POMPES À CHALEUR
Install Magazine 994 – novembre 2023
Applications innovantes de pompes à chaleur pour les habitations existantes
Le concept d’Innova est destiné aux immeubles d’habitation dotés d’une chaufferie centrale. (Source : Innova)
Les chambres disposent chacune de leur pompe à chaleur eau-air individuelle. (Source : Innova)
Les pompes à chaleur de Triple Solar n’ont pas d’unité extérieure, mais sont connectées à des panneaux en PVT. (Source : Triple Solar)
Le ballon tampon assure une séparation hydraulique entre le circuit de pompe à chaleur et le circuit de refoulement. (Source : Chute d’eau)
Chaque année, l’EHPA, l’Association européenne du secteur des pompes à chaleur, organise le « Heat Pump Award », un trophée récompensant les applications innovantes avec des pompes à chaleur. Les projets sont répartis en différentes catégories : bâtiments, industrie, villes et projets exemplatifs. Nous examinons de plus près trois candidatures intéressantes pour 2023 qui se concentrent spécifiquement sur les maisons existantes. Il s’agit en effet d’un des plus grands défis de la transition énergétique pour les bâtiments.
Solution pour les maisons mitoyennes
La société de logement De WoonSchakel rénovait 44 maisons de retraite dans la commune d’Obdam en Hollande du Nord, afin de ne plus utiliser de gaz. L’enveloppe du bâtiment a été corrigée, avec une isolation supplémentaire pour le toit, les vides sanitaires et les murs creux. Les fenêtres ont également été remplacées et le système de chauffage a été modernisé pour le rendre adapté au système de pompe à chaleur de Triple Solar. Les pompes à chaleur ont été montées en atelier sur des bâtis (« skids ») préfabriqués ; ils ont ensuite été amenés dans les habitations et reliés à l’installation intérieure. Selon la situation, ces bâtis sont placés dans un placard dans le couloir, sous l’escalier ou dans un débarras.
Typique pour le système Triple Solar : la pompe à chaleur ne possède pas d’unité extérieure ; elle est reliée à des panneaux PVT en toiture. Ces panneaux solaires sont une combinaison de PV avec un échangeur de chaleur au dos. Ils fournissent à la fois de l’électricité et de la chaleur, l’échangeur thermique servant de source de chaleur à la PAC. Une chaudière de 80 litres assure la fourniture d’ECS. Cette technologie est une solution pour les maisons mitoyennes où il est complexe d’installer une unité extérieure. Un avantage supplémentaire est qu’aucun ventilateur n’est requis rendant le système silencieux. Quatre panneaux PVT par pompe à chaleur suffisent.
Remplacement individuel des chaudières murales à gaz
L’ambition des Pays-Bas de se débarrasser du gaz naturel a incité de nombreuses entreprises à proposer des solutions créatives en rénovation. En effet, le défi majeur consiste à remplacer le plus facilement possible les centaines de milliers de chaudières murales à gaz du parc immobilier. Cela signifie que le système doit pouvoir fonctionner dans des maisons moyennement isolées, de préférence tout en conservant le système de chauffage par radiateurs. Il doit donc pouvoir délivrer des performances comparables à une chaudière murale au gaz : des températures de refoulement élevées et une puissance crête relativement élevée.
L’entreprise suédoise Vattenfall s’appuie pour cela sur le concept Hirecoh. C’est une combinaison d’un système de pompe à chaleur au CO2 c couplé à un ballon tampon à stratification. Une pompe à chaleur au CO2 peut fournir des températures au refoulement élevées (65-85 °C). Seulement, jusqu’à présent, une limitation pour l’application dans le chauffage domestique était que la température de retour vers la pompe à chaleur ne devait pas être trop élevée, de préférence inférieure à 40 °C. Cela devient difficile avec un régime de chauffage conventionnel pour radiateurs. C’est pourquoi Vattenfall intègre une cuve stratifiée pour séparer hydrauliquement la pompe à chaleur de l’installation de chauffage. De cette manière, les températures de départ et de retour de la pompe à chaleur peuvent être dissociées des températures de départ et de retour du circuit des radiateurs.
La cuve stratifiée contribue également à fournir la puissance crête nécessaire. La puissance de la pompe à chaleur module entre 3 et 6 kW, ce qui est insuffisant pour répondre aux pics de demande. Cependant, le ballon tampon peut stocker 14 kWh de chaleur utile. Conjointement avec la puissance de la pompe à chaleur, le système peut fournir 10 kW pendant trois heures. Le ballon tampon fournit également l’ECS. Étant donné que les températures de départ de la pompe à chaleur peuvent atteindre jusqu’à 85 °C, il n’y a aucun problème à fournir des températures suffisamment élevées pour prévenir la légionelle.
Le passage d’une chaudière à gaz au concept Hirecoh ne prendrait que deux jours car aucune modification radicale de la maison ou du système de chauffage n’est requise. De plus, le CO2 est un liquide de refroidissement naturel, il n’y a donc aucune restriction due à la réglementation sur les gaz F. Il est également non toxique et ininflammable, aucune mesure sécuritaire particulière ne doit donc être prise. La pompe à chaleur est de type monobloc ; cela rend également cette technologie accessible aux installateurs non avertis en technique du froid. Ce concept a déjà été appliqué à plusieurs endroits aux Pays-Bas.
Réseau de chaleur à pompes à chaleur eau-air dans les appartements
Une réponse complètement différente à la même question vient d’Italie. Ici aussi, le défi est de savoir comment transformer des maisons existantes, mal isolées et équipées de radiateurs, en plaçant une pompe à chaleur sans travaux de rénovation majeurs. La WLHP (« Water Loop Heat Pump ») est destinée aux immeubles d’habitation dotés d’une chaufferie centrale. Elle a été installée à Verzuolo, dans la province italienne de Cuneo, à la frontière française.
Il s’agit d’un système de pompes à chaleur à deux étages en cascade. La pompe à chaleur primaire remplace la chaudière centrale et produit de l’eau à une température relativement basse (20-35 °C). Cela limite les pertes de chaleur dans les conduites de circulation ; il est ainsi possible de continuer à utiliser le circuit primaire existant sans isolation supplémentaire. Dans les appartements eux-mêmes, les radiateurs existants sont remplacés par des pompes à chaleur compactes eau-air qui utilisent le circuit primaire comme source de chaleur. Ces pompes à chaleur ont un encombrement à peu près identique à un ventilo-convecteur ; elles peuvent fonctionner aussi bien en mode chauffage qu’en mode refroidissement. Les puissances d’un appareil individuel vont de 1,1 à 3,5 kW. Parce que ces appareils fonctionnent de manière indépendante, ils peuvent réagir en douceur aux variations d’occupation dans chaque pièce. Ils peuvent être commandés à distance via une application WiFi ou Modbus. Il est utile pour les immeubles d’habitation que les pompes à chaleur soient équipées d’un compteur d’énergie électronique afin de répartir les coûts de chauffage de manière souple.
Un boiler de pompe à chaleur eau-eau séparé peut fournir l’ECS. Le circuit primaire peut également être alimenté par la chaleur résiduelle ou par une combinaison d’une pompe à chaleur avec des collecteurs solaires, selon la situation. Il est également possible d’étendre le système avec un « dry cooler » pour évacuer l’excès de chaleur en été. La WLHP offre ainsi un confort thermique total hiver comme été, avec un minimum d’aménagements des bâtiments : l’installation de distribution peut rester inchangée. Seuls la chaudière et les corps de chauffe sont à remplacer.
La mesure dans laquelle ces systèmes tiendront leurs promesses sur le marché reste pour l’instant une question de spéculation. Il est néanmoins encourageant de constater que des solutions créatives sont élaborées pour relever le défi de la transition énergétique dans les habitations existantes. Penser au pire ne sert à rien. La technologie évolue sans arrêt et à mesure que l’expérience s’accumule, nous nous rapprochons de systèmes pratiques de décarbonisation du chauffage dans les maisons existantes.
Par Alex Baumans
