Les PAC pour la production combinée de chauffage et d’ECS

La pompe à chaleur pour le chauffage et la production d’ECS visée doit être inversable et doit produire l’ECS en été et en hiver. L’ECS est produite par la désurchauffe du fluide au refoulement HP, ou par un fonctionnement en parallèle ou en série. Les solutions techniques pour la production combinée de chauffage et d’ECS sont présentées sur les figures ci-après [Dominique, 2003].



Chauffage et production d’ECS par désurchauffe

La vapeur chaude au refoulement du compresseur se refroidit pour chauffer l’ECS dans un ballon désurchauffeur (cf. figure 1).

La production d’ECS est directement liée au chauffage et est alors arrêtée hors saison de chauffe. En effet, la production d’ECS seule peut causer une dégradation des performances de la PAC du fait d’un sous-dimensionnement du ballon désurchauffeur pour ce régime de fonctionnement.

Chauffage et production d’ECS en parallèle

1. Chauffage et production d’ECS en parallèle sur le circuit frigorigène
   Ce système est utilisé avec les PAC à plusieurs compresseurs ou à compresseurs à vitesse variable (cf. figure 2). Les productions d’ECS et de chauffage sont effectuées indépendamment l'une de l'autre. Une vanne solénoïde permet le choix entre les deux modes de production. La priorité est donnée à la production d’ECS.
2. Chauffage et production d’ECS par type du ball
   Dans ce cas, le choix entre les deux modes de production s'effectue sur le circuit d’eau. Deux solutions pour la production d’ECS sont possibles :
   • l’ECS est produite dans le ballon, ce qui impose l’utilisation d’un échangeur intermédiaire pour éviter le mélange entre l’ECS et l’eau de chauffage (cf. figure 3) ;
   • la production s'effectue sur la paroi du ballon. Dans ce cas, l’échangeur intermédiaire n’est plus indispensable mais le ballon sanitaire doit avoir une géométrie spécifique (cf. figure 4).

Chauffage et production d’ECS en série

L’installation est constituée de deux condenseurs en série (cf. figure 5). Cette solution technique présente plusieurs avantages, elle est retenue pour la suite de l’étude.

Deux circuits hydrauliques indépendants permettent le choix entre les différents modes de production par une simple logique marche/arrêt des pompes. Le ballon d’ECS n’a pas de géométrie spécifique.

Pour un système inversable, cette solution permet la production d’ECS dans les deux modes, chauffage et rafraîchissement, en introduisant le condenseur d’ECS dans la boucle de la vanne 4 voies inversable.

Un bon dimensionnement du condenseur d’ECS permet la production d’ECS par désurchauffe durant la saison de chauffe et par condensation complète hors saison de chauffe. En effet, pour la saison de production d’ECS seule, une PAC dotée de plusieurs compresseurs fonctionnant avec le compresseur le moins puissant permet une adaptation de la puissance fournie aux dimensions du condenseur d’ECS, ce dernier est ainsi capable de désurchauffer puis condenser le débit de frigorigène sans entraîner une diminution des performances de la PAC.

Cette solution permet aussi de ramener la PAC à la température de chauffage tout en produisant de l’ECS à un niveau de température supérieur. Le COP est alors plus élevé dû à une pression au condenseur plus faible. Ce cas est schématisé sur les figures suivantes :