Pompe à chaleur à moteur gaz

Par Olivier BROGGI - Société GrDF - Avril 2011 - Mis à jour mars 2012

LA PROBLEMATIQUE: COMMENT ECONOMISER L'ENERGIE PRIMAIRE

La PAC moteur gaz est une pompe à chaleur réversible, dont le compresseur est entraîné par un moteur fonctionnant au gaz naturel.

PAC gaz en mode chaud et froid

Ou, dit encore autrement, la pompe à chaleur moteur gaz est une pompe à chaleur électrique de laquelle on a retiré le moteur électrique pour le remplacer par un moteur à gaz naturel. La gamme de puissance couverte par la PAC moteur gaz s'étend de 40 kW chaud (35,5 kW froid) à 80 kW chaud (71 kW froid). Il est possible d'installer plusieurs modules en parallèle pour atteindre 300 à 400 kW de puissance utile. Cette gamme est donc adaptée aux surfaces tertiaires comprises environ entre 500 et 5000 m².

Fonctionnement d'une pompe à chaleur gazDes performances hors du commun !

La chaleur du moteur thermique est récupérée :

- En hiver, la chaleur est injectée dans le système (cycle thermodynamique) pour compléter les calories qui manquent dans l'air extérieur et ainsi maintenir la puissance ou pour éviter des "inversions de cycle" pour dégivrer la machine.

- En été, la chaleur est utilisée pour produire de l'eau chaude sanitaire, ou tout autre process utilisant de l'eau chaude supérieure à 55°C.

- Les coefficients de performance (COP) sur énergie primaire varient, en fonction de la puissance de la machine, de 1,4 à 1,6 en mode chaud, et de 1,3 à 1,5 en mode froid (équivalent à un COP électrique de plus de 4, voir ci-dessous).

- La puissance est ainsi maintenue même par températures extérieures basses et négatives.

L'ANALYSE ET LE SAVOIR FAIRE DE L'INDUSTRIEL : ANALYSE DU COP

La PAC gaz affiche des COP (coefficient de performance) de l'ordre de 1,5, ce qui semble faible par rapport aux COP des matériels électriques, qui peuvent dépasser 3. Cela veut-il dire que la PAC gaz est moins performante ?

Non, la PAC gaz est tout aussi performante que la PAC électrique, voire plus. Les COP des PAC gaz et des PAC électriques ne peuvent pas être comparés directement : il faut prendre en compte dans les deux cas l'énergie primaire prélevée pour la même énergie utile restituée au client. Dans le cas de l'électricité, il faut tenir compte du coefficient de conversion en énergie primaire : 1kWhe = 2,58 kWh Energie primaire (coefficient de référence de la Réglementation Thermique Rt 2012 en l'occurrence).

Un produit peu émetteur de CO2 : la PAC gaz permet entre 15 et 20 % de réduction d'émissions de CO2 par rapport à la PAC électrique, du fait de ses performances et du contenu en CO2 élevé de l'électricité associé aux nouveaux chauffages électriques.

NB : ce calcul est effectué sur la base de valeurs en CO2 de 600 g/kWhe et de 234g/kWh gaz PCI. Cette valeur peut surprendre mais elle reflète le parc de production mis en œuvre pour un usage de semi-base ou de pointe comme le chauffage, (cf note RTE - Ademe 2007). Vous trouverez plus d'information sur la plaquette éditée par l'AFG sur ce sujet en suivant ce lien :

Plaquette AFG

Graph PAC élec PAC gaz

Maintien de la puissance de chauffage, même par basses températures :

Lorsque la température extérieure est très basse, une PAC électrique aérothermique a besoin d'être relayée par un chauffage électrique d'appoint (résistance), aux basses performances énergétiques. Dans le cas de la PAC gaz, la puissance est maintenue quelle que soit la température extérieure grâce à la chaleur récupérée sur le moteur thermique : la PAC peut donc continuer à diffuser la même quantité de chaleur sans appoint même par grand froid !

La garantie d'une température intérieure stable : pas d'inversion de cycle

Dans le cas d'une PAC électrique, quand la température extérieure tombe en dessous d'environ 4°C, du givre se forme sur l'échangeur extérieur, et le système doit inverser régulièrement son cycle pour le dégivrer. Afin d'éviter de souffler du froid dans les pièces pendant ces périodes, l'appoint électrique est sollicité. Ce fonctionnement se traduit par un confort dégradé et des moindres performances du système.
Avec la PAC gaz, les inversions de cycles sont inutiles car le système compense le phénomène de givre en récupérant la chaleur sur le moteur, garantissant ainsi toute la puissance.

Une montée en température très rapide

Toujours grâce à l'énergie récupérée sur le moteur, le système, beaucoup plus réactif, permet d'atteindre la température souhaitée très rapidement : environ 10 min, alors qu'il faudrait plus d'une demi-heure pour une PAC électrique.

Positionnement RT 2005

Dans la réglementation thermique 2005, c'est un système valorisé : la performance de la pompe à chaleur à moteur gaz impacte d'importantes économies d'énergie primaire.
Cela permet d'éviter un surinvestissement sur le bâti, la ventilation… ou d'atteindre des niveaux de performance comme BBC.

Le graphique ci-dessous illustre les gains que l'on peut obtenir en installant ce produit dans un immeuble de bureau par exemple.

Ces machines seront bien sûr intégrées aussi au moteur de calcul RT2012. Les constructeurs et GrDF travaillent en ce moment à la certification de leurs performances.

Logo nouveau

De plus, depuis le 2 avril 2011, le Titre V ECS est paru au Journal Officiel. La production d'eau chaude sanitaire via récupération de la chaleur du moteur est donc désormais quantifiable dans les logiciels de calcul RT2005. Vos contacts GrDF tiennent à votre disposition des fiches explicatives pour vous aider à saisir cela dans les trois principaux logiciels RT.

LES SOLUTIONS PRODUITS

A noter que l'on peut travailler avec ces machines soit en détente directe, soit en vecteur eau via un module hydraulique; les installations mixtes sont aussi possibles.

Sur le marché français nous vous recommandons le fabricant suivant :


Lien site et produits : www.panasonic.fr
Contact : Thibault Marsol : 06 23 95 26 40

→ Téléchargez le document pdf de 14 pages Grdf / XPAIR :

La pompe à chaleur moteur gaz – édition 2012

REFERENCES PAC MOTEUR GAZ

Pompe à chaleur gaz pour surface de 700 m2 REALITHERM

  • Gamme de 25 kW à 80 kW chaud et 23 kW à 71 kW froid
  • Possibilité de mettre plusieurs modules en parallèle, régulés comme une seule machine (jusqu'à 400 kW de puissance utile).

« Réalitherm a signé une convention de partenariat avec GrDF et Sanyo qui lui permet de proposer une offre globale de PAC à moteur gaz (incluant la conception, l'installation, le suivi des consommations, le service après vente…). »

Documentation

Pompe à chaleur gaz pour surface commerciale : CEDEO

  • Les 2 PAC en cascade (puissance unitaire : 63 kW en chaud et 55 kW en froid) ont été installées à l'extérieur sur un espace de 4 m² au sol en 4 jours
  • Intervalle de maintenance moteur de 10 000 heures (2 à 4 ans de fonctionnement)

« Le distributeur d'équipements sanitaires et d'équipements de chauffage CEDEO, filiale de l'entreprise de matériaux Point P (groupe Saint-Gobain), a ouvert les portes d'une nouvelle surface commerciale à Lorient (Morbihan). Innovation : le bâtiment de 1 400 m² est chauffé et rafraîchi par une pompe à chaleur à moteur gaz (PAC moteur gaz).»

Documentation

Pompe à chaleur gaz pour l'hôtel AKENA de la BREDE

  • Rendement instantané sur énergie primaire de 1,4 à 1,6 en mode chaud et 1,3 à 1,5 en mode froid (équivalent à un COP électrique supérieur à 4)
  • Conservation de la puissance utile en chauffage jusqu'à -20 °C extérieur

« Une pompe à chaleur réversible à moteur gaz naturel, d'une puissance de 80 kW chaud et 71 kW froid, couvre l'ensemble des besoins de chauffage et de climatisation du tout nouvel hôtel Akena de La Brède. Elle assure également une partie des besoins en eau chaude sanitaire principalement en été.

Documentation

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