O pompă de căldură pe gaz natural este un dispozitiv termodinamic care face posibilă transferarea căldurii dintr-un mediu rece (și, prin urmare, să o răcească în continuare) într-un mediu fierbinte (și, prin urmare, să o încălzească mai mult).
Există două tipuri de pompe de căldură pe gaz natural care au ambele aplicații în contextul construcției de energie termică pentru încălzire și aer condiționat:
Pompele de căldură cu gaze naturale sunt tehnologii care se bazează pe complementaritatea energiilor dintre gazele naturale și energiile regenerabile, extrase atât din aer, cât și din sol, dar și din recuperare (ape uzate, aer extras).
Pompele de căldură cu gaze naturale sunt echipamente care îndeplinesc obiectivele tranziției energetice, permițând dezvoltarea energiilor regenerabile care contribuie la reducerea emisiilor de CO 2 .. Acestea permit, de asemenea, limitarea consumului maxim de energie electrică legat de producția de energie electrică termică (centrale electrice pe cărbune, combustibil TAC etc.).
HP-urile cu compresie pe gaz natural (numite și HP-uri cu motor pe gaz natural) funcționează foarte asemănător cu HP-urile cu compresie electrică: ciclul de refrigerare este identic. Cu toate acestea, compresorul nu este acționat de un motor electric, ci de un motor cu ardere internă care funcționează pe gaz natural (un motor derivat din industria auto). Specificitatea acestor mașini constă în valorizarea energiei eliberate prin răcirea motorului și a gazelor arse, ceea ce permite o optimizare a funcționării acestuia.
Din punct de vedere energetic, performanțele lor sunt în medie cu 30% mai bune decât cazanele cu condensare de pe piață. Potrivit producătorilor, CAP-ul motorului pe gaz afișează COP pe energie primară de ordinul 1,5 ( PCI ) (sau un „COP echivalent electric '3.9) și un EER de 1.4 ( PCI ) în condiții nominale (echivalent electric EER de 3.6) .
Specificitatea acestor mașini este recuperarea energiei provenite din răcirea necesară a motorului termic, precum și din cea a gazelor arse. Acest lucru are două consecințe asupra performanței și metodelor de operare. În timpul sezonului de încălzire, recuperarea energiei este utilizată pentru a menține practic puterea de încălzire dorită chiar și la temperaturi exterioare foarte scăzute (fără back-up până la - 20 ° C ). Pe unele modele, acest lucru elimină necesitatea oricărui ciclu de dezghețare. În modul de climatizare , această energie poate fi utilizată, cel mai adesea pentru producerea de apă caldă menajeră (ACM). Acesta este apoi produs fără consum suplimentar de gaze naturale . Potrivit producătorilor, eficiența generală a aerului condiționat și a producției de apă caldă menajeră poate atinge un EER de 2 (pe PCI ) sau un „echivalent electric” EER de 5 .
În ciuda prezenței unui motor cu ardere internă , nivelurile sonore măsurate sunt echivalente cu cele ale pompelor electrice de căldură. Mașinile sunt echipate cu izolație fonică consolidată, iar motorul este așezat pe silentblocs . În plus, producătorii recomandă conexiuni flexibile și suporturi antivibrații care permit izolarea mașinii de clădire, reducând astfel transmisia vibrațiilor. Admisia aerului de ardere și evacuarea gazelor de eșapament trebuie, desigur, tratate acustic.
Serviciul este foarte similar cu CAP electrică convențională , deoarece circuitul de refrigerare este identic. Prezența motorului implică o intervenție suplimentară la fiecare 10.000 de ore (adică aproximativ 3 ani de funcționare) în timpul căreia se efectuează o schimbare a uleiului și înlocuirea diferitelor filtre și bujii.
Prin efectuarea întreținerii recomandate de producători, încălzitoarele pentru motoare pe gaz au o durată de viață de aproximativ cincisprezece ani, ceea ce corespunde unei durate de viață a motorului de 40.000 de ore .
Încălzitoarele cu motor pe gaz, utilizate pe scară largă în Japonia (piață de 25.000 de unități pe an) sunt disponibile pe piața franceză. Pompele de căldură vândute în Franța sunt toate reversibile (producție de căldură și / sau frig), produc încălzire , aer condiționat și apă caldă menajeră prin recuperarea energiei din motor. Aerotermale, există în două versiuni: tip aer / aer (tip DRV) în versiune cu două tuburi (cald și rece succesiv) și trei tuburi (simultan cald și rece) și în versiune aer / apă cu adăugarea unui modul hidraulic opțional. Trei producători (Sanyo, AISIN Toyota și YANMAR) distribuie mașini cu puteri de încălzire / răcire variabile de la 26 kW c / 22 kW f la 84 kW c / 71 kW f . Gama de putere disponibilă le face potrivite pentru clădirile comerciale mici și mijlocii încălzite și cu aer condiționat, atât noi, cât și existente. Prin adăugarea mai multor module, gama poate acoperi nevoile de încălzire și aer condiționat ale clădirilor cu o suprafață cuprinsă între 500 și 5.000 m 2 .
În plus față de aceste unități pentru aplicații terțiare și industriale, există pompe de căldură pentru motoare cu gaz de mare putere, acoperind o gamă de la 100 la 1000 kW . Aceste unități EnerTermoPac (ETP) fabricate în Franța sunt disponibile în versiuni aer-apă și apă-apă. Aceste pompe de căldură hibride au avantajul că pot funcționa pe gaz natural, precum și pe electricitatea rețelei, în funcție de diverse criterii, cum ar fi disponibilitatea energiei, costul de funcționare sau rentabilitatea energiei primare. Pentru aplicații specifice, cum ar fi clădirile de îngrijire medicală sau piscine, termofrigopompa EnerTermoPac poate produce simultan apă răcită și apă caldă până la randamente de 240% pe PCI. Sunt disponibile opțiuni adaptate pieței franceze, cum ar fi funcționarea variabilă a debitului de apă, caroseria din oțel inoxidabil, producția de energie electrică de urgență, acoperișul deasupra pentru a proteja tehnicienii de soare sau vreme rea.
Un ecran tactil color mare permite utilizatorului să configureze cel mai bine EnerTermoPac ETP pentru a garanta performanțe optime în timp. În perioada de garanție, producătorul asigură monitorizarea de la distanță pentru a oferi sfaturi și citirile necesare diferiților jucători (birou de proiectare, operator etc.).
Ca o reamintire, o pompă de căldură convențională este alcătuită din cinci componente fundamentale:
După trecerea prin evaporator, agentul frigorific revine la compresor și ciclul de refrigerare începe din nou.
Într-o pompă de căldură cu absorbție a gazelor naturale, două dintre componente diferă semnificativ de o pompă de căldură convențională: agentul frigorific și compresorul. Celelalte trei componente, deși adaptate, se găsesc acolo cu același scop.
Agent frigorificÎntr-o pompă de căldură cu absorbție a gazelor naturale, agentul frigorific este combinat cu un absorbant, aceste două elemente formând un cuplu.
Absorbantul trebuie să fie capabil să absoarbă agentul frigorific la o anumită temperatură și presiune și desorbi (eliberați - l) , la alte temperaturi și presiuni.
Cele mai des utilizate perechi de agent frigorific / sorbent sunt:
În cazurile în care absorbantul este un solid, vorbim de adsorbție . Cel mai des utilizat cuplu este apa / zeolitul .
[ref. necesar].
CompresorulÎntr-o pompă de căldură cu absorbție a gazelor naturale, nu există un compresor mecanic. agentul frigorific evoluează datorită unei reacții reversibile numite „termochimice” care funcționează după cum urmează:
Dacă se folosește un absorbant solid, acesta din urmă face parte integrantă cu un disc rotativ așezat pe lângă cele două incinte, prima jumătate absorbind agentul frigorific, cealaltă jumătate eliberându-l prin încălzire.
Eliberarea agentului frigorific crește presiunea (ca într-un cazan cu abur sau oala sub presiune ), ceea ce permite agentului frigorific să evolueze. Absența unei pompe cu un absorbant solid arată clar acest lucru.
Căldura specifică a sorbției este de mică importanță, deoarece este mai întâi scăzută și apoi adăugată la perechea sorbent / agent frigorific.
Eficiența pompelor de căldură cu absorbție de gaz, caracterizată prin coeficientul de performanță asupra energiei primare ( COP ), poate ajunge la 1,7 (adică un COP echivalent electric de 4,4 ) pentru versiunea geotermală și 1,65 (adică un „ echivalent electric COP ” de 4,3) pentru versiunea aerotermică (cu 1 kWh de gaz consumat, pompele de căldură cu absorbție de gaz produc până la 1,65 kWh de căldură utilă). În ceea ce privește performanța anuală a energiei primare, o pompă de căldură cu absorbție de gaz aerotermică sau geotermală permite economii de energie de 30 până la 40% comparativ cu un cazan cu condensare .
De cand 26 septembrie 2015, directiva-cadru de proiectare ecologică, mai cunoscută sub denumirea de directivă privind proiectarea ecologică, precum și directiva privind etichetarea energiei se aplică „pompei de căldură cu absorbție de gaz”, care beneficiază de o etichetă A ++.
Datorită extinderii gamei la puteri mai mici, pompele de căldură cu absorbție de gaze vor constitui treptat o soluție foarte eficientă pentru renovarea caselor unifamiliale. Pompele de căldură individuale pe gaz ar trebui să înceapă să ia cota de piață de aproximativ câteva mii de piese pe an în câțiva ani.
Pompele de căldură cu absorbție de gaze naturale destinate încălzirii (și, eventual, aerului condiționat) a clădirilor sunt disponibile în două versiuni:
Temperatura de generare a apei poate atinge 65 ° C sau chiar 70 ° C , ceea ce face posibilă utilizarea acestui sistem pentru încălzirea cu toate tipurile de emițătoare (încălzire prin pardoseală, radiatoare, ventiloconvectoare etc. ) și pentru încălzire . . Astfel, pompa de căldură de absorbție asigură aceleași funcții ca un cazan cu eficiență mai mare. Mai mult, căldura furnizată în timpul reacției de desorbție face posibilă compensarea pierderii de energie recuperată atunci când temperatura exterioară scade. În timp ce pompele de căldură electrice au o putere care scade la o temperatură exterioară scăzută, necesitând cel mai adesea utilizarea unui back-up, o pompă de căldură cu absorbție a gazelor naturale poate fi autonomă.
În plus, pentru versiunea geotermală, o pompă de căldură cu absorbție a gazelor naturale necesită aproximativ jumătate din numărul colectoarelor geotermale decât o pompă de căldură electrică de aceeași putere datorită căldurii furnizate în timpul reacției de desorbție .
Deoarece circuitul este complet etanș și impermeabil, nu este necesară nicio întreținere anuală pe această parte. Anuale de întreținere este similară cu cea a unui cazan și este limitată la o intervenție pe arzător și inspecții vizuale ale circuitului de răcire în implementarea specificațiilor tehnice profesionale n O 2.
Pompele de căldură cu absorbție nu au compresor mecanic. Tensiunile mecanice reduse rezultate și absența virtuală a pieselor în mișcare fac din pompa de căldură cu absorbție a gazelor naturale un produs silențios cu o durată de viață similară cu cea a unui cazan cu condensare (aproximativ douăzeci de ani).
Producătorul Robur comercializează numai pompe de căldură cu absorbție de gaze naturale aeroterme (aer / apă) și geotermale (apă / apă sau saramură / apă). Modulele au o putere unitară de aproximativ 40 kW . Este disponibilă și o versiune reversibilă pentru încălzire și răcire (17 kW ). Gama de putere disponibilă face ca aceste generatoare să fie potrivite pentru locuințe colective și clădiri comerciale de suprafețe mici și mijlocii.
Pentru încălzitoarele de adsorbție, producătorul Vaillant oferă pompa de căldură zeoTHERM cu o putere de 10 sau 15 kW , care profită de zeolit. Această piatră din familia argilei generează căldură din vaporii de apă, care sunt generați de panourile acoperișului de la temperatura exterioară de 3 ° C (rețea cu presiune ultra scăzută). Prin urmare, nu există agent frigorific potențial dăunător.
Situl Rumilly (74), un centru școlar (creșă și primar) care găzduiește 250 de copii într-o zonă încălzită de 2.600 m 2, a făcut posibilă evaluarea tehnologiei pompelor de căldură geotermale cu absorbția gazelor naturale în condiții de funcționare la temperatură scăzută ( 50 ° C ) cu geo-răcire pentru a asigura răcirea spațiului în timpul verii.
Instalația corespunde a trei pompe de căldură de absorbție, fără cazan de rezervă, în camera mașinilor, care asigură încălzire, parte a producției de apă caldă menajeră și răcirea clădirii prin energie geotermală. Fiecare pompă de căldură geotermală are o capacitate nominală de încălzire de 37,7 kW . Cele trei pompe de căldură funcționează simultan în timpul zilelor reci și sunt suficiente pentru a acoperi toate nevoile datorită temperaturii constante din sondele geotermale, indiferent de temperatura exterioară.
Rezultatele acestor măsurători ne permit să concluzionăm că performanța de încălzire măsurată in situ este în medie de 140% față de energia primară pentru o temperatură de producție de aproximativ 50 ° C , adică o performanță echivalentă cu cea măsurată în putere nominală de către producător.