins Idéale pour l’existant avec une chaudière conservée par l’utilisateur à Nb. de jours de chauffe annuels

  40. Dimensionnement d’une PAC Air/eau • Exemple avec un pavillon de 150 m² en IdF en construction neuve (isolation RT 2005, G = 0,65 W/m3.°C) avec une température extérieure de base de -7°C. • Calcul des déperditions: Déperditions = Vh x G x ΔT Dp = 150 x 2,5 x 0,65 x (20- (-7)) = 6600 W = 6,6 kW • Puissance PAC = 1,2 x Déperditions • On rajoute une marge de surpuissance de 20%

  41. Dimensionnement d’une PAC Air/eau (suite) • Si le client final a demandé un label ‘’Promotelec’’: • La PAC doit fonctionner avec un appoint. Marche en mono-énergie parallèle ( élec ) • La puissance totale : P.t = 1,2 x Déperditions = 120% • Avec : P. t = P. PAC + P. d’appoint • Avec : P.PAC = 0,6 à 0,8 x Dp • Avec P.PAC = 0,8 x les Dp, la PAC couvrira 80% des besoins et l’appoint sera de 40%. Total = 120%

  42. Dimensionnement d’une PAC Air/eau (suite) • Pour 6,6 kW de déperditions ( Dp ) • P.t = 6,6 x 1,2 = 7,92 kW soit 8 kW • P.PAC = 6,6 kW x 0,8 = 5,3 kW à -7° ( soit environ 9kW au COP ( moyenne de perte de 40% de rendement à -7°) • P.appoint = 6,6 kW x 0,4 = 2,7 kW • Quelle PAC sélectionner ?

  43. Dimensionnement d’une PAC Air/eau (suite) • Il faut consulter le tableau des puissances ( Notice de montage, notice pour l’étude ou tarif ) • Il faut s’assurer de la puissance que fournit la PAC à la température extérieure la plus basse. • La puissance d’une PAC Air/eau diminue sensiblement quand la température extérieure baisse. • En fonction de la zone climatique, un point de bivalence situé entre – 5 et 0°C est correct.

  44. Puissances pour différents couples de T°

  45. Dimensionnement PAC Air/eau : exemple T10 TC10 Appoint 7kW Couverture des besoins par la PAC Droite des déperditions Droite des déperditions -7 -2 T° ext de base Point de bivalence

  46. Dimensionnement PAC Air/eau : exemple Appoint 7kW Surpuissance Couverture des besoins par la PAC -7 -2

  47. Dimensionnement PAC AIR/EAUPOMPE A CHALEUR MONOBLOC • Si l’on dimensionne la PAC pour couvrir tous les besoins, il s’ensuit les problèmes suivant : • Fonctionnement du compresseur en court-cycles • Enclenchements et arrêts fréquents  durée de vie du compresseur. • COP moyen mauvais  consommation électrique importante. • Prix élevé de la machine  temps de retour sur investissement long. • Coût du poste chauffage important. • Coût de l’abonnement EdF élevé.( triphasé- monophasé ? ) • Rénovation de l’alimentation électrique du client Contrairement à une chaudière il faut sous-dimensionner !!! BOID Octobre 2006

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