Le bug :
Un installateur doit fournir un système de chauffage au sol multizone alimenté par une pompe à chaleur géothermique non modulante à un étage. Les panneaux de plancher radiant auront une faible masse thermique. Le système doit également assurer le chauffage de l’eau domestique. Le système qu'il conçoit est illustré à la figure 1. Supposons que la boucle terrestre soit suffisante pour la capacité de la pompe à chaleur. Pouvez-vous identifier plusieurs problèmes susceptibles de se développer si ce système est installé comme indiqué ?
FIGURE 1
Le correctif :
Toute source de chaleur non modulante à un étage couplée à un système de distribution zoné est susceptible de connaître des cycles courts, surtout si le système de distribution a une faible masse thermique. Lorsque seulement une ou deux zones fonctionnent, elles ne peuvent pas dissiper la chaleur dans le bâtiment aussi rapidement que la chaleur est générée par la pompe à chaleur. La température de l'eau entre la pompe à chaleur et les zones de fonctionnement augmente rapidement et la pompe à chaleur s'éteint en fonction d'une limite de température interne. Il peut ou non redémarrer automatiquement en fonction de la configuration de ses contrôles internes. Même s’il redémarre automatiquement, le cycle court sera chronique.
La solution consiste à installer un réservoir tampon entre la pompe à chaleur et les charges de chauffage, comme le montre la figure 2. Cela permet au taux de génération de chaleur par la pompe à chaleur d'être très différent du taux de dissipation thermique par la charge. Ce réservoir, en combinaison avec les collecteurs aux dimensions généreuses, assure également une bonne séparation hydraulique entre les circulateurs de zone et le circulateur pompe à chaleur vers ballon tampon.
FIGURE 2
Image gracieuseté de John Siegenthaler
Les échangeurs de chaleur à serpentins de la plupart des chauffe-eau domestiques indirects nord-américains n'ont tout simplement pas suffisamment de surface pour dissiper la puissance d'une pompe à chaleur de 4 ou 5 tonnes, tout en fonctionnant dans la limite de température de cette pompe à chaleur (généralement 120 à 140 ºF selon le réfrigérant utilisé). Le serpentin ne pourra pas dissiper la chaleur dans le réservoir aussi rapidement que la chaleur est générée par la pompe à chaleur, ce qui entraînera à nouveau des cycles courts.
Il existe plusieurs alternatives pour fournir de l’eau chaude sanitaire. Le plus simple est de sélectionner une pompe à chaleur équipée d’un échangeur désurchauffeur. La chaleur du réfrigérant chaud quittant le compresseur est transférée à l'eau domestique et déplacée vers un réservoir de chauffe-eau électrique standard chaque fois que la pompe à chaleur fonctionne. L’élément chauffant électrique supérieur d’un ballon ECS électrique fournit un chauffage d’appoint. Cette option est illustrée à la figure 2.
Ensuite, il y a la boucle terrestre. Même s'il y a suffisamment de tubes dans le sol, les remplir et les purger correctement à l'aide d'un ensemble de bavoirs sera très frustrant, voire impossible. Il faut un débit et une pression différentielle importants pour purger simultanément 4 boucles de terre parallèles. Le débit et la hauteur d'élévation requis nécessitent souvent l'utilisation d'une pompe nominale de 2 chevaux plutôt que d'une petite pompe de transfert submersible. Un débit de purge adéquat nécessite des vannes de purge à débit beaucoup plus élevé. Une solution courante consiste à utiliser un « centre de flux » géothermique spécifiquement adapté à la boucle terrestre. Plusieurs types de centres de débit sont disponibles avec des vannes de remplissage/purge de grande capacité et des options de circulation pour correspondre au débit et à la perte de charge de la boucle terrestre.
Je recommande également que la boucle terrestre soit équipée d'un vase d'expansion de taille appropriée, ainsi que d'un séparateur air/saleté comme le montre la figure 2. Ceux-ci permettent moins de variation de pression dans la boucle à mesure qu'elle change de température, ainsi qu'un débit plus propre/plus silencieux.
Autres problèmes avec le système dans la figure 1 :
- Certaines vannes de purge sont à l'envers.
- Il doit y avoir une vanne de purge du côté retour de chaque circuit de charge.
- L'entrée des circulateurs de zone est très proche du collecteur. Il doit y avoir au moins 10 diamètres de tuyau (10D) de tuyau droit à l'entrée de tout circulateur.
- Il n'y a pas de vase d'expansion ni de matériel d'appoint d'eau indiqué du côté charge du système.
- Il n’y a pas de séparateur d’air du côté charge du système.
- Il n'y a pas de soupape de surpression du côté charge du système.