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Pompes à chaleur air/eau

Dans le catalogue des pompes à chaleur air/eau et le catalogue des pompes à chaleur eau/eau, il existe deux façons de définir les points de support de la pompe à chaleur. D’une part, les points de support peuvent être saisis directement dans les champs de la base de données prévus à cet effet (par exemple, « Puissance de chauffage pour A20W35 », « Puissance électrique pour A20W35 »). Les points de support peuvent également être lus à partir d’un fichier. Pour ce faire, le fichier correspondant doit être défini dans le champ « Nom du fichier ». Le fichier doit se trouver dans le répertoire des données Polysun, dans le dossier « profiles » (dans Windows 7, par défaut « C:UsersPublicPolysunprofiles »). Le fichier est au format « csv ». Le format des données diffère pour les différents types de pompes à chaleur et est indiqué dans les sous-chapitres correspondants.

Les points de données du fichier remplacent les entrées dans les colonnes « Puissance calorifique avec XX » et « Puissance électrique avec XX », qui ne doivent donc plus être saisies. Les colonnes restantes, notamment « DeltaT avec A7/W35 », doivent être saisies. Dans le fichier, des points de support pour toutes les températures de l’évaporateur et du condensateur peuvent être saisis.

Pompes à chaleur standard

La pompe à chaleur air/eau est représentée comme un composant avec deux connexions hydrauliques dans Polysun. Le modèle est basé sur les valeurs d’entrée de la puissance thermique et de la consommation d’énergie, qui sont mesurées par la norme d’essai EN 255 ou EN 14511 à des points de support prédéfinis (par exemple A2/W35). La puissance électrique consommée par la pompe à chaleur est calculée en interpolant les points de support. La puissance thermique est déterminée en interpolant les qualités correspondantes des points de support.

Les comportements de glace et de dégel sont également pris en compte par la norme et peuvent donc être simulés dans Polysun. Pour cela, les points de support doivent être saisis de manière à ce que les cellules de dégel soient prises en compte dans la puissance électrique. Les pertes au démarrage de la pompe à chaleur ne sont pas prises en compte dans le modèle.

Ce modèle s’applique aux pompes à chaleur à fréquence fixe. Les pompes à chaleur à vitesse variable sont décrites dans la section Pompe à chaleur air/eau modulante.  

Les résultats « Énergie du/au système » et « Énergie finale » comprennent la puissance de la pompe à chaleur et la puissance du chauffage interne si le chauffage d’appoint a été activé. Cependant, pour calculer le COP ( Coefficient of Performance ) d’un intervalle, la puissance du chauffage interne est soustraite des résultats. Le résultat « coefficient de performance » est donc seulement valable pour le compresseur et non pour la pompe à chaleur entière. 

Le calcul du coefficient de performance prend en compte la consommation d’énergie du compresseur, de la pompe de circulation interne, du ventilateur et de la puissance thermique distribuée.

Dans un schéma hydraulique, il est possible d’alterner entre une chaudière et une pompe à chaleur en réglant la sélection du générateur de chaleur en conséquence.

Les durées de fonctionnement spécifiques à la pompe à chaleur peuvent être définies via les paramètres  » durée de fonctionnement minimale  » et  » durée d’arrêt minimale  » situés dans le thermostat de chauffage.

Q est implémenté à partir des valeurs mesurées, \(T_{v}\) est nécessaire pour cela. Ceci est approximé par \(T_{U} = \frac{Q^{‘}}{k} \cdot V – T_{i}\) (1), \(k = \frac{Q_{ref}}{V_{ref}} \cdot \frac{1}{deltaT_{ref}}\) (2) et Q’ d’intervalle avant ou quand la pompe à chaleur est activée \(Q^{‘} = Q_{ref}\). Polysun calcule ainsi la température de sortie avec Q’, V, T_i .

Dans la version (4.0.5.3), on calcule toujours avec \(deltaT_{ref}\).

Donc : le calcul permet le calcul correct même pour des exceptions choisies arbitrairement : pour (1) et (2) : l’échangeur de chaleur interne est suffisant pour transférer la puissance totale. Le formalisme devient imprécis pour V << V_ref.

Entrée du catalogue avec les points de support du fichier

Le format de données permettant de définir les points de support dans un fichier de profil est comme suit :

#Name der Wärmepumpe;;;;

#Verdampfer[°C];Kondensator[°C];HeizLeistung[W];ElektrischeLeistung[W]

20;35;20800;4100

10;35;18700;4100

…

…

Pompes à chaleur modulantes

La pompe à chaleur air/eau modulante est intégrée à Polysun comme une extension de la pompe à chaleur air/eau. Le mode de fonctionnement est très similaire à celui du modèle de pompe à chaleur air/eau. Sauf définition contraire, les déclarations relatives au modèle de pompe à chaleur air/eau s’appliquent. Voici une vue d’ensemble des différents types de modulation disponibles dans Polysun (le type de modulation est disponible en tant que champ dans le catalogue des pompes à chaleur air/eau) :

Tableau: Types de modulation pour les pompes à chaleur air/eau

Différents modes de fonctionnement peuvent être configurés via les régulateurs pour les pompes à chaleur régulées en fonction du besoin et sur deux niveaux. La valeur de réglage  » État  » de la pompe à chaleur est toujours superposée au mode de fonctionnement. Si cette valeur est réglée sur 0, la pompe à chaleur est toujours désactivée, quel que soit le mode de fonctionnement. Si l’état est réglé sur 1, la pompe à chaleur fonctionne toujours au moins au niveau de sortie le plus bas. Cela signifie que la pompe à chaleur ne s’arrête pas si, par exemple, un 0 est transféré à la pompe à chaleur via  » Niveau de puissance désiré  » dans le mode de fonctionnement  » Niveau de puissance contrôlé « . La pompe à chaleur doit être arrêtée via l’état.

Si le mode de fonctionnement doit être réglé, il faut définir  » Pompe à chaleur : mode de régulation  » comme sortie dans le réglage programmable. Pour chaque état opérationnel, une valeur numérique correspondant à un état opérationnel spécifique doit être attribuée à cette sortie. Dans le tableau suivant, ces valeurs numériques sont énumérées dans la colonne « Valeur de réglage ».

Selon le mode de fonctionnement, des informations supplémentaires doivent être transmises à la pompe à chaleur. Elle est réglée par une sortie supplémentaire dans le réglage. Ces sorties supplémentaires doivent alors se voir attribuer une valeur dans chaque mode de fonctionnement du réglage, qui n’est toutefois prise en compte que si le mode de fonctionnement est réglé en conséquence. Le tableau suivant énumère les modes de fonctionnement possibles.

Tableau: Modes de fonctionnement

Si la sortie de réglage supplémentaire n’est pas configurée dans le mode de fonctionnement 1, 2 ou 3, la pompe à chaleur fonctionne au niveau de puissance maximum.

Si le mode de fonctionnement n’est pas réglé via le réglage, le mode de fonctionnement « Pour production de chaleur » est utilisé en standard.

Si la pompe à chaleur sélectionnée dans le catalogue n’offre pas de régulation de sortie contrôlable (champ « Modulation »), les valeurs de régulation indiquées dans le tableau ci-dessus ne sont pas prises en compte. Dans ce cas, il n’est pas possible de sélectionner « Mode de contrôle », « Puissance contrôlée générateur de chaleur » et « Niveau de puissance contrôlé » dans la configuration du réglage.

Pour le cas classique de la régulation de la puissance en fonction du besoin thermique, deux options de configuration sont disponibles. Il existe deux options pour régler le paramètre de réglage. Le réglage du générateur de chaleur permet de définir une température aller constante pour le chargement du réservoir, par analogie avec le modèle de chaudière. Dans ce cas, le « Mode de contrôle » est implicitement réglé sur « Pour production de chaleur ». Les entrées/sorties de réglage sont configurées comme pour une chaudière modulante.

L’option de régulation plus complexe est réalisée au moyen du réglage programmable, dans lequel, à l’aide de la fonction HEATINGCURVE, c’est-à-dire au moyen de la courbe de chaleur, la température aller actuellement nécessaire pour le circuit de chauffage et, à partir de celle-ci, avec la fonction MATCHFLOW, la puissance thermique nécessaire est calculée. Cette puissance thermique requise est ensuite transmise par une sortie de réglage au « Puissance contrôlée générateur de chaleur ». Avec les systèmes ainsi régulés, il est très important de veiller à ce que la dimension de la pompe à chaleur et les paramètres de la fonction HEATINGCURVE (description détaillée dans le chapitre Réglage programmable) soient adaptés au bâtiment à chauffer et à son site. Si la courbe de chaleur n’est pas configurée de manière appropriée, la pompe à chaleur modulera à un niveau de sortie trop faible dans le pire des cas et ne sera pas en mesure de couvrir le besoin en énergie. Si, en revanche, la courbe est réglée de telle sorte que la pompe à chaleur fournit constamment plus d’énergie que nécessaire, elle retombera en mode on/off au lieu de fonctionner en continu à un niveau de puissance plus faible et à un rendement plus élevé. Dans ce cas, le potentiel de la régulation de puissance n’est pas exploité.

Si la pompe à chaleur est également utilisée pour lle chauffage de l’eau, il est idéal de faire fonctionner la pompe à chaleur à puissance réduite pour le chauffage de l’eau. Ceci peut être réglé avec le mode de fonctionnement « Niveau de puissance contrôlé ».

Pompe à chaleur air/eau à modulation continue

Le modèle de pompe à chaleur air/eau à modulation continue a été développé dans le cadre du projet  » Implémentation de la pompe à chaleur air/eau à régulation de puissance du projet du BFE  » Pompes à chaleur air/eau efficaces grâce à la régulation de puissance continue  » dans le logiciel de simulation Polysun  » [x].

Comme les autres modèles de pompes à chaleur de Polysun, le modèle pour les pompes à chaleur air/eau à modulation continue est basé sur une procédure d’interpolation. Le champ de la courbe caractéristique est décrit avec un certain nombre de points de mesure qui sont enregistrés dans un fichier texte. Il est obligatoire que les points d’interpolation soient stockés dans un fichier de profil. Le format est le suivant :

# Nom de la pompe à chaleur;;;;

#Niveau de puissance[0-1]; Évaporateur [°C]; Condensateur [°C]; Puissance de chauffage [W]; Puissance électrique [W]

1;-20;30;5313;2310

1;-12;30;6745;2448.7

1;-2;30;8739;2553.3…

…

…

0.5;-20;50;2520;1602.034329

0.5;-12;50;3158.1;1683.788578

0.5;-2;50;3989.74;1687.274583

Où « évaporateur » correspond à la température extérieure et  » condensateur  » à la température aller. Ce format d’entrée permet de traiter les données de manière claire dans un tableur tel que Microsoft Excel.

Pour une bonne précision des résultats, un total d’au moins 140 points de support doit être défini. Les points de données doivent couvrir la plage de travail prévue. Pour la simulation des systèmes résidentiels, l’idéal est que les points de données soient répartis sur la plage de valeurs allant de -20°C à +20°C de température extérieure (= température de l’évaporateur) et de 30°C à 60°C de température aller (= température du condensateur). Dans la simulation, il se peut qu’un point de fonctionnement situé en dehors de la plage de température définie dans le fichier soit nécessaire à un pas de temps. Si c’est le cas, la courbe des données est maintenue plate de manière programmatique, comme le montrent les lignes pointillées du diagramme 1 ci-dessous.

À chaque intervalle, la puissance électrique absorbée et la puissance thermique fournie par la pompe à chaleur doivent être calculées pour la simulation.

En cas de fonctionnement pour production thermique, c’est-à-dire le cas standard, la puissance thermique requise est calculée par un régulateur, voir le chapitre Pompe à chaleur air/eau modulante.

La puissance est transférée via une sortie réglage au « Puissance contrôlée générateur de chaleur » du composant de la pompe à chaleur. La température extérieure est donnée par Polysun pour chaque intervalle. Le dernier paramètre d’entrée requis est la température aller à laquelle la pompe à chaleur fonctionne actuellement. Comme elle est uniquement calculée, la température aller est obtenue par extrapolation à partir des données du dernier intervalle (analogue au modèle de pompe à chaleur air/eau non modulante).

Avec les variables d’entrée connues et les points de support définis, le niveau de puissance est calculé dans une première étape au moyen d’une Scattered Data Interpolition. Si cette valeur est inférieure au plus petit niveau de puissance spécifié dans les points de support, elle est arrondie au niveau de puissance le plus petit. Pour le niveau de puissance calculé, la puissance thermique de sortie et la puissance électrique d’entrée actuelles sont interpolées dans la deuxième étape et transmises à la simulation complète du système.

Le fonctionnement pour production d’électricité est largement analogue à celui du fonctionnement pour production de chaleur. Pour déterminer le niveau de puissance, la consommation électrique est utilisée comme point d’interpolation avec la température extérieure et la température aller au lieu de la puissance thermique requise.

Si un niveau de puissance souhaité est transféré directement depuis le régulateur, l’étape d’interpolation pour déterminer le niveau de puissance n’est pas nécessaire.

Par exemple, des systèmes avec et sans chauffage de l’eau sont préparés pour un bâtiment neuf et un bâtiment ancien rénové dans le catalogue des systèmes sous « Systèmes suisses ». Comme mentionné, les paramètres de la fonction HEATINGCURVE doivent être ajustés dans le réglage programmable. Dans le modèle, celui-ci est conçu pour le bâtiment configuré et le site Rapperswil SG.

Pompe à chaleur air/eau à deux niveaux

Le modèle de pompe à chaleur à deux étages est implémenté comme une extension des modèles standard de pompe à chaleur air/eau et eau/eau. Dans ce modèle, une pompe à chaleur à deux niveaux correspond à une unité qui contient intérieurement deux unités connectées en parallèle. Pour une puissance maximale, les deux unités sont activées. Lorsque la puissance est réduite à 50 %, une seule de ces unités est alors en service.

La puissance calorifique au point de fonctionnement actuel est calculée avec le modèle existant. Une réduction à 50% de la puissance est ensuite effectuée en réduisant la puissance calorifique et la puissance électrique de 50%.

En cas de fonctionnement pour production de chaleur, on vérifie si 50% de la puissance peut couvrir le besoin en puissance souhaité. Si c’est le cas, 50% de la puissance est utilisée.

En fonctionnement pour production d’électricité, la puissance est réduite à 50% dès que la puissance électrique disponible est inférieure à 90% de la puissance électrique consommée par la pompe à chaleur à 100% de sa puissance.

En mode de fonctionnement « Niveau de puissance fixe », la puissance est réduite à 50% si le niveau de puissance requis est inférieur ou égal à 50%.

Les points de performance de la puissance totale sont saisis dans la base de données ou le fichier de profil, le format est le même que pour la pompe à chaleur air/eau standard.

Pompes à chaleur à air extrait

Pour augmenter l’efficacité d’une pompe à chaleur à air extrait, l’unité de fourniture d’air de la pompe à chaleur peut être placée dans une partie non chauffée du bâtiment où la température est supérieure à la température extérieure (cave, débarras, garage, etc.). Dans ce cas, ouvrez la fenêtre de dialogue de la pompe à chaleur, sélectionnez le bâtiment correspondant, « intérieur » comme emplacement et « pièces non chauffées » comme source de chaleur. 

Dans la fenêtre de dialogue du bâtiment, vous pouvez également définir la température moyenne des pièces non chauffées.