Préparateur d'eau chaude sanitaire avec pompe à chaleur

Boiler thermodynamique

Afin de pouvoir satisfaire les débits de pointe, la pompe à chaleur est associée à un ballon accumulateur d’eau chaude, d’une capacité comprise entre 250 et 1 000 litres. Le raccordement électrique (disjoncteur, …) est similaire à celui d’un chauffe-eau électrique. Il faut cependant prévoir en plus un conduit d’évacuation des condensats provenant de l’humidité de l’air.

On distingue :

  • Une installation compacte dans laquelle évaporateur à lamelles et compresseur sont situés sur le ballon et le condenseur y est intégré. La source froide de la PAC peut être soit l’air du local où se trouve le boiler, auquel cas il faut s’assurer du bon renouvellement d’air de celui-ci, faute de quoi la température intérieure va chuter, et la performance de la PAC se réduire, soit l’air extérieur, auquel cas un conduit d’amenée et de rejet d’air est nécessaire.
  • Une installation “split” où évaporateur et compresseur sont installés séparément, notamment parce que la source de chaleur et le chauffe-eau ne se trouvent pas au même endroit.

 

Entre le ballon et la pompe à chaleur, différents modes de transport de la chaleur sont possibles :

  • Par le fluide frigorigène (coefficient de performance élevé mais nécessité d’une construction anticorrosion limitant le risque de contact avec l’eau potable). On utilise généralement des conduites pré-chargées de fluide frigorigène et obturées par une feuille métallique. Lors du vissage des conduites, une broche percera la feuille métallique.

  • Par l’eau du ballon, au moyen d’un échangeur de chaleur extérieur à celui-ci.

  • Par un liquide intermédiaire, construction plus complexe mais sécurité accrue (le circuit du fluide intermédiaire doit être équipé d’un dispositif automatique de dégazage).

  • Par un condenseur extérieur disposé autour de l’accumulateur d’eau chaude, toute infiltration du frigorigène étant alors exclue.

Certains appareils possèdent en outre une résistance électrique d’appoint pour porter l’eau à plus haute température (55 à 60°C). Il existe également des appareils avec évaporateur statique (sans ventilateur), dont la surface d’échange est étendue.

Convaincu qu’il est pertinent de remplacer votre vieux ballon par un boiler thermodynamique ? Attention à prendre en compte que les ce type de préparateur d’eau chaude ne permet pas de récupérer un ballon existant : ceux-ci sont dimensionné classiquement sur un écart de température à l’échangeur (pincement) de 20°C environ, alors que dans le cas d’un bolier thermodynamique, cet écart sera de 5 à 8 °C classiquement. Ceci pour minimiser la température du condenseur de la PAC et maximiser son coefficient de performance. Cette réduction de delta de température à l’échangeur implique un réduction de la puissance de l’échangeur pour unité de taille. En outre, si le ballon est trop petit, et considérant que la puissance de la PAC augmente en été (moindre écart de température entre la source froide – l’air extérieur – et la source chaude – l’eau du ballon), il y a un risque de mise en sécurité de la PAC. Il faudra donc a priori compter sur une augmentation de la taille de l’équipement par rapport à la situation antérieure. Un inconvénient qui est en partie compensé par un fonctionnement semi-instantané.

Boosters

Certains fabricants développent une solution originale : utiliser l’eau de retour de chauffage comme source froide. L’intérêt ? la stabilité de la source froide, permettant de garantir de bonnes conditions de fonctionnement pour les PAC (pas de dégivrage, optimisation des cycles de fonctionnement, …). Il faut évidemment que le débit d’eau sur le retour de chauffage soit suffisant en regard des besoins d’eau chaude, de la taille de l’échangeur, … C’est donc a priori une solution pour les cas où les besoins de chauffage sont largement plus grands que les besoins d’eau chaude.

Et en été ? Et bien cela peut fonctionner même en l’absence de chauffage, pour autant que le circulateur de chauffage continue de tourner. Cela contribuera aussi (très légèrement) à rafraichir les locaux.

Quel bilan énergétique pour cela ? Si la PAC utilisée comme booster a a priori un excellent COP, elle n’assure qu’une partie de l’alimentation en eau chaude, puisqu’elle puise de l’énergie dans un fluide qui lui est chauffé… par une chaudière. Le maintien du fonctionnement du circulateur tout l’été est aussi une surconsommation. Le bilan énergétique et financier n’est donc pas évident. Le gros bénéfice énergétique sera pris si cette solution vient remplacer une boucle d’eau chaude sanitaire par des boosters individuels, évitant ainsi les pertes de cette boucle. Une solution probablement intéressante dans pas mal d’immeubles de logement  donc. Avec en outre l’intérêt que les boosters individuels n’ont que des petites quantité de fluides frigorigènes, ce qui facilite le recours aux fluides “bas carbones”, typiquement de propane et le CO2, qui en grande quantité doivent faire l’objet de mesure de sécurité plus complexes à intégrer, surtout en rénovation.

Stockage en eau morte ?

Une piste possible pour décarboner l’eau chaude sanitaire lorsque l’on a des besoins plus important que ce que permettent des boiler thermodynamique ou des booster est de se baser sur une PAC “classique” alimentant un ballon d’eau morte. Cette chaleur est ensuite transmise au circuit d’eau chaude par un échangeur instantané à plaque.

L’intérêt : découpler le fonctionnement de la PAC du régime de puisage d’ECS, et optimiser le dimensionnement de la PAC par rapport à la source de chaleur disponible. L’inconvénient ? Le passage par ce tampon intermédiaire implique une perte de quelques degrés, qui réduira un peu la performance du système. C’est en outre une piste volumineuse, et sensible au calcaire au niveau de l’échangeur à plaque…