Trois fois plus de rendement, trois fois plus d’écologie: des systèmes novateurs pour répondre aux besoins énergétiques des immeubles collectifs
Douze partenaires ont uni leurs efforts dans le cadre du projet TRI-HP, financé par l’UE, dans l’objectif de concevoir des systèmes de trigénération innovants. Ils entendaient mettre au point des dispositifs énergétiques écologiques et abordables pour les immeubles d’habitation en combinant des pompes à chaleur, l’énergie solaire et le stockage de l’énergie, et en utilisant 80 % de l’énergie renouvelable totale autoproduite sur place.
Passer des réfrigérants synthétiques aux réfrigérants naturels
Consciente des effets néfastes des réfrigérants synthétiques utilisés depuis les années 1930 et associés à l’appauvrissement de la couche d’ozone, au réchauffement de la planète et aux problèmes de santé, l’équipe a cherché des alternatives respectueuses de l’environnement. Composants essentiels des pompes à chaleur, les réfrigérants naturels durables sont indispensables pour minimiser l’impact du système sur l’environnement. Le coordinateur du projet, Daniel Carbonell, souligne que les réfrigérants naturels (hydrocarbures, eau, ammoniac et dioxyde de carbone) constituent la solution la plus fiable et la plus durable pour les pompes à chaleur. C’est dans cette optique que TRI-HP a conçu deux pompes à chaleur fonctionnant au propane et une au dioxyde de carbone. Les membres du projet ont élaboré deux concepts novateurs pour fournir de la chaleur renouvelable aux pompes à chaleur: le système de coulis de glace solaire avec la méthode de super-réfrigération et le système double source/puits.
Un dispositif de pompe à chaleur puisant dans le sol et l’air ambiant
Le système de pompe à chaleur réversible double source/puits utilise le propane comme réfrigérant. Il est conçu pour exploiter deux sources de chaleur renouvelables (le sol et l’air ambiant) dans l’évaporateur de la pompe à chaleur afin de fournir du chauffage. Ces mêmes sources servent également de puits de chaleur pour répondre aux besoins de refroidissement. En d’autres termes, il peut passer efficacement de la chaleur du sol à la chaleur de l’air ambiant, en fonction de la source la plus appropriée à un moment donné. Entre autres avantages, ce système double a permis de réduire de forages intensifs en Europe centrale.
Exploiter l’énergie du soleil et stocker la chaleur dans la glace
Le système de coulis de glace solaire constitue une solution durable pour le chauffage des bâtiments, qui permet également de fournir un refroidissement gratuit, ce qui pallie certaines limites des systèmes traditionnels de pompes à chaleur géothermiques. Grâce à l’utilisation de capteurs solaires thermiques et au stockage dans la glace, le dispositif collecte l’énergie solaire pendant les mois d’été et la stocke en faisant fondre la glace pour assurer le chauffage durant l’hiver. Il est également partiellement chargé et déchargé chaque jour en hiver pour compenser les périodes lors desquelles l’ensoleillement est insuffisant, par exemple la nuit. «Le développement du concept de coulis de glace qui s’appuie sur une méthode de super-réfrigération et des revêtements qui empêchent la glace d’adhérer aux parois, a constitué une avancée notable. Cette innovation permet d’éliminer les échangeurs de chaleur internes du système de stockage de la glace, et donc de réaliser d’importantes économies lors de l’installation», souligne Daniel Carbonell. «Pour la première fois en Europe, l’efficacité d’un système de pompe à chaleur à super-réfrigération de coulis de glace a été démontrée avec succès en laboratoire, marquant une avancée substantielle de cette technologie», ajoute Daniel Carbonell. «Nos simulations révèlent que les systèmes à coulis de glace solaire sont susceptibles d’atteindre des rendements plus élevés à des coûts comparables à ceux des dispositifs de pompes à chaleur géothermiques de pointe, tout en offrant plusieurs avantages supplémentaires.»
Préparer le terrain pour un avenir énergétique résidentiel durable
Les chercheurs ont élaboré un cadre de simulation en source ouverte dénommé pytrnsys qui permet d’évaluer le coût et le potentiel énergétique de leurs systèmes TRI-HP à travers l’Europe. Le système à base de coulis de glace solaire fonctionnant au propane a permis d’atteindre des facteurs de performance annuelle élevés de l’ordre de 4, améliorant l’efficacité énergétique des pompes à chaleur géothermiques de 5 à 8 % dans certaines villes. Les coûts totaux moyens actualisés de l’énergie produite varient de 16 ct/kWh à 26,7 ct/kWh, selon le lieu. Les systèmes de trigénération innovants de TRI-HP, qui tirent parti de réfrigérants naturels et de sources renouvelables, ouvriront la voie à un avenir plus vert dans la gestion de l’énergie résidentielle.
Mots‑clés
TRI-HP, pompe à chaleur, réfrigérants naturels, systèmes de trigénération, refroidissement, chauffage, électricité, bâtiments résidentiels, stockage de l’énergie
