Auteur : Manouane, finition et relecture Laurent.

Notes :

Mise en page – Sylvie (08.2010)

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Une efficacité dépendante de la performance de la pompe

Quelle efficacité en énergie primaire si la PAC fonctionne avec l’électricité du réseau belge ?

A en croire certains fabricants, la pompe à chaleur « crée » de l’énergie gratuite « récupère » l’énergie solaire gratuite et renouvelable…
En analysant le bilan énergétique, on constate en effet que pour 3 kWh thermiques fournis, environ 2 kWh thermiques peuvent provenir de l’air extérieur ou de l’eau d’une rivière, donc des sources d’énergie renouvelable. Néanmoins, pour fonctionner, elle utilise alors 1 kWh d’énergie électrique. Or la production électrique provenant du réseau a un rendement moyen de 35 % (qui provient la production et des pertes de transport et distribution de l’électricité). Il faut donc approximativement 3 kWh en centrale pour donner 1 kWh à la PAC, … qui fournira 3 kWh en chaleur. Sur base de cette analyse, on voit que le potentiel de réduction de consommation en énergie primaire par rapport à un chaudière traditionnelle au gaz ou mazout n’est pas si évident. Sur base de chiffres plus précis, il est effectivement possible de démontrer que les PAC permettent un réduction de la consommation en énergie primaire. Néanmoins, comme montré dans le raisonnement ci-dessus, il faut s’attendre à une réduction de dizaines de pour cent, mais pas une diminution drastique par un facteur 2 ou 3.

Remarque : Par rapport au chauffage à résistances électriques, le chauffage par pompe à chaleur est donc écologiquement beaucoup plus performant. Mais si le maître d’ouvrage envisage de remplacer ses accumulateurs, il va ouvrir la comparaison à l’ensemble des moyens de chauffage …
Les performances en termes d’énergie primaire dépendent essentiellement de deux facteurs, le coefficient de performance annuel (COPA) ainsi que le facteur de conversion en énergie primaire, que nous appellerons ici « f », de l’électricité disponible sur le réseau belge. Nous reprenons ci-dessous la valeur de COPA pour les différents types de PAC selon trois sources différentes. Dans les deux dernières colonnes, on reprend la valeur minimale et maximale de COPA que l’on considère dans les estimations de performance que nous allons réaliser dans cette page.

Type COPA (Source 2009 : EF4, facilitateur PAC de la Région wallonne) COPA (Source 2008 : Paul Cobut, Energy Saving Services) COPA (Source : rapport Ministerie van de Vlaamse Gemeenschap, ANRE) COPA minimum calcul COPA maximum calcul
Air-Air 2.8-3.5 2.7 2.5 3.5
Air-Eau 2.5-3.5 3.0-3.5 2.7 2.5 3.5
Eau-Eau 3-4.5 3.0-3.8 3.0 4.5
Eau glycolée-Eau 3-4 3.2-4.0 3.2-3.6 3.0 4.0
Sol-Eau 3-4 3.2-4.0 3.2-3.6 3.0 4.0
Sol-Sol 3-4 3.2-4.0 3.2-3.6 3.0 4.0
ECS 2.5-3.0 2.0 3.0

Synthèse des différentes valeurs de COPA diffusées par différentes sources : le facilitateur PAC de la Région wallonne, EF4, un spécialiste de la PAC en Belgique, Paul Cobut, un rapport du ministère du Ministère de la Communauté flamande sur l’installation des  PAC.

La quantité d’énergie primaire consommée par kWh d’énergie thermique utile est calculée pour les différents types de PAC : plus la valeur est faible et plus la technologie est intéressante au niveau de la consommation en énergie primaire. À titre comparatif, les chaudières au gaz et au mazout se situent approximativement autour de 1.2-1.3.
On considère un scénario conservatif avec les valeurs les plus basses de COPA et un scénario positif avec les valeurs maximales. Premièrement, on considère un facteur de conversion pour l’électricité de notre réseau de 3.1. Cela veut dire que pour obtenir 1 kWh électrique en distribution, il faut compter 3.1 kWh en énergie primaire. Cette valeur correspond au cas réel de notre réseau qui produit essentiellement son électricité sur base d’énergie nucléaire (approximativement 60 %). A titre indicatif, on peut considérer la valeur de facteur de conversion prescrite par la PEB qui correspond à la part non nucléaire du réseau.

Type COPA minimum calcul COPA maximum calcul Rapport Eprimaire/Eutile pour f = 3.1 et COPA minimum Rapport Eprimaire/Eutile pour f= 3.1 et COPA maximum Rapport Eprimaire/Eutile pour f =2.5 (PEB) et COPA minimum Rapport Eprimaire/Eutile pour f = 2.5 (PEB) et COPA maximum Rapport Eprimaire/Eutile par ANRE
Air-Air 2.5 3.5 1.25 0.88 1.0 0.71 0.9
Air-Eau 2.5 3.5 1.25 0.88 1.0 0.71 0.9
Eau-Eau 3.0 4.5 1.0 0.68 0.83 0.55 0.66-0.83
Eau glycolée-Eau 3.0 4.0 1.0 0.77 0.83 0.62 0.76
Sol-Eau 3.0 4.0 1.0 0.77 0.83 0.62 0.73
Sol-Sol 3.0 4.0 1.0 0.77 0.83 0.62 0.73
ECS 2.0 3.0 1.5 1.0 1.25 0.83

Rapport entre consommations en énergie primaire et énergie utile pour les différentes technologies de PAC suivant deux scénarios de COPA (conservatif et optimiste) et deux facteurs de conversion de l’électricité du réseau en énergie primaire.

Si on prend l’hypothèse la plus défavorable de COPA minimum avec un facteur de conversion de 3.1 (avec nucléaire), on voit que le rapport entre énergie primaire et énergie thermique utile délivrée est du même ordre de grandeur que pour les chaudières gaz ou mazout. Seule la production d’ECS donne des résultats moins intéressants. Par contre, dès que l’on travaille avec les meilleures performances de PAC (COPA max), les valeurs sont nettement plus intéressantes. Sur base de cette observation, nous proposons la conclusion suivante : avec les COPA attendu les plus faibles, les PAC sont aussi performantes que les chaudières en ce qui concerne l’énergie primaire, par contre, en travaillant sur base des meilleures performances, un gain substantiel est possible.
Cela met aussi clairement en évidence l’intérêt de travailler avec dans les meilleures conditions pour obtenir les meilleures performances : bon matériel, bonne conception, bonne régulation et bon maintien, entretien de l’installation. La qualité est un aspect très important. Il existe un label au niveau wallon pour l’installation des pompes à chaleur, le label PACQUAL : voir ouverture d'une nouvelle fenêtre ! le site internet de RBF (Renewable Buiseness Facilitateur) qui représente les intérêts d’entreprises wallonnes actives dans le renouvelable.

Logo du label PACQUAL (Source : ouverture d'une nouvelle fenêtre !  site internet RBF).

Quelle efficacité en émission de CO2 si la PAC fonctionne avec l’électricité du réseau belge ?

Comme pour l’analyse de la consommation en énergie primaire, le coefficient de performance annuel de la PAC, le COPA, est un paramètre de première importance.  Les valeurs introduites dans le tableau ci-dessus, valeurs typiques minimales et maximales, seront reprises pour l’évaluation des émissions de CO2. En ce qui concerne l’électricité du réseau, nous tenons compte de la production des centrales nucléaires. Cela donne une émission de 302 grammes d’équivalents-CO2 par kWh électrique consommé sur le réseau. À titre comparatif, nous avons placé dans le tableau les émissions caractéristiques de CO2 pour un chauffage direct par l’électricité et par une chaudière au gaz (dont on considère que le rendement saisonnier est de 90 %, le cycle complet du combustible avec 232 grammes d’équivalent-CO2 produits par kWh thermique final).

Type COPA minimum calcul COPA maximum calcul Emission de CO2 : COPA mininmum [gramme équivalent CO2/kWh] Emission de CO2 : COPA maximum [gramme équivalent CO2/kWh]
Air-Air 2.5 3.5 120 86.28
Air-Eau 2.5 3.5 120 86.28
Eau-Eau 3.0 4.5 100 67.11
Eau glycolée-Eau 3.0 4.0 100 75.5
Sol-Eau 3.0 4.0 100 75.5
Sol-Sol 3.0 4.0 100 75.5
ECS 2.0 3.0 151 100
Chauffage électrique direct 302 302
Chauffage au gaz naturel 257 257

Émission de CO2 pour les différentes technologies de PAC suivant les deux scénarios de performance COPA.

Le résultat est sans appel : quelque soit le niveau de performance, COPA, considéré, les PAC émettent nettement moins de CO2 que le chauffage traditionnel et, évidemment, que le chauffage électrique direct. C’est parfois un argument qui est avancé pour promouvoir l’installation des pompes à chaleur. Cet argument est correct, mais nous tenons néanmoins à donner une nuance. Le lecteur pourra ainsi se faire sa propre opinion.
Ces performances en émission de CO2 des PAC proviennent essentiellement de la structure de la production électrique en Belgique, essentiellement dominée par les centrales nucléaires. Sur base des analyses de bilan CO2 actuelles, le nucléaire émet très peu de CO2. Dans le débat, il faut savoir aussi que certains groupes remettent en question cette hypothèse de départ.  D’après ceux-ci, la production d’énergie par centrales nucléaires contiendrait beaucoup d’ « énergie grise » (pour la construction, démantèlement, gestion des déchets, …). Comme les centrales nucléaires émettent relativement peu de CO2 et que les PAC consomment de l’électricité, les émissions de CO2 sont donc relativement plus faibles, ce qui est tout bénéfice pour éviter le réchauffement climatique. Néanmoins, il ne faut pas perdre de vue que le nucléaire produit des déchets qui peuvent être potentiellement très dangereux pour l’environnement. La problématique des déchets nucléaires est un sujet bien connu. En conclusion, on a, quelques part déplacé le risque du réchauffement climatique (CO2) vers le danger des déchets nucléaires.

Quelle efficacité environnementale si la PAC fonctionne avec l’électricité produite de manière renouvelable ?

Les conclusions données précédemment considéraient que l’électricité consommée par la PAC provenait du réseau, réseau essentiellement dans son état actuel. Les conclusions sont tout à fait différentes si on considère que l’électricité qui alimente la PAC est produite sur base d’énergie renouvelable. Dans ce cas, les performances environnementales des PAC sont remarquables.

Quelle rentabilité financière ? Investissement et coût à l’utilisation

Une installation de chauffage basée sur une PAC est généralement plus chère à l’investissement qu’une installation équivalente basée sur des chaudières traditionnelles. On l’observe du moins clairement dans le secteur domestique. Par contre, pour le domaine du tertiaire, nous manquons d’information.
En ce qui concerne le coût d’utilisation, les frais liés à la consommation d’électricité, le coefficient de performance annuel, COPA est encore central.
Nous allons reprendre notre petite étude avec la plage de valeurs de COPA rencontrées en pratique. Le prix de l’électricité est pris à 192 c€/kWh en heures pleines et 105 c€/kWh en heures creuses. Le prix du gaz est fixé à 70 c€/kWh. Ces valeurs sont caractéristiques du secteur domestique en juin 2009 (Source : Apere, Renouvelle). Les calculs suivants sont bien sûr des instantanés dans la mesure où le prix de l’énergie est amené à évoluer dans le temps.

Type COPA minimum calcul COPA maximum calcul Coût : COPA minimum [c€/kWh] (elec de jour) Coût : COPA maximum [c€/kWh] (elec de jour)
Air-Air 2.5 3.5 76.8 54.8
Air-Eau 2.5 3.5 76.8 54.8
Eau-Eau 3.0 4.5 64 42.6
Eau glycolée-Eau 3.0 4.0 64 48
Sol-Eau 3.0 4.0 64 48
Sol-Sol 3.0 4.0 64 48
ECS 2.0 3.0 96 64
Chauffage électrique direct
(élec. de jour)
192 192
Chauffage électrique accumulation
(élec. de nuit)
105 105
Chauffage au gaz naturel 77.8 77.8

Coût du kWh thermique utile produit pour des PAC fonctionnant avec l’électricité de jour (heures pleines). Le prix de l’énergie est aligné sur le secteur domestique à la date de juin 2009.

Le Tableau ci-dessus considère que les PAC fonctionnent essentiellement sur l’électricité de jour, en heures pleines durant lesquelles les prix sont les plus élevés. C’est donc un cas assez défavorable. Comparé à un système conventionnel comme une chaudière au gaz, on voit que les PAC air-air et air-eau sont comparables au gaz avec les COPA faibles. Pour les autres approches, l’énergie fournie est légèrement moins chère que le gaz. Par contre, en considérant les meilleures performances, on obtient des prix sensiblement plus intéressants que le gaz. Cela met encore une fois en évidence l’importance d’installations de PAC qui fonctionnent de manière optimale, et donc, présentant les meilleurs COPA.
On voit donc l’équilibre qu’il faut atteindre pour réaliser une installation rentable basée sur une PAC. L’investissement sera généralement plus cher que pour une chaudière traditionnelle, mais le coût d’utilisation sera moindre. Ces gains durant la durée d’utilisation du matériel doivent contrebalancer ce surinvestissement.  Dans ce genre de calcul, on considère typiquement que la durée d’utilisation d’une pompe à chaleur ou une chaudière est de 20 ans. En d’autres termes, il faut récupérer les surinvestissements sur ces 20 années au maximum pour que le projet soit rentable.
Dans les calculs précédents, nous avons supposé que la PAC fonctionnait avec l’électricité de jour, en heures pleines. En fait,  il est possible de stocker en partie la chaleur fournie par la PAC durant la nuit (chauffage par le sol, par ex.) et donc d’avoir une partie substantielle du coût en électricité de nuit. Néanmoins, cette gestion détériore le rendement du système de chauffage (forte inertie, difficulté de régulation en période ensoleillée, air extérieur plus foid la nuit si PAC Air/eau, …). En conclusion, il est difficile d’établir un prix du kWh en travaillant de cette manière.

Pourquoi ne trouve-t-on pas plus de pompes à chaleur dans nos maisons ?…

Supposons une PAC air-air. Elle doit fonctionner avec du courant de jour. Pour le particulier, le prix du kWh électrique est 3 x plus élevé que le prix du kWh thermique (gaz, fuel, …). Avec un COPA inférieur à 3, la rentabilité financière n’existe plus pour la PAC… Malgré un rendement de près de 300 % sur l’énergie électrique fournie, c’est pratiquement aussi cher que de produire la chaleur par un système traditionnel au gaz ou au fuel…

Supposons une PAC air-eau, avec un système de chauffage par le sol. Cette fois, l’inertie du chauffage par le sol permet d’utiliser le courant de nuit dont le prix du kWh est de l’ordre de 2 fois celui du kWh thermique. Ainsi, la PAC se justifie beaucoup mieux. Seul inconvénient : la régulation du chauffage par le sol est difficile (quelle charge du sol durant la nuit ? Quel temps fera-t-il demain ? Si les occupants sont absents toute la journée, pourquoi chauffer ? Si le sol est déjà chaud, l’arrivée des rayons solaires va provoquer une surchauffe…) et le système reperd une part de sa rentabilité par les pertes de régulation …

Bien sûr, l’usage de la PAC est nettement plus logique que le chauffage électrique, direct ou à accumulation. Ces derniers systèmes devraient d’ailleurs être interdits, pour protéger le consommateur(dépendant du choix fait par des promoteurs immobiliers) et la société (bilan écologique désastreux).

Une performance dépendant de divers facteurs

Dans la section précédente, nous avons clairement mis en évidence l’importance de travailler avec les meilleurs COPA pour atteindre les meilleures rentabilités et performances environnementales (analysées ici en termes d’émission d’équivalent CO2 et de consommation en énergie primaire).
Ce coefficient de performance annuel, COPA, dépend de multiples facteurs faisant référence à tous les aspects d’un bâtiment. C’est pourquoi, pour assurer les meilleures performances, tous ces critères doivent être respectés au sein d’une approche globale. Suivant les présentations techniques de Paul Cobut (Energy Saving Services) de 2009, les différents paramètres influençant le COPA sont répertoriés de la manière suivante :

  • Les performances du matériel en tant que tel, de la PAC : Celles-ci sont traduites par le COP évalué en laboratoire dans des conditions d’essai reprises dans des normes. Il faut donc être vigilant par rapport à du matériel proposé par des fabricants ou installateurs dont les performances n’ont pas été certifiées.
  • Le type de captation de l’énergie (à la source froide) : On a développé longuement l’influence du type de source froides ainsi que de leurs caractéristiques. De manière générale, on dira qu’il est souhaitable d’avoir une source froide la plus chaude possible.
  • La zone climatique : Si on travaille avec l’air extérieur comme source froide, les performances seront d’autant meilleures que la température extérieure sera élevée. Les performances annuelles de la PAC seront donc influencée par la zone climatique à laquelle on appartient.  On peut se rendre de compte de l’évolution des conditions météorologiques à l’échelle de notre territoire en analysant l’évolution des degrés-jours suivant les différentes localités.
  • Le type de chauffage : On a aussi bien développé l’influence du type de source chaude ainsi que leurs caractéristiques. De manière générale, on favorise les émetteurs basse température, que ce soit un chauffage par le sol ou par radiateurs basse température, pour atteindre la différence de température la plus faible entre la source chaude et froide et ainsi atteindre les meilleurs COP.
  • Le mode de vie : Sur base de ce constat, on peut aussi en déduire que le mode de vie, la façon dont les occupants gèrent la consigne de température dans le bâtiment a une influence : augmenter la température de consigne est équivalent à augmenter la température de la source chaude et donc synonyme de COP plus faible.

   

Affiches tirées de la partie Sensibilisation.

  • Le mode de régulation : De même, l’influence du mode de régulation a été développée dans une autre page. Il s’agit d’une part, de la régulation de la PAC (mode « tout ou rien », avec « by-pass » ou « modulation de fréquence) mais aussi de la régulation de la PAC avec son appoint.
  • Fonction simple ou mixte : Le fait que la PAC doive produire la chaleur pour le chauffage des pièces et de l’ECS (fonctionnement mixte). La production d’ECS demande une température de la source chaude plus élevée (notamment pour la stratégie d’élimination du risque de légionnelles). Du coup, les performances seront plus faibles que pour le chauffage des locaux. Dans les raisonnements ci-dessus, un COPA distinct pour la production d’ECS a été considéré.

Une campagne de mesure sur site en Belgique

Généralement, les fiches techniques des fabricants de pompes à chaleur indiquent un COP instantanés mesuré en usine dans des conditions idéales. Les valeurs proposées sont donc peu instructives pour un calcul de rentabilité.
La Faculté Polytechnique de Mons procède à une campagne de mesure des performances de pompes à chaleur à usage domestique (chauffage d’habitation) dont les résultats partiels (après 5 mois d’études) sont les suivants :

PAC Air/ Air

Une première installation, d’une puissance de 13,4 kW + appoint électrique de 7,5 kW a donné un COP moyen mesuré sur 5 mois de 2,15 (2.63 si on considère uniquement la pompe à chaleur). Le COP annoncé par le fournisseur était de 3,53 dans des conditions de température intérieure de 20°C et extérieure de 7°C.
Une seconde installation, d’une puissance de 10.5 kW + appoint électrique de 2,5 kW a donné un COP moyen mesuré sur 5 mois de 1,41 (1,74 si on considère uniquement la pompe à chaleur). Le COP annoncé par le fournisseur était de 3,09 dans des conditions de température intérieure de 21°C et extérieure de 8°C.

PAC Air/ Eau

Une première installation, d’une puissance de 10,4 kW + convecteurs électriques d’appoint dans certaines pièces et résistance électrique d’appoint sur le circuit, a donné un COP moyen mesuré sur 5 mois de 2,08 (3 si on considère uniquement la pompe à chaleur). Le COP annoncé par le fournisseur était de 3,92 dans des conditions de température extérieure de 7°C et d’eau de chauffage de 35°C.
Une seconde installation, d’une puissance de 16,28 kW + convecteurs électriques d’appoint dans certaines pièces (700 W) et résistance électrique d’appoint sur le circuit (6 kW) a donné un COP moyen mesuré sur 5 mois de 2,8 (3,45 si on considère uniquement la pompe à chaleur). Le COP annoncé par le fournisseur était de 4,35 dans des conditions de température extérieure de 7°C et d’eau de chauffage de 35°C.

PAC Sol/Sol

Une première installation couvrant une partie de l’habitation (125 m²), d’une puissance de 10,1 kW + 3 appoints électriques dans les pièces chauffées par la PAC (total = 3,25 kW) et 5 appoints dans les pièces non chauffées (total = 4,25 kW), a donné un COP moyen mesuré sur 5 mois de 2,54. Le COP annoncé par le fournisseur était de 3,99 dans des conditions – 5°C/30°C (surchauffe de 10°C et sur refroidissement nul).
Une seconde installation couvrant une partie de l’habitation (75 m²), d’une puissance de 6.8 kW + 3 appoints électriques dans les pièces chauffées par la PAC (total = 3 000 W) et 4 appoints dans les pièces non chauffées (total = 4 250 W), a donné un COP moyen mesuré sur 5 mois de 2,91. Le COP annoncé par le fournisseur était de 4,45 dans des conditions – 5°C/30°C (surchauffe de 10°C et sur refroidissement nul).
De quoi remettre les pendules à l’heure…

Frais d’investissement

Le principal facteur influençant le coût d’investissement de la PAC est la puissance du compresseur. Plus elle sera élevée, plus la pompe à chaleur sera chère.
Pour les petites puissances, la relation théorique entre la puissance du compresseur Qc et le coût d’investissement (CI) est de l’allure suivante pour les PAC Air/Eau et Eau/Eau :

CI = 2 500. (QC) 0,4

Frais d’investissement pour les PACs Air-Eau et Eau-Eau (Source KUL).

À cela, il ne faut pas oublier d’ajouter le coût du réseau de distribution (chauffage par le sol, par exemple) et des différents appareils annexes (compteur électrique,…). Pour les PAC bivalentes, il faut aussi tenir compte du coût de la chaudière traditionnelle.
Les ordres de grandeur des coûts d’investissement pour des pompes à chaleur de 10 à 12 kW présentes sur le marché belge (puissances typiques pour un logement d’une surface habitable de 150 m² isolée au niveau d’isolation K55) sont repris ci-dessous. Ces coûts comprennent les équipements d’appoints. Il est probable que ces coûts vont diminuer dans les prochaines années.

Système COPs
(y compris pertes de distribution)
Coûts d’investissement
pour une puissance installée
de 10 à 12 kW [€]
Air/ Air 2.5 8 750 à 9 400
Air/ Eau 2.9 9 400 à 10 500
Sol/ Eau 3.3 11 250 à 13 750

Source : Institut de Conseils et d’Études en Développement Durable (ICEDD).

Néanmoins, l’utilisateur peut avoir intérêt à choisir des pompes de forte puissance. En effet, ramené au kW, les frais d’investissement décroissent avec la puissance. À titre d’exemple, voici l’évolution des frais d’investissement de pompes à chaleurs en Suisse en 1992 en fonction de la puissance nominale de chauffage (source Ravel). On voit ainsi que plus l’installation sera puissante, moins le kW thermique installé sera cher.

À noter qu’une pompe à chaleur n’a besoin ni de cheminée, ni de citerne, ce qui permet de réduire le coût du gros œuvre.
Dans les études de rentabilité des PAC, on considère typiquement que le durée d’utilisation de l’installation est de 20 ans. A titre d’exemple, les expériences d’installations aux États-Unis (on estime à environ 940 000 le nombre d’installations ces dernières années) indiquent des durées de vie moyennes de l’ordre de 17 ans.
Dans le cas particulier des pompes domestiques alimentées par nappe phréatique, il faut tenir compte du coût du forage (de 500 à 850 € par mètre) et de frais annexes : étude de faisabilité (850 à 2 500 €), analyse de l’eau (850 €). Ces valeurs sont uniquement des ordres de grandeur indicative.
Si la demande de puissance est plus importante, les frais d’investissement seront plus lourds :

Puissance nominale du chauffage [kW] Diamètre du puits [mm] Frais spécifiques [€/m]
< 70

71 à 140

141 à 550

150

300

800

200 à 250

300 à 400

350 à 500

Source : Ravel-Suisse. (Chiffres de 1995).

Le coût des installations géothermiques à forage vertical est aussi très important : entre 600 et 900 € par kW de chaleur récupérée, à savoir 55 à 65 € le mètre de profondeur et un besoin d’une quinzaine de mètres par kW.

 

Frais d’exploitation

Il est impossible d’évaluer simplement la consommation d’une PAC d’un bâtiment tertiaire, d’autant que celle-ci reprend souvent autant des consommations de chaud que de froid. Seule une simulation informatique peut atteindre cet objectif, avec un encodage lourd des caractéristiques du bâtiment et de ses critères d’exploitation.

Méthode proposée par Electrabel pour le domestique

Par contre, selon Electrabel, une estimation des consommations d’une pompe à chaleur domestique peut être calculée a priori selon la formule :

Où,

  • K1 est un facteur tenant compte du ralenti de nuit éventuel. En cas de ralenti, il vaut 0.85 si PAC air/air et 0,9 si PAC air/eau,
  • K2 est un facteur prenant en compte l’occupation ou la non-occupation de jour,

Régime d’occupation

K2
Occupation de jour
Non-occupation de jour PAC air/air
Non-occupation de jour PAC air/eau
1
0.90
0,95
  • K3 est un facteur prenant en considération l’impact d’un chauffage auxiliaire par convecteurs électriques,

Watts aux. /
PAC Watts + 7°C

K3 si air/air K3 si air/eau
0.15
0.20
0.25
0.30
0.35
1.15
1.19
1.23
1.25
1.30
1.17
1.21
1.26
1.30
1.35
  • K4 est un facteur de rendement de la pompe à chaleur relatif à sa température d’équilibre (= T° correspondant à la puissance de dimensionnement de la PAC) et à la température minimale extérieure. C’est la valeur inverse du COP annuel (COPA),
K4 si air/air
équilibre PAC équilibre PAC
T°min. ext. [°C] – 5 < T° éq. < – 2 – 3 < T° éq. < 0
> = – 10°C
< – 10°C
0.37
0.40
0.38
0.44
K4 si air/eau
équilibre PAC équilibre PAC
min. ext. [°C] – 5 < T° éq. < – 2 – 3 < T° éq. < 0
> = – 10°C
< – 10°C
0.34
0.37
0.35
0.41

Pour les pompes bivalentes parallèles, les choses sont plus compliquées. Les paramètres deviennent très nombreux et il est difficile de formuler des règles générales. Cependant, il est important de voir qu’il existe, en fonction de la situation et des équipements choisis, une puissance de dimensionnement qui minimise les coûts annuels.
Globalement, les PAC domestiques bivalentes sont plus économiques que les monovalentes, puisque la chaudière supplée à la PAC lorsque celle-ci présente son plus mauvais rendement. Mais l’investissement est plus important.

Temps de retour de l’investissement

Le temps de retour de l’investissement est calculé par sur base du surinvestissement par rapport aux systèmes de chauffage classiques et du bénéfice fait annuellement sur les frais de fonctionnement (aussi appelé ci-dessous frais d’exploitation). Il est bien sûr dépendant de l’efficience de la pompe installée, de son prix à l’achat, de sa puissance, du coût de l’énergie,…

Pompe à chaleur domestique : nos estimations en 2009

Sur base de nos estimations dans le domestique, hors subsides, primes et incitants fiscaux, les pompes à chaleur peuvent être intéressantes économiquement si on peut compter sur les meilleures performances annuelles COPA (dont les valeurs cibles réalistes sont reprises dans le tableau ci-dessus). Dans ce cas, on est en mesure d’amortir en un temps inférieur à la durée d’utilisation de la PAC (c’est-à-dire 20 ans) le surinvestissement par rapport à des chaudières classiques fioul ou gaz. De beaux gains sont possibles.
Cependant, il faut aussi être vigilant concernant les performances du bâtiment, de son enveloppe, à chauffer. Techniquement, le bâtiment doit être suffisamment bien isolé pour permettre de travailler avec des émetteurs basse température (BT) et donc atteindre les meilleurs rendements. D’un autre côté, il faut que le besoin net de chauffage du bâtiment soit suffisamment important pour pouvoir amortir le matériel (son surinvestissement) sur base de frais d’utilisation plus faibles que les chaudières classiques. Par exemple, hormis quelques modèles spécifiques, on rencontre rarement des PAC installées dans les maisons passives. Une des raisons est le surinvestissement pour une installation de PAC et les faibles consommations qui rendront l’amortissement plus délicat.
Pourquoi ne pas citer des chiffres sur les temps de retour ou d’autres indicateurs économiques ? Simplement parce que l’investissement est très variable suivant les circonstances : d’une part selon le projet, le type d’émetteurs que l’on choisit (chauffage par radiateurs BT ou par la sol), la production d’ECS combinée ou pas et, d’autre part, selon les installateurs et les marques. Il y a de grosses variations qui ne permettent pas de donner des chiffres précis, mais plutôt des tendances comme nous l’avons fait ci-dessus. Cette remarque nous permet, premièrement, d’encourager les candidats à comparer les prix tout en s’assurant de la qualité du matériel et de l’installation (cfr. label PACQUAL) et, deuxièmement, d’encourager les candidats à réaliser sur base des devis obtenus une étude de la rentabilité du projet. Les fourchettes de valeurs de performances données dans le tableau ci-dessus devraient donner une bonne estimation du temps de retour.
Finalement, il ne faut pas oublier d’intégrer les incitants fiscaux (primes, subsides ou réductions fiscales) qui rendent les investissements encore plus attrayants.

Pompe à chaleur domestique : autre point de vue, étude de la KUL de 1997

Les tableaux ci-dessus résument une évaluation par la KUL de 1997 des temps de retour d’investissement pour des puissances calorifiques de pompes à chaleur de 5, 10 et 15 kW avec distribution par chauffage par le sol, par rapport à des chauffages au fuel et au gaz avec le même mode de distribution. Ces valeurs concernent l’utilisation de la PAC comme chauffage domestique. Attention : le nombre et la variabilité des paramètres sont tels que ces résultats ne peuvent pas être généralisés. Ils constituent cependant un point de départ utile pour une discussion sur le temps de retour de la PAC.

Puissance
calorifique

Chaudière
classique

Temps de retour
PAC Air/Eau monovalente
[années]
SPF = 2 3 4 5 6

5 kW

Gasoil

X 523 30 19 16

Gaz

X 41 21 16 14

10 kW

Gasoil

X X 29 16 12

Gaz

X 75 20 14 11

15 kW

Gasoil

X X 26 13 10

Gaz

X 147 18 12 10

X = Frais d’exploitation de la pompe > Frais d’exploitation du chauffage traditionnel.

Source : KUL – 1997.

Puissance
calorifique

Chaudière classique

Temps de retour
PAC Air/Eau bivalente
[années]
SPF = 2 3 4 5 6

5 kW

Gasoil

X 281 14 9 7

Gaz

X 24 12 10 8

10 kW

Gasoil

X X 5 2 2

Gaz

X 52 8 5 4

15 kW

Gasoil

X X 3 2 2

Gaz

X X 7 5 4

X = Frais d’exploitation de la pompe > Frais d’exploitation du chauffage traditionnel.

Source : KUL – 1997.

On remarque que le temps de retour diminue avec la puissance de la pompe installée et son facteur de performance saisonnier SPF. Il est aussi plus court pour les PAC bivalentes que pour les monovalentes grâce à leur fonctionnement continu durant la période de chauffe.
Si on considère une durée de vie de 15 à 20 ans, la PAC monovalente ou bivalente ne sera rentabilisée que si son coefficient de performance saisonnier SFP est supérieur à 4 ou 3  respectivement. De tels résultats ne peuvent s’obtenir que si l’installation est performante et bien régulée.
Notons que les subsides accordés aux installations de PAC n’ont pas été pris en compte. Ils permettent pourtant de réduire significativement le temps de retour de l’investissement… De plus, certaines économies de gros œuvre permises par les PAC monovalentes (absence de cheminée) n’ont pas été retenues. Enfin, la probable évolution à la baisse des coûts d’investissement et l’évolution favorable des coûts de l’énergie électrique face aux combustibles fossiles vont aussi améliorer rapidement ces performances (les prix de l’énergie pris en compte datent de 1997. On constate d’ailleurs que les prix du fuel étaient très bas à l’époque. En 2002, le prix du fuel a rejoint celui du gaz, qui lui-même a fortement augmenté depuis 1997). Malgré qu’elle soit dépassée, nous avons volontairement gardé cette étude parce qu’elle montre l’importance d’une évaluation sur le long terme du prix de l’énergie.

Pompe à chaleur tertiaire

Les pompes à chaleur utilisées dans le tertiaire sont plus rentables du fait du coût plus élevé des éléments qu’elles remplacent, comme des systèmes de traitement d’air, de leur valorisation en chaud comme en froid, ou de leur utilisation directement destinée la récupération de chaleur. Il est cependant difficile de donner des évaluations du temps de retour tant le nombre de facteurs impliqués est grand et la diversité des solutions importante.
Il est possible de se faire une idée à partir de quelques études de cas extraites de la littérature :

Études de cas

Pour découvrir la rentabilité de quelques applications tertiaires de la PAC, cliquez ici !

Subventions

Sous conditions, la Région wallonne accorde une prime sur le placement d’une pompe à chaleur.  En outre, dans le cas du remplacement d’une chaudière existante, on peut bénéficier de réductions fiscales. Pour tout renseignement utile, voir ouverture d'une nouvelle fenêtre ! le portail de la Région wallonne ou ouverture d'une nouvelle fenêtre ! le site du facilitateur pompe à chaleur de la Région wallonne EF4.