20070501 Mise en chantier AB 20070515 version brute pour JRF 20070524 Ajout du calcul du SPF pour un puits canadien à 8 degré et changement de la longueur de liaison frigorifique de 10m a 7.5m 20071115 Mise a jour "installation" 20080316 Ajout du rapport (anglais) sur les mesures 20140325 Ajout les mesures dur 6 ansMessage à AB
Table des matières
Introduction
Le but de ce site est de partager des documents avec les personnes spécifiques, mais étant donné qu'il ne contient aucune information confidentielle je le laisse en accès publique. Les documents et notes rassemblés le sont dans le cadre suivantes:Pour les grandeurs physiques, normes et autres définitions, j'utilise des chiffres approximatifs et les documents publiques dont j'ai la copie sur ce site. Les documents sont souvent d'origine étrangère, les documents suisse étant assez rarement disponibles. J'ai l'impression que les différences à travers l'Europe sont minimes et servent plutôt à la protection des professionnels qu'aux intérêts du consommateur. Hélas, les meilleurs documents sont en anglais.
Préliminaires: pertes thermiques - isolation
retour à la table des matièresIl s'agit d'examiner des principales sources de pertes thermiques afin de pouvoir opter pour un compromis adéquat lors de la réalisation.
Pertes thermiques des murs
C'est la première chose à examiner. Le taux de pertes thermiques dQ se chiffre en W/degré et on peut ramener toutes les pertes à ces unités. De là on obtient la quantité de chaleur nécessaire Q pour maintenir une différence de température voulue dT par rapport à l'extérieur pendant une heureQ[kWh]=dT x dQ /1000
On constate que pour une perte de dQ=1W/degré et une différence dT=20 (0 à l'extérieur et 20 à l'intérieur), on a besoin 0.02 kWh d'énergie à l'heure.
Pour une année, il suffit alors additionner toutes les heures de chauffage en tenant compte des températures extérieures. En Suisse, accès aux mesures des températures relevées par l'office fédéral de météorologie et climatologie (financé par les fonds publique) est payant, quelques centimes/mesure, et il y a ~10000h/année. Une station privé www.vengeron.net a mis aimablement à ma disposition les mesures avril 2004 - avril 2006 effectuées au bord du Lac Léman. Elle permettent de jouer les différents cas de figures de chauffage sur 2 ans. Selon un scénario typique ou on chauffe dès que la température descend en dessous de 20 degrés, on constate que dans le climat de Vengerons on devra chauffer pendant 7500 heures/années et qu'on devra fournir Q=dT 82.5 kWh pour chaque W/degré de pertes. On voit, par ailleurs, qu'avec une température extérieure de 2 ou 4 degrés plus basse que celle de Vengeron les besoins de chauffage augmentent rapidement.
électricité [kWh/année] Mazout [l/année]
climat t-moyenne t-moyenne heures dT-total[heures.degre] non-isolé bien isole non-isole bien isole
annuelle chauffage
---------- --------- --------- ------ ---------------------- --------- ---------- --------- -----------
Vengeron 11.0 8.97 7489 82500 49500 12375 5500 1375
Vengeron-2 9.0 7.72 7995 98124 58874 14718 6541 1635
Vengeron-4 7.0 6.31 8372 114540 68724 17181 7636 1909
Les normes récentes (par exemple les normes bernoise) imposent des pertes dQ par m2 (appelés communément le coefficient U) moyennes toute surface confondue (plancher, plafond, murs, fenêtres) de l'ordre 0.4 W/m2.degré pour une maison neuve et 0.5 pour une rénovation. Pour la rénovation d'une maison de 100m2 avec une enveloppe de surface totale de 300 m2 on arrive au taux de pertes total de 150 W/degré (12cm de polystyrène expansé), alors qu'une maison non isolée va avoisiner U=2 W/m2.degré et les pertes totale 600 W/degré. Cela nous conduit aux consommations annuelles en kWh/m2 ou en litres de mazout/m2 (41.2kWh = 4.6l mazout).
Pertes thermiques de renouvellement d'air
Selon le règlement français, il faut renouveler un volume dV de 20 m3/heure.personne. Ceci conduit avec Cv - chaleur spécifique par m3 d'air sec = 1300 J/m3.degré au taux de perte dQ = dV*Cv/3600 = 7W/personne.degré. Ce chiffre représente la limite supérieur de la perte due au renouvellement de l'air, car on ne tient pas compte de l'apport de chaleur par la personne même qui est de l'ordre 100W/personne. Cette perte peut être réduite par un échangeur d'air usé inclus dans un système de ventilation forcée (ou encore ventilation mécanique contrôlée - VMC dans le jargon technique). Le chiffre de 7W/personne.degré est à comparer avec les 150 W/degré de pertes par les murs d'une maison bien isolée. Avec 2-3 personnes (typique pour une maison de 100 m2) on arrive à 21W/degré supplémentaires qui ne justifient pas une installation relativement complexe. A noter encore que le système de ventilation forcée a un rendement au mieux de 80% (ventilateurs, pertes de charge ...).Isolation de la maison
Il va de soi que la première chose à faire est d'isoler la maison. Il serait déraisonnable d'envisager l'installation d'une pompe à chaleur car la puissance requise ne laisserait guère le choix sur le type d'installation (chauffage central à température élevé) sans parler d'un confort limité (mur et sol froids). Dans notre cas climatique (Vengeron-2 du tableau), l'isolation conduit à une économie de 4000 l de mazout (3200 Fr au prix du jour) par année. Pour toute sorte de raisons d'ordre non-financier nous avons fait la grande partie du travail d'isolation nous même, en partie par curiosité car il nous semblait qu'il s'agit de quelque chose de relativement simple et qu'il n'est pas nécessaire recourir aux moyens sophistiqués. Je me contente ici de quelques remarques et indications qui peuvent être utiles aux autres.La rentabilité des investissement
L'économie annuelle en kWh se chiffre comme dQ*dT/1000, pour le climat Vengeron-2 dT~100000 et dkWh=100*dQ. Donc pour chaque Watt de réduction de taux de perte on économise 100kWh. Avec un chauffage à mazout parfait cela signifie 100/9=11 litre de mazout ou 9 Fr. Avec un chauffage électrique le coût des 100 kWh est de 20 Fr. Bien sure on va installer une pompe à chaleur, mais sa rentabilité doit être examiné séparément. On retient le chiffre 10 Fr/Watt comme facteur qui traduit la réduction de pertes en économie. On constate que le temps d'amortissement de l'isolation des murs (économie 15Fr/m2.année) est de l'ordre de 10 ans et celui des vitrage 7 ans (sans compter les frais éventuels de l'adaptation des fenêtres existantes)retour à la table des matières
Pompe a chaleur (PAC) air-air
retour à la table des matièresLes caractéristiques
S'il n'est pas difficile de trouver une documentation technique simple (ici pour Daikin Ururu Sarara) qui indique les principales caractéristiques, d'obtenir le manuel complet (304 pages), merci M. Aurélien, (très bonne description de l'évacuation des conduites frigorifiques page 101), est un véritable parcours du combattant (Daikin Europe et Japon et les importateurs suisses ne répondent tout simplement pas). Toutes les valeurs publiées par les fabricants sont obtenues dans les conditions standard de test décrit dans la norme EN 14511-2:2004 (il faut payer pour l'avoir !) mais que l'on peut résumer en substance:Coefficient de (Of) Performance - COP
C'est le rapport puissance calorifique extraite/puissance électrique injectée. Il est donné pour la puissance nominale, parfois pour la puissance minimale et maximale. Un excellent site de PROMOTELEC (dans tableau exel voir liste des clim) met a disposition des valeurs certifiées des COP à -7 0 et 7 degré pour plus de 500 PACs (appelés sur le site générateur thermodynamique - oh la France polytechnique). En général, plus la puissance nominale de l'appareil est faible, plus le COP est élevé comme le montre mon analyse utilisant les données PROMOTELEC. Le point central indique le COP à 0 degré et les extrémités de chaque barre verticale le COP à -7 et +7 degrés respectivement. Il n'y a aucune raison physique pour que les appareils moins puissants soient plus efficaces. Ce comportement provient du fait que les appareils de faibles puissances dans une série sont moins affectés par les contraintes technico/commerciales telles la dimension des ventilateurs du compresseur, bruit. Un calcul simplifié (rendement 100% assumé) basés sur le débit d'air V [m3/sec] et la puissance nominale P [kW] pour une série d'appareils (ici Toshiba RAS-10GAVP-E - RAS-16GAVP-E) montre que la différence minimale requise dT entre la température d'air entrant et celle de l'air sortant pour l'unité extérieure selon dT = P/(V*Cv) passe de 4 à 6 degré lorsque la puissance augmente de 3.2 à 5.5 kW. Le même raisonnement s'applique à l'unité interne qui, lui, a un débit beaucoup plus faibles et par conséquent les différences de température plus fortes, respectivement 14 et 23 degrés. Par conséquent le rendement thermodynamique de l'unité de la plus forte puissance de la série (ici le modèle 16) est le plus faible.En dehors des conditions nominales le COP varie essentiellement en fonction de 3 paramètres:
Dans le cas de Daikin Ururu Sarara, pour les puissances thermiques min/nominal/max = 1.3/3.6/5.0 [kW] on a le COP = 5.91/5.14/3.55 avec la puissance électrique absorbée de 0.22/0.7/1.41 [kW] Un excellent article (pages 18-25) confirme (graphique SPF page 22), que pour toutes les PAC testées, il y a une augmentation de rendement de l'ordre 15-20% lorsque la machine travaille à la puissance réduite à 50%.
Information détaillée sur cet aspect n'est que rarement donnée, mais elle est assez similaire pour les machines de la génération 2005. Ici pour PACs Toshiba extraite du manuel le plus complet (Toshiba Daisekai RAS-B10/13/16GKVP-E) que j'ai pu trouver. On y trouve notamment le schéma du fonctionnement de la PAC et les conditions du fonctionnement (page 19-21) qui donnent un aperçu de l'explication du meilleur rendement des petites unités. L'installation du Toshiba est décrite dans le manuel d'installation; en particulier l'évacuation des conduites frigorifiques (page 14). On trouve une courbe similaire chez Hitachi libellée directement en puissance de chauffage.
Les pertes thermique et de charge dans la liaison frigorifique engendrent une réduction de puissance de chauffage qui dépend peu de la puissance. Une courbe de pertes relatives est donnée par Hitachi. De nouveau, l'ordre de grandeur de pertes de 15% pour une longueur additionnelle de 10m doit être assez représentatif pour toutes les PACs.
Facteur de performance saisonnière (Seasonal Performace Factor) - SPF
SPF est le COP moyen sur une année qui dépendra du climat particulier et de la stratégie de chauffage. Pour le calculer il faut construire la fonction COP(Texterieur,Puissance), disposer de données de température du site d'installation sur quelques années heure par heure, ainsi que des pertes thermique dQ[W/degré] de surface à chauffer. Les températures peuvent être obtenu de la météo suisse à un prix prohibitif. Les calculs dans les publications techniques se contentent souvent d'un modèle sinusoïdal ajusté à la température moyenne annuelle. Le calcul basé sur les mesures de Vengeron donnent pour les conditions climatiques Vengeron,-2,-4
Consommation PAC | | SPF avec le puits canadien
climat t-moyenne t-moyenne COPmin Qmax Qmoy | SPF | sans déviation | avec déviation
annuelle chauffage /jour [kWh/jour] [kWh/jour] | | t=0 t=3 t=5 t=8 | t=0 t=3 t=5 t=8
---------- --------- --------- --- ---------- ---------- | --- | ---- ---- ---- ---- | ---- ---- ---- ----
Vengeron 11.0 8.97 2.8 15.8 5.9 | 4.3 | 3.7 3.9 4.1 5.4 | 4.3 4.4 4.5 5.4
Vengeron-2 9.0 7.72 2.7 18.2 6.7 | 4.1 | 3.6 3.9 4.1 5.3 | 4.1 4.3 4.4 5.4
Vengeron-4 7.0 6.31 2.4 21.8 7.6 | 3.9 | 3.6 3.8 4.0 5.3 | 4.0 4.2 4.3 5.3
Le calcul du SPF a été fait pour la PAC Daikin Ururu Sarara (specs), avec le COPnominal=5.15 et le raccord frigorifique de 7.5m. Pour une autre pompe de conception récente similaire (la température minimale du fonctionnement -20degré), le SPF peut être estimé comme SPF_tableau*COPnominal/5.15.
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La rentabilité de la PAC
En reprenant le tableau des consommations annuelles tableau des consommations annuelles et prenant les prix 0.20Fr/kWh et 0.80Fr/l mazout on a:
| Consommation | Consommation | COUTS [Fr/année] | amortissement PAC [années]
climat t-moyenne | énergie | PAC avec | . électrique . | par rapport au
annuelle | kWh mazout | COP kWh | PAC . sans PAC . mazout | mazout chauffage électrique
---------- --------- | ----- ---- | --- ---- | --- . ---------- . ------ | ------ --------------------
Vengeron 11.0 | 12375 1718 | 4.3 2877 | 575 . 2475 . 1374 | 6 2
Vengeron-2 9.0 | 14718 2043 | 4.1 3589 | 717 . 2943 . 1634 | 5 2
Vengeron-4 7.0 | 17181 2386 | 3.9 4405 | 881 . 3436 . 1908 | 4 1
On constate que même comparé au calorifère (rendement 80%) à mazout existant (pas d'investissement), la PAC est rentable à l'échelle de 5-6 ans avec les prix 2007.
Notes d'installation
retour à la table des matièresPlatforme pour l'unité extérieure
La disposition de la platforme pour l'unité extérieure est spécifiée sur la figure 3D et et en 3 projectionsDimensions mécaniques: hauteur 693, largeur 795, profondeur 285 [mm]
Interconnections
Connection diamètre [mm] longueur[m] remarque ---------------------------- ------------- ----------- --------- Frigorifique gaz 3/8 25 7 avec isolation Frigorifique liquide 1/4 25 7 avec isolation Humidification 25 8 selon la note technique Daikin Condensat 18 8 pas très claire; selon la note technique Daikin Électrique 8 8 4 brins 1.5mm2, fil rigideVoir aussi la la note technique d'installation Daikin
Le branchement électrique au 220V se fait selon le schéma avec un disjoncteur du type D qui accepte le double courant de courte surcharges; voir les caractéristiques des disjoncteurs. La machine doit etre connectée par une ligne exclusivement pour la PAC et si possible sans raccord entre le disjoncteur et la PAC.
Réception du matériel - déballage
Le manuel d'installation fourni s'avère assez fantaisiste. Voici les remarques spécifiques concernant diverses petites questions.
Matériel nécessaire à l'installation (non-fourni par Daikin)
Outillage
Fournisseurs de la PAC
retour à la table des matièresVoici la liste des fournisseurs DAIKIN dans la région de Nyon et Internet.
| Froid Widmer SA, En Fontenailles 21, CH-1196 Gland | 022 999688, uheiniger@froidwidmer.ch | 5'500 Fs avec liaison |
| SAVEC succ. rte des Accacias 43, 1227 Geneve | 022 3422250,info@savec-fr.com | 3'780 Fs sans liaison |
| Climobil | Internet - France | 2124 Euro avec liason |
| DEPOTERMICA-Pontecagnano-Italie | ebay France | 1300 Euro sans liaison et sans transport (120 Euro en France) |
Mesures effectuées en saison 2007-2008
retour à la table des matièresResultats des mesures (Document en anglais)
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