Part d’énergie renouvelable contenue dans la production de chaleur des PAC

Part d’énergie renouvelable contenue dans la  production de chaleur des PAC

État de l’art sur la récupération de chaleur

Récupérer de la chaleur est possible dès lors que la température d’une source est supérieure au zéro absolu. De nombreux travaux ont consisté à évaluer les possibilités de récupération de chaleur de sources d’air tempérées pour alimenter la source froide des pompes à chaleur. Nous passons en revue ici les études portant sur la récupération de chaleur d’éléments intégrés aux bâtiments d’habitation sans stockage. La majorité des études ont concerné deux types de sources d’air tempérées: les vides sanitaires et les capteurs solaires à air.

Couplage avec un vide sanitaire

Une série de travaux datant du début des années 80 ont concerné le couplage de PAC air-air avec des vides sanitaires. Plusieurs expérimentations et travaux de modélisation ont été réalisés en collaboration avec le laboratoire national d’Oak Ridge (ORNL) pour évaluer l’amélioration des performances des PAC couplées au vide sanitaire.

[TERN1980], [TERN1982a], [TERN1982b]

Les PAC air-air ont des performances saisonnières très attractives lors de leur mise en place dans des climats modérés, mais leur performance diminue grandement dans des climats plus froids. Le COP et la puissance calorifique du système diminuent quand la température de l’air extérieur diminue, alors qu’au même instant la charge thermique et les besoins de chauffage augmentent. Un chauffage d’appoint est souvent nécessaire pour satisfaire les besoins de chauffage et les phénomènes de givrage de l’échangeur de l’unité extérieure viennent dégrader les performances globales de l’installation. Les travaux de Ternes ont concerné l’amélioration des performances des PAC air-air en climat froid par l’utilisation de la température clémente de l’air se situant dans le vide sanitaire d’une maison. Cet air peut être utilisé en hiver pour préchauffer l’air alimentant l’unité extérieure de la PAC. Celle-ci fonctionne alors dans un climat plus favorable qu’à l’extérieur, avec de meilleures performances. L’auteur s’est penché sur

[SMIT1981]

Smith et Reid se sont penchés sur l’étude des mêmes configurations que Ternes : tout air neuf (« single-pass », figure 13) et en boucle fermée (« recirculating », figure 14). La première configuration consiste à faire entrer l’air extérieur d’un coté du vide sanitaire. Cet air circule dans le vide sanitaire et récupère une partie de la chaleur du sol, passe à travers l’unité extérieure de la PAC, puis est rejeté à l’extérieur du vide sanitaire. La seconde configuration consiste à faire passer l’air du vide sanitaire à travers l’unité extérieure et de souffler de nouveau cet air dans le vide sanitaire. Seule la première configuration a fait l’objet d’une expérimentation sur un cas réel. L’autre n’a été étudié que de façon analytique à partir des données récoltées lors de la première expérimentation. L’expérimentation a fait l’objet d’une attention toute particulière en ce qui concerne l’isolation du plancher bas de la maison afin de limiter un maximum les pertes thermiques vers le vide sanitaire et d’assurer l’étanchéité à l’air de celui-ci. Un parevapeur a également été placé sur la surface du sol du vide sanitaire afin de limiter toute remontée d’humidité à travers le sol. Les expérimentations d’une durée de cinq mois ont abouti aux résultats suivants :  Le couplage en tout air neuf permet de limiter voir d’annuler la nécessité de résistances électriques d’appoint les jours les plus froids, et permet la diminution de la formation de givre sur l’unité extérieure, et donc un recours moindre au cycle de dégivrage. Les auteurs ont évalué à 22,5% la diminution de la consommation globale de l’installation (PAC + appoint). Ces gains sont à 10% dus à une augmentation du COP de la PAC, à 1% dus aux déperditions de chaleur à travers le plancher bas de la maison, à 10% à la limitation du déclenchement des résistances d’appoint, à 1,5% à la limitation du givrage et dégivrage de l’échangeur de l’unité extérieure.  La configuration en boucle fermée, évaluée de façon analytique, permettrait selon les auteurs une diminution de 31,5% de la consommation globale de l’installation. 12% serait due à l’augmentation des performances de la PAC, 1% à la réduction des déperditions à travers l’enveloppe, 15% à la limitation du déclenchement des résistances électriques d’appoint, et 3,5% à la limitation du givrage et dégivrage de l’échangeur extérieur

[WASS1983], [WASS1984]

Les travaux de Wasserman et al. ont également concerné l’évaluation des performances d’une PAC air-air couplée à un vide sanitaire, dans le cadre des recherches effectuées par le laboratoire national d’Oak Ridge (ORNL). Une maison à un étage, dont le plancher bas a été isolé avec 15 cm d’isolant sur la face inférieure, dispose d’un vide sanitaire. Une attention particulière a été portée à l’étanchéité à l’air de ce dernier afin éviter tous transferts de chaleur par infiltration d’air avec la maison et l’extérieur. L’ensemble des réseaux et tuyaux passant dans le vide sanitaire ont également été isolés avec 5 cm d’isolant. Un pare-vapeur a été placé sur la totalité de la surface de sol pour éviter les remontées d’humidité par le sol. Les configurations étudiées sont les mêmes que les travaux de Ternes [TERN1980] [TERN1982a] [TERN1982b] et Smith [SMITH1981] : tout air neuf (« single-pass », figure 15) et en boucle fermée (« recirculating », figure 16) .