6.1.5     Pompes à chaleur

Les pompes à chaleur correspondent aux machines frigorifiques en construction technique et fonction. La fonction des machines frigorifiques/pompes à chaleur à compression et à absorption  a été traitée dans le Chapitre 4 (Principes Physiques).

6.1.5.1  Systèmes de chauffage courants

Un système de chauffage monovalent à pompe à chaleur reçoit sa chaleur de sa pompe à chaleur uniquement. Ainsi, la pompe à chaleur seule doit être capable de couvrir les demandes de chauffage d’un bâtiment lors du calcul de la température de l’air extérieur. Un fonctionnement monovalent devient possible quand on utilise la chaleur de la terre, des eaux usées, de l’eau souterraine et de l’eau de surface.

Un système de chauffage bivalent à pompe à chaleur a deux générateurs de chauffage, la pompe à chaleur et une chaudière au mazout, au gaz ou au bois. Pour des températures extérieures basses, la chaudière assume l’apport en chaleur soit seule (fonctionnement alternatif) soit en combinaison avec la pompe à chaleur (fonctionnement parallèle). Un fonctionnement parallèle partielle est aussi possible.

6.1.5.2  Types d’utilisation de l’énergie environnementale

Les pompes à chaleur air-eau prélèvent la chaleur de l’air, généralement de l’air extérieur, mais si possible de l’air d’échappement aussi. En ce qui concerne la construction de la pompe à chaleur air-eau, on distingue les appareils compacts des appareils répartis. Pour les appareils compacts utilisés en intérieur, l’air est fourni à la pompe à chaleur par un canal. Un appareil réparti comprend deux parties : La première partie est le pulvérisateur avec le ventilateur et est montée par ex. en plein air ou dans un grenier. Il existe aussi des pulvérisateurs « silencieux » sans ventilateur et qui consomment ainsi moins d’électricité. Cependant, ils ont besoin d’une surface de transfert thermique beaucoup plus grande. L’autre partie comprend le compresseur avec le condenseur et est installée par ex. dans la cave ou la pièce de chauffage. Les deux parties sont connectées par des conduites de réfrigérant. Le système est monté et rempli sur le chantier.

Pour les températures d’évaporation inférieures à 0°C, du givre ou de la glace se forme sur le pulvérisateur, qui doit être régulièrement dégivré. De plus, le rendement de la pompe à chaleur diminue considérablement lors de basses températures d’air. Ainsi, la pompe à chaleur air-eau ne convient pas bien pour un fonctionnement monovalent. Dans les systèmes bivalents, un fonctionnement alternatif est normalement choisi, c’est-à-dire que la commutation au chauffage auxiliaire s’effectue à des températures d’air extérieur inférieures à 0°C environ.

Les pompes à chaleur eau-eau prélèvent la chaleur des eaux usées, de l’eau souterraine, des rivières ou des lacs. Le type de prélèvement et de retour ainsi que la température minimum de retour de l’eau sont soumis à l’approbation des autorités. Comme la température de l’eau, contrairement à la température de l’air extérieur, est bien au-dessus de 0°C toute l’année et que sa température reste assez constante, la pompe à chaleur eau-eau convient pour un fonctionnement soit monovalent soit parallèle bivalent.

Les pompes à chaleur eau salée-eau sont différentes des pompes à chaleur eau-eau dans le sens qu’un fluide caloporteur antigel (= eau salée) s’écoule dans le circuit du côté froid. L’eau salée prélève la chaleur par exemple de la terre ou d’éléments tels que des capteurs solaires non vitrés, « toits énergétiques » ou « clôture énergétique ». De cette façon, la chaleur environnementale peut être utilisée même si elle se situe sous le point de congélation. A cause des paramètres de matière défavorables (capacité de chaleur et viscosité) de l’eau salée par rapport à l’eau, l’appareil de transfert thermique et la pompe de circulation sont plus grands.

Dans de grands systèmes (à partir d’environ 300 kW de capacité de chaleur), on utilise des pompes à chaleur ayant des moteurs à combustion. Celles-ci ont l’avantage que non seulement la chaleur libérée par le condensateur ; mais aussi la chaleur provenant du moteur à combustion peuvent être transmises dans une large mesure au circuit de chaleur. Cela donne une utilisation optimale de l’énergie primaire. Environ le double de la chaleur utilisable peut être récupéré par rapport à un système alimenté au mazout ou au gaz. Par le refroidissement du moteur et la récupération de chaleur du gaz d’échappement qui se produisent tout deux en aval du condensateur, il est possible d’atteindre des températures de départ encore plus élevées (jusqu’à 80°C environ). Par contre, les coûts d’investissement sont plus élevés que ceux des pompes à chaleur électriques à cause de l’insonorisation nécessaire et des mesures requises d’épuration des émissions polluantes.