Quelles sont les solutions de pompes à chaleur disponibles pour les logements collectifs ?

Si la mise en œuvre des pompes à chaleur en maison individuelle est bien connue, sinon maîtrisée, l’équipement des immeubles collectifs en pompes à chaleur demeure relativement rare. Or, la RE2020 et l’accélération de la décarbonation des bâtiments existants poussent au développement des pac en collectif. Il existe une brassée de solutions pour le collectif neuf, beaucoup moins en collectif existant. Il manque même clairement, si d’aventure après de nombreux pas en avant et pas en arrière, le gouvernement en venait à interdire les chaudières gaz, une solution de pompes à chaleur pour remplacer les chaudières murales gaz en immeubles collectifs existants.

L’Afpac, Association Française des pompes à chaleur, s’est penché sur le problème des pompes à chaleur en collectif et a édité une brochure très complète sur ce thème.

Commençons par une ambition maximale. Etant donné l’évolution du climat et la prévisible surchauffe d’été en ville, une pompe à chaleur peut viser au moins trois services : chauffer, produire l’eau chaude sanitaire, rafraîchir. Certains appareils ajoutent un quatrième service : la ventilation double-flux avec récupération de chaleur. Dans ce premier article, nous nous concentrons sur les solutions thermodynamiques en détente directe – celles ou le fluide frigorigène va jusqu’aux unités intérieures, qui permettent, en collectif, de chauffer, rafraîchir et de produire l’eau chaude sanitaire.

Triple service en collectif avec des DRV

Si l’on souhaite rafraîchir des logements en collectif à l’aide de pompes à chaleur, plusieurs technologies sont disponibles. On peut, tout d’abord, utiliser des pac air/air qui, par nature, sont réversibles, des pac eau glycolée/air, c’est-à-dire des pac dont l’unité extérieure géothermique sur boucle fermée. Plusieurs fabricants asiatiques en possèdent à leur catalogue, mais en font très rarement état.

Virtuellement tous les fabricants de DRV (Débit de Réfrigérant Variable) ou de VRF (Variable Refrigerant Flow) ou de VRV (Variable Refrigerant Volume) sont capables d’adapter leurs systèmes aux immeubles collectifs de logements. Cette solution peut chauffer, rafraîchir et produire l’ECS dans chaque logement. La solution VRV ou DRV, avec une régulation indépendant unité intérieure par unité intérieure, un comptage des consommations d’électricité par unité intérieure satisfait plusieurs exigences du logement collectif : régulation par pièce, comptage par logement, … Tous ces fabricants proposent une unité intérieure compatible avec leur DRV et spécialisée dans la production d’ECS. Il faut naturellement un intégrateur compétent pour grouper les unités intérieures par logement, extraire les données disponibles dans les systèmes de gestion et de communication propriétaires des différents fabricants, les afficher dans le logement et les pousser vers le gestionnaire du bâtiment. Mais c’est techniquement possible.

Condensation par air ou condensation par eau ?

Les unités extérieures de ces DRV ou mini-DRV sont le plus souvent à condensation par air. Ce qui pose le problème de leur installation. Ils peuvent être posés à l’extérieur ou gainés et posés à l’intérieur en local technique, en calculant soigneusement les dimensions des gaines pour à la fois éviter la création de nuisances sonores et fournir suffisamment d’air pour le fonctionnement des groupes gainés. ©Daikin

Mais, depuis au moins une dizaine d’année, Daikin commercialise des gammes de VRV à refroidissement par eau. Le fabricant en est à la génération VRV IV à condensation par eau (en mode froid) série W, fonctionnant au R32 ou au R410A. Chez Mitsubishi Electric, il s’agit des unités extérieures VRF City Multi PQ, capables de fournir de l’eau de -5 à +45°C. Les VRF City Multi PQ offrent des puissances chauffage de 22,4 à 80 kW et des puissances de rafraîchissement de 25 à 88 kW. Les unités intérieures à condensation par eau peuvent être raccordées à une géothermie en boucle fermée ou en boucle ouverte. Les unités extérieures à condensation par eau sont naturellement installées à l’intérieur et demeurent nettement plus compacte et plus silencieuses que les unités extérieures à condensation par air. ©Daikin

Chez toutes les marques, différents types d’unités intérieures sont disponibles : murales, consoles, cassettes, gainables, etc.

Les solutions air/air individuelles

©PP

La brochure de l’Afpac propose les solutions suivantes :

• Une pac air/air monosplit avec une seule unité intérieure, gainable. Ce qui assure chauffage et rafraîchissement, mais requiert un appareil supplémentaire pour la production d’ECS, un chauffe-eau thermodynamique sur l’air extérieur, par exemple, sauf si l’on utilise la solution air/air Hitachi dans laquelle une unité intérieure est raccordée à l’unité extérieure et assure la production d’ECS.
• Une pac air/air multiplit : une unité intérieure par pièce, régulation par pièce, unité intérieure spécifique pour la production d’ECS ou chauffe-eau thermodynamique.

La dernière version du système Triple C utilise le R32 comme fluide. Il est classé A2L ou "légèrement inflammable" et son GWP = 675 en fait un fluide de transition, plus qu’une solution pérenne. L’installation du système est soumise au respect de la norme NF EN 378:2017 qui limite la charge de fluide admissible dans le système en fonction du volume de la plus petite pièce du logement équipée d’une unité intérieure à détente directe.

Dans tous les cas, il faudra également veiller au respect de la norme EN 378. Les groupes extérieurs sont le plus souvent installés en toiture-terrasse ou en toiture du bâtiment. Ce qui ajoute plusieurs contraintes : il faut vérifier que le dénivelé entre l’unité extérieure et l’unité intérieure la plus éloignée est acceptable, ainsi que la longueur de canalisation. Plus on éloigne l’unité extérieure du logement à traiter, plus le volume de fluide frigorigène dans le système augmente.

Les précautions d’installation de la détente directe en collectif

Reste les fluides. Dans les logements collectifs, il faut respecter la norme EN 378 qui permet de calculer la charge maximale de fluide frigorigène dans un circuit thermodynamique, en fonction des caractéristiques du fluide et de celles des locaux équipés, notamment le volume des plus petites pièces. Uniclima et le Cetim ont rédigé en 2017, puis mis à jour en 2018, un guide pour réaliser les analyses de risque selon la EN 78. Il est désormais téléchargeable librement ici.

Pour faciliter la résolution du problème des fluides, Mitsubishi Electric propose un VRF hybride : le réseau de fluide frigorigène alimente des boîtiers fluide/eau, disposés dans le bâtiment. En aval de ces boîtiers, un réseau d’eau alimente des ventilo-convecteurs, des plafonds ou des planchers chauffants-rafraîchissant. Cette architecture permet de limiter le parcours des réseaux de fluide dans le bâtiment et de se conformer plus facilement aux prescriptions de la norme EN 378, notamment en cas de fluide inflammable, classé A2L comme le R32, qui impose des dispositifs de sécurité particuliers, en plus du calcul de charge maximale, : détection de fuite, ventilation du parcours des canalisations de fluide, coupure du circuit en cas de détection de fuite, …