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.