Lorsque l'on évoque les conditions hivernales difficiles pour une pompe à chaleur, on imagine souvent des températures extérieures très basses. Or, l'une des conditions les plus difficiles pour une pompe à chaleur aérothermique en mode chauffage n'est pas toujours le froid extrême. Il s'agit plutôt d'un temps froid, humide et brumeux.

Cela peut sembler contre-intuitif. Après tout, comment une température de +2 °C peut-elle poser plus de problèmes qu’une température de -15 °C ? La réponse réside dans l’humidité.

En mode chauffage, le serpentin extérieur d’une pompe à chaleur aérothermique fait office d’évaporateur. Sa température de surface est souvent inférieure à 0 °C, même lorsque l’air extérieur est au-dessus du point de congélation. En cas de brouillard, l’air contient un taux d’humidité très élevé. Lorsque cette humidité passe sur le serpentin extérieur froid, elle se condense immédiatement puis gèle à la surface du serpentin. Il en résulte une accumulation rapide de givre.

C’est pourquoi le brouillard à des températures inférieures à environ +5 °C peut être particulièrement problématique. Dans un air froid et sec, il y a tout simplement moins d’humidité absolue susceptible de se figer sur le serpentin. Dans un air brumeux, en revanche, la pompe à chaleur est exposée à un flux continu d’humidité, ce qui peut accélérer la formation de givre et augmenter la fréquence des dégivrages. Concrètement, cela signifie qu’une pompe à chaleur fonctionnant à environ +2 °C avec un taux d’humidité supérieur à 95 % peut être confrontée à un scénario de givrage plus difficile qu’une autre fonctionnant à des températures bien plus basses dans l’air sec de l’hiver.

Pourquoi la fonction de dégivrage est-elle importante sur une pompe à chaleur ?
Le dégivrage est une étape normale et nécessaire du fonctionnement d’une pompe à chaleur. Lorsque du givre s’accumule sur le serpentin extérieur, cela réduit le débit d’air et l’efficacité de l’échange thermique. Pour maintenir ses performances, l’unité passe périodiquement en cycle de dégivrage afin de dégager le serpentin.

Une préoccupation courante est de savoir si cela affecte le confort ou la fiabilité. La bonne nouvelle, c’est que les systèmes modernes sont conçus pour gérer ce processus avec soin.

Lors d’un essai en laboratoire, une pompe à chaleur de toit Trane IH 078 a fonctionné pendant plus de 24 heures dans des conditions de givrage particulièrement sévères : température de retour intérieure de 10 °C, température extérieure de 2 °C et humidité relative supérieure à 95 %. Même dans ces conditions exigeantes, seuls deux cycles de dégivrage ont eu lieu en 4,5 heures. Chacun d’entre eux a entraîné un temps d’arrêt total d’environ 8 à 9 minutes. En d’autres termes, dans l’un des pires scénarios de fonctionnement envisageables, l’unité n’a connu qu’environ 8 minutes de dégivrage toutes les 2 heures et 15 minutes.
C’est un point important tant pour les clients que pour les consultants : le dégivrage a bien lieu, mais cela ne signifie pas que la pompe à chaleur s’arrête et redémarre constamment. Grâce à une gestion optimale du fonctionnement, même des conditions difficiles de brouillard peuvent être gérées avec un minimum de perturbations.

Comment Trane minimise-t-elle l’impact du dégivrage ?
C’est là que les commandes font toute la différence. Trane utilise sa propre plateforme de commande propriétaire, Symbio, développée en interne tant au niveau matériel que logiciel, et utilisée sur une large gamme de produits, notamment les unités de toit et les pompes à chaleur air-eau telles que les modèles CXAX, FLEX N HP, CXAF et CMAF. Une plateforme de commande commune permet d’assurer une logique de fonctionnement plus homogène d’une application à l’autre et offre aux clients et aux équipes de maintenance une architecture système familière.

En termes simples, Symbio ne déclenche pas le dégivrage uniquement sur la base d’une minuterie classique. Lorsque les températures extérieures descendent à 16 °C ou moins, le contrôleur surveille la relation entre les conditions de l’air extérieur et celles du fluide frigorigène au niveau du serpentin extérieur. S’il détecte que le serpentin givre au point d’affecter les performances, il lance un cycle de dégivrage. Cela signifie que le système contrôlé par Symbio réagit aux conditions de fonctionnement réelles, plutôt que de procéder à des dégivrages plus fréquents que nécessaire.

Le contrôleur permet également de maîtriser le dégivrage. Il est possible de définir une durée maximale de dégivrage, qui est généralement de 8 à 9 minutes pour les unités de toiture. Dans de nombreux cas, le cycle se termine plus tôt si le système détecte que l’état normal du serpentin a été rétabli. Cela permet de réduire les temps d’arrêt inutiles et permet à l’unité de repasser en mode chauffage aussi rapidement que possible.

Pour les pompes à chaleur air-eau, la durée du dégivrage peut souvent être plus courte car le circuit d’eau offre une plus grande inertie thermique. En règle générale, les systèmes fonctionnant avec un point de consigne de l’eau à 45 °C peuvent terminer le dégivrage en environ 5 minutes, tandis que ceux fonctionnant à 35 °C peuvent avoir besoin de plus de temps, parfois jusqu’à 8 à 9 minutes. Cela dépend de la conception du système, mais cela met en évidence une vérité importante : les performances du produit et la conception du système vont de pair.

Pourquoi la qualité de l’installation reste-t-elle essentielle ?
Même la meilleure technologie de pompe à chaleur ne donne son plein rendement que lorsqu’elle est correctement installée. Cela est particulièrement vrai dans les climats où le brouillard, l’humidité et les changements fréquents de saison en hiver peuvent créer des conditions difficiles.

L’inertie du système est un facteur clé à prendre en compte. Dans les applications air-eau, un dimensionnement correct du ballon tampon peut contribuer à stabiliser le fonctionnement pendant le dégivrage et à réduire son impact sur le bâtiment. Un système hydraulique correctement conçu apporte un meilleur soutien à la pompe à chaleur lors des transitions temporaires de fonctionnement.

Il est également important d’adapter correctement l’unité à la charge du bâtiment, à la stratégie de régulation et aux exigences en matière de température de sortie d’eau. Des choix de conception trop simplistes peuvent donner l’impression que le dégivrage est plus perturbateur qu’il ne devrait l’être. De bonnes pratiques d’installation contribuent à garantir que le système puisse offrir à la fois confort et efficacité dans un large éventail de conditions météorologiques réelles.

À retenir
Lorsqu’on évalue les performances d’une pompe à chaleur, la véritable question n’est pas de savoir si le dégivrage a lieu, mais dans quelle mesure le système le gère de manière intelligente.
Grâce à une conception adéquate du produit, à des commandes intelligentes et à une installation correcte, le dégivrage peut être géré efficacement. Les pompes à chaleur Trane sont conçues pour détecter avec précision les conditions de givrage, limiter la durée du dégivrage et reprendre rapidement le chauffage, même lorsque les conditions météorologiques sont humides, froides et difficiles.

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