Comment justifier le passage à une pompe à chaleur
La pompe à chaleur étant plus chère à l'achat qu'une chaudière, les clients ont souvent besoin d'être convaincus. Le plus grand avantage des pompes à chaleur est leur efficacité sans précédent: avec une unité d'énergie, on peut produire jusqu'à cinq unités de chaleur. De plus, comme le système fonctionne entièrement à l'électricité, il n'y a pas d'émissions locales de CO2 et le système peut être relié sans problème à des sources d'énergie renouvelables telles que les panneaux solaires. La pompe à chaleur est donc la passerelle idéale vers un avenir durable et autosuffisant.
Fonctionne avec l'énergie disponible dans la nature
Alors qu'une chaudière produit de la chaleur en brûlant un combustible fossile tel que le gaz ou le pétrole, une pompe à chaleur fonctionne selon un principe totalement différent.
Le fluide frigorigène joue un rôle central dans la pompe à chaleur. Il se trouve dans un circuit fermé et possède des propriétés thermodynamiques différentes de celles de l'eau. En effet, à pression égale, le réfrigérant a un point d'ébullition beaucoup plus bas. En ajustant la pression, le réfrigérant peut déjà s'évaporer à basse température (par exemple de -20 °C à +35 °C), ce qui est essentiel pour l'utilisation dans les pompes à chaleur.
Dans la pompe à chaleur, le fluide frigorigène s'évapore en mettant en contact la chaleur de la source (c'est-à-dire l'air extérieur, le sol ou les eaux souterraines) avec le fluide frigorigène. Cela se produit dans l'évaporateur. Le fluide frigorigène s'y évapore et devient gazeux.
Ce gaz est ensuite acheminé vers le compresseur, où il est comprimé. Cette compression entraîne une forte augmentation de la pression et de la température du gaz.
Dans le condenseur, ensuite, le gaz chaud cède sa chaleur à l'eau du système de chauffage ou à l'air intérieur. Le réfrigérant se condense alors et redevient liquide.
Enfin, le réfrigérant liquide se dirige vers le détendeur, où la pression du réfrigérant est réduite, avant qu'il ne retourne à l'évaporateur et que le processus ne recommence.
De nombreux modèles pour les constructions neuves et les rénovations
Il existe environ 4 types de pompes à chaleur:
- les pompes à chaleur sur nappe phréatique (parfois également appelées pompes à chaleur sur nappe phréatique ou géothermiques).
- les pompes à chaleur eau-eau (parfois aussi appelées aquathermie)
- les pompes à chaleur air-eau
- les pompes à chaleur air-air
Les deux mots séparés par un tiret indiquent le fonctionnement de la pompe à chaleur. Le premier mot indique clairement où la pompe à chaleur obtient la chaleur nécessaire à l'évaporation du fluide frigorigène. Cette énergie est disponible gratuitement dans la nature. Il peut s'agir du sol, de l'eau (par exemple une nappe phréatique ou un canal...) ou de l'air extérieur. Le deuxième mot décrit ce à quoi le réfrigérant libère la chaleur générée. Dans la pratique, il s'agit généralement d'eau ou, en d'autres termes, d'un système de distribution à base d'eau, tel que le chauffage par le sol ou les radiateurs. Il peut également s'agir d'air, à savoir l'air intérieur.
Parfois, il y a aussi:
- les pompes à chaleur hybrides: il s'agit essentiellement de pompes à chaleur air-eau combinées à une chaudière à combustible fossile. La chaudière n'intervient que si la pompe à chaleur seule ne peut pas fournir suffisamment d'énergie.
- Les pompes à chaleur haute température: ces pompes à chaleur (sol-eau, eau-eau ou air-eau) atteignent des températures de refoulement plus élevées (jusqu'à 70 °C) que les pompes à chaleur classiques (entre 35 et 55 °C). Les nouvelles pompes à chaleur peuvent souvent atteindre des températures plus élevées grâce à l'utilisation de propane comme réfrigérant, et sont donc plus souvent appelées pompes à chaleur haute température. Toutefois, ces pompes à chaleur haute température sont moins efficaces lorsqu'elles sont utilisées uniquement pour produire des températures élevées. Cependant, si elles sont couplées à un système de chauffage à basse température, elles seront au moins aussi performantes que les pompes à chaleur à basse température.
Bien plus efficace qu'une chaudière
Une chaudière classique (gaz, électrique) crée de la chaleur en convertissant de l'énergie:
avec 1 kWh d'électricité/énergie, on produit environ 1 kWh de chaleur. Le rendement est donc d'environ 94%.
Une pompe à chaleur, en revanche, prélève de la chaleur dans l'environnement (air, sol ou eau) et ne consomme qu'un peu d'électricité pour valoriser cette chaleur (via le compresseur) et l'amener dans la maison: avec 1 kWh d'électricité, 3 à 5 kWh de chaleur peuvent être générés. En d'autres termes, cela équivaut à un rendement de 300 à 500% ou à un COP (coefficient de performance) compris entre 3 et 5.
Le COP dépend principalement de l'effort que doit fournir le compresseur. Il est déterminé par la différence entre la température de départ (extérieure) et la température de sortie souhaitée (intérieure).
Température de la source plus élevée = rendement plus élevé
Supposons que la température du sol soit de 10 °C. Comme le sol est chaud (même à une température extérieure de -5 °C), le réfrigérant s'évapore déjà à une pression plus élevée. Le compresseur bénéficie donc d'un "démarrage en trombe": il doit comprimer le gaz beaucoup moins fort pour atteindre la température finale souhaitée. Moins le compresseur doit accumuler de pression, moins il consomme d'énergie électrique.
Température de refoulement plus basse = efficacité accrue
Une pompe à chaleur fonctionne beaucoup plus efficacement avec un chauffage par le sol, les murs et le plafond (où l'eau est à environ 35 °C) qu'avec des radiateurs classiques (qui nécessitent souvent une température de 65 °C).
La température souhaitée dans le système de distribution (chauffage par le sol ou radiateurs) détermine la pression de condensation requise. Lorsque la température de refoulement est basse (35 °C), le compresseur doit seulement comprimer le gaz à la pression correspondant à une température de condensation d'environ 40 °C. En revanche, à des températures de refoulement élevées (65 °C), le compresseur doit atteindre une pression finale nettement plus élevée. Cela augmente non seulement la main-d'œuvre nécessaire, mais entraîne également des pertes internes plus importantes (production de chaleur dans le compresseur lui-même), ce qui a une incidence négative sur l'efficacité globale.
Dans la pratique, lors de l'évaluation d'une pompe à chaleur, on parle souvent de SCOP (= coefficient de performance saisonnier) plutôt que de COP. En effet, il s'agit d'un meilleur indicateur pour évaluer les performances d'une pompe à chaleur. Le SCOP calcule l'efficacité moyenne sur l'ensemble d'une année de chauffage et prend donc également en compte les conditions moins favorables, comme les jours d'hiver froids.
Comme pour une chaudière, la pompe à chaleur doit avoir une puissance (kW) suffisante pour chauffer suffisamment le bâtiment, même les jours les plus froids.
Pour déterminer la puissance nécessaire de la pompe à chaleur, il convient de calculer les pertes de chaleur. Ce calcul peut être effectué
- au niveau du bâtiment: il s'agit d'une estimation approximative
- par pièce: permet de dimensionner correctement la pompe à chaleur et les systèmes de distribution (chaque pièce a une perte de chaleur différente en fonction de son orientation (sud/nord), de l'isolation (toit/mur), du débit de ventilation, etc.)
Buildwise a développé deux outils pour le calcul des pertes de chaleur d'un bâtiment:
Heatload Standard, est un fichier Excel qui permet d'effectuer des calculs détaillés par pièce.
Heatload Web application, qui fournit des estimations rapides en ligne sur la base des données EPB du bâtiment ou de la consommation d'énergie. D'autres partenaires disposent également d'outils similaires.
Elle peut également être utilisée pour le rafraîchissement...
Les pompes à chaleur air-air peuvent refroidir activement. La pompe à chaleur est alors utilisée en sens inverse: au lieu d'extraire la chaleur de l'air extérieur et de l'amener dans la maison, la chaleur est extraite de la maison vers l'extérieur. L'air intérieur est ainsi refroidi. En d'autres termes, le condenseur devient évaporateur, et l'évaporateur devient condenseur.
Une pompe à chaleur sol-eau, air-eau ou eau-eau peut également refroidir activement. Cela se fait en combinaison avec un chauffage par le sol ou par les murs, ou avec des ventilo-convecteurs. Il convient de noter que la capacité de refroidissement avec un chauffage au sol ou mural est plus limitée, car la température minimale de l'eau est généralement d'environ 18 à 20 °C. Si la température de l'eau est plus basse, le condensateur se refroidit. Si la température de l'eau est plus basse, de la condensation peut se produire. La capacité de refroidissement des planchers et des murs chauffants reste donc relativement faible. Dans la pratique, cela signifie généralement une baisse de la température intérieure d'environ 2 à 4 °C. Ce qui, dans la plupart des cas (avec un ombrage correct si nécessaire), est suffisant pour assurer un confort d'été agréable.
Avec une pompe à chaleur sur nappe phréatique, le refroidissement peut également se faire de manière passive. C'est ce qu'on appelle le refroidissement passif. En ne faisant fonctionner que les pompes de circulation, le froid de la nappe phréatique est utilisé pour refroidir l'eau des systèmes de chauffage par le sol et les murs. Cela permet de réduire considérablement les coûts d'exploitation en mode refroidissement.
Aide pour sww
Une pompe à chaleur sol-eau, air-eau ou eau-eau ne chauffe pas seulement l'eau pour le chauffage central, mais peut également chauffer l'eau d'un ballon d'eau chaude sanitaire.
La pompe à chaleur chauffe l'eau à une température plus élevée (généralement de 50 à 65 °C). Cette eau chaude traverse un échangeur de chaleur (serpentin) dans la chaudière. La chaleur est transférée à l'eau sanitaire dans le réservoir. L'eau sanitaire chaude est stockée dans la chaudière jusqu'à ce qu'elle soit utilisée (douche, bain, cuisine). La capacité typique d'une telle chaudière est de 200 à 300 litres pour une maison moyenne.
Dans ce cas, la pompe à chaleur fonctionne généralement en priorité pour l'eau chaude sanitaire. Cela signifie que lorsque la chaudière a besoin d'être chauffée, la pompe à chaleur ne fournit temporairement pas de chaleur au système de chauffage central. Cependant, le temps de fonctionnement pour la préparation de l'eau chaude sanitaire est si court que cela ne provoque pas d'inconfort perceptible dans la maison.
Pour éviter le développement des légionelles, l'eau doit être chauffée à environ 60 °C une fois par semaine. Cela peut se faire de deux manières:
- par l'intermédiaire d'une résistance électrique dans la chaudière, ou
- par une augmentation temporaire de la température par la pompe à chaleur elle-même.
Les pompes à chaleur air-air ne peuvent pas produire d'eau chaude sanitaire. Il faut pour cela une chaudière à pompe à chaleur ou une chaudière électrique séparée.
En collaboration avec Bosch Home Comfort et Viessmann
