La pompe à chaleur et son dimensionnement

La base pour comprendre....

Sous forme d'interview entre un journaliste virtuel (JV) et le technico-commercial de la société (TC)  



(JV) : Qu’est-ce exactement une pompe à chaleur (PAC) ?

(TC): Sans entrer dans des détails techniques un peu complexes, il s’agit d’un système qui permet d’extraire les calories d’un endroit et de les restituer dans un autre.

Par exemple : une pompe à chaleur AIR/AIR communément appelée « Climatisation réversible »

En mode « chauffage », elle va extraire, par le biais du groupe à l’extérieur, les calories contenues dans l’air et va les restituer dans la maison par le biais de une ou plusieurs unités intérieures.

Autre exemple : un réfrigérateur …Il s’agit également d’une pompe à chaleur qui extrait les calories de l’intérieur  du réfrigérateur et les restitues à l’extérieur. D’ailleurs si vous mettez la main derrière un réfrigérateur en fonctionnement, vous verrez que c’est chaud !

(JV): Il existe donc différent types de pompes à chaleur….

(TC): En effet, dans le domaine du chauffage / rafraichissement, il en existe effectivement plusieurs catégories

Tout d’abord les systèmes « Aérothermiques » qui sont à ce jour les plus courantes. La dedans on trouve les PAC  AIR /AIR (on extraits les calories de l’air et on les restitue dans l’air) et les PAC AIR/EAU (on extrait les calories de l’air et on les restitue dans un circuit d’eau type radiateurs central, plancher chauffant, ventilo-convecteurs, etc.…)

Il existe ensuite les systèmes dit « Géothermique » qui sont des PAC  SOL/EAU (on extrait les calories de notre sol, la terre,  et on les restitues dans un circuit d’eau type radiateurs central, plancher chauffant, ventilo-convecteurs, etc…)

Et ensuite il existe encore les systèmes dit « Aquathermique » qui sont les PAC EAU/EAU (on extrait les calories de l’eau, soit de la nappe phréatique soit d’une source plus profonde,  et on les restitue dans un circuit d’eau type radiateurs central, plancher chauffant, ventilo-convecteurs, etc…)

(JV): Quel  est l’attrait de ces pompes à chaleur ?

(TC): Le premier attrait est bien évidemment économique.

Ce qui est intéressant dans ces systèmes est que justement on peut restituer beaucoup plus de puissance que ce que consomment  en réalité les appareils.

C’est ce qu’on appelle le « COP » ou encore « Coefficient  Optimal de Performance ».

Le COP est le rapport entre la puissance absorbée (ce que consomme le système en électricité) et la puissance restituée.

Attention le COP est toujours donné pour une température de la zone où l’on va prendre les calories  qui est a + 7°. Et c’est également à cette température que l’on définie la puissance « nominale de l’appareil.

Par exemple : lorsque une PAC  Air/Eau affiche un cop de 4  et une puissance nominale de 8000 watts, cela voudra dire que  lorsqu’il fait + 7° à l’extérieur,  pour une puissance restituée de 8000 watts par exemple, le système ne consommera que 2000 watts.  Vous auriez donc 6000 watts, dans cet exemple qui ne vous couteraient rien alors que si vous aviez une chaudière conventionnelle au gaz, celle-ci consommerais au minimum, en fonction de son âge, 8000 watts pour vous en donner  8000.

La notion d’économie est bien réelle et de ce fait celle d’écologie.

(JV): Par contre vous disiez que le  COP était donné à +7° ? Qu’en est-il quand il fait plus froid ?

(TC): Excellente question.  Le COP varie .Plus il fait froid et moins il y a de calories et par conséquent  plus il est bas. Et c’est là que la comparaison entre les machines et les marques devient intéressante !!!

(JV): Comment cela ?

(TC): Tout simplement le COP est toujours optimisé pour être le plus avantageux a +7° puisqu’il s’agit de la référence.

Or ce n’est pas à +7° que l’on le plus besoin de puissance, mais bel et bien lorsqu’il fait plus froid…du genre -3° ou -7°, voire moins ! Dans les documentations de pompes à chaleur, au niveau des caractéristique, vous avez toujours la puissance nominale et le COP donné à +7°,  il est très souvent indiqué également à pour -7°, voire -15°. Et c’est là ou la comparaison devient intéressante, car pour 2 machines de 2 fabricants différents, vous allez trouver des caractéristiques très proches à +7° ….mais à -7, c’est une toute autre histoire. Pour certains on assiste a une franche dégringolade de la puissance disponible ..alors que pour d’autres elle diminue à peine !!!

Et c’est là qu’on commence à aborder la question du dimensionnement  de la pompe à chaleur

(JV): Qu’est-ce qu’on entend par « dimensionnement » d’une pompe à chaleur

(TC): Il s’agit de déterminer la puissance en watts de ou des appareils que l’on va installer…. Et c’est là que cela se complique un tout petit peu avec les pompes à chaleurs.

Pourquoi cela ?

Tout simplement  si on prend une puissance qui va s’avérer trop faible par temps froid… vous serez dans l’impossibilité de chauffer.

(JV): Dans ce cas il suffit de prendre franchement plus et on est tranquille !!

(TC): Erreur ! Car en dehors du fait que si l’on prend beaucoup plus puissant qu’il ne faut on va dépenser plus il y a plus grave…. On va consommer beaucoup plus qu'il ne faudrait en réalité !

Comment cela se fait-il ?

(TC): Cela est  en partie lié à ce que l’on appelle la technologie Inverter. 

Pour faire simple, la technologie précédente que l’on trouve encore sur le marché fonctionnait en ON / OFF ou Marche / Arrêt  si vous préférez.  C'est-à-dire que le système allait à fond jusqu’à obtention d’une température intérieure souhaitée, … puis il coupait. Et dès que la température tombait sous un certain seuil,… il redémarrait … à fond.

Le système Inverter que l’on retrouve actuellement sur la plupart des équipements sur le marché fonctionne différemment. Au départ, c’est pareil, … à fond jusqu’à la température souhaité. Sauf qu’ensuite il ne coupe pas, mais son régime s’adapte  pour toujours maintenir la même température.

Si on comparait les 2 systèmes, dans un autre domaine, ce serait comme 2 voitures qui roulent dans une avenue bardée de feu rouge. Un des conducteurs, plus nerveux n’arrêteras pas d’accélérer puis de s’arrêter car ne pouvant se synchroniser avec les feux, le 2ème adaptant sa vitesse pour tous les passer au vert. Dans la finalité ils arriveront en même temps sauf que l’un aura consommé beaucoup plus que l’autre.

Le problème est que si vous avez un système inverter trop puissant par rapport aux besoins, … il va quand même régulièrement couper  et son fonctionnement se rapprochera de l’ancienne technologie…. Donc consommera beaucoup plus.

Si vous ne roulez qu’en ville il est plus judicieux de prendre une citadine qu’une formule 1. Non ?

(JV): En effet. Mais comment détermine-t-on la puissance nécessaire pour bien chauffer un appartement ou une maison ?

(TC): Ce n’est pas si compliqué que cela … a conditions d’avoir les bon paramètres à intégrer dans la règle de calcul.

Lorsqu’on dimensionne un système de chauffage la question est : Quelle puissance me faut-il pour chauffer l’ensemble d’un volume (appartement ou maison) à la température de confort intérieure pour une température de base extérieure.

(JV): Qu’est ce que la température de base extérieure ?

(TC): La température de base extérieure est en réalité une moyenne des températures les plus basses dans une zone donnée. Elle change en fonction des régions et de l’altitude. Pour la définir, ce n’est pas compliqué, il existe un tableau officiel avec l’ensemble des données. Par exemple, dans le var, dans une zone de 25 km à partir de la côte, elle est de -2°. Cela ne veut pas dire que la température ne descend pas en-dessous, mais que c’est la moyenne sur laquelle on est censé se baser  pour être dans les règles.

La température de confort intérieure est théoriquement de 21 ° C.

Donc si je reprends mon exemple, ma question serait : de quel puissance dois-je disposer pour chauffer l’ensemble de mon volume (et non pas la surface)  à 21° lorsqu’il fait -2°. Ceci si je suis par exemple à Six Fours. Si je me trouve dans les hautes alpes ce ne sera plus du -2° … mais beaucoup moins.

Donc il est déjà facile de comprendre qu’il me faudra moins de puissance dans le var que dans les hautes alpes pour chauffer un bien absolument identiques.  Par conséquent les vieilles méthodes que l’on retrouve encore avec des installateurs qui vous disent « on calcule 100 watts du mètre carré »...sont bonnes à jeter.

En plus si l’on veut faire les choses correctement, à mon sens, on personnalise la règle en fonction des besoins du client. En effet vous pouvez très bien être confronté à une habitation situé sur une parcelle ombragé, dans un couloir venteux où la température a tendance à descendre en-dessous de la moyenne locale. De surcroit, l’habitant des lieux peut très bien aimer « surchauffer » du genre 23 ou 24 ° dans la maison. Du coup pour être sur de répondre aux besoins de mon client je chercherais plutôt la puissance qu’il me faut pour chauffer le volume à 24° lorsqu’il fait par exemple – 6° a l’extérieur … et je suis toujours dans le var…

Cette différence de température de -6 à + 24 : c’est ce que l’on appelle le delta T.

Ensuite l’autre paramètre important est le coefficient d’isolation de la maison. Tout le monde comprendra aisément qu’il faudra moins de puissance pour chauffer une maison actuelle ….qu’une grange ouverte aux quatre vents !

(JV): En effet.

(TC): Pour les maisons existantes on peut estimer le coefficient d’isolation en partant de la consommation existante. Il existe d’autres règles de calcul mais généralement on se base sur des moyennes constatées en fonction de différents critères.  Période de construction de la maison, isolation, fenêtres, etc.  . Si l’ensemble est cohérant avec la consommation d’énergie on applique les coefficients moyens habituels… sinon on les calcule. Cela restera toujours une estimation, mais largement suffisante.

Pour les maisons d’après 2005 on sait par exemple que le coefficient est au maximum de 0,75. Les maisons antérieures, il est de 1. Etc…

Voilà à partir du volume à chauffer, du Delta T et du coefficient d’isolation on peu calculer la puissance théorique  nécessaire.  En appliquant un coefficient supplémentaire de pertes dites normales… On aura la puissance à installer.

Après ne reste plus qu’à définir la catégorie, type, fabricant, gamme, etc… que l’on va proposer en fonction des besoins et des critères du client, de ce qui existe, etc…. Mais ceci est encore une autre histoire...