Un capteur en polypropylène pour faciliter l’adoption des pompes à chaleur à saumure

D’après pv magazine international.

L’eau, la terre et l’air : trois des quatre éléments chers aux Grecs anciens constituent des sources de chaleur potentielles pour les pompes à chaleur électriques. En fonction des conditions propres à chaque site, il incombe aux installateurs de recommander une pompe à chaleur appropriée fonctionnant avec la source la mieux adaptée. L’entreprise allemande Mefa Befestigungs- und Montagetechnik a cherché à simplifier les choses en mettant au point des capteurs pouvant fonctionner avec ces trois sources de chaleur, ainsi qu’avec un accumulateur de glace.

Equipés d’un capteur adéquat, les installateurs devraient être en mesure de s’adapter à n’importe quelle situation avec une pompe à chaleur à saumure. Lors d’une conférence de presse, l’associé gérant de l’entreprise, Martin Schneider, a présenté le produit, lequel sert également à chauffer le site de production de l’entreprise à Kupferzell en hiver, et à le rafraîchir en été.

Baptisés multiQ, ces nouveaux capteurs en polymère polypropylène ont presque la même configuration qu’ils soient utilisés en sous-sol, en toiture ou sur une façade, en combinaison avec des panneaux photovoltaïques, ou encore pour le stockage de glace et dans les masses d’eau.

Questions de taille

Un capteur dans le sol mesure 7 mètres de long sur 1,20 mètre de haut pour quelques millimètres d’épaisseur. À l’intérieur, un mélange d’eau glycolée circule dans les tubes capillaires et transporte la chaleur jusqu’au distributeur et dans la pompe à chaleur. Plusieurs de ces pales peuvent être enterrées dans une tranchée étroite à 2,50 m de profondeur afin de gagner de la place. Habituellement, aucune autorisation n’est requise en Allemagne pour ce faire, sauf dans les zones de protection des eaux. Tant que la température de l’air reste plus élevée que la température du sol, la pompe à chaleur peut également puiser la chaleur ambiante du toit.

Le capteur pour les applications PV mesure 1,20 mètre de large sur 5 mètres de long. Toutefois, il existe aussi des versions plus courtes, par exemple d’une longueur de 3,50 mètres. « Un capteur de 5 mètres pèse 27,7 kilogrammes à vide et peut être soulevé de l’échafaudage sur le toit par deux personnes », a déclaré Peter Kömmelt, directeur technique chez Mefa Energy Systems.

Sur les toits inclinés, des rails verticaux sont fixés à l’aide de crochets pour toiture, sur lesquels le capteur est placé horizontalement. Sur et sous le capteur, des rails horizontaux peuvent ensuite être vissés, sur lesquels il est possible de fixer au format portrait la plupart des modules photovoltaïques avec cadre disponibles dans le commerce à l’aide de pinces pour panneaux solaires.

Pour les toits plats, Mefa propose une structure de montage est-ouest sur laquelle soit le capteur est recouvert de panneaux solaires, soit deux capteurs peuvent être empilés. Une fois plein, le capteur pèse 44 kilogrammes et recouvre 6 mètres carrés sur le toit. En fonction de la météo, le capteur peut produire à partir de 250 W de chaleur par mètre carré.

D’après Peter Kömmelt, les mesures réalisées par l’entreprise sur les dispositifs de sa clientèle en Allemagne ont indiqué un rendement calorifique moyen de 500 à 750 kWh par mètre carré entre novembre et mars. Lorsque deux sources de chaleur (géothermie et aérothermie) sont utilisées, le capteur de toit est utilisé jusqu’à ce que le rendement calorifique tombe en dessous de 500 W par m², puis le dispositif bascule sur le capteur enterré.

Selon l’entreprise, ses capteurs ont reçu la certification Solar Keymark et sont tous deux résistants aux UV et à la grêle. Le même fluide au glycol circule dans tous les capteurs multiQ, ce qui permet une grande diversité de modes de fonctionnement. En fonction de la météo, une saumure trop chaude peut être refroidie en passant du toit dans le sol et régénérer celui-ci. Il est ainsi possible de conditionner l’air du bâtiment de manière passive en recourant à la géothermie ou d’émettre activement de la chaleur via les surfaces du toit pendant la nuit.

Retour sur investissement

Dans les locaux de l’entreprise à Kupferzell, construits en 2017, le capteur est un dispositif à grande échelle, visible sur toute la façade de l’entrepôt de grande hauteur. De plus, des capteurs sont installés sous le système photovoltaïque du toit, sous la dalle de sol dans le bâtiment, ainsi que dans une infrastructure de stockage de glace. Branchés à trois pompes à chaleur, ils couvrent les 500 kW de rendement calorifique et les 1 200 000 kWh de chaleur nécessaires pour le site.

L’accumulateur de glace sert essentiellement à refroidir les machines ainsi que les salles de serveurs. En été, les bureaux sont rafraîchis de manière passive et le sol est régénéré. Grâce à la maîtrise élaborée de la source d’énergie la moins chère dans chaque cas, les pompes à chaleur atteignent l’incroyable facteur de performance annuel de sept, comme l’affirme Peter Kömmelt. Cela signifie que, grâce à une unité d’énergie électrique, provenant essentiellement du toit, sept unités de chaleur sont produites.

Avec ce système, Mefa souhaite combattre la suprématie des pompes à chaleur à air faciles à installer. Une pompe à chaleur à saumure dotée de capteurs enterrés est discrète, entièrement protégée des intempéries et devrait aussi durer beaucoup plus longtemps. En outre, d’après Martin Schneider, l’investissement plus important de la pompe à chaleur à saumure est compensé en quelques années seulement grâce à sa faible consommation énergétique et son facteur de performance annuel plus élevé. À titre d’exemple, dans une maison individuelle consommant 16 000 kWh de chaleur par an, l’investissement supplémentaire représenté par des capteurs géothermiques et une installation souterraine pour un système d’une puissance calorifique de 8 kW serait rentabilisé en six ans.

Mefa désire également se positionner sur le marché des installations à grande échelle dans le futur. Une centrale solaire installée sur des capteurs géothermiques et également dotée de capteurs solaires sous les modules pourrait en effet servir de chaufferie pour un réseau de chauffage à l’échelon local. Un projet préliminaire est déjà en cours, au stade d’avant-projet.

Article traduit par Christelle Taureau.