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Mai 2014 P a g e | 1/19 Pompes à Chaleur et Gaz Réfrigérants en Suisse - Synthè

Mai 2014 P a g e | 1/19 Pompes à Chaleur et Gaz Réfrigérants en Suisse - Synthèse 1. Introduction ..................................................................................................................................... 2 2. Caractéristiques générales des PAC ................................................................................................ 2 2.1. Principe de fonctionnement .................................................................................................... 2 2.2. Cycle de fonctionnement ........................................................................................................ 2 2.3. Eléments d’une PAC ................................................................................................................ 3 2.4. Bases Techniques .................................................................................................................... 4 2.4.1. Indice et coefficient de performance .................................................................................. 5 2.5. Types de PAC ........................................................................................................................... 7 2.6. Puissances électriques et COP moyens ................................................................................... 8 2.7. Législation suisse ..................................................................................................................... 8 2.8. Types de fluides réfrigérants dans les PACs ............................................................................ 9 3. Situation en Suisse......................................................................................................................... 11 4. Impact Environnemental ............................................................................................................... 15 4.1. Avantages .............................................................................................................................. 15 4.2. Inconvénients ........................................................................................................................ 16 4.2.1. Fuites de gaz fluorés et fin de vie des installations ........................................................... 16 4.2.2. Estimation de l’impact en Suisse (Calculs) ........................................................................ 17 5. Alternatives aux HFC à fort GWP ................................................................................................... 17 6. Conclusion et Recommandation ................................................................................................... 18 Bibliographie ......................................................................................................................................... 19 Mai 2014 P a g e | 2/19 1. Introduction Le but de ce document est de présenter la technologie des pompes à chaleur (PAC) de manière générale, puis de synthétiser la situation du marché en Suisse et ensuite d’évaluer l’ impact des PACs sur l’environnement en termes de réchauffement climatique spécifiquement en regard de l’utilisation de gaz frigorigènes synthétiques. Ce rapport doit permettre à l’association Noé21 de répondre à la question : « Vaux-il la peine d’investir des ressources dans le développement d’ un projet de remplacement de gaz synthétiques par des gaz naturels dans les PACs comme le projet (F)airconditionning le fait actuellement avec des blocs d’air conditionné en Inde » ? Un tel projet aurait-il un potentiel intéressant de mitigation du réchauffement climatique ? 2. Caractéristiques générales des PAC 2.1. Principe de fonctionnement Figure 1: Principe de fonctionnement d’une pompe à chaleur avec les flux d’énergies (1) 2.2. Cycle de fonctionnement Actuellement, la technique la plus fréquemment mise en oeuvre dans les pompes à chaleur repose sur le procédé de compression de vapeur froide. Un fluide réfrigérant s’évapore dans la partie froide lors de l’absorption d’une quantité aussi grande que possible de chaleur d’évaporation. Après avoir été comprimé dans un compresseur, ce fluide est à nouveau liquéfié dans la partie chaude; ce faisant, le fluide dégage de la chaleur de condensation. Ensuite, le fluide est ramené à la pression d’évaporation au moyen d’un détendeur. Toutes les installations basées sur ce principe fonctionnent grâce au fait que les températures d’évaporation et de condensation sont fonction de la pression exercée sur le fluide frigorifique. Une telle installation peut être représentée de façon simplifiée comme dans la figure suivante. Mai 2014 P a g e | 3/19 Figure 2: Principe du procédé de compression de vapeur froide (2) 2.3. Eléments d’une PAC Les quatre composants principaux indispensables à la réalisation d’un cycle à compression de vapeur froide traditionnel sont: le compresseur, le condenseur, le détendeur (vanne de détente) et l’évaporateur. Mai 2014 P a g e | 4/19 2.4. Bases Techniques Figure 3: Limites du système et valeurs caractéristiques des pompes à chaleur (2) Mai 2014 P a g e | 5/19 2.4.1. Indice et coefficient de performance Le rendement idéal est donné par le cycle de Carnot; il s’agit d’un cycle n’ayant aucune perte, sans surchauffe ni sous-refroidissement. Pour le cycle de Carnot la caractéristique de puissance ɛCW s’obtient comme suit: Dans la théorie, pour un cycle véritable (réel), on obtient la caractéristique de puissance (ou indice de performance) ɛW suivante: Le rapport entre la caractéristique de puissance réelle et la caractéristique de puissance de Carnot est appelle efficacité ƞCW (exergétique). (2) Dans la pratique, les calculs sont effectués à l’aide de l’indice de performance E, qui est le quotient de la puissance de chauffage fournie et de la puissance électrique absorbée. Mai 2014 P a g e | 6/19 L’indice de performance est une valeur momentanée, c’est à dire que la valeur calculée ne vaut qu’à l’instant des mesures à cause des variations permanentes des paramètres d’exploitation (température de la source de chaleur, température aller, etc.). Le coefficient de performance annuel (COPA): Pour déterminer la qualité d’une pompe à chaleur, toutes les quantités d’énergie fournies et produites en une année sont comparées entre elles. Il est alors question de coefficient de performance annuel. (3) Le COP est donc le coefficient de performance ou le rapport entre la puissance de chauffe (puissance de chauffe obtenue dans le circuit de chauffage) et la puissance électrique (puissance utilisée). Un exemple: Pour une puissance thermique de 10 kW (p. ex. la 1ère condition d’essai) et une puissance électrique de 2 kW, la valeur du COP s’élève à 5 (10 kW : 2 kW). Ceci signifie que la valeur de 5 fois la puissance électrique utilisée est disponible comme puissance de chauffe utile. Les COP des différents types de PAC sont généralement compris entre 2 et 5. Mai 2014 P a g e | 7/19 2.5. Types de PAC Il existe plusieurs types différents de PAC qui peuvent être classées en fonction de la source de chaleur employée (air, eau, sol), de la source d’énergie utilisée (gaz, électricité), de leur mode de fonctionnement (monovalent, ambivalent) et de leur structure (split ou compact). Source de chaleur air: L'air est disponible partout et à volonté. De plus on peut l'utiliser sans problème comme source d'énergie. Il est gratuit. L'installation d'une pompe à chaleur air-eau ne nécessite pas d'autorisation. Ce type de pompes à chaleur s'utilise en plaine et jusqu'à 600-800 mètres comme système de chauffage monovalent. Celà veut dire qu'elle subvient à la totalité des besoins en chauffage. Au-dessus, il faut un complément de chauffage électrique, ou bois, ou une énergie fossile. Dans ce cas on dit que le système de chauffage est bivalent. Les pompes à chaleur air-eau détiennent en Suisse 52% des parts du marché. Le COP si situe en général autour de 3 pour les modèles vendus en Suisse. Source de chaleur sol: Il existe des techniques simples permettant d'exploiter l'énergie naturelle stockée dans le sol. On utilise soit une ou plusieurs sondes géothermiques verticales installées à une profondeur de 50 à 150 mètres, soit un capteur horizontal, enterré à une profondeur hors gel qui se situe entre 1 et 1,50 mètre, selon l'altitude, dans un terrain bien exposé au soleil, soit des corbeilles géothermiques ou encore les géostructures énergétiques. L'utilisation de tous ces modes de captages sont soumis à autorisation. En Suisse, la part de marché des pompes à chaleur sol-eau représente 43%. Source de chaleur eau: La température de la nappe phréatique est constante et élevée toute l'année (entre 8°C et 12°C). Cette source convient donc parfaitement au chauffage par pompe à chaleur. Il est également possible de capter la chaleur des eaux de surface, telles que lacs, rivières, ruisseaux et eaux usées. Une autorisation est nécessaire pour l'exploitation de pompes à chaleur eau-eau, qui représentent 5% des parts du marché Suisse. Le COP si situe en général autour de 3.5 pour les modèles vendus en Suisse. Monovalente : On parle d’exploitation monovalente lorsque toute la chaleur d’une maison provient de la pompe à chaleur. La majorité des installations existantes fonctionne selon ce système. La pompe peut également produire l’eau chaude sanitaire de la maison. Bivalente : On parle de système bivalent quand la pompe à chaleur est complétée par une autre source de chaleur (mazout, bois ou cheminée à air chaud par exemple). Mai 2014 P a g e | 8/19 Le modèle compact: Tous les composants sont regroupés (d’usine ou sur place) dans un seul boîtier, une salle des machines ou sur un seul châssis. Le modèle split: Des composants de base de la pompe à chaleur se trouvent en dehors de l’élément central; par exemple l’évaporateur d’une pompe à chaleur air-eau se trouve à l’extérieur et le groupe compresseur-condenseur se trouve à l’intérieur du bâtiment. 2.6. Puissances électriques et COP moyens Pour les PAC destinées aux maisons individuelles, les puissances électriques se situent entre 1'500 [W] et 2'500 [W] selon les différents modèles. Pour les PAC destinées aux immeubles collectifs, les puissances se situent entre 2'000 [W] et 4'000 [W] selon les différents modèles. Le COP des PACS varie en fonction de plusieurs facteurs mais principalement selon la différence de température entre la source d’où est extrait la chaleur et la température de restitution à atteindre. Plus la différence est grande, moins le COP est élevé. Si la source est à 10° C par exemple et que la température de restitution est de 35°C (chauffage) alors les COP peuvent aller jusqu’à 5 ou 6 pour les modèles eau-eau et jusqu’à 4 ou 5 pour les modèles air- eau. Si la source est à 10°C et que la température de restitution est de 55°C (eau chaude sanitaire) alors les COP se situent en général entre 3 et 4 pour les eau-eau et entre 2 et 3 pour les air-eau. (4) et (5). Pour obtenir les puissances de chauffe en Watts thermiques, la puissance électrique est multipliée par le COP. 2.7. Législation suisse Les fluides réfrigérants utilisés dans les PACs en suisse uploads/Management/ pac-en-suisse-synthese-pdf.pdf