Les pompes à chaleur industrielles sud-coréennes dépassent le cadre des normes d’essai

Une proposition plafonnée à 600 RT face à un marché qui utilise déjà des machines de 1 000 RT

La norme nationale sud-coréenne proposée pour les pompes à chaleur sur eau couvrirait les équipements dont la puissance nominale de chauffage et de refroidissement atteint jusqu’à 2 110 kilowatts, soit environ 600 tonnes de réfrigération (RT). Pourtant, le Korea World Trade Center a déjà installé un système de classe 1 000 RT, présenté comme la première pompe à chaleur sur eau de cette puissance dans le pays. Des équipements d’au moins 1 000 RT font également leur entrée dans des secteurs comme la fabrication du papier.

La proposition de l’Agence coréenne pour les technologies et les normes quadruplerait le périmètre actuel, fixé à environ 150 RT. Elle resterait toutefois bien en deçà de la capacité des machines installées aujourd’hui. Une unité de 1 000 RT est environ 67 % plus puissante que le plafond proposé de 600 RT, ce qui creuse un écart important entre le champ d’application de la norme et les décisions d’achat réelles.

Ce décalage compte alors que le gouvernement promeut les pompes à chaleur pour décarboner la chaleur industrielle et équiper de grands bâtiments dans le cadre de son initiative de transition verte K-GX. Avant de s’engager dans l’achat d’équipements, la mise en place d’infrastructures électriques et des travaux de construction, les acheteurs ont besoin de données comparables sur l’efficacité et la consommation d’électricité. En l’absence d’un cadre d’essai commun pour ces machines de grande puissance, il devient plus difficile de vérifier ces choix.

Le problème est documenté depuis plusieurs années. Un programme de recherche lancé en octobre 2020 visait à mettre au point une pompe à chaleur sur eau de 500 RT, ainsi que des normes techniques et un système de certification. Un compte rendu publié en septembre 2022 relevait que l’absence de critères d’essai au-delà de 530 kilowatts, soit environ 150 RT, faisait obstacle à l’utilisation de grands équipements certifiés.

La nouvelle proposition repousserait sensiblement cette limite. La question centrale est de savoir si le plafond de 600 RT peut répondre aux besoins d’un marché qui a déjà dépassé l’échelle visée par les travaux de recherche antérieurs.

Ce que signifient réellement les chiffres de capacité

Une tonne de réfrigération mesure une capacité thermique, et non le poids de l’équipement. Les chiffres retenus dans la norme proposée, 2 110 kilowatts et environ 600 RT, indiquent la quantité de chaleur ou de froid qu’une machine peut fournir. Ils ne signifient pas que la machine consomme 2 110 kilowatts d’électricité.

Cette distinction est essentielle pour les acheteurs industriels. Une pompe à chaleur utilise de l’électricité pour transférer de la chaleur, au lieu de produire toute la chaleur utile directement par effet Joule. Sa demande électrique dépend de son efficacité et des conditions de fonctionnement, notamment de la température de l’eau de la source et de celle nécessaire au bâtiment ou au procédé industriel.

Deux machines de même capacité thermique nominale peuvent donc avoir des besoins en électricité différents. Pour les comparer équitablement, il faut des conditions d’essai équivalentes et une définition claire des équipements inclus dans la mesure. La seule puissance nominale ne permet pas d’établir l’alimentation électrique nécessaire à un site.

La norme proposée concerne les systèmes qui échangent de la chaleur entre une source d’eau et un circuit d’eau desservant le bâtiment ou le procédé. Elle ne comble pas, à elle seule, la lacune distincte relevée dans les normes applicables aux grandes pompes à chaleur industrielles sur air. Ces machines captent la chaleur de l’air et nécessitent des essais adaptés à leurs propres conditions de fonctionnement.

Comment s’est creusé le déficit de certification

En 2022, les pompes à chaleur sur eau ne disposaient pas de critères de certification spécifiques. Les critères d’installation s’appuyaient plutôt sur des normes élaborées pour les pompes à chaleur géothermiques, qui échangent de la chaleur avec le sol. Les normes concernées étaient KS B 8292, KS B 8293 et KS B 8294.

Leur champ d’application variait selon le type d’équipement. La norme KS B 8292 couvrait les systèmes transférant de la chaleur entre des circuits d’eau, jusqu’à 530 kilowatts. La norme KS B 8293 portait sur les systèmes transférant de la chaleur entre l’eau et l’air, jusqu’à 175 kilowatts, tandis que la norme KS B 8294 concernait les systèmes à plusieurs unités eau-air, soumis à la même limite de 175 kilowatts.

Ces différences empêchent de considérer les quelque 150 RT comme la limite applicable à toutes les catégories de pompes à chaleur. Ce seuil concernait les équipements à circuit d’eau évoqués dans le programme de recherche sur les grandes pompes à chaleur sur eau. D’autres catégories étaient soumises à des limites inférieures.

L’absence signalée de critères d’essai au-delà de ce seuil rendait, dans les faits, les grands équipements certifiés inaccessibles dans le cadre décrit en 2022. Cela ne signifiait pas qu’il était impossible de fabriquer ou d’installer des machines plus puissantes. L’installation ultérieure d’un équipement de 1 000 RT illustre la différence entre déploiement technique et couverture par un système national de certification commun.

Un programme de recherche axé sur une machine de 500 RT

Les travaux de développement précédents étaient pilotés par la Korea Water Resources Corporation, avec le soutien du ministère du Commerce, de l’Industrie et de l’Énergie et de l’Institut coréen d’évaluation et de planification des technologies énergétiques. Onze organisations y ont participé, dont l’Institut coréen de recherche énergétique et le Centre coréen d’évaluation de la réfrigération et de la climatisation.

Le programme devait durer 39 mois, d’octobre 2020 à décembre 2023. Ses objectifs comprenaient la technologie d’échange thermique avec l’eau des cours d’eau, une grande pompe à chaleur utilisant des fluides frigorigènes à moindre impact environnemental, des systèmes combinant stockage thermique, chauffage et refroidissement, ainsi que des normes techniques et une certification pour les grands équipements.

La machine de 500 RT visée reflétait les prévisions de demande de l’époque, alors que le chauffage et le refroidissement sur eau commençaient à se développer. Selon les critiques les plus récentes de la proposition à 600 RT, celle-ci reste arrimée à des travaux de recherche menés quatre ans plus tôt, alors que des clients installent désormais des machines deux fois plus puissantes que l’objectif initial de développement.

La chronologie montre l’évolution des politiques et du marché des équipements :

• Octobre 2019 : Une modification du décret d’application de la loi sur la promotion du développement, de l’utilisation et de la diffusion des énergies nouvelles et renouvelables a intégré la chaleur des cours d’eau au cadre des énergies renouvelables.
• Octobre 2020 : Lancement du programme de recherche de 39 mois, qui prévoyait notamment le développement d’une pompe à chaleur de 500 RT et de critères de certification.
• Avril 2022 : Le ministère de l’Environnement et la Korea Water Resources Corporation ont signé des accords pilotes avec huit institutions, portant sur neuf bâtiments.
• 19 septembre 2022 : Le programme de recherche était présenté comme toujours en cours ; l’absence de critères d’essai au-delà d’environ 150 RT était signalée comme un problème.
• Décembre 2023 : Date de fin prévue du programme.
• Dernier débat sur les normes : Le plafond proposé d’environ 600 RT est contesté, car des installations de classe 1 000 RT sont déjà en service.

L’installation du Korea World Trade Center est décrite comme ayant eu lieu l’année précédant le dernier compte rendu, mais la date de publication de celui-ci n’est pas précisée. La seule description ne permet pas d’établir l’année civile de l’installation. De même, la date de fin prévue du programme ne permet pas de savoir quand ses objectifs de certification ont été atteints ou adoptés.

Pourquoi les acheteurs privilégient des machines moins nombreuses et plus puissantes

Les grandes pompes à chaleur présentent des avantages qui ne se limitent pas à leur puissance nominale. Utiliser moins de machines peut réduire l’espace nécessaire dans une chaufferie et diminuer le nombre de conduites d’eau, de vannes et d’unités séparées à entretenir. Ces facteurs comptent dans les grands bâtiments, où l’espace technique doit coexister avec d’autres usages.

Le programme de développement de 2022 prévoyait que de nombreux sites pilotes auraient besoin d’une puissance de chauffage ou de refroidissement supérieure à 530 kilowatts. Il était attendu que répondre à ces besoins avec de nombreuses petites unités augmente l’espace requis pour l’installation et complique la maintenance.

La conception des équipements évolue également avec leur puissance. Les petites pompes à chaleur utilisent généralement des compresseurs à piston ou à spirale. À mesure que la capacité augmente, les fabricants peuvent recourir à des compresseurs à vis ou centrifuges, qui compriment le fluide frigorigène à l’aide d’une roue tournant à grande vitesse.

Les grands systèmes sur eau décrits dans le compte rendu de recherche utilisent des échangeurs thermiques distincts pour produire de l’eau chaude et de l’eau froide. Au lieu d’inverser le sens de circulation du fluide frigorigène pour passer du chauffage au refroidissement, ils sélectionnent le circuit d’eau approprié au moyen de vannes. Chaque échangeur peut ainsi être conçu pour une tâche précise.

Les applications possibles comprennent le chauffage et le refroidissement des bâtiments, le refroidissement des centres de données, le stockage réfrigéré, le chauffage des serres, ainsi que la production d’eau chaude et de vapeur. Ce sont des exemples d’utilisation des grandes pompes à chaleur, et non la preuve que chacune de ces applications dispose déjà d’une installation de 1 000 RT en Corée du Sud. La diversité des températures requises explique en partie pourquoi les grandes machines sont souvent conçues et fabriquées en fonction des besoins d’un client particulier.

La planification électrique dépend de données fiables sur les performances

La conséquence la plus immédiate du déficit de normes est l’incertitude qui pèse sur les achats. Les acheteurs doivent savoir si des machines concurrentes fournissent la même quantité de chaleur ou de froid utile tout en consommant des volumes d’électricité comparables. Sans conditions d’essai cohérentes, les différences entre les spécifications des produits peuvent refléter autant des hypothèses de mesure différentes que des écarts de performance entre les équipements.

L’incertitude concerne aussi les infrastructures électriques des sites. Les grandes installations peuvent nécessiter des équipements électriques supplémentaires et une évaluation des infrastructures qui les raccordent au réseau. Les estimations de la demande électrique influent sur l’ampleur des travaux de mise à niveau et sur le budget d’installation.

La capacité thermique ne saurait remplacer cette évaluation. Une usine qui choisit une machine de 1 000 RT a besoin de données sur la consommation électrique aux températures et aux niveaux de charge requis par son procédé. L’efficacité de la pompe à chaleur ne représente en outre qu’une partie du calcul lorsque l’eau doit circuler dans un vaste réseau de conduites.

Des représentants du secteur appellent à accélérer la mise à jour des normes pour soutenir les marchés publics, les projets de démonstration et les installations privées de grande taille. Selon eux, la vérification commune doit évoluer au même rythme que la demande d’équipements, afin que les acheteurs puissent comparer les produits avant d’engager des travaux coûteux sur leurs sites.

Le déficit signalé ne prouve pas que les grandes machines existantes sont peu performantes. Il révèle l’absence d’une base de comparaison normalisée. Les mises en garde selon lesquelles cette situation pourrait retarder l’adoption nationale ou les exportations d’équipements industriels verts expriment des inquiétudes quant aux conséquences possibles, et non la preuve de retards ou de pertes de ventes mesurés.

Les projets pilotes montrent le potentiel, mais aussi ses limites

Les accords pilotes d’avril 2022 associaient huit institutions : le Samsung Medical Center, WTC Seoul, Mirae Asset Global Investments, la ville de Sangju, NCSoft, la Korea Power Exchange, la province du Chungcheong du Nord et le bureau de l’éducation de la province du Gyeongsang du Sud. Leurs projets portaient sur neuf bâtiments.

Le soutien annoncé pour les institutions participantes couvrait 50 % du coût des équipements sur eau, notamment les conduites d’eau de la source, les échangeurs thermiques, la tuyauterie interne et les pompes à chaleur. Cette prise en charge étendue est importante, car la machine n’est qu’un élément d’une installation opérationnelle. L’accès à une source d’eau adaptée et le coût de son acheminement jusqu’au bâtiment peuvent conditionner l’ensemble du projet.

Pour les neuf bâtiments, la consommation annuelle d’électricité consacrée au chauffage et au refroidissement devait passer de 101,9 gigawattheures à 65,4 gigawattheures. La différence est de 36,5 gigawattheures, soit environ 35,8 % du total initial. Les réductions annuelles des émissions de gaz à effet de serre étaient estimées à 19 000 tonnes.

Ces chiffres étaient des prévisions liées à l’introduction des systèmes, et non des résultats vérifiés après leur mise en service. Ils illustrent les bénéfices attendus qui ont contribué à motiver le programme pilote, mais ne permettent pas d’établir les économies réalisées sur chaque site industriel ni les performances des machines de 1 000 RT actuelles.

La localisation influe également sur la rentabilité. Une étude de 2020 de Jo Hang-mun, chercheur principal, sur le développement de l’énergie issue des eaux à Séoul, soulignait l’importance de la proximité entre une source d’eau et le consommateur de chaleur. Plus les distances sont grandes, plus le coût du transport de l’eau et de la pose des conduites augmente, ce qui peut affaiblir un projet pourtant prometteur.

Ce que les normes ne peuvent pas régler à elles seules

Les pompes à chaleur sur eau exploitent la température relativement stable de l’eau pour assurer le chauffage et le refroidissement. En hiver, elles prélèvent de la chaleur à la source ; en été, elles peuvent y transférer la chaleur d’un bâtiment. Le programme de recherche a néanmoins relevé plusieurs difficultés techniques à résoudre, notamment la faible température des cours d’eau en hiver, l’entrée de débris dans le système, les chocs de pression dans les conduites et les effets environnementaux de l’eau rejetée.

La conception du compresseur et le choix du fluide frigorigène influent également sur les performances. Le programme a relevé la nécessité de disposer d’équipements d’essai précis, de paliers fiables pour les compresseurs à grande vitesse et de dispositifs de régulation évitant le pompage, phénomène instable susceptible de perturber le fonctionnement du compresseur. Élargir la plage de puissance d’une norme suppose donc de disposer de capacités d’essai adaptées, et pas seulement de relever le plafond numérique.

La rentabilité des installations dépend de décisions politiques distinctes. En 2022, il était indiqué que l’énergie issue des eaux n’entrait pas dans les modalités de pondération applicables aux certificats d’énergie renouvelable (REC). Le financement des coûts initiaux d’installation, les aides financières et l’évolution des tarifs de l’énergie étaient également cités comme des points à traiter. Ces éléments rendent compte des préoccupations de l’époque, sans indiquer si elles ont été résolues depuis.

Les équipements de chauffage existants peuvent nécessiter des températures incompatibles avec celles que fournit la pompe à chaleur proposée. La température et le débit de l’eau, ainsi que les conditions environnementales, doivent aussi être évalués sur chaque site. La certification peut rendre les performances des équipements plus comparables, mais elle ne garantit pas qu’un bâtiment ou une usine donnée soit adapté.

La question immédiate encore sans réponse est de savoir comment la Corée du Sud testera et certifiera les équipements dépassant le seuil proposé de 600 RT, en particulier les machines d’au moins 1 000 RT. Aucun calendrier confirmé n’est donné pour étendre cette plage, et aucune date limite de consultation ni date d’adoption n’est précisée. L’enjeu concret est de rapprocher les ambitions de déploiement du gouvernement des procédures de vérification applicables aux machines que les clients achètent déjà.

À retenir

• La norme proposée pour les pompes à chaleur sur eau couvre une puissance nominale de chauffage et de refroidissement allant jusqu’à 2 110 kilowatts, soit environ 600 RT.
• Un système de classe 1 000 RT a été installé au Korea World Trade Center, et des équipements de cette puissance font leur entrée dans la fabrication du papier.
• Le plafond de puissance proposé quadruple la limite actuelle, d’environ 150 RT, mais reste inférieur à celui des grandes installations déjà en service.
• Un programme de recherche prévu d’octobre 2020 à décembre 2023 visait une machine de 500 RT et la création d’un cadre de certification.
• L’absence de critères communs complique la comparaison des performances, les achats et la planification des infrastructures électriques.
• Les neuf bâtiments pilotes devaient économiser 36,5 gigawattheures d’électricité par an. Cette projection ne constitue pas un résultat d’exploitation vérifié.
• Aucune date confirmée n’est précisée pour l’adoption de normes nationales couvrant les équipements au-delà de la limite proposée de 600 RT.