Les pompes à chaleur hybrides plus performantes qu'on ne le pensait

Les pompes à chaleur hybrides permettent d'économiser 75% de gaz en moyenne

Quelle est l'ampleur de la réduction de la consommation de gaz après l'installation d'une pompe à chaleur hybride? Telle était la principale question de recherche du projet de démonstration sur les pompes à chaleur hybrides. Ce projet a analysé la consommation d'énergie de 174 ménages après l'ajout d'une pompe à chaleur hybride au système de chauffage existant. La pompe à chaleur hybride s'est avérée beaucoup plus performante que prévu.

Proefopstelling bij 174 huishoudens — Pour 174 ménages, la consommation d'énergie de la maison avant l'installation de la pompe à chaleur hybride a été comparée à la consommation après l'installation

Une étude auprès de 174 ménages

Le projet test de suivi s'est déroulé dans 174 foyers néerlandais équipés d'une pompe à chaleur hybride et résulte d'une collaboration entre le gouvernement, Techniek Nederland et l'association Vereniging voor Duurzame Warmte. L'étude a été menée par la Smart Energy Foundation et les résultats ont été vérifiés par l'Université de Twente.

Le projet équivaut en fait à une mesure de la différence. La consommation d'énergie de la maison avant l'installation de la pompe à chaleur hybride est comparée à la consommation après l'installation. Pour la plupart des participants, la consommation a été connue pendant deux hivers avant l'installation et pendant deux hivers après l'installation. La consommation d'eau chaude sanitaire et l'utilisation des thermostats se sont avérées relativement constantes au fil du temps.

L'année moyenne de construction des maisons participantes est 1974. Presque tous les participants ont des radiateurs. La consommation moyenne de gaz des maisons participantes au cours des deux années précédentes était de 1.875 m³. Les appartements ne font pas partie de la population du projet. Les maisons individuelles et jumelées sont surreprésentées dans le projet.

L'hybride est-il vraiment une mesure intelligente en matière de développement durable?

La principale conclusion pour le participant moyen est que la pompe à chaleur hybride permet d'économiser 75% de gaz et donc de CO₂ et de réduire la consommation de gaz à 478 m³ en moyenne. En moyenne, l'hybride nécessite 2.514 kWh d'électricité pour cette réduction.

La réduction moyenne de 75% de la consommation de gaz est beaucoup plus importante que les 55% supposés au préalable. Une réduction de 75% semble réalisable sans modifications supplémentaires de la maison. Avec des températures d'eau basses, l'hybride peut bien chauffer la maison pendant de longues périodes. Même avec des radiateurs.

Schema in het FR — Emplacements, compteurs et données dans la maison

Les maisons jumelées affichent les économies absolues les plus importantes et les maisons intermédiaires les économies en pourcentage les plus élevées. Il est remarquable que les logements plus petits n'affichent pas de moins bons résultats.

Dans 30 maisons, plus de 97,5% de la demande de chauffage est satisfaite par la pompe à chaleur hybride. Chez quatre participants, la pompe à chaleur hybride a même complètement pris en charge la demande de chauffage au cours des deux derniers hivers. Toutefois, le nombre de jours de glace avec des valeurs quotidiennes inférieures à zéro °C a été inférieur à la normale.

Un certain nombre de maisons (10 à 20%) ont affiché des performances nettement inférieures à la moyenne. Une amélioration significative peut probablement encore être réalisée chez les participants dont les performances sont inférieures à la moyenne en ajustant l'installation (émission) et/ou l'hybride.

Comment la réduction réalisée de la consommation de gaz se compare-t-elle à la consommation supplémentaire d'énergie électrique?

Ceci est exprimé dans la performance d'économie, qui indique combien de kWh de gaz sont économisés pour 1 kWh d'électricité consommée par la pompe à chaleur hybride. 1 m³ de gaz néerlandais a une valeur énergétique de 9,77 kWh.

Dans l'hypothèse d'un rendement de 100% de la chaudière de chauffage central et d'un comportement inchangé du système de chauffage et des commandes après l'installation de la pompe à chaleur hybride, on s'attend à ce que les économies réalisées soient égales à la valeur du coefficient de performance de la pompe à chaleur hybride. En effet, à partir de la valeur énergétique de la quantité de gaz économisée, par le biais du COP, la consommation d'électricité par la pompe à chaleur devrait s'ensuivre. Cependant, il a été constaté que la valeur moyenne du COP des pompes à chaleur hybrides dans ce projet est de 3,8, tandis que la performance moyenne en matière d'économies est de 5,7. Chaque m³ de gaz économisé, au lieu de 2,6 kWh, ne permet de consommer que 1,7 kWh d'électricité en plus.

Une plus grande plage de modulation est la raison principale des bonnes performances des systèmes hybrides

Le potentiel d'économie de gaz des pompes à chaleur hybrides est plus important qu'on ne le pensait au départ. L'explication évidente est l'augmentation de la plage de modulation. La plupart des installations équipées d'une chaudière modulent le chauffage entre une puissance minimale de 5-7 kW et une puissance maximale d'environ 20 kW. En ajoutant l'hybride, la puissance minimale revient dans la fourchette de 1 à 2 kW. L'installation pourra donc fonctionner à des températures totalement différentes de celles d'avant.

Visiblement, l'hybride fonctionne en continu pendant de longues périodes, avec une puissance de 600 à 800 watts. Les températures d'alimentation et de retour sont respectivement d'environ 35 et 30 °C.

Ce fonctionnement prolongé à faible puissance et à basse température est impossible dans une installation équipée uniquement d'une chaudière. En raison de la puissance minimale plus élevée des chaudières de chauffage central (5-7 kW). L'hybride augmente donc la plage de modulation de l'installation. Le comportement des installations hybrides est plus continu.

En raison des températures d'eau plus basses et de la plage de modulation plus élevée, les installations commutent moins. Les températures d'eau plus basses entraînent également un moindre réchauffement de l'environnement structurel des tuyaux et des radiateurs, ce qui réduit les fuites de chaleur prématurées (perte de chaleur avant qu'elle n'atteigne l'espace de vie). La diminution des commutations a été notée par les résidents qui ont indiqué que la chaleur de l'hybride est plus agréable car elle est plus homogène.

Economie de gaz absolue

Economie de gaz par type d'habitation

Encore plus d'économies d'énergie grâce à une diffusion plus efficace

L'amélioration de l'évacuation de l'air améliore les performances des installations hybrides. Grâce aux ventilateurs de radiateurs ou aux convecteurs soufflés, la chaleur peut être dispersée beaucoup plus rapidement et ne s'attarde pas autour du corps de décharge. Avec des ventilateurs de radiateurs bien conçus, il est possible de réduire considérablement la demande de chaleur (de l'ordre de 15 à 20%) à des températures ambiantes constantes. Bien que les murs et donc l'isolation de la maison restent inchangés, la demande de chaleur diminue à température intérieure constante. Ceci est possible grâce à une meilleure dispersion de la chaleur.

La meilleure solution pour les petits systèmes de distribution est une pompe à chaleur d'une faible puissance minimale (1 kW), associée à une amélioration de la distribution (ventilateurs de radiateurs ou convecteurs). Même dans une petite installation comprenant deux radiateurs, le système fonctionne en continu à une température de départ de 35 °C. La pompe à chaleur devrait idéalement continuer à fonctionner à une température de départ de 35 °C.

Idéalement, la pompe à chaleur devrait continuer à fonctionner en continu en améliorant le débit et en réduisant la vitesse du compresseur. Lorsque la température de départ est de 35 °C, le COP de la distribution passe de 3,88 à 4,76. Cela signifie une augmentation de 22% évidemment perceptible sur la facture d'énergie.

Distribution de l'air chaud — Température de l'eau, delta T et distribution de l'air chaud dans une maison

L'influence du ballon tampon est limitée

Certains installateurs affirment qu'un ballon tampon est toujours nécessaire dans le cas d'une installation hybride. D'autres sont d'avis qu'il n'est nécessaire qu'avec les systèmes de contrôle de zone courants sur le marché, où toutes les zones peuvent se fermer.

Une sous-étude du projet de démonstration montre que les pertes de chaleur des conduites entre la production et le rejet peuvent être très importantes (de l'ordre de 15% et plus). Un réservoir tampon augmente encore considérablement cette perte (les réservoirs tampons, même s'ils sont commutés, donnent une perte de chaleur de l'ordre de 10%).

Les petits réservoirs tampons n'ont qu'un effet très limité sur le cycle marche-arrêt. Après le premier cycle, le réservoir est réchauffé et fonctionne dans la bande de contrôle marche/arrêt de l'alimentation. Seul un volume légèrement plus important que celui du réservoir tampon contribue un peu à allonger le temps de commutation du système. La réduction de la vitesse du compresseur, et donc l'augmentation de la plage de modulation de la pompe à chaleur, contribuent davantage à cet égard. Si l'on ajoute à cela une distribution optimisée, le cycle dans l'exemple de l'étude annexe disparaît complètement.

Lire l'étude complète ici