Vivre dans un endroit avec des conditions météorologiques extrêmes peut être difficile, mais les pompes à chaleur peuvent rendre les maisons et les lieux de travail confortables. Elles extraient la chaleur de l'atmosphère et la délivrent à divers composants du bâtiment, ou elles peuvent fonctionner dans l'autre sens. La dernière innovation en matière de contrôle de la température est les pompes à chaleur basées sur un onduleur. Elles peuvent améliorer le confort en maintenant la température avec une précision de ±0,5 °C. En revanche, les conceptions traditionnelles de pompes à chaleur fonctionnent sur le principe de l'allumage/extinction, provoquant de grandes fluctuations de température qui peuvent être inconfortables pour beaucoup.
Si vous prévoyez d'acheter un équipement de chauffage ou de refroidissement pour diverses applications dans votre bâtiment, choisissez des pompes à chaleur à onduleur. Elles offrent des économies d'énergie substantielles par rapport à tous les autres équipements de contrôle de la température. Les pompes à chaleur à onduleur électrique offrent une capacité de chauffage supplémentaire de 20 % grâce au dernier moteur de ventilateur sans balais DC. Pour en savoir plus sur la technologie, continuez à lire le blog !
Qu'est-ce qu'une pompe à chaleur ?
Pour comprendre pleinement une pompe à chaleur à onduleur électrique, nous devons développer une compréhension des bases du fonctionnement des pompes à chaleur. Le principe de fonctionnement et le circuit sont les mêmes que ceux des pompes à chaleur traditionnelles. Cependant, l'introduction du courant continu (DC) au compresseur de réfrigérant a considérablement amélioré l'efficacité. Nous discuterons de la technologie DC et de l'onduleur dans les sections suivantes.
Comment fonctionne une pompe à chaleur ?
Une pompe à chaleur se compose d'un circuit contenant un compresseur, une vanne d'expansion, un sécheur et des unités intérieures/extérieures. Des tubes relient tous ces composants et contiennent un réfrigérant, qui peut être R-32, R134a ou R410a. Voici comment ces composants fonctionnent en mode chauffage :
- Le compresseur comprime le réfrigérant, augmentant sa température. Il pousse également le réfrigérant à l'intérieur des tubes pour commencer à le déplacer à l'intérieur du circuit.
- Le réfrigérant chauffé se déplace vers l'unité intérieure, libérant de la chaleur dans la pièce, la piscine, le sol ou l'eau domestique. Après avoir libéré la chaleur, la température du réfrigérant diminue.
- Maintenant, le réfrigérant légèrement refroidi passe par la vanne d'expansion, ce qui provoque un effet opposé à la compression. La température du réfrigérant chute drastiquement, devenant inférieure à la température extérieure du bâtiment.
- L'atmosphère est à une température plus élevée que le réfrigérant, ce qui provoque une augmentation de la température.
- Le réfrigérant plus chaud retourne ensuite dans le compresseur pour répéter le cycle.
Les pompes à chaleur ont plusieurs vannes d'expansion et une vanne d'inversion qui fait fonctionner le circuit dans le sens opposé pendant le refroidissement. Les applications diverses des pompes à chaleur les rendent idéales pour les zones avec des conditions météorologiques extrêmes.
Climatiseur vs pompe à chaleur
Au cœur, une pompe à chaleur est similaire à un appareil de climatisation mais possède quelques fonctionnalités et composants supplémentaires. Contrairement aux climatiseurs, une pompe à chaleur peut fournir du chauffage et du refroidissement en ajoutant deux valves anti-retour, une vanne d'expansion et une vanne d'inversion. Les autres éléments sont similaires à un climatiseur.
Qu'est-ce que la technologie de pompe à chaleur à onduleur électrique ?
La pompe à chaleur à onduleur électrique est un appareil qui extrait la chaleur de l'atmosphère et la délivre à l'intérieur pour des applications de chauffage. Elle peut également fonctionner dans l'autre sens, en prenant la chaleur de l'intérieur et en la rejetant dans l'atmosphère extérieure. Cela signifie qu'elle peut passer du refroidissement au chauffage selon la demande de l'utilisateur.
Pompes à chaleur à un seul étage vs onduleur
Dans les pompes à chaleur traditionnelles, le compresseur qui déplace le réfrigérant à l'intérieur de la pompe à chaleur fonctionne à une vitesse fixe. Lorsqu'il n'y a pas de demande de chauffage, le compresseur s'arrête et attend que la température baisse significativement avant de redémarrer.
En comparaison, le compresseur de la technologie de pompe à chaleur à onduleur peut varier sa vitesse en fonction des conditions de température. Le compresseur fonctionne à l'aide d'un moteur, et changer la vitesse du moteur nécessite une technologie à fréquence variable. Les pompes à chaleur à onduleur peuvent varier les fréquences de tous les ventilateurs et compresseurs associés dans le système. Leur capacité à ajuster leur vitesse au lieu de s'allumer et de s'éteindre améliore leur efficacité.
Régulation du compresseur et technologie DC Inverter
Nous devons approfondir les composants pour explorer davantage la régulation du compresseur et la technologie de l'onduleur. Voici un exemple de fonctionnement de la technologie DC Inverter :
- Conversion en courant continu : La tension dans nos prises murales est en courant alternatif (AC). En AC, les électrons se déplacent vers l'avant et l'arrière presque 60 fois par seconde aux États-Unis. Cependant, ce nombre peut varier selon le pays. La pompe à chaleur à onduleur électrique aura un redresseur en pont pour la convertir en DC pour le compresseur. C'est comme une route à sens unique qui n'autorise pas le courant à circuler dans l'autre direction. Lorsque les électrons se déplacent dans une direction, alors l'électricité est DC.
- Augmentation de la tension : Nous devons augmenter le DC à une tension plus élevée. L'électricité doit avoir une puissance décente pour faire accélérer et ralentir efficacement le compresseur. L'augmentation de la tension se fait en utilisant des condensateurs.
- Transistors bipolaires à grille isolée (IGBT) : Un interrupteur s'allume et s'éteint rapidement, contrôlant ainsi le courant qui passe. La vitesse de travail du compresseur est régulée à l'aide des IGBT. Avec un moteur DC, le compresseur peut fonctionner plus efficacement qu'un moteur AC.
Utiliser un compresseur DC et un ventilateur DC sans balais pour faire passer l'air à travers l'unité extérieure augmente l'efficacité de l'ensemble de la pompe à chaleur.
Régulation de température ultra-confortable avec les pompes à chaleur à onduleur électrique
En tant qu'utilisateur, vous réglerez la température que vous souhaitez atteindre dans votre pièce, piscine, eau du robinet ou sol. La pompe à chaleur à onduleur électrique démarre à sa vitesse la plus basse. Elle prend des retours, considère les exigences de l'utilisateur et continue d'augmenter la vitesse jusqu'à ce qu'elle atteigne les températures désirées. Le compresseur maintiendra sa vitesse si la température de l'unité intérieure correspond au point de consigne.
Opérer de cette manière est très efficace et confortable. Les pompes à chaleur traditionnelles avaient de grandes variations de température car le compresseur fonctionnait à 100 % ou 0 % de sa capacité. En comparaison, le compresseur à onduleur varie la vitesse pour maintenir la température près du point de consigne, réduisant les fluctuations de température.
Double fonctionnalité de la pompe à chaleur
L'un des avantages les plus significatifs d'une pompe à chaleur est sa capacité à fournir du refroidissement ou du chauffage. Son utilisabilité toute l'année en fait le système idéal pour offrir un environnement domestique confortable. La pompe à chaleur contient une vanne d'inversion. Selon le mode de chauffage ou de refroidissement, le réfrigérant comprimé peut être envoyé à l'unité intérieure ou extérieure. Elle offre la meilleure efficacité par rapport à toute autre méthode de chauffage électrique dans les deux cas.
Avantages et inconvénients des pompes à chaleur à onduleur électrique
Les pompes à chaleur à onduleur électrique ont plus d'avantages que d'inconvénients par rapport aux pompes à chaleur non-onduleur traditionnelles. Leur capacité à ajuster la température lentement et progressivement conduit à de nombreux avantages.
Avantages des pompes à chaleur à onduleur
- Économies : Grâce au compresseur DC et au moteur de ventilateur sans balais, la fréquence variable entraîne des économies de 20 à 30 % sur les factures d'énergie.
- Bruit : Les niveaux de bruit des unités intérieures et extérieures sont significativement plus bas grâce au démarrage en douceur et à la variation de vitesse.
- Respectueux de l'environnement : Réduire la consommation d'énergie entraîne une baisse des émissions de carbone causées par la création d'électricité pour alimenter les pompes à chaleur.
- Contrôle de température stable : Les pompes à chaleur à onduleur électrique peuvent varier la vitesse des ventilateurs et du compresseur pour fournir un contrôle de température stable qui dévie légèrement du point de consigne de l'utilisateur.
- Homogénéité de la température : Des temps de fonctionnement plus longs permettent aux températures de l'espace de devenir constantes. Ainsi, en fonction de l'emplacement de la bobine intérieure, il n'y a pas trop de chaleur à un endroit et trop de froid à un autre.
Inconvénients
- Coût initial : Les pompes à chaleur à onduleur ont un coût initial plus élevé en raison du nombre plus important d'instruments et de composants nécessaires à leur fonctionnement.
- Maintenance et installation : Les coûts d'installation et de maintenance sont élevés car les pièces de rechange sont coûteuses.
Comment choisir et appliquer des pompes à chaleur à onduleur électrique
Si vous envisagez d'acheter une pompe à chaleur à onduleur électrique pour votre maison ou votre lieu de travail, considérez plusieurs facteurs expliqués dans nos directives.
Facteurs clés à considérer
Facteur 1 : Type de pompe à chaleur
Il existe différents types de pompes à chaleur selon l'application. Les pompes à chaleur peuvent maintenir la température de l'air, de l'eau ou du sol. Certaines pompes à chaleur haute capacité peuvent simultanément maintenir la température de l'eau domestique, de la piscine et de l'espace. Cependant, leur coût initial est plus élevé et coûteux à entretenir.
Facteur 2 : Sélection de la source de chaleur ou d'évier
Le réfrigérant dans le circuit de la pompe à chaleur rejette ou absorbe la chaleur de l'extérieur. Il peut gagner ou libérer de la chaleur à l'air extérieur, à une source d'eau ou au sol. Selon leur environnement et les réglementations locales, les utilisateurs peuvent décider de l'une des trois méthodes pour rejeter ou gagner de la chaleur :
- Source d'air
- Pompe à chaleur à source d'eau (ouverte ou fermée)
- Source de sol (verticale ou horizontale)
Facteur 3 : Efficacité énergétique
La hausse des factures d'énergie est une préoccupation pour tout le monde. Une méthode standard pour vérifier l'efficacité d'une pompe à chaleur devrait être établie : SEER2, EER2 et HSPF2.
- EER2 : Le ratio d'efficacité énergétique est calculé en divisant la production de refroidissement en BTU par heure par l'entrée de puissance électrique en watts. Il donne une idée de l'efficacité de la pompe à chaleur à la charge de refroidissement maximale, c'est-à-dire lorsque la température extérieure est chaude.
- SEER2 : Le ratio d'efficacité énergétique saisonnière fournit l'efficacité globale de la pompe à chaleur tout au long des différentes saisons. Un SEER2 plus élevé signifie que la pompe à chaleur sera efficace tout au long des variations de température saisonnières.
- HSPF2 : Le facteur de performance saisonnière de chauffage est le ratio entre la production totale de chauffage en BTU et la consommation totale d'énergie en wattheures. Il représente l'efficacité d'une pompe à chaleur en termes de besoins de chauffage. Un HSPF plus élevé signifie de meilleures performances de chauffage.
Facteur 4 : Type de réfrigérant
La qualité du réfrigérant dépend de leur point de congélation et de leur PRG (Potentiel de Réchauffement Global). Deux réfrigérants sont principalement disponibles dans les applications à grande échelle : R32 et R410A. R32 est plus efficace que R410A en raison de sa pression de fonctionnement plus élevée et de son faible PRG.
Facteur 5 : Capacité de l'équipement
Une formule générale que les utilisateurs peuvent utiliser pour déterminer leurs besoins en chauffage d'espace est :
Pieds carrés multipliés par la hauteur moyenne du plafond x température désirée x 135 = BTU par heure
Cependant, il s'agit simplement d'une méthode simplifiée de calcul des besoins en capacité de l'équipement. Il est préférable de faire appel à un expert en CVC pour effectuer les calculs en fonction de vos conditions météorologiques extrêmes. Ils peuvent également inclure le chauffage de l'espace et de l'eau dans les calculs pour un résultat meilleur et plus précis.
Facteur 6 : Application
Prévoyez-vous de chauffer ou de refroidir l'air intérieur ? Ou avez-vous besoin de chauffage au sol, d'eau domestique, de piscine ou d'autres besoins de chauffage ou de refroidissement ? Vous devrez savoir explicitement combien de conditionnement environnemental vous avez besoin dans votre bâtiment. Vous devrez peut-être engager un professionnel en CVC pour calculer et dimensionner correctement votre système pour les entreprises.
L'environnement d'installation affecte considérablement le choix d'une pompe à chaleur. La capacité, les composants et la consommation d'énergie sont tous des facteurs vitaux lors de la conception d'un système CVC avec une pompe à chaleur.
Considération des lois et réglementations locales
Le Département de l'Énergie (DOE) aux États-Unis et l'Union européenne (UE) s'occupent des réglementations entourant l'efficacité de la climatisation. Selon la loi sur la politique énergétique et la conservation de 1975, le DOE veille au respect des normes de préservation de l'énergie et de l'eau. Voici quelques extraits des dernières réglementations 2023 du DOE :
- Climatiseurs installés dans le Nord : 13,4 SEER2 (14 SEER)
- Climatiseurs installés dans le Sud : 14,3 SEER2 (15 SEER)
- Climatiseurs installés dans le Sud-Ouest : 14,3 SEER2 (15 SEER) & 11,7 EER2 (12,2 EER)
- Pompes à chaleur installées à l'échelle nationale : 14,3 SEER2 (15 SEER) & 7,5 HSPF2 (8,8 HSPF)
- Le Protocole de Montréal, un accord international, a décidé d'éliminer complètement les réfrigérants de type R-22 pour protéger la couche d'ozone et réduire le réchauffement climatique.
- Le DOE encourage le passage à des réfrigérants alternatifs tels que le R-410A, le R-32 et les réfrigérants naturels.
Entretien et soin des pompes à chaleur à onduleur électrique
La longévité de votre pompe à chaleur à onduleur électrique dépend de l'entretien et des soins. Elle nécessite une surveillance constante pour maintenir ses performances maximales.
Nettoyage et inspection réguliers
Voici quelques étapes que vous pouvez faire à la maison pour vous assurer que vos pompes à chaleur intérieure et extérieure fonctionnent efficacement :
- Filtre : Nettoyez régulièrement le filtre de votre unité intérieure. La poussière peut s'accumuler sur le filtre et restreindre le flux d'air, provoquant le fonctionnement du ventilateur ou du souffleur à grande vitesse sans pouvoir déplacer l'air.
- Utilisez un souffleur : Certains souffleurs soufflent de l'air à grande vitesse qui peut instantanément nettoyer toute la poussière à l'intérieur des ailettes de votre unité extérieure. Assurez-vous simplement d'éteindre la pompe à chaleur avant de nettoyer.
- Drain de condensat : Un tuyau part de votre unité intérieure vers l'extérieur. Nettoyez régulièrement le drain de condensat, surtout en été, car il peut se boucher et provoquer une accumulation d'eau à l'intérieur de l'unité, causant des dommages. Vous pouvez utiliser un souffleur pour souffler de l'air à travers le tuyau de drainage.
- Compteur d'énergie : Attachez un compteur d'énergie pour surveiller les performances de votre pompe à chaleur à onduleur électrique pour vous assurer que la consommation d'énergie n'a pas augmenté ou chuté de manière drastique. Dans les deux cas, cela signifie une anomalie dans le système.
Entretien professionnel et service de routine
Optez pour un entretien professionnel et un service de routine une fois par an. Ils vérifieront la pression du réfrigérant et l'état des bobines, nettoieront les composants électroniques, surveilleront la santé du compresseur, lubrifieront les pièces mobiles, nettoieront à haute pression les bobines et testeront le thermostat. Cela fera des merveilles pour votre pompe à chaleur et assurera sa longévité.
Conclusion : L'avenir des pompes à chaleur à onduleur électrique
Il y a des améliorations constantes dans la technologie des pompes à chaleur. Le voyage a commencé avec un réfrigérant efficace, des pièces alimentées en courant alternatif et une technologie non-onduleur. Maintenant, des réfrigérants très efficaces tels que le R-32 et le R410A réduisent le réchauffement climatique et augmentent l'efficacité. Les ventilateurs et moteurs DC contrôlent précisément leur vitesse grâce à la technologie de l'onduleur pour maintenir une température constante.
Les améliorations ont contribué à un meilleur environnement et à des solutions durables. Supposons que vous cherchiez votre prochaine machine de chauffage ou de refroidissement d'espace. Dans ce cas, nous vous encourageons à opter pour une pompe à chaleur à onduleur électrique avec le dernier réfrigérant pour une haute efficacité, respectueuse de l'environnement et à faible consommation d'énergie.
FAQ
1. Comment une pompe à chaleur à onduleur se compare-t-elle à une pompe à chaleur traditionnelle en termes d'efficacité énergétique ?
Les pompes à chaleur à onduleur utilisent des moteurs DC à vitesse variable pour contrôler la température avec précision. Par rapport aux pompes à chaleur traditionnelles, elles offrent une amélioration de 20 à 30 % de l'efficacité, entraînant des factures d'énergie plus faibles et un meilleur environnement.
2. Une pompe à chaleur à onduleur électrique peut-elle fonctionner dans des climats extrêmement froids ?
Les pompes à chaleur à onduleur électrique modernes utilisant le réfrigérant R-32 et la technologie DC Inverter peuvent fournir du chauffage à une température atmosphérique de -12 °C et ont un indice d'efficacité élevé C.O.P allant jusqu'à 16.
3. Quelle est la durée de vie moyenne d'une pompe à chaleur à onduleur électrique ?
Une pompe à chaleur à onduleur électrique correctement installée avec une auto-inspection régulière et un entretien, complétée par un entretien professionnel annuel, peut durer aussi longtemps que 15 à 20 ans. Cela est dû à des cycles thermiques plus faibles sur les pièces et à une meilleure qualité des composants.
4. Combien de maintenance est nécessaire pour une pompe à chaleur à onduleur par rapport à une pompe à chaleur ordinaire ?
Une pompe à chaleur ordinaire peut nécessiter plus de maintenance qu'une pompe à chaleur à onduleur électrique car elle subit des fluctuations de courant et de température plus importantes. Les cycles d'allumage et d'extinction provoquent une fatigue thermique sur les pièces dans les pompes à chaleur ordinaires, tandis que l'onduleur change la température progressivement.
5. Existe-t-il des incitations gouvernementales pour l'installation de pompes à chaleur à onduleur économes en énergie ?
Les gouvernements peuvent réduire les taxes sur les pompes à chaleur à onduleur économes en énergie pour encourager leur utilisation. Ils peuvent également offrir des remises et des subventions pour assurer l'adoption de la technologie. Le Département de l'Énergie (DOE) et l'Union européenne (UE) régulent également les systèmes inefficaces.