Chauffage de la maison avec climatisation: pompes à chaleur

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Les limitations dans le choix des ressources énergétiques ne sont pas rares aujourd’hui, en particulier dans les zones de développement «jeune». S’il n’y a pas d’autres sources d’énergie que l’électricité dans l’installation, les climatiseurs seront non seulement un excellent moyen de rafraîchir les logements en été, mais aussi fourniront un chauffage de haute qualité et économique par temps froid..

Chauffage de la maison avec climatisation: pompes à chaleur

Classe d’équipement appropriée

Tous les climatiseurs ne peuvent pas être utilisés comme appareils de chauffage. Il existe un groupe distinct de technologies climatiques appelées pompes à chaleur. En bref, la principale différence entre de tels équipements est la capacité d’inverser la direction du réfrigérant dans les circuits de l’évaporateur et du compresseur. Ainsi, en mode été, l’installation évacue l’excès de chaleur de l’atmosphère de la pièce et la rejette dans la rue, tandis qu’en hiver tout se passe selon le schéma inverse..

Le principe de fonctionnement de la pompe à chaleur air-air Le principe de fonctionnement de la pompe à chaleur air-air en modes hiver et été

L’air est chauffé par une pompe à chaleur non pas en convertissant l’énergie électrique en chaleur (comme dans les climatiseurs les plus simples avec une fonction de chauffage), mais en pompant de la chaleur d’un milieu à un autre. C’est de là que vient le nom de l’équipement: même par temps glacial, l’air contient une certaine quantité de chaleur, qui peut être évacuée et dirigée à l’intérieur du bâtiment pour maintenir un climat confortable. Mais ce principe ne fonctionne que dans certaines conditions, la principale limitation est la différence de température entre la rue et la pièce, ainsi que les limites de température auxquelles le liquide de refroidissement de travail, le liquide de refroidissement, peut s’évaporer et se condenser..

Dispositif de pompe à chaleur à air Dispositif de pompe à chaleur à air

De par leur conception, les pompes à chaleur sont des appareils assez complexes. D’une part, le package comprend un certain nombre de dispositifs qui assurent la circulation inverse du circuit de chauffage sous le contrôle de l’automatisation. Il s’agit d’une vanne à quatre voies, d’un détendeur spécialement conçu et d’un système plus complexe de canaux à travers lesquels circule le réfrigérant. En revanche, une vraie pompe à chaleur est forcément équipée de dispositifs qui aident les unités principales de pompe à fonctionner dans des conditions extrêmes. Tout l’équipement auxiliaire dans la langue de commercialisation est appelé «kit d’hiver», il comprend:

  • réchauffeur d’huile de compresseur;
  • radiateurs de conception spéciale, résistants à la condensation et au gel;
  • des dispositifs de récupération fournissant le flux de ventilation par extraction à l’échangeur de chaleur externe;
  • système d’injection de réfrigérant chauffé;
  • marque spéciale de réfrigérant.

Champ d’application

Le principal critère d’évaluation des pompes à chaleur est le coefficient d’efficacité thermique, autrement appelé COP. Cette valeur est en fait assez difficile à déterminer, elle dépend à la fois du degré de perfection thermodynamique – le rendement réel de la machine, compte tenu de toutes les chaînes de transformation, et de la puissance de la source d’énergie à faible potentiel. Ces deux facteurs ont tendance à changer, principalement en fonction de la différence de température actuelle, c’est-à-dire que la dynamique du changement de COP dans diverses conditions de fonctionnement est d’un réel intérêt. En d’autres termes, la performance d’un modèle de pompe à chaleur individuel est considérée en fonction du régime thermique dominant, et non en fonction de la période de cinq jours la plus froide. Les économies réalisées grâce à l’installation pendant la période de différences de température modérées devraient couvrir les coûts de fonctionnement des sources de convection et de rayonnement en cas de gel sévère lorsque la pompe à chaleur ne peut pas fonctionner..

Unité extérieure pompe à chaleur

Les pompes à chaleur ne sont pas uniquement conçues pour un usage domestique. Ils font un excellent travail de refroidissement puissant dans les espaces confinés: congélateurs ou compartiments informatiques. Dans les pays occidentaux, la pratique de détourner une pièce séparée du sous-sol sous une salle frigorifique se développe activement, avec le transfert ultérieur de la chaleur vers l’extérieur en été ou vers le flux de ventilation en hiver. Ce sont les systèmes d’alimentation en chaleur dits bivalents, un autre cas particulier est l’alimentation en air d’un échangeur de chaleur externe, passé à travers un échangeur de chaleur au sol ou un capteur solaire sec..

Problèmes de pompe à chaleur

Les systèmes de chauffage basés sur des pompes à chaleur à air se caractérisent par une grande complexité de conception: il est nécessaire de déterminer non seulement le volume suffisant de l’apport d’énergie pour reconstituer les pertes de chaleur, mais également le mode de fonctionnement efficace, le nombre et l’emplacement des nœuds du système de chauffage. Dans le même temps, le nombre d’unités et le coût des équipements concernés devraient bien entendu être minimes..

Pompe à chaleur aérothermique

Habituellement, le résultat d’erreurs dans le calcul et l’installation des systèmes de chauffage de l’air est l’apparition de zones froides dans la pièce, ainsi que la condensation d’humidité sur le vitrage qui n’a pas de rideau thermique. Les emplacements des unités intérieures doivent être déterminés en fonction des schémas de distribution de température et de débit fournis par le fabricant pour les modes de chauffage standard. Cette tâche est particulièrement difficile à accomplir, étant donné que l’introduction de chaque nouvelle source de chauffage nécessite en différentes variantes:

  • installation d’une unité externe supplémentaire;
  • pose de la ligne de fréon sur le bloc externe;
  • joints de canal d’air.

Conduit d'air

De ce fait, la configuration finale du système de chauffage doit être choisie une fois, souvent bien avant le début des travaux d’aménagement. Tout cela en raison de l’aptitude extrêmement faible des pompes à chaleur à la modernisation et de l’absence d’une réserve de marche importante. Il est extrêmement important de pouvoir déterminer dans quels cas il est plus pratique et plus rentable d’utiliser des appareils de chauffage traditionnels qu’un climatiseur à onduleur. Enfin, pensez à la ressource d’exploitation de la pompe à chaleur: son fonctionnement le plus efficace sera à des valeurs COP supérieures à 2–2,3.

Variété de configurations: systèmes split, monoblocs, rooftops

Malgré toute sa gêne, les pompes à chaleur ont suffisamment de configurations pour choisir l’emplacement d’équipement le plus pratique. Les systèmes multisplit doivent leur apparence à la volonté de préserver l’apparence des bâtiments, ainsi qu’à offrir un niveau d’organisation technologique plus élevé. La différence fondamentale entre ces systèmes est la présence d’un répartiteur et d’un dispositif de contrôle automatique de la puissance dans une plage suffisamment élevée.

Unité intérieure de la pompe à chaleur air

L’étape suivante dans cette direction a été franchie lorsque les systèmes VRF multizones sont arrivés sur le marché et, dans un cas particulier, les systèmes VRV. En usage civil, ces systèmes sont destinés à un usage collectif, ils permettent la connexion simultanée de plusieurs dizaines d’unités intérieures à une installation de rue, tandis que la longueur de la ligne de fréon peut atteindre des centaines de mètres et que la différence de hauteur entre les éléments du système peut atteindre 12 étages..

Pompe à chaleur VRV Pompe à chaleur VRV

La seule limitation stricte pour les pompes à chaleur est la nécessité de trouver un évaporateur externe à l’extérieur, tous les autres changements de configuration sont à la discrétion du technologue. Cela a permis d’agir en sens inverse, en évitant l’utilisation de lignes de fréon ou en minimisant leur longueur. Les pompes à chaleur compactes pour le chauffage local sont assez bon marché et ne nécessitent pas de tuyaux de raccordement ou de conduits d’air. Les onduleurs monoblocs intégrés dans un mur ou une fenêtre, ainsi que sur les toits, dont les blocs sont situés sur les côtés opposés du toit se chevauchent à une distance minimale, vous permettent de répartir efficacement la chaleur sur toute la surface utilisable de manière aussi uniforme que possible.

Communication d’ingénierie

Bien entendu, les endroits les plus appropriés pour l’installation de sources de chaleur dans le cas des pompes à chaleur sont les murs extérieurs et les étages supérieurs sous un toit plat ou un grenier froid. Cependant, avec une taille importante du bâtiment, ses locaux centraux restent sans chauffage actif, ce qui n’est pas toujours pratique. Ce problème peut être résolu grâce au bon acheminement des lignes de fréon ou à l’organisation du chauffage de l’air, source de chaleur dans laquelle se trouve une pompe à chaleur atmosphérique.

Pompe à chaleur air-air

Dans ce dernier cas, il est préférable de placer l’unité extérieure dans une petite annexe technique, généralement située au niveau du sol, ce qui facilite la connexion à un échangeur de chaleur au sol, ou sur le toit – pour la connexion au champ du système solaire. L’unité intérieure est située à l’intérieur du bâtiment, reliée à l’extérieur par un passage dans le mur d’enceinte. L’air chauffé est transporté vers les consommateurs via un système fermé de canaux d’air:

  • une pression d’air constante est maintenue dans le circuit d’alimentation, dont le volume du débit pour chaque branche est régulé par des registres de canal;
  • les entrées des conduits d’évacuation sont situées à des points diamétralement opposés aux endroits où l’alimentation chaude est installée, à travers lesquels l’air ambiant partiellement refroidi est collecté et fourni à l’unité extérieure, fournissant ainsi un cycle de récupération.

La possibilité même d’un contrôle complet de la ventilation implique des économies importantes. Dans le même temps, la complexité et le coût élevés des conduits d’air sont compensés par le coût relativement faible de l’installation: une unité est toujours moins chère que plusieurs plus petites avec une puissance totale égale.

Unité intérieure d'une pompe à chaleur au sol

Lorsqu’un système de pompe à chaleur comprend également des unités intérieures avec un système de tuyauterie en cuivre, le coût des communications augmente, mais le confort d’utilisation du système augmente également. D’une part, il est possible de poser un câblage complexe de lignes de fréon même avec une faible épaisseur de cloisons et de planchers. D’autre part, une solution parfois plus efficace est l’organisation de circuits fermés dans lesquels circule le réfrigérant, pour une connexion parallèle supplémentaire des unités intérieures à celles-ci – c’est à cela que sont conçus les systèmes multi-zones..

Climatiseurs gainables

Une catégorie distincte de pompes à chaleur, qui comprend les avantages du chauffage à récupération d’air et l’efficacité du circuit onduleur, est celle des climatiseurs canalisés. Le concept de placement caché des unités intérieures n’est pas nouveau en soi, mais les pompes à chaleur de ce type sont devenues disponibles pour un large éventail d’acheteurs relativement récemment..

Pompe à chaleur dissimulée

La principale différence entre cette configuration est l’absence de bruit presque totale en présence d’unités intérieures qui vous permettent d’ajuster le mode de fonctionnement du chauffage avec une flexibilité et une précision élevées. La seule limitation pour l’installation de pompes à chaleur à canaux est représentée par les structures du bâtiment, qui doivent contenir à la fois des cavités suffisamment larges pour la pose de canaux, et une niche impressionnante pour l’installation du corps de l’unité principale. Mais en même temps, les lignes de fréon peuvent être posées en parallèle avec les conduits d’air.

Climatiseur de conduit

L’unité interne d’une pompe à chaleur à conduit remplit non seulement la fonction de chauffer le flux d’air, mais également sa distribution aux consommateurs individuels, la filtration et la préparation. Un circuit de récupération peut également être présent, mais le plus souvent ce dispositif est réalisé sous la forme d’un frontal. En plus des nombreuses possibilités de contrôle et de configuration, l’emplacement caché de l’unité intérieure peut être simplement pratique et n’affectera pas l’intérieur de la pièce..

Résumé

Les pompes à chaleur à air ne doivent pas encore être considérées comme la principale et unique source de chauffage, surtout si pendant la période de chauffage, des chutes prolongées de température en dessous de -5 …- 10 ° C sont possibles. Des installations capables de fonctionner dans des conditions de température plus extrêmes existent, mais tombent dans une catégorie de prix beaucoup plus élevée avec une période de récupération plus longue.

Et pourtant, dans la plage de température moyenne, de tels appareils font preuve d’une efficacité très élevée: pour reconstituer la perte de chaleur, ils n’ont besoin que d’un quart de leur équivalent énergétique. Avec une durée de vie de ces équipements de plus de 20 à 30 ans, il parvient à se payer plusieurs fois, de sorte qu’une transition en temps opportun vers des systèmes de chauffage modernes économes en énergie aidera à économiser à l’avenir, lorsque le prix de l’énergie sera nettement plus élevé qu’aujourd’hui..

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