Des scientifiques de l’Imperial College London ont développé un système de pompe à chaleur à air avec deux types de configurations différentes. Le but est d’assurer le chauffage et l’approvisionnement en eau chaude des habitations individuelles grâce à l’énergie solaire comme source d’énergie. Les chercheurs proposent tout d’abord de combiner des pompes à chaleur fonctionnant à l’énergie solaire avec un ballon d’eau chaude. La seconde configuration, quant à elle, propose de combiner les pompes à chaleur avec un système avancé de stockage thermique fondé sur un matériau à changement de phase. Selon les chercheurs, tous les scénarios des tests ont été réalisés dans deux endroits différents, notamment à Oban en Ecosse, au Royaume-Uni, où l’irradiation solaire et les températures sont relativement basses ; et à Munich, en Allemagne, qui est un lieu très ensoleillé avec des températures variables au cours de la journée et des saisons.
Deux configurations possibles
Le travail consistait à développer deux modèles complets de réseaux thermiques pour une maison typique. La première configuration est la combinaison d’une pompe à chaleur à air standard avec un ballon d’eau chaude. Elle comprend également un chauffage électrique d’appoint, un réseau d’émetteurs de chaleur et un système photovoltaïque pour alimenter la pompe à chaleur. La seconde configuration, quant à elle, est composée d’une pompe à chaleur, de deux accumulateurs thermiques en matériau à changement de phase (MCP), de plusieurs émetteurs de chaleur et d’un système photovoltaïque solaire. Dans cette seconde configuration, l’équipe a remplacé le ballon d’eau chaude par un réservoir thermique en MCP. D’autre part, la pompe à chaleur à air ne produit pas directement de la chaleur pour le chauffage. Selon les chercheurs, un second réservoir thermique en MCP va servir de buffer entre la chaleur fournie par la pompe et les demandes en chauffage.
Les caractéristiques du système
Pour les deux configurations, la pompe à chaleur a une capacité de chauffage minimale de 3,2 kW et une capacité nominale de 8,5 kW. Le système photovoltaïque est composé de huit panneaux solaires d’une surface totale de 13 m² et le chauffage électrique d’appoint possède une puissance de sortie de trois kW. Au cours des tests, les chercheurs ont d’abord procédé à une estimation de la demande en eau chaude pour une période d’une semaine. Ils ont pris comme référence une température de 43 ˚C qu’ils considèrent comme une température typique pour les bains, les douches et toutes les autres utilisations domestiques de l’eau chaude.
L’efficacité du système
Selon les auteurs de l’étude, la seconde configuration, c’est-à-dire le système avec les accumulateurs thermiques en MCP, présente un meilleur potentiel de réduction des coûts. Leurs résultats indiquent un potentiel annuel de réduction des coûts allant jusqu’à 39 % au Royaume-Uni et jusqu’à 29 % en Allemagne. Concernant le coefficient de performance saisonnier, il varie de 2,4 à 2,8 selon la configuration, l’emplacement et la fonction objective du système. Les chercheurs ont aussi indiqué que les coûts opérationnels du système peuvent encore être réduits s’il est utilisé en dehors des heures de pointe de l’électricité. Plus d’informations : sciencedirect.com