Les pompes à chaleur sur boucle d’eau en logements collectifs neufs

La RE2020 défavorise les solutions gaz naturel pour le chauffage et la production d’eau chaude. En revanche, elle pousse nettement diverses techniques de pompes à chaleur en construction neuve. Voici le cinquième article sur les pompes à chaleurs adaptées aux immeubles de logements collectifs neufs.

Après avoir évoqué le remplacement des chaudières gaz en chaufferie par des pompes à chaleur air/eau, énuméré les avantages de la GMI (Géothermie de Minime Importance), dressé la liste des pompes à chaleur adaptées à la GMI, abordé la question de l’installations de pompes à chaleur air/eau individuelles en immeubles collectifs neufs, cet article porte sur les pompes à chaleur à boucle d’eau et la manière dont France Energie, Daikin et Nibe ont adapté cette technologie aux immeubles de logements collectifs neufs.

Souvenons-nous, le but est, en collectif neuf, de produire de l’ECS, d’assurer le chauffage des logements et, éventuellement, leur rafraîchissement actif.

Une Pac sur boucle d’eau est une Pac eau/eau

La pompe à chaleur sur boucle d’eau est connue, au bas mot depuis 70 ans. Au cours des années 70 et 80, des centaines de milliers d’unités ont été vendues pour le chauffage et le rafraîchissement de bureaux neufs. France Energie, mais aussi Carrier, Toshiba, Wesper et plusieurs autres marques européennes fournissaient des Pac sur boucle d’eau.

Aujourd’hui, seulement trois fabricants disposent de solutions de Pac sur boucle d’eau adaptées au logement : Daikin, France Energie et Nibe. C’est-à-dire, des pompes capables d’assurer chauffage, production d’eau chaude sanitaire et rafraîchissement. Une pompe à chaleur sur boucle d’eau est une pompe à chaleur eau/eau, raccordée à une boucle d’eau qui alimente toutes les Pac d’un bâtiment. Le groupe Vaillant pourrait proposer une solution en 2022. ©Daikin

En mode production de chaleur pour le chauffage ou l’ECS, la Pac sur boucle d’eau prélève des calories dans la boucle. En mode rafraîchissement, elle cède de la chaleur à la boucle d’eau. France Energie et Daikin recommandent de maintenir la température de la boucle entre 10 et 30°C. L’idéal consiste à installer des pac sur boucles d’eau dans des bâtiments dont l’occupation est diverse.

Equilibrer la température de la boucle d’eau

Henri Marraché, le directeur général de France >Energie, explique que cette technologie est particulièrement bien adaptée aux bâtiments qui contiennent des logements, des commerces, des bureaux, des locaux de fitness, … Bref à des bâtiments dont certains locaux sont plutôt en demande de chaleur, tandis que d’autres sont en demande de froid. Les uns vont prélever de la chaleur dans la boucle, tandis qu’au même moment, d’autres locaux versent de la chaleur dans la boucle.

En mi-saison, la boucle d’eau s’équilibrera toute seule. Du point de vue technique, il est tout à fait concevable d’englober plusieurs bâtiments, différents mais proches, dans la même boucle d’eau. La boucle est constituée d’un seul tube bouclé et thermiquement isolé, en acier, en PEHD, en cuivre ou en mutlicouches. ©Daikin

En ce qui concerne la boucle d’eau, les seules consommations d’énergie sont celles de son circulateur et celles requises pour maintenir sa température dans l’intervalle de 10 à 30°C. Pour équilibrer la température de la boucle, toutes les solutions sont concevables : une Pac réversible sur sondes GMI (Géothermie de Minime Importance), une Pac réversible air/eau, un raccordement à un réseau de chauffage et de froid urbains, …

Si des Pac sont utilisées pour équilibrer la boucle, comme elles fonctionnent à très basse température – il s’agit de maintenir la boucle entre 10 et 30°C -, leur rendement sera à son maximum. Naturellement, il faudra certainement un Titre V système ou son équivalent dans la RE2020 que le prochain moteur de calcul de la RE2020 puisse saisir toutes les subtilités de cette solution.

La solution Daikin

En ce qui concerne les Pac sur boucle d’eau, Daikin a développé une solution spécifique baptisée « Daikin Altherma 3 WS pour logements collectifs ». Chaque appartement est équipé d’une unité Daikin Altherma 3 WS : une Pac sur boucle d’eau avec un ballon d’ECS de 180 l intégré. La pression acoustique de la Daikin Altherma 3 WS atteint seulement 27 dB(A) à 1 m.

Ces Pac sont naturellement connectables. Elles sont pilotées par le dispositif de commande murale Madoka (un thermostat d’ambiance + automate de pilotage) disponible en 3 couleurs blanc, gris ou noir. Mais elles sont également pilotables par l’application pour smartphone « Daikin Residential Controller » qui permet de visualiser le fonctionnement du générateur, de le programmer, …

Les Pac Daikin Altherma 3 WS sont des appareils monoblocs, dont le circuit thermodynamique, chargé en R32 et scellé en usine, est extractible. Ce qui réduit le poids de l’appareil de 70 kg et facilite sa manutention. Elles peuvent produire de l’eau à une température de départ de 65°C pour le chauffage et de l’ECS à 60°C. ©Daikin

Les systèmes du fabricant sont disponibles en quatre modèles avec des noms imprononçables, dont deux réversibles. Les quatres Pac, pilotées par inverter, savent réduire leur puissance chaud jusqu’à 0,85 kW.  Les deux modèles H06D9W et H06D9W(G) où (G) indique la réversibilité offrent une puissance de chauffage nominale de 3,34 kW et une puissance maximale de 7,98 kW. Le modèle (G) dispose d’une puissance froid maximale de 9,73 kW.

Leurs rendements sont impressionnants : COP de 9,9 à B20/W35 (température de boucle de 20°C et température de départ d’eau de 35°C) ou encore, dans les mêmes conditions, une efficacité saisonnière n de 360,4% (Classe A+++) pour le chauffage et une efficacité saisonnière n wh de 117% (Classe A+) pour la production d’ECS en profil L.

Les deux autres modèles H10D9W et H10D9W(G) affichent des puissances nominales chauffage de 5,48 kW (tout en pouvant descendre jusqu’à 0,85 kW), une puissance maximale en chauffage de 9,55 kW et un COP 8,5. Tout cela se traduit par une efficacité saisonnière n de 340,9% (Classe A+++) pour le chauffage. L’efficacité saisonnière nwh pour la production d’ECS en profil L est identique à celles des deux plus petits modèles. La puissance froid maximale du modèle (G) atteint 11,27 kW.

Leurs dimensions atteignent 1 891 x 597 x 666 mm pour un poids de 222 kg. Leur ballon d’ECS est en acier inoxydable avec des déperditions thermiques de 1,2 kWh/24h. Leur charge de R32 est de 1,7, identique dans les quatre modèles. Daikin propose des ventiloconvecteurs en amont de ses pac sur boucle d’eau. Elles peuvent aussi être associées à des plafonds ou des planchers chauffant-rafraîchissants.

L’offre France Energie

La technologie de France Energie, membre du groupe Muller, imaginée pour les bureaux, a été repensée pour être équiper dans des logements et répondre aux différents usages des bâtiments. Comme l’indique Henri Marraché, produire de l’ECS pour une douche de 15 minutes permet de rafraichir un salon de 30 m² pendant 1h30. C’est tout l’intérêt de la boucle d’eau. ©France Energie

La Pac sur boucle d’eau de France-Energie, destinée aux logements collectifs, s’appelle GEN-OBO et sera commercialisée à partir de septembre 2021. Installée dans chaque logement, elle produit de l’ECS, du chauffage et du rafraîchissement. GEN-OBO offre des puissances restituées en chauffage de 3,5 à 18 kW, tout en affichant des puissances absorbées de 0,5 à 1,5 kW lorsqu’elles sont associées aux ventilo-convecteurs UCi (Unité de Confort individuel) développés avec l’aide de Campa, autre filiale du groupe Muller. ©France Energie

Nous ne disposons pour l’instant d’aucune documentation technique sur GEN-OBO. Mais dès 2019, France Energie avait annoncé que toutes ses pac basculaient vers le R513A. Fourni par le chimiste Chemours, le R513A est un mélange de 56% de HFO1234yf et de 44% de R134a, avec un GWP de 573 et un classement de sécurité A1 : non-inflammable et faiblement toxique.

Les Pac sur boucle d’eau GEN-OBO, de la taille d’une petite machine à laver, sont associables avec du plancher ou du plafond chauffant-rafraîchissant, ainsi qu’avec les UCi, des ventilo-convecteurs 2 tubes. Les UCi contiennent également un système de « purification de l’air intérieur ». A partir d’un cahier des charges de France-Energie, le français Arcom a conçu leur régulation. On peut donc s’attendre à ce que ces Pac soient communicantes et pilotables par une application sur smartphone. ©France Energie

Conformément aux exigences en logement neuf, ce régulateur est capable de compter et de reporter les consommations de chauffage, de production d’ECS et de rafraîchissement.

Nibe et ses Pac sur boucle d’eau

Pour cette application sur boucle d’eau en immeuble collectif neuf, Nibe met en avant sa pas NIBE S1255, une pompe à chaleur eau/eau, initialement destinée à la GMI avec puisage en nappe phréatique, pilotée par inverter et disponible en trois modèles de 1,5-6kW, 3-12 kW et 4-16 kW.

Ces trois Pac Nibe affichent une classe énergétique chauffage A+++ pour une température de départ d’eau de 35°C ou de 55°C, avec ou sans leur régulateur, ainsi qu’une classe énergétique A pour l’ECS avec un puisage XL.  Le premier modèle NIBE S1255-6 offre une puissance calorifique maximale de 5,4 kW (B0/W55), une efficacité saisonnière n de 204% pour le chauffage en climat moyen et température de départ d’eau de 35°C, 154% avec une température de départ d’eau de 55°C.

Ces pac, de 1800 x 600 x 620 mm, contiennent un ballon en acier inoxydable de 180 l pour la production d’ECS. Elles fonctionnent au R407C, dont le GWP de 1600 condamne son utilisation à court terme. Le premier modèle NIBE S1255-6 contient 1,16 kg de R407C, soit 2,06 TonneseqCO2. Nibe est en train de basculer toutes ses pac vers le R454B, composé de 68,9% de R32 et de 31,1% de R1234yf, classé A2L (légèrement inflammable), dont le GWP atteint 466. ©Nibe

L’intérêt du R454B est d’atteindre des températures de condensation jusqu’à 70°C sous une pression de 44,274 bar (vapeur) et de 45,079 bar (liquide). Ce qui permet de produire de l’ECS sans appoint électrique.

Les trois Pac embarquent une connexion WiFi et pilotable par l’application NIBE myUplink.

La technologie des pac sur boucle d’eau est certainement appelée à se développer en immeubles collectifs neufs. Leurs performances sont importantes. Reste à voir comment le moteur de calcul de la RE2020 – qui détermine l’avenir des systèmes de chauffage et de production d’ECS en construction neuve – les traitera. 

Le prochain article sur les pompes à chaleur en collectif neuf portera spécifiquemlent sur les Pac destinées à la production d'ECS collective, dont les très spécifiques solaro-pac.