Le principe général retenu dans tous les schémas proposés est d’utiliser une ou plusieurs PAC pour réchauffer les retours des réseaux de chauffage.
Selon l’objectif premier recherché (performance énergétique, décarbonation ou optimisation des coûts d’investissement ou de fonctionnement), le positionnement de la PAC pourra varier.
C’est ainsi que nous proposons :
- Des schémas en hybridation totale avec la PAC située en amont de la chaudière d’appoint sur le retour général de tous les réseaux secondaires ; ces schémas vont favoriser le taux de couverture PAC et donc la décarbonation (schémas SS1, DS1, DS2, DS4, DS6, TS2, TS5)
- Des schémas en hybridation partielle avec la PAC située sur le retour de quelques réseaux secondaires, la chaudière assurant l’appoint sur ces réseaux et la totalité sur les autres réseaux ; ces schémas représentent un bon compromis (adaptation des schémas mono-circuit)
- Des schémas en hybridation mono-circuit avec la PAC située sur le retour d’un seul réseau secondaire avant le by-pass de la vanne 3 voies afin de pouvoir travailler avec le débit le plus important ; la chaudière assurant l’appoint sur ce réseau et la totalité sur les autres réseaux ; ces schémas vont favoriser la performance énergétique (COP moyen annuel) et le coût d’investissement (schémas DS3, DS5, TS1, TS3, TS4
Les schémas proposés sont classés en trois catégories :
- Simple Service (SS) pour chauffage seul
- Double Service (DS) pour chauffage et Eau Chaude Sanitaire
- Triple Service (TS) pour chauffage, rafraîchissement et Eau Chaude Sanitaire
Pour les schémas Simple Service et Double Service, la ou les PAC seront dimensionnées sur 15 à 40% des besoins en puissance de chauffage selon l’objectif recherché et la ou les chaudières sur 100% des besoins de chauffage ou sur la puissance ECS si elle est supérieure aux besoins de chauffage.
Pour les schémas Triple Service, la ou les PAC seront dimensionnées sur les besoins en puissance de rafraîchissement et la ou les chaudières sur 100% des besoins de chauffage ou sur la puissance ECS si elle est supérieure aux besoins de chauffage.
Les ballons tampon sont tous proposés en trois piquages. Cela permet de garantir une température départ PAC jusqu’aux circuits secondaires, sans pertes liées au brassage dans le ballon tampon. L’expérience nous démontre que les pertes peuvent être importantes (jusqu’à 2°C) ; et c’est d’autant plus préjudiciable en mode froid puisque les ΔT aller/retour sont faibles (5°C en général).
Cela dit, les schémas fonctionnent tout de même avec des ballons tampon 4 piquages ; les performances seront moindres mais cette solution peut correspondre à des offres industrielles.
Tous les schémas sont dessinés avec 1 ou 2 réseaux secondaires, 1 ou 2 PAC et 1 chaudière.
Selon les besoins du projet ou le type de matériel choisi, les schémas pourront être adaptés en rajoutant des réseaux ou des équipements de production.
Trois types de chaudières existent : des chaudières avec contrainte de débit et de température, des chaudières avec seulement une contrainte de débit et des chaudières sans contrainte. Ces trois variantes sont représentées sur les schémas SS1 et DS1 avec les dénominations SS1bis, SS1ter, DS1bis et DS1ter. Nous ne les avons pas représentées sur les autres schémas mais ils sont tous adaptables en bis et ter selon le type de chaudière comme les schémas DS1 et SS1.
Fiche technique du schéma TS5 (été/hiver)
Présentation
Hybridation des deux circuits de chauffage ou hybridation totale du chauffage avec la PAC 1.
Le choix d’hybrider l’ensemble des réseaux de chauffage se justifie par exemple pour l’une des raisons suivantes :
- Les réseaux 8 et 9 sont deux réseaux régulés
- Leurs lois d’eau sont compatibles avec de bonnes performances de la pompe à chaleur.
Si l’un des deux réseaux est haute température (incompatible avec de bonnes performances de la PAC, préférer une hybridation partielle ou mono circuit).
Rafraichissement des deux réseaux.
Hybridation de l’ECS avec une seconde PAC P2
La chaudière est une chaudière condensation sans contrainte de débit et de température.
Dimensionnement :
La puissance de la pompe à chaleur P1 (Ppac) sera dimensionnée en mode chaud entre 15 et 40% des déperditions (D).
Ppac(0/50°C) = 0,15 à 0,4 x D suivant l’objectif recherché par le maître d’ouvrage (décarbonation, performance énergétique maximum, RE2020, …).
La chaudière est dimensionnée pour assurer l’intégralité des besoins de chauffage du site
Si le besoin de froid du site est supérieur à cette valeur la PAC P1 sera dimensionnée sur ce besoin de froid.
La puissance de la PAC P2 doit permettre une mise en température du ballon tampon ECS à la température T2 choisie par le concepteur dans une durée comprise entre 4 et 6h
Points d’attention : Description
Les réseaux 8 et 9 sont obligatoirement deux réseaux régulés. Si la loi d’eau d’un des deux réseaux est supérieure à certains moments de l’année à la température maximale que peut fournir la PAC (les jours les plus froids de la saison de chauffe par exemple), la chaudière complètera le besoin de température. La chaudière apportera également la puissance nécessaire une fois la puissance maximale de la PAC P1 atteinte.
Les ballons des PAC sont en eau technique (non sanitaire).
Le sur débit primaire par rapport au secondaire (idéalement de 5%) va progressivement charger les ballons des PAC aux températures T1 et T2.
Dans chaque cas, la PAC se mettra à l’arrêt dès lors que son delta T mini sera atteint. Le ballon en question sera alors complètement chargé. Les circulateurs des PAC restent en fonctionnement. Lors d’un nouveau besoin, le ballon en question se déchargera jouant ainsi son rôle d’inertie avant que la PAC ne se remette en route.
Ici la production d’ECS est laissée au libre choix du concepteur.
- Echangeur à plaque + ballon de stockage ECS
- Ballon de stockage ECS avec échangeur intégré dans le ballon
- Stockage primaire + échangeur à plaque
La vanne 3 voies V7 doit être pourvue d’un moteur avec retour à zéro par manque de courant afin de s’assurer de sa fermeture en été pour ne pas engager la chaudière en réchauffage du circuit parce que T7 a détecté une température trop basse par rapport à la consigne du régulateur.
Fonctionnement en mode hiver
En chauffage
Les circuits de chauffage 8 et 9 sont alimentés par la PAC P1 et une chaudière à condensation (sans contrainte de débit ni de température) qui assure l’appoint aussi bien en température qu’en puissance.
La PAC P1 a pour consigne de maintenir la température T1.
La consigne en T1 doit tenir compte de la consigne du circuit chauffage dont la loi d’eau est la plus importante auquel il faut ajouter un décalage de consigne de +xK.
Ceci a pour but de privilégier le fonctionnement de la PAC P1 par rapport à celui de la chaudière et s’assurer que cette dernière s’enclenchera que lorsque la température en T7 n’est pas suffisante.
En effet, si la température T1 est inférieure à la consigne chaudière mais qu’elle se situe dans la Bande Proportionnelle ou hystérésis de la consigne chaudière, la chaudière ne pourra pas s’enclencher et le confort ne sera pas satisfait. Le seul moyen d’éviter ce phénomène est de créer un décalage entre la consigne T1 et la consigne chaudière équivalente à la consigne T7.
Si la température T1 devient inférieure à la consigne, la sonde T7 va le détecter et demander à la vanne V7 de s’ouvrir pour que la chaudière apporte petit à petit le complément de chaleur nécessaire aux circuits de chauffage.
Dit autrement, en fonction de la chute de température constatée en T7 par rapport à la consigne du réseau le plus défavorisé, la vanne trois voies V7 va œuvrer de manière à forcer progressivement une partie du débit à circuler vers la chaudière.
Dès que la température T1 devient égale à la température désirée par les réseaux de chauffage +xK, T7 va détecter l’excès de calorie apporté par la chaudière et donc V7 va se fermer. La PAC assure alors seule, le besoin de chauffage.
Ce principe de régulation qui permet à la PAC P1 et à l’appoint chaudière de satisfaire la loi d’eau du circuit chauffage le plus demandeur favorise la performance ou le COP de la PAC P1.
La consigne PAC P1 en T1 peut également être réglée à une température supérieure à celle des circuits chauffage. Ce choix maximisera cette fois-ci son temps de fonctionnement ou son taux de couverture.
Lorsque la PAC à la puissance nécessaire pour satisfaire la consigne T1 (loi d’eau du réseau le plus défavorisé + x°K), ce sont les vannes V8 et V9 qui maintiendront les lois d’eau souhaitées par les deux réseaux de chauffage.
La chaudière suit la consigne du réseau de chauffage le plus demandeur.
Elle se met en route si un écart entre cette consigne et T7 est constaté.
En ECS
La PAC P2 assure le préchauffage de l’eau nécessaire à la production d’ECS. Elle a pour consigne de maintenir la température T2 en sortie de ballon.
T2 est fixe et choisie par le concepteur pour être compatible avec de bonnes performances de la PAC P2 suivant le fluide frigorigène choisi pour la PAC.
Fonctionnement en mode été.
La PAC P1 assure le rafraichissement des deux réseaux. Elle devra maintenir en T1 la consigne de rafraichissement des deux réseaux par exemple 7°C.
La PAC P2 est en fonctionnement pour l’eau chaude sanitaire avec une logique identique à celle de l’hiver.
Fiche technique du schéma TS4 (été/hiver)
Fiche technique du schéma TS3 (été/hiver)
Fiche technique du schéma TS2 (été/hiver)
Fiche technique du schéma TS1 (été/hiver)
Fiche technique du schéma DS6
Fiche technique du schéma DS5
Fiche technique du schéma DS4
Fiche technique du schéma DS3
Fiche technique du schéma DS2
Fiche technique du schéma DS1 ter
Fiche technique du schéma DS1 bis
Fiche technique du schéma DS1
Fiche technique du schéma SS1 ter
Fiche technique du schéma SS1 bis
Fiche technique du schéma SS1
Présentation
Hybridation des deux circuits de chauffage ou hybridation totale du chauffage avec la PAC.
Le choix d’hybrider l’ensemble des réseaux de chauffage se justifie par exemple pour l’une des raisons suivantes :
Les réseaux 8 et 9 sont deux réseaux régulés
Leurs lois d’eau sont compatibles avec de bonnes performances de la pompe à chaleur.
Si l’un des deux réseaux est haute température (incompatible avec de bonnes performances de la PAC, préférer une hybridation partielle ou mono circuit).
La chaudière est une chaudière condensation sans contrainte de débit et de température.
Dimensionnement :
La puissance de la pompe à chaleur (Ppac) sera dimensionnée en mode chaud entre 15 et 40% des déperditions (D).
Ppac(0/50°C) = 0,15 à 0,4 x D suivant l’objectif recherché par le maître d’ouvrage (décarbonation, performance énergétique maximum, RE2020, …).
La chaudière est dimensionnée pour assurer l’intégralité des besoins de chauffage du site
Points d’attention : Description
Les réseaux 8 et 9 sont obligatoirement deux réseaux régulés. Si la loi d’eau d’un des deux réseaux est supérieure à certains moments de l’année à la température maximale que peut fournir la PAC (les jours les plus froids de la saison de chauffe par exemple), la chaudière complètera le besoin de température. La chaudière apportera également la puissance nécessaire une fois la puissance maximale de la PAC atteinte.
Le ballon de la PAC est en eau technique (non sanitaire).
Le sur débit primaire par rapport au secondaire (idéalement de 5%) va progressivement charger le ballon de la PAC à la température T1. La PAC se mettra à l’arrêt dès lors que son delta T mini sera atteint. Le ballon sera alors complètement chargé. Le circulateur de la PAC reste en fonctionnement. Lors d’un nouveau besoin, le ballon se déchargera jouant ainsi son rôle d’inertie avant que la PAC ne se remette en route.
Fonctionnement en mode hiver
En chauffage
Les circuits de chauffage 8 et 9 sont alimentés par la PAC et une chaudière à condensation (sans contrainte de débit ni de température) qui assure l’appoint aussi bien en température qu’en puissance.
La PAC a pour consigne de maintenir la température T1.
La consigne en T1 doit tenir compte de la consigne du circuit chauffage dont la loi d’eau est la plus importante auquel il faut ajouter un décalage de consigne de +xK.
Ceci a pour but de privilégier le fonctionnement de la PAC par rapport à celui de la chaudière et s’assurer que cette dernière s’enclenchera que lorsque la température en T7 n’est pas suffisante.
En effet, si la température T1 est inférieure à la consigne chaudière mais qu’elle se situe dans la Bande Proportionnelle ou hystérésis de la consigne chaudière, la chaudière ne pourra pas s’enclencher et le confort ne sera pas satisfait. Le seul moyen d’éviter ce phénomène est de créer un décalage entre la consigne T1 et la consigne chaudière équivalente à la consigne T7.
Si la température T1 devient inférieure à la consigne, la sonde T7 va le détecter et demander à la vanne V7 de s’ouvrir pour que la chaudière apporte petit à petit le complément de chaleur nécessaire aux circuits de chauffage.
Dit autrement, en fonction de la chute de température constatée en T7 par rapport à la consigne du réseau le plus défavorisé, la vanne trois voies V7 va œuvrer de manière à forcer progressivement une partie du débit à circuler vers la chaudière.
Dès que la température T1 devient égale à la température désirée par les réseaux de chauffage +xK, T7 va détecter l’excès de calorie apporté par la chaudière et donc V7 va se fermer. La PAC assure alors seule, le besoin de chauffage.
Ce principe de régulation qui permet à la PAC et à l’appoint chaudière de satisfaire la loi d’eau du circuit chauffage le plus demandeur favorise la performance ou le COP de la PAC.
La consigne PAC en T1 peut également être réglée à une température supérieure à celle des circuits chauffage. Ce choix maximisera cette fois-ci son temps de fonctionnement ou son taux de couverture.
Lorsque la PAC a la puissance nécessaire pour satisfaire la consigne T1 (loi d’eau du réseau le plus défavorisé + x°K), ce sont les vannes V8 et V9 qui maintiendront les lois d’eau souhaitées par les deux réseaux de chauffage.
La chaudière suit la consigne du réseau de chauffage le plus demandeur.
Elle se met en route si un écart entre cette consigne et T7 est constaté.
Fonctionnement en mode été.
Toute l’installation est à l’arrêt.
Le bon schéma pour la bonne hybridation
Les solutions d’hybridation sont un excellent compromis permettant de décarboner par le recours aux PAC pour une grosse partie des consommations énergétiques tout en limitant les contraintes de mise en œuvre et acoustiques et en maîtrisant les coûts d’investissement, de fonctionnement et de renouvellement grâce aux chaudières. Pour optimiser les performances énergétiques, il est nécessaire d’avoir recours au meilleur des deux technologies (PAC et chaudière) avec la bonne hydraulique et la bonne régulation. C’est dans ce but qu’ICO a développé un outil, basé sur le retour d’expérience de ses experts, qui vous permettra, en quelques clics, d’accéder au schéma technique optimal et à son analyse fonctionnelle.
Généralités
Le principe général retenu dans tous les schémas proposés est d’utiliser une ou plusieurs PAC pour réchauffer les retours des réseaux de chauffage.
Selon l’objectif premier recherché (performance énergétique, décarbonation ou optimisation des coûts d’investissement ou de fonctionnement), le positionnement de la PAC pourra varier.
C’est ainsi que nous proposons :
…Nos solutions PAC Hybride
Le guide
Quelle est la superficie totale et la configuration (hauteur sous plafond, isolation) des bâtiments ou des ateliers à couvrir par la future installation ?
Quel est le niveau de température requis sur votre réseau de distribution actuel pour vos process ou votre chauffage ?
Disposez-vous d'un besoin simultané de froid (climatisation ou refroidissement de process) pendant que vous chauffez vos locaux ?
Quelle est la source froide ou de récupération (chaleur fatale) accessible à proximité immédiate de votre local technique ?
Quelle est la situation de votre TGBT vis-à-vis de la puissance électrique disponible pour ce projet ?
TS5 (été/hiver)
La schémathèque
SS1
SS1 bis
SS1 ter
DS1
DS1 bis
DS1 ter
DS2
DS3
DS4
DS5
DS6
TS1 (été/hiver)
TS2 (été/hiver)
TS3 (été/hiver)
TS4 (été/hiver)
TS5 (été/hiver)
Le dossier technique complet
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