Pompe à chaleur réversible : chauffage et refroidissement avec un seul appareil
Une pompe à chaleur réversible répond à la fois aux besoins de chauffage et de refroidissement d’un bâtiment à l’aide d’un seul appareil. En hiver, elle fonctionne comme une pompe à chaleur ; en été, elle inverse le cycle frigorifique et fonctionne comme un refroidisseur. Cela permet de combiner le chauffage des locaux, l’eau chaude sanitaire et le refroidissement du bâtiment au sein d’un seul système hydraulique.
Cet article décrit la simulation d’une pompe à chaleur réversible dans Polysun. Le modèle de calcul sous-jacent correspond au modèle standard d’une pompe à chaleur air-eau. Les deux modes de fonctionnement — chauffage et refroidissement — ont été définis au sein du même composant et alternés au cours de la simulation.
Modélisation de la pompe à chaleur réversible
La pompe à chaleur réversible est représentée sous la forme d’un composant doté de deux raccordements hydrauliques. Pour les deux modes de fonctionnement, Polysun utilise la même méthode d’interpolation que pour la pompe à chaleur air-eau : à partir des points de données mesurés concernant la puissance de sortie et la consommation électrique, la puissance thermique de sortie et la consommation électrique actuelles sont interpolées pour chaque pas de temps.
- Mode chauffage : La source de chaleur sélectionnée (air extérieur, saumure ou eau) sert de source de chaleur ; le condenseur alimente le circuit de charge ou de stockage. Le point de référence est A7/W35 ; le rendement est exprimé en COP.
- Mode refroidissement : le cycle thermodynamique est inversé. Le circuit de charge est désormais refroidi par l’évaporateur, et la chaleur extraite est transférée vers la source sélectionnée, qui fait désormais office de dissipateur thermique. Le point de référence est A35/W18, et le rendement est exprimé en EER.
Sélectionnez le mode de fonctionnement : Chauffage, Refroidissement ou Réversible
Dans la boîte de dialogue des composants de la pompe à chaleur, utilisez le menu déroulant « Modalité de fonctionnement de la pompe à chaleur » pour définir le mode de fonctionnement de l’appareil :
- Chauffage : la pompe à chaleur produit exclusivement de la chaleur.
- Refroidissement : la pompe à chaleur fonctionne exclusivement comme un refroidisseur.
- Pompe à chaleur réversible : l’appareil peut fonctionner dans les deux modes ; le mode est basculé au cours de la simulation.
Pour un système réversible, sélectionnez « Pompe à chaleur réversible ».
Passage du mode chauffage au mode climatisation
Le réglage programmable utilise la sortie « Modalité de fonctionnement » pour déterminer quel mode de fonctionnement est actif à un moment donné :
| Modalité de fonctionnement | Valeur de référence |
|---|---|
| Chauffage | 1 |
| Refroidissement | 2 |
En règle générale, le mode de fonctionnement est défini en fonction de la saison, de la température extérieure ou des besoins actuels du bâtiment en chauffage ou en refroidissement. La configuration des sorties de commande est décrite dans le chapitre « Réglage programmable ».
Remarque : le « modalité de fonctionnement » de la pompe à chaleur réversible est indépendant du « mode de régulation » de la pompe à chaleur air-eau modulante (régulation en chaleur, régulation en puissance, niveau de puissance défini). Il détermine uniquement le sens de circulation du circuit frigorifique. Si aucun modalité de fonctionnement n’est défini, la pompe à chaleur reste en mode chauffage.
Fiche catalogue de la pompe à chaleur réversible
Les pompes à chaleur réversibles répertoriées dans le catalogue indiquent les données de performance pour les deux modes de fonctionnement. Les champs les plus importants :
| Champ | Signification |
|---|---|
| Puissance calorifique avec A7/W35 | Puissance thermique de chauffage au point de référence |
| Puissance électrique avec A7/W35 | Puissance électrique en mode chauffage au point de référence |
| Puissance frigorifique avec A35/W18 | Puissance de refroidissement au point de référence |
| Puissance électrique de refroidissement avec A35/W18 | Puissance électrique en mode refroidissement au point de référence |
| COP avec A7/W35 | Coefficient de performance en mode chauffage |
| EER avec A35/W18 | Coefficient de performance en mode refroidissement |
| Facteur d’echelle | Facteur permettant de mettre à l’échelle toutes les données de performance (par exemple, pour des appareils en parallèle) |
Température mal fonctionnement pour haute pression | Température de sortie du condenseur au-delà de laquelle la pompe à chaleur s’arrête en mode chauffage (arrêt haute pression) |
Défaut basse pression (circuit de chargement, refroidissement) | Température minimale de départ dans le circuit de charge en mode refroidissement ; si la température descend en dessous de ce niveau, la pompe à chaleur s’arrête. |
| Source de chaleur | Source ou puits de chaleur : air extérieur, saumure ou eau |
De plus, la boîte de dialogue du composant comprend les champs de saisie « Environnement » (à l’extérieur/à l’intérieur), « Lieu d’installation » et « Pertes de chaleur dans la surface habitable chaufféö », à l’instar de la pompe à chaleur air-eau.
Points de référence issus de fichiers de profils
Comme pour les autres types de pompes à chaleur, les points de référence peuvent être saisis directement dans les champs du catalogue ou importés à partir d’un fichier de profils. Le fichier doit se trouver dans le dossier « profiles » du répertoire de données Polysun et être au format « csv ».
La pompe à chaleur réversible utilise deux fichiers de profil distincts :
- un fichier de profil pour le mode chauffage,
- un fichier de profil pour le mode refroidissement,
Ces deux fichiers ont la même structure que le fichier de profil de la pompe à chaleur air-eau. Le fichier de profil de chauffage contient la puissance de chauffage, et le fichier de profil de refroidissement contient la puissance de refroidissement ; le point de référence pour les données de refroidissement est A35/W18.
Structure du fichier de profil de chauffage :
#Nom de la pompe à chaleur;;;;
#Évaporateur[°C];Condenseur[°C];PuissanceChauffage[W];PuissanceÉlectrique[W]
20;35;20800;4100
10;35;18700;4100
…
En mode chauffage, le terme « évaporateur » correspond à la température de la source de chaleur (par exemple, l’air extérieur), tandis que le terme « condenseur » correspond à la température de départ du circuit de charge. En mode refroidissement, l’affectation des niveaux de température est inversée : « Évaporateur » désigne alors la température de départ (froide) du circuit de refroidissement, et « Condenseur » désigne la température du dissipateur de chaleur (par exemple, l’air extérieur).
Les mêmes règles de formatage s’appliquent que pour la pompe à chaleur air/eau (séparateur « ; », tous les en-têtes précédés de « # », aucune ligne ne doit comporter de valeurs manquantes, aucun point de données ne doit être dupliqué).
Remarques sur le calculation et la simulation
- Commutation via le régulateur uniquement : la pompe à chaleur réversible change de mode de fonctionnement exclusivement via la sortie « Mode de fonctionnement » du régulateur (1 = chauffage, 2 = refroidissement).
- La source de chaleur devient un dissipateur de chaleur : en mode refroidissement, la pompe à chaleur transfère la chaleur extraite du bâtiment vers la source sélectionnée dans le catalogue. Cet apport de chaleur supplémentaire doit être pris en compte lors de la conception de la source (par exemple, sondes géothermiques).
- Défaut de haute pression : si la température de sortie du condenseur dépasse la valeur « Température de défaut de haute pression », la pompe à chaleur s’arrête en mode chauffage.
- Défaut de basse pression (circuit de charge, refroidissement) : si la température de départ dans le circuit de charge descend en dessous de la valeur enregistrée, la pompe à chaleur s’arrête en mode refroidissement. Cela permet d’éviter le givrage ou la formation de condensats.
- Modulation en mode refroidissement : les types de modulation « Aucune » et « Selon les besoins » sont disponibles pour le mode refroidissement.
- Les pertes de démarrage ne sont pas prises en compte, comme dans le modèle standard.
Résultats de la simulation
Dans l’aperçu des résultats du composant, les modes de chauffage et de refroidissement sont affichés séparément :
| Déscription | Symbole | Unité | Signification |
|---|---|---|---|
| Énergie du/au système | Qaux | MWh | Énergie thermique fournie au système |
| Énergie de refroidissement du/vers la système | Qaux_cooling | MWh | Énergie de refroidissement extraite du système (signe négatif) |
| Consommation de l’énergie électrique et du combustible | Eaux | kWh | Consommation d’électricité (chauffage et climatisation) |
| Coefficient de performance | COP | – | Coefficient de performance annuel en mode chauffage |
| Coefficient de performance en refroidissement | EER | – | Coefficient de performance annuel en mode refroidissement |
| Etat | % | – | Niveau de performance moyen |
| Durée de fonctionnement | h | – | Durée de fonctionnement |
| Nombre d’allumages | – | – | Nombre de démarrages du compresseur |
Dans vue d’ensemble des résultats de la variante, l’énergie de refroidissement est également affichée sous la forme « Énergie de refroidissement distribuée » (Qaux_cooling).
Modèles standard
Ce modèle standard est disponible pour la conception de systèmes de pompes à chaleur réversibles : « Variante 70 m : pompe à chaleur air-eau réversible avec ballon tampon et réservoir de stockage de froid ». La pompe à chaleur réversible alimente un circuit de chauffage équipé d’un ballon tampon et un circuit de refroidissement — séparé du circuit de chauffage par le sélecteur de mode de fonctionnement et deux vannes à trois voies — équipé d’un réservoir de stockage de froid. Les circuits de chauffage et de refroidissement sont chacun raccordés à un immeuble d’habitation via leur propre collecteur équipé d’une pompe de circulation.
