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Beaucoup croient que les thermopompes sont l’avenir du chauffage efficace, et en effet; leur haut coefficient de performance (COP) les positionne comme une solution de chauffage optimale. Cependant, toutes les thermopompes ne sont pas créées de la même façon. Dans les climats très froids où les réseaux électriques exigent une gestion de puissance hivernale, il y a beaucoup de choses à considérer.
Alors, comment décarboniser les bâtiments existants alimentés en eau chaude à + 160°F / 71.1°C avec des thermopompes aérothermiques?
Considérez que la plupart des bâtiments utilisaient des chaudières à combustion pour fournir de l’eau chaude pour le chauffage des espaces et l’eau chaude domestique. Les chaudières traditionnelles non condensant étaient conçues pour une température d’alimentation de + 180°F / 82.2°C. En conséquence, la plupart des convecteurs d’airs et radiateurs étaient conçus pour ces températures d’alimentation élevées. Les chaudières modernes à condensation ont été conçues pour fournir des températures d’eau plus basses, ce qui leur permet d’atteindre des efficacités plus élevées. Passer à des chaudières “à plus basse température” aurait souvent entraîné des modifications dans les tuyauteries, les pompes, les serpentins et les radiateurs.
Avec l’avènement des thermopompes air-eau, une nouvelle norme de température de l’eau plus basse est en train d’être établie. Bien que cela puisse être une tâche plus facile pour la conception de nouveaux bâtiments, c’est un peu plus complexe pour les bâtiments existants de s’adapter à des températures d’eau plus basses. La question est donc de savoir dans quelle mesure il est réaliste pour les bâtiments existants de s’adapter à des températures d’eau très basses provenant de la plupart des thermopompes air-eau commerciales.
La plupart des thermopompes air-eau sur le marché nord-américain sont conçues avec des compresseurs scroll et sont optimisées pour des climats avec un plus grand nombre de degrés-jours de refroidissement. Les compresseurs scroll ont d’excellents rendements isentropiques à des rapports de compression moyens, les rendant idéaux pour des différences de pression moyennes entre l’évaporateur et le condenseur, comme c’est le cas pour le refroidissement en été. Le graphique ci-dessous représente une carte thermique typique d’un compresseur scroll avec un réfrigérant A2L, R454B. En dessous des températures ambiantes de 45°F / 7.2°C, les températures de sortie d’eau du condenseur commencent à chuter brusquement jusqu’à ce que l’ambiantes descendent en dessous de 0°C / -17.8°C, où la température maximale de l’eau chaude est de 90°F / 32°C.
Une carte thermique typique d’un compresseur scroll utilisant le R454B
Les équipements de convection pour le chauffage des espaces dans les bâtiments existants peuvent ne pas satisfaire aux exigences de charge avec une température d’alimentation de 90°F / 32°C, et c’est un scénario qui suppose un fluide à 100% d’eau, ce qui est rarement le cas au Québec. Avec la prévention du gel, un mélange de 40% de propylène glycol (PG) est généralement utilisé, réduisant encore la température du fluide.
Pour résoudre ce problème de chute de température, les fabricants ont intégré une technologie appelée “Enhanced Vapour Injection” (EVI), permettant aux compresseurs scroll d’atteindre des températures de sortie d’eau du condenseur plus élevées par basses températures extérieures. Beaucoup pensent que c’est ce qui qualifie ces thermopompes pour les climats froids. Bien que ce soit un concept intéressant pour permettre le fonctionnement à basse température ambiant avec des températures d’eau plus élevées, cela se fait au détriment de l’efficacité : une consommation électrique plus élevée et une baisse de capacité, deux facteurs importants à considérer pendant nos hivers québécois et notre gestion de la demande de pointe.
Alors, quelle est la solution optimale vraiment conçue pour les climats froids et les températures d’eau chaude fiables ? Les thermopompes avec des compresseurs semi-hermétiques à piston présentant des rapports de compression élevés, ce qui leur permet de fonctionner à des différences de pression très importantes, avec des pressions d’aspiration basses et des pressions de refoulement élevées. À partir de la carte thermique présentée ci-dessous, le résultat est une solution vraiment conçue pour des températures ambiantes extrêmement basses tout en produisant de l’eau chaude fiable à + 120°F / 49°C avec des COP exceptionnels.
Une carte thermique typique d’un compresseur semi-hermétique à piston
Nos systèmes d’aérothermie spécialement conçus comprennent :
- Les unités « FossilX » peuvent fournir jusqu’à 125°F / 51.7°C d’eau (même avec 40% PG) en dessous des ambiants de -10°F / -23.3°C, avec une version à haute température fournissant jusqu’à 170°F / 76.7°C. Le FossilX contient 4 conduites pour permettre le chauffage complet, le refroidissement ou le chauffage et le refroidissement simultanés, maintenant un COP de 2 à 0°F / -18°C.
- Le « AIR-Source Boiler » à basse température est une thermopompe de chauffage uniquement qui fournit de l’eau à 130°F / 54.4°C en dessous des ambiants de -20°F / -28.9°C et offre un dégivrage unique par gaz chaud pour un contrôle de dégivrage efficace qui minimise les pertes de chaleur de la boucle du bâtiment.
- Le « AIR-Source Boiler » à haute température a les mêmes caractéristiques de dégivrage par gaz chaud, mais peut fournir de l’eau à 170°F / 76.7°C jusqu’à des ambiantes de 5°F / -15°C, idéal pour une intégration dans un microclimat comme les évacuations d’air. Consultez l’article de la semaine dernière « Repenser la récupération de chaleur ».
Si l’objectif est de compenser les émissions de carbone en générant de l’eau chaude fiable au-dessus de 120°F / 49°C tout l’hiver et qui est aussi économe en énergie, nos thermopompes conçues pour nos climats froids attendent d’être mises en service.
Dans la partie 2, nous discuterons des possibilités d’utiliser des températures d’eau plus basses (+ 120°F / 49°C à partir de nos thermopompes industrielles) dans les systèmes de convection d’air des bâtiments. Nous sommes convaincus que nos thermopompes industrielles pour climats froids peuvent vous permettre de décarboniser vos bâtiments sans nécessiter de changements majeurs à vos systèmes de convections d’air existants.
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