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Récapitulatif de la séance de Q&R : Session 3 – Aller au‑delà du chauffage et du refroidissement : repenser les opportunités thermiques
Questions provenant de la session Aller au‑delà du chauffage et du refroidissement : repenser les opportunités thermiques et nos réponses consolidées. Celles‑ci reflètent les orientations de notre équipe technique et mettent l’accent sur des explications claires et pratiques.
Le rendement de l’investissement (ROI) est toujours une priorité élevée. À quelle fréquence, selon votre expérience, la valeur du carbone est‑elle incluse dans le calcul du ROI ? Sinon, pourquoi ? Et si oui, cette valorisation est‑elle suffisante pour influencer significativement le ROI ?
La façon la plus directe d’intégrer la valorisation du carbone dans l’équation du ROI est par l’entremise de la taxe sur le carbone, qui constituait auparavant un moteur clé de nombreux dossiers d’affaires. Malheureusement, la suspension de cette taxe a créé de l’incertitude quant aux politiques à long terme. Cela dit, certains clients fortement engagés dans la décarbonation continuent d’intégrer un prix interne du carbone dans leurs analyses financières.
Ces clients reconnaissent que les projets réalisés aujourd’hui auront un impact sur la performance de leurs installations pendant plusieurs décennies et comprennent qu’à long terme, la décarbonation offrira un meilleur rendement de l’investissement. De plus, des politiques demeurent en vigueur aux niveaux étatique, provincial ou municipal, ce qui influence fortement les ROI, puisque le non-respect des critères de réduction du carbone peut entraîner des pénalités financières.
Une pompe à chaleur au CO₂ fonctionnerait‑elle en régime transcritique pour une température de 75 °C ? Y a‑t‑il des défis par rapport à un fonctionnement subcritique ?
Oui. Le point critique du CO₂ est de 31 °C (88 °F), donc un système produisant de l’eau chaude à 75 °C fonctionnerait en régime transcritique. Les défis liés à ce mode de fonctionnement sont bien connus, puisque le CO₂ est utilisé couramment en réfrigération depuis plus de 20 ans.
En régime supercritique, au lieu de transférer la chaleur par un processus de condensation, le fluide frigorigène subit un refroidissement gazeux, ce qui correspond davantage à un transfert de chaleur sensible, à pression constante et à température décroissante.
Ainsi, au début de la récupération de chaleur dans le refroidisseur de gaz, la chaleur récupérable est de haute qualité, mais à la sortie, la température chute considérablement. Pour une application de pompe à chaleur au CO₂, l’eau de retour vers le refroidisseur de gaz doit être suffisamment froide afin de maximiser la récupération de chaleur et le coefficient de performance (COP).
Au Danemark, par exemple, l’utilisation des pompes à chaleur au CO₂ est optimisée dans les réseaux de chauffage urbain en concevant ces réseaux pour un écart de température (ΔT) beaucoup plus élevé que celui observé en Amérique du Nord. En milieu industriel, nous avons également utilisé des refroidisseurs de gaz à plusieurs étages afin de desservir différentes charges thermiques tout en optimisant le COP du système.
Travaillez‑vous avec des entreprises tierces prêtes à financer un projet en échange de la captation des crédits carbone, en partenariat avec un organisme sans but lucratif ?
Nous n’offrons pas ce service à l’interne, mais il existe de nombreuses entreprises spécialisées dans l’accompagnement des utilisateurs finaux pour la certification et la monétisation des crédits carbone, que ce soit dans des programmes réglementaires ou volontaires.
Ces types de projets semblent complexes. Comment aborder leur mise en œuvre technique ?
Sur le plan technique, ces projets nécessitent une équipe multidisciplinaire solide. Comme démontré dans les exemples présentés, il ne s’agit pas uniquement de projets mécaniques ; la participation d’ingénieurs en procédés et en génie chimique est souvent essentielle.
Nous aimons collaborer avec ces experts et les différentes parties prenantes afin de développer une solution thermique optimisée et sur mesure. Il n’existe pas de solutions « clé en main » pour ces applications, car elles exigent des évaporateurs et des condenseurs capables de fonctionner avec des fluides ou des conditions d’exploitation non conventionnels, jumelés à des compresseurs soigneusement sélectionnés pour répondre aux exigences de capacité et de COP.
- Remarque : Ces réponses reflètent les orientations communiquées par notre équipe technique pendant et immédiatement après la session et sont fournies à titre d’indications générales. Une ingénierie propre au site est requise pour toute décision de conception.
Récapitulatif Q&R : Session 2 – Analyse approfondie des systèmes thermiques intégrés
Questions issues de la session Analyse approfondie des systèmes thermiques intégrés et réponses consolidées. Celles-ci reflètent les orientations fournies par notre équipe technique et mettent l’accent sur des explications claires et pratiques.
Que pensez-vous de l’utilisation d’un plancher chaud existant dans une aréna comme source de chaleur pour une pompe à chaleur ? Si la chaleur résiduelle de l’installation de glace est « emmagasinée » dans le plancher chaud, quel impact cela a-t-il sur le plancher froid ?
Un plancher chauffant peut, en théorie, servir de stockage thermique ; toutefois, la majorité des systèmes installés sous les planchers d’arénas contiennent très peu de glycol et possèdent donc une capacité thermique limitée. Cela signifie que la quantité de chaleur pouvant être emmagasinée est relativement faible. Si le circuit était élargi — de façon similaire à un champ géothermique — le potentiel de stockage thermique augmenterait de façon significative. D’autres circuits de chauffage radiant encastrés pourraient également être utilisés comme emplacements de stockage supplémentaires.
Quel est le ratio de modulation (turndown) de la pompe à chaleur sCO₂ ?
Environ 50 %, selon la conception d’Everllence qui utilise un compresseur « scellé ».
Pouvez-vous commenter les défis réglementaires liés à l’utilisation d’une rivière ou d’un lac comme source ou puits thermique ?
Comme l’eau retournée à un lac ou à une rivière après avoir traversé une pompe à chaleur est légèrement plus froide que lors de son prélèvement, cela est généralement perçu comme non problématique sur le plan environnemental. Les enjeux réglementaires sont plus fréquents dans les applications de refroidissement, où l’eau rejetée est plus chaude, ce qui peut soulever des préoccupations environnementales.
L’API‑684 définit une fuite invisible d’huile de lubrification de 6 g/h dans un système d’étanchéité. Comment un compresseur scellé peut-il atteindre un niveau de fuite nul ? Cela signifie-t-il que l’unité ne nécessitera jamais de recharge d’huile ?
Le compresseur « scellé » d’Everllence ne nécessite aucune huile de lubrification. Il utilise des paliers magnétiques et ne comporte aucun joint d’arbre, ce qui signifie qu’aucune huile n’est présente et qu’aucune fuite d’huile n’est possible. Pour plus de détails, recherchez « compresseur HOFIM ».
Quelle est la plus petite capacité de pompe à chaleur générant de la vapeur qu’Everllence peut offrir ?
Le plus petit système qu’Everllence peut fournir offre une puissance thermique de 10 MW. CIMCO pourrait envisager des systèmes de moins de 10 MW selon les besoins du projet.
Les grands réservoirs de stockage d’eau chaude sont-ils pratiques comme seule source de chaleur de réserve dans la majorité des systèmes ?
Cela dépend du projet. Le stockage d’eau chaude peut être bénéfique dans de nombreux systèmes, mais pas dans tous les cas. Le facteur déterminant est l’écart entre la demande thermique de pointe et la capacité nominale de la pompe à chaleur. Cet écart détermine si un stockage thermique est requis et quelle capacité est nécessaire.
Les coûts de l’électricité devraient augmenter de façon importante avec les PRM au cours des 5 à 10 prochaines années — possiblement jusqu’à 82 %. Quel impact cela a‑t‑il sur l’économie des pompes à chaleur ?
L’augmentation des coûts de l’électricité renforce l’argumentaire en faveur des pompes à chaleur, car elles consomment beaucoup moins d’électricité que les systèmes de chauffage électrique conventionnels. De plus, les sources renouvelables comme l’éolien peuvent entraîner des périodes de prix négatifs de l’électricité lors de pics de production, permettant aux pompes à chaleur de stocker l’énergie à faible coût.
Certains systèmes ne peuvent fonctionner uniquement avec une pompe à chaleur. Les solutions hybrides sont-elles réalisables ?
Oui. Les pompes à chaleur sont souvent jumelées à d’autres systèmes de production thermique afin de répondre à la charge totale. La pompe à chaleur fournit généralement la charge de base en raison de son rendement élevé, tandis que les systèmes conventionnels servent d’appoint ou de secours.
Remarque : Ces réponses reflètent les orientations partagées par notre équipe technique pendant et immédiatement après la session et sont fournies à titre d’indication générale. Une ingénierie spécifique au site est requise pour les décisions de conception.
Récapitulatif Q&R : Session 1 – Une introduction aux thermopompes à réfrigérants naturels
Questions provenant de la séance Une introduction aux thermopompes à réfrigérants naturels et nos réponses consolidées. Elles reflètent les directives de notre équipe technique et visent des explications claires et pratiques.
Lorsque nous disons que les réfrigérants naturels sont plus efficaces que les HFO, sur quelles conditions repose cette affirmation? Y a‑t‑il un certain écart de température ou un scénario de température d’eau? Le CO₂ devient moins efficace à des températures d’eau élevées, n’est‑ce pas?
Excellente question — les nuances sont importantes.
Il est vrai que le CO₂ peut devenir moins efficace lorsqu’il rejette la chaleur à l’air extérieur par temps chaud; les conditions d’opération jouent donc un rôle majeur. En général, les réfrigérants naturels peuvent être plus efficaces que les HFO, mais cela dépend du fluide. L’ammoniac excelle dans une large plage de températures grâce à sa chaleur latente très élevée, ce qui réduit le débit massique requis pour une charge donnée. Il peut égaler ou surpasser l’efficacité de nombreuses solutions à F‑gaz.
Les hydrocarbures offrent aussi un très bon comportement thermodynamique, donnant souvent des rendements comparables ou supérieurs aux F‑gaz usuels. Le CO₂ devient particulièrement efficace lorsque l’écart thermique (lift) est important du côté du point d’utilisation, en conditions ambiantes plus froides, et dans les scénarios de récupération de chaleur.
En raison de sa densité élevée, le CO₂ permet un excellent transfert de chaleur et se prête bien aux systèmes combinant récupération de chaleur de bas et de haut niveau. Il performe très efficacement par temps froid, ce qui en fait un bon choix pour des charges de refroidissement annuelles (plutôt que pour de la climatisation saisonnière). Les usages typiques incluent l’eau chaude sanitaire en cycle transcritique et des applications avec plusieurs niveaux de refroidissement et une récupération de chaleur de plus haute qualité.
Avez‑vous des thermopompes résidentielles? Quelle est leur température minimale d’opération?
Les capacités et considérations de conception pour le résidentiel sont très petites comparativement à notre domaine d’activité, et la plupart des modèles résidentiels subissent une réduction de capacité lorsque la température extérieure baisse.
Il existe toutefois des systèmes à boucle d’ambiance qui desservent plusieurs résidences et améliorent l’efficacité. Dans ces cas, notre rôle est généralement de fournir la thermopompe centrale connectée à la boucle, plutôt que la thermopompe résidentielle elle‑même.
Sans la taxe carbone, comment justifier les thermopompes à faibles émissions considérant leur coût d’investissement potentiellement élevé?
Plusieurs avenues demeurent viables. Les incitatifs restent essentiels, et il est important d’identifier les applications les plus avantageuses — particulièrement celles qui maximisent le COP et exploitent la récupération de chaleur.
À titre d’exemple, en retirant la taxe carbone d’un scénario interne remplaçant ~480 000 m³ de gaz naturel (≈2 240 MBH), une thermopompe de 135 tonnes (compresseur 247 HP) donnait un retour d’environ 11 ans sans incitatifs. Avec un incitatif Enbridge maximal (~250 000 $) et d’autres programmes additionnels (~150 000 $), le retour pouvait descendre à ~7 ans.
Cela souligne l’importance de cibler les meilleures applications : un écart thermique plus faible mène généralement à un COP plus élevé et de meilleures économies. Par ailleurs, plusieurs politiques municipales et provinciales de décarbonation demeurent en vigueur en Amérique du Nord.
Une thermopompe peut‑elle fonctionner sans chauffage d’appoint lorsque la source est très froide? Sinon, n’y aura‑t‑il pas quand même des émissions de GES?
Dans les applications industrielles, c’est possible si le cas d’utilisation est bien choisi. Par exemple, avec de l’air extérieur à ~−37 °C et un air intérieur à ~90 °F, un concept à ammoniac peut atteindre un COP de chauffage d’environ 2,9 (et ~1,9 en refroidissement). À 0 °F extérieur, le COP de chauffage peut se situer autour de 3,9.
Ces chiffres reflètent des températures de récupération de chaleur relativement basses; si la cible est 140–160 °F, le COP baisse sensiblement. Les pertes dues au dégivrage en conditions givrantes réduisent également le COP net. Un réseau de chaleur entièrement décarboné combinerait typiquement du stockage thermique et des chaudières électriques pour offrir une flexibilité optimale.
Les thermopompes au propane gagnent en popularité en Europe.
L’Europe est effectivement en avance sur l’Amérique du Nord dans le déploiement des thermopompes, y compris celles aux réfrigérants naturels.
Les périodes de remboursement très courtes que vous avez montrées dépendent des prix du gaz et de l’électricité — sont‑elles toujours réalistes?
Oui — elles dépendent des prix du gaz/électricité et des incitatifs disponibles. Les exemples à court retour cités provenaient d’études industrielles misant sur la chaleur résiduelle, ce qui augmente le COP, les économies d’énergie et accélère le remboursement (ex. : vignobles, brasseries).
Dans les juridictions où l’écart de prix actuel favorise l’électrification, ces cas peuvent être viables; cela dit, l’analyse reste propre à chaque site.
Existe‑t‑il des thermopompes air‑source capables d’opérer à 100 % de capacité à −20 °C (ou plus bas) avec un COP d’environ 2? Sont‑elles offertes commercialement?
Toutes les thermopompes voient leur capacité diminuer quand la température extérieure chute; maintenir 100 % de la capacité nominale à très basse température est rarement réaliste.
Pour un COP ≈ 2 à −20 °C : c’est réalisable selon la température du point d’utilisation. En industriel, oui; avec des produits commerciaux standard, c’est plus difficile.
Existe‑t‑il des thermopompes air‑eau préfabriquées qui s’intègrent bien aux chaufferies existantes?
Les options commerciales « boîte‑prête » demeurent limitées et plus complexes. Pour l’industriel, des solutions intégrées ou sur mesure sont viables, et nous concevons régulièrement des systèmes compatibles avec des usines/chaufferies existantes.
L’intégration dépend des spécificités (configuration, capacités, températures requises). La meilleure prochaine étape est une discussion directe pour évaluer l’adéquation et définir l’approche.
Dans le secteur municipal, beaucoup de bâtiments sont petits ou moyens (casernes, postes de police, bibliothèques, arénas, centres aquatiques). Les coûts initiaux sont‑ils plus élevés, et faut‑il un cas financier solide au‑delà des bénéfices environnementaux?
À plus petite échelle, les thermopompes aux réfrigérants naturels peuvent avoir un coût unitaire plus élevé; un argumentaire de ROI clair est donc utile. Pour améliorer l’économie, on peut envisager des réseaux thermiques reliant plusieurs bâtiments et déplacer la chaleur des rejets vers les besoins (p. ex., récupérer la chaleur d’une patinoire).
Dans les arénas, une solution intégrée « tout‑en‑un » combinant la réfrigération de la glace et les fonctions de thermopompe peut réduire les échangeurs, boucles, pompage et complexité de contrôle — ce qui améliore l’efficacité, réduit les coûts installés et simplifie l’exploitation.
L’efficacité plus élevée que vous mentionnez nécessite davantage de justification.
Nous sommes d’accord. Certaines applications offrent naturellement de meilleurs rendements. La clé est d’identifier les cas au meilleur profil thermodynamique — souvent ceux demandant des températures de sortie plus basses et une récupération de chaleur —, car ils mènent à des COP plus élevés et de meilleurs retours économiques.
Remarque : Ces réponses reflètent les conseils partagés par notre équipe technique durant et immédiatement après la séance et servent d’orientation générale. Une ingénierie propre au site est requise pour les décisions de conception.
Présenté par CIMCO Réfrigération
Pour plus d’informations, veuillez communiquer avec cpereira@toromont.com