Des pompes à chaleur pour réduire le CO2 de nos cités
À cause de l'espace limité en ville, les pompes à chaleur doivent être intégrées dans les bâtiments existants et doivent être compatibles avec les systèmes de chauffage existants. De plus, les coûts d'installation et d'exploitation doivent être suffisamment bas pour que le basculement vers des pompes à chaleur soit économiquement rentable. Le projet GREENHP (Next generation heat pump for retrofitting buildings) vise à répondre à ces défis en concevant une pompe à chaleur prochaine génération pour la rénovation des bâtiments. Le système GREENHP sera installé dans des immeubles d'habitation ou commerciaux avec une surface de vie d'environ 600 mètres carrés. Il est basé sur une pompe à chaleur air/eau à capacité variable et il est capable de fournir jusqu'à 30 kW de chaleur pour le chauffage de l'espace et l'eau chaude domestique. L'équipe de projet analyse également comment la nouvelle pompe à chaleur peut s'assembler avec de grands systèmes d'énergie comme un environnement de réseau intelligent. Tous les éléments matériels clés ont maintenant été plus ou moins finalisés, notamment le compresseur, le condensateur, l'unité d'évaporation et le ventilateur. Le compresseur a été développé par le projet pour prendre en charge le cycle de réfrigération spécial de la pompe à chaleur. En utilisant la technique d'injection de vapeur (EVI pour «Enhanced Vapour Injections» en anglais), il est possible de couvrir l'ensemble de la gamme d'opérations d'une pompe à chaleur air/eau. Le compresseur est également conçu pour prendre en charge à la fois les processus de chauffage de l'espace et de préparation de l'eau chaude domestique aussi efficacement que possible. Une innovation clé a été de sélectionner le propane R290 comme réfrigérant pour la pompe à chaleur. L'utilisation de R290 avec des tubes MPE a permis à l'équipe de recherche de réduire de manière significative la quantité totale de réfrigérant requise par le système de pompe à chaleur. La grande capacité volumétrique de réfrigération du propane permet également d'utiliser des composants plus petits, ce qui réduira la taille du système final. Cependant, la raison principale pour laquelle le propane est devenue l'option privilégiée est qu'il a un très faible potentiel de réchauffement climatique comparé aux alternatives synthétiques, ce qui est essentiel pour réduire les émissions directes. Un nouveau ventilateur a été conçu pour l'unité d'évaporation après l'étude attentive d'environ 100 différentes géométries de pales. Le concept choisi a les pales légèrement penchées vers l'avant, ce qui permet d'optimiser la consommation d'énergie sous les conditions de fonctionnement attendues. Le ventilateur et l'évaporateur ont été soumis à des tests rigoureux pour évaluer leur capacité à faire face aux problèmes de givrage. De plus, un tuyau adapté derrière le ventilateur réduit les émissions sonores. Un distributeur bionique a également été construit pour le système pour permettre une répartition efficace et en douceur du réfrigérant. Dans le même temps, le travail a progressé sur le développement d'un contrôleur de gestion d'énergie qui peut fonctionner avec la pompe à chaleur. Les tests du contrôleur en sont au stade final et la boîte matérielle a été construite. Les chercheurs ont appliqué des algorithmes pour faire des premières évaluations de la manière dont le contrôleur se comportera avec la pompe à chaleur. «La prochaine étape consistera à rassembler tous les éléments matériels pour assembler le prototype GREENHP. Les tests, qui commenceront début 2016, devraient durer environ deux mois», commente le coordinateur du projet Andreas Zottl. «Ensuite, il y aura des tests supplémentaires dans lesquels la pompe à chaleur sera reliée au nouveau système de contrôle qui a été développé. Nous devons évaluer comment le contrôleur fonctionne avec la pompe à chaleur, mais également comment l'unité entière interagit avec les opérations de réseau intelligent».
Mots‑clés
Système de chauffage, réseau intelligent, pompe à chaleur, GREENHP, efficacité énergétique, rénovation, bâtiments
