Réduction des consommations, conformité et performance énergétique.
Un bâtiment qui climatise une façade pendant qu'il chauffe l'autre paie deux fois la même énergie. La thermofrigopompe produit le chaud et le froid dans le même cycle et rend ce double paiement inutile — à condition que la simultanéité soit réelle, et pas supposée.
Dans un immeuble de bureaux de belle taille, à la mi-saison, les deux productions tournent ensemble. Les plateaux exposés au sud et les salles de réunion occupées demandent du froid ; les plateaux nord et les zones peu occupées demandent du chaud. La chaufferie produit de la chaleur, le groupe froid en rejette à l'extérieur, et personne ne fait le lien.
C'est un cas d'école de double paiement : on achète de l'énergie pour produire de la chaleur, et on en achète encore pour évacuer de la chaleur. La thermofrigopompe supprime ce doublon en faisant des deux besoins les deux extrémités d'un même cycle.
Le principe en trois lignes
Une thermofrigopompe n'a d'intérêt que si les deux besoins existent en même temps. La question n'est donc pas « ai-je du chaud et du froid » — tout bâtiment climatisé en a — mais « combien d'heures par an mes deux besoins se recouvrent-ils, et à quelle puissance ».
Cette donnée ne se devine pas. Elle se construit en croisant deux profils horaires sur une année : la puissance de chaud appelée et la puissance de froid appelée, heure par heure. L'intersection des deux courbes est le gisement.
Configuration · Simultanéité typique · Verdict
Le cas hôtelier et le cas sanitaire se détachent nettement, pour la même raison : un besoin d'eau chaude sanitaire important et permanent, qui absorbe la chaleur rejetée même quand le chauffage est à l'arrêt.
Une thermofrigopompe travaille entre deux régimes imposés par les terminaux en place. Côté froid, le régime classique est 7 / 12 °C. Côté chaud, tout dépend des émetteurs : 40 / 35 °C sur un plancher chauffant, 70 / 50 °C sur des radiateurs anciens.
L'écart entre l'évaporation et la condensation détermine la performance. Un bâtiment dont les radiateurs exigent 70 °C impose un écart bien plus grand qu'un bâtiment équipé de ventilo-convecteurs à 45 °C, et le rendement s'en ressent fortement.
C'est le point que les études superficielles escamotent. Annoncer une performance globale élevée sans préciser les deux régimes n'a aucun sens : la même machine peut afficher d'excellents chiffres sur un régime basse température et des chiffres médiocres sur un réseau de radiateurs conservé.
Avant d'envisager une thermofrigopompe sur un bâtiment existant, la première question est donc celle du régime de départ réellement nécessaire en hiver — pas celui écrit sur la plaque de la chaudière, mais celui mesuré par temps froid.
Les deux besoins ne sont jamais égaux. Une machine qui produit exactement le froid demandé produit une quantité de chaleur supérieure, puisqu'elle y ajoute le travail du compresseur. Et inversement, un besoin de chaud dominant conduit à produire plus de froid que nécessaire.
Il faut donc toujours deux soupapes de sécurité : un moyen d'évacuer la chaleur excédentaire, généralement un aérorefroidisseur, et un moyen d'évacuer le froid excédentaire ou de compléter le chaud, généralement une batterie sur air extérieur ou un appoint.
La régulation devient alors le cœur du sujet. Une thermofrigopompe mal régulée bascule en permanence entre ses modes, cycle court, et finit par consommer davantage que deux productions séparées. La hiérarchie des consignes — quel besoin est prioritaire, à quel moment on bascule, à partir de quel écart on sollicite l'appoint — se définit en conception, pas à la mise au point.
Un ballon tampon sur le circuit chaud transforme souvent un projet marginal en projet viable, parce qu'il relâche la contrainte de simultanéité instantanée.
Le froid d'un bureau est appelé à 14 h ; l'eau chaude sanitaire d'un vestiaire est tirée à 17 h. Sans stockage, ces deux besoins ne se rencontrent jamais et la machine ne travaille qu'en mode simple. Avec un ballon correctement dimensionné, la chaleur produite à 14 h sert à 17 h, et la machine travaille en double effet.
Le dimensionnement de ce ballon ne se fait pas au ratio : il se fait sur le décalage mesuré entre les deux profils. C'est, dans notre expérience, le calcul qui fait le plus d'écart entre une installation qui tient ses promesses et une installation qui les rate.
Trois choses, et elles se mesurent plutôt qu'elles ne s'estiment : les profils horaires de puissance chaude et froide sur une année, ou à défaut sur une mi-saison représentative ; le régime de départ de chauffage réellement nécessaire par temps froid ; et le volume et le profil de puisage de l'eau chaude sanitaire.
Si le recouvrement des deux profils est faible et l'ECS inexistante, la thermofrigopompe n'est pas la bonne réponse. Une récupération simple sur le condenseur du groupe froid existant coûtera beaucoup moins cher pour un résultat proche.
Sources : Principes de la production simultanée de chaud et de froid, littérature technique du génie climatique · Fiche BAT-TH-139 relative à la récupération de chaleur sur groupe de production de froid · Relevés de terrain ELECTRIS sur bâtiments tertiaires et établissements de santé.
