Une forme durable de chauffage domestique

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1 Une forme durable de chauffage domestique Ingénieur Geert Matthys VCB (Confédération flamande de la Construction) 1. Réduire la demande (économie d énergie) 2. Utiliser des sources d énergie durables 3. Utiliser des combustibles fossiles le plus proprement possible. Demande d énergie Geert Matthys 1

2 1. Tout d'abord, bien isoler et prévoir une construction étanche à l'air (limiter le besoin calorifique). 2. Ensuite, exploiter pleinement les techniques d'énergie renouvelable. 3. En dernier lieu, utiliser des combustibles fossiles (à un rendement maximum). Geert Matthys 2

3 Fonctionnement du frigo Évaporateur Soupape de détente Condenseur Compresseur Un réfrigérateur comporte un côté froid et un côté chaud. Dans le cas d'un réfrigérateur, nous sommes intéressés par le côté froid (évaporateur). Dans le cas d'une pompe à chaleur, nous sommes intéressés par le côté chaud (condenseur). Geert Matthys 3

4 Une pompe à chaleur fournit 3 à 4 fois plus de chaleur qu'un radiateur électrique/convecteur (= résistance électrique), pour la même consommation électrique (avec un COP = 3 à 4). Résistance électrique : COP = 1 Pompe à chaleur : COP = 3 à 4 Environ 75 % de la chaleur restituée sont extraits à basse température à l'environnement et "portés" à une température utile. Pour ce faire, il convient d'actionner un compresseur (cycle frigorifique). - Le fluide frigorigène circule en circuit fermé. - On le laisse s'évaporer à basse pression (refroidissement). - Un compresseur porte le fluide frigorigène gazeux à haute pression. - Le liquide frigorigène est condensé à haute pression (émission calorifique). - Une soupape de détente ramène le liquide frigorigène de haute à basse pression. Geert Matthys 4

5 Le fluide frigorigène circule entre l'évaporateur et le condenseur ¾ chaleur ambiante + ¼ électricité = ⁴ ₄ chauffage Basse pression gazeux Haute pression gazeux Ici, la chaleur est extraite à basse température. ÉVAPORATEUR CONDENSEUR Ici, la chaleur est restituée à haute température. Basse pression liquide Haute pression liquide 75 % GRATUIT La chaleur est extraite : - du sol - de l'eau souterraine - de l'air extérieur - (COP = 4 = 100/25) 25 % Électr. Système de chauffage Geert Matthys 5

6 Importance de la différence de température entre le système source et le système de restitution Température restituée : 70 C La pompe à chaleur doit moins fonctionner, et consomme donc moins Delta T = 70 K Mauvais pour l'efficacité de la PAC (COP) Température d extraction : 10 C Bon pour l'efficacité de la PAC (COP) COP* comme fonction de la t source et de la t du CC Température restituée par le système de chauffage [ C] Geert Matthys 6

7 COP (Coef. de performance) = instantané, propriété de la PAC (comp. au rendement de combustion de la chaudière) (déterminé en laboratoire d'essai) SPF (Seasonal Performance Factor/Facteur de performance saisonnier) = sur une période, propriété de l'installation de PAC (comp. au rendement saisonnier de l'installation de chaudière) (mesuré sur l'installation pendant un an) Conditions d'essai COP (EN 14511) Type de pompe à chaleur T source T restitution Air /Air 7 C 20 C Air / Eau 7 C 35 C Eau / Eau 10 C 35 C Sol / Eau 0 C 35 C Dx / Eau -5 C 35 C Dx / Dx -5 C 35 C Ex. : COP 10/35 = 4,50 Geert Matthys 7

8 Combustion : de l'énergie de grande valeur est dégradée en air chaud de 20 C La pompe à chaleur : " porte " de la chaleur à basse T (ex. : 10 C) de l'environnement à une température utile (ex. : 35 C) Besoin d'énergie supplémentaire (électricité) Présentation 1 Présentation 2 Geert Matthys 8

9 Évaporateur Condenseur Compresseur Soupape de détente Échangeur de chaleur à capteurs enterrés horizontaux Échangeur de chaleur à capteurs enterrés verticaux Eau souterraine Air Geert Matthys 9

10 Courant d eau souterrain 50 m de profondeur Conductivité thermique du sol Avantages - encombrement au sol limité - applicable presque partout - disponible de manière illimitée - peu de variation de la t à la source - t à la source relativement élevée - système fermé COURBE DE TEMPÉRATURE ANNUELLE profo ndeur Inconvénients - diminution de la température à la source pendant la saison de chauffe - étanchéité nécessaire car glycol dans le système Rayonnement thermique Rayonnement solaire Collecteurs enterrés Flux de chaleur géothermique Geert Matthys 10

11 DÉPART ÉTÉ AUTOMNE HIVER PRINTEMPS sol : de 10 à refroidissement sol : de 12 à sol = source de sol : de 4 à 12 C du bâtiment 16 C chaleur 8 C Aspects entrant en ligne de compte : Puissance maximale [kw] Besoins [kwh] Quantité chaleur régénérée Type de sol Remplissage du trou de forage (en cas d'échangeur vertical) Température minimale autorisée après 20 ans Type d'échangeur de chaleur à capteurs enterrés Configuration Distance intermédiaire Geert Matthys 11

12 Tiré des forages de puits de Verheyden bvba Échangeur de chaleur à capteurs enterrés VERTICAUX comme source de chaleur Forages de puits verticaux Geert Matthys 12

13 Avantages - applicable presque partout - disponible de manière illimitée - système fermé Inconvénients - large encombrement au sol - température à la source variable - prendre garde à l'épuisement du sol - baisse de la température à la source pendant la saison de chauffe - étanchéité nécessaire car glycol dans le système Échangeurs de chaleur à capteurs enterrés HORIZONTAUX : Geert Matthys 13

14 Condenseur = chauffage par le sol Évaporateur = éch. de chaleur à capteurs enterrés horizontaux Le fluide frigorigène s'évapore dans l'échangeur de chaleur à capteurs enterrés horizontaux (tuyau en cuivre) Le fluide frigorigène se condense dans le chauffage par le sol (tuyau en cuivre) Un compresseur par circuit (par ex. rez-de-chaussée, eau chaude sanitaire, salle de bains : 3 compresseurs) Avantages - encombrement au sol limité - température à la source constante - t à la source relativement élevée - inépuisable Inconvénients - une bonne qualité de l'eau n'est pas disponible partout - pas disponible partout à une profondeur praticable - coût d'investissement plus élevé - système ouvert - énergie nécessaire pour le pompage de l'eau - permis environnemental requis - séparation garantie entre le liquide frigorigène et l'eau souterraine - le forage, le puits de retour et l'étanchéité nécessitent une attention supplémentaire - connaissances géohydrauliques approfondies requises Geert Matthys 14

15 Prendre garde : - au filtre à eau souterraine - à l'obturation de l'évaporateur (côté eau) - la capacité de la source peut diminuer avec les années - à la consommation électrique de la pompe à eau souterraine (1 kw?) - à ce que de l'eau souterraine n'entre pas en contact avec l'air Une pompe E/E permet d'atteindre le COP/SPF le plus élevé, mais un suivi technique est recommandé Pompe à chaleur Air / Air Avantages - encombrement au sol limité - applicable presque partout - disponibilité illimitée - inépuisable - coût d'investissement faible Inconvénients - dégivrage nécessaire - système de chauffage d'appoint nécessaire - température à la source très variable - possibilité de températures à la source très faibles périodiquement Geert Matthys 15

16 Chauffage Évaporateur = climatiseur "split" réversible Chauffage Fonctionnement AircoHeater : unité intérieure Rafraîchissement (été) Chauffage (hiver) Climatiseur "split" Pompe à chaleur Air / Air Attention : aucune prime n est accordée pour une pompe à chaleur à rafraîchissement actif ("actif" : lorsque le compresseur tourne). Geert Matthys 16

17 Unité extérieure : évaporateur (avec ventilateur) et compresseur Unité intérieure : condenseur qui restitue sa chaleur à un système d'émission calorifique par circulation d'eau Pas d'unité intérieure : raccordement direct du système de chauffage à l'unité extérieure. Geert Matthys 17

18 puissance PAC à air extérieur dégel puissance PAC Air/Air chauff. suppl. puissance nécessaire T extér. C COP diminue quand la t -source baisse T extér. C La puissance diminue quand la t -source baisse pulsion & extraction mécaniques à l'aide d'un éch. de chaleur intégré & d'une pompe à chaleur Ventilation par système D à échangeur de chaleur et pompe à chaleur intégrée" Avantages - pas d'encombrement au sol - température à la source élevée - température à la source constante Inconvénients - nécessité de limiter la production de nuisances sonores - disponibilité limitée (habitation basse énergie) - applicable uniquement avec certains systèmes de ventilation Geert Matthys 18

19 Chauffage à un régime de ± 24 (très bon pour le COP de la PAC!) Rafraîchissement passif à un régime de ± 17 (fraîcheur du sous-sol) Faible puissance étant donné le fonctionnement continu (24h/24) Généralement avec appoint (électr.) car pointe de production impossible. air à 20 C air à 10 C Avantage : mise à profit efficace de la chaleur évacuée Inconvénient : production de pointe impossible Geert Matthys 19

20 Préparation de l'eau chaude sanitaire au moyen de l'air de ventilation évacué Déshumidification d'une buanderie Rafraîchissement d'une cave à vins Geert Matthys 20

21 : PDF (gratuit) (matrice pompe à chaleur) - Code de bonne pratique (140 p., PDF) - Outil de dimensionnement Excel - Texte de cahier des charges - Geert Matthys 21

22 Gratuite, 40 p. Téléchargement du PDF : Existe également dans les versions : - La bio-énergie - L'énergie photovoltaïque - La chaleur issue de la lumière solaire - L'énergie éolienne - Merci de votre attention... Ingénieur Geert Matthys Consultant en énergie auprès de VCB Geert Matthys 22