Bibliographie & annexes
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RÉSUMÉ
La pompe à chaleur nécessite une bonne compréhension des composants technologiques ainsi que du besoin à satisfaire afin d’être correctement dimensionnée et ainsi optimiser sa consommation énergétique. Cet article traite du secteur résidentiel (le chauffage et/ou l’eau chaude sanitaire). Après une présentation du principe de fonctionnement, les composants technologiques sont décrits. Le dimensionnement de la pompe à chaleur est ensuite présenté en prenant en compte ou non la présence d’un appoint énergétique. Enfin, des règles d’installation sont proposées en mettant en avant les avantages et contraintes des solutions existantes.
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Marie-France TERRIER : Clauger, Pôle compétences Brignais
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Brice TRÉMÉAC : Laboratoire du froid, des systèmes énergétiques et thermiques (Lafset), CNAM, HESAM Université Paris
INTRODUCTION
Système éprouvé depuis de nombreuses années, la pompe à chaleur nécessite cependant une bonne compréhension des composants technologiques ainsi que du besoin à satisfaire afin de dimensionner correctement le système énergétique complet et en réduire sa consommation énergétique (sur une période de chauffe, sur une année etc.). Cet article traite des pompes à chaleur appliquées au résidentiel pour du chauffage et/ou de l’eau chaude sanitaire. La pompe à chaleur est un système thermodynamique fonctionnant entre deux sources de température dont les vecteurs peuvent être de différentes natures : eau, air ou sol. Après une présentation du principe de fonctionnement, les différentes sources sont décrites. Le choix de la source a un impact sur les choix technologiques (incluant le fluide de travail) pour le compresseur, les échangeurs, le détendeur notamment et donc sur les performances du système complet. À ces composants de base, peut s’ajouter l’utilisation d’un ballon de stockage d’eau chaude qui permet dans certains cas de réduire les consommations énergétiques. Différentes architectures d’utilisation de ce stockage sont présentées dans cet article. Le dimensionnement de la pompe à chaleur est ensuite présenté en prenant en compte ou non la présence d’un appoint énergétique. Enfin, des règles d’installation sont proposées en mettant en avant les avantages et contraintes des solutions existantes.
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Technologie des PAC à compression mécanique de vapeur
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1. Généralités
1.1 Principes et grands domaines d’application
De manière simplifiée, la pompe à chaleur (PAC) est un système qui prélève de la chaleur à une source dites « froide » pour la restituer à une température plus élevée à une source dite « chaude ». Pour ce faire, un circuit étanche en boucle fermée est mis en œuvre dans lequel circule un fluide frigorigène. Celui-ci, par sa capacité à changer de phase (entre une phase liquide et une phase vapeur), va permettre le transfert d’énergie thermique d’une source à l’autre.
Schématiquement, le circuit étanche est composé de quatre principaux organes : un compresseur, deux échangeurs thermiques diphasiques (un condenseur et un évaporateur) et un organe de détente. De manière simple :
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le compresseur aspire des vapeurs surchauffées à la pression d’évaporation et, grâce à un apport d’énergie mécanique, refoule ces vapeurs à une pression plus haute, la pression de condensation, et à une température plus élevée ;
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par passage au sein du condenseur, ces vapeurs comprimées sont liquéfiées puis refroidies jusqu’à une température inférieure à la température de saturation (le liquide est alors sous-refroidi). Ce changement de phase se fait par le transfert d’énergie thermique entre le fluide frigorigène et un fluide secondaire (air ou eau principalement). Ce fluide secondaire qui constitue la source chaude va alors voir sa température augmenter ;
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en sortie du condenseur, le fluide frigorigène passe dans l’organe de détente qui abaisse sa pression de la pression de condensation (haute pression) à la pression d’évaporation (basse pression). Cette perte de charge est accompagnée d’une légère vaporisation du fluide frigorigène. En sortie de détendeur, il est donc à l’état diphasique (liquide + vapeur) ;
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le fluide frigorigène va alors subir un changement de phase puis va chauffer au sein de l’évaporateur pour en sortir à l’état de vapeur surchauffée. Cela se produit à l’aide d’un fluide secondaire qui constitue la source froide et qui va céder de l’énergie thermique au fluide frigorigène et voir sa température baisser.
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Généralités
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - NATTES (P.H.) - Optimisation d’un cycle au CO2 dans le domaine du transport frigorifique. - Thèse de doctorat en énergétique, génie des procédés, Conservatoire national des arts et métiers (Le Cnam) https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-02896345
-
(2) - Besoin eau chaude sanitaire habitat individuel et collectif - https://www.ademe.fr
-
(3) - Pompe à chaleur photovoltaïque en autoconsommation pour l’habitat individuel. - Projet Ademe 2PACHI, coordination : Cnam/Lafset, partenaires : Bosch, NKE, Amzair, Polenn.
-
(4) - Dimensionnement des systèmes de pompes à chaleur - https://www.eurovent-certification.com/fr
-
(5) - Le dimensionnement des systèmes de productions d’eau chaude sanitaire en habitat individuel et collectif. - Costic (2019) https://www.ademe.fr
-
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
-
Systèmes de chauffage dans les bâtiments –Conception des systèmes de chauffage à eau - NF EN 12828+A1 - 05-14
-
Performance énergétique des bâtiments –Méthode de calcul de la charge thermique nominale – Partie 1 : charge de chauffage des locaux, module M3-3 – Systèmes de chauffage et systèmes de refroidissement à eau dans les bâtiments – Méthode de calcul des déperditions calorifiques de base – Partie 1 : charge thermique de l’espace - NF EN 12831-1 - 07-17
-
Climatiseurs, groupes refroidisseurs de liquide et pompes à chaleur pour le chauffage et le refroidissement des locaux et refroidisseurs industriels avec compresseur entraîné par moteur électrique - NF EN 14511 - 03-18
-
Systèmes de chauffage dans les bâtiments – Conception des systèmes de chauffage par pompe à chaleur - NF EN 15450 - 01-09
-
Systèmes frigorifiques et pompes à chaleur – Exigences de sécurité et d’environnement – Partie 1 : exigences de base, définitions, classification et critères de choix - NF EN 378-1+A1 - 10-20
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Appareils...
ANNEXES
Article R214-32 du code de l’environnement : Loi sur l’eau
Article R571-96 du code de l’environnement : Bruits constitutifs de troubles de voisinage
Décret n° 2020-912 relatif à l’inspection et l’entretien des chaudières, des systèmes de chauffages et des systèmes de climatisation
Décret n° 2000-44 du 13 janvier 2000 portant… (version consolidée au 5 octobre 2007) JO n° 11 du 14 janvier 2000 page 369 NOR : FPPA9910013D.DESP
Directive 2014/68/UE : Équipements sous pression (Loi n° 83-634 du 13 juillet 1983 portant droits et obligations… (version consolidée du 3 mars 2002)
Règlement européen n° 517/2014 relatif aux gaz à effet de serre fluorés dit réglementation « F-Gas II » abrogeant le règlement (CE) n° 842/2006
HAUT DE PAGE2.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
Aeur...
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