Pompe à chaleur en cascade : de quoi s'agit-il ?

Le fonctionnement d’une pompe à chaleur en cascade 

Une cascade de pompes à chaleur fonctionne en utilisant plusieurs pompes à chaleur extérieures qui sont connectées à des modules hydrauliques dans la chaufferie grâce à des tuyaux spéciaux où passe le fluide frigorigène. Ces modules hydrauliques intègrent un gestionnaire de pompes à chaleur qui contrôle automatiquement toutes les pompes extérieures. Les cascades de pompes à chaleur ont un système spécial qui calcule la meilleure performance possible en fonction de la puissance utilisée par les pompes extérieures, de la chaleur nécessaire à un moment donné et de la température extérieure, puis ajuste le fonctionnement de chaque pompe à chaleur en cascade pour qu'elle puisse fournir la chaleur requise. En optant pour plusieurs pompes à chaleur air-eau agissant en cascade, il devient possible d'augmenter la capacité globale de chauffage en exploitant plusieurs sources d'air extérieur. Ce processus garantit que le bâtiment conserve un niveau de confort thermique optimal même lorsque les températures extérieures plongent considérablement. De plus, cette configuration répartit la charge de travail entre les différentes pompes à chaleur, ce qui peut prolonger leur durée de vie, améliorer leur efficacité énergétique et permettre une utilisation optimale de la technologie inverter sur chaque unité intérieure.  

Contrairement aux pompes à chaleur air-eau, les pompes à chaleur air-air sont spécialement conçues pour chauffer ou refroidir l'air directement, sans nécessiter un circuit d'eau intermédiaire. Étant indépendante d'un échange avec un circuit d'eau, elle ne requiert généralement pas de système en cascade. De plus, d'autres solutions technologiques, comme les systèmes multi-splits, se révèlent plus appropriées pour répondre aux besoins de chauffage ou de refroidissement dans plusieurs zones avec des pompes à chaleur air-air, sans nécessiter de configuration en cascade.

Les avantages d’une pompe à chaleur en cascade 

Comme évoqué précédemment, la pompe à chaleur en cascade présente une variété d'avantages qui peuvent être résumés comme cela :

• Efficacité énergétique accrue : en utilisant plusieurs pompes à chaleur en cascade, il est possible d'atteindre un rendement global plus élevé. Cela permet de maximiser l'efficacité énergétique du système, car chaque unité peut fonctionner à son rendement optimal. 
• Meilleure adaptabilité aux variations de charge : les cascades de pompes à chaleur peuvent s'adapter plus efficacement aux variations de la demande de chauffage. Lorsque la demande est faible, certaines unités peuvent être éteintes ou fonctionner à une capacité réduite, ce qui évite la surconsommation d'énergie.
• Fiabilité améliorée : en utilisant plusieurs unités, le système peut être conçu de manière redondante, ce qui réduit les risques de panne totale. Si l'une des unités tombe en panne, les autres peuvent continuer à fonctionner, assurant ainsi une certaine continuité du chauffage.  
• Flexibilité de conception : les cascades de pompes à chaleur offrent une flexibilité de conception en permettant de dimensionner le système en fonction des besoins spécifiques de l'installation. Cela peut être particulièrement utile dans les bâtiments de grande taille ou complexes.  
• Possibilité de fonctionner avec des énergies renouvelables : la pompe à chaleur en cascade peut être associée à des sources d'énergie renouvelable telle que des systèmes photovoltaïques, limitant ainsi son impact environnemental. 
• Amélioration du confort : en optimisant la répartition de la charge thermique entre plusieurs unités, une cascade de pompes à chaleur peut garantir un maintien plus stable et homogène de la température, favorisant ainsi un confort thermique optimal. De plus, la pompe à chaleur en cascade distingue par son niveau sonore très bas, contribuant ainsi à un environnement paisible. 
• Économies financières : bien que l'investissement initial soit généralement plus élevé qu'avec une seule pompe à chaleur, les économies d'énergie réalisées au fil du temps peuvent compenser ces coûts supplémentaires, ce qui peut rendre la cascade de pompes à chaleur plus rentable à long terme.

Les prérequis pour installer une pompe à chaleur en cascade 

Pour installer avec succès une pompe à chaleur en cascade dans une habitation, plusieurs conditions doivent être remplies :  

• Isolation de haute qualité : il est impératif que l'habitation soit correctement isolée afin d'assurer le rendement énergétique optimal de la pompe à chaleur. Une isolation efficace réduit les pertes de chaleur et maximise l'efficacité du système.  
• Choix judicieux de l'emplacement : l’emplacement de l'unité extérieure revêt une importance cruciale. Il doit tenir compte de divers facteurs, tels que l'espace disponible et les règlements locaux concernant le bruit. Un espace extérieur doit être prévu pour accueillir l'unité extérieure de la pompe à chaleur, en tenant compte des spécifications techniques de l'unité et des considérations d'accès et d'entretien.  
• Compatibilité avec le système de chauffage central : afin d'assurer le bon fonctionnement de la pompe à chaleur air-eau, il est essentiel qu'elle soit compatible avec les diffuseurs de chaleur existants dans le système de chauffage central. 
• Installation par un professionnel certifié : il est fortement recommandé de faire appel à un professionnel certifié RGE, pour réaliser l'installation. Cette certification garantit que l'installation sera conforme aux normes et aux exigences de performance, assurant ainsi un fonctionnement optimal de la cascade de pompes à chaleur.  

En respectant ces prérequis, l'installation d'une pompe à chaleur en cascade peut fournir un système de chauffage efficace, économique et respectueux de l'environnement pour une habitation.  

Notons également que la surface minimale requise pour installer une cascade de pompes à chaleur dépend de plusieurs facteurs, notamment de la taille des unités de pompe à chaleur, de l'emplacement disponible, de l'efficacité énergétique souhaitée et des besoins de chauffage de la structure à chauffer. En général, les cascades de pompes à chaleur sont plus couramment installées dans des bâtiments de taille moyenne à grande, tels que des immeubles d'appartements, des bâtiments de bureaux, des hôtels ou des installations industrielles, plutôt que dans de petites maisons unifamiliales. Les besoins en chauffage de ces structures sont généralement plus importants, ce qui rend l'utilisation de pompes à chaleur à grande échelle plus justifiée.

Exemple d’un cas d’utilisation d’une pompe à chaleur en cascade : Le château de Mandagout 

Le projet de transition énergétique du château de Mandagout a été lancé par les propriétaires après l'acquisition de la propriété en 2016. Le château se compose de deux bâtiments. Pour les soutenir dans cette démarche, ils bénéficient de l'accompagnement de la société Air Eau Sol, créée en 2010 et partenaire de Mitsubishi Electric. Cette bâtisse historique datant du 16e siècle à une superficie habitable totale de 750 m² et sert de résidence principale aux propriétaires. Ils ont décidé d'entreprendre cette transition énergétique en abandonnant l'utilisation des énergies fossiles. 

• Besoin du projet : le château devait remplacer son ancien système de chauffage au fioul en raison de son inefficacité en termes de confort thermique durant la nuit et des variations de température importantes durant la journée. Le système de chauffage au fioul générait également beaucoup de bruit.  
• Solution retenue : le choix retenu implique d'installer en cascade des pompes à chaleur air-eau dans les deux habitations distinctes, chacune bénéficiant de son propre abonnement électrique. De plus, un système photovoltaïque a été installé pour alimenter en énergie le château. Ce système est spécialement conçu pour fonctionner avec une cascade de six pompes à chaleur dans l'édifice principal. Quant au second bâtiment, il est équipé d'une cascade de deux pompes à chaleur. 
• Caractéristiques techniques : les pompes à chaleur Mitsubishi Electric équipées de la technologie Zubadan offrent une puissance maintenue jusqu'à -15 degrés Celsius, crucial dans la région des Cévennes où les températures peuvent chuter en hiver. Chaque unité pèse 14 kg et fonctionne sans appoint électrique à ces basses températures.  
• Adaptations et mises en place : l'installation a nécessité des adaptations, notamment la création d'un châssis métallique sur mesure par Air Eau Sol pour accueillir les six unités intérieures. 
• Contraintes du projet : La contrainte principale était de réutiliser le chauffage central bien fait avec des radiateurs bien dimensionnés et des circuits encastrés déjà posés pendant la rénovation, sans y toucher.

Découvrez ce projet en image pour en savoir plus :

Pompe à chaleur en cascade ou pompe à chaleur de grande puissance : comment choisir ? 

Le choix entre une cascade de pompes à chaleur et une pompe à chaleur de grande puissance dépend principalement des besoins de chauffage de votre habitation, ainsi que de la flexibilité requise dans votre application. Une pompe à chaleur en cascade est généralement utilisée lorsque les besoins de chauffage sont importants et que les températures cibles sont différentes. Cela peut être avantageux pour des applications résidentielles de grande envergure ou dans le secteur du petit tertiaire. Une pompe à chaleur de grande puissance, en tant qu'unité unique, offre une installation et une maintenance simplifiées. Elle peut être privilégiée dans des contextes industriels ou commerciaux où l'efficacité énergétique revêt une importance capitale et où les conditions de température demeurent relativement stables. En fin de compte, le choix entre une cascade de pompes à chaleur et une pompe à chaleur de grande puissance dépend de divers facteurs tels que la complexité de votre système de chauffage, les besoins spécifiques en matière de température, les contraintes d'espace et vos objectifs d'efficacité énergétique.

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