Énergie

La possibilité de la maîtrise d'une ambiance tempérée, été comme hiver, s'inscrit dans la demande d'amélioration des produits de confort. Produisant la chaleur l'hiver et le rafraîchissement l'été, les systèmes utilisant les appareils thermodynamiques sont encore méconnus.

Le rayonnement solaire et les pluies constituent la base de renouvellement d'une grande quantité d'énergie contenue dans les eaux souterraines, l'air ou le sol. L'exploitation de cette source d'énergie propre forme le principe de base des procédés thermodynamiques. Il s'agit de récupérer des calories puis, grâce au système thermodynamique, de les transformer pour les céder à l'intérieur du logement.
La récupération de ces calories extérieures gratuites passe par la mise en place d'un système composé d'un générateur qui peut alimenter divers types d'émetteurs apportant un confort optimal, été comme hiver, avec une efficacité énergétique importante.

 ● 2.1. Attentes des utilisateurs

Les attentes des utilisateurs sont les suivantes :

¢ possibilité de réglage individuel
¢ personnalisation du confort tant en chauffage qu'en rafraîchissement
¢ lutte contre la pollution de l'air, contre le bruit
¢ rendement

A propos de la climatisation des lieux publics et des lieux de travail, les chiffres issus de sondages montrent des résultats positifs comme la prise en compte du confort des usagers et des salariés, la modernité.

Pourtant, confusion entre le système et son positionnement, son installation et son réglage. Sentiment de désagrément entre intérieur et extérieur (écart de temps) = réglage ou mise en main
Favoriser les angines et rhumes = mauvais réglage du soufflage d'air
Air trop froid = réglage ou mise en main
Sorties mal placées = positionnement et/ou installation

En conclusion, le produit bénéficie d'une image de confort et de modernité, mais accompagnée d'une méconnaissance de son environnement. Toutefois, les connaissances évoluent positivement à l'image du parc automobile.

 ● 2.2. Principe de la pompe à chaleur

La récupération de calories extérieures vers l'intérieur du logement est réalisée grâce à une machine chargée de l'échange de calories : la pompe à chaleur.

  Fonctionnement
Une pompe à chaleur est une machine thermodynamique destinée à assurer le chauffage d'un local ou d'un ensemble à partir d'une source de chaleur externe dont la température est inférieure au local à chauffer.
4 éléments la composent : un compresseur, un condenseur, un organe de détente et un évaporateur.
Un fluide frigorigène complète le système en assurant les transferts thermiques entre les divers éléments.

  Le coefficient de performance (COP)

Ce coefficient est utilisé pour mesurer l'efficacité d'une pompe à chaleur et est déterminé par le rapport de la quantité de chaleur produite par la PAC sur l'énergie électrique nécessaire à son fonctionnement, à une température spécifique (le plus généralement 8°C). Plus le COP est élevé, plus performante est la pompe.

Le COP n'intègre pas la consommation d'électricité des pompes ou des ventilateurs.

fig.13 - Schéma de fonctionnement d'une pompe à chaleur

La prise de calories s'effectue sur le milieu ambiant (air, eau ou sol) à faible température pour une restitution à une température plus élevée et à l'intérieur du local grâce à un vecteur d'émission :
air ou eau.

  Réversibilité
La réversibilité est la capacité de la pompe à chaleur à assurer la production de chaleur en hiver et la production de froid en été.
Il convient pour cela de placer sur le circuit une vanne 4 voies permettant de permuter les rôles respectifs des échangeurs afin d'inverser le cycle du fluide frigorigène.

fig.14 - cycle de refroidissement d'une pompe à chaleur réversible

Le condenseur joue le rôle d'évaporateur et l'évaporateur devient condenseur. En été, les calories sont prises à l'intérieur du local pour être rejetées vers l'extérieur.

   Types de pompes à chaleur (PAC)  

PAC sur Air :

Exploitant la récupération des calories dans l'air, c'est le système le plus adaptable aux différentes implantations climatiques. La PAC peut être placée à l'extérieur comme à l'intérieur du logement. Les calories sont restituées à l'air ambiant ou dans le circuit d'eau chaude du logement.
Le coefficient de performance annuel de ces pompes à chaleur varie de 2,4 à 3,5.

Fig.16 - Schéma de PAC Air/Air placée à l'extérieur

Fig.17 - Schéma de PAC Eau/Eau placée à l'intérieur

PAC extérieures

  - PAC sur Eau :
Ce type de pompe à chaleur utilise les calories captées sur les eaux de surface (lacs, rivières) ou de nappe phréatique. Pour les eaux souterraines, la température de l'eau est constante tout au long de l'année et le coefficient de performance annuel de ces pompes à chaleur varie de 3,5 à 5,5.
On utilise de l'eau glycolée pour les capteurs extérieurs et de l'eau pour les circuits chauffants.

  - PAC sur Sol :
Ce type de pompe à chaleur utilise les calories disponibles dans le sol au moyen de capteurs enterrés et disposés horizontalement ou verticalement. Dans le cas d'immeubles collectifs, c'est la disposition verticale (sonde géothermique) qui est retenue ; le forage atteint une profondeur voisine des 80 mètres. De type géothermique, la source est à une température souvent stable permettant d'atteindre des coefficients de performance annuels entre 3,5 et 4,5.

   Les capteurs enterrés  

Disposés horizontalement, les capteurs (tubes de polyéthylène ou cuivre gainé de polyéthylène) sont enterrés entre 0,60 m et 1,20 m. La longueur totale est très importante et nécessite des boucles repliées mais écartées d'au moins 40 cm afin d'éviter les risques de gel permanent du sol. Leur mise en œuvre doit aussi respecter certaines précautions d'éloignement des constructions, fondations ou puits (> 3m), des réseaux enterrés (> 1,5 m) et des arbres (>2m). De préférence plan ou peu pentu, le sol au-dessus du capteur doit être perméable. Moins coûteux mais nécessitant une grande surface souvent comprise entre 1,5 et 2 fois la surface habitable à chauffer, ce procédé est mieux adapté aux constructions individuelles.

Placés verticalement, les tubes en polyéthylène sont scellés dans du ciment et contiennent un mélange d'eau et d'antigel en circuit fermé. Plus délicats à mettre en œuvre, les capteurs verticaux nécessitent de faire appel à des entreprises de forage et le respect de procédures administratives. Plus coûteux à l'installation, ces dispositifs sont un peu plus performants et réduisent considérablement l'emprise au sol (2 sondes de 50 m pour 120 m² habitables) pouvant ainsi convenir aux immeubles collectifs.

Le puisage d'énergie peut se faire aussi bien sur une nappe phréatique, une rivière ou le sol.

a/Capteurs verticaux

b/Capteurs Horizontaux