Objectif

Récupérer la chaleur contenue dans des effluents à basse température pour un usage à un niveau de température supérieur. Les pompes à chaleur (PAC) disponibles sur le marché permettent d'augmenter la température de la chaleur récupérée jusqu'à 80°C (65° C en usage classique). Une offre de PAC haute et très haute température (> 80°C) est désormais accessible. Les produits commercialisés peuvent atteindre des températures élevées, jusqu'à 140/150°C.

Principe

Deux grands types de PAC sont commercialisées et applicables à l'industrie :

• Les PAC à compression électrique ;
• Les PAC à absorption, permettant de produire du chaud et/ou du froid. Le principe de fonctionnement est décrit dans la page Machine à absorption.

Une pompe à chaleur à compression est composée de 4 éléments principaux :

• un évaporateur;
• un compresseur;
• un condenseur;
• et un détenteur.

Un fluide frigorigène circule en boucle fermée à travers ces 4 éléments et subit plusieurs changements d'état (liquide/gaz) grâce auxquels l'énergie est récupérée.

Source : ADEME

Les différentes étapes sont les suivantes :

• Le fluide frigorigène est vaporisé dans un évaporateur grâce à la chaleur cédée par la source froide (l'effluent sur lequel on effectue la récupération d'énergie) qui est refroidie à un niveau de température inférieur;
• Le fluide frigorigène à l'état gazeux traverse un compresseur permettant d'augmenter sa pression et par conséquent sa température de condensation;
• Le fluide à haute pression est condensé dans un condenseur permettant de réchauffer une source chaude en récupérant la chaleur latente de condensation;
• Le fluide à l'état liquide traverse ensuite un détendeur afin d'abaisser sa pression.

Le cycle peut alors recommencer.

Performances

La performance d'une PAC est caractérisée par son COP (Coefficient de Performance). Ce coefficient est le rapport entre la chaleur récupérée au condenseur par la source chaude sur la consommation électrique du compresseur. Il dépend de nombreux paramètres tels que le type de fluide frigorigène, l'écart de température entre les sources froides et chaudes, les performances des différents éléments (compresseur, échangeurs, etc.).

Pour des écarts de température de l'ordre de 40 °C à 50 °C, le COP est généralement de l'ordre de 3 et peut facilement atteindre des valeurs de 4 ou 5 selon les cycles choisis.

Avantages

• Capacité à récupérer l'énergie à une température basse
• Pas de rejet (effluents gazeux ou liquides)
• Peut remplacer partiellement une chaudière

Inconvénients

• Consommation d'électricité
• Investissement élevé
• Maintenance nécessaire

Applications

Les rejets de chaleur concernés sont nombreux : eaux usées, eaux de nettoyage, refroidissement par eau ou air (compresseurs, condenseurs… etc.), effluents de process à basse température. La PAC peut généralement servir soit à produire de l'eau chaude sanitaire ou de process, soit être utilisée pour des opérations de séchage.

Secteurs industriels

Tous secteurs, notamment l'agroalimentaire où les rejets et les besoins en eau chaude sont nombreux.