#2 - Optimisation du circuit hydraulique

Dans ce deuxième volet de notre article consacré au circuit hydraulique, nous examinons de plus près leur optimisation pour gagner en efficacité et en performance. Avec l’expertise de Stefan Lay, chef de produits Chauffage et Refroidissement basé au Royaume-Uni, nous allons explorer comment les écarts de température, les débits et les conditions de charge interagissent – et ce que cela implique lors de la conception d'un système CVC.

Optimisation

Les machines disposent d’un champ de fonctionnement en débit minimal et maximal : cela correspond à un ΔT maximal acceptable pour un débit faible, et à un ΔT minimal acceptable pour un débit élevé. Les données publiées selon la norme EN14511 sont données avec un ΔT standard de 5 °C, les débits correspondants étant détaillés.

À noter qu'en débit fixe, le ΔT attendu de 5 °C n’est atteignable qu’à pleine charge. Le reste de l’année, ce ΔT dépend du nombre de compresseurs en fonctionnement. Par exemple, si seuls 50 % des compresseurs sont actifs, on obtient un ΔT de 2,5 °C. Il faut aussi garder à l’esprit que lorsque la température extérieure augmente (pour une pompe à chaleur) ou diminue (pour un refroidisseur), la machine gère plus facilement les besoins énergétiques. La capacité augmente alors, ce qui entraîne une variation du ΔT.

Exemple pratique

Prenons une machine équipée de 4 compresseurs de taille identique, sélectionnée pour 100 kW à 45/40 à A-5 (OAT). Nous voulons calculer le débit nécessaire pour obtenir un ΔT de 5 °C : un paramètre requis concerne la capacité calorifique massique du fluide utilisé. Cet exemple est établi pour de l’eau pure, mais il faudra l’adapter en cas de mélange glycolé.

Débit = 100 kW ÷ 4,2 (chaleur spécifique du fluide) ÷ 5 °C ΔT

Débit fixe = 4,76 l/s

ΔT attendu selon le nombre de compresseurs en fonctionnement (débit fixe) :

4 compresseurs = 100 kW → 4,76 l/s × 4,2 × 5 °C
3 compresseurs = 75 kW → 4,76 l/s × 4,2 × 3,75 °C
2 compresseurs = 50 kW → 4,76 l/s × 4,2 × 2,5 °C
1 compresseur = 25 kW → 4,76 l/s × 4,2 × 1,25 °C

Maintenant, la même machine à A7 (OAT) peut produire 135 kW de chaleur. Avec le même débit fixe (4,76 l/s), le ΔT devient :

ΔT = 135 kW ÷ 4,2 (chaleur spécifique de l'eau - SHC) ÷ 4,76 l/s

ΔT = 6,4 °C

Ce qui donne :

4 compresseurs = 135kW = 4.76l/s x 4,2 x 6,42°C
3 compresseurs = 101.25kW = 4,76l/s x 4,2 x 4,82°C
2 compresseurs = 67.5kW = 4,76l/s x 4,2 x 3,21°C
1 compresseur = 33.75kW = 4,76l/s x 4,2 x 1,60°C

Si au contraire le débit est fixe pour atteindre 5 °C de ΔT à A7 (OAT), alors à A-5, le ΔT diminue :

Débit = 135 kW ÷ 4,2 (chaleur spécifique du fluide)÷ 5 °C ΔT

Débit fixe = 6,42 l/s

ΔT attendu selon le nombre de compresseurs en fonctionnement (débit fixe) :

4 compresseurs = 100kW = 6,42l/s x 4,2 SHC x 3.70°C
3 compresseurs = 75kW = 6,42l /s x 4,2 x 2.78°C
2 compresseurs = 50kW = 6,42l /s x 4,2 x 1.85°C
1 compresseur = 25kW = 6,42l /s x 4,2 x 0.92°C

Pour maintenir un ΔT fixe de 5 °C, le débit d’eau doit être variable et s’adapter à la puissance de la machine.

Exemple avec ΔT fixe (5 °C, A-5 OAT) = débit d’eau variable :

100kW = 4,76l/s x 4,2 SHC x 5°C
75kW = 3,57l/s x 4,2 SHC x 5°C
50kW = 2,38l/s x 4,2 SHC x 5°C
25kW = 1,19l/s x 4,2 SHC x 5°C

Les fonctions intégrées à nos machines permettent de gérer cette logique de régulation grâce à la mesure des pressions ou à l’aide du ΔT. Attention toutefois à respecter les débits minimums requis par la machine connectée.

De plus, la sélection doit s’appuyer sur la condition climatique la plus représentative. Celle-ci peut être déterminée avec précision grâce aux “heures bin” des températures locales. Malheureusement, la plupart des sélections reposent encore sur des calculs purement théoriques. Or, une compréhension des conditions réelles, ainsi que de la diversification des charges, est essentielle pour éviter le surdimensionnement des équipements — source fréquente de dysfonctionnements et de problèmes opérationnels.

Efficacité

Pour calculer l’efficacité d’une machine, il faut connaître sa puissance utile et son énergie électrique absorbée. i.e COP (pour le chauffage) ou EER (pour le refroidissement = kW utiles ÷kW absorbés).

La puissance utile (kW Out) se calcule par le débit d’eau (l/s) × chaleur spécifique du fluide (SHC) × différence de température entrée/sortie (°C)

Exemple en chauffage à 45/40 A7 (OAT) avec un débit fixe de 6,42 l/s et de l’eau pure :

kW Out = 6.42 l/s (mesuré) x 4.2 (SHC) x 5°C (mesuré)
kW Out = 135kW

Si la machine consomme 35,8 kW électriques à pleine charge :

COP = kW utiles ÷ Kw absorbé
COP = 135kW à A7 (OAT) ÷ 35.8kW (mesuré)
COP = 3.77

Plus la température extérieure baisse, plus la pompe à chaleur doit « travailler » pour maintenir la consigne, et donc son efficacité diminue. En conditions plus froides (A-5, OAT), la puissance utile tombe à 100 kW :

COP = 100 kW ÷ 35,8 kW (mesuré)
COP = 2,79

Conclusion

Concevoir, mettre en œuvre et exploiter un système fiable et performant requiert une expertise adaptée. Chez Swegon, nous disposons des bons outils et des bonnes équipes pour vous accompagner.

Mais la démarche ne doit pas s’arrêter à la mise en service. Dans la majorité des projets neufs, le bâtiment n’est pas encore pleinement occupé lors de la mise en route, et les conditions de conception théoriques ne sont donc pas représentatives de la réalité.

C’est pourquoi il est essentiel d’intégrer un suivi à distance, capable d’analyser le fonctionnement en temps réel comme de façon rétrospective. Cette supervision permet d’identifier rapidement les écarts, d’apporter des ajustements ciblés et d’assurer une optimisation continue, source d’économies d’énergie et de confort durable.

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