Pompes à chaleur à gaz naturel et gaz propane en citerne GPL

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  • • Comment fonctionne une pompe à chaleur à gaz ?

    • Comment fonctionne une pompe à chaleur électrique ?

    • Le coefficient de performances (COP) et le coefficient de performances annuel (COPA).

    • Comparatifs entre une pompe à chaleur électrique et une pompe à chaleur à gaz.

    • Les trois types de pompes à chaleur à gaz.

    • Pompe à chaleur à gaz et naturel et CO2.

    • Quelle est la différence entre une pompe à chaleur électrique et une pompe à chaleur à gaz ?

    • Puissance utile d'une pompe à chaleur à gaz.

    • Bilan écologique des pompes à chaleur à gaz.

    • Tableau des principales caractéristiques des pompes à chaleur à gaz.

                           

    Le principe de fonctionnement d'une pompe à chaleur gaz à absortion est très simple : par récupération de la chaleur de la réaction d'absorption. Ce phénomène connu depuis très longtemps est appliqué dans une pompe à chaleur fonctionnant au gaz. La production de chaleur est assurée par la condensation du fluide frigorigène (ammoniac), par la réaction d'absorption entre le fluide et un absorbant (eau), et enfin par la récupération de chaleur latente contenue dans les fumées.
     Comment fonctionne une pompe à chaleur à gaz ?

    Une pompe à chaleur à gaz (PACg) est une pompe à chaleur classique mais entraînée par un moteur fonctionnant au gaz. Une pompe à chaleur à gaz est capable de produire de la chaleur, du froid et de l'eau chaude sanitaire. Une PAC gaz pompe les calories contenues dans l'air ou l'eau, par ce procédé, ces calories d'une température basse sont portées à une température plus élevée. Explication : Lors d'une compression par pompage, tout gaz se réchauffe (Nous constatons en gonflant les roues d'un bicyclette avec une pompe à vélo qu'en bas, le corps de la pompe s'échauffe). Il faut pour utiliser ce procédé un compresseur mécanique (pour les PAC à moteur) ou un procédé à entraînement thermique correspondant (pour les PAC à absorption). L’utilisation de chaleur environnante, considérée comme une énergie renouvelable, permet d’obtenir un rendement encore plus élevé que les chaudières à condensation à gaz ou que les chaudières hybrides pompe à chaleur et gaz.

    Se renseigner sur un projet

    Ci-dessus, la pompe à chaleur gaz à absortion de la marque De Dietrich destinée aux collectivités.
     Comment fonctionne une pompe à chaleur électrique ?

    Les pompes à chaleur sont employées pour chauffer des bâtiments, préparer de l’eau chaude sanitaire et pour produire de la chaleur industrielle pour différents procédés. Dans un réfrigérateur, la chaleur intérieure est extraite et rejetée à l’extérieur. La chaleur environnante peut provenir de différentes sources. Les pompes à chaleur les plus répandues sont celles à eau/air, qui prélèvent la chaleur environnante dans l’air extérieur. Il existe aussi des pompes à chaleur eau/eau, qui recueillent la chaleur de la nappe phréatique. Enfin, il existe des pompes à chaleur eau/eau, permettant d’extraire la chaleur du sol au moyen de registres terrestres horizontaux ou de sondes verticales. Dans un système de chauffage avec pompe à chaleur, la chaleur est au contraire prélevée à partir d’un fluide extérieur et apportée à l’intérieur de bâtiments grâce à la pompe à chaleur. Une pompe à chaleur permet d’obtenir avec peu d’énergie de départ (électricité ou gaz ) une chaleur ambiante maximale.

    pompe_a_chaleur_eer.jpg

    sous_titre.gif Le coefficient de performances (COP) et le coefficient de performances annuel (COPA).

    Les performances d'une pompe à chaleur à gaz sont plus élevées que sur une pompe à chaleur électrique car le COP de 1.5 sur énergie primaire équivaut à un COP électrique de 4 valeur théorique jamais atteinte dans des conditions d'installation chez un usager.

     cop.jpeg

    Le COP (coefficient de performance) est un paramètre important pour une pompe à chaleur : il indique le rapport entre la puissance thermique produite (chaleur ambiante incluse) et la puissance prélevée (gaz et une faible quantité d’électricité). Les pompes à chaleur à gaz atteignent des COP d’environ 1,2 à 1,5 (voir la comparaison avec la pompe à chaleur à entraînement électrique).

     

    Alors que le COP indique le rapport momentané entre la puissance d’utilisation produite et la puissance de départ utilisée, le coefficient de performance annuel (COPA) indique le rapport entre la puissance utile produite et la puissance de départ utilisée sur un an ou sur une période de chauffage.

    sous_titre.gif Comparatif du temps de démarrage : pompe à chaleur électrique (PACg) pompe à chaleur à gaz (PACg).
    comparatif_des_temps_de_demarrage_pac.jpeg
    Ci-dessus, comparatif pour le temps de démarrage pour le chauffage entre une pompe à chaleur électrique (PACg) et une pompe à chaleur à gaz (PACg).
    sous_titre.gif Les trois types de pompes à chaleur à gaz :
    Pompes à chaleur à moteur à gaz (PAC à compression)
    Pompes à chaleur à absorption à gaz
    Pompes à chaleur à absorption-diffusion à gaz
    sous_titre.gif Pompe à chaleur à moteur à gaz

    La pompe à chaleur à moteur à gaz est le système le plus proche de la pompe à chaleur électrique. De la même manière qu'avec une pompe à chaleur électrique, la chaleur ambiante est portée à l’aide d’un fluide frigorigène (ou agent réfrigérant) d’un niveau bas de température à une température plus élevée. Le fluide frigorigène effectue sans cesse le même circuit (en continu). Dans le condensateur, ce fluide passe de l’état gazeux à l’état liquide et restitue alors la chaleur accumulée. Le fluide frigorigène liquide absorbe ensuite la chaleur ambiante dans l’évaporateur et revient à sa forme gazeuse (il s’évapore), le circuit recommence alors dans le compresseur.

    Le compresseur d’une pompe à chaleur à moteur à gaz est entraîné par un moteur à gaz (dans une pompe à chaleur électrique, le moteur est électrique). Le moteur à gaz émet de la chaleur comme tout moteur thermique. Or, dans cet ingénieux système de pompe à chaleur à gaz, cette chaleur est récupérée et utilisée elle aussi pour le chauffage. Ce procédé de «récupération par pompage » de chaleur peut également être inversé, le même appareil devenant alors une machine de froid pouvant être utilisée en été pour climatiser et refroidir des bâtiments. Avec les pompes à chaleur à moteur à gaz, seule une part de l’énergie entrante est réellement utilisée dans le circuit, le reste part en rejets thermiques. C’est pourquoi on ne parle pas de coefficient de performance mais d’indice de chaleur.

    sous_titre.gif Pompe à chaleur à absorption

    Grâce à la pompe à chaleur à absorption, la chaleur environnante est portée, à l’aide d’un circuit de fluide frigorigène, d’une température faible à un niveau de température plus élevé. Ce fluide est dans ce cas de l'ammoniac, dissous alternativement dans la machine sous forme gazeuse et dans de l’eau. L’entraînement du circuit est assuré par un brûleur à gaz, qui réchauffe la solution eau-ammoniac. La chaleur fait s’évaporer l’ammoniac de l’eau puis le gaz ammoniac chaud arrive dans le condenseur, dégage de la chaleur pour de l’énergie de chauffage et retourne à l’état liquide. L’ammoniac liquide arrive ensuite dans le condenseur, où il absorbe de la chaleur environnante et retrouve sa forme gazeuse. Puis dans l’absorbeur, le gaz ammoniac se dissout dans l’eau, dégage ainsi la chaleur absorbée, le mélange eau-ammoniac est de nouveau pompé de l’absorbeur dans le générateur, et le circuit recommence indéfiniment. Une pompe à chaleur à absorption à gaz permet en inversant le circuit de produire de la chaleur et du froid pour climatiser les bâtiments.

    La GAHP est une pompe à chaleur à absorption, alimentée par le gaz naturel ou par le GPL. Le module type GAHP-A est une pompe à chaleur directe Gaz de production d’eau chaude de chauffage à échangeur (évaporateur) à air utilisant comme frigorigène le couple NH3/H2O . Cette pompe à chaleur est installée à l’extérieur en toiture terrasse ou au sol.

    La PAC De Dietrich est actuellement disponible sur le marché pour les grosses puissances. (puissance 17 KWh pour hôtel, restaurant, bâtiments publics aux normes d'isolation actuelles) Le rendement est de 165% et les performances exceptionnelles surtout lorsque l'on calcule le rendement en énergie primaire. Fluide frigorigène non polluant (ammoniac) à la différence des PAC électriques dont le fluide utilisé est extrèmement polluant). Rendement constant jusqu'à mois 20°. Silence dû au fait qu'il n'y a pas de pièces en mouvement, gage de fiabilité et de faible coût de maintenance. Faible consommation électrique. Une version de plus faible puissance sera disponible pour les usagers domestiques.

    sous_titre.gif Pompe à chaleur à absorption-diffusion 

    La pompe à chaleur à absorption-diffusion est un groupe de pompe à chaleur (PAC) utilisant de l’ammoniac, de l’eau et de l’hélium comme fluides frigorigènes. La particularité de ce groupe est de n’avoir besoin ni de pompe mécanique ni de compresseurs. Le processus de la PAC à absorption-diffusion auto démarre lorsque de la chaleur arrive. Les fluides frigorigènes circulent dans l’appareil par phénomène physique : la différence de densité et de concentration générées par l’arrivée de chaleur. Au cours du cycle, le fluide frigorigène qu’est l’ammoniac s’évapore dans l’évaporateur et se diffuse en une atmosphère d’hélium. Le fluide frigorigène absorbe ainsi de l’énergie prélevée dans l’environnement. Après passage dans l’évaporateur, le mélange de vapeur d’ammoniac et d’hélium se déverse dans un absorbeur, où le fluide frigorigène se sépare de nouveau de l’hélium. Ce processus ingénieux est généré par l’introduction d’une solution aqueuse dans l’absorbeur. Le fluide frigorigène parfaitement soluble à l’eau est absorbé par l’eau. L’énergie ainsi libérée est mise à la disposition du système de chauffage. L’hélium purifié du fluide frigorigène est de nouveau conduit dans l’évaporateur, où il absorbe une nouvelle fois des fluides frigorigènes. La solution aqueuse, enrichie en fluide frigorigène dans l’absorbeur, s’écoule dans un générateur où un brûleur à air soufflé à gaz produit de la chaleur est introduite dans le générateur. Le fluide frigorigène s’évapore, tandis que la solution aqueuse restante retourne dans l’absorbeur où elle est de nouveau enrichie en agent frigorifique. Le cycle continue et la vapeur de l’agent frigorifique montant du générateur se condense (retour à l’état liquide) dans le condensateur de la pompe à chaleur. La chaleur de condensation produite qui se dégage est transmise dans le circuit chaud destiné au  chauffage. Le condensat retourne dans l’évaporateur, où le cycle recommence (il s’évapore de nouveau et absorbe de la chaleur ambiante), une partie d'un cycle est terminé.

    sous_titre.gif Pompe à chaleur à gaz naturel et CO2

    Ce type d'agent énergétique se distingue des autres énergies fossiles par sa structure chimique en effet, sa teneur énergétique (particulièrement forte par atome de carbone) est 25 % est plus élevé pour le gaz naturel que pour le fioul. Les émissions de dioxyde de carbone (émissions de CO2), qui contribuent à l’effet de serre, sont inférieures de 25 % à celles du fioul étant donné que la même quantité d’énergie exige la combustion de 25 % de carbone en moins.
    Le rendement (soit l’énergie utile produite par énergie gazeuse employée) d’une chaudière à condensation à gaz est d’environ 110 %. Une pompe à chaleur à gaz atteint, grâce à l’utilisation supplémentaire de chaleur environnante renouvelable, 130 à 150 % selon les cas. Le rendement d’une PAC est supérieur d’environ 30 % à celui d’une chaudière à gaz à condensation. Les émissions de CO2 par volume d’énergie utile/produit peuvent donc être réduites une nouvelle fois de 25 % (et même, par rapport au fioul, d’environ 50 %).

    Titre Quelle est la différence entre une pompe à chaleur électrique (PACe) et une pompe à chaleur à gaz (PACg) ?

    Ces deux systèmes de pompe à chaleur se valent, et ont le gros avantage d’utiliser l’énergie environnante, disponible gratuitement (air, sol, eau), ce qui permet d’obtenir des rendements annuels nettement supérieurs à 1. Il est difficile de comparer directement les coefficients de performance, car le rapport apport d’électricité/sortie de chaleur est exprimé au moyen d’un coefficient de performance (COP) dans le cas des pompes à chaleur électriques. Il s'agit dans le cas d’une pompe à chaleur à gaz (PACg), d’un indice de performance. En effet, seule une partie de l’apport de gaz entre dans le circuit de la pompe à chaleur à gaz (PACg) et que le système chauffage récupère également toute la chaleur dégagée par l'appareil en fonctionnement. Une comparaison directe des coefficients de performance de la pompe à chaleur (PACe) et de l’indice de performance de la pompe à chaleur à gaz (PACg) est toutefois impossible dans la mesure où le coefficient de performance dépend pour la pompe à chaleur électrique (PACe) du mode de production d’électricité : à la différence du gaz naturel, l’électricité n’est pas une énergie primaire, mais un agent énergétique secondaire.

    Titre  Puissance utile d'une pompe à chaleur à gaz
    puissance_utile_pac_gaz.jpg
    Le schéma ci-dessus montre l'intérêt d'une pompe à chaleur à gaz qui conserve un maintien de sa puissance quelle que soit la température sans cycles de dégivrages.  Schéma ACQUALYS ®
    sous_titre.gif Bilan écologique des pompes à chaleur électriques et gaz

    Le bilan écologique est dépendant de la production électrique car les émissions de CO2 dépendent de l’origine (mode de production) de l’électricité et de l’incorporation éventuelle de biogaz, neutre en CO2 au gaz naturel. Du point de vue du consommateur, les aspects économiques et le confort sont importants.

    paragraphe.gif Tableau des principales caractéristiques des pompes à chaleur à gaz :
     
    Pompes à chaleur à gaz (PACg)
    Problématique
    Avantages
    Inconvénients
    La pompe à chaleur
    à gaz
    Une PACg peut fournir un rendement énergétique jusqu’à 1.4, donc supérieur à tout autre appareil thermique alimenté à combustible fossile.
    Le développement de ces pompes à chaleur à gaz ne sera pas effectif avant plusieurs années.
    Unités Air-Eau et unités Eau-Eau (application en géothermie possible).
    -
    Haute efficacité énergétique, même à basse température les PACg fournissent 1.4 fois plus de chaleur que le gaz consommé. 
    -
    Le fonctionnement d’une pompe à chaleur à gaz
    Dégivrage de l’échangeur air, sans inversion de cycle, par gaz chaud.
    -
    Lorsque les températures extérieures sont basses, les pompes à chaleur électriques ont de plus en plus de mal à prélever de la chaleur ambiante (p. ex., car le registre aérien est gelé). Même en cas de températures extérieures extrêmement basses, la puissance de la pompe à chaleur à gaz n’est pas inférieure à la puissance nominale du bruleur à gaz, à savoir à la puissance mécanique et thermique du moteur à gaz. Dans le pire des cas, le rendement est encore supérieur à 100 %.
    -
    Puissance modulable en fonction du nombre de modules de 35 à 210kWc.
    Taille des unités importante les destinant à des applications professionnelles (hôtels, restaurants, écoles, lieux publics,  collectivités, salles spectacles, etc)
    L’installation d’une pompe à chaleur à gaz
    Une PACg assure la production d’eau chaude de 30 °C jusqu'à 60 °C pour une température extérieure pouvant aller jusqu’à –20 °C. Son efficacité peut atteindre 144 % grâce à la récupération calorifique des deux phases de condensation du cycle interne pour une consommation gaz de 25,7kW.
    Installation coûteuse actuellement, car la pompe à chaleur à gaz est peu diffusée.
    Les PAC à absorption à gaz peuvent en principe être proposées dans les mêmes secteurs d’activité. Elles sont particulièrement adaptées lorsque la distribution de chaleur se fait via un circuit d’eau chaude. Le chauffage de l’eau sanitaire peut être assuré par une chaudière à gaz associée à des panneaux solaires.
    Les PAC à gaz actuelles dans certains segments, sont en concurrence avec les PAC électriques. Il faut donc une prospection active du marché par les fournisseurs, leurs représentants et les entreprises gazières locales. Les PACg sont utilisées dans les projets plus complexes en raison de leur meilleur rendement, les architectes et les bureaux d’études sont les premiers prescripteurs, mais ils doivent être informés.
    L’entretien et le nettoyage de l’installation sont limités à une intervention par an.
    Les entreprises posant les pompes à chaleur à gaz doivent être elles-mêmes formées et acquérir de l'expérience (formation, stages...).
    Les techniques de chauffe
    Les pompes à chaleur à gaz s’adaptent aux systèmes performants (plancher chauffant, etc.) Dans le segment des immeubles d’habitation, la  PACg à absorption sol-eau est particulièrement adaptée aux constructions neuves, elle est conçue pour une installation intérieure et, en combinaison avec une chaudière, fait office de centrale de chauffe.
    Les PACg sont encore peu connues et peu diffusées.
    Environnement
    Respect de l’environnement, la PAC à absorption n’utilise aucun HCFC ou HFC.
    Utilisation d'une énergie fossile
    Basse émission d’oxyde d’azote (NOx).
    Emission de polluants (NoX)
    Banner gauche Portail habitat Picbleu Réalisations de pompes à chaleur à gaz

    Une chaudière à microcogénération gérée par GDF-Suez a été installée dans une maison de 140 m2 située dans la Drome. Son principe de fonctionnement repose sur l'association d'une chaudière classique à condensation et d'une micro-génération au gaz, un moteur Stirling permet de restituer de l’énergie mécanique grâce à une source chaude (ici, le gaz naturel) combinée à une source froide (le ballon d’eau chaude sanitaire et le chauffage de la maison). C’est un gaz de travail placé entre ces deux sources qui permet de générer un mouvement rotatif producteur de courant : une énergie mécanique est restituée grâce à une source chaude (gaz naturel) combinée à une source froide (le ballon d'eau chaude sanitaire et le chauffage de la maison). Un gaz de travail placé entre ces deux sources engendre un mouvement rotatif producteur de courant. Le fabricant avance une surproduction d’électricité à 20 kWh/m2/an. Une production qui varie en fonction des caprices de la météo. Reste que la performance énergétique de la maison de Valence semble intéressante. Ainsi, cette habitation est catégorisée en classe A moins 20. Les atouts de cette maison test semblent donc plaider en faveur d’une production en série. « On attend que l’offre industrielle sur ce type de chaudière se développe pour envisager de la proposer à tous nos clients, mais c’est sûr qu’il y a une vraie attente. Pas seulement pour des raisons écologiques, mais surtout économiques, ». Certains utilisateurs pourraient faire preuve de scepticisme sur la crédibilité « durable » de la machine fonctionnant au gaz face à des techniques de chauffage qui donneraient (en théorie seulement) « zéro-émission ». La maison de Grenelle est présentée comme la maison de l’éco citoyen. Une maison qui tend vers le niveau zéro en bilan de consommation et qui devrait répondre aux objectifs de 2020 avec l’appui des énergies renouvelables.

     
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