L’objectif de cet article est de ne proposer que quelques schémas de principe mais en développant à chaque fois les conditions qui vont faire que la promesse faite au client sera au rendez-vous.
Hybridation totale du chauffage et préchauffage de l'ECS
Sur celui-ci par exemple, pour rester avec une PAC basse température, les deux réseaux de chauffage doivent être régulés (loi d’eau 60/40°C maximum assurant des retours inférieurs ou égaux à 40°C le jour le plus froid de l’hiver)
Toujours pour rester avec une PAC basse température, la pompe à chaleur n’assure qu’un préchauffage de l’eau chaude sanitaire (ECS). Elle vient donc chercher les températures les plus froides possibles, dans ce cas la température de l’eau de ville. La température de préchauffage dépend donc de la surface de l’échangeur intégré dans le ballon. Seule la chaudière assure le chauffage final de l’ECS (jusqu’à 60°C) et s’occupe de combattre les pertes de bouclage.
Le préchauffage de l’ECS se fait alors par circulation de celle-ci dans le serpentin du ballon d’inertie de la PAC par simplicité hydraulique. L’eau sanitaire est donc poussée par l’eau de ville.
La taille du ballon ECS lié à la chaudière devra permettre que l’installation puisse rester longtemps en production de chauffage et pas en compensation des pertes de bouclage (ECS semi accumulée plutôt que semi instantanée). De même un grand nombre de plaques sur l’échangeur ECS lié à la chaudière permettra des retours les plus froid possible vers celle-ci.
Une autre solution consisterait en la mise en place d’un ballon dédié au préchauffage de l’ECS comme l’illustre le schéma ci-dessous. Le préchauffage est assuré ici avec un échangeur à plaques mais un échangeur intégré dans le ballon de préchauffage de l’ECS serait également possible. Dans les deux cas cela impose l’installation de deux ballons (inertie et préchauffage) en chaufferie (encombrement).
La vanne trois voies (V3V) en sortie de la pompe à chaleur est une vanne proportionnelle qui a pour fonction de bypasser tout ou partie du débit vers la chaudière. La chaudière apporte le complément de chaleur si nécessaire mais la PAC peut, si les conditions le permettent, assurer seule la production de chaleur.
En production d’ECS par la chaudière (ballon du haut) les V3V sur les réseaux de chauffage se ferment afin qu’aucune eau haute température ne circule vers la pompe à chaleur. Ces retours chauds pouvant la mettre à l’arrêt.
Un détail qui n’est pas présent sur tous les schémas que proposent les fabricants : les deux sondes de température sur chaque ballon. Celle du haut sert à mettre en route le générateur et celle du bas à l’arrêter. Ainsi le ballon est complètement chargé à la température désirée. Ce mode de régulation permet davantage de finesse qu’un fonctionnement avec une seule sonde par ballon.
Hybridation totale du chauffage et de l'ECS : Schéma avec ballon d’énergie
Il est également possible de retrouver dans les schémathèques des fabricants des schémas avec des ballons d’énergie.
Sur ce schéma, la PAC et la chaudière sont raccordées sur le même ballon. La PAC en bas de ballon et la chaudière en haut afin que la PAC puisse fonctionner sur des régimes de température qui lui seront plus favorables.
Les deux réseaux de chauffage doivent être régulés (60/40°C max). La présence d’un réseau haute température (aérothermes, sous station par exemple) imposerait l’utilisation d’une PAC haute température plus chère à l’achat.
La vanne trois voie blanche au centre du schéma sert à orienter le débit de retour de l’ECS vers le bas ou le milieu du ballon d’énergie en fonction de sa température. On distinguera deux cas :
Production d’ECS : L’installation est en train de produire de l’ECS donc la température est réhaussée depuis la température de l’eau de ville (disons 10°C) présente en bas de ballon jusqu’à 60°C. un grand nombre de plaques sur l’échangeur permet de revenir froid (autour de 15°C par exemple) vers la production. Ce débit sera alors orienté vers le bas du ballon d’énergie.
Compensation des pertes de bouclage : L’installation combat les pertes thermiques dues au bouclage donc réchauffe de l’eau autour de 51°C revenant du bouclage à 60°C. Dans ce cas le retour vers la production (autour de 55°C) sera orienté vers le milieu du ballon d’énergie.
L’ordre des piquages est très important sur un ballon d’énergie de manière à garantir le plus possible une stratification dans celui-ci.
Le volume de ce ballon d’énergie doit également garantir cette stratification. Nous y reviendrons dans un autre dossier technique.
Hybridation partielle à débit constant et préchauffage de l'ECS
Ci-dessous deux schémas où cette fois nous sommes en présence d’un départ chauffage haute température. Cette haute température de départ viendra perturber le bon fonctionnement de la pompe à chaleur. Afin de rester avec une PAC basse température, le choix a donc été fait de ne pas l’hybrider. Une bonne analyse des débits et températures des réseaux et donc nécessaire pour une hybridation réussie. Ceci est d’autant plus vrai pour une chaufferie existante : Rénovation et hybridation : une bonne analyse de l’existant s’impose. | Cegibat
Nous sommes donc en présence d’une hybridation partielle à débit constant.
L’hybridation du réseau de chauffage se fait avant la vanne trois voies de mélange de manière à pouvoir profiter de la totalité du débit du départ chauffage hybridé. Une hybridation après cette vanne aurait eu les mêmes températures mais un débit de plus en plus faible au fur et à mesure que la V3V se ferme. Cette hybridation a également l’avantage de ne pas revenir réchauffer le ballon d’inertie de la PAC lorsque la chaudière est en train de produire de l’ECS.
Comme la pompe à chaleur est raccordée avant la vanne trois voies, la température de consigne de la PAC sera celle de la loi d’eau du réseau de chauffage n°2. Hors saison de chauffe cette température de consigne pourra augmenter pour un plus fort préchauffage de l’ECS.
Comme pour les schémas ci-dessus :
Nous restons bien en préchauffage de l’eau chaude sanitaire pour rester avec les températures les plus froides possibles,
Présence des deux sondes sur chaque ballon pour permettre de les charger complètement.
Grand nombre de plaques sur les échangeurs de manière à revenir le plus froid possible vers les générateurs.
