dernier update: 03/07/2019

Optimisation d'une pompe à chaleur géothermique

Je dispose d'une pompe à chaleur géothermique depuis janvier 2012 et elle me donne toute satisfaction.

Malgré une recherche approfondie sur le Net, je n’ai pas trouvé la réponse à la question suivante :

Pour quelles raisons matérielles (thermodynamiques) et solidement argumentées, on n’a pas développé de procédé qui permettrait d’utiliser une partie de la chaleur produite par la PAC (aval) pour relever la température de départ de l’eau glycolée (amont) ?

Analogiquement au fait que le mouvement perpétuel ne peut pas exister en physique, je sais évidemment qu’avec un COP(°) de 1, il serait vain de croire qu’une telle opération puisse se révéler positive, car on subirait immanquablement une perte ; l’application d’un tel procédé serait alors contreproductive.

En ce qui concerne ma PAC, j’obtiens des COP suivants (derniers relevés sur l’ordinateur de bord de la PAC),
d’environ :
- 7,2 (eau glycolée à 21°)
- 6,8 (…19°)
- 6,3 (…17°)
- 5,9 (…15°)
- 5,4 (…13°)
- 5 (…12°)
- 4.5 (…11°)
- …
- 3 (…5°) (noté l’hiver passé)

N.B. La température du sol de captation ne dépasse jamais les 16° (été), mais il faut savoir qu’alors, l’eau glycolée se réchauffe quelque peu sur le trajet vers la PAC, ce qui explique les 21° etc. indiqués (elle passe d’ailleurs très vite de 21° à 19° lorsque la PAC fonctionne).

Imaginez alors qu’on utilise ainsi une partie de la chaleur produite par la PAC pour relever la température de départ de l’eau glycolée ; exemple concret : si le COP atteint par exemple 4,5 (eau à 11°) et qu’on porte l’eau à 19° (le maximum toléré par une PAC est de 20°), le COP va donc grimper à 6,8.
Supposons (cas de figure) que la PAC fonctionne durant une heure avec un COP de 4,5 (consommation de 2,2kWh en l’occurrence), elle devrait alors immanquablement fonctionner moins longtemps (30% en moins = 20 minutes épargnées) grâce au relèvement du COP à 6,8 ; la PAC devrait consommer au moins 30% en moins, d’où une économie théorique de 0,7 kWh. (°°)

Je sais qu’il faudra alors retirer la partie « perdue » de la chaleur produite qui a servi à réchauffer l’eau glycolée en amont. N’ayant pas pu encore faire ce type d’essai, vu le matériel (expérimental) à ajouter, on pourrait estimer l’économie à environ 0,5 kWh voire moins mais l’opération ne pourrait donc théoriquement être que positive.

En transposant cette année ce raisonnement sur l’ensemble des mois de chauffe de septembre (car il fait présentement inhabituellement froid ici en Belgique) à au plus tard mi-mai, on peut donc imaginer une économie d’échelle très intéressante.

Armé de cette réflexion, j’ai contacté le service technique (pour les professionnels) de la marque de ma PAC.
La personne que j’ai eu en ligne et qui avait l’air de très bien s’y connaître en PAC, m’a répondu que « cela ne se faisait pas » (point barre) et donc sans me donner (car elle les ignorait !!!) les raisons techniques, rationnelles qui justifieraient l’absence irrémédiable du recours à un tel procédé.
Aussi abstenez-vous de me lancer une telle réponse (toute dogmatique d’ailleurs) ! On gagnera du temps !
  Ça m’a furieusement rappelé le « théorème du singe » !!!


(°) Par exemple, une PAC qui produit 3 kWh de chaleur pour une consommation de 1 kWh électrique, a un COP égal à 3. Plus le COP est élevé, plus la pompe à chaleur est performante (moins elle consomme).
Et donc :
Énergie transférée par la PAC (chaleur restituée dans le bâtiment)
le COP = ---------------------------------------------------------------------------------------
Énergie consommée pour réaliser le transfert (compresseur et auxiliaires)

(°°) J’observe un phénomène analogue en été lorsque la PAC fonctionne alors uniquement pour l’ECS : pour que la température de l’eau du boiler monte de 25° à 45°, cela prend alors une quinzaine de minutes, alors qu’en saison froide, cela prend en général près d’une heure pour arriver au même résultat. En pareil cas, l’économie est chaque jour d’été de ¾ de 2,2 kWh et donc d’environ 1,6 kWh par rapport à ce qui se produit en saison froide.

 Pourtant un meilleur COP pourrait être obtenu  et la PAC tournera forcément moins longtemps et ce qui donc entraînera :
1° une moindre consommation,
2° moins de retrait de calories dans la terre et sous terre, il y aura donc une chute de température moins grande, ce qui est un autre facteur qui raccourcira le temps de fonctionnement de la PAC et augmentera aussi l’économie en consommation.
N.B. avec une PAC non géothermique, on ne pourra gagner que sur le 1°

3° sachant que l’eau glycolée de retour est à une température d’environ quatre degrés de moins qu’à l’aller.
du fait qu’on réchauffera l’eau glycolée à l’aller, elle aura donc une température de retour plus haute que sans l’apport de ce système. En toute logique, le sous-sol de captation se refroidira immanquablement moins vite et offrira donc une eau glycolée à une température légèrement plus haute.

 Merci pour vos éclairages

 Cordialement,

 Baudouin Labrique

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Commentaires

Réponse utile
User name
Bohdan Soroka
12/10/2017
Réponse utile

Bonjour M. Labrique,

Il me semble que vous donnez tous les éléments de réponse dans votre question...

Augmenter la température d'évaporation (ce que vous appelez l'amont) permet effectivement d'augmenter le rendement de votre installation. En utilisant la chaleur du condenseur (l'aval) pour préchauffer l'évaporateur (l'amont), vous allez être certes plus efficace mais la puissance utile sera perdue. En d'autres mots, vous allez améliorer le COP de votre installation, mais vous allez aussi gaspiller son effet utile. Pour faire une analogie -comme en début de votre question- c'est comme si vous amélioriez le rendement d'une éolienne en plaçant un ventilateur devant celle-ci...alimenté par elle. Le rendement sera meilleur (plus d'électricité produite pour les mêmes conditions climatiques) mais une partie de cette électricité sera perdue. C'est pour cela que "ça ne se fait pas".

J'espère avoir répondu techniquement et rationnellement à votre question.

Bien à vous,

User name
BAUDOUIN LABRIQUE
12/10/2017

COMPARAISON N'EST PAS RAISON, comme dit le dicton. En effet, ce n'est pas comme si on ajoutait à la PAC de la chaleur comme on ajouterait de l'air devant un éolienne (suivant votre exemple), car l'éolienne n'a pas la capacité de multiplier l'ai en plus qui lui est donné, alors que la PAC le fait et jusqu’à >7 (COP) dans les meilleures conditions (lorsque l’eau glycolée qui vient du circuit enterré est à 20°).
En fait, une partie de la chaleur fournie par la PAC est alors utilisée pour faire grimper la température de l’eau glycolée et la PAC multipliant le kWh consommé >7 (et donc >7 kWh). Il ne s’agit donc pas de procédé mettant en jeu une machine sur-unitaire. Je reste persuadé qu’il faudrait faire l’expérience pratique, mais je ovulais savoir si cela s’était en l’occurrence déjà fait.

User name
Bohdan Soroka
12/10/2017

Non, je doute que quelqu'un -avec quelques notions des principes de thermodynamique- aie déjà pensé à cela...
Bon amusement dans votre expérimentation et dans vos raisonnements.

User name
BAUDOUIN LABRIQUE
13/10/2017

Problématique annexe :

Je pensais aussi élever la température d’arrivée de l’eau glycolée, cette fois, via un réchauffeur électrique ad hoc
(cf. le modèle trouvé sur Internet : www.retrouversonnord.be/devis_rechauffeur_eau_glycolee.pdf ; N.B. il est limité à 2kWh de consommation
ce qui tient la route a priori)
Le but est aussi de booster le cop de la PAC et donc diminuer la consommation
du fait du raccourcissement du temps de fonctionnement pour le même résultat.

Voici les caractéristiques relatives à l'eau glycolée et son branchement sur la PAC :
- température à l’entrée : de 0° à 16°
- température à la sortie : maximum 20°
- débit : entre 800 et 1.500 litres par heure
- pression : de 1 à 1,5 bar
- tension d'alimentation : 220v
- diamètre intérieur du tuyau d'entrée : 2,5cm / extérieur : 3cm

Connaissez-vous une telle application ?

User name
Christian Claeys
03/07/2019

Dans mon ancienne installation PAC géothermique, l’eau du circuit des panneaux solaires était envoyée vers le circuit sol jardin en été soit disant pour réchauffer ce même sol, lorsque l’eau chaude sanitaire était suffisamment réchauffée. Vu l’inertie de ce même sol jardin, ça ne changeait pas grand chose mais rendait l’installation beaucoup plus complexe (vannes à trois voies, contrôle électronique pour ouvrir et fermer ces vannes...).
Pour la pérennité d’une installation, vaut mieux faire simple....

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