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Énergies renouvelables

Les systèmes thermodynamiques

Quel est le principe des pompes à chaleur et des chauffe-eau thermodynamiques ?

Les pompes à chaleur et les chauffe-eau thermodynamiques sont des équipements mettant en œuvre les principes thermodynamiques grâce auxquels on arrive à produire plus d’énergie qu’on en consomme. Cette capacité est caractérisée par le Coefficient de Performance (COP) qui exprime le rapport entre la quantité d’énergie produite et la quantité d’énergie consommée ; le COP est toujours supérieur à 1.

 

Système à détente directe adapté pour des capteurs horizontaux (source geothermie-perspectives.fr)
Système à détente directe adapté pour des capteurs horizontaux (source geothermie-perspectives.fr)

Les pompes à chaleur

Il existe différents types de pompes à chaleur (PAC) : air/eau ou eau/eau. L’efficacité énergétique des modèles air/air étant trop faible, on écartera cette catégorie même si les principes thermodynamiques y sont également mis en œuvre.

Les PAC air/eau prélèvent des calories dans l’air et les restituent dans de l’eau qui est distribuée ensuite dans le bâtiment (chauffage et/ou eau chaude sanitaire). Pour les PAC eau/eau, les calories sont prélevées dans le sol soit directement dans une nappe soit au contact des couches superficielles de la terre (champ de captage horizontal ou forage vertical).

L’énergie apportée aux PAC pour leur permettre de faire fonctionner le système thermodynamique peut être soit de l’électricité, soit du gaz. Ce dernier type de PAC est apparu en 2007 sur le territoire français : il existe encore peu de modèles disponibles, et ceux disponibles sont surtout destinés aux collectivités.

 

Dans les conditions optimales de laboratoire, les fabricants obtiennent des COP compris entre 4 et 5 pour des PAC air/eau et supérieurs à 5 pour des PAC eau/eau. Dans les conditions réelles d’utilisation, le COP a tendance à chuter lorsque la température descend en-dessous de 0°C. Les COP réels se situent donc pour les PAC air/eau plutôt entre 2 et 3 en moyenne.

Malgré cette réalité, les pompes à chaleur restent bien plus intéressantes d’un point de vue efficacité énergétique que les convecteurs électriques.

L'ADEME préconise des PAC utilisant des fluides frigorigènes ayant un faible pouvoir de réchauffement global (PRG) comme par exemple le CO2.

 

Mise en garde : l’installation d’une PAC électrique dans un bâtiment peut poser certains problèmes au niveau du réseau électrique. Dans la Drôme, le Syndicat Départemental de l’Energie (Energie SDED) met en garde contre des risques de chute de tension sur le réseau si l’équipement n’est pas conforme à la norme NF C-15-100 ou s’il n’est pas équipé d’un régulateur de charge au démarrage. Energie SDED a rédigé à cet effet un guide pour s’assurer que chaque propriétaire d’une PAC électrique respecte bien ces recommandations.

 

source : ELM Leblanc
source : ELM Leblanc

Les chauffe-eau thermodynamiques

Cette nouvelle génération de chauffe-eau est plus efficace que les chauffe-eau électriques classiques. Ils récupèrent de la chaleur dans l’air pour la restituer dans l’eau du ballon après passage par le système thermodynamique. Selon les modèles, la chaleur est récupérée soit directement dans l’air ambiant du local où se trouve le chauffe-eau, soit dans l’air extrait par la ventilation. Ce deuxième système est bien plus efficace d’un point de vue énergétique puisqu’il récupère les calories présentes dans la maison avant extraction de l’air vers l’extérieur, à l'instar d'une ventilation double-flux.

De même que pour les PAC, le COP réel est inférieur à celui affiché par les fabricants qui le mesurent dans les conditions optimales de fonctionnement en laboratoire : il se situe autour de 1,5 d’après une étude du COSTIC pour le compte de l’ADEME et de l’UECF/FFB publiée en octobre 2010. Généralement, on constate une baisse de 50 % entre le COP donné par le constructeur et le COP en conditions réelles. Malgré tout, ce système reste plus efficace et intéressant qu’un cumulus électrique classique : le budget que consacre une famille de 4 personnes à l'eau chaude sanitaire est d'environ 155 € /an. Pour couvrir ces besoins, un chauffe-eau à effet Joule classique ayant un investissement initial de l'ordre de 1000 € génère une facture de 390 € /an. Le temps de retour sur investissement d'un chauffe-eau thermodynamique dont les coûts de fourniture et d'installation s'élève à 3500 € est d'environ 8 ans. 

L'ADEME préconise l'installation de chauffe-eau thermodynamique dont les COP nominaux sont proches de 3.

 

L’action de l'ADIL Information Energie

 

L'ADIL Information Energie est à la disposition des particuliers pour leur apporter une information sur la meilleure utilisation des machines thermodynamiques (PAC électrique et gaz, et chauffe-eau thermodynamique).

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