Il y a au moins 19 fournisseurs de pompes à chaleur air-eau actuellement présents sur le marché américain. Certains d’entre eux sont basés sur des conceptions développées en Europe ou en Asie. Ces pompes à chaleur proviennent de marchés bien établis et ont tendance à être conçues comme plus qu'une simple « boîte » produisant un fluide chauffé ou refroidi. En plus de leurs systèmes de réfrigération, bon nombre de ces pompes à chaleur contiennent des composants hydroniques qui sont généralement « fournis sur site » dans les systèmes nord-américains. Les exemples incluent un circulateur, un vase d'expansion, une soupape de surpression et, dans certains cas, un surchauffeur électrique à circulation.
Les concepteurs et les installateurs doivent savoir exactement quels composants internes du côté hydronique sont fournis dans les pompes à chaleur avec lesquelles ils choisissent de travailler. Ils doivent également connaître les performances ou les limites de ces composants.
Par exemple, certaines pompes à chaleur air-eau sont fournies avec un vase d'expansion interne. La taille de ce réservoir détermine le volume du système peut contenir sans avoir besoin d'un vase d'expansion supplémentaire. Bien que les valeurs typiques du volume maximal du système sans réservoir supplémentaire soient d'environ 50 gallons, les concepteurs doivent vérifier cette valeur pour un modèle de pompe à chaleur spécifique.
La même diligence raisonnable doit être appliquée aux soupapes de surpression internes. Venant de l'extérieur des États-Unis, ne présumez pas que les PRV internes sont évalués à une pression typique de 30 psi. Une valeur plus typique est de 2 à 3 bars (29,4 à 44,1 psi). Ces valeurs nominales peuvent convenir lorsque la pompe à chaleur est la seule source de chaleur du système, mais si le système contient une autre source de chaleur, ou simplement un autre PRV à un autre endroit, ce PRV s'ouvrira probablement en premier. Il vaut également la peine de vérifier s'il existe des exigences de code applicables qui peuvent exiger une note PRV inférieure à celle du PRV interne.
Certaines pompes à chaleur air-eau sont fournies avec des circulateurs internes. Le circulateur peut être capable de fournir un débit à travers l'ensemble du système (par exemple, configuration directe au chargement), ou il peut uniquement être capable de fournir un débit à un réservoir tampon ou à un séparateur hydraulique. Les concepteurs doivent connaître le courbe de pompe nette (par exemple, hauteur de charge et courbe de débit disponibles à l'extérieur de la pompe à chaleur) pour évaluer si le circulateur est adapté au système de distribution raccordé à la pompe à chaleur. Deux ou trois zones de plinthes ou de ventilo-convecteurs sont probables avec la capacité du circulateur interne. Cependant, un système de chauffage par rayonnement au sol étendu, en particulier celui utilisant de petits tubes PEX de 5/16″ ou 3/8″, peut avoir des exigences de hauteur de chute exceptionnellement élevées qui dépassent la portée du circulateur interne.
Cerveau système
En plus des composants hydroniques, bon nombre de ces pompes à chaleur sont équipées de commandes internes capables de gérer à la fois le système de réfrigération de la pompe à chaleur et les fonctions de contrôle de l'équilibre du système. Les exemples incluent la capacité de :
- Faire fonctionner une source de chaleur auxiliaire
- Surveiller la température d'un chauffe-eau domestique indirect
- Donnez la priorité à un appel pour le chauffage de l'eau domestique plutôt qu'au chauffage ou au refroidissement des locaux.
- Rediriger le flux de la pompe à chaleur vers la charge de chauffage des locaux ou de chauffage de l'eau domestique
- Acceptez les signaux des thermostats de zone et faites fonctionner les circulateurs de zone ou les vannes de zone.
- Modulez la sortie d'une chaudière mod/con à l'aide d'une sortie 0-10 VDC
- Commutez automatiquement les charges de chauffage de la pompe à chaleur à la chaudière en fonction de la température extérieure.
- Modifie automatiquement la température cible de sortie de l'eau en fonction de la température extérieure.
Les fabricants ajoutent cette fonctionnalité pour réduire le besoin de contrôles externes et minimiser les conflits potentiels entre la logique de fonctionnement de la pompe à chaleur et la logique de fonctionnement « inconnue » du reste du système connecté à la pompe à chaleur.
Déroutement
Une fonction courante de contrôle du niveau du système consiste à faire fonctionner une vanne de dérivation motorisée à 3 voies pour diriger l'eau chauffée sortant de la pompe à chaleur vers le chauffage des locaux ou vers le serpentin d'un chauffe-eau domestique indirect. La figure 1 montre un agencement de tuyauterie typique.
Figure 1 Schéma avec l'aimable autorisation de John Siegenthaler
La pompe à chaleur surveille la température du chauffe-eau indirect à l'aide d'une sonde à thermistance. Lorsque le réservoir a besoin de chauffage, la pompe à chaleur actionne la vanne de dérivation à 3 voies pour diriger le flux de la pompe à chaleur vers l'échangeur thermique à serpentin du réservoir. Une fois que le réservoir est chauffé à sa température réglée, la vanne motorisée s'inverse pour diriger le débit vers le chauffage des locaux. Si les charges de chauffage des locaux et de l'eau domestique appellent simultanément, la plupart des pompes à chaleur air-eau dotées d'une capacité de contrôle « au niveau du système » donneront la priorité à cette dernière, ce qui lui permettra d'être la seule charge pendant une période de temps définie par l'utilisateur. Si ce temps s'écoule, le chauffage revient au chauffage des locaux.
Ce scénario de partage de charge se répète ensuite jusqu'à ce que l'une des deux charges cesse de demander de la chaleur. Ces pompes à chaleur modifient également leur température de sortie cible en fonction de la charge qui demande de la chaleur. Des températures de consigne plus élevées sont utilisées lors du chauffage de l’eau domestique. La température cible de sortie d’eau pour le chauffage des locaux est généralement basée sur la commande de réinitialisation extérieure.
Plan de sauvegarde
De nombreuses pompes à chaleur air-eau sont associées à des chaudières. Dans les projets de rénovation, il s'agit probablement d'une chaudière existante, dans les nouveaux projets, il s'agit probablement d'une chaudière mod/con. La chaudière peut fournir un complément de chaleur par temps très froid. Il peut également servir de source de chaleur d’appoint en cas de panne de la pompe à chaleur.
La figure 2 montre un agencement de tuyauterie typique dans lequel une chaudière mod/con est combinée à une pompe à chaleur air-eau. Le système utilise également une vanne de dérivation motorisée à 3 voies pour acheminer le débit vers le chauffage des locaux ou vers le chauffage de l'eau domestique.
Figure 2 Schéma avec l'aimable autorisation de John Siegenthaler
La chaudière est raccordée en parallèle à la pompe à chaleur. Cette configuration suppose que la chaudière dispose de deux sorties de circulateur à tension de secteur. Un circulateur fonctionne pendant le chauffage des locaux, l'autre fonctionne lorsqu'il y a une demande de chauffage de l'eau domestique. Les deux circulateurs sont équipés de clapets anti-retour internes pour empêcher le reflux.
Imaginez un système comprenant à la fois une pompe à chaleur et une chaudière, comme le montre la figure 2. Pendant le fonctionnement normal, la pompe à chaleur contrôle le fonctionnement de la chaudière selon les besoins du chauffage des locaux ou du chauffage de l'eau domestique.
Comme le destin l'a voulu, un éclair à proximité envoie une pointe de haute tension dans la maison qui « fait frire » quelque chose sur le tableau de commande de la pompe à chaleur, mais n'éteint pas la chaudière. Si la pompe à chaleur est la seule voie de contrôle pour faire fonctionner la chaudière et la vanne de dérivation à 3 voies, et qu'elle est désormais incapable de faire l'un ou l'autre, le système ne peut pas fournir de chauffage ni d'eau chaude sanitaire. Cela ne va pas se passer bien avec un propriétaire qui comprend (ou apprend éventuellement) que la chaudière est capable de fonctionner, mais ne le peut pas parce qu'elle a été câblée via la pompe à chaleur.
C’est là qu’une simple « solution de contournement » est nécessaire. Il prend la forme d'un interrupteur que le propriétaire peut actionner et qui permet à la chaudière de fournir à la fois le chauffage des locaux et de l'eau domestique jusqu'à ce que la pompe à chaleur soit réparée. La figure 3 montre une façon de procéder en utilisant un commutateur 4PDT et un simple relais 120 VAC.
Figure 3 Schéma avec l'aimable autorisation de John Siegenthaler
Le commutateur est une configuration à quatre pôles/double direction (4PDT). Il dispose de 12 terminaux. Nous avons parlé de la meilleure façon de câbler un tel commutateur dans des colonnes récentes de PMC&E.
Ce schéma suppose que l'actionneur de la vanne de dérivation est de 24 VAC. ouverture électrique/fermeture électrique. Il utilise une entrée 24 V CA sur une borne pour faire tourner l'arbre de la vanne en position de chauffage des locaux. Une entrée de 24 VCA vers une autre borne fait tourner la vanne en position ECS. Le troisième fil de l'actionneur est le côté commun d'un transformateur 24 V CA séparé. Ce transformateur est nécessaire car le transformateur de la pompe à chaleur est hors service.
Trois des quatre pôles du commutateur (4PDT) déterminent ce qui fournit 24 V CA à l'actionneur de la vanne de dérivation. Lorsque l'interrupteur est dans sa position « normale », la tension nécessaire pour faire fonctionner l'actionneur de la vanne provient de la pompe à chaleur. Lorsque l'interrupteur est en position « HP hors ligne », le 24 VCA provient d'un transformateur séparé.
La quatrième borne de l'interrupteur connecte la sonde du réservoir ECS de la chaudière à ses bornes d'entrée sur la chaudière. N'oubliez pas qu'en mode normal, la sonde du ballon ECS de la pompe à chaleur contrôle la pompe à chaleur et la chaudière si nécessaire pendant le fonctionnement de l'ECS.
Un petit relais avec une bobine de 120 V CA est utilisé pour commuter l'entrée 24 V CA de la vanne de dérivation entre les états de chauffage des locaux et d'ECS. La bobine du relais est câblée en parallèle avec le circulateur ECS de la chaudière. Dès que la chaudière lance une demande de chauffage d'eau domestique, elle alimente le circulateur ECS et la bobine relais, qui envoie le 24 VAC nécessaire d'un transformateur séparé à la vanne motorisée, en la plaçant dans la partie ECS.
Si vous utilisez ce circuit, assurez-vous de monter l'interrupteur là où il se trouve facilement dans la salle mécanique. Étiquetez les deux positions de l’interrupteur. J'aime les étiquettes « fonctionnement normal » et « fonctionnement hors ligne de la pompe à chaleur ». Assurez-vous d'expliquer quand et comment le commutateur doit être utilisé. Incluez une note sur ou à côté de l'interrupteur indiquant au propriétaire d'éteindre le disjoncteur de la pompe à chaleur par mesure de sécurité, puis de déplacer l'interrupteur en position hors ligne de la pompe à chaleur.
Il existe d'autres possibilités pour atteindre le même objectif, à savoir permettre le fonctionnement de la chaudière lorsque la pompe à chaleur est en panne. La tuyauterie et les commandes spécifiques dépendront des sorties disponibles de la chaudière. Un exemple serait d’utiliser le même circulateur pour les modes de chauffage des locaux et de chauffage de l’eau domestique. Cela devra être coordonné avec les températures d'alimentation en eau correspondantes de la chaudière en fonction de son mode de fonctionnement.
Ce circuit relativement simple et peu coûteux démontrera votre souci de fournir au propriétaire un moyen de remettre la chaudière en fonctionnement jusqu'à ce que la pompe à chaleur puisse être réparée. Cet interrupteur ne serait probablement pas nécessaire si un technicien de service est disponible, dispose de toutes les pièces nécessaires pour la pompe à chaleur et n'est qu'à quelques heures d'effectuer la réparation. Cependant, étant donné le rythme auquel ces pompes à chaleur arrivent sur le marché, rien ne garantit que toutes les pièces de rechange possibles seront conservées en stock immédiatement disponible. Au lieu de cela, ces parties pourraient être dans plusieurs jours (ou plus). Cela fait longtemps que les occupants de la maison se retrouvent sans chauffage ni eau chaude sanitaire. Gardez vos clients au chaud : offrez-leur un moyen simple de maintenir la chaudière en fonctionnement si la pompe à chaleur est en panne pour entretien. Ils apprécieront votre prévoyance.