Utiliser des systèmes de chauffage pour fournir un refroidissement efficace

Utiliser le chauffage pour rafraîchir les pièces

Vue du coin de la salle d’essai avec radiateur. Crédit : Fraunhofer-Gesellschaft

Le changement climatique provoque une augmentation persistante du nombre de jours chauds d’été. Les bureaux et les maisons deviennent de plus en plus chauds et les nuits apportent peu de répit à la chaleur. Dans ce contexte, une augmentation significative des nouvelles installations de systèmes de refroidissement est attendue, ce qui entraînera à son tour une augmentation de la consommation d’énergie. Une alternative potentielle rentable consiste à utiliser les systèmes de chauffage existants. Selon une analyse de l’Institut Fraunhofer de physique du bâtiment IBP, les pompes à chaleur de ces systèmes peuvent être inversées pour fournir un refroidissement efficace.

La consommation mondiale d’énergie des systèmes de climatisation continue d’augmenter. Selon les informations de l’Agence internationale de l’énergie (AIE), l’énergie totale utilisée pour refroidir les bâtiments résidentiels et de bureaux en 2016 était d’environ 2000 térawattheures. Cela représente environ 10 pour cent de la consommation totale d’énergie dans le monde. Ce montant pourrait tripler d’ici 2050 : d’ici là, dix systèmes de climatisation seront vendus chaque seconde. En Allemagne, les experts s’attendent à ce que la consommation d’énergie pour le refroidissement des bâtiments résidentiels double au cours des 20 prochaines années. Pour les bâtiments non résidentiels, l’Agence allemande pour l’environnement s’attend à une augmentation de 25 %.

Comment éviter cette augmentation attendue des nouvelles installations de refroidissement ? C’est la question abordée par une équipe de chercheurs du Fraunhofer IBP. « Dans les bâtiments existants, si une pompe à chaleur – c’est-à-dire le générateur de chaleur – déjà installée peut être inversée pour fournir la climatisation, le même système qui est déjà utilisé pour le chauffage pourrait également être utilisé pour le refroidissement », explique Sabine Giglmeier. , un scientifique de Fraunhofer IBP. Cela éliminerait le besoin d’acheter de nouveaux systèmes de refroidissement et économiserait de l’énergie.

Évaluation du potentiel des radiateurs et des systèmes de chauffage par le sol

Pour évaluer dans quelle mesure cette technologie peut être utilisée pour éviter la surchauffe en été, l’ingénieur et son équipe ont évalué le potentiel de deux systèmes de chauffage : souvent utilisé dans les bâtiments existants. Ces unités dissipent leur chaleur perdue via un tube traversant la fenêtre ou une ouverture dans le mur.

Utiliser le chauffage pour rafraîchir les pièces

Dans le cadre de l’essai, les chercheurs ont collecté une grande quantité de données sur le climat intérieur, qu’ils ont ensuite utilisées pour valider le jumeau numérique. Crédit : Fraunhofer-Gesellschaft

« Non seulement ces systèmes de climatisation consomment beaucoup d’énergie, mais ils sont aussi bruyants et créent des courants d’air. Ils peuvent aussi causer des problèmes d’hygiène s’ils ne sont pas correctement entretenus », explique le chercheur.

Simulations avec WUFI Plus

Pour déterminer si les pompes à chaleur peuvent être combinées avec des radiateurs ou des systèmes de chauffage par le sol pour être utilisées comme système de refroidissement, la chercheuse et son équipe ont effectué des tests initiaux dans des conditions de laboratoire dans la chambre climatique avec des radiateurs et des systèmes de chauffage par le sol. Les jumeaux numériques des systèmes de chauffage ont ensuite été testés à l’aide du logiciel de simulation de bâtiment WUFI Plus pour déterminer si les mesures du laboratoire correspondaient aux calculs du logiciel. « Nous pouvons utiliser les jumeaux numériques pour produire une représentation valide de la réalité et calculer l’effet du système global dans un large éventail de scénarios d’application. Cela nous permet d’identifier les zones spécifiques où les pompes à chaleur plus les radiateurs ou les chauffages au sol sont les plus efficaces.  » Le logiciel de simulation crée un lien (hygrique) entre la chaleur et l’humidité dans le calcul. Les simulations peuvent être adaptées à tout type de bâtiment, en tenant compte d’une gamme de paramètres tels que la taille de la pièce et des fenêtres, la taille des éléments chauffants, la température extérieure et la conception et le nombre de fenêtres. Les chercheurs peuvent examiner d’autres paramètres, tels que les besoins énergétiques et le confort. Cela permet une évaluation complète des systèmes de chauffage et de refroidissement.

Utiliser le chauffage pour rafraîchir les pièces

Infographie : Rafraîchissement en été avec des systèmes de chauffage. Crédit : Fraunhofer-Gesellschaft

Les tests ont montré que les radiateurs et les systèmes de chauffage par le sol ont le potentiel de réduire considérablement la température de l’air ambiant en été et de produire un effet de refroidissement agréable dans les bureaux d’une taille standard de 16 m2, fenêtres jusqu’à 3 m2 et deux travailleurs, sans formation indésirable de condensation sur les surfaces froides. La température d’entrée du système doit être régulée en fonction du point de rosée de la température ambiante afin d’éviter des dommages structurels dus à la condensation. « La température du point de rosée est un chiffre critique que nous devons prendre en compte dans nos calculs. C’est parce que l’humidité se condense sur une surface lorsque la surface est plus froide que la température du point de rosée de l’air. C’est pourquoi il est important de considérer la température du point de rosée lors du refroidissement. En d’autres termes, si la température du point de rosée est de 13 degrés Celsius, l’eau que nous alimentons dans le système de chauffage ne peut pas être plus froide que cela, sinon l’eau de l’air se condensera sur l’élément chauffant et fournira lignes, provoquant de l’humidité. »

Jusqu’à 65 % de réduction des degrés-heures de surchauffe

Un autre critère important pour les calculs est la température en degrés-heures. Cette unité de mesure fait référence au nombre d’heures et de kelvins au-dessus de la température limite de la pièce, qui est de 26 degrés Celsius, dans l’année. Un maximum de 1200 degrés-heures de surchauffe par an est autorisé dans les bâtiments résidentiels, et seulement 500 dans les bureaux. Les calculs des chercheurs ont montré une réduction de plus de 40 % des degrés-heures de surchauffe pour les radiateurs mesurant 70 cm sur 1 m. Pour des radiateurs deux fois plus grands, une réduction de 65 % peut être obtenue par rapport à une pièce non refroidie.

« Dans l’ensemble, nous avons démontré que les performances de refroidissement obtenues à l’aide de radiateurs sont suffisantes avec une part de surface de fenêtre modérée. Cependant, une part de surface de fenêtre plus élevée nécessite une plus grande surface de refroidissement pour obtenir des conditions climatiques intérieures confortables. Cette surface peut être fournie en utilisant systèmes de chauffage par le sol, qui produisent également un effet de refroidissement nettement plus important, comme nos tests l’ont montré », explique Giglmeier en résumé. Les pompes à chaleur avec fonctions de refroidissement pourraient être une alternative aux systèmes de refroidissement coûteux dans les bâtiments existants.

La mesure dans laquelle le système global affecte le confort de l’utilisateur, par exemple si les sols deviennent trop froids ou si les changements de température affectent les revêtements de sol et autres matériaux de la pièce, reste à étudier.


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Fourni par Fraunhofer-Gesellschaft

Citation: Utilisation de systèmes de chauffage pour fournir un refroidissement efficace (2021, 2 août) extrait le 2 août 2021 de https://techxplore.com/news/2021-08-effective-cooling.html

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