Pas si simple de dimensionner correctement une Pompe à Chaleur (PAC) Air/Eau – Aérothermique

Il n’est vraiment pas simple de dimensionner une pompe à chaleur. C’est plus compliqué que pour un autre type de chaudière. Une chaudière gaz sur-dimensionnée ne sera pas problématique tandis qu’une pompe à chaleur sur-dimensionnée fonctionnera en cycles courts à l’inter-saison et s’abîmera très vite.
Évidemment, une PAC sous-dimensionnée est aussi problématique : les consommations électriques vont être importantes car les résistances d’appoint vont beaucoup fonctionner – voire devenir insuffisantes pour réussir à chauffer au plus fort de l’hiver.

Le paradoxe de la pompe à chaleur (PAC)

La particularité d’une pompe à chaleur est que la puissance qu’elle fournit à l’eau de chauffage diminue quand la température de l’air extérieur diminue.
Paradoxalement, la puissance nécessaire pour maintenir une maison en température augmente lorsque la température extérieure diminue.
Pour simplifier, voici un schéma grossier des besoins de puissance d’une maison et des puissances fournies par une pompe à chaleur en fonction de la température extérieure :

Comment dimensionner une pompe à chaleur ?

1.   Calculer les déperditions de la maison

La première chose à faire est de connaître les déperditions thermiques d’une maison. Sur le schéma ci-dessus, cela permet de connaître la courbe bleue. Les chauffagistes utilisent habituellement des valeurs par défaut et des coefficients de sécurité important de sorte que la puissance estimée par les installateurs est bien au dessus de la puissance réelle nécessaire.

2.   Identifier la température d’eau nécessaire

Le réseau de chauffage (Dimensions et nombre de radiateurs) est dimensionné pour fournir la puissance maximum avec une température d’eau chaude donnée. Habituellement, la température d’eau varie entre 50 et 80°C. Dans les nouvelles maisons, le réseau est plutôt dimensionné avec une température d’eau de 35°C.
Dans une maison dont le réseau de radiateurs a été dimensionné avec une eau à 65°C, il est impossible de faire passer de l’eau à 50°C car au cœur de l’hiver, la puissance émise par les radiateurs ne sera pas suffisante. Pour réduire la température d’eau, il faut au préalable ajouter de nouveaux radiateurs ou bien réduire les besoins de puissance en isolant la maison.
Ex : Une maison a besoin de 30kW lorsqu’il fait -7°C à l’extérieur. On place 30 radiateurs qui fournissent 1kW avec une eau à 65°C. Ainsi, au cœur de l’hiver, lorsqu’il fait -7°C à l’extérieur, si la chaudière fournie une eau à 65°C, cela suffira pour chauffer la maison.
Si la chaudière ne peut fournir qu’une eau à 55°C, les 30 radiateurs ne pourront fournir que 0,8 kW chacun et la maison ne sera plus chauffée par -7°C extérieur.
Pour dimensionner une chaudière classique, on installe la puissance maximum nécessaire à -7°C et on indique en sortie la température d’eau utilisée pour dimensionner le système de chauffage. Bien souvent, les pertes thermiques sont surestimées et la chaudière aussi mais cela impacte peu sur ses consommations et sa durée de vie.
Le dimensionnement est plus complexe pour une pompe à chaleur. En effet, la puissance délivrée par la pompe à chaleur dépend aussi de la température d’eau en sortie de la pompe à chaleur. Plus la température d’eau est élevée, moins la PAC fournit de puissance.

3.   La puissance d’une pompe à chaleur

La puissance indiquée par un fournisseur de pompe à chaleur est donnée pour une température extérieur de +7°C et une température d’eau de sortie de +35°C.
On comprendra donc aisément que cette seule valeur ne suffit par pour dimensionner une pompe à chaleur par -7°C extérieur et une température d’eau de sortie de pompe à chaleur de 55°C.
Il est nécessaire de connaître la courbe de puissance fournie par une pompe à chaleur à la température d’eau souhaitée pour toute la gamme de température extérieur de -15°C à +20°C.
Deux produits annonçant une même puissance 7°C/35°C ont très souvent des courbes de puissance très différentes.
Le COP (rendement de la pompe à chaleur : c’est le rapport entre la puissance transmise à la maison et la puissance électrique consommée au réseau, plus il est élevé, mieux c’est) aussi évolue en fonction de la température d’eau et de la température d’air extérieur. Pour évaluer les consommations d’une PAC, il est nécessaire de connaître les courbes de COP de la pompe à chaleur à la température d’eau souhaitée pour toute la gamme de température extérieure de -15°C à +20°C.

4.   Arbitrage entre cycle court et relève

Une fois les données fabricants indiquées ci-avant, on compare la puissance nécessaire à la maison et la puissance fournie par la pompe à chaleur degré par degré.
Grâce à un moteur de calcul, on peut calculer le COP moyen sur une année, la consommation en kWh de la PAC sur une année, la consommation en kWh de la relève sur une année, le nombre de cycles courts (ou dimensionner le ballon tampon permettant la réduction des cycles courts)…
Il est souvent nécessaire de comparer plusieurs pompes à chaleur avant d’en trouver une bien adaptée.

Remarque sur les « données fabricants » des PAC

Le COP donné sur les plaquettes commerciales des fabricants de pompes à chaleur sont conventionnellement le COP pour une température d’air extérieur à 7°C et d’eau à 35°C (le fameux A7/W35). Comme très peu de monde regarde le profil de COP complet (ce qu’il faudrait faire pour ne pas se tromper), certains fabricants sont des spécialistes pour optimiser le COP à A7/W35 alors qu’en fait le rendement global de leur pompe à chaleur est très mauvais…

Méfiance !

Mais si c’est si compliqué, comment font les installateurs ?

Les installateurs travaillent normalement avec une ou deux marques seulement. Sur ces deux marques, ils sont formés par les fabricants à l’utilisation de logiciels spécifiques qui leurs permet de connaître la pompe à chaleur de la gamme la plus adaptée en fonction de différentes entrées telles que la puissance de déperdition de l’enveloppe, le nombre de radiateurs de la maison et la température de sortie de chaudière.

Si on est pas sûr d’avoir la meilleure pompe à chaleur du marché, on est au moins sûr d’avoir la pompe à chaleur la plus adaptée dans la gamme vendue par l’installateur.

Toutefois, il faut savoir que beaucoup d’installateurs se trompent dans le dimensionnement des PAC… Nous sommes fréquemment missionnés par des assurances pour faire des expertises sur des installations inefficaces… Quel dommage !

Un installateur préfèrera toujours sur-dimensionner la PAC car il est plus sûr de ne pas avoir de problèmes par la suite : un maison froide au cœur de l’hiver impliquera toujours et automatiquement une mise en demeure de l’installateur alors qu’une pompe à chaleur tombant en panne après 3 ou 4 hivers à cause d’un fonctionnement en cycles courts ne l’impliquera pas forcément.

Conclusion sur le dimensionnement des PAC

En conclusion,

  1. Il faut connaître la

    pompe à chaleur la plus adaptée du marché pour votre maison : faites pour cela appel à des spécialistes des technologies habitat durable et nouvelles énergies qui sauront vous conseiller de façon neutre et objective.

  2. Il faut dimensionner correctement la pompe à chaleur pour pouvoir avoir une installation qui dure et qui permette de réaliser de vraies économies. Vous pouvez vous faire aider pour cela par un bureau d’études thermiques spécialiste des particuliers qui saura vous apporter son expertise neutre et objective.
Commentaires
  • BARRIERE Henri dit :

    Un site pour vous aider à comprendre le fonctionnement d’une PAC.
    Et surtout pour vous permettre de poser les bonnes questions à votre installateur.

  • CHAZEL Jerome dit :

    Bonjour,
    j’ai une surface totale d’environ 300 m2 à chauffer, je fait une rénovation dans une ancienne menuiserie, j’isole les murs depuis l’interieur à 160 mm minimum et je met des fenêtres triple vitrage, je met un chauffage au sol car dans ma région l’hiver est rude 1000 mètres d’altitude.
    L’installateur veut mettre une PAC dela marque BUDERUS dont je ne connais pas la puissance.
    Avec les données que je vient de vous fournir, pouvez-vous m’indiquer quelle puissance devra faire la PAC
    Cordialement

  • Dimitri dit :

    Bonjour,

    Bien fou serait celui qui oserait vous répondre sur la base des éléments ci-dessus !!
    Un bon dimensionnement de pompe à chaleur demande du temps, d’avoir les plans, de réaliser une étude thermique etc…

    Meilleures Salutations,
    Dimitri

  • hashbe dit :

    Voyez plutôt l’ouvrage:
    « Les pompes à chaleur – Ce qu’il faut savoir »

    ISBN N°: 978-2-9535943-0-0
    Chez tous les bons libraires ou sur internet

  • Patrick B dit :

    Avec un plancher chauffant 300 m2 emissions 70 wxM2 , je dirai une PAC de 26 Kw Inverter à -10°c. Zubadan 200 Mitsubishi Electric sans problèmes.

  • Patrick B dit :

    Avec un régime d’eau à 35/40°c maximum un plancher chauffant basse température émet environ 60 Watts par m2. 60×300= 18 kW.
    La pompe à chaleur Zubadan 200 délivre 23 kW à – 10+c sans appoint.
    Sa puissance restituée peut varier de 20 à 120 % avec l’Inverter.
    Qui dit mieux ? sur un plancher, rien n’empêche de faire une étude pour l’isolation, mais dit moi DIMITRI , combien tu la vends ton étude ?.
    j’en connais trop de gratuites et de bien orientée des études.

    • Sénova dit :

      Bonjour Patrick,
      Merci de votre votre intérêt sur notre blog.
      Le plus simple je pense est que vous m’appeliez au 01 41 13 16 98 pour échanger directement par téléphone sur votre besoin.
      Je me tiens à votre entière disposition,
      Dimitri Molle, Sénova.

    • Vince V dit :

      Bonjour,

      je suis un peu paumé, car je voudrais équiper un logement existant d’une pompe à chaleur en remplacement d’une chaudière gaz.

      Effectivement, les prestataires diverses se bousculent au portillon pour me « vendre » des études, mais aucun par ex ne sait répondre à la question suivante :
      – envoyer de l’eau d’une PAC à 35°C dans des radiateurs en acier qui ont toujours fonctionné avec de l’eau à 45/50, est-ce que ca va marcher, car même si la PAC est puissante, le débit qui va passer dans les radiateurs, lui est peut-être limité, et à débit constant, il est évident que de l’eau à 35°C rechauffe moins une pièce que de l’eau à 55°C.

      • Hashbe dit :

        C’est pourtant pas difficile!!!!
        Chaque fabriquant de radiateur peut vous donner la puissance de chaque appareil aux différentes températures de fonctionnement.
        Cependant une fois ces puissances connues il faut les comparer aux besoins (bilan thermique) par pièce, puis sélectionner la puissance de la PAC à la Température de base du lieu et choisir une machine (pour l’aérothermie) dont la puissance est comprise entre 60% et 80% du bilan. Le complément étant à réaliser avec un appoint (électrique, cheminée, …) sachant que vous aurez besoin de 100% des besoins en moyenne 17 jours par an.
        Voyez le livre: « Les pompes à chaleur – Ce qu’il faut savoir » ISBN: 978-2-9535943-0-0 version papier ou version e-book sur le site.

      • Sénova dit :

        Bonjour,

        La puissance cédée par un radiateur à une pièce est directement proportionnelle à la différence de température entre l’eau qui traverse le radiateur et la température de la pièce.

        La première chose à faire est de définir une température de confort intérieur. Il faut ensuite étudier le besoin en puissance de chaque pièce. Cela nécessite une étude thermique détaillée pour obtenir une bonne précision. Ce besoin dépend de la température de confort intérieur et de la température extérieure (la puissance minimale à installer est celle à la température extérieure la plus basse). La puissance de vos radiateurs à installer est au moins égale au besoin de puissance (on ajoute souvent une marge pour permettre une montée en température rapide).

        La puissance de vos radiateurs dépend de leurs dimensions, du matériau constitutif, de lembouage,… mais elle est surtout directement proportionnelle à la différence de température entre l’eau qui traverse le radiateur et la température de la pièce. Pour une eau à 50° et une température d’air à 20°C, on a une différence de 30°C. Si vous passez à 35°C d’eau la différence est égale à 15°C. La puissance de vos radiateurs est donc divisée par 2. Deux cas se présentent donc :
        – Si vous connaissez la puissance initiale de vos radiateurs, prenez une marge pour prendre en compte l’embouage et vous faites le calcul ci-dessus.
        – Si vous ne connaissez pas la puissance initiale, référez-vous à des radiateurs équivalents sur le marché.

        Dans les deux cas, vous trouverez la température d’eau minimum à respecter. Vous pouvez ensuite passer à la seconde étape qui est le dimensionnement de votre pompe à chaleur. Il s’agit en effet de paramètres indépendants puisque si la température d’eau que produit une pompe à chaleur n’est pas suffisante, quelle que soit sa puissance, les radiateurs ne seront eux pas assez puissants pour chauffer vos pièces correctement.

      • Yves diaz dit :

        Si la maison chauffe normalement à 45 50, il faut mettre cette température et non 30 35

  • Patrick B dit :

    Bonsoir Dimitri,
    Je m’intéresse beaucoup à la pompe à chaleur et à son marché depuis longtemps.
    Je trouve dommage de clôturer systématiquement chaque demande par ‘’Il faut faire une étude’’. Etude thermique d’isolation ou de déperdition ?
    Avec un PCBT de 300 m2, une vulgaire règle de trois suffit pour engager la conversation sur la pompe à chaleur, Non ? c’était pour CHAZEL, moi j’ai pas de besoin, ma PAC fonctionne très bien , Merci.

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