L’efficacité énergétique si cache dans l’hydraulique

L’efficacité énergétique si cache dans l’hydraulique

En juin paru un article dans le magazine Sanilec concernant l’accouplement entre pompes à chaleur et chaudières. Vous pouvez lire ci-dessous cet article.

Une chaufferie hybride

L’utilisation de pompes à chaleur pour le chauffage de bâtiments gagne de plus en plus en importance. Pour des raisons d’investissement elles sont combinées avec des chaudières (moins chers) dans de plus grands bâtiments. La conception hydraulique correcte d’une telle chaufferie “hybride” est une autre paire de manches. Nous avions développé ceci dans notre webinar du 29 juin. En résumé.

Est-ce que une configuration en parallèle suffit?

Quand on conçoit une chaufferie hybride, la configuration en parallèle apparait comme la plus évidente. (voir projet 1). Dans ce cas il faut prévoir deux collecteurs, dont la température du retour central de 42°C étant la moyenne entre la température de retour du collecteur Haute Température et du collecteur Basse Température. Ceux-ci sont alimentés par la chaudière ainsi que par la pompe à chaleur. Le résultat est un haut rendement de la chaudière (94%) et un haut COP moyen (5.4). Ce semble à première vue un bon résultat, mais à ce moment trop peu de chaleur est prise de la pompe à chaleur. Si on y ajoute la chaudière, on réparti le débit du système sur et la chaudière et le vase tampon de la pompe à chaleur. Le débit de la pompe à chaleur chute donc, ce qui signifie que la pompe à chaleur est poussée de côté quand la chaudière démarre.


image 1

Pompe à chaleur et chaudière en série

Pour éviter que la pompe à chaleur soit poussée de côté, nous pouvons mettre la pompe à chaleur et la chaudière en série. La température du retour de la chaudière est certes préchauffée par la pompe à chaleur causant une chute du rendement de la chaudière, mais dans cette conception le débit totale du système passe à travers le vase tampon de la pompe à chaleur ce qui la charge au maximum. Bien que et le COP et le rendement de la chaudière sont ici plus bas que dans la conception 1, le rendement du système totale st considérablement plus haut étant donné que la pompe à chaleur est mieux utilisée, ce qui résulte en une économie énergétique de onze pourcent.


image 2

Accoupler la pompe à chaleur juste avant le collecteur basse température

En regardant l’image 3, vous voyez que la pompe à chaleur est accouplée juste avant le collecteur basse température. L’idée est d’alimenter le vase tampon de la pompe à chaleur avec la température la plus basse possible de 35°C venant du collecteur basse température pour ce faisant charger plus la pompe à chaleur et d’augmenter en même temps son COP. Etant donné que nous ne pouvons pas déranger le débit vers le collecteur basse température nous travaillons ici avec un soi-disant dans la conduite de retour. Les résultats des simulations montrent que les résultats escomptés ne s’avèrent pas et qu’il y a même une légère augmentation des frais énergétique comparé au concept 1. Une analyse plus poussée découvre que le « débit de traîne » dans le shunt est trop faible. Le débit vers le collecteur base température est beaucoup trop faible entraînant donc trop peu de chaleur venant du vase tampon vers l’installation.


image 3

Augmenter le débit de traîne

Inspiré par ce problème, le débit de traîne (débit vers le collecteur basse température) est intentionnellement augmenter dans l’image 4 en appliquant un pré-réglage de la température de l’eau. En diminuant la température d’allée vers le collecteur basse température de 70°C à 45°C il faut augmenter le débit afin de livrer la même puissance. Plus de chaleur peut ainsi être soutiré du vase tampon de la pompe à chaleur ce qui amène la quotepart d’apport de chaleur de la pompe à chaleur à 61% avec une réduction de frais énergétique de 21% comparé au concept 1. Les résultats de simulation plus détaillées montrent cependant que le vase tampon de la pompe à chaleur est soumis à une assez haute température de retour, et ceci principalement pendant le régime de nuit. Le débit du collecteur basse température diminue en charge partielle, de l’eau chaude du vase tampon de la pompe à chaleur passe vers le shunt vers le retour du vase tampon, ce qui a une influence défavorable sur la charge de la pompe à chaleur et son COP.


image 4

Placez la connexion shunt dans la conduite de départ

Afin de remédier à ce dernier problème, nous introduisons l’image 5 dans laquelle la connexion shunt est placée dans la conduite de départ. La chaleur de la chaudière qui doit être injectée dans le collecteur basse température est minutieusement contrôlée par une mesure de température. Avantage supplémentaire est que de l’eau chaude du départ ne peut nulle part dans l’installation couler vers le tampon de la pompe à chaleur. Avec ce dernier concept nous avons augmenté le rendement du système jusqu’à 152% ce qui résulte en une diminution des frais énergétiques de 26% comparé à l’image 1.


image 5

Conclusion

Les concepts analysés montrent de grandes différences en comportement dynamique et en répercussion sur la consommation énergétique finale. En jouant sur la conception hydraulique nous avons diminué les frais énergétique de l’image 5 de 26% comparé à ceux du concept 1 initial. Le rendement du système a, ce faisant, augmenté de 107% à 152%! Avons-nous atteint maintenant l’optimum ? Non, probablement pas encore. Concept définitif. Dans une optimalisation poussée, nous exécutons des études de sensibilité sur les différents paramètres de conception (ex. répartissement de la puissance entre chaudière et pompe à chaleur, régimes de température de la pompe à chaleur,…) afin d’augmenter encore plus le rendement du système. Ceci influence même encore le choix du concept final.