Les pompes à chaleur fonctionnent-elles dans le Colorado ? Oui, mais cela demande de la planification.

Il y avait une touche d'anxiété dans la maison de Jon et Rachel Rea lorsqu'un cyclone à la bombe, avec ses températures en chute libre sous zéro, s'est approché du Colorado en décembre, car le couple n'avait plus de fournaise au gaz dans leur sous-sol.

Ils avaient remplacé la fournaise trois mois plus tôt par une pompe à chaleur et maintenant ce nouveau gadget allait faire face à un test majeur. La pompe à chaleur recueille les éclats de chaleur qui persistent dans l'air même par une journée froide, mais avec des températures plongeant vers 20 en dessous de zéro, y aurait-il encore de la chaleur à capter ?

Les Reas ont "préchauffé" leur maison de ville de Boulder, augmentant le thermostat avant la tempête, et avaient l'avantage d'avoir des maisons voisines de chaque côté et une nouvelle isolation au sous-sol.

Pourtant, ils n'étaient pas certains de la performance de leur pompe à chaleur Mitsubishi. L'unité a été évaluée pour fonctionner encore à 13 en dessous de zéro. La température à Boulder dans la nuit du 22 décembre est tombée à 18 en dessous.

"Dans l'ensemble, c'était juste un autre jour", a déclaré Jon Rea. "Ce n'était pas vraiment un événement."

La pompe à chaleur fonctionnait presque à temps plein pendant la vague de froid, mais la maison est restée confortable, a déclaré Rea. "Tu n'aurais rien remarqué si tu étais resté dans la maison."

Alimentées par l'électricité, les pompes à chaleur ont leur moment dans le Colorado, grâce à une combinaison de technologies améliorées rendant les unités plus efficaces par temps froid et d'incitations financières des services publics et des gouvernements locaux, étatiques et fédéraux.

"Les pompes à chaleur sont prêtes à décoller", a déclaré Neil Kolwey, directeur du programme industriel du Southwest Energy Efficiency Project. "Beaucoup de choses sont en place."

Entre 2021 et 2022, le nombre de remises pour pompes à chaleur émises par Xcel Energy, le plus grand fournisseur d'électricité de l'État, a plus que triplé pour atteindre 1 220. La Tri-State Generation and Transmission Association, le deuxième plus grand fournisseur d'électricité, a vu le nombre de remises augmenter de 40 % pour atteindre 942.

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Il existe deux types de systèmes de pompe à chaleur : ceux qui extraient la chaleur de l'air et les systèmes géothermiques, qui reposent sur l'extraction de la chaleur constante du sous-sol.

Un système de source d'air - comprenant un compresseur, des conduits ou des unités murales et de plafond individuelles reliées au compresseur - peut coûter de 15 000 $ à 30 000 $. Les pompes à chaleur géothermiques, qui reposent sur des puits forés jusqu'à 300 pieds sous la maison, sont plus efficaces mais coûtent deux fois plus cher.

Bien qu'elles ne soient pas aussi visibles que les panneaux solaires ou les véhicules électriques, les pompes à chaleur sont un élément clé de la transition vers des maisons plus propres et plus éconergétiques - car le chauffage et la climatisation représentent un peu moins de la moitié de la consommation d'énergie domestique, selon l'US Environmental Agence de protection.

"Le fait que nous brûlions du gaz naturel dans nos maisons est assez inefficace", a déclaré Lacey Tan, responsable du programme de construction sans carbone chez le consultant en énergie RMI. "Nous devons réfléchir à la façon dont nous rendons nos maisons plus éconergétiques."

Les pompes à chaleur sont une réponse. "La pompe à chaleur, comme le chou-fleur, fait son temps", a déclaré Tan. Comme le chou-fleur ? "Oui, qui mangeait du chou-fleur ? Maintenant, c'est dans des wraps, du riz et de la pâte à pizza. C'est parce qu'il y a eu des innovations technologiques majeures."

La pompe à chaleur a été conçue en 1857 par l'inventeur tchèque Peter von Rittinger et a d'abord été utilisée pour sécher le sel des marais salants. Ils sont largement utilisés dans les foyers européens depuis les années 1950.

La technologie, qui peut à la fois chauffer et refroidir une maison, a gagné du terrain aux États-Unis avec 50 000 à 60 000 unités installées chaque année en 2008 - principalement dans le Sud où elles convenaient bien aux étés chauds et aux hivers doux.

Dans les climats plus froids, l'efficacité des pompes à chaleur a chuté avec la température - jusqu'à récemment.

"Les pompes à chaleur sont-elles prêtes pour les heures de grande écoute dans les climats plus froids a toujours été une question", a déclaré Dave Lis, directeur de la technologie et des solutions de marché pour l'association à but non lucratif Northeast Energy Partnership, NEEP, qui promeut des stratégies efficaces d'énergie propre.

"Il existe maintenant un nombre croissant de preuves qu'ils fonctionnent à basse température", a déclaré Lis.

Le défi a été dans l'air lui-même car les pompes à chaleur ne brûlent rien pour produire de la chaleur, elles l'extraient de l'air. L'astuce a été de pouvoir l'attraper les jours les plus froids.

Le fonctionnement d'une "pompe à chaleur à source d'air" ressemble à ceci : un réfrigérant, avec un point d'ébullition bas, quelque chose comme 55 degrés en dessous de zéro, traverse un tuyau exposé à l'air extérieur et même un peu de chaleur vaporise le réfrigérant.

Le réfrigérant vaporisé, transportant la chaleur, passe par un compresseur - qui, eh bien, le comprime, élevant la chaleur à environ 105 degrés et qui est transféré dans la maison.

Le réfrigérant, à nouveau un liquide, est renvoyé à l'extérieur pour récupérer un peu plus de chaleur. En été, le processus peut être inversé, déplaçant la chaleur de l'intérieur vers l'extérieur, refroidissant ainsi la maison.

La plupart des maisons ont déjà des thermopompes. "Votre climatisation est une pompe à chaleur, votre réfrigérateur est une pompe à chaleur", a déclaré Josh Lake, cofondateur d'Elephant Energy, une entreprise basée à Boulder qui conçoit des rénovations domiciliaires avec des pompes à chaleur et d'autres technologies électriques. "Ils déplacent tous de la chaleur en utilisant de l'électricité."

Et puisque la pompe à chaleur ne fait que déplacer de la chaleur plutôt que de générer de la chaleur, elle peut produire deux à quatre fois plus d'énergie thermique qu'elle n'en consomme en électricité, selon le Département américain de l'énergie.

Le problème dans les régions plus froides est qu'il y a de moins en moins de chaleur dans l'air à mesure que les températures baissent de plus en plus, de sorte que les pompes à chaleur doivent travailler de plus en plus dur et devenir de moins en moins efficaces.

"Il y a cinq ans, les pompes à chaleur n'étaient pas particulièrement viables dans le Colorado", a déclaré Lake.

Il y a eu une foule de modifications technologiques qui ont rendu les pompes à chaleur utilisables dans le Colorado et dans le Maine. Ceux-ci incluent un meilleur échangeur de chaleur, des ventilateurs mieux conçus, un compresseur à vitesse variable et des commandes électroniques sophistiquées.

"Dans le froid glacial de l'hiver, il y a encore de la chaleur à déplacer, mais il ne fait pas très chaud, donc le compresseur doit faire plus de travail", a déclaré David Petroy, dont la société NTS Energy conçoit des systèmes de pompes à chaleur pour les maisons et les entreprises.

À 50 degrés, une pompe à chaleur peut déplacer quatre unités de chaleur pour chaque unité d'électricité qu'elle utilise, mais à zéro, cela tombe à une efficacité de deux unités de chaleur pour chaque unité d'électricité, a déclaré Petroy.

Le compresseur à vitesse variable peut être plus efficace sur une plage de températures et peut vraiment augmenter à basse température.

L'une des principales différences entre l'installation d'une pompe à chaleur ou d'une fournaise est qu'un système de pompe à chaleur nécessite un peu plus de conception lors de la rénovation d'une maison existante ou d'une nouvelle construction. Certains propriétaires souhaitent également un chauffage d'appoint, comme un appareil de chauffage électrique, un petit brûleur au propane ou un poêle à granules.

Bien que ces sauvegardes, a déclaré Petroy, soient "des choses dont vous pourriez avoir besoin quatre jours par an".

Lors de l'installation d'une fournaise, un entrepreneur en chauffage et en climatisation s'appuie sur un calcul manuel J, une formule qui comprend des variables telles que la taille de la maison, l'isolation et le nombre de personnes qui y vivent.

Obtenez le calcul, dimensionnez le four et installez-le.

"Vous devez être un peu plus réfléchi lors de la conception d'un système de pompe à chaleur, en particulier dans une maison entièrement électrique, qui peut également nécessiter l'installation d'un panneau électrique plus grand", a déclaré Petroy.

Et au lieu de simplement installer une grande unité, disons au sous-sol, le réfrigérant vaporisé peut être envoyé d'un compresseur à des unités murales et de plafond individuelles, connues sous le nom de système mini-split, permettant à un propriétaire de contrôler la température étage par étage, pièce par pièce. .

"Le bon dimensionnement de votre chauffage et de votre refroidissement est assez important", a déclaré Lake.

Alors que le marché des pompes à chaleur ne fait que démarrer dans le Colorado, il se construit depuis une décennie dans le Nord-Est, avec une croissance moyenne de près de 30% par an depuis 2017 et plus de 250 000 unités installées d'ici 2021.

NEEP a travaillé sur des programmes pour encourager les politiques de l'État - sa région s'étend du New Jersey au Maine - promouvant les pompes à chaleur, par l'éducation et l'engagement, le développement d'un réseau d'entrepreneurs compétents en chauffage et climatisation, ou CVC, et la création d'un climat froid liste des produits de la pompe à chaleur.

Et certaines des parties les plus froides de la région ont été les premiers à les adopter. "Lorsque nous avons vu la croissance initiale des pompes à chaleur, nous voyions dans des endroits comme le Maine et le Vermont où il y avait beaucoup de carburants livrés", a déclaré Lis. "Cela améliore considérablement l'économie du chauffage avec des pompes à chaleur."

Environ 61 % des 600 000 habitations du Maine sont chauffées au mazout et 11 % au propane. 9% des habitations chaleureuses sont chauffées au bois, le reste à l'électricité et au gaz naturel.

Le coût annuel moyen du chauffage d'une maison du Maine avec une pompe à chaleur, 2 300 $, représente près de la moitié de ce qu'il est pour le mazout ou le propane, selon Efficiency Maine Trust, qui administre les programmes d'efficacité énergétique de l'État, y compris les remises sur les pompes à chaleur.

"Lorsque nous avons lancé notre programme de remise en 2012, il y avait deux groupes de Mainers : un groupe qui ne savait pas ce qu'était une pompe à chaleur et un autre qui savait qu'elle ne fonctionnait pas par temps froid", a déclaré Andy Meyer, senior d'Efficiency Maine. gestionnaire de programme pour les programmes résidentiels.

Depuis, le programme a accordé des rabais de 1 200 $ à 2 400 $ pour environ 100 000 thermopompes et la demande n'a pas faibli. "Nous accordons une remise pour une pompe à chaleur toutes les six minutes", a déclaré Meyer. "Ça a été une révolution fondamentale."

Certains ménages du Maine achèteront une ou deux des plus petites pompes à chaleur murales ou montées sur fenêtre, qui coûtent quelques milliers de dollars et ressemblent à un climatiseur.

"Ceux-ci chaufferont une pièce et peut-être la pièce voisine avec la troisième pièce froide", a déclaré Meyer. "C'est un peu comme chauffer sa maison au bois."

Comme dans le Maine, une grande partie du Colorado rural dépend du propane coûteux pour le chauffage domestique, selon Peter Rusin, responsable des relations avec les membres de Tri-State.

Tri-State, un grossiste en électricité, et ses 18 coopératives électriques rurales du Colorado ont fait la promotion des pompes à chaleur, l'association offrant des rabais allant jusqu'à 2 400 $.

Dans certaines villes de montagne, le propane se vend 4 dollars le gallon, soit près du double de la moyenne de l'État, a déclaré Rusin. "Passer à une pompe à chaleur réduit vraiment la charge énergétique", a-t-il déclaré. "Il n'y a aucune autre technologie, aucune autre opportunité comme celle-ci pour réduire la pauvreté énergétique rurale."

Pour répondre à la demande, il faut un corps d'installateurs compétents et lorsque Efficiency Maine a lancé son programme, il a dû parcourir l'État pour trouver 20 entrepreneurs, a déclaré Meyer. Aujourd'hui, il y en a 800 approuvés par la fiducie.

"Les entrepreneurs sont vraiment importants", a déclaré Rusin, "parce que ce sont eux qui vendent le système, vraiment, ce sont eux qui éduquent le public."

Le Colorado est confronté au même besoin de construire un réseau que le Maine et le Nord-Est il y a dix ans.

Lorsque Sebastian Canaday, un ingénieur électricien, a contacté des entrepreneurs en CVC pour installer une pompe à chaleur dans sa maison du comté de Boulder, deux d'entre eux ont essayé de l'en dissuader et l'un d'entre eux, qui a pris note des spécifications, est revenu avec une offre pour une fournaise au gaz.

Un voisin a recommandé la Save Home Heat Company, qui a installé un système bi-énergie, avec une thermopompe et une fournaise au gaz d'appoint pour environ 30 000 $. Le compresseur, la thermopompe et la fournaise sont tous intégrés et peuvent être contrôlés à partir du téléphone mobile de Canaday. "Ils se parlent", a-t-il dit.

Le système de Canaday s'est branché sur les conduits existants de son ancienne fournaise au gaz, le compresseur envoyant le réfrigérant vaporisé à un serpentin au sommet de la nouvelle fournaise. Alors que la pompe à chaleur mini-split de Rea est conçue pour fonctionner à 75% de sa capacité à 13 en dessous de zéro, une pompe à chaleur à conduit, comme celle de Canaday, est évaluée à 3 en dessous de zéro.

Le système de Canaday est donc réglé pour passer au four à 6 degrés. En décembre, la fournaise faisait environ 30 % du chauffage, dit-il.

En plus de la pompe à chaleur, Canaday a fait ajouter des panneaux solaires sur son toit et pendant la journée, il élève le thermostat à 73 degrés pour préchauffer la maison pour la nuit. "Les panneaux solaires alimentent essentiellement la pompe à chaleur", a déclaré Canaday. Quand le soleil se couche, ils baissent le thermostat.

"Les panneaux solaires et les pompes à chaleur vont de pair comme le beurre de cacahuète et la gelée", a déclaré Elephant Energy's Lake.

Un entrepreneur CVC local prêt à se lancer dans le secteur des pompes à chaleur est Grayson Goodwill, directeur général de The Cooler Company, basée à Denver.

"Xcel pousse fort dans le sens des pompes à chaleur", a déclaré Goodwill. "Les gens pourraient être sceptiques quant à leur capacité à chauffer à basse température, mais ils sont l'avenir."

Depuis quelques mois, Goodwill suit des cours offerts par Xcel et par des fabricants de thermopompes pour se mettre au courant des pratiques d'installation. "Les pompes à chaleur nécessitent une formation spécifique", a-t-il déclaré.

Tan de RMI a déclaré : "il y a une courbe d'apprentissage pour l'installation et certains fabricants ont changé la façon dont ils sont installés pour le rendre plus facile."

Goodwill a déclaré qu'il espère que 2023 marquera la première installation de pompe à chaleur de son entreprise. "Compte tenu du coût du gaz naturel et en particulier pour une maison à l'énergie solaire, les pompes à chaleur sont la voie à suivre", a-t-il déclaré.

Si c'est la voie à suivre, Rainer Gerbatsch est déjà là. L'entrepreneur en bâtiment à la retraite vit dans le quartier Geos, un lotissement à consommation énergétique nette zéro à Arvada.

Sa maison de ville de 2 700 pieds carrés est équipée d'une pompe à chaleur, d'un chauffe-eau à pompe à chaleur, d'une sécheuse à pompe à chaleur, ainsi que de panneaux solaires sur le toit, d'une batterie Tesla Powerwall dans le garage et d'un chargeur de véhicule électrique.

Gerbatsch a une pompe à chaleur géothermique avec un puits à 300 pieds de profondeur sous son sous-sol qui produit un mélange d'eau chaude et de méthanol à environ 55 degrés qui chauffe l'air et est comprimé pour augmenter la température.

En ouvrant le placard utilitaire de son sous-sol, Gerbatsch a déclaré que "cela ressemble à un chauffage au gaz… sauf qu'il fait du cyclage de l'eau".

Les maisons Geos sont conçues pour le chauffage solaire passif, avec des fenêtres à triple vitrage, des murs plus épais, une isolation suffisante et de grandes fenêtres orientées au sud. Ainsi, même en hiver, la température dans la maison peut atteindre 70 degrés l'après-midi, sans la pompe à chaleur.

Tout le monde ne peut pas vivre dans une maison Geos, mais les Reas ont essayé de s'en approcher le plus possible en ajoutant non seulement une pompe à chaleur, mais aussi un chauffe-eau à pompe à chaleur et une station de recharge EV à grande vitesse. La maison avait déjà une cuisinière électrique.

Le couple avait voulu ajouter des panneaux solaires, mais à cause de leur toit plat, le coût était prohibitif.

Tout cela, a déclaré Rea, qui est responsable de la pratique de l'électricité chez RMI, était motivé par le désir de réduire ses émissions de gaz à effet de serre. "Pour arriver à des émissions nettes nulles, nous devons arrêter de brûler des combustibles fossiles."

Rea a calculé que leur ancienne chaudière à gaz émettait environ 1,9 tonne de dioxyde de carbone par an, tandis que l'intensité actuelle des émissions de l'électricité de Xcel Energy est de 0,4 tonne par an.

"La solution pour arriver à ce futur état d'énergie propre est d'électrifier tous les bâtiments", a déclaré Rea.

Encore une fois, si c'est la solution, Gerbatsch est là. Grâce à un panneau Span, Gerbatsch peut tout surveiller et contrôler dans sa maison entièrement électrique.

En janvier, le système lui a dit que 6 % de l'électricité allait à ses appareils, 3 % à l'éclairage, 51 % au chauffage et 40 % à la recharge de deux VE pour un total de 1 615 kilowattheures.

Bien que cela représente plus du double de l'utilisation résidentielle moyenne de Xcel Energy, cela ne dérange pas Gerbatsch car pendant l'été, son panneau solaire génère plus d'électricité que sa maison n'en a besoin et il l'envoie au réseau, accumulant des crédits avec la compagnie de services publics.

"En gros", a-t-il dit, "je n'ai pas de factures de services publics."

Note de l'éditeur : Cette histoire a été mise à jour à 13 h 03 le 26 janvier 2023, pour corriger le fait que 250 000 pompes à chaleur avaient été installées dans le Nord-Est d'ici 2021.

Spécial pour The Colorado SunTwitter : @bymarkjaffe Plus par Mark Jaffe