Pompe à chaleur + solaire thermique = SolaroPAC

Il existe plusieurs technologies pour associer pompes à chaleur et énergie solaire. La première, très classique, est la Pac en relève de capteurs solaires thermiques. C’est notamment la technologie déployée dans le cadre des Chauffe-Eau Solaires Individuels (CESI), lorsqu’ils sont constitués d’une Pac et de capteurs thermiques.

La seconde possibilité consiste à alimenter la pompe à chaleur par des panneaux solaires photovoltaïques en autoconsommation. La troisième technologie utilise des capteurs solaires thermiques basse température comme évaporateur des pompes à chaleur. La quatrième solution associe capteurs thermiques comme évaporateurs et capteurs photovoltaïques en autoconsommation pour alimenter la Pac.

La seconde et la quatrième possibilité sont notamment explorées par le programme européen SunHorizon. Nous en avons déjà parlé. Evaluées dans SunHorizon, l’association de Pac air/eau ou de chauffe-eau thermodynamiques air/eau de BDR-Thermea avec des capteurs hybrides (thermiques + photovoltaïques) du français DualSun donne d’excellents résultats. De nouveaux éléments alimenteront un prochain article sur ce thème.

Dans cet article, voici une présentation de la troisième technologie. Baptisée SolaroPAC, elle utilise des capteurs solaires basse température en guise d’évaporateurs.

SolaroPAC : une technologie déjà éprouvée

L’emploi de capteurs solaires basse température en guise d’évaporateurs de pompes à chaleur est déjà ancienne. Deux marques françaises, Giordano Industries et Heliopac, ont développé cette solution depuis plus de 20 ans. Pour Giordano Industries, il s’agit de son offre Solar Pump.

Tandis qu’Heliopac dispose de plusieurs solutions : heliopacsystem à base de capteurs thermiques basse température, heliopacsystem+ qui exploite les panneaux hybrides DualSun et utilise à la fois leur chaleur et leur production d’électricité PV en autoconsommation.

ENERPLAN, le syndicat des professionnels de l’énergie solaire, a lancé un groupe de travail dans le but de faire reconnaître les SolaroPAC par le Fonds Solaire, géré par l’Ademe, et de les rendre accessible à des financements par les CEE. Enerplan travaille également a inclure la solution SolaroPAC directement dans le moteur de calcul RE2020.

Solar Pump + Polytub 4N chez Giordono Industries

Giordano Industries a donc développé la Solar Pump une pompe à chaleur eau glycolée / eau, capable de produire de l’ECS en grandes quantités et de l’eau pour le chauffage. Associées à des capteurs solaires Polytub 4N, également développés par Giordano Industries, le système est capable de produire de la chaleur à 65°C dans toutes les zones géographiques, jusqu’à une température extérieure de -10°C. Les Solar Pump peuvent donc produire de l’ECS toute l’année, sans appoint électrique par effet Joule, dans la plupart des régions.

Ces machines sont également utilisables en version 4 tubes pour produire de l’eau glacée utilisable en rafraîchissement. Pour l’instant, les Pac Solar Pump fonctionnent au R404A. Une nouvelle machine sera commercialisée dès 2022 et utilisera le propane R290 (GWP = 3), un fluide naturel, non-soumis à la réglementation européenne F-Gas.

Toutes les machines sont dès à présent connectées, soit à la GTB du bâtiment par une prise RJ45, soit par une liaison sans fil de type Sigfox ou Lora. Giordano Industries monitore à distance les paramètres de fonctionnement de ses machines et et relaye les éventuels dysfonctionnements vers le Maître d'Ouvrage ou l'entreprise de maintenance.

Le capteur solaire Polytub® 4N est un panneau en Polypropylène, constitué de faisceaux de tubes disposés en 4 couches et soudés aux extrémités sur des tubes collecteurs. Chaque couche constitue une nappe. Cette conception en couches divise par deux l’espace occupé au sol ou en toiture, par rapport à un capteur thermique classique.

Le capteur Polytub 4N capte l’énergie du soleil, du vent, de la pluie et de l’air ambiant et réchauffe une boucle d’eau glycolée (propylène glycol). Ce circuit de tubes constitue l’évaporateur de la pac. Les capteurs bénéficient du certificat SOLAR KEYMARK n° PSK-012 / 2016. ©Giordano Industries

Le capteur Polytub 4N mesure 3,10 x 1,30 m et offre une surface d’absorbeur de 3,60 m² environ, pour un poids à vide de 9 kg/panneau et de 26 kg/panneau en charge. Chaque panneau contient 17,10 l d’eau glycolée et fonctionne sous une pression de 4 bar au maximum.

L’association de la Solar Pump® avec le capteur Polytub® 4N bénéficie d’un TITRE V RT 2012 par arrêté du 26 Juin 2015. Le système Solar Pump® est intégré dans les principaux logiciels de calcul règlementaire, qui permettent de dimensionner la surface de capteurs adaptée à tous les besoins en eau chaude des bâtiments collectifs, de 2000 à 20.000 litres / j à 60°C. ©Giordano Industries

Les Solar Pump sont disponibles en 10, 15 et 23 kW pour l’Europe et en 10, 14, 17, 19 et 27 kW pour les climats chauds hors d’Europe. Pour une énorme production d’ECS quotidienne de 12 000 l, Giordano Industries propose 2 Solar Pump de 23 kW, associées à 32 panneaux Polytub 4N. ©Giordano Industries

L’architecture modulaire des systèmes Heliopac

Heliopac, pour sa part, propose deux solutions.

heliopacsystème, l’offre de base, est constituée de modules de pompes à chaleur eau/eau, couplées à des capteurs souples en élastomère (EPDM) en guise d’évaporateurs. Cet échangeur récupère la chaleur du soleil. Mais la nuit et durant les jours couverts, il récupère aussi la chaleur de la pluie et de l‘air extérieur. ©Heliopac

Les capteurs sont garantis 10 ans et sont donnés pour une durée de vie de 30 ans. Chaque capteur est fabriqué sur mesures pour répondre aux contraintes d’implantation des divers chantiers. Il est testé en pression avant le départ usine. Pour faciliter la manutention, cette « moquette solaire » est livrée sur site sous forme de bobines de 35 kg maxi. Elles sont ensuite déroulées et assemblées entre elles sur chantier.

La pompe à chaleur eau glycolée/eau Solerpac® est modulaire et utilise un savant cocktail de R32 et de HFO. L’augmentation de puissance est obtenue par raccordement en série de plusieurs modules. Deux puissances de modules sont disponibles : 8 et 12 kW. La compacité et le relativement faible poids de la pac – 108 kg tout de même - facilitent son implantation en local technique.

Les pac Solerpac d’Heliopac atteignent une température de sortie d’eau de 65°C au condenseur et acceptent une température d’entrée à l’évaporateur comprise entre -5 et +55°C. Les capteurs en EPDM supportent une température de stagnation de 55°C en été. Heliopac fournit aussi la solution de régulation et de connexion de ses systèmes et propose un service de suivi des installations à distance.

Heliopacsystem a été installé sur le «Novela », un immeuble neuf (RT2005) de 54 logements à Marseille : 2 pac de 12 kW au R134a, 100 m² de capteurs, un stockage de 6000 litres et un appoint par résistance électrique. En année moyenne, l’appoint électrique par effet Joule représente 0,1% de l’énergie consommée pour la production d’ECS. ©Heliopac

heliopacsystem+ : pompe à chaleur et capteurs solaires hybrides

Egalement destinée à la production d’Eau Chaude Sanitaire, la seconde solution, heliopacsystem+ repose sur les mêmes pac Solerpac d’Heliopac, alimentées cette fois-ci par des capteurs solaires hybrides Spring de DualSun. Cette solution permet d’atteindre un taux de couverture de la production d’ECS de 90%. La température de stagnation maximale est de 75°C dans les capteurs. ©Heliopac

A Toulouse, dans les Jardins du Parc, un immeuble neuf de 31 logements, la solution heliopacsystem+ était composée d’un module Solerpac de 12 kW, d’un stockage de 4000 l, de 36 modules Spring (60 m²) et d’un appoint électrique. En année moyenne, Seulement 14% de l’énergie consommée vient du réseau. Tandis que la partie photovoltaïque des panneaux hybride fournit le reste de l’électricité nécessaire au fonctionnement des pac : 86% de l’énergie consommée annuellement pour la production d’ECS collective est gratuite.

Cette installation rejette seulement 0,4 t CO2eq/an, attribuable en totalité à l’électricité acheté au réseau. Il faudra attendre les premières simulations RE2020 pour évaluer l’intérêt de ces solutions SolaroPAC du point de vue de leur empreinte carbone.