Principe

La pompe à chaleur à moteur gaz (GHP : Gas engine Heat Pump) s’apparente fort à la pompe à chaleur électrique traditionnelle. Les seules différences résident au niveau :

• Du système d’entrainement du compresseur : le moteur électrique accouplé mécaniquement au compresseur est remplacé par un moteur à combustion à gaz.
• De l’exploitation de la chaleur générée par le système d’entrainement :
  • Le moteur électrique a très peu de pertes (η de l’ordre de = 98 %). En d’autres termes, l’énergie électrique, au rendement près, est transformée totalement en énergie mécanique pour le compresseur.
  • Le moteur à gaz, quant à lui, a un rendement mécanique médiocre (45-50 %). Le solde de l’énergie de combustion du gaz est de la chaleur. L’intérêt de la pompe à chaleur à moteur à gaz réside dans la récupération de la chaleur de combustion.

Schéma de principe : PAC à moteur gaz.

Technologie

PAC à moteur gaz (source : Sanyo).

Moteur gaz

Moteur gaz (source : Aisin Toyota).

La technologie des pompes à chaleur à moteur gaz est développée depuis plusieurs décennies. Le moteur gaz est un moteur thermique à faible taux de compression de type volumétrique (cycle de Miller). Le gaz utilisé est soit le gaz naturel ou le LPG. Certains moteurs utilisent le propane. Comme le montre la figure ci-contre, ce fabricant propose un moteur 4 temps accouplé mécaniquement à des compresseurs au moyen d’une ou plusieurs courroies. La particularité de ce moteur est la récupération de la chaleur de combustion du gaz résiduelle au niveau du circuit de refroidissement. Un échangeur, placé au niveau du condenseur du circuit frigorifique permet le refroidissement du moteur et, par conséquent, la récupération de chaleur de combustion du moteur en supplément de celle échangée par le circuit frigorifique.

Principe

Tout part de la succession, dans un cycle fermé :

• De l’absorption d’ammoniac (NH3) gazeux en présence d’eau pour donner une solution d’ammoniaque concentré (NH4OH). Elle s’accompagne de la libération d’une grande quantité de chaleur à température élevée.
• Et de la désorption de cette même solution d’ammoniaque (NH4OH) qui permet la libération d’ammoniac (NH3) gazeux. La désorption demande de la chaleur.

À ce stade, rien de différencie ce système thermodynamique d’une chaudière gaz à eau chaude. Au lieu de chauffer de l’eau pure en circuit fermé, on chauffe une solution d’ammoniaque (NH4OH).

L’ingéniosité du principe vient de l’utilisation de l’ammoniac (NH3) dans un cycle frigorifique secondaire qui permettra de « pomper » la chaleur d’une source froide (au niveau de l’évaporateur) pour la restituer au niveau de la source chaude (condenseur) : cette chaleur est gratuite !

En combinant la libération de chaleur lors de l’absorption et la chaleur de condensation, le bilan énergétique est nettement positif !

Technologie

Schéma de principe (source Théma).

Générateur (ou déconcentrateur)

Au niveau du générateur, le brûleur chauffe la solution d’ammoniaque (NH4OH) de manière à libérer de l’ammoniac gazeux (NH3) à haute température. En partie haute du générateur, l’ammoniac est injecté dans le circuit principal de la PAC vers le condenseur. Il va de soi que la solution d’ammoniaque se déconcentre. En continuant de chauffer la solution sans rien changer, la production d’ammoniac gazeux risque de s’arrêter d’elle-même. Pour cette raison, il est nécessaire de régénérer (ou concentrer) la solution d’ammoniaque pauvre. C’est l’absorbeur qui s’en charge !

Absorbeur (ou concentrateur)

Dans l’absorbeur, la solution pauvre issue du générateur est projetée en fines gouttelettes sur l’ammoniac gazeux provenant de l’évaporateur de la machine thermodynamique. Il s’en suit un enrichissement de la solution d’ammoniaque avec, en prime, un dégagement de chaleur important (réaction exothermique). La solution d’ammoniaque riche régénérée peut être renvoyée au niveau du générateur. Le cycle de la PAC gaz est fermé !

Sans rien changé, l’efficacité énergétique de la PAC gaz serait vraiment médiocre ! L’ingéniosité du système réside dans la récupération au condenseur de la chaleur d’absorption. Concrètement, la solution riche d’ammoniaque passera par le condenseur de manière à céder sa chaleur à la source chaude.

Condenseur

Le condenseur de la PAC gaz à absorption est de conception un peu particulière. En réalité, c’est un double condenseur :

• Un premier échangeur branché sur le circuit thermodynamique principal permet à l’ammoniac (NH3) gazeux de condenser et donc de céder sa chaleur à la source chaude (système de chauffage).
• Un second échangeur raccordé au circuit secondaire permet à la phase liquide/gaz d’ammoniaque de céder, elle aussi, sa chaleur d’absorption.

Évaporateur

L’évaporateur de la PAC gaz à absorption est un évaporateur classique comme celui utilisé dans les PAC électriques.

Échangeurs secondaires

La chaleur d’absorption étant libérée à haute température, elle ne peut être, qu’en partie, transmise à la source chaude en demande de températures plus modestes. Pour cette raison, d’autres échangeurs placés en aval du condenseur permettront de successivement récupérer la chaleur d’absorption (intérêt de ces échangeurs).

Disponibilité sur le marché

Environnement

Parler du CO₂ mais aussi de l’impact d’une fuite de NH₃ dans l’air.

Principe

Le principe de fonctionnement de la pompe à chaleur à adsorption s’appuie sur les caractéristiques de la zéolithe, une céramique microporeuse très stable et non polluante. Cette zéolithe est capable de dégager de la chaleur lorsqu’elle adsorbe de l’eau (réaction exothermique lors du passage de la forme déshydratée à la forme hydratée). Lorsqu’elle est saturée, un brûleur à gaz évacue l’eau (désorption). L’emploi de la zéolithe permet de favoriser l’utilisation de l’énergie solaire même à basse température pour le chauffage, sachant que la réaction exothermique d’adsorption peut atteindre 85 °C avec de l’eau à 4 °C.

• Phase d’adsorption : dans la partie basse de la pompe à chaleur, l’eau présente dans un réservoir sous vide est chauffée. Cette eau, même à basse température, se transforme  en vapeur et migre vers le haut du réservoir. La microporosité de la zéolithe permet de piéger une grande quantité de vapeur (adsorption). La chaleur d’adsorption est utilisée  au niveau de la source chaude (comme un plancher chauffant par exemple) ;
• Phase de désorption : lorsque la zéolithe saturée d’eau, le minéral est chauffé. L’eau retenue dans la zéolithe est alors libérée sous forme de vapeur (désorption). Cette vapeur coule vers la partie inférieure de la pompe à chaleur, se condense à nouveau et libère de la chaleur. Une récupération de cette chaleur est mise en place. Le système peut redémarrer dans un nouveau cycle d’adsorption.

L’adsorption et la désorption sont des réactions physiques qui n’altèrent pas la structure de la zéolithe. L’alternance adsorption/désorption est alternative, mais peut fonctionner indéfiniment.

Phase de désorption puis d’adsorption (Source : www.gaz-naturel.ch).

Technologie

Le système est  conçu sur la base d’une chaudière à condensation, associée à un module à zéolithe sous vide comprenant des billes de céramique microporeuse, de l’eau et les composants hydrauliques.

A l’heure actuelle, certains constructeurs ont un programme de développe des PAC gaz à adsorption pour le résidentiel (maximum 10 kW). L’adsorbant utilisé est la zéolite (Une zéolithe, ou zéolite est un minéral microporeux appartenant au groupe des silicates).

Les sources froides peuvent, comme pour les pompes à chaleur classiques :

• L’air ;
• L’eau ;
• La géothermie …

Comme le montrent les figures ci-dessus, la source froide de la pompe à chaleur à adsorption peut être aussi des panneaux solaires thermiques. Les efficacités saisonnières sont à préciser par le constructeur et à vérifier par des études neutres et en situation réelle. Sur papier, ce système paraît très intéressant sachant qu’on pourrait attendre des …

Principe et technologie

Bien que la machine gaz à absorption/adsorption semble assez différente de la machine frigorifique traditionnelle, le principe de base de fonctionnement reste le même :

• circulation d’un fluide réfrigérant ;
• évaporation du fluide avec production de froid ;
• compression du fluide demandant un apport d’énergie ;
• condensation du fluide avec production de chaleur.

La différence réside dans le moyen de comprimer le fluide :

• mécanique dans le cas d’une machine électrique ou à moteur à gaz ;
• thermochimique/thermophysique dans le cas de la machine à absorption/adsorption.

Le type d’énergie nécessaire à cette compression :

• électrique dans le cas d’une PAC électrique ;
• calorifique dans le cas d’une PAC gaz à absorption.

PAC électrique

Principe de la PAC électrique.

La pompe à chaleur électrique utilise le travail de compression du compresseur pour faire passer la chaleur gratuite disponible à basse température au niveau de l’évaporateur (source froide : l’air extérieur, l’eau d’une rivière ou d’une nappe phréatique, …) à une température plus élevée au niveau du condenseur (source chaude : l’air intérieur, l’eau chaude d’un chauffage à basse température comme le chauffage au sol, l’ECS, …). Le transfert de la chaleur est effectué grâce un fluide frigorigène via le compresseur. A la chaleur gratuite tirée de la source de froid est ajouté le travail de compression, cette énergie étant fournie par le moteur électrique du compresseur.

PAC à moteur gaz

Principe de la PAC à moteur gaz.

Toute chose restant égale, seul le moteur électrique accouplé mécaniquement au compresseur est remplacé par un moteur à combustion gaz.

PAC gaz à absorption

Principe de la PAC gaz à absorption.

Sur le même principe que la pompe à chaleur électrique, le transfert de la chaleur gratuite de la source froide à basse température vers la source chaude à température plus élevée, est assuré  grâce à un fluide frigorigène via, non pas un compresseur, mais un générateur de chaleur au gaz. C’est à ce stade que l’analogie s’arrête et que les deux systèmes diffèrent complètement.

Efficacité énergétique

Principe de comparaison

Une pompe à chaleur est énergétiquement efficace si elle demande peu d’énergie pour fournir une puissance calorifique donnée. Pour pouvoir assurer un point de comparaison énergétique entre les différents types de pompe, il est nécessaire, par rapport à leur production de chaleur, de considérer les consommations « primaires » d’énergie. C’est le cas surtout pour l’électricité ! En effet, l’électricité consommée au niveau de la pompe à chaleur est une énergie finale qui ne tient pas compte :

• du rendement moyen des centrales électriques en Belgique ;
• des pertes en lignes du réseau électrique.

L’énergie primaire à considérer est :

• Le gaz disponible au niveau de la conduite d’alimentation du bâtiment. Les kWhPCI sont utilisés pour tenir compte d’une éventuelle phase de condensation (ηPCI > 100 %).
• L’électricité disponible au niveau du câble d’alimentation du bâtiment multipliée 2.5. Ce coefficient a été adopté par la  CWaPE (Commission Wallonne Pour L’Énergie) se base sur un rendement moyen de 40 % pour les centrales électriques en Europe. En d’autres termes, un 1 kWh consommé au niveau de la pompe à chaleur, 2.5 kWh ont été consommés au niveau de la centrale électrique. Dans le cas de la PAC électrique, la performance se calcule par le rapport :
  

  Technologie

COP = Énergie utile (chaleur) / Énergie consommée (électricité)

Cependant, pour comparer des pommes entre elles par rapport à une PAC gaz à absorption par exemple, l’énergie primaire consommée pour produire de l’électricité nécessaire à alimenter le moteur électrique, doit être considérée. On parle alors de rapport d’énergie primaire REP défini comme suit :

REP (PER) = Énergie utile / (Énergie consommée / η centrale électrique)

La valeur intéressante pour les gestionnaires de bâtiments est la valeur du COPA ou ACOP, … (vive l’Europe !) qui exprime l’efficacité  annuelle mesurée en tenant compte de toutes les consommations de la machine par rapport à l’énergie qu’elle fournit. La performance annuelle est naturellement liée à l’efficacité instantanée au cours du temps qui, elle, peut varier en fonction de différents paramètres :

• de la température de la source froide ;
• de la température de la source chaude ;
• du taux de charge de la pompe à chaleur.

PAC électrique

Dans le cas de la pompe à chaleur électrique dont le COP = 3, 1 kWh d’énergie électrique finale consommé, fournit à la distribution d’un système de chauffage 3 kWh. C’est bon pour la poche du consommateur (performance finale de 300 %) ! Mais en termes d’énergie primaire, seulement 3/2.5 soit 1.2 kWh est restitué à la source chaude (performance primaire de 120 %) ; ce qui reste meilleur que la performance d’une chaudière à condensation très efficace quand même (ηPCI = 108 %).

Bilan énergétique  (source : Thema).

La performance de la PAC électrique est influencée par les paramètres repris dans le tableau suivant :

Comme le montre le tableau précédent, la PAC électrique est très sensible aux types de source chaude et de source froide. On privilégiera le fonctionnement de la PAC à charge partielle par la réduction de la vitesse du compresseur (technique INVERTER).

PAC à moteur gaz

Bilan énergétique (source Théma).

Bilan énergétique et performance (Source : Aisin Toyota).

La PAC gaz à absorption a une efficacité énergétique définie comme suit :

COP = Énergie utile (chaleur) / Énergie consommée (consommation de gaz)

Comme le montre le graphique précédent, le constructeur annonce qu’en pointe (taux de charge faible) pour 1 kWh d’énergie primaire fourni (gaz), une pompe à chaleur à moteur à gaz restitue donc 1,43 kWh maximum, ce qui en fait un système de chauffage hautement intéressant par rapport à l’environnement.
La performance de la PAC à moteur gaz est influencée par les paramètres repris dans le tableau suivant :

La modulation de puissance est très importante pour augmenter la performance de la PAC à moteur gaz. Sur un moteur à combustion, comme celui qui équipe ce type de PAC, la modulation de puissance ne pose aucun problème. Elle est donc principalement influencée par le dimensionnement en fonction des besoins de chaleur.

PAC gaz à absorption

Bilan énergétique  (source : Thema).

Certains constructeurs annoncent des performances de l’ordre de 150 %.

Tout comme la PAC à moteur gaz, la performance de la PAC gaz à absorption est influencée par les paramètres repris dans le tableau suivant :

Comparatif des PAC gaz

Une étude très intéressante de l’IGU (International Gas Union : « Gas Heat Pumps, the renewable heating system for the future ? ») a montré qu’en moyenne, la performance des PAC gaz, toutes parques confondues, était plutôt aux alentours des 116 % avec une valeur à 120 % en cas de configuration de la PAC gaz avec des panneaux solaires thermiques.

Performance moyenne.

PAC électrique, PAC gaz même combat ?

Tout dépend des conditions de fonctionnement (taux de charge, températures des sources chaudes et froides, …) et des consommations des auxiliaires du niveau de dégivrage). Dans la littérature, on s’accorde à dire, qu’effectivement, pour les PAC électriques et gaz c’est le même combat !

Intérêt de la géothermie ?

Par contre, comme le montre la figure ci-dessus, les PAC gaz peuvent fortement se démarquer des PAC électriques au niveau du dimensionnement de la source froide. On voit tout de suite que l’évaporateur peut être de dimension plus faible :

• Si la source froide est l’air externe, la taille de l’évaporateur et des ventilateurs sera plus faible d’où réduction de l’investissement pour la partie évaporateur. Il s’ensuit que les consommations des auxiliaires seront aussi réduites.
• Si la source froide est l’eau, et plus spécifiquement, la géothermie, le dimensionnement du système de géothermie est presque divisé par 3.

Surtout dans le domaine de la conception et de l’exploitation de la géothermie qui, en règle générale, passe à la trappe pour une question d’investissement (grande quantité de sondes géothermiques, profondeur importante, …), l’association d’une PAC gaz avec une géothermie est très intéressante.

Elle transfère de l’énergie d’un milieu à un autre

Source : ef4.

Une pompe à chaleur (PAC) est une machine dont le but est de valoriser la chaleur gratuite présente dans l’environnement : celle présente dans l’air extérieur, les rivières, le sol. En effet, tout corps, même « froid » contient une quantité importante d’énergie qui peut être récupérée.

Pratiquement, grâce à un fluide décrivant un cycle thermodynamique, la pompe à chaleur retire de la chaleur à une source dite « froide » et la rejette dans une source dite « chaude ». Ce transfert fait appel à un processus forcé, puisque chacun sait que la chaleur se déplace de façon naturelle d’une zone chaude vers une zone froide. C’est pourquoi, la PAC doit être entraînée par un compresseur qui lui amènera l’énergie nécessaire à son fonctionnement.

À titre d’exemple,  pompe à chaleur à placer sur la toiture d’un atelier industriel.

Il est important de préciser que l’on parle ici d’appareils réalisant un transfert, et non une création de chaleur. L’objectif visé – le coefficient de performance – se situe autour de 3 unités de chaleur fournies à la source chaude par unité injectée au compresseur. Cela signifie que pour un kWh consommé et payé, on en reçoit 3 gratuitement

Mais la PAC est un producteur de chaleur « dynamique » : contrairement à une chaudière, une PAC voit ses performances varier selon les conditions d’utilisation. Elle aura ainsi de très bonnes performances de chauffage … en été alors que ce n’est pas en cette période que le besoin de chauffage est présent ! La tâche la plus difficile pour le projeteur, consiste à prendre en considération ce comportement dynamique et à équiper l’installation de telle manière que les conditions limites de fonctionnement ne soient pas dépassées.

Un boom commercial

Il s’agit d’une technologie qui bénéficie d’un fort regain d’intérêt ces dernières années après un premier boom (et une déception…) lors de la crise pétrolière des années 70. Le marché est en pleine expansion :

Développement des ventes de pompes à chaleur en Europe 2005-2013, par catégorie.

Source : https://www.ehpa.org.

Un outil « propre » ?

La PAC permet d’utiliser l’énergie électrique à bon escient. La pompe à chaleur s’inscrit-elle alors dans la démarche « développement durable » ? Il convient de nuancer la réponse.

La pompe à chaleur en tant que telle est une machine intéressante dans la mesure où un kWh payé au niveau mécanique (pour faire tourner le compresseur), on produit 3 à 4.5 kWh d’énergie thermique (suivant la technologie utilisée et la qualité de la mise en œuvre). Néanmoins, toute la question de l’impact environnemental d’une pompe à chaleur se trouve dans la façon de produire ce kWh mécanique. La majorité des PAC utilisent de l’énergie électrique pour réaliser ce travail moteur. Les performances environnementales d’une PAC sont donc directement liées aux performances environnementales de l’électricité que l’on utilise. Prenons différents cas de figure :

• Dans le cas, plutôt marginal à l’heure actuelle, où l’électricité serait produite par des énergies purement renouvelables, comme des éoliennes ou panneaux photovoltaïques, l’impact d’une PAC est remarquable dans la mesure où elle multiplie l’efficacité des énergies renouvelables pour la production thermique, et globalement, l’impact environnemental est nul. Dans ce cas de figure, il n’y a pas lieu de nuancer le propos : les PACs ont un impact positif.

• Si l’on consomme l’électricité du réseau électrique belge, les performances environnementales des PAC sont alors à nuancer. À l’heure actuelle, la production électrique est largement dominée par les centrales nucléaires. Celles-ci réalisent autour de 60 % de le production électrique. Le restant de la production est essentiellement réalisé par des centrales travaillant avec les combustibles fossiles (gaz et charbon). Les centrales nucléaires sont caractérisées par des émissions d’équivalent CO₂ relativement moindres que les centrales classiques (quoi que cet argument est parfois remis en cause). Du coup, si on fait un bilan global, travailler avec des PAC et l’électricité du réseau émet moins de CO₂ que de brûler du gaz ou du mazout localement dans la chaudière de chaque habitation. Néanmoins, gros bémol, il reste la problématique des déchets nucléaires. Même si à court terme, la gestion ou du moins, l’entreposage des déchets nucléaires, est gérable, à long terme, cela peut engendrer de gros soucis. Si on s’intéresse à la consommation en combustible fossile, la PAC combinée à l’électricité du réseau est intéressante comparée à la combustion directe dans l’habitat uniquement si la pompe à chaleur à de bonnes performances, c’est-à-dire si l’on travaille avec du bon matériel, bien conçu par rapport au bâtiment et bien installé. En fait, les centrales utilisent 2 à 2.5 kWh de combustible fossile pour générer 1 kWh électrique. En intégrant les pertes du réseau électrique, il faut que la PAC produise plus de 3 kWh thermiques sur base de ce kWh électrique pour que le bilan environnemental soit intéressant.

Conclusion, l’intérêt environnemental de placer une pompe à chaleur est dépendant de la qualité de l’électricité qui est utilisée pour alimenter la PAC. Dans le cas du réseau électrique belge actuel, l’intérêt d’une PAC est présent sur les émissions de CO₂ mais, en ce qui concerne la consommation en énergie primaire, uniquement si les performances thermiques des PAC sont optimisées.

Source : ef4.

Les pompes à chaleur sont désignées en fonction des fluides caloporteurs dans lesquels baignent les échangeurs de chaleur de l’évaporateur et du condenseur. Attention, il s’agit bien du fluide caloporteur au niveau de l’évaporateur et du condenseur et qui n’est pas toujours équivalent au type de source chaude ou froide (l’air, l’eau ou le sol). En effet, on peut trouver intercalé, entre le condenseur et la source chaude, ou entre l’évaporateur et la source froide, un circuit intermédiaire. Prenons à titre d’exemple, les PAC Saumure/eau. On trouve du coté évaporateur de l’eau glycolée, eau glycolée dans un circuit qui parcourt ensuite le sol afin d’en extraire la chaleur. Du coté condenseur, on trouve un circuit d’eau qui, par exemple, alimente un circuit de chauffage par le sol pour se décharger de son énergie.

Les principaux types de PAC

Les systèmes les plus répandus sont les systèmes Air/Eau puis Saumure/Eau dont la source de chaleur est souterraine. Les pompes à chaleur Eau/Eau sont souvent soumises à autorisation et sont donc moins courantes en Belgique.

Source : ef4.

Le principe de fonctionnement est le même que celui de la machine frigorifique mais l’application travaille en sens inverse.

Cette fois, l’objectif consiste à extraire la chaleur gratuite d’un milieu extérieur : l’eau d’une rivière, l’air extérieur, l’eau d’une nappe souterraine, … (on parle de « source froide »). Physiquement, l’air extérieur à 0 °C contient beaucoup d’énergie puisque sur l’échelle des températures absolues, l’air se situe en réalité à 273 K !

L’évaporateur est à l’extérieur et la température du fluide frigorigène sera environ 5 à 8 °C inférieure à la température de la source froide. L’énergie thermique captée sera « remontée » à un niveau de température utilisable (pour le chauffage d’une maison, par exemple) via le compresseur : le condenseur est donc à l’intérieur.

Bien sûr, on choisira un émetteur de chaleur à une température la plus basse possible (par exemple, chauffage à air chaud, chauffage à eau chaude par serpentin dans le sol, …). L’écart de température entre l’entrée et la sortie du compresseur doit être en effet le plus faible possible pour limiter le travail du compresseur.

SC = source de chaleur (source de froide),   Acc = accumulateur.

L’évaluation de la performance instantanée

On peut déduire le rendement d’une PAC (appelé « ε », indice de performance) sur base du rapport entre l’énergie thermique utile délivrée au condenseur par rapport à l’énergie électrique fournie (et payée) au compresseur.

ε = chaleur au condenseur/travail du compresseur = Q2 / W.

Ce rapport peut être obtenu ou déduit du catalogue du fournisseur, à partir de mesures qu’il aura effectuées dans des conditions standards.

L’évaluation de la performance instantanée, auxiliaires compris

Cette fois, on parle d’un coefficient de performance « COP ».

C’est la norme européenne EN 255 qui définit le coefficient de performance en lieu et place de l’indice de performance présenté ci-dessus. Pour le calculer, en plus de la puissance du compresseur, on devra prendre en compte la puissance des dispositifs auxiliaires qui assurent le bon fonctionnement de la pompe à chaleur : le dispositif antigel, la commande/régulation et les installations mécaniques (pompe, ventilateur).

Toutefois, ces mesures ne concernent que les éléments rattachés à la pompe à chaleur et sont indépendantes de l’installation de chauffage, de l’accumulateur, etc. La norme fixe des conditions de mesures standardisées très précises qui ne correspondent aux situations réelles que dans certaines circonstances particulières. Il ne faut pas perdre cela de vue lorsque l’on travaille avec le COP pour estimer les performances d’une PAC.

L’évaluation de la performance annuelle, auxiliaires compris :

Le coefficient de performance annuel (« COPA ») est l’indice le plus important dans l’examen d’une installation de pompe à chaleur. Toutes les quantités d’énergie produites et injectées pendant une année y sont comparées les unes aux autres. Il ne s’agit plus ici d’une valeur théorique calculée à partir de puissance installées, mais d’une mesure réelle sur site de la quantité d’énergie consommée et fournie. C’est le coefficient de performance annuel qui donne vraiment idée du « rendement » et de l’efficacité de l’installation.

*Ces valeurs ne servent qu’à illustrer la définition du COPA. Il ne s’agit pas d’une quelconque moyenne d’installations existantes ou du résultat d’une étude de cas.

L’évaluation théorique de la performance annuelle :

Il s’agit du Facteur de Performance Saisonnier (« SPF »).

Alors que le COPA est le rapport entre les valeurs mesurées sur un an de l’énergie calorifique donnée utilement au bâtiment et de l’énergie (souvent électrique) apportée à l’installation, le SPF est le rapport de ces mêmes quantités d’énergie fournies et apportées en un an calculées de façon théorique sur base du COP instantané à différentes températures.

Il s’agit donc bien d’une valeur théorique mais prenant en compte les variations de température de la source froide et non pas d’une valeur mesurée en situation réelle comme le COPA. De plus, le SPF décrit une PAC tandis que le COPA décrit une installation complète. On ne tiendra donc pas compte pour le calcul du SPF des pertes de l’accumulateur par exemple, ou d’un mauvais réglage d’un dispositif de dégivrage, qui augmenteraient la quantité d’énergie demandée au compresseur et donnerait une valeur finale moins avantageuse mais plus réelle. On calculera le SFP comme ceci :

où,

• Q_demandée est la quantité d’énergie demandée à la PAC durant la période de chauffe [kWh/an].
• P(T_ext) est la puissance à apporter lorsque la température de la source froide est T_ext (par exemple les déperditions thermiques d’une maison selon la température extérieure) [kW].
• t(T_ext) est le temps durant lequel la température de la source froide est T_ext [h/an].
• COP(T_ext) est le coefficient de performance de la pompe à chaleur lorsque la température de la source froide est T_ext.

Quel bilan énergétique de la PAC ?

Qu’est-ce qui coûte dans l’exploitation d’une installation de pompe à chaleur ?

• pas l’énergie de la « source froide » : elle est gratuite,
• mais bien l’énergie électrique du compresseur.

D’où la notion de rendement donné par « ε », l’indice de performance :

ε = chaleur au condenseur/travail du compresseur = Q2 / W.

Or Q2 = Q1 + W = chaleur captée à la source froide + énergie développée par le travail du compresseur (loi de conservation des énergies).

Dès lors, Q2 est toujours plus grand que W et ε est toujours nettement plus élevé que 1.

Est-il normal de rencontrer une machine dont le « rendement » dépasse 100 % ?

En réalité, il ne s’agit pas ici d’une machine de conversion, de transformation d’énergie comme une chaudière (c’est-à-dire transformation d’énergie chimique en chaleur), mais bien d’une machine qui transfère une quantité d’énergie thermique d’un seuil de température à un autre. L’indice de performance n’est donc pas un rendement (de conversion) mais une évaluation de la performance du transfert.

Si l’écart entre les 2 seuils de température augmente, l’efficacité (ε ou COP) diminue.

Quel est le « ε » théorique d’une pompe à chaleur ?

Puisque W = Q2 – Q1, on écrit encore : ε = Q2 / (Q2 – Q1)

Si l’on considère un travail sans pertes, les lois de la thermodynamique établissent le lien entre l’énergie contenue dans un fluide (Q) et la température absolue de ce fluide (T), si bien que l’on admettra sans démonstration l’expression suivante du COP théorique :

ε théorique = T2 / (T2 – T1) [T étant exprimé en Kelvin]

Où :

• T2 = température de condensation [K].
• T1 = température d’évaporation [K].

Il faudra donc une température d’évaporation maximale et une température de condensation minimale. Attention cependant à ne pas confondre les températures T1 et T2 du fluide frigorigène avec celles des sources chaudes et froides, même si, par voie de conséquence, le coefficient de performance instantané est d’autant meilleur :

• que la température de la source de chaleur (= la « source froide ») est élevée,
• que la température du réseau de chauffage est basse (T2 proche de T1).

Alors que l’on ne peut guère influencer la température de la source de chaleur (la source froide), celle au départ du chauffage sera définie par le projeteur ! Par conséquent, il aura tendance à choisir un chauffage par le sol ou un chauffage à air chaud.

Et quel COP pratique ?

En pratique, plusieurs éléments vont faire chuter la performance :

• Il existe un écart de température entre le fluide frigorigène et les sources.
  Par exemple : si T°ext = 0 °C, T°évaporateur = … – 8 °C… Et si T°chauff. = 40 °C, T°condenseur = … 48 °C… D’où ε = (273 + 48) / (56) = 5,7.
  Le coefficient de convection entre l’eau et l’évaporateur étant nettement meilleur que le coefficient de convection entre l’air et l’échangeur, on aura tendance à privilégier les PAC eau/eau et eau/air. Encore faut-il avoir une rivière au fond de son jardin ou une nappe phréatique sur laquelle il est possible de puiser (autorisation obligatoire). En général, il faudra se résoudre à prendre l’air extérieur comme source froide.

• Or dans ce cas, si la T°ext < 5 ° C, alors T°fluide évaporateur = 0 °C. Dès lors, du givre apparaît sur les ailettes, la glace bouche l’échangeur extérieur, d’où nécessité de dégivrer (soit un courant électrique est envoyé sur l’échangeur pour faire fondre la glace, soit le cycle est inversé et des gaz chauds sont envoyés dans l’évaporateur).
  Avec la consommation de dégivrage, l’indice de performance moyen diminue fortement.

• Lorsque la température de l’air extérieur descend sous 0 °C, le compresseur a de plus en plus de mal à fonctionner : la puissance délivrée au condenseur de la pompe à chaleur devient très faible et il faut parfois ajouter des résistances de chauffage électrique directe à l’installation . Paradoxe malheureux, c’est quand il fait très froid que l’habitation demandera le plus de puissance et que la pompe à chaleur lui en donnera le moins!

• Il y a nécessité de faire fonctionner les ventilateurs des sources froides et chaudes, d’où une consommation électrique supplémentaire de ces auxiliaires.

Plusieurs pompes à chaleur sont connectées sur une boucle d’eau commune.

• En été, elles fonctionnent en machine frigorifique dont le condenseur est refroidi par la boucle d’eau. Celle-ci se refroidit elle-même via par exemple une tour de refroidissement posée en toiture.
• En hiver, elles fonctionnent en pompe à chaleur dont la boucle d’eau constitue la source « froide ». Celle-ci est elle-même réchauffée par une chaudière placée en série sur la boucle.
• En mi-saison, ce système prend tout son sens : si simultanément des locaux sont refroidis et d’autres réchauffés, la boucle qui les relie permet le transfert d’énergie entre eux, avec une performance URE remarquable.

Ce système est optimalisé s’il dispose en plus d’un système pour stocker la chaleur et la restituer à la demande, en différé.

Ces PAC/climatiseurs sont constitués de deux parties :

• Une partie traitement de l’air du local composée principalement d’un filtre, d’un échangeur Air/fréon et d’un ventilateur de soufflage.
• Une partie circuit frigorifique constituée d’un compresseur, d’une vanne 4 voies d’inversion de cycle, d’un échangeur Eau/fréon raccordé à la boucle d’eau, d’un détendeur capillaire.

Suivant les cycles de fonctionnement, les échangeurs Eau/fréon et Air/fréon sont tour à tour le condenseur ou l’évaporateur du circuit frigorifique; ce basculement est rendu possible par la vanne 4 voies d’inversion de cycle canalisant les gaz chauds sous pression, en sortie du compresseur, vers l’un ou l’autre des échangeurs dans lesquels le fluide frigorigène sera alors condensé en abandonnant ses calories à l’eau ou l’air.

Impact sur la couche d’ozone

Les pompes à chaleur récentes sont en général chargées avec des fluides frigorigènes  tels que les HFC, l’ammoniac, le CO₂ ou le propane qui n’ont pas d’impact sur la couche d’ozone.

Impact sur l’effet de serre

Pour calculer l’impact sur l’effet de serre d’une pompe à chaleur, et donc la quantité d’équivalents CO₂ qu’elle produit, on doit connaître les éléments suivants :

Éléments liés au fluide frigorigène

1. Le potentiel de participation au réchauffement climatique sur 100 ans du fluide frigorigène choisi (le GWP100 en anglais). Voir ici  pour connaître ces valeurs en kg de CO₂ par kg de fluide frigorigène.
2. La quantité de fluide frigorigène chargée : m en kg, qui dépend du type de PAC. Il faut en effet dix fois plus de fluide frigorigène dans une PAC « sol/sol » à détente directe (à la source froide ET à la source chaude), par rapport à une PAC eau/eau ou eau glycolée/eau.
3. La quantité annuelle de fluide frigorigène perdue à cause des fuites : L en kg/an que l’on estime à 3 % de la charge m de fluide frigorigène, si la pompe à chaleur est assemblée et testée en usine et non sur chantier. Si la PAC est assemblée sur chantier, on suppose que 10 % de la masse en fluide frigorigène est perdue par les fuites.
4. Le taux de récupération du fluide frigorigène lors du démontage de la pompe à chaleur : αrecovery qui est estimé à 75 %.

Éléments liés à l’énergie primaire utilisée pour le fonctionnement de la pompe à chaleur et des auxiliaires

1. La consommation électrique annuelle : E en kWh/an.
2. Le coefficient d’émissions de CO₂ dues à la production d’électricité : β = 0,456 kg de CO₂/kWhélectrique si l’on considère que l’électricité est produite dans une centrale TGV.

Éléments liés à la l’utilisation de la pompe à chaleur

1. Le nombre d’années d’utilisation : n.

Ces éléments entrent dans la formule du TEWI (Total Equivalent Warming Impact) en kg de CO₂ :

TEWI = GWP₁₀₀ x L x n  +  GWP₁₀₀ x m x (1 – α_recovery)  +  n x E x β         (*)

Le tableau illustre les quantités de CO₂ émises par différents types de PAC de 20 kW calorifiques, toutes chargées avec le fluide frigorigène R407C (GWP₁₀₀ = 1 800 kg CO₂/kg FF).

On voit que le troisième terme de l’expression (*) est de loin le plus important en ce qui concerne les 3 premières PAC de 20 kW étudiées : c’est l’électricité consommée par la pompe à chaleur et ses auxiliaires qui génère le plus de CO₂ (entre 80 et 95 % des émissions totales). Les quantités de fluide frigorigène sont par contre tellement élevées dans les PAC à détende directe (les deux dernières colonnes), que les émissions de CO₂ leur sont en grande partie dues.

Une pompe à chaleur de 20 kW calorifiques chargée au R407C (deux fois moins polluant que le R404A) génère ainsi entre 4 000 et 8 300 kg de CO₂ par an en fonction du type de PAC. En comparaison aux chaudières à mazout (13 600 kg de CO₂ par an pour une puissance calorifique de 20 kW) ou au gaz (11 200 kg de CO₂ pour cette même puissance), la pompe à chaleur est beaucoup moins polluante.  Les PAC qui présentent l’impact sur l’effet de serre le moins important sont les PAC sur eau de surface, car il n’y a pas lieu de forer et leur COP est élevé.

Les pompes à chaleur à électricité d’origine renouvelable

Les émissions de CO₂ générées par l’utilisation d’une pompe à chaleur sont très faibles si l’électricité nécessaire à son fonctionnement est produite par des panneaux photovoltaïques ou par une autre énergie renouvelable. L’impact sur l’effet de serre n’est plus alors causé que par les fuites de fluide frigorigène et par sa récupération en fin de vie de la PAC. Alors, si possible, il faut éviter les grandes quantités de fluide frigorigène, qui annuleraient tout l’effort d’économies de CO₂ permis par la production renouvelable d’électricité…

Impact sonore

La pompe à chaleur est une technologie qui émet un fond bruyant. En effet, les pièces mécaniques en mouvement, la circulation d’air, etc., occasionnent un niveau sonore qui sera d’autant plus élevé que les conditions extérieures sont mauvaises (la PAC fonctionne au maximum de ses performances par temps froid). Les compresseurs et ventilateurs sont en l’occurrence, les éléments fautifs…

Une PAC émet entre 50 et 60 décibels à 1 mètre et environ 40 dB à 5 mètres. Une telle installation ne sera tolérable que si elle n’occasionne pas de gêne sonore pour les occupants de l’immeuble et pour le voisinage. Il faut donc l’installer suffisamment loin des fenêtres, des pièces de travail, de repos, etc. La PAC devra être posée sur un silent block (plots antivibratiles).

Autres impacts

L’installation d’une PAC eau/eau sur nappe phréatique montrera un impact non négligeable sur les eaux souterraines. Il existe des réglementations pour ce type de PAC, dont la sévérité dépend de la potabilité de l’eau extraite et du débit nécessaire.

Voir le site de la base de données juridique de la Région Wallonne pour connaître la réglementation concernant les prélèvements et les rejets d’eau souterraine :   wallex.wallonie.be : « Arrêté du Gouvernement wallon modifiant l’arrêté du Gouvernement wallon du 4 juillet 2002 arrêtant la liste des projets soumis à étude d’incidences et des installations et activités classées » du 22 janvier 2004.
L’injection d’eau refroidie dans les eaux de surface peut avoir un impact sur le milieu.

Un nouvel essor dans le secteur domestique

En construction domestique neuve (avec une bonne isolation), le chauffage par pompe à chaleur (PAC) connaît un regain d’intérêt.

Les pompes à chaleur Air/Eau domestiques (puissance calorifique nominale entre 1 et 19 kW environ) sont proposées par différents fournisseurs et sont de plus en plus éprouvées. En Europe, le marché des PAC suit une croissance continuelle. Les régions phares sont la Suède (333 000 unités en 2000), l’Allemagne (63 000 unités), la Suisse (61 000 unités) et l’Autriche (33 000 unités). La part de marché de la PAC en construction neuve atteint 95 % en Suède. L’origine hydraulique de l’électricité n’y est sans doute pas pour rien…

Statistiques du marché des pompes à chaleur tous modèles confondus entre 2005 et 2009 dans quelques pays européens.

Source : EHPA Outlook 2009,  Heat Pump Statistics.

La petite PAC de chauffage domestique est disponible de série. Par exemple, pour une maison familiale très isolée dont les besoins thermiques maximums se montent à 8 kW, une PAC compacte de 4 kW de puissance thermique (1.3 kW au compresseur) fonctionnant en mode bivalent peut couvrir près de 70 % des besoins de chauffage annuel.

Ce genre d’appareil se branche sur les réseaux de distribution de chaleur comme les chaudières classiques. Le but des fournisseurs est d’offrir aux acheteurs et aux installateurs une pompe à chaleur qui soit pour eux aussi simple d’utilisation que n’importe quel autre générateur de chaleur.

Fonctionnant en général avec l’air extérieur comme source froide, ces modèles sont universels et demandent des frais d’installation relativement limités (conduites d’amenée d’air,…). Ils peuvent donc être adaptés à des réseaux de distribution existants lors du remplacement d’une chaudière.

Par rapport à un chauffage traditionnel, le bilan en énergie primaire est relativement neutre.

Deux éléments peuvent jouer en faveur de la pompe à chaleur : un environnement particulièrement propice (source) ou un domaine d’application pour lequel elle serait particulièrement performante :

• Il est clair que s’il y a présence d’une source froide de qualité (nappe phréatique, rivière, grande étendue ensoleillée), cette technique devrait tout particulièrement inciter les concepteurs et maîtres d’ouvrages à réaliser des études de rentabilité.

• L’investissement élevé se justifie parfois parce que les PAC sont des outils capables de faire du chaud et du froid. Même si c’est un constat d’échec pour la conception architecturale du bâtiment domestique qui dans nos régions doit pouvoir se passer de climatisation, c’est effectivement un moyen pour corriger le défaut et combattre les surchauffes.

Les lieux d’hébergement collectifs

La solution type, rencontrée par exemple pour les immeubles d’appartements jusqu’à une cinquantaine de logements, est la pompe à chaleur Air/Eau, avec appoint électrique centralisé et distribution par chauffage par le sol. Bien que la pompe à chaleur puisse fonctionner avec les niveaux d’isolation courants, un renforcement de cette isolation est conseillé pour limiter la température de l’eau de chauffage et améliorer ainsi les performances de l’installation. Cette PAC assure une température de base avec des charges de chauffage faibles et laisse à chaque utilisateur le soin de régler sa température de confort via des chauffages d’appoint décentralisés (convecteurs dans les appartements) de faible puissance.

On détecte 3 points faibles à cette installation

• Le chauffage par le sol de nuit, qui ne permet pas une régulation valable (il est possible que le soleil apparaisse le lendemain et que l’accumulation de chaleur de nuit consentie était inutile),

• Le complément électrique centralisé qui se fait avec un COP de 1 et qui donc détruit partiellement la performance de la PAC,

• Les compléments électriques décentralisés qui sont fournis au courant de jour, dont au prix fort.

La pompe à chaleur, pour dégager une économie, devra couvrir plus de la moitié de l’écart de température de base (écart entre la température de confort et la température de dimensionnement). Autrement dit, pour une température intérieure désirée de 20 °C et une température de base de – 10 °C en Belgique, la PAC doit pouvoir fournir seule la chaleur nécessaire jusqu’à une température extérieure de 5 °C pour être rentable.

Il faut éviter de surdimensionner la PAC pour ne pas multiplier les courts cycles et faire face à une usure accélérée du matériel.

Les PAC Air/Eau avec chauffage par le sol peuvent être réversibles et assurer un rafraîchissement (gain de 3 à 5 K). Il ne s’agit pas d’un système de climatisation à proprement parler, mais d’un apport de confort. La température de l’eau dans les planchers rafraîchissants ne descend pas sous 18 °C (température au sol de 20 à 22 °C), même si la charge à absorber en demanderait davantage. Le seul surcoût d’investissement est un système de régulation un peu plus complexe.

A nouveau le choix de la source de chaleur est très important. Ainsi, lorsqu’une nappe phréatique est présente, l’avantage sera donné aux PAC Eau/Eau qui ont une meilleure performance et sont moins limitées en puissance. Les ensembles de logements pouvant assumer des investissements financiers plus importants que les particuliers, ils peuvent également envisager des PAC Sol/Eau avec forage de grande profondeur pour obtenir une plus grande puissance.

L’installation d’un système split consiste généralement en une simple pompe à chaleur Air/Air,

• dont l’évaporateur est placé à l’extérieur,

• et dont le condenseur est soit dans un local technique où il est relié à un réseau de distribution, soit directement dans le local à chauffer, par exemple dans un ventilo-convecteur.

Le transfert de chaleur entre l’intérieur et l’extérieur se fait par le fluide frigorigène qui traverse la peau du bâtiment dans des canalisations calorifugées.

Les systèmes split installés directement dans les locaux ont l’avantage de la souplesse d’installation : un simple réseau bitube est suffisant pour le transport du fluide frigorigène, on évite les intermédiaires puisque la PAC chauffe directement l’air du local, il ne faut pas d’accumulateur ni de régulation complexe d’un réseau hydraulique, … en contrepartie, ils présentent un plus grand risque de fuite de fluide frigorigène.

Réversible, la PAC peut aussi constituer une source de rafraîchissement pour l’ambiance.

Lorsque l’on multiplie le nombre d’échangeurs de chaleur, on parle de système multi-split. Les différents échangeurs intérieurs, par exemple un par local, sont alors tous reliés à un (ou plusieurs) échangeurs de chaleur extérieur. Différentes « boucles » sont donc « juxtaposées » avec comme seule interconnexion la ou les unités extérieures.

Un condenseur commun et plusieurs unités intérieures = multi-split.

Parmi les systèmes multi-split, un système permet une économie d’énergie en réalisant le transfert de chaleur entre les zones aperditives et déperditives d’un même bâtiment : il s’agit des installations à « Débit de Réfrigérant Variable (DRV) ».

Attention : tous les systèmes DRV ne disposent pas de cette possibilité. Il faut que chaque unité intérieure puisse travailler aussi bien en froid (= évaporateur) qu’en chaud (= condenseur) et que le système organise le transfert de l’un vers l’autre. Cette version de DRV est d’ailleurs 40 % plus chère que la version qui ne peut faire que du chaud ou que du froid, alternativement.

Cette variante, dite « à récupération d’énergie », est particulièrement intéressante si l’on prévoit des apports internes élevés durant l’hiver : salle informatique, locaux intérieurs, … La chaleur extraite pourra être restituée vers les locaux demandeurs en façade. Elle peut être intéressante également en mi-saison (façades d’orientation différentes).

Ce potentiel augmente également si, au lieu de prendre une structure classique rectangulaire (bureaux en façade et couloir central), une structure carrée avec beaucoup de locaux internes est décidée, ou si des étages enterrés en sous-sol sont programmés.

Une pompe à chaleur Air/Eau réversible, souvent placée en toiture, alimente en chaud ou en froid le circuit hydraulique du bâtiment, jouant le rôle de chauffage central et de groupe de froid. Le circuit de distribution est constitué de 2 canalisations calorifugées véhiculant l’eau glacée et l’eau chaude. Des ventilo-convecteurs réversibles 2 tubes/ 2 fils émettent l’action calorifique vers l’air des locaux, en apportant si nécessaire un appoint de chaleur électrique direct lorsque les conditions de fonctionnement des locaux sont trop différentes. L’air neuf est apporté et traité par un réseau indépendant.

La régulation de la PAC et le « change over » (basculement du mode chaud au mode froid) sont basés sur la température extérieure. Il est indispensable de prévoir une plage neutre importante entre les températures de basculement pour éviter des alternances trop fréquentes. En effet, le basculement génère une destruction d’énergie importante : l’ensemble de l’eau contenue dans le circuit hydraulique passe d’eau glacée (8 °C) à eau de chauffage (35 °C) ou l’inverse. Idéalement, il y a deux basculements par jour en mi-saison : de chaud en froid dans la journée, et de froid en chaud la nuit.

Avantages

• Économie d’investissement puisque d’une part il s’agit d’un réseau 2 tubes et pas 4, et d’autre part une seule machine fournit l’eau chaude et l’eau glacée au départ d’une seule source d’énergie, ce qui simplifie l’installation.

• Souplesse du système. La PAC peut être remplacée par une chaudière classique et une machine frigorifique sans apporter de modifications importantes au réseau de distribution. L’inverse est tout aussi vrai et cette solution est donc à envisager lors de la rénovation des systèmes de traitement d’air par ventilo-convecteurs.

• Les ventilo-convecteurs 2 tubes/ 2 fils permettent une régulation adaptée à chaque local. Il s’agit donc d’une souplesse supplémentaire par rapport aux appoints centralisés.

Désavantages

• L’utilisation des résistances électriques d’appoint des ventilo-convecteurs se fait au tarif de jour est donc onéreuse. Une bonne régulation de la température de l’eau dès la sortie de la PAC est très importante pour réduire ces coûts. Pour des raisons de confort, il est d’ailleurs plus fréquent, en Belgique, d’installer des réseaux 4 tubes. Mais dans ce cas, le fonctionnement ne peut se faire avec une seule machine réversible.

• L’installation ne fournit pas d’air neuf. Il faut donc l’accompagner par une centrale de traitement d’air et un réseau de distribution pour l’alimentation en air hygiénique. La centrale de traitement d’air peut disposer d’un récupérateur d’énergie sur l’air extrait et être alimentée en chaleur par la PAC.

Généralement, les systèmes réversibles amènent à un surdimensionnement de la puissance de chauffage pour pouvoir assurer la charge frigorifique. Or, il est intéressant d’économiser l’énergie électrique durant les périodes de chauffe (tarifs pleins). Une économie possible consiste à détourner le circuit de retour des ventilo-convecteurs vers un échangeur à plaque afin de préchauffer l’eau chaude sanitaire. Ce détour limite le surdimensionnement et permet une économie de près de 50 % sur la production d’ECS (campagne de mesure réalisée en France dans l’hôtellerie).

Description du principe

La technologie des PAC sur boucle d’eau s’établit autour des trois composantes du système :

• les PAC ou climatiseurs réversibles (Eau/Air) assurent le chauffage ou le refroidissement des locaux suivant les besoins thermiques de ceux-ci,

• la boucle d’eau, circuit d’eau fermé raccordé aux climatiseurs réversibles et aux échangeurs de chaleur, assure la circulation d’énergie thermique dans le bâtiment,

• une chaudière et une tour de refroidissement assurent le maintien en température de la boucle d’eau en apportant ou en évacuant les calories suivant le bilan thermique global du bâtiment.

La boucle d’eau assure ainsi le transport d’énergie entre l’ensemble des locaux et le transfert de chaleur des zones aperditives du bâtiment (zones internes, salles de réunion, locaux informatiques, locaux sur façade ensoleillée) vers les zones déperditives (locaux périphériques, locaux sur façades à l’ombre).

Elle permet donc d’effectuer en permanence le calcul simultané des besoins thermiques globaux du bâtiment et, en contrôlant sa température, de puiser ou de rejeter, sur l’extérieur, l’énergie nécessaire à l’équilibre thermique de l’immeuble.

Consommation

Comme tout système avec échangeur direct (l’air du local passe directement dans l’évaporateur), la très basse température de l’échangeur génère un supplément de consommation non négligeable lié à la déshumidification de l’air ambiant (à ce titre, le ventilo-convecteur dont l’échangeur est dimensionné sur base d’un régime 12 °C – 17 °C est nettement plus performant).

L’évacuation des condensats est d’ailleurs un point délicat. Si elle ne peut être gravitaire, elle est confiée à une pompe de relevage intégrée dans l’appareil. Généralement, les pompes prévues par le constructeur sont moins bruyantes que celles ajoutées sur place par l’installateur. Autant donc le prévoir dès la sélection de la machine.

Régulation

Au niveau des pompes à chaleur, une zone neutre de 2 à 3 °C doit être prévue dans la consigne entre chauffage et refroidissement.

Un commutateur manuel peut permettre à l’utilisateur de sélectionner la vitesse de rotation du ventilateur (et donc le niveau de bruit qu’il accepte de subir !)

Mais c’est au niveau de la boucle que la régulation doit être la mieux étudiée pour optimaliser la performance énergétique. Plusieurs scénarii sont possibles. Par exemple, on peut laisser flotter la température entre 18 et 32 °C (autrement dit, la chaudière s’enclenche sous les 18 °C et la tour s’enclenche au-dessus des 32 °C). La récupération de chaleur entre locaux demande d’ailleurs un large différentiel, mais il ne faut pas pour autant pénaliser le COP des machines ! En plein hiver et en plein été, il faudra étudier quelle est la température qui optimalise au mieux l’ensemble.

Ainsi, si on diminue l’écart entre ces 2 seuils d’enclenchement, le COP des pompes à chaleur sera amélioré, mais la consommation énergétique au niveau central sera accrue.

Si un de nos lecteurs dispose d’une installation de ce type dans son bâtiment, nous serions heureux de participer à la mise au point de la régulation de ce système et de pouvoir en transcrire ici les résultats, en vue d’une prochaine version d’Énergie⁺ ! Notre adresse électronique est la suivante : energieplus@uclouvain.be.

Domaine d’application

D’une manière générale, ce système est adapté aux bâtiments dont on prévoit que les charges thermiques seront en opposition (façades d’orientation différentes). On pense tout particulièrement aux bâtiments ayant des salles aveugles avec fort taux d’éclairage, forte occupation, … et à la fois des locaux en façade Nord avec fortes déperditions (fort taux de vitrage).

Il permet une régulation individualisée. Il permet une sensibilisation de l’utilisateur final puisque la consommation propre des PAC installées dans ses locaux peut lui être facturée.

Mais il ne contrôle pas l’hygrométrie de l’air du local. La nuisance acoustique est parfois importante. Et l’utilisation d’énergie électrique aux heures pleines reste coûteuse.

De plus, aujourd’hui il entre en concurrence avec le système à « Débit de Réfrigérant Variable », (qui lui même dans une de ses variantes peut aussi comporter une boucle d’eau reliant les différentes unités extérieures).

Ce système est fréquemment utilisé dans les centres commerciaux. Chaque local est livré nu de tout équipement, sinon de la présence de la boucle et de raccordements en attente. Le commerçant investit dans une ou plusieurs machines réversibles et « pompe » le chaud ou le froid qu’il souhaite sur la boucle. On peut facilement mesurer la part individuelle de la consommation de chaque appareil dans le bilan total.

Avantages du système

• Régulation de température individualisée.
• Conception simple, relativement facile à mettre en œuvre.
• Système intéressant du point de vue énergétique en intersaison ou plus exactement lorsque les charges dans les différents locaux sont opposées et que la boucle est proche de l’équilibre thermique.
• Les PAC sont relativement fiables à condition de respecter les débits d’air et d’eau.
• Extension facile de l’installation.
• Facilité d’installation, de démontage et de réemploi des PAC suivant l’occupation des locaux ou des réparations.
• Sensibilisation de l’utilisateur final aux économies, car il supporte directement les frais électriques liés au fonctionnement des PAC installées dans ses locaux.
• Réduction de la puissance de la production thermique centralisée.

Désavantages

• Pas de contrôle de l’hygrométrie de l’air du local.
• Problème de niveau sonore : puissance acoustique non négligeable, donc nécessité de traitement spécifique.
• Besoin de raccordement des condensats vers l’égout.
• Les économies sont relativement modestes. Les PAC consomment essentiellement de l’énergie électrique au qui ne peut être différée en heure creuse.
• Le risque de panne ou d’intervention sur la boucle d’eau, sur les dispositifs centralisés, rend le système inquiétant pour les utilisateurs de climatisation critique (locaux informatiques, salles de fabrication…). Cette crainte conduit à séparer ces installations de l’installation principale ou à en dédoubler les équipements en cas de problèmes.

Choix des PAC réversibles

Ces PAC se présentent essentiellement sous trois formes :

• Le modèle console en allège, installé contre les murs extérieurs, de préférence sous la fenêtre : il peut être carrossé ou bien intégré dans un habillage de façade ; il doit être installé dans le local à traiter et l’habillage de l’appareil doit faire l’objet d’un renforcement acoustique.

• Le modèle plafonnier horizontal, installé généralement en faux plafond : il est conseillé d’installer la PAC à l’extérieur du local à traiter (circulation de bureau par exemple) et d’assurer le raccordement au diffuseur de soufflage par l’intermédiaire de gaines isolées thermiquement et phoniquement.

• Le modèle vertical type armoire, installé dans un placard technique : un réseau de gaines de soufflage et éventuellement de reprise, assure la liaison entre la PAC et le local à traiter.

L’installation doit permettre de maintenir un accès aisé à l’appareil pour les opérations d’entretien. Les opérations de maintenance courantes consistent en nettoyage ou remplacement des filtres (opérations pouvant être effectuées par du personnel non qualifié).

Les opérations d’entretien, de réparation ou de remplacement de composant électrique (principalement le moteur du ventilateur de soufflage) sont possibles depuis les panneaux d’accès démontables.

En cas d’intervention sur le circuit frigorifique, il est recommandé de procéder à un échange standard de l’appareil et d’assurer la réparation en atelier.

La sélection doit être faite en fonction des besoins thermiques des locaux et de leur application. Il est souvent préférable de sélectionner un appareil d’une puissance légèrement inférieure aux besoins déterminés pour les conditions les plus défavorables; cela permet une meilleure adaptation de la puissance à la charge thermique moyenne à combattre et allonge les durées des cycles de fonctionnement de l’unité en évitant des inversions de cycle trop fréquentes.

Enfin, un réseau d’évacuation des condensats est à raccorder sur chaque appareil.
On sera attentif à la bonne isolation phonique du compresseur puisqu’il est ici situé dans le local !

Il existe des versions en apparent et des versions destinées à être insérées dans un habillage (en allège ou en faux plafond). S’il peut être placé dans un local technique attenant et relié au local par une gaine, l’installation sera nettement moins bruyante. La maintenance en sera également facilitée.

On veillera tout particulièrement à éviter la transmission des vibrations de l’appareil au bâtiment par l’usage de silentblocs ou de semelles antivibratiles. L’usage de raccordements flexibles est également favorable sur le plan acoustique et facilitera le démontage de l’appareil (prévoir des vannes d’isolement étanches).

Choix de la boucle d’eau

La boucle d’eau doit être un circuit d’eau fermé, préféré à un circuit d’eau ouvert en raison des problèmes d’embouage, d’entartrage et de corrosion. Ce circuit d’eau à température tempérée (15 °C à 35 °C environ) reçoit les composantes suivantes :

• Les pompes de circulation prévues, l’une en fonctionnement normal, l’autre en secours, afin d’éviter tout risque de panne totale.

• Une filtration de l’eau à réaliser au niveau des pompes de circulation et près des climatiseurs.

• Un échangeur d’évacuation des calories, généralement du type échangeur à plaques, équipé d’un by-pass permettant les opérations de nettoyage, raccordé à un réseau d’eau de refroidissement.

• Un réchauffeur d’eau équipé d’un by-pass.

• Un réseau de distribution en tubes d’acier noir non calorifugé (sauf à l’extérieur); néanmoins la T°C modérée de l’eau permet l’utilisation de tuyauteries en PVC.

• Des vannes d’isolement et d’équilibrage du réseau et, notamment, pour chaque raccordement à un climatiseur; ce raccordement sera réalisé en tuyauterie flexible facilitant l’installation, évitant les transmissions de vibrations et simplifiant les opérations de maintenance.

• Des accessoires tels que vases d’expansion, vannes de vidange et systèmes de purge d’air (manuel et automatique), ainsi qu’un système d’appoint d’eau.

Choix de l’échangeur « froid »

L’échangeur froid doit permettre l’évacuation des calories excédentaires de la boucle d’eau. Différents systèmes sont utilisés :

• Raccordés à la boucle d’eau par l’intermédiaire d’un échangeur à plaques, on trouve fréquemment des tours de refroidissement à circuit ouvert ou un réseau d’eau de pompage dans la nappe phréatique, dans la mer, une rivière, un lac,…

• Raccordés directement à la boucle d’eau, on utilise des tours de refroidissement à circuit fermé ou des appareils appelés « dry-cooler ».

Le choix entre ces différents appareils s’établit en fonction de leur existence (eau de mer, nappe phréatique…), des critères dimensionnels (tours de refroidissement ouvertes ou fermées) et des contraintes acoustiques.

Il faut noter que l’utilisation de « dry-cooler » nécessite de relever la température de la boucle d’eau en été à 40 °C environ, ce qui oblige à l’emploi de PAC adaptées.

Choix de l’échangeur « chaud »

Il doit permettre d’apporter les calories nécessaires au maintien en température de la boucle d’eau. Les sources de chaleur pouvant être utilisées sont variées :

• chaufferie alimentée au gaz ou au fuel
• sous-station de chauffage urbain
• PAC Air/Eau sur l’air extérieur

L’utilisation d’un échangeur de transfert d’énergie n’est pas forcément nécessaire lors de l’utilisation de chaufferies ou de sous-stations de chauffage urbain.

L’utilisation d’une nappe phréatique nécessite de descendre le niveau de T°C de la boucle d’eau, en hiver, à 12 °C environ, ce qui oblige à l’emploi de PAC adaptées et de calorifuger tout ou partie du réseau de distribution.

On trouvera dans le Tome 4 de la collection Climatisation et conditionnement d’air de J. Bouteloup différents schémas de montage des installations.

Ici encore, l’usage de la pompe à chaleur en remplacement des chauffe-eau électriques pour la préparation de l’ECS paraît logique, d’autant plus que le bilan de la pompe à chaleur en été est très performant.

Et cette fois, l’usage d’une installation électrique peut se justifier par l’arrêt possible de l’installation de chauffage du bâtiment. Mais la PAC aura bien du mal à fournir les 60° demandés dans le ballon d’eau chaude (température demandée depuis les mesures anti-légionnelles). Un préchauffage à 45 °C convient mieux à la PAC. Ceci sous-entend le placement d’un deuxième ballon en série pour rehausser la température à 60 °C.

Finalement, PAC + ballon de préchauffage : l’investissement paraîtra fort élevé par rapport à une simple résistance électrique…

Du chaud et du froid par le même équipement

Une des applications les plus courantes de la PAC est l’alimentation en chaud et en froid des groupes de préparation d’air par des installations réversibles Air/Air. Ces installations sont très avantageuses puisqu’un seul appareil réversible assure deux fonctions pour un investissement initial raisonnable. La performance de la pompe à chaleur est élevée puisque les températures demandées sont faibles.

Concrètement, une pompe à chaleur est couplée à un caisson de traitement d’air classique, un des échangeurs de la PAC étant dans le caisson, l’autre étant à l’extérieur.

En été, la pompe à chaleur fonctionne comme unité de climatisation classique, la batterie placée dans le caisson constituant l’évaporateur et la batterie extérieure le condenseur. On peut atteindre un COP saisonnier de réfrigération de l’ordre de 3. Attention, le fonctionnement en détente directe entraîne des températures très basses dans l’échangeur et donc une déshumidification de l’air parfois exagérée par rapport aux besoins. En hiver, le cycle est inversé et la batterie interne devient condenseur tandis que l’échangeur externe joue le rôle d’évaporateur. Le COP varie alors selon la température externe, le dégivrage et le besoin d’appoint électrique. En intégrant ces divers auxiliaires, on atteint un COP saisonnier de l’ordre 2,5.

Une gestion délicate lors du dégivrage

Une difficulté reste : le chauffage de l’air est sans inertie (par opposition à un chauffage du sol ou d’un ballon d’eau). Donc, lors des périodes de dégivrage de l’évaporateur, de l’air froid risque d’être pulsé sur les occupants. L’arrêt de la pulsion de l’air étant difficile, une solution peut consister à travailler avec des pompes à chaleur modulaires. Quand un module dégivre, il s’arrête et un autre module produit.

Récupérer sur l’air extrait ?

Pour améliorer l’installation, il est possible de faire passer l’air extrait par l’échangeur extérieur lorsqu’il joue le rôle d’évaporateur. La récupération de chaleur à l’échangeur sera améliorée du fait de la grande différence de température entre l’air vicié et la basse température d’évaporation du fluide frigorigène en hiver. Cet apport de chaleur à l’évaporateur permettra de remonter la température d’évaporation et de diminuer le dégivrage, donc d’améliorer le COP.

La sélection de la puissance de la pompe à chaleur dépend du bilan thermique été et du bilan thermique hiver. Dans les secteurs commercial et tertiaire, les besoins frigorifiques en été sont souvent supérieurs aux besoins calorifiques en hiver. La pompe à chaleur sera alors surdimensionnée pour le régime de chauffe et le chauffage d’appoint ne sera alors que rarement nécessaire.

Le traitement des locaux humides

Les bâtiments où une humidité importante est produite, et donc dans lesquels un contrôle de l’hygrométrie aura lieu (piscines, blanchisseries, cuisines industrielles,…), sont propices à l’usage d’une PAC : toute l’énergie de condensation de la vapeur d’eau peut être réutilisées sous forme de chaleur à haute température (chauffage de l’air, chauffage de l’eau chaude sanitaire). Il semble que la difficulté provienne de l’excédent des apports en mi-saison et en été.

Les piscines constituent une application particulière des PAC

Les piscines consomment beaucoup d’énergie pour diminuer le taux d’humidité et éviter ainsi les condensations sur les parois (particulièrement les surfaces vitrées). D’autre part des besoins de chaleur importants sont liés à la température élevée de l’air pour assurer pour le confort des baigneurs. Une humidité maximum de 75 % est à maintenir dans les piscines bien isolées avec pulsion d’air chaud au pied des vitrages. Mais l’humidité maximum peut descendre à 65 % si les parois sont mal isolées, et donc froides. À noter qu’avec les nouveaux vitrages isolants à basse émissivité, ce critère de pulsion au pied des vitrages n’est plus obligatoire.

Deux systèmes de PAC sont possibles pour ce type de bâtiment.

Pompe à chaleur en déshumidification

Le principe consiste à faire passer l’air à du local à déshumidifier sur l’évaporateur de la PAC. Il y est refroidi et surtout déshumidifié. L’air passe ensuite, mélangé à l’air frais hygiénique, sur le condenseur où il est réchauffé. Le condenseur de la PAC permet le chauffage de l’air ambiant, mais aussi le chauffage partiel de l’eau sanitaire (piscine, douches) particulièrement en mi-saison.

La solution est intéressante. Toutefois, au creux de l’hiver, la déshumidification ne fournit pas assez de chaleur et la pompe à chaleur ne suffit pas à elle seule à assurer tous les besoins énergétiques. Un chauffage d’appoint est donc nécessaire et le COP global est diminué.

Il faut se rendre compte que dans cette application précise le COP de la PAC n’est plus le rapport entre les kW thermiques utiles disponibles au condenseur et les kW absorbés par le compresseur. En fait,

Ceci est dû au fait que la chaleur sensible prélevée à l’air vicié par l’évaporateur lui est rendue par le condenseur et ne doit donc pas être considérée comme chaleur utile dans le calcul du COP. La source froide recherchée ici est la chaleur latente de condensation de l’humidité. On pompe l’énergie sur la déshumidification, pas sur le refroidissement de l’air. En fait, plus le besoin de déshumidification est important (forte activité dans la piscine, faible isolation,..), plus l’énergie puisée à l’évaporateur sera importante et plus le COP global de l’installation sera élevé.

Pour le calcul des performances de l’installation, il ne faut pas oublier de prendre en compte l’influence des heures de non-occupation, qui entraînent un taux d’évaporation plus faible et un COP instantané plus bas. On peut envisager un COP global de 2,5. (Valeur avancée par Paul H.Cobut, Pompes à chaleur, Atic – cours de perfectionnement).

Remarque : ce type d’installation est intéressante dès qu’il s’agit de climatiser un local où il y a une forte production de vapeur (bassins de toutes sortes, pressings, séchoirs à linge, certains locaux industriels ou laboratoires,…).

Pompe à chaleur – récupérateur

Dans ce cas, la PAC prélève une partie de l’énergie dans l’air extérieur et une autre partie dans l’air extrait. Contrairement au système précédent, l’évaporateur puisera l’énergie sur le refroidissement de l’air mélangé.

Un hygrostat raccordé à une sonde extérieure permet le dosage de l’air neuf. La PAC sera dimensionnée pour réaliser à elle seule l’effort thermique jusqu’à 0 °C environ. En dessous de cette température, un appoint sera nécessaire. Le COP de la PAC varie en fonction de la température de l’air extérieur.

Un COP global annuel de 3,3 est possible, ce qui représente un gain de 30 % par rapport à la PAC en déshumidification. Les déperditions plus importantes dues à l’introduction d’air neuf en plus grande quantité que dans l’autre système pour assurer la déshumidification représentent un accroissement des besoins calorifiques de moins de 10 % sur l’année (valeurs avancées par Paul H.Cobut, « Pompes à chaleur », Atic – cours de perfectionnement).

Il faut noter toutefois que ces résultats sont basés sur un taux d’hygrométrie tolérable assez élevé grâce à l’usage d’un vitrage très isolant. Dans le cas d’un vitrage moins isolant, le taux d’humidité acceptable est plus bas. Il faut donc un plus grand effort de déshumidification, ce qui favorise le premier type d’installation et la différence de performance entre les deux systèmes diminue.

Dans un fonctionnement monovalent, la PAC représente l’unique producteur de chaleur et couvre tous les besoins en énergie de chauffage du bâtiment, c’est pourquoi la température maximale possible du système de chauffage est fonction de la température maximale autorisée en sortie du condenseur.

PAC domestique mono-énergétique

La petite PAC de chauffage domestique est disponible de série. Par exemple, pour une maison familiale très isolée dont les besoins thermiques maximums se montent à 8 kW, une PAC compacte de 4 kW de puissance thermique (1.3 kW au compresseur) fonctionnant en mode bivalent peut couvrir près de 70 % des besoins de chauffage annuel.

La partie centrale de ce genre d’appareils présente une unité compacte composée d’un compresseur et d’un condenseur aux dimensions réduites. Ce genre d’appareil se branche sur les réseaux de distribution de chaleur comme les chaudières classiques. Le but des fournisseurs est d’offrir aux acheteurs et aux installateurs une pompe à chaleur qui soit pour eux aussi simple d’utilisation que n’importe quel autre générateur de chaleur.

Fonctionnant en général avec l’air extérieur comme source froide, ces modèles sont universels et demandent des frais d’installation relativement limités (conduites d’amenée d’air,.). Ils peuvent donc être adaptés à des réseaux de distribution existants lors du remplacement d’une chaudière.

Un chauffage électrique d’appoint permet de couvrir les périodes de pointe. Cet appoint peut être constitué d’une résistance installée au départ du réseau de distribution. Ce fonctionnement « monoénergétique » engendre des frais d’investissement peu élevés, mais une dégradation du rendement énergétique.

Un enclenchement manuel est souvent moins gourmand en énergie qu’un enclenchement automatique. De plus, par grand froid, il vaut mieux renoncer à l’abaissement nocturne de la température afin d’éviter une forte demande d’énergie matinale (qui requiert une forte contribution de l’appoint électrique direct). C’est la qualité de la régulation qui diminue d’autant …

Fonctionnement bivalent-parallèle

On parle de fonctionnement bivalent lorsque, en plus de la PAC, un producteur de chaleur supplémentaire est à disposition (en général une chaudière). « Parallèle » signifie qu’en dessous du point de bivalence, les deux producteurs de chaleur travaillent parallèlement. Avec un point de bivalence situé à 50 % de la puissance de dimensionnement, 80 à 90 % du besoin annuel de chaleur peut être couvert par la pompe à chaleur. Les conditions suivantes doivent être remplies :

• La température de retour maximale du système de chauffage ne doit pas dépasser la température maximale admise à l’entrée du condenseur.
• La température de départ du système de chauffage ne doit pas excéder, au point de bivalence, la température maximale de sortie du condenseur.
• Le système de raccordement hydraulique et les débits doivent être réglés de telle façon que la puissance puisse être délivrée à n’importe quelle phase du fonctionnement et que la température maximale admise de sortie du condenseur ne soit jamais dépassée.

Fonctionnement bivalent-alternatif

Le passage du point de bivalence entraîne la commutation d’un producteur de chaleur à l’autre. On obtient ainsi des conditions de fonctionnement clairement définies et facilement compréhensibles, ce qui n’est pas le cas pour le bivalent-parallèle. Ce système implique les conditions suivantes :

• La température de départ du système de chauffage, au point de bivalence, ne doit pas dépasser la température maximale de sortie du condenseur.
• Lors de la commutation, le producteur de chaleur superflu doit être chaque fois déconnecté du système hydraulique.
• La commutation inverse s’effectue en respectant un écart de T° réglable (sécurité).

Le condenseur ne contient qu’une très faible quantité d’eau et son comportement ressemble à celui d’un chauffage instantané. Un accumulateur à la sortie du condenseur est donc souvent indispensable. On distingue l’accumulateur tampon, mal nécessaire pour garantir une fréquence d’enclenchement maximale admissible (avec une fréquence d’enclenchement trop importante, on risque une usure prématurée du matériel et la PAC ne donne pas ces meilleurs rendements), de l’accumulateur de chaleur, pour stocker de grandes quantités de chaleur sur une longue période. C’est bien de ce dernier dont nous discutons ici.

La commande et le réglage de la température de sortie du condenseur peuvent se dérouler de manière adaptée ou constante, cela dépend du mode de chargement :

> Dans le cas d’un chargement étagé, l’accumulateur est chargé par étapes, en plusieurs passages avec des températures de sortie du condenseur croissantes. L’avantage est de pouvoir travailler une partie du temps avec une température de sortie du condenseur assez basse, ce qui améliore le COP de la PAC.

Pour diminuer encore cette température en conservant un transfert de chaleur constant, on multiplie le débit par 2 pour autoriser un écart de température 2 fois moins important.

Cette augmentation du débit s’accompagne malheureusement d’un quadruplement des pertes de pressions. L’accumulateur ne peut pas être chargé avec une température finale exacte. Celle-ci varie selon les différences de température choisie à travers le condenseur.

> Lors d’un chargement par stratification, l’accumulateur est chargé en un passage et de manière stratifiée avec une température de sortie du condenseur constante et une différence de température entre l’entrée et la sortie du condenseur variable. La température de consigne du chargement peut être choisie avec précision.

Cette valeur peut être définie selon les conditions météorologiques. Comme la température de sortie du condenseur est constamment élevée, le COP sera moins bon que pour le chargement étagé.

Une fois choisi le type d’accumulateur et le mode de chargement, il faut définir trois points essentiels :

• La différence de température dans le condenseur, qui détermine le débit et la consommation de courant de la pompe du condenseur.
• Le point d’enclenchement, mesuré par la sonde supérieure de l’accumulateur et permettant de savoir si l’accumulateur est « vide », ce qui provoque l’enclenchement de la pompe à chaleur.
• Le point de déclenchement, mesuré par la sonde inférieure de l’accumulateur (ou sonde dans le circuit de retours vers la pompe à chaleur permettant de savoir si l’accumulateur est « plein », ce qui provoque le déclenchement de la pompe à chaleur).

En outre, on peut également prévoir une régulation supplémentaire permettant, en fonction des conditions météorologiques :

• L’enclenchement et le déclenchement étagé ou par stratification.

• Le réglage de la température de charge en cas de chargement par stratification.

Différents dispositifs de sécurité veillent au maintien de conditions d’exploitation admissibles :

• pressostats Haute (1) et Basse (2) Pression pour le contrôle des valeurs limites dans le condenseur et l’évaporateur,
• thermostat de surveillance de la température des gaz chauds (3),
• soupapes de sécurité, points ou membranes de rupture assurant la protection contre les explosions ou les surpressions extrêmes,
• thermostat de protection du bobinage (klixon) contrôlant la température du moteur électrique (4),
• pressostats de sécurité pour la pression de l’huile (5) destinée à la lubrification,
• déshydrateur assurant une protection contre l’humidité et les impuretés dans le fluide (6),
• regard sur le passage du fluide (7),
• thermostat de protection antigel évitant l’apparition de givre sur l’évaporateur (8),
• dispositif de surveillance des flux pour protéger l’évaporateur contre le danger de gel et le condenseur contre le danger de surchauffe (9),
• bypass « gaz chaud » pour la protection contre le gel dans les PAC air/eau (A),
• bypass de détente pour démarrage (B).

Ces dispositifs de sécurité doivent absolument fonctionner comme organe de sécurité et jamais comme organe de commande. Une plage suffisamment grande doit toujours être maintenue entre les valeurs de consigne de la commande/régulation et les valeurs du système de sécurité.