ISH 2017 (08) : Quels fluides pour les pompes à chaleur ?

Publi-Information

EDILIANS, engagé pour des toitures durables et une transition énergétique responsable

EDILIANS renforce son engagement pour le développement durable. Avec des solutions innovantes pour la rénovation énergétique des toitures et notre large offre solaire photovoltaïque, nous accompagnons les professionnels vers un avenir durable, répondant aux exigences de confort et de performance pour les générations futures.

Façades : un nouvel Avis Technique pour AQUAPANEL® Outdoor

Knauf vient d’obtenir un nouvel Avis Technique du CSTB pour les bardages ventilés « parements collés ». Recevez en deux clics tous les justificatifs du système dans le pack digital.

Les pompes à chaleur, les vraies, c’est-à-dire les machines air/eau, eau/eau ou eau glycolées/eau constituent un énorme marché en Europe. Il croit d’année en année.

Les chiffres 2016 seront publiés en juin prochain seulement, et ils seront probablement bons. En 2015, le marché européen de la pompe à chaleur avait augmenté de 10% pour atteindre 880 179 machines vendues, selon l’EHPA (European Heat Pump Association, hepa.org).

L’EHPA souligne que si le marché européen dans son ensemble atteignait le même taux de pénétration des pompes à chaleur que la Suède, le nombre de Pac installées en Europe atteindrait 60 millions de machines. Ce qui suffirait à remplacer les importations de gaz russe. Nous n’en sommes pas là, mais la bonne santé du marché des Pac en Europe justifie que de nombreux fabricants s’y intéressent et exposent de nouveaux modèles à ISH 2017.

De nouveaux intervenants se lancent dans les pompes à chaleur. Kermi, par exemple, présentait deux gammes de pac à ISH. Baptisée x-change dynamic AW I, les pac air/eau sont « Smartgrid ready », offrent deux puissances de 4-10 et 7-16 kW, avec des COP de 4,3 (A2/W35), un pilotage par inverter et une plage de fonctionnement de -20 à +35°C de température extérieure. Les pac géothermiques ou eau/eau  « x-change dynamic terra BW I » sont disponibles en 3 puissances : 3-7, 5-12 et 10-18 kW avec des COP de 4,7 (B/W35). © Kermi

Les pompes à chaleur, le règlement F-Gaz et la Directive ErP

Campons le décor. Les évolutions des pac sont poussées par deux textes européens : la Directive ErP et le règlement F-Gaz. La Directive ErP exige des pompes à chaleur dont le rendement croît régulièrement en chauffage et en production d’eau chaude et dont le bruit diminue, étape par étape, jusqu’en 2030.

L’une des premières conséquences est l’adoption désormais universelle de l’inverter – la variation de fréquence appliquée aux moteurs électriques des compresseurs -  pour obtenir une régulation de puissance des pompes à chaleur.

Le temps des machines de moins de 30 kW équipées de plusieurs compresseurs à vitesse fixe et de puissances différentes pour obtenir plusieurs paliers de puissance de fonctionnement de la pompe à chaleur est heureusement révolu.

Des interdictions

Le règlement F-Gaz vise à réduire les émissions de gaz à effet de serre. Il établit donc des quotas de fluides frigorigènes – exprimés en tonnes-équivalent CO2, notées t_CO2eq – que l’on peut mettre sur le marché chaque année en Europe jusqu’en 2030. Pour y parvenir, il met en œuvre un mécanisme de quotas de HFC utilisables, décroissant entre le 1er janvier 2015 et 2030, exprimé en Tonnes équivalent CO2 (t_CO2eq).

En 2015, la valeur initiale du quota était de 182,5 Millions tCO2eq. Pour la période 2018-2020, la quantité disponible ne sera plus que 63% du quota initial, puis 41% au cours de la période 2021-2023. Le règlement F-Gaz prévoit aussi des interdictions.

Celle dont les conséquences sont les plus importantes en climatisation est l’interdiction à partir du 1er janvier 2025 de réaliser des installations nouvelles de systèmes de climatisation domestiques contenant moins de 3 kg de gaz à effet de serre fluorés dont le GWP (GWP pour Global Warming Power, PRP pour Potentiel de Réchauffement Planétaire et PRG pour Pouvoir de Réchauffement Global sont synonymes) est supérieur à 750.

Pour mémoire, le R410A, le fluide le plus utilisé aujourd’hui en climatisation, affiche un GWP = 2088. Le R134a, utilisé notamment dans les pompes à chaleur haute température, atteint GWP = 1430.

L’inverter a gagné. Tous les fabricants européens l’ont adopté et définitivement abandonné l’architecture à plusieurs compresseurs de puissances différentes. © PP

L’ErP est passée par là : elle a changé l’expression de la performance et mis l’accent sur la performance annuelle, calculée à partir de profils de charge annuels types. Niber affiche fièrement un COP saisonnier supérieur à 5. © PP

R32 chez Daikin

Face à l’ensemble de ces exigences, les constructeurs ont choisi de réduire les quantités de fluide dans leurs systèmes de climatisation et dans les pompes à chaleur. Mais aussi d’adopter de nouveaux fluides : le R32, le R290 et les HFO, même si le R410A demeure ultra-majoritaire encore aujourd’hui dans les nouvelles machines exposées à ISH 2017.

Le R32 est concerné par le Règlement F-Gaz, dans la mesure où c’est un HFC. Mais son faible GWP = 675 le met à l’abri de toutes interdictions prévisibles. Le R290 – le propane – est un hydrocarbure, tandis que les HFO-1234ze ou HFO-1234yf sont des hydrofluoro-oléfines. Ni le R290, ni les HFO ne sont concernés par le Règlement F-Gaz qui ne porte que sur les HFC. De plus leurs GWP sont très réduits : 3 pour le R290, 4 pour le HFO-1234yf, 6 pour le HFO-1234ze.

A ISH 2017, le R32 s'est décliné en climatisation mono-split, voire en multisplit et en pompes à chaleur chez les fabricants japonais, coréens et chinois. Daikin a dévoilé l’Altherma 3, sa première Pac utilisant le R32. C’est une Pac split avec liaison en fluide, mixte : chauffage et ECS grâce à un ballon de stockage de 230 l avec seulement 25 W de pertes de chaleur statiques.

De belles performances

Elle est capable d’atteindre des températures de départ d’eau de 65°C et sera disponible en septembre prochain en trois puissances : 4, 6 et 8 kW. Sa protection contre le gel lui permet de fonctionner jusqu’à une température extérieure de -25°C.

Ses COP nominaux atteignent 5,4 en chauffage et 3,3 en production d’ECS. Associée à la régulation Daikin Online Controller DEU 1821, la ¨ac Altherma 3 affiche une étiquette énergétique A+++. Cette nouvelle régulation est connectée en WiFi à la box internet du logement.

Elle pilote une sonde extérieure et embarque 9 programmes que l’utilisateur peut modifier. Elle constitue aussi le premier pas de Daikin vers une intégration de ses pac dans un système domotique, puisque ce régulateur est capable d’interpréter des instructions IFTTT (If This, then that : si ceci, alors cela) qui proviennent d’autres systèmes.

Voici la première pac au R32 de Daikin, la nouvelle Altherma 3. Elle atteint un classement A+++ avec la régulation Daikin Online Controller DEU 1821. Elle sera disponible en septembre 2017. © Daikin

CO₂ chez Mitsubishi Electric

De son côté, Mitsubishi Electric a dévoilé à ISH une gamme de Pac Ecodan complètement revue pour satisfaire les exigences acoustiques de l’ErP. Les unités extérieures n’embarquent plus qu’un seul ventilateur, à la géométrie optimisée, mais un condenseur surdimensionné.

Ces unités extérieures seront disponibles mi-2017, soit avec le compresseur Zubadan et des puissances chauffage nominales de 8 ou 11 kW, soit avec le compresseur Power pour des puissances chauffage de 7,5 ou 10 kW.

Le compresseur Zubadan maintient la puissance nominale de la Pac jusqu’à une température extérieure de -15°C. A -28°C, il assure encore 75% de la puissance nominale. A l’inverse Zubadan permet aussi une production d’ECS jusqu’à une température extérieure de +35°C. Les Pac Ecodan sont cascadables jusqu’à 6 machines et une puissance chauffage de 138 kW, grâce à leur nouveau régulateur FTC5.

Nouvelle solution de production d'ECS

Il gère la cascade, maximise le COP à tout moment en faisant fonctionner les Pac à leur meilleur rendement. Mitsubishi Electric a également présenté une nouvelle solution de production d’ECS à ISH 2017.

Baptisée, QAHV, c’est une machine monobloc pour la production d’ECS. Elle utilise le CO₂ (R744) et atteint un COP 3,88. Elle produit de l’ECS jusqu’à 90°C pour des températures extérieures de -25°C, avec des émissions sonores de 56 dB(A) à 5 m.

D’une puissance nominale de 40 kW, il fournit un débit de 11,9 l/minute à 65°C (pour une eau froide à 10°C) et fonctionne pour des températures extérieures de -25 à +43°C.

Mitsubishi Electric proposait à ISH un producteur d’ECS haute température thermodynamique monobloc extérieur, utilisant le R744 (CO2) comme fluide. © Mitsubishi Electric

Les nouvelles unités extérieures de pac Mitsubishi Electric Ecodan sont cascadables jusqu’à atteindre une puissance chauffage de 138 kW. Elles n’embarquent plus qu’un seul ventilateur, mais comporte un condenseur à air surdimensionné pour améliorer les performances, tout en réduisant le bruit. © Mitsubishi Electric

R290 et HFO chez les fabricants européens

Tandis que les européens, comme Alpha Innotec ou Dimplex exposaient des pompes à chaleur domestiques au R290. Viessmann, pour sa part, dévoilait une Pac haute température eau/eau au HFO-1234ze. Mais le groupe Viessmann a également annoncé une collaboration avec la chaîne de discounters ALDI Nord pour équiper progressivement ses magasins à l’aide du concept « Viessmann ESyCool ».

Il s’agit de Pac à compression électrique, utilisant le R290. Ces pac sont alimentées en priorité l’installation photovoltaïque montée sur le toit des magasins ALDI. Et l’installation utilise à la fois l’eau glacée produite par les Pac pour refroidir des vitrines réfrigérées et la chaleur pour chauffer le bâtiment. En l’absence de besoins, l’installation charge un stockage de glace.

Alpha Innotec, qui appartient désormais à Nibe, a lancé à ISH sa gamme de pompes à chaleur air/eau alira LWDV à pilotage par inverter et utilisant le R2090. Ce sont des machines monobloc extérieures de 3, 5, 7 et 9 kW, avec des températures de départ d’eau de 70°C. Elles sont cascadables deux à deux pour atteindre une puissance nominale maximale de 18 kW. Avec un COP de 4,26, cette machine atteint une étiquette A++.

Les solutions de Nibe et Dimplex

Le suédois Nibe produit des Pac au R290 depuis 1998. Ses derniers modèles NIBE-F370 et NIBE-F470, dévoilés à ISH 2017, sont des Pac air extrait/eau monobloc intérieures et contiennent seulement 400 g de R290 pour une puissance nominale de 4,3 kW.

Dimplex a changé de nom et s’appelle désormais Glen Dimplex Thermal Solutions (GDTS). Il présentait sa Pac réversible System Zero HP au R290. C’est une machine de 60 kW, à pilotage par inverter avec une particularité importante. De série, elle embarque deux condenseurs : l’un sur l’air, l’autre sur l’eau glycolée. Ce qui en fait simultanément une Pac géothermique et une pac air/eau.

Elle est cascadable et il est possible d’utiliser les deux échangeurs simultanément pour chauffer et refroidir en même temps. Le suédois Nibe, propriétaire de Alpha Innotec, produit des Pac au R290 depuis 1998. Ses derniers modèles dévoilés à ISH 2017 sont des Pac air/eau monobloc extérieures et contiennent seulement 400 g de R290.

L’autrichien Heliotherm montrait à ISH 2017 ses Pac eau glycolée SNTM5-15 (COP E4W35 = 5,56 pour une puissance de 15,1 kW). Ces modèles monobloc extérieurs contiennent 3,8 kg de R290. Ils ont été testés début 2016 par AIT (Autrian Institute of Technology) et par le TÜV Rheinland et sont commercialisés depuis juin 2016 en Autriche et en Allemagne. ©PP

©PP

Les Pac qu’on ne voit pas à ISH. La Directive ErP favorise beaucoup les Pac à absorption, fonctionnant avec un brûleur gaz ou grâce à une combinaison solaire thermique / gaz. Il y a deux ans, les constructeurs annonçaient une multiplication de ces appareils.

Cette année, comme au cours de toutes les éditions précédentes du salon ISH, les seules Pac à absorption réellement commercialisées sont celles de l’italien Robur, présentes sous un grand nombre d’autres marques.

Les principaux fabricants, dont Buderus, développent leurs propres Pac à absorption, mais elles ne seront prêtes qu’en 2018 au mieux. Pour sa Pac à absorption géothermique WSW-192i, Buderus annonce un rendement de 170%.