Évaluation de la performance de la climatisation et du chauffage d’une mini-thermopompe bibloc à air pour climats froids au Centre canadien des technologies résidentielles

Authors :

J. Sager (RNCan)
M. Thomas (RNCan)
F. Szadkowski (RNCan)
M. Armstrong (CNRC)
J. Gusdorf (Consultant)

Date de publication : Septembre 18, 2014

Offertes depuis peu en Amérique du Nord, les thermopompes à air pour climat froid (TA-CF) sont des systèmes de chauffage et de climatisation à haut rendement. Elles incluent des systèmes à conduit central et des systèmes biblocs sans conduit (mini-biblocs) comme ceux mis à l’essai dans le cadre du présent projet. Les normes d’essai actuelles pour les thermopompes à air (CSA C656-05) ne précisent pas de coefficients de performance (COP) à des températures reflétant le climat froid du Canada, créant une incertitude au sein du marché quant à leur performance à basses températures. Il a été proposé que des économies d’énergie supérieure à la différence de rendement habituelle entre les deux technologies pourraient être réalisées en ayant recours à une approche de chauffage par zone avec des appareils mini-biblocs sans conduit, c’est-à-dire en procurant une bonne climatisation dans les principales zones occupées et en permettant un écart de la température de consigne (dans une mesure raisonnable) dans les autres zones non occupées de la maison. Le projet vise à combler cette lacune dans les connaissances en examinant le rendement des systèmes à basses températures et en comparant le rendement des systèmes mini-biblocs à celui d’un générateur d’air chaud ordinaire et d’un climatiseur central à haut rendement.

À l’automne 2011, le Centre canadien des technologies résidentielles (CCTR) a installé deux systèmes biblocs sans conduit pour les comparer à des appareils de climatisation et de chauffage ordinaires. Le générateur d’air chaud au gaz ordinaire utilisé aux fins de la comparaison était doté de conduits et d’au moins un registre d’approvisionnement dans chaque pièce. Le système mini-bibloc comportait deux appareils intérieurs, dont un dans la salle familiale au premier étage et l’autre dans la chambre principale au deuxième étage.

Situé à Ottawa, en Ontario, le CCTR est une installation conçue pour évaluer le rendement dans l’ensemble de la maison des technologies résidentielles. On y trouve deux maisons identiques inoccupées dotées de nombreux instruments. La consommation d’eau chaude, des appareils d’éclairage et des appareils ménagers ainsi que la production de chaleur liée à la présence d’occupants sont simulées par ordinateur. Le CCTR a été construit conformément à l’ancienne norme de rendement du programme R-2000 (système de cote ÉnerGuide 80). Les charges de calcul sont de 12,14 kW (41 433 Btu/h) à -25 °C pour le chauffage et de 7,16 kW (24 442 Btu/h) à 30 °C pour la climatisation.

En bref, le projet a montré que les systèmes mini-biblocs, combinés à un foyer au gaz naturel utilisé comme système d’appoint, avaient la capacité de maintenir le confort dans la maison aux températures extérieures les plus froides enregistrées (sous -15 °C) avec un COP supérieur à 2, en recourant à l’occasion au chauffage d’appoint. Le système installé incluait un foyer au gaz naturel autonome, d’une capacité de 10 kW (34 000 Btu/h), dans la salle familiale au premier étage pour offrir une chaleur supplémentaire au besoin.

La consommation d’énergie des systèmes mini-biblocs était considérablement moins élevée que celle du système ordinaire tant pour le chauffage que pour la climatisation. Le COP apparent pour le chauffage variait d’approximativement 2,3 à une température extérieure de -15 °C à 3,1 à une température extérieure +9 °C. Selon les résultats, le COP se situait à près de 2,0 à -25 °C.

Au point de vue confort, au cours de la climatisation, les systèmes mini-biblocs ont procuré des températures plus fraîches et une plus grande variation directement où ils étaient installés, mais à d’autres endroits dans la maison les températures étaient fort similaires à celles produites par le système ordinaire. Au cours du chauffage, les températures produites par les systèmes mini-biblocs et l’appareil ordinaire étaient similaires sauf au cours des périodes les plus froides, lorsque les températures produites par le système mini-bibloc ont chuté considérablement en dessous du point de consigne. Ces basses températures étaient attribuables au fait que le foyer d’appoint n’a pas été activé. Si le thermostat du foyer avait été réglé adéquatement (la température d’activation du foyer était trop basse), le système mini-bibloc aurait probablement maintenu les températures aussi bien que le système ordinaire.

Les systèmes biblocs comme ceux mis à l’essai dans le cadre du projet permettront aux propriétaires de réduire leurs factures de chauffage et de climatisation comparativement aux systèmes de chauffage électrique et au mazout ou au propane. Dans les régions où le gaz naturel à bon marché est offert pour le chauffage, les systèmes mini-biblocs, en dépit de leur plus grand rendement énergétique que les appareils au gaz, entraîneront des coûts d’exploitation plus élevés.

Pour télécharger le document complet, communiquez avec le bureau d’affaires de CanmetÉNERGIE-Ottawa.