Pompe à Chaleur Haute Température

Pompe à Chaleur Haute température – Guide pour Polysun

Les pompes à chaleur haute température (HT) prennent une importance croissante dans les technologies énergétiques modernes. Cela s’applique d’une part à la modernisation des bâtiments existants présentant des températures de départ élevées, et d’autre part, elles jouent un rôle clé dans les applications de chaleur de processus industriel.

Cet article décrit la simulation d’une pompe à chaleur HT dans Polysun. Un profil CSV étendu sert de base technique à cet effet. Par rapport au modèle standard, ce profil prend explicitement en compte les différences de température au niveau de l’évaporateur et du condenseur. Le logiciel interpole ainsi les données de performance de manière encore plus précise, ce qui permet de reproduire fidèlement le comportement opérationnel réel de l’installation.

Modélisation de la Pompe à Chaleur

Pour représenter précisément le comportement thermodynamique de la pompe à chaleur HT jusqu’à 144 °C sur l’ensemble de sa plage d’utilisation, quatre grandeurs d’influence sont déterminées:

Température de l’évaporateur ($T_V$): Elle correspond à la température de la source de chaleur choisie (telle que l’eau souterraine, la saumure ou l’air extérieur).
Température de sortie du condenseur ($T_K$): Il s’agit de la température de départ du système de chauffage. Pour les pompes à chaleur HT, cette valeur se situe généralement bien au-dessus de 55 °C.
Différence de température à l’évaporateur ($\Delta V$): Elle décrit l’écart thermique (le saut de température) entre l’entrée et la sortie du côté de la source.
Différence de température au condenseur ($\Delta K$): Cet indicateur définit l’écart entre l’entrée et la sortie du côté du puits thermique (circuit de chauffage).

Pompe à chaleur haute température : Extension du modèle standard

La prise en compte individualisée des différences de température constitue une extension majeure de la modélisation logicielle des pompes à chaleur. Elle permet aux concepteurs de déterminer les points de fonctionnement avec une précision bien supérieure. Cela s’avère particulièrement avantageux en cas de débits variables ou d’écarts de température fortement fluctuants.

Modèle standard

Dans le modèle standard, le logiciel effectue ses calculs sur la base de différences de température fixes et non modifiables. Par conséquent, l’adaptation flexible à des conditions de fonctionnement divergentes est très limitée.

Différences de température réglables sur les systèmes HT

Il s’agit ici d’une extension fonctionnelle du modèle standard. Les utilisateurs activent cette fonction simplement en chargeant un profil CSV étendu. Polysun complète ainsi la fonctionnalité standard par des différences de température librement définissables.

Selon le type de pompe à chaleur sélectionné, les options de réglage suivantes sont disponibles:

Pompes à chaleur saumure/eau et eau/eau:
- $\Delta V$ (côté évaporateur) : Différence de température réglable à l’évaporateur.
- $\Delta K$ (côté condenseur) : Différence de température réglable au condenseur.
Pompes à chaleur air/eau:
- $\Delta K$ (côté condenseur) : Différence de température réglable au condenseur.
- Remarque : La colonne pour le delta de l’évaporateur ($\Delta V$) est supprimée du profil, car le côté évaporateur est déterminé par la température de l’air extérieur et aucun écart ne doit être défini sur le circuit primaire.

Remarque : La modélisation étendue est particulièrement recommandée pour les installations exploitées en dehors des points de dimensionnement standards, par exemple avec des débits fortement variables ou lors d’analyses détaillées de l’efficacité basées sur des données de fonctionnement réelles.

Profil CSV pour les pompes à chaleur HT

De la même manière que pour les autres types de pompes à chaleur modulables, vous définissez les points d’appui dans un fichier de profil. Le profil CSV pour les pompes à chaleur haute température contient toutefois deux colonnes supplémentaires pour les différences de température.

La syntaxe CSV complète est la suivante:

#LoadStage[0-1];Evaporator[°C];Condenser[°C];Delta_V[K];Delta_K[K];ThermalCapacity[W];ElectricalPower[W]

Nom de la colonne	Signification	Plage de valeurs/ Remarques
LoadStage	Rapport de charge partielle	0 = arrêt, 1 = pleine charge
Evaporator	Température d’entrée côté source en °C	Ex. : température de l’eau souterraine
Condenser	Température d’entrée côté puits (départ) en °C	Plages HT typiques : 70–100 °C
Delta_V	Différence de température à l’évaporateur en Kelvin	Écart de la source (Entrée – Sortie)
Delta_K	Différence de température au condenseur en Kelvin	Écart du puits (Retour – Départ)
ThermalCapacity	Puissance thermique fournie en Watts	Nombres positifs
ElectricalPower	Puissance électrique absorbée par le compresseur en Watts	Nombres positifs

Exemples d’entrées pour une pompe à chaleur haute température eau/eau

#Nom de la pompe à chaleur;;;;
#LoadStage[0-1];#Evaporator[°C];Condenser[°C];Delta_V[K];Delta_K[K];ThermalCapacity[W];ElectricalPower[W] 0.2;-20;35;3.0;5.0;8024.2;3040.1 0.3;-15;55;2.5;4.8;12500.0;4960.0 0.6;0;70;2.0;6.0;21000.0;9100.0 1.0;5;80;1.8;7.2;35000.0;16500.0
…

Exemples d’entrées pour une pompe à chaleur haute température air/eau

#Nom de la pompe à chaleur;;;;
#LoadStage[0-1];#Evaporator[°C];Condenser[°C];Delta_K[K];ThermalCapacity[W];ElectricalPower[W] 0.25;-20;35;5.0;4687.5;1521.2 0.5;-20;35;5.0;9375.0;3042.3 0.75;-20;35;5.0;14062.5;4563.5 1.0;-20;35;5.0;18750.0;6084.7 …

Remarques sur le calcul et la simulation

Pour garantir une simulation sans erreur dans Polysun Designer, vous devez respecter trois règles physiques fondamentales:

Température de la source de chaleur: Pour des raisons thermodynamiques, la température de l’évaporateur doit toujours être inférieure à la température du condenseur.
Différences de température: En pratique, des écarts de température plus importants entraînent généralement un COP (Coefficient de Performance) plus bas. Polysun prend précisément cet effet en compte via les valeurs renseignées dans le profil.
Points d’appui manquants: Il n’est pas nécessaire de définir des points d’appui pour chaque point de fonctionnement imaginable. Le modèle d’interpolation mathématique du logiciel fonctionne de manière fiable avec les données disponibles. Gardez toutefois à l’esprit que la précision diminue légèrement avec chaque point d’appui manquant.

Modèles pour le dimensionnement des pompes à chaleur haute température

Polysun propose les schémas de modèles de planification suivants pour les pompes à chaleur haute température. Ils peuvent être enrichis et modifiés, ce qui permet de calculer avec précision le dimensionnement de la pompe à chaleur:

61a: 61a: Pompe à chaleur air-eau haute température dans les bâtiments existants

125kW High-Temperature Heat Pump Schematic with PV Integration, 2 Buffer Tanks and Heating

61b: Processus industriel avec pompe à chaleur haute température

System diagram illustrating an industrial process with a 200 kW high-temperature heat pump, 100,000-liter buffer storage tank, and radiator heating elements for an industrial hall.

61c: Réseau de chaleur local à haute température avec cogénération et pompe à chaleur haute température

District Heating Schematic with Data Center Waste Heat Recovery

61d: Pompes à chaleur haute température en parallèle pour la chaleur de processus

Technical schematic diagram from Polysun simulation software showing a 200 kW high-temperature brine/water or water/water heat pump integrated with a 100,000-liter buffer storage tank for an industrial hall heating system.

Vous trouverez d’autres schémas de planification pour le dimensionnement des pompes à chaleur avec réservoir tampon soit dans notre logiciel, soit dans cet article de blog, dans lequel six schémas hydrauliques éprouvés sont présentés et expliqués.