La PAC "haute température" est un terme général désignant un système de compression complexe pour permettre aux PAC de fournir une chaleur suffisante alors même que la température de la source froide est faible ou que la consigne de la température de la source chaude est élevée.
Principes généraux
La PAC "haute température" est un terme générique qui reprend 2 familles de technologie différentes :
- Premièrement, on retrouve la famille des pompes à chaleur intégrant dans un système, deux compresseurs soit en série sur le même circuit frigorifique soit étagés sur deux circuits différents de compression .
- Deuxièmement, on parle de la famille des PAC avec réinjection du fluide frigorigène à l'état gazeux, liquide ou vapeur dans le compresseur.
- Troisièmement, certains appareils associent ces deux concepts.
Les PAC de la première famille sont utiles lorsque les écarts de températures entre ma source froide et la source chaude est important et lorsque la température de départ est élevée. Il est possible d'atteindre une température d'eau de chauffage de 80°C pour une température extérieure de -20°C.
Les PAC de la deuxième famille permettent de stabiliser la puissance thermique de la PAC même lorsque les températures de la source froide sont négatives jusqu'à -20°C et d'améliorer le COP à basse température par rapport à une PAC avec sa résistance d'appoint à basse température extérieure et de limiter les cycles de dégivrage ainsi que leur durée.
L'objectif commun aux 2 familles de PAC "haute température" est de diminuer la chute du COP lorsque la source froide est faible ou que la source chaude est importante, cependant ce frein est limité ce qui réduit le champ d'application de cette technologie "haute température" dans le domaine de la pompe à chaleur.
Au niveau du budget, il faut tabler sur un coût d'investissement d'au moins 30% supérieur au coût d'une PAC moderne avec un cycle de compression classique. L'entretien est également plus importants étant donné la complexité du circuit hydraulique et des taux de compression plus élevés.
Le compresseur utilisé est généralement de type scroll inverter.
Ce type de PAC est intéressant dans le domaine de la rénovation, lorsqu’il s’agit de remplacer un ancien générateur de chauffage tel qu'une chaudière au mazout tout en préservant un système de distribution du chauffage inadapté à la basse température. De plus, la technologie "haute température" dispense la PAC d'un appoint thermique quelconque.
Principe de la compression biétagée
Lorsque le taux de compression est élevé, c'est à dire lorsque la différence de pression entre la phase de condensation et la phase d'évaporation est élevé (>25), la compression biétagée est requise afin de limiter les chutes de rendement énergétiques et d'éviter des températures de compression trop élevées.
La compression biétagée indique que l’on va compresser le fluide à deux niveaux de pression différents, le premier étage équivaut au cycle de compression inférieur tandis que le second, au cycle de compression supérieur.
Selon les cas de figure, le fluide sera compressé sur deux niveaux de compression différents, soit via deux compresseurs différents soit au sein d'un seul et même compresseur modulant. Entre ces deux phases de compression, le fluide sortant du premier étage de compression, est refroidi à pression constante avant de passer à l'étage supérieur de compression.
Schéma de principe d'une compression biétagée
Principe de l'injection
Le principe d'injection est de renvoyer du fluide frigorigène sous forme liquide, gazeux ou les deux, provenant du premier étage de compression vers le compresseur.
Les objectifs principaux sont :
- Contrôler et limiter les températures de refoulement des gaz après chaque phase de compression.
- Augmenter ou stabiliser la puissance thermique malgré des sources chaudes ou froides défavorables.
Comparaison d'un schéma de cycle frigorifique classique et d'un système EVI
Principe du montage en cascade
Cette technique consiste à positionner plusieurs circuits frigorigènes les uns à la suite des autres de manière à augmenter ou diminuer progressivement la température à atteindre.
Dans une pompe à chaleur en mode chauffage, le condenseur du premier circuit sera l’évaporateur du 2e, le condenseur du 2e circuit sera l’évaporateur du 3e et ainsi de suite. Ce système permet à chaque cycle d’atteindre une température plus élevée. Dans le cas d’un mode refroidissement (PAC réversible), le système est inversé.
De manière générale, cette technique au sein des pompes à chaleur ne cumule pas plus de 2 cycles en cascade.
Ce principe permet de travailler avec des fluides frigorigènes adaptés à chaque étage de compression et d'optimiser le rendement de chaque étage.
Exemple de cycle en cascade utilisant deux fluides différents (source : abcclim.net)
