Fonctionnement et Composants des Pompes à Chaleur

Principe de fonctionnement des pompes à chaleur

• Un fluide frigorigène s'évapore dans un échangeur (évaporateur) et absorbe une grande quantité d'énergie.
• Un compresseur aspire ces gaz et les comprime, augmentant ainsi la température et la pression du gaz.
• Le fluide frigorigène est ensuite refoulé vers un condenseur où il se condense en libérant de la chaleur.
• Le fluide frigorigène (à l'état liquide) passe enfin à travers un détendeur afin de réduire sa pression à son niveau initial, ce qui entraîne une vaporisation partielle.

Composants du circuit frigorifique

• Compresseur: Véhicule le fluide frigorigène dans le circuit frigorifique en augmentant sa pression.
• Les pompes à chaleur Avenir Energie utilisent des compresseurs Scroll.
• Détendeur: Permet de faire passer le fluide de la haute à la basse pression et est de type thermostatique.
• Le bulbe du détendeur, situé à l'aspiration du compresseur règle le débit de fluide à travers le détendeur et assure un remplissage correct de l'évaporateur, assurant ainsi une surchauffe correcte du compresseur.
• Le tube d'égalisation de pression externe branche à l'aspiration du compresseur, permet de récupérer une surchauffe normale en tenant compte des pertes de charge de l'évaporateur.
• Les machines réversibles sont équipées de détendeurs bi-flow pouvant détendre le fluide dans les 2 sens de circulation.
• Déshydrateur: Supprime l'humidité du circuit, neutralise les acides et filtre les impuretés.
• Voyant liquide: Permet de contrôler la teneur en humidité du circuit frigorifique et l'état du fluide.
• Jaune: trop d'humidité.
• Vert: sec.
• Prises de pression: Permettent d'effectuer les mesures de pressions sur le circuit frigorifique.
• Toujours au moins une à la BP et une à la HP, de type Schrader.
• Pressostats: Le pressostat HP limite la pression haute et le pressostat BP limite la pression basse.
• Les valeurs de coupure sont indiquées dessus et varient en fonction des machines.
• Vanne 4 voies: Montée sur les PAC réversibles et sur les modèles AIR-EAU, inverse le sens du fluide dans le circuit frigorifique.
• L'aspiration du compresseur est toujours raccordée à celui du milieu et le refoulement du compresseur au quatrième raccordement.
• Vanne électromagnétique : Équipe les modèles SOL-EAU et AIR-EAU et évite le retour du fluide dans l'évaporateur après l'arrêt.
• Clapet anti-retour: Assure la circulation à sens unique du fluide dans les canalisations sur les machines réversibles.
• Réserve liquide: Assure l'alimentation en liquide uniquement et maintient un remplissage correct du condenseur.
• Condenseur/évaporateur: Le fluide passe de l'état vapeur à l'état liquide (HP) dans le condenseur en libérant de la chaleur.
• Condensation : s'effectue dans l'échangeur à plaques (mode chaud).
• Évaporateur: Le fluide s'évapore (BP) en absorbant de la chaleur.
• AIR-EAU Evolution: batterie à air de l'unité extérieure (mode chaud).
• SOL-EAU, SOLOPACK Evolution, module ECS SOL-EAU: capteurs enterrés (réseau de tubes en parallèle) en mode chaud.
• EAU-EAU, module ECS EAU-EAU : échangeur à plaques sur la boucle hydraulique capteur en mode chaud.
• Pour les machines réversibles en mode froid, l'évaporateur devient le condenseur et vice versa. Dans les échangeurs à plaques en mode chaud, le fluide et l'eau circulent à contre courant.

Mesures sur les pompes à chaleur

• La basse pression s'effectue sur la canalisation d'aspiration du compresseur par la valve Schrader.
• La haute pression s'effectue sur la canalisation de refoulement du compresseur par la valve Schrader, ou sur la ligne liquide.
• La surchauffe est l'écart entre la température des vapeurs à l'aspiration du compresseur et la température d'évaporation.
• Le sous refroidissement est l'écart entre la température de changement d'état et la température du liquide à la sortie du condenseur.
• Le ΔT échangeurs est l'écart de température entre l'entrée et la sortie de l'eau dans les échangeurs à plaques.
• L'intensité absorbée est la quantité de courant qu'absorbe le compresseur, permettant de calculer la puissance absorbée.
• En monophasé : P = U x I x Cos Phi (U = 230 V)
• En triphasé : P = U x I x √3 x Cos Phi (U = 400 V)

Relation entre la pression et la température

• La relation pression-température est la base des phénomènes se produisant dans l'évaporateur et le condenseur.
• Un mélange de vapeur avec le liquide qui leur a donné naissance, obéit à des relations très précises et qui lient la température du mélange à sa pression.
• Pour chaque pression (BP et HP), les manomètres indiquent la température de changement d'état correspondante.

Le R407C

• Composé de R134a (52%), R32 (23%) et R125 (25%), il est un mélange zéotrope de 3 fluides frigorigènes.
• Il existe un écart entre la température à l'état gazeux (saturation) et à l'état liquide pour une même pression.
• Le changement d'état ne s'effectue pas à température constante, avec un glissement de 5°C à 7°C.
• Il faut prendre la température d'évaporation en phase vapeur quand vous relevez la BP, et contrôler la surchauffe avec la température.
• La température de condensation en phase liquide est relevée lors du relevé de la HP pour le contrôle du sous-refroidissement.
• La comparaison de la température de sortie d'eau avec la température de condensation nécessite la température de condensation en phase vapeur.
• Il faut prendre la relation pression-température à l'état gazeux pour mesurer la surchauffe.
• Il faut prendre la relation pression-température à l'état liquide pour mesurer le sous-refroidissement.

Dimensionnement d'une pompe à chaleur

• PAC AIR-EAU: Ne peut répondre qu'à 70 % des besoins en chauffage majorés de 20 %, les 50 % manquant seront apportés par un appoint.
• La procédure de dimensionnement d'une installation de chauffage par aérothermie comprend :

1. Réaliser une étude thermique précise du local à chauffer.
2. Majorer de 20% les pertes thermiques (en kW) du bâtiment pour la température de base du lieu (point 1).
3. Tracer la droite des déperditions sur les courbes représentant l'évolution de la puissance calorifique des PAC en fonction de la température extérieure (le point 1 et la température de régulation du bâtiment).
4. Tracer l'horizontale correspondant à 70% des déperditions majorées à la température de base (3). [ 5. Tracer l'horizontale correspondant à 50% des déperditions majorées à la température de base (4).
5. La PAC à installer est celle qui coupe la droite des déperditions entre les droites 3 et 4.
6. La température d'équilibre est l'abscisse de l'intersection entre les déperditions et la caractéristique de la PAC.
7. La puissance de l'appoint électrique correspond à la différence entre les déperditions pour la température de base et la puissance de la PAC installée pour cette même température de base.

• PAC SOL-EAU et EAU-EAU:

1. Réaliser une étude thermique précise du local à chauffer.
2. Majorer les déperditions de 20% à la température de base et prendre le générateur de puissance égale ou juste supérieure.
3. Déduire des tableaux suivants les longueurs et le nombre de tubes de capteur.

Précautions relatives à la mise en place des liaisons frigorifiques (PAC AIR-EAU et SOL-EAU)

• Les raccords doivent être effectués avec du tube cuivre de qualité frigorifique
• Garder les extrémités des tubes de liaisons fermées et isolées avec un bouchon pour éviter tout type de pollution.
• Ne pas souffler dans les tubes de liaisons.
• La mise en place doit se faire sur une seule journée pour éviter la pollution du circuit.
• Ne pas souder en cas de pluie.
• Ne pas surchauffer les soudures, qui doivent se faire sous flux d'azote.
• Utiliser des coudes cintrés plutôt que des coudes soudés. Il est important de positionner correctement les pièges à huile.

Positionnement des pièges à huile

• L'huile utilisée pour la lubrification des compresseurs est miscible avec les fluides frigorigènes, donc il y a toujours une certaine quantité d'huile qui quitte le compresseur.
• La quantité d'huile qui part du compresseur doit être égale à celle qui revient, afin que le niveau d'huile reste constant.
• Inutile de mettre en place des pièges à huile si les unités intérieure et extérieure sont à la même hauteur.
• Si l'unité intérieure est à plus de 1,5 m au dessus de l'unité extérieure, il faut mettre un piège à huile en haut et en bas de la ligne.
• Les pièges à huile de type col de cygne sont les plus efficaces.
• Pièges à huile impératifs pour montée ou descente du capteur, avec un de dénivelé de 1,5m.

Précautions relatives à la mise en place de capteurs verticaux (PAC EAU GLYCOLEE - EAU)

• Pour les PAC géothermiques avec capteurs horizontaux, les boucles de capteur reliées au collecteur doivent avoir la meme longueur pour uniformiser les débits.
• Sur un champ de capteurs verticaux, il faut procéder selon le modèle de boucle de Tichelmann pour égaliser les débits.

Réglementation concernant les fluides frigorigènes

• Toute personne manipulant des fluides frigorigènes doit être déclarée en préfecture depuis 1992.
• Depuis Juillet 2009, une attestation de capacité d'un organisme agréé par l'état doit être obligatoirement obtenu avant manipulation.

Confinement

• Tout dégazage dans l'atmosphère de fluide frigorigène fluoré est strictement interdit.
• L'opérateur doit prendre toutes les mesures nécessaires pour prévenir les fuites.
• L'opérateur doit réparer les fuites détectées dans les plus brefs délais.
• Le contrôle des fuites est obligatoire pour toutes installations contenant plus de 2 kg de fluide après toute intervention.
• Prescriptions à respecter:

1. Charge en fluide < 2 kg ; pas de contrôleur d'ambiance, contrôle manuel non obligatoire
2. Charge en fluide > 2 kg ; avec contrôleur d'ambiance, contrôle manuel 1 foi/an
3. Charge en fluide > 2 kg ; sans contrôleur d'ambiance, contrôle manuel 1 foi/an
4. Charge en fluide > 30 kg ; avec contrôleur d'ambiance, contrôle manuel 1 foi/an
5. Charge en fluide > 30 kg ; sans contrôleur d'ambiance, contrôle manuel 2 fois/an
6. Charge en fluide > 300 kg de CFC ou HCFC ; avec contrôleur d'ambiance, contrôle manuel 2 fois/an
7. Charge en fluide > 300 kg de CFC ou HCFC ; sans contrôleur d'ambiance, contrôle manuel 4 fois/an
8. Charge en fluide > 300 kg de HFC ; contrôleur d'ambiance obligatoire, contrôle manuel 2 fois/an

• Les équipements feront l'objet d'un contrôle d'étanchéité dans le mois qui suit la réparation d'une fuite afin de vérifier l'efficacité de la réparation.

Documents et déclarations à fournir

• L'opérateur doit remplir un historique de chaque équipement contenant plus de 2 kilos de fluide.
• Les fiches d'intervention doivent être signées par lui et le détenteur, à conserver 5 ans, et doivent contenir:

1. quantité et type de fluide frigorigène installé
2. quantités ajoutées ou récupérées lors de la mise en service, de la maintenance, de l'entretien et de la fin de vie
3. nom de l'opérateur qui a effectué les opérations
4. dates et natures des opérations
5. résultats des contrôles d'étanchéité ou des contrôleurs d'ambiance.

• L'opérateur déclare à son organisme agrée tous les mouvements de fluides effectués dans l'année écoulée, le 31 Janvier de l'année suivante.
• Indiquer les quantités achetées, stockées au 1er Janvier et 31 Décembre, chargées dans les équipements, récupérées puis réutilisées, et transmises à son distributeur pour recyclage, régénération ou destruction.
• Tout équipement vendu pré-chargé doit être étiqueté de façon indélébile

Récupération des fluides

• Pour la récupération, les emballages de récupération doivent être mis à disposition et repris par le distributeur.
• La récupération est obligatoire pour tous les fluides.
• Les CFC doivent être détruits.
• Les HCFC peuvent être réutilisés jusqu'au 31 Décembre 2014.

Sanctions en cas de non respect des interdictions

• Non respect des interdictions d'utilisation de CFC ou d'HCFC : maximum 2 ans d'emprisonnement et 75 000 € d'amende.
• Manipulation de fluides sans enregistrement en préfecture (attestation de capacité au-delà du 4 Juillet 2009).
• Opération de dégazage, non récupération intégrale des fluides avant intervention ou démantèlement,recharge d'installation fuyarde: contravention de 5e classe (amende doublée en cas de récidive).
• Non établissement de la fiche d’intervention,acquisition de fluide sans déclaration en préfecture: contravention de 3ème classe.

Rappels

Il est interdit de dégazer sauf pour la sécurité des personnes. Il est interdit de recharger tant que la fuite n'est pas réparée.

Charge en fluide frigorigène

• Les éléments suivants sont nécessaires pour réaliser la charge en fluide frigorigène :

1. bouteille d'azote
2. une pompe à vide
3. une bouteille de fluide R407C
4. un manifold HP/BP
5. un thermomètre de contact
6. une balance précise (± 10 grammes).

• La charge finale en fluide frigorigène doit obligatoirement être inscrite sur l'étiquette de série.

Procédure de charge PAC AIR-EAU

• Actions préalables:

1. Contrôle de l'absence de fuite.
2. Raccorder le manifold aux valves et connecter bouteille d'azote et bouteille de charge.
3. Faire monter la pression d'azote dans le circuit à au moins 10 Bar et vérifier que les pressions lues sur chaque manomètre sont identiques en ouvrant les vannes.
4. Contrôler les brasures à l'aide de mille bulles.

• Tirage au vide:

1. Déconnecter la bouteille d'azote et connecter la pompe à vide.
2. Tirer au vide jusqu'à ce que la pression soit en dessous de 0,005 bar.
3. Laisser la pompe fonctionner 15 minutes après l'obtention du vide.
4. Fermer les robinets; si la pression remonte après 10 minutes, il y a une fuite. . Contrôler l'aspect du voyant de liquide: la pastille doit être verte.

• Charge de la machine:

1. Positionner la bouteille de charge sur la balance.
2. Introduire le fluide frigorigène progressivement et initialement avec 80% de la charge.
3. Mettre en route la pompe à chaleur et ajuster si nécessaire la quantité de fluide.

Optimisation de la charge

• La majorité étant utilisées sur radiateurs (eau à 60°C) ou applications non reversibles, optimiser en mode chauffage (meilleurs COP).
• En mode chauffage, contrôler surchauffe et sous refroidissement :

1. La surchauffe doit être comprise entre 5 et 12K (plus importante si la température extérieure est élevée).
2. Le sous-refroidissement doit être proche de 5K.

Vérification du bon fonctionnement de la PAC

Après un fonctionnement stable:

1. cycles de dégivrages doivent convenablement se dérouler !.
2. vérifier le fonctionnement du dégivrage(la batterie doit revenir dans son état initial!).
3. laisser chuter la température dans le circuit
4. fermer les vannes de l'application de la maison
5. vérifier que le ballon monde en température et atteind la température de coupure.

Procédure de charge PAC SOL-EAU

1. S'assurer que le circuit frigorifique ne présente aucune fuite.
2. Brancher le vacuomètre sur une prise de pression libre.
3. Faire monter la pression d'azote à 10 bars dans le circuit et vérifier
4. Vider l'azote, brancher bouteille de charge et brancher la pompe à vide sur le manifold.
5. Ouvrir les vannes d'égalisations du manifold.
6. Atteindre le vide (< 0,005 bar), fermer les vannes égalisation de pression.
7. Relier la bouteille de fluide et ouvrir la vanne. 8- En phase liquide, desserrer le robinet BP introduire 80 % de la masse en fluide.

Procédure de charge PAC EAU-EAU

1. Brancher manomètre HP et BP . s'assurer de l'absence de fuite après le vide dans l'installation.
2. introduire le plus possible de fluide par la valve BP sans dépasser la valeur préconisée.
3. suivant les conditions introduire la totalité de la charge compresseur à l'arrêt ou le démarrer pour introduire le fluide doucement pour éviter le coup de liquide.