PAC de rehausse : valoriser la chaleur fatale basse température
La rehausse de température par PAC haute température transforme une source de chaleur fatale inutilisable en chaleur utile pour le process. Une source à 30 °C peut être relevée à 90 °C. Ce mécanisme ouvre la récupération de chaleur à des gisements jusqu’ici perdus.
Principe de la rehausse de température
La rehausse consiste à pomper la chaleur d’une source froide vers un niveau thermique supérieur. La PAC prélève l’énergie d’un flux à basse température (20-50 °C) et la restitue à haute température (70-120 °C).
Le gain thermique se mesure par l’écart entre la source et le puits. Plus cet écart est faible, meilleur est le COP. Un écart de 30 K donne un COP de 4 à 5. Un écart de 60 K ramène le COP à 2,5-3.
La PAC de rehausse ne crée pas de chaleur à partir de rien. Elle transfère et concentre la chaleur fatale existante. L’énergie électrique consommée par le compresseur est le prix de ce transfert.
Sources de chaleur fatale valorisables
De nombreuses sources industrielles se situent entre 20 et 50 °C. Ces températures sont trop basses pour un usage direct mais idéales pour la rehausse.
- Eaux de refroidissement — boucles de process à 25-40 °C, disponibles en continu
- Condenseurs de groupes froid — chaleur de condensation à 30-45 °C (récupération sur groupes froid)
- Eaux usées industrielles — effluents tièdes à 20-35 °C
- Air extrait de ventilation — air vicié à 20-25 °C en sortie de VMC
- Chaleur de data center — air chaud à 35-45 °C (BAT-TH-153)
La stabilité et le débit de la source conditionnent la puissance récupérable. Un audit thermique préalable quantifie le gisement disponible.
COP et performance énergétique
Le COP (Coefficient de Performance) détermine la rentabilité de la rehausse. Il dépend principalement de l’écart de température entre la source et le besoin.
| Source (°C) | Besoin (°C) | Écart (K) | COP estimé |
|---|---|---|---|
| 30 | 60 | 30 | 4,5 − 5,0 |
| 30 | 80 | 50 | 3,0 − 3,5 |
| 30 | 100 | 70 | 2,2 − 2,8 |
| 40 | 80 | 40 | 3,5 − 4,0 |
| 40 | 100 | 60 | 2,5 − 3,0 |
| 50 | 90 | 40 | 3,5 − 4,5 |
Un COP de 3 signifie que pour 1 kWh d’électricité, la PAC fournit 3 kWh de chaleur utile. La rehausse reste avantageuse tant que le COP dépasse 2,5.
Applications industrielles
Agroalimentaire
Le secteur agroalimentaire est le premier utilisateur de PAC de rehausse. Les condenseurs des installations frigorifiques fournissent une source stable à 35-45 °C. La chaleur rehaussée alimente le lavage, la pasteurisation et le NEP à 70-85 °C.
Chimie et pharmacie
Les réacteurs chimiques rejettent de la chaleur à 30-50 °C. La rehausse permet de préchauffer les flux d’entrée ou de produire de la vapeur basse pression. Les gains énergétiques atteignent 40 à 60 % sur le poste chaleur.
Réseaux de chaleur
Les réseaux de chaleur utilisent la rehausse pour valoriser des sources géothermiques ou des eaux usées traitées. La PAC relève la température de 15-30 °C à 70-90 °C pour le chauffage urbain.
Dimensionnement d’une PAC de rehausse
Le dimensionnement repose sur trois paramètres essentiels.
- Puissance thermique utile — la quantité de chaleur nécessaire au process, en kW
- Températures source et besoin — l’écart détermine le COP et la puissance électrique
- Heures de fonctionnement — la PAC est rentable au-delà de 4 000 h/an
Un échangeur de chaleur côté source (évaporateur) et côté puits (condenseur) complète l’installation. Le choix entre plaques et tubulaire dépend des fluides.
Financement CEE
La fiche IND-UT-139 couvre les PAC haute température en industrie. La prime CEE dépend de la puissance installée, du COP et des heures de fonctionnement annuelles.
Le cumul avec le Fonds Chaleur est possible sur des postes distincts. La PAC est financée par les CEE. Le réseau de distribution est subventionné par le Fonds Chaleur.
La rentabilité d’une PAC de rehausse atteint un temps de retour de 2 à 4 ans avec les aides. Sans aide, le retour se situe entre 4 et 7 ans selon le COP et le prix de l’énergie.
Questions fréquentes
La rehausse est-elle rentable si la source est à 20 °C ? Oui, si le besoin ne dépasse pas 70 °C. L’écart de 50 K donne un COP de 3 à 3,5. Au-delà de 80 °C de besoin, le COP chute et la rentabilité se dégrade.
Peut-on combiner rehausse et récupération directe ? Oui. La récupération directe par échangeur traite les flux à température suffisante. La PAC de rehausse valorise les flux à basse température. Les deux approches sont complémentaires.
Quelle est la durée de vie d’une PAC de rehausse ? La durée de vie se situe entre 15 et 20 ans. Le compresseur est le composant critique. Une maintenance régulière du circuit frigorifique prolonge la durée de service.
Quel fluide frigorigène pour la rehausse haute température ? Les fluides R1233zd, R1234ze et R245fa sont les plus utilisés. Le R718 (eau) est prometteur pour les très hautes températures. Le choix dépend de la plage de température visée.
Source : ADEME — Pompes à chaleur haute température industrielles. Les COP indiqués sont des ordres de grandeur ; chaque projet nécessite un dimensionnement spécifique.
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