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N°5 - Les PAC air extérieur-eau - niv 5

N°5 - Les PAC air extérieur-eau - niv 5
En formation de niveau 3 à 4 (CAP à Bac) on n'étudiera pas ce dossier.


A la différence des PAC air extérieur /air intérieur, les PAC air extérieur-eau, doivent être arrêtées par grand froid si la température de retour d’eau est trop élevée. On distingue 3 situations :

  • La PAC est capable de fournir sans appoint l’intégralité du chauffage, ce mode est appelé mode monovalent. Il est possible avec des réseaux de chauffage à eau chaude très basse température (plancher chauffant ou ventilo-convecteur).
  • A partir d’une température extérieure prédéfinie (appelée température d’équilibre Teq chez certains fabricants), la fourniture de la PAC nécessite un complément par une chaudière ou un appoint électrique. Ce mode de fonctionnement est appelé mode bivalent.
  • En dessous d’une certaine température extérieure, la température de retour de l’eau de chauffage devenant trop élevée, la PAC doit être arrêtée et l’intégralité des besoins est alors couverte par une chaudière ou un système électrique. On parle alors d’une installation de type « PAC en relève de chaudière ».


photo 1


En règle générale, la température maximale de retour à la PAC est de 50 [°C], ce qui correspond à une température de production de l’ordre de 55 [°C].
Pour éviter l’arrêt de la pompe à chaleur par grands froids, et lui garantir les meilleures conditions de fonctionnement possible, il est donc souhaitable que les émetteurs de chauffage soient dimensionnés pour des régimes de températures d’eau aussi faibles que possible.

Les planchers chauffants et les ventilo-convecteurs à eau chaude sont les bons partenaires de la pompe à chaleur. Notons néanmoins qu’en construction neuve très bien isolée, il devient possible de réaliser des circuits de chauffage par radiateurs convectifs en régime 55 / 45 [°C] sans que cela conduise à des modèles trop encombrants.

En construction ancienne un bon usage est de sélectionner une PAC dont la puissance nominale couvre largement l’intégralité des besoins par 7 [°C] extérieur. Dans ces conditions de dimensionnement (pour une température Teq aux environs de + 5 [°C]), la PAC couvrira environ 70% à 80% des besoins énergétiques de la saison de chauffe. La figure ci-dessous symbolise la quantité d’énergie fournie par une PAC en relève de chaudière (ainsi que ce qu’elle consomme).

photo 2

Question

Q1: On se propose d’assurer partiellement par la PAC définie ci-dessous le chauffage d’un bâtiment dont les déperditions par –7 [°C] sont de 18 [kW]. Il est équipé de radiateurs nécessitant une température d’alimentation de 65 [°C]  par –7 [°C].
Vérifiez avec précision si la pompe à chaleur AW 110 de Viessmann définie ci-dessous est capable d’assurer l’intégralité des besoins par + 5 [°C]  extérieur.



Loi de chauffe du réseau de chauffage étudié :

Les besoins de chauffage sont proportionnels à l’écart de température entre l’intérieur et l’extérieur. Les besoins de chauffage par +5 [°C] extérieur seront de :

La pente de la loi de chauffe est :



La température de départ  par +5 [°C] extérieur sera de :
20 + 1,67 × (20 – 5) = 45 [°C]  

Par + 5 [°C] et une température de départ de la PAC de   45 [°C], la puissance fournie par la PAC sera de : 10 [kW] (lecture de l’abaque Viessmann).

La pompe à chaleur AW 110 de Viessmann pourra donc fournir l’intégralité des besoins par +5 [°C] extérieur ce qui est un bon choix pour ce bâtiment.

Question

Q2: Dans le bâtiment étudié ci-dessus (déperditions par -7 [°C] de 18 [kW], radiateurs nécessitant une température d'alimentation de 65 [°C] par -7 [°C]), la pompe à chaleur AW 110 de Viessmann fournit par +5 [°C] l'intégralité des besoins de chauffage.
Quel est à ce moment le coefficient de performance de la PAC et la puissance absorbée par son compresseur?
COP = 3

Puissance électrique absorbée = 3,33 [kW]

Explications :



La température de départ  par +5 [°C] extérieur sera de :
20 + 1,67 × (20 – 5) = 45 [°C] 

Dans ces conditions :
  • La puissance fournie par la PAC est de 10 [kW]
  • Le COP sera alors de : 3  (lecture de l’abaque Viessmann).
  • La puissance électrique absorbée par le compresseur sera de l’ordre de : 10/3 = 3,33 [kW]

Question

Q3: Dans le bâtiment étudié ci-dessus (déperditions par -7 [°C] de 18 [kW], radiateurs nécessitant une température d'alimentation de 65 [°C] par -7 [°C]), la pompe à chaleur AW 110 de Viessmann fournie par +5 [°C] l'intégralité des besoins de chauffage.
La température limite de production de la pompe à chaleur est de 55 [°C].

Déterminez grossièrement la température extérieure à laquelle la PAC doit être mise à l'arrêt, le réseau de chauffage étant à une température trop élevée. Quels sont à ce moment :
- La puissance fournie par la PAC
- Le coefficient de performance de la PAC
- La puissance fournie par la chaudière ?
Températures d’arrêt de la PAC : < – 1 [°C]
Puissance PAC par – 1 [°C] : 8,5 [kW]
COP PAC par – 1 [°C] : 2,2

Puissance fournie par la chaudière par – 1 [°C] : 5,5 [kW].


Explications :

Tant que la température de départ d’eau de chauffage reste inférieure à 55 [°C], la PAC peut rester en fonctionnement.





Par – 1 [°C], la puissance de la PAC est 8,5 [kW] pour un COP de 2 (lecture de l’abaque Viessmann).



La chaudière doit assurer le complément de la PAC, soit: 14 – 8,5 = 5,5 [kW].


Notons enfin qu’il existe des modèles de PAC air ext./eau capables de fonctionner par très grand froid et de réchauffer de l’eau jusqu’à 65 [°C], mais c’est alors la puissance électrique absorbée par grand froid qui est très importante. Il s’agira de modèles alimentés en tension 400 Volts triphasée.
Cette solution n’est évidemment pas du tout conseillée si le logement n’est pas très bien isolé.