Les atouts des pompes à chaleur sur boucle d’eau
Les pompes à chaleur sur boucle d’eau contiennent peu de fluide frigorigène et, dans le contexte du Règlement F-Gaz, émergent comme une alternative au DRV dans les bâtiments tertiaires.
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A la suite de notre article sur l’évolution réglementaire autour du R32, plusieurs lecteurs ont fait remarquer que les pompes à chaleur (Pac) sur boucle d’eau constituent une bonne alternative aux grands multisplits et au DRV en tertiaire. Ils ont en partie raison.
Souvenons-nous que le monde de la climatisation travaille sous l’empire du Règlement F-Gaz. Entré en vigueur au 1er janvier 2015, le règlement F-Gaz vise à réduire les émissions de gaz à effet de serre en programmant une réduction des quantités de HFC utilisées en Europe.
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(tCO2eq). La valeur initiale du quota en 2015 – 182,5Millions tCO2eq– est répartie entre les 401 producteurs et importateurs de HFC en vrac qui opèrent en Europe.
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Les pompes à chaleur sur boucle d’eau France Energie installée dans ce bâtiment, assument trois missions : chauffage, rafraîchissement et ventilation. Elles sont équipées d’une prise et d’un rejet d’air directement vers l’extérieur, dissimulés sous les menuiseries. ©PP
Le mécanisme du Règlement F-Gaz
Chacun de ces 411 producteurs a donc reçu un quota personnel début 2015, en fonction des quantités de HFC qu’il distribuait durant la période de référence 2009-2012 qui a servi à caler les valeurs du Règlement F-Gaz. En 2015, le quota était donc de 100% de 182,5MillionstCO2eq, en 2016-2017, il est passé à 93% et pour la période 2018 – 2020 où nous nous trouvons, il est descendu à 63% du quota initial.
De plus, la Commission Européenne a décidé que depuis 2017, le « préchargé », c’est-à-dire le fluide contenu dans les équipements de climatisation et de froid importés déjà chargés en fluide, serait inclus dans le quota, sans pour autant augmenter la valeur initiale de référence de 182,5MillionstCO2eq.
En Europe, environ 11% d la demande annuelle de HFC porte sur le préchargé. La Commission Européenne a indiqué que le GWP (Global Warming Power ou contribution à l’effet de serre) global moyen dans l'Union en 2015, en prenant tous les fluides et leurs volumes respectifs mis sur le marché, est environ de 2000 tCO2eq. Le règlement F-Gaz est conçu pour réduire ce GWP global moyen à 400 tCO2eq en 2030, soit une division par cinq.
Les 700 Pac sur boucle d’eau installées dans ce bâtiment derrière la Gare Saint-Lazare à Paris, sont posées en allège et dissimulées dans un placard. Chaque appareil est une pompe à chaleur à part entière : avec un compresseur, un condenseur à eau, un évaporateur sur l’air. L’aspect acoustique est traité avec soin : les machines sont entièrement carrossées, leur montage en placard fermé réduit encore les émissions acoustiques. ©PP
Le GWP pèse lourd
Comme le quota n’est pas exprimé en tonnes de fluides, mais en tCO2eq, le GWP des fluides pèse lourd. Outre la décroissance programmée (le phase-down) des volumes de HFC utilisés, le Règlement F-Gaz prévoit quelques interdictions, dont l'interdiction de recharger des équipements de réfrigération et de climatisation à l'aide d'un HFC dont le GWP est supérieur à 2500 à compter du 1erJanvier 2020, si leur charge est supérieure à 40 tCO2eq.
En fonction du GWP du fluide concerné, ce volume, 40 tCO2eq, est beaucoup moins important qu’on l’imagine. En ce qui concerne le R404A, par exemple, étant donné son GWP de 2700, 40 tCO2eq correspondent à seulement 10,8 kg de R-404A.
Du coup, le monde de la climatisation doit entreprendre deux actions simultanément : premièrement, augmenter l’efficacité des systèmes de climatisation et de froid commercial - la Directive ErP, dite aussi EcoDesign(2009/125/EU), les y contraint de toutes manières - pour réduire les quantités globales de fluide utilisées, quel que soit le fluide considéré, et, deuxièmement, basculer vers des fluides au GWP le plus faible possible.
Les Pac sur boucle d’eau sont asservies à la GTB du bâtiment : chacune est pourvue d’un module de régulation communiquant en LonWorks sur paire torsadée. ©PP
La détente directe se porte bien
En grand tertiaire, une solution toute trouvée pour réduire les quantités de fluides consistait à se détourner des systèmes de climatisation et de froid à détente directe, qui transportent du fluide dans tout le bâtiment, pour basculer vers les systèmes à eau glacée et eau chaude dans lesquels le fluide frigorigène est confiné dans les générateurs : groupes de production d’eau glacée et pompes à chaleur.
Ce n’est clairement pas la direction prise par le marché français. A la lumière des résultats du marché 2017 publiés par Uniclima en février, les ventes de systèmes à détente directe en tertiaire se portent de mieux en mieux et leurs ventes continuent de croître.
Les ventes de DRV en France enchaînent les années record : 17 537 groupes extérieurs en 2015, 20 665 en 2016 et 23 335 en 2017, soit 13% de plus qu’en 2016. Une partie de cette croissance peut être expliquée par le fait que les fabricants proposent des DRV de plus petite puissance qui ont trouvé leur marché.
Les ventes de Chillers (groupes de production d’eau glacée et de pompes à chaleur réversibles) de plus de 50 kW, quant à elles, fluctuent d’année en année : 6 668 en 2015, 6116 en 2016, 6437 en 2017 avec une prépondérance massive des machines à condensation par air : 5777 contre seulement 660 à condensation par eau. Bref, nous sommes loin d’un basculement du marché vers l’eau glacée.
Vers l’intérieur, la porte du placard en allège pivote vers le haut, donnant accès à la pac sur boucle d’eau. ©PP
Les pompes à chaleur sur boucle d’eau font de la récupération de chaleur
Le DRV bénéficie d’une grande facilité d’installation, de pilotage et, pour les DRV à récupération de chaleur, d’une haute efficacité énergétique annuelle. En eau glacée, il faut installer des réseaux 4 tubes pour pouvoir piloter les ventiloconvecteurs indépendamment les uns des autres : chauffer ici, tout en refroidissant là. C’est nettement plus compliqué à installer que les 3 tubes des DRV à récupération de chaleur, voire 2 tubes seulement chez Mitsubishi Electric.
De plus, dans une installation 4 tubes, il est difficile de récupérer la chaleur. Un autre système le permet cependant : la pompe à chaleur sur boucle d’eau. Ce sont des pompes à chaleur monobloc eau/air à condensation par eau. Raccordées à une boucle d’eau dont la température est maintenue entre 12-18°C l’été et 40-48°C l’hiver.
En mi-saison, la température de la boucle est maintenue par les Pac sur boucles d’eau : celles qui sont en mode chauffage y prélèvent de la chaleur, tandis que celles qui fonctionnent en rafraîchissement y versent la chaleur prélevée dans les locaux. Ce qui est une bonne définition de la récupération de chaleur.
Le reste du temps, le maintien en température peut être réalisé par divers moyens : chaudière, pompe à chaleur, réseau de chauffage urbain, solaire thermique, récupération de chaleur fatale sur l’air extrait, sur les eaux grises en hôtellerie, etc. pour son réchauffement ; groupe froid, réseau de froid urbain, aéroréfrigérants secs (dry-coolers) ou adiabatiques, tours de refroidissement pour son rafraîchissement.
Le seul entretien des Pac sur boucle d’eau est le changement des filtres. ©PP
Les pompes à chaleur sur boucle d’eau fonctionnent de manière indépendante les unes des autres
Chaque Pac sur boucle d’eau est une machine réversible indépendante. Cette solution est d’autant plus intéressante que les besoins du bâtiment sont contrastés. La situation idéale, comme pour le DRV 3 tubes, est celle d’un bâtiment qui présente toute l’année à la fois des besoins de chaleur et des besoins de froid.
En fonction de leurs températures de consigne et la température des pièces où elles sont installées, les différentes Pac sur boucle d’eau dans un même bâtiment peuvent fonctionner en froid dans certains locaux ou en chauffage dans d’autres. Lorsque 2/5 des Pac installées fonctionnent en mode rafraîchissement, cela fournit assez d’énergie pour permettre aux 3/5 restants de fonctionner en mode chauffage, sans apport de chaleur complémentaire à la boucle.
Les Pac sur boucle d’eau sont préchargées et le circuit frigorifique est hermétique : leur installation ne requiert pas de manipulation de fluide, pas d’attestation de capacité de manipulation de fluide, pas d’outils spécifiques, mais seulement des travaux de tuyautage avec les outils classiques du plombier-chauffagiste.
Elles sont cependant soumises à l’arrêté modificatif du 15 décembre 2016, entré en vigueur le 1er avril 2017, relatif à l’inspection périodique des systèmes de climatisation et des pompes à chaleur réversibles, dont la puissance frigorifique dépasse 12 kW.
La gamme de Pac sur boucle d’eau Syseftys de Systemair est fabriquée à Tillières et offre des puissance chaud de 2,7 à 3,6 kW, des puissances froid de 2 à 3 kW et utilise le R407C. ©Systemair
Pompes à chaleur sur boucle d’eau : une offre diversifiée
Les Pac sur boucles d’eau sont disponibles dans différents facteurs de forme : en allège, en cassette, en plafonnier gainable. Certains modèles assurent en même temps la ventilation avec apport d’air neuf. Bref, les Pac sur boucle d’eau ont de nombreux avantages. Elles sont proposées en France par plusieurs industriels, dont Ciat, Lennox qui les commercialise aussi sous la marque Friga-Bohn, France Energie qui appartient au groupe Muller et Systemair.
L’offre de France Energie est la plus connue. L’entreprise en a livré plus de 200 000 exemplaires depuis 1987, ce qui représente plus de 3 millions de m² tertiaires équipés. France Energie propose 5 gammes, certifiées NF Pac. Sur le site Eurovent Certita Certification, les Pac de France Energie sont les seuls appareils certifiés dans la catégorie HP / Elec/ R / WL / RA, autrement dits les pompes à chaleur sur boucle d’eau dans le langage d’Eurovent.
Systémair, qui a repris les fabrications de Airwell à Tillières, propose trois gammes : CW-AR gainable de 1,9 à 2,7 kW froid, Syseftys de 2,1 à 3 kW froid avec des débits d’air de 451 à 605 m3/heure, SyshRW de 5,3 à 30 kW froid avec des débits d’air de 1250 à 5600 m3/heure.
De nouveaux fluides à l'étude
Les Pac sur boucle d’eau disponibles sur le marché aujourd’hui présentent un petit défaut tout de même. Elles utilisent des fluides à fort GWP : le R407C, le R134a et le R410A. France Energie étudie d’autres fluides, tout comme Systemair, mais ni l’un ni l’autre ne souhaite pour l’heure en dire davantage, ni même s’engager sur une date d’apparition de machines utilisant des fluides à plus faible GWP.
En tout état de cause, des Pac sur boucle d’eau utilisant le R32, classé A2L (faiblement toxique et légèrement inflammable), ou R290 (propane, A3), ne pourraient pas à l’heure actuelle être installées dans des ERP (Etablissement recevant du Public), comme l'explique notre article précédent.
Les Pac sur boucle d’eau présentent un avantage cependant, outre leur souplesse de fonctionnement et leur haute efficacité énergétique annuelle, la charge de réfrigérant qu’elles contiennent est inférieure à celle d’un DRV ou d’un multisplit à détente directe de même puissance. De plus, le fluide est confiné dans la machine. Mais nous attendons avec impatience des machines à l’avenir pérenne en fonction du règlement F-Gaz.
L'auteur de cet article
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