Pompes à chaleur de grande puissance : comment les rejets de chaleur des centres de données parviennent au réseau thermique

01Des rejets de chaleur que personne n’utilise

Le refroidissement d’un centre de données évacue sous forme de chaleur la quasi-totalité de l’électricité consommée – toute l’année et de manière bien prévisible. Le niveau de température est toutefois trop bas pour un réseau de chauffage à distance classique. Une pompe à chaleur de grande puissance comble cette lacune : elle prélève de la chaleur dans l’eau de refroidissement, l’élève à la température du réseau et renvoie de l’eau refroidie au centre de données.

02L’erreur de raisonnement : la machine au centre de l’attention

Dans les premières phases du projet, on discute souvent du fabricant, du type de compresseur ou du fluide frigorigène. Mais ce qui influence le plus la consommation d’électricité et le prix de la chaleur, ce sont deux températures fixées bien avant le choix de la machine : la température de la source provenant du centre de données et la température de départ exigée par le réseau.

03Le principe : l’écart de température détermine l’efficacité

La limite supérieure théorique du coefficient de performance (COP) résulte de la température absolue de restitution de la chaleur, divisée par l’écart de température entre la source et le puits. Les pompes à chaleur de grande puissance réelles atteignent une partie de cette limite, appelée rendement exergétique, souvent environ la moitié. Si l’écart est divisé par deux, le coefficient de performance double approximativement.

Il s’ensuit que le refroidissement à eau chaude dans le centre de données et des températures de réseau basses agissent doublement. Ils réduisent l’écart des deux côtés.

Un deuxième avantage des rejets de chaleur des centres de données est leur constance. Contrairement à l’air extérieur, la source est chaude et hors gel toute l’année, et aucun dégivrage n’est nécessaire. Le coefficient de performance annuel est donc généralement plus proche de la valeur de dimensionnement que pour les pompes à chaleur air-eau. Ce qui reste déterminant, c’est l’évolution de la température du réseau au cours de l’année : un abaissement en fonction des conditions météorologiques en été améliore sensiblement le bilan.

04Un exemple de calcul

Supposons qu’une pompe à chaleur doive fournir 1000 kW à un réseau avec un départ à 65 °C, alimentée par de l’eau de refroidissement à 30 °C. Avec un rendement exergétique de 0,5, on obtient un coefficient de performance d’environ 3,5. La pompe à chaleur a alors besoin d’environ 290 kW d’électricité ; un peu plus de 710 kW proviennent des rejets de chaleur.

> 80 %part des coûts d’électricité dans les coûts annuels de la chaleur – hypothèses : 8000 heures à pleine charge, 15 ct./kWh, investissement amorti sur 20 ans

Comme l’électricité domine les coûts de la chaleur, toute amélioration du coefficient de performance se répercute presque directement sur le prix de la chaleur. Si la température du réseau glisse fortement entre le départ et le retour, des montages à plusieurs étages en série ou des processus restituant la chaleur de manière glissante sont en outre intéressants.

05Ce que cela signifie pour votre projet

• Clarifiez avec l’exploitant du réseau les températures de départ et de retour sur toute l’année, et pas seulement le cas de dimensionnement.
• Planifiez le refroidissement du centre de données avec une eau de refroidissement aussi chaude que possible – cela réduit à la fois l’effort de refroidissement et l’écart de température.
• Évaluez les variantes sur la base du coefficient de performance annuel et des coûts de revient de la chaleur, et non du COP de la fiche technique.
• Fixez tôt la redondance, la couverture des pointes de charge et le concept de sécurité pour le fluide frigorigène selon EN 378. Vous trouverez des indications sur les fluides frigorigènes naturels dans l’article sur la transition des fluides frigorigènes.

À retenir

Dans la valorisation des rejets de chaleur par des pompes à chaleur de grande puissance, la température du réseau est le principal facteur de coûts : qui maintient l'écart de température à un faible niveau réduit les besoins en électricité – et donc le prix de la chaleur – pour toute la durée d'utilisation.

SEDC AG · Article issu de notre série de formation interne « Technik Praxis », abrégé pour les maîtres d'ouvrage et les utilisateurs.