Conception d’une pompe à chaleur air/eau à haute efficacité énergétique pour la réhabilitation d’installations de chauffage existantes
par Charbel Rahhal
Thèse de doctorat en Énergétique
Sous la direction de Denis Clodic.
Soutenue en 2006
à Paris, ENMP .
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Résumé
Le chauffage et la production d’eau chaude sanitaire (ECS) constituent plus de 80 % de la consommation énergétique du secteur résidentiel en France. Le parc de la réhabilitation présente un très grand potentiel. Le remplacement des chaudières anciennes par des pompes à chaleur air/eau constitue un des moyens les plus efficaces pour la réduction des émissions des gaz à effet de serre. Les contraintes limitant le fonctionnement des PAC usuelles ont été identifiées. Un nouveau concept de PAC air/eau versatile (mono-étagée / bi-étagée) a été développé. Les fonctions principales de ce nouveau concept sont : le chauffage et le rafraîchissement, le fonctionnement sans appoint électrique, la production d’ECS en été et en hiver et le contrôle de la puissance par modification de l’architecture de compression. Les principaux résultats obtenus sont : Comparé à une PAC usuelle, le nouveau concept a permis des économies d’énergie s’élevant à 34,5 % et une réduction des émissions de CO2 jusqu’à 24 % en fonction du climat extérieur et du type d’émetteur de chaleur installé. Avec la hausse des prix du gaz et du fioul, le nouveau concept peut concurrencer en coût total les solutions de chauffage traditionnelles avec des chaudières performantes. Les émissions de CO2 sont réduites d’au moins un facteur de 4 comparativement à une chaudière au fioul ou au gaz. Des voies d’améliorations concernant une meilleure optimisation des cycles de givrage et dégivrage et de la production d’ECS en mode combiné avec le chauffage ainsi que le remplacement des compresseurs par d'autres plus performants sont possibles afin d’augmenter encore le COP saisonnier.
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Titre traduit
Design of a high energy efficient air/water heat pump for the rehabilitation of existing heating installations
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Résumé
Heating and domestic hot water production represent more than 80% of the energy consumption of the residential sector in France. The rehabilitation is of great potential. The replacement of old boilers by air-to-water heat pumps constitutes one of the most effective solutions, which leads to a major reduction of greenhouse gas emissions. The constraints limiting the operation of usual heat pumps have been identified. A new concept of air-to-water versatile heat pump (single-stage / 2-stage) has been developed. The principal functions of this new concept are: heating and cooling, operation without additional electric heat supply, production of domestic hot water in summer and in winter, and capacity control by the compression architecture. The principal results obtained are: Compared to a usual heat pump, the new concept allows an energy saving up to 34. 5 % and a reduction of the CO2 emissions up to 24 % depending on the climatic conditions and the hydronic heating distributor system; With the rise of gas and fuel prices, the new concept can compete on total cost conventional solutions for heating with efficient boilers. The CO2 emissions can be reduced by at least a factor 4 compared to fioul or gas-fired boilers. The seasonal COP can be further increased by a better optimisation of both the frosting/defrosting cycles and the combined production of heat and domestic hot water, as well as the replacement of the compressors by more efficient ones.
