Pompes à chaleur dans les bâtiments résidentiels et commerciaux-97

Pompes à chaleur dans les bâtiments résidentiels et commerciaux

Fonctions
Les pompes à chaleur pour le chauffage et le refroidissement des bâtiments peuvent être divisées en quatre catégories principales selon leur fonction opérationnelle :

Les pompes à chaleur de chauffage uniquement, qui assurent le chauffage des locaux et/ou de l'eau.

Pompes à chaleur pour le chauffage et le refroidissement, assurant à la fois le chauffage et le refroidissement des locaux.
Le type le plus courant est la pompe à chaleur air-air réversible, qui fonctionne soit en mode chauffage, soit en mode refroidissement. Les grandes pompes à chaleur installées dans les bâtiments commerciaux et institutionnels utilisent des boucles d'eau (hydroniques) pour la distribution de la chaleur et du froid, de sorte qu'elles peuvent assurer simultanément le chauffage et le refroidissement.

Systèmes de pompes à chaleur intégrés, assurant le chauffage des locaux, le refroidissement, le chauffage de l'eau et parfois la récupération de la chaleur de l'air d'échappement.
Le chauffage de l'eau peut se faire par désurchauffe uniquement, ou par désurchauffe et chauffage du condenseur. Ce dernier permet de chauffer l'eau lorsqu'aucun chauffage ou refroidissement de l'espace n'est nécessaire.

Chauffe-eau à pompe à chaleur, entièrement dédiés au chauffage de l'eau.
Elles utilisent souvent l'air de l'environnement immédiat comme source de chaleur, mais peuvent également être des pompes à chaleur à air extrait ou des désurchauffeurs pour les pompes à chaleur air-air et eau-air. Les pompes à chaleur peuvent être à la fois monovalentes et bivalentes, les pompes à chaleur monovalentes répondant uniquement à la demande annuelle de chauffage et de refroidissement, tandis que les pompes à chaleur bivalentes sont dimensionnées pour 20-60% de la charge calorifique maximale et répondent à environ 50-95% de la demande annuelle de chauffage (dans une résidence européenne). La charge de pointe est couverte par un système de chauffage auxiliaire, souvent une chaudière à gaz ou à mazout. Dans les grands bâtiments, la pompe à chaleur peut être utilisée en tandem avec un système de cogénération.

Dans les applications résidentielles, les pompes à chaleur ambiantes peuvent être des pompes à chaleur air-air réversibles (unités monoblocs sans conduit ou unités de type split). La pompe à chaleur peut également être intégrée dans un système de gaines à air pulsé ou dans un système de distribution de chaleur hydronique avec chauffage par le sol ou radiateurs (système central).

Dans les bâtiments commerciaux/institutionnels, le système de pompe à chaleur peut être une installation centrale reliée à un conduit d'air ou à un système hydronique, ou un système multizone dans lequel plusieurs unités de pompe à chaleur sont placées dans différentes zones du bâtiment pour assurer la climatisation individuelle des locaux. Le système de pompe à chaleur à boucle d'eau est efficace dans les grands bâtiments. Il s'agit d'une boucle d'eau fermée avec plusieurs pompes à chaleur reliées à la boucle pour assurer le chauffage et le refroidissement, avec une tour de refroidissement et une source de chaleur auxiliaire en guise d'appoint.

Les différentes sources de chaleur qui peuvent être utilisées pour les pompes à chaleur dans les bâtiments résidentiels et commerciaux sont décrites dans la section Sources de chaleur. Le paragraphe suivant décrit les types de systèmes de distribution de chaleur et de froid qui peuvent être utilisés dans les bâtiments.

Systèmes de distribution de chaleur et de froid
L'air est le moyen de distribution le plus courant sur les marchés matures des pompes à chaleur au Japon et aux États-Unis. L'air est soit envoyé directement dans une pièce par l'unité de conditionnement d'air, soit distribué par un système de gaines d'air forcé. La température de sortie d'un système de distribution d'air est généralement comprise entre 30 et 50 °C.

Les systèmes de distribution d'eau (systèmes hydroniques) sont principalement utilisés en Europe, au Canada et dans le nord-est des États-Unis. Les systèmes de radiateurs classiques nécessitent des températures de distribution élevées, généralement de 60 à 90 °C. Les radiateurs et convecteurs basse température actuels sont conçus pour une température de fonctionnement maximale de 45 à 55 °C, tandis que les systèmes de chauffage par le sol atteignent généralement 30 à 45 °C. Le tableau 1 résume les exigences de température typiques pour les différents systèmes de distribution de chaleur et de froid. Le tableau 1 résume les exigences de température typiques pour les différents systèmes de distribution de chaleur et de froid.

Étant donné qu'une pompe à chaleur fonctionne plus efficacement lorsque la différence de température entre la source de chaleur et le puits de chaleur (système de distribution) est faible, la température de distribution de la chaleur pour les pompes à chaleur destinées au chauffage des locaux doit être maintenue aussi basse que possible pendant la saison de chauffage.

Le tableau 2 présente les COP typiques d'une pompe à chaleur eau/eau fonctionnant dans différents systèmes de distribution de chaleur. La température de la source de chaleur est de 5°C et le rendement de Carnot de la pompe à chaleur est de 50%.

Tableau 2 : Exemple de variation du COP d'une pompe à chaleur eau/eau en fonction de la température de distribution/retour.