Dimensionner les pompes à chaleur les plus courantes

Une évolution de la puissance en sens contraire de la demande

Prenons le cas d’une pompe dont la source froide est l’air extérieur. On constate que malheureusement, l’évolution de la puissance fournie par la PAC se fait en sens contraire de la puissance appelée par le bâtiment.

Dimensionner une PAC capable de fournir la chaleur nécessaire par – 10 °C extérieurs générerait une puissance beaucoup trop élevée en mi-saison. Elle serait coûteuse à l’investissement et fonctionnerait alors durant de courtes périodes, avec une performance réduite.

Mais choisir une petite pompe à chaleur suppose un appoint de chaleur fort important, ce qui n’est pas plus performant, surtout si l’appoint est électrique.

Il faut donc évaluer la situation au cas par cas et optimiser le système.

Température de dimensionnement, de bivalence et limite

Le diagramme représente, dans la partie supérieure, les courbes relatives au circuit de chauffage, et, dans la partie inférieure, les besoins calorifiques et la puissance de chauffage de la PAC, le tout en fonction des températures extérieures.

Trois paliers importants sont définis en fonction des températures extérieures :

• La température de dimensionnement (ou de base) : le système de chauffage est dimensionné en fonction de cette température.

• La température de bivalence : en cas de fonctionnement bivalent, c’est au-dessous de cette température que la chaudière est utilisée.

• La limite du chauffage : au-dessous de cette température, un système de chauffage est nécessaire.

Dans le diagramme supérieur, on voit que la PAC tente de donner un ΔT° à l’eau de retour mais que en dessous de la température de bivalence, elle n’arrive plus à assurer le niveau de t° de départ souhaité.

Le diagramme inférieur présente 2 fonctionnements bivalent-parallèles dont les sources de chaleur sont fondamentalement différentes :

• Puissance chauffage PAC à peu près constante : la température de sortie du condenseur évolue parallèlement à la température de retour du chauffage (source de chaleur : par exemple nappe phréatique).

• Puissance chauffage PAC fortement variable : la différence de température dans le condenseur augmente si la température extérieure croît (source de chaleur : par exemple air extérieur).

La première chose à faire est d’estimer les besoins calorifiques du bâtiment Q selon les normes en vigueur. Comme estimation rapide, on peut multiplier la surface chauffée (en tertiaire) par les besoins calorifiques suivants :

• bâtiment neuf, isolation au niveau passif : 10 W/m²
• bâtiment neuf, isolation de très bonne qualité : 40 W/m²
• bâtiment neuf, isolation de bonne qualité : 50 W/m²
• bâtiment présentant une isolation normale : 80 W/m²
• bâtiment ancien sans isolation spéciale : 120 W/m²

Les études techniques et économiques montrent que la pompe à chaleur bivalente financièrement optimale doit être dimensionnée à 70 – 80 % des besoins d’énergie calorifique maximaux.

La PAC fournit la totalité des besoins calorifique jusqu’à la température d’équilibre (température de bivalence) en dessous de laquelle l’installation fonctionne en mode bivalent (la pompe à chaleur augmente la température de retour du chauffage et le second générateur de chaleur assure le complément). Cette température d’équilibre peut être déterminée sur base des graphiques de performance des appareils fournis par les constructeurs.

En mode monovalent, la pompe à chaleur est le seul générateur de chaleur à couvrir les besoins du bâtiment. Il faudra donc, le cas échéant, prendre en compte les besoins en eau chaude sanitaire.

Pour les pompes à chaleur avec appoint, ce supplément ne sera pris en compte que si la somme de puissance de chauffage supplémentaire demandée par l’ECS dépasse de 20 % les besoins calorifiques calculés selon la norme. Dans le cas contraire, on comptera sur l’appoint pour fournir le surplus de puissance.