Accumulateur combiné au service de la chaleur solaire et des pompes à chaleur. Michel Haller, Robert Haberl, Daniel Philippen

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1 Accumulateur combiné au service de la chaleur solaire et des pompes à chaleur Michel Haller, Robert Haberl, Daniel Philippen

2 Présentation Avantages de la combinaison pompe à chaleur et chaleur solaire Avantages de l accumulateur combiné Éviter les déperditions de chaleur effet cheminée / circulation par gravité / circulation monotube Bon raccordement dans le système notamment en combinaison avec des pompes à chaleur! 2

3 Combinaison chaleur solaire et pompe à chaleur Le rapport entre l'approvisionnement en chaleur [kwh] et la consommation électrique [kwh] permet de mesurer l'efficacité énergétique tout au long de l'année Pompe à chaleur : COPA env. 2,5 4.5 COPA = coefficient de performance annuel énergie élec. environnement pompe à chaleur chaleur Installation solaire : facteur env énergie élec. soleil capteur solaire chaleur Mais : un chauffage à 100% solaire est associé à des coûts élevés C'est pourquoi : chauffage 100% solaire en été, et partiellement solaire au printemps, en automne et en hiver la pompe à chaleur se charge de tout le reste 3

4 Coefficient de performance système [-] SPF of the system [-] Augmentation du coefficient de performance système avec la chaleur solaire Exemple d'une maison individuelle avec une pompe à chaleur air/eau (Q CA = 8100 kwh/a, Q EC = 2100 kwh/a) sans solaire / PAC uniquement Attention : les résultats diffèrent nettement avec d'autres charges et/ou un autre climat collector Surface area du capteur [m2] / m 2 4

5 Avantages de l'accumulateur combiné eau chaude accumulateur eau chaude air accumul ateur air M M eau froide chauffage ambiant eau froide chauffage ambiant Système à accumulateur combiné Système à deux accumulateurs Avantages de l'accumulateur combiné : - meilleur rapport surface/volume - installation plus simple (un seul accumulateur, moins de tuyauterie dans la zone d'installation) - surface d'appui plus petite qu'avec un système à deux accumulateurs 5

6 Options pour le chauffage d'eau chaude sanitaire avec un accumulateur combiné Échangeur de chaleur interne Tank-in-Tank Module d'eau fraîche externe Zone d'eau chaude C EC Zone de chauffage ambiant C Préchauffage d'eau chaude C EF 6

7 Accumulateur de chaleur en général : éviter les déperditions de chaleur Isolation complète, tendue (pas d'effet cheminée) Prévention de la circulation par gravité dans un circuit solaire et un circuit générateur de chaleur (soupape de retenue) eau chaude capteurs 60 C 15 m 20 C Siphonage des raccordements de l'accumulateur pour empêcher la circulation monotube 6 x aucun siphon = 50% de déperditions de chaleur en plus Sans siphon Avec siphon eau froide 7

8 Recommandation SIA 385/1 - prévention des pertes dans les conduites de soutirage Siphonage directement sur l'accumulateur EC... ou sur le collecteur EC aucun siphonage EC EF EF EF SIA 385/1, en vigueur depuis le 01 mai 2011 : Installations d'eau chaude sanitaire dans les bâtiments 8

9 COP Stratification Raccordement / brassage des pompes à chaleur T Quelle-Senke [K] Meilleur coefficient de performance de la PAC, plus la température de la source chaude est basse (circuit de chauffage, eau chaude) et plus la température de la source froide est élevée 1 K 2-3%!!! Une augmentation de 1 K de la température de la source chaude -> baisse de 2-3% du COP (soit une hausse de 2-3% des besoins en électricité) Les processus de brassage et les échangeurs de chaleur supplémentaires entraînent une augmentation de la température d'émission de chaleur de la pompe à chaleur S irr S irr 9

10 Stratification Causes du mélange / brassage 2. Raccordement hydraulique PAC 1. Stratification efficace de l'accumulateur EC accumulateur Pompe à chaleur : air-eau ou sol-eau Tec air M capteurs Tca M chauffage ambiant Tsol 10

11 paroi Stratification / brassage accumulateur 1. conduction thermique et eff diffusion 2. «entraînement du panache» 3. «mélange jet d'entrée» Les pompes à chaleur fonctionnent avec des DÉBITS VOLUMIQUES ÉLEVÉS! (1500 l/h au lieu de 500 l/h pour les chaudières à mazout ou à gaz) 11

12 Perturbation de la zone EC à 1800 l/h sur un raccord de 5 cm au centre de l'accumulateur sans stabilisation du flux avec stabilisation du flux 35 C 47 C Min. PAC charge depuis longtemps de l'ec! 1800 l/h 1800 l/h 30 C 30 C PAC ne charge pas! 12

13 Bilan de la stratification Le débit volumique maximal de chargement préservant la stratification : doit être connu pour chaque raccordement doit être respecté 13

14 charge ECS zone CdB Branchement et gestion de l'accumulateur Position de la sonde ECS > 30 cm au-dessus de la zone de chauffage de bâtiment T ECS 10 cm Accumulateur > 30 cm T ECS PAC Retour pour le chargement d'eau chaude sanitaire (ECS) au-dessus de la zone de chaleur ambiante T CdB CdB zone CA chargement EC Créneau horaire pour le chargement d'eau chaude < 2 x 2 h par jour : 21 optimal entre 16h00 et 20h Jusqu'à 50% de besoins électriques supplémentaires en cas de non-respect de ces recommandations! Apéro Blue-Expert / Walter Meier mai/juin 2014

15 Flyer... 15

16 hydraulique accumulateur Bilan La chaleur solaire permet d'améliorer considérablement l'efficacité d'une installation de PAC Concernant les accumulateurs combinés, il faut prêter une attention particulière au bon choix de l'accumulateur et à un raccordement hydraulique et de régulation approprié Effectuer un test de stratification de l'accumulateur (disponible récemment chez SPF) Contrôle du système Tester l'intégralité du système (par exemple méthode CCT chez SPF) régulateur module solaire pompe à chaleur 16

17 Remerciements Office fédéral de l'énergie OFEN, Berne Projets SOL-HEAP & StorEx 17