Qu'est-ce qu'une pompe à chaleur industrielle et comment fonctionne-t-elle ?
Qu'est-ce qu'une pompe à chaleur industrielle et comment fonctionne-t-elle ?
Les pompes à chaleur industrielles (PAC) sont des appareils disposant de très nombreuses applications. Elles captent la chaleur de diverses sources, comme les eaux usées, et la réutilisent pour chauffer et climatiser des bâtiments. Les pompes à chaleur industrielles peuvent également utiliser l'énergie renouvelable, en la convertissant en chaleur et en froid, pouvant être stockés.
Ainsi, les pompes à chaleur industrielles peuvent aider les industries à se décarboniser. L'Association européenne des pompes à chaleur (EHPA) estime que les pompes à chaleur peuvent fournir environ 10 % (2 000 TWh) de la demande totale d'énergie finale d'une industrie.
Environ 10%de nos besoins mondiaux en chauffage des locaux ont été satisfaits par des pompes à chaleur en 2021. Et le rythme d'installation augmente rapidement. Par exemple, en Norvège, 60 % des bâtiments sont équipés de pompes à chaleur, tandis qu'en Suède et en Finlande, plus de 40 % des bâtiments en sont équipés.
Les différents types de pompes à chaleur industrielles
Les pompes à chaleur industrielles sont devenues une option intéressante pour les entreprises qui cherchent à optimiser leurs stratégies de gestion thermique. Bien qu'il en existe différents types, le plus approprié dépend de facteurs tels que la plage de température et la source d'énergie.
Pompes à chaleur à compression de vapeur
La technologie de compression de vapeur (VC) réduit la demande de vapeur dans le cycle de chauffage.
Contrairement aux pompes à chaleur conventionnelles qui utilisent des réfrigérants chimiques, les pompes à chaleur VC compriment les vapeurs de processus ou la vapeur. Elles utilisent leur propre source de chaleur résiduelle.
Comme les pompes à chaleur ont un potentiel de réchauffement global (PRG) élevé, il existe un intérêt généralisé pour le développement de pompes à chaleur VC à faible PRG afin d'aider les industries à réduire leurs émissions de carbone.
Pompes à chaleur à absorption
Ces systèmes utilisent de l'énergie thermique au lieu de l'électricité. Cela les rend idéaux pour les industries connaissant un surplus de chaleur, comme celui dû à la transformation des aliments.
Comme les pompes à chaleur à air (également appelées pompes à chaleur à gaz), elles utilisent le propane, le gaz naturel, l'eau chauffée par l'énergie solaire ou par la géothermie, comme source d'énergie. Elles utilisent un cycle d'absorption ammoniac-eau pour fournir du chauffage et du refroidissement.
L'ammoniac (réfrigérant) se condense dans un serpentin, ce qui réduit sa pression, puis s'évapore pour absorber de la chaleur. Lorsque le système absorbe la chaleur à l'intérieur d'un bâtiment, il assure le refroidissement ; lorsqu'il libère la chaleur dans un espace, il assure le chauffage.
Pompes à chaleur hybrides
Les pompes à chaleur hybrides utilisent généralement une pompe à chaleur classique en même temps qu'une source de chaleur à combustible fossile comme une chaudière à mazout, à gaz ou à GPL. Cette configuration offre une plus grande souplesse, car le système peut passer d'une source d'énergie à l'autre en fonction des conditions.
Lorsque les températures baissent et que l'efficacité de la pompe à chaleur diminue, le système passe automatiquement à la source de chauffage secondaire.
Cette approche hybride garantit un chauffage constant dans les espaces froids où les pompes à chaleur pourraient avoir du mal à répondre à la demande à elles seules.
.
Comment fonctionnent les pompes à chaleur industrielles ?
Toutes les pompes à chaleur remplissent les trois mêmes fonctions. Elles reçoivent la chaleur d'une source de chaleur résiduelle, elles augmentent la température de la chaleur résiduelle et elles fournissent la chaleur utile à une température plus élevée.
Une pompe à chaleur industrielle utilise des technologies similaires à celles que l'on trouve dans un réfrigérateur ou un conditionneur d'air. Il comporte un compresseur et un échangeur de chaleur. Le compresseur fonctionne en déplaçant un réfrigérant à travers un cycle de réfrigération. L'échangeur de chaleur extrait ensuite la chaleur de la source.
Dans les espaces industriels, la chaleur est fournie par de l'air pulsé ou des systèmes hydroniques tels que les radiateurs et le chauffage par le sol. Ces systèmes peuvent également assurer le refroidissement des espaces qui ont besoin de températures constamment plus fraîches, comme dans l'industrie alimentaire.
Les pompes à chaleur industrielles à haute température, comme celles utilisées dans les réseaux de chauffage urbain, requièrent des températures d'entrée plus élevées. Elles utilisent donc la chaleur résiduelle provenant de sources telles que les eaux usées, les processus industriels et les centres de données.
Applications dans les industries
L'Agence internationale de l'énergie indique que les pompes à chaleur industrielles sont principalement utilisées pour les procédés à basse température, inférieure à 100°C. Notamment dans les industries du papier, de l'alimentation et chimique.
Lorsqu'elles sont utilisées pour récupération de chaleur dans les processus industriels, les pompes à chaleur industrielles sont également utilisées dans les secteurs de l'acier et de la fabrication. Les pompes à chaleur industrielles étant des systèmes doubles, elles offrent un contrôle constant de la température pour le refroidissement et le chauffage.
Par exemple, à Equans, nous avons aidé la Compagnie des Fromages & Riches Monts (CF&R) à économiser 12 GWH (soit une réduction de 20 à 25 %) sur sa consommation de gaz. Nous l'avons fait en installant une pompe à chaleur industrielle haute température sur son site de production à Montauban-de-Bretagne[4]. Les chiffres montrent également une économie de 2 000 tonnes de CO2 par an.
Jean Philippe LEROY, Responsable Ingénierie & Énergie de la Compagnie des Fromages & Riches Monts déclare :
''Les économies d'énergie générées par l'installation de cette pompe à chaleur atteindront 50% à l'horizon 2024''.
Les PAC sont également utilisées dans les réseaux de chauffage urbain, fournissant un chauffage et une eau chaude durables pour des zones géographiques entières au sein des villes.
Les pompes à chaleur industrielles et la décarbonisation
Comme les pompes à chaleur industrielles recyclent la chaleur perdue, elles réduisent la nécessité d'un apport d'énergie supplémentaire. Cela peut se traduire par une amélioration de 4 fois l'efficacité énergétique par rapport aux méthodes traditionnelles de chauffage par combustion.
De même, lorsque les pompes à chaleur industrielles sont alimentées par de l'énergie renouvelable, elles réduisent considérablement l'empreinte carbone. Cela aide les entreprises à s'aligner sur les objectifs mondiaux de neutralité carbone.
Les pompes à chaleur sont également la seule technologie de chauffage dont l'efficacité thermique potentielle est supérieure à 100 %. Cela signifie qu'elles permettent de réaliser d'importantes économies d'énergie car leur fonctionnement est moins coûteux. Elles permettent également un retour sur investissement plus rapide. De nombreux systèmes de chauffage industriel sont amortis en 2 à 5 ans.
En effet, pour atteindre l'objectif de l'UE d'une économie nette zéro d'ici 2050, la décarbonisation de la chaleur industrielle est une priorité absolue. L'EHPA indique qu'en 2024, les pompes à chaleur installées dans toute l'Europe auront permis d'éviter 58,4 Mt de CO2 au cours des 20 dernières années.
Les autres avantages de la décarbonisation de la chaleur industrielle sont les suivants : un environnement plus propre et plus sain, une résilience et une sécurité énergétiques accrues, des investissements dans les infrastructures et une importante création d'emplois.
Comment les pompes à chaleur industrielles d'Equans peuvent soutenir votre démarche de décarbonisation
Au sein d'Equans, nos pompes à chaleur haute température peuvent produire de l'eau chaude jusqu'à 120°C. Nos équipes d'ingénieurs analysent vos sources de froid et vos besoins en chauffage pour assurer une intégration optimale. Nous disposons également d'experts en thermodynamique qui peuvent déterminer les meilleures technologies disponibles.
De la conception à l'installation, nous fournissons des pompes à chaleur personnalisées pour des industries telles que l'alimentation et les boissons, les produits chimiques et le chauffage urbain. Nos projets les plus remarquables comprennent des systèmes de récupération de la chaleur qui réutilisent la chaleur résiduelle de processus tels que la pasteurisation ou le raffinage chimique, réduisant ainsi la dépendance aux combustibles fossiles.
Nous intégrons également des technologies modernes dans notre processus, telles que la maintenance prédictive et les systèmes hybrides. Cela garantit que nos installations de pompes à chaleur restent efficaces et fiables.
Découvrez les dernières actualités d'EQUANS
Mobilité électrique : accélérons l'électrification du transport lourd, des camions et des bus, en France
Assurer la continuité des activités dans les hôpitaux pour garantir la continuité des soins 24/7
