DIMENSIONNEMENT ET EXPÉRIMENTATION D’UNE UNITÉ POMPE À CHALEUR / ORC RÉVERSIBLE

L’union européenne doit réduire les émissions de gaz à effet de serre de 80% par rapport au niveau des années 90 d’ici 2020. Les ménages représentent 27% de la consommation finale. Dans ce cadre, les bâtiments dont la consommation d’énergie est quasi nulle (NZEB – Nearly Zero Energy Building) sont d’une importance considérable. A partir de 2019, tous les nouveaux bâtiments devront présenter une production d’énergie renouvelable supérieure à la consommation d’énergie primaire. C’est dans ce cadre que le concept de PAC/ORC prend tout son sens. Ce système innovant comprend une pompe à chaleur eau/eau (PAC) reliée à un toit solaire et à un échangeur de chaleur géothermique. Cette pompe à chaleur est également capable d'inverser son cycle et de fonctionner comme un Cycle Organique de Rankine (ORC). En utilisant le toit solaire comme source de chaleur, une grande quantité de chaleur est générée tout au long de l'année. Cette chaleur est utilisée en priorité pour couvrir les besoins de chauffage annuels et le surplus de chaleur généré au cours de l'été est utilisée pour produire de l'électricité dans l’unité PAC / ORC. L’article s’articule en 4 parties. Tout d’abord, l’introduction présente les trois modes de fonctionnement. Ensuite, les modèles des composants et l’évaluation des performances au point nominal de conception sont décrits. Par après, le dimensionnement et le choix des composants sont réalisés sur bases de simulations annuelles avec un pas de temps d’une heure. Enfin, les premiers résultats expérimentaux sont présentés. Un rendement de 5,7% est atteint en mode ORC (avec une température de condensation de 25°C et une température d’évaporation de 88°C) alors qu’un COP de 4,2 est obtenu en mode pompe à chaleur (avec une température de condensation de 61°C et une température d’évaporation de 21°C).