Bien choisir la pompe à chaleur la plus adaptée
De nos jours, les pompes à chaleur sont souvent surdimensionnées
Une installation de pompe à chaleur performante repose avant tout sur une conception adaptée. Le générateur de chaleur, le système de distribution, les émetteurs de chaleur et la régulation doivent fonctionner en parfaite harmonie afin de garantir le confort, l’efficacité énergétique et la fiabilité de l’installation. Cet équilibre est parfois difficile à atteindre, notamment dans le cadre d’une rénovation. Dans cette série de quatre articles, nous passons en revue les principales étapes de conception auxquelles les installateurs doivent accorder une attention particulière. Cette première partie est consacrée au choix du générateur de chaleur.
Détermination des pertes thermiques
Une bonne installation commence par un choix éclairé de la pompe à chaleur. Pour cela, il faut déterminer avec soin la puissance requise, la source d’énergie et les principales conditions de conception, telles que les températures de départ.
Le dimensionnement d’une pompe à chaleur commence par une estimation des pertes thermiques. Dans la pratique, plusieurs méthodes sont disponibles à cet effet:
- Calcul des pertes thermiques selon la norme NBN EN 12831
- Données EPC
- Données de consommation
- Estimation basée sur des règles empiriques
Sur la base d’un calcul des déperditions thermiques selon la norme NBN EN 12831
Le calcul des déperditions thermiques selon la norme reste la méthode la plus fondée et constitue une référence sûre pour les installateurs. Ce calcul tient compte de toutes les caractéristiques pertinentes du bâtiment et garantit le maintien du confort même pendant les journées les plus froides de l’hiver.
Pour les logements existants, un tel calcul nécessite toutefois de nombreuses données d’entrée et prend souvent beaucoup de temps. De plus, la précision du résultat dépend fortement des informations disponibles et de l’interprétation de l’état réel du bâtiment. Ainsi, par exemple, l’étanchéité à l’air effective d’un logement existant est difficile à estimer avec précision sans effectuer de mesures. De même, l’état réel de l’isolation ou la qualité des raccords peuvent s’écarter de ce qui est supposé sur la base des plans, des données du certificat de performance énergétique (CPE) ou d’une inspection visuelle. Comme les calculs sont effectués à partir de conditions de conception qui ne se produisent que rarement, la puissance calculée est souvent supérieure à la demande de chaleur observée pendant la majeure partie de l’année.
À l’aide des données du certificat de performance énergétique (EPC) ou des données de consommation
Lorsqu’aucun calcul complet des déperditions thermiques n’est disponible, les données du certificat de performance énergétique (EPC) ou les données de consommation peuvent fournir une première estimation utile. Il est toutefois important d’interpréter ces résultats avec un esprit critique. Les hypothèses utilisées et les données normalisées peuvent entraîner un écart entre la perte de chaleur calculée et celle obtenue à partir d’un calcul conforme à la norme. Cet écart peut se traduire par une surestimation ou une sous-estimation et dépend, entre autres, du type de logement.
La consommation énergétique réelle peut fournir une indication précieuse de la demande de chaleur d’un logement. La consommation est toutefois fortement influencée par le comportement des occupants et la manière dont le logement est chauffé. Ainsi, la température intérieure souhaitée, l’utilisation d’un régime jour/nuit, la période sur laquelle la consommation est analysée et les conditions météorologiques de l’année en question jouent notamment un rôle important.
De ce fait, la puissance déduite à partir de la consommation mesurée est souvent inférieure à la puissance nécessaire pour chauffer le logement dans les conditions de conception.
Pour que la consommation réelle puisse être utilisée dans le dimensionnement, elle doit donc être corrigée en fonction, entre autres, de l’année climatique et des conditions de chauffage.
Les différences entre les diverses méthodes apparaissent clairement lorsqu’elles sont appliquées à des logements existants. Les cas pratiques présentés à la figure 2 montrent que la perte de chaleur calculée peut varier considérablement selon la méthode utilisée. Ils démontrent également qu’il n’existe pas de facteur de correction fixe permettant de transposer une méthode à une autre.
Quels enseignements tirer de la pratique?
La principale erreur de conception ne résulte souvent pas de la méthode de calcul choisie, mais de l’interprétation du résultat. Les mesures sur le terrain montrent que la puissance nominale n’est requise que pendant un nombre limité d’heures par an. Pendant la majeure partie de la saison de chauffage, la demande de chaleur est nettement inférieure.
De ce fait, les pompes à chaleur sont aujourd’hui régulièrement surdimensionnées. Dans de nombreux cas, un générateur de chaleur sélectionné à environ 80% de la puissance nominale calculée s’avère tout à fait capable de chauffer confortablement le logement.
On peut même opter délibérément pour une pompe à chaleur de puissance inférieure. Lors de quelques journées exceptionnellement froides, la résistance électrique prendra alors temporairement le relais. Il n’y a techniquement rien à redire à cela, à condition que des accords clairs soient conclus au préalable avec le client. Dans de nombreux cas, le coût d’investissement réduit compense la légère consommation électrique supplémentaire de la résistance.
Lors du choix final d’une pompe à chaleur, il faut en outre tenir compte non seulement du chauffage des pièces, mais aussi de la production d’eau chaude sanitaire et de la puissance disponible aux températures de source et de sortie en vigueur. Pour cela, il est possible d’utiliser l’outil de calcul du Centre d’expertise Énergie Tools | Thomas More.
Une fois la puissance requise connue et une pompe à chaleur adaptée sélectionnée, il est possible de choisir la source d’énergie. Ce choix a non seulement une influence sur le rendement de l’installation, mais aussi sur les possibilités d’implantation et la conception détaillée du projet.
Données de conception pour l’étape suivante
Une fois la pompe à chaleur sélectionnée, plusieurs données importantes relatives à l’appareil sont connues. Les dimensions de la pompe à chaleur, le fluide frigorigène utilisé et la charge de fluide frigorigène déterminent dans une large mesure les possibilités d’installation. Les caractéristiques électriques, telles que la tension d'alimentation et le courant nominal, sont également importantes pour adapter correctement l'installation électrique à la pompe à chaleur.
Pour la conception ultérieure de l'installation de chauffage, trois paramètres hydrauliques sont particulièrement importants:
- Débit de conception: le débit de conception est le débit nécessaire pour transférer la puissance thermique totale de la pompe à chaleur avec un faible écart de température (DT). Ce débit est déterminant pour le dimensionnement correct des conduites et le choix des accessoires, tels que les filtres et les purgeurs.
- Débit minimal: pour que le cycle frigorifique fonctionne correctement, un débit minimal doit toujours circuler dans le condenseur. Si ce débit minimal n’est pas atteint, la pression dans le condenseur et la température du gaz de refoulement augmenteront. Dans ce cas, la pompe à chaleur s'arrêtera pour éviter d'endommager le compresseur. Ce comportement oscillant a une grande influence sur le rendement et la durée de vie de la pompe à chaleur.
Il est donc nécessaire de connaître le débit minimal afin de déterminer combien d’éléments de diffusion doivent être alimentés en permanence par un débit suffisant et ne doivent donc pas être coupés, par exemple par des vannes thermostatiques de radiateur. Si le débit minimal ne peut être garanti par l'installation de diffusion, il est nécessaire d'installer un ballon tampon. Lorsque le ballon tampon est installé en série dans la conduite de retour, ce débit minimal ainsi que la hauteur manométrique résiduelle de la pompe de circulation sont nécessaires pour régler correctement la vanne de dérivation. - Hauteur manométrique résiduelle de la pompe de circulation interne: Le débit effectif circulant dans l’installation est déterminé par les pertes de charge et la courbe caractéristique de la pompe. Pour déterminer les pertes de charge admissibles des vannes de régulation et autres composants, ou la valeur Kv à régler, il est donc important de tenir compte de la courbe de performance de la pompe de circulation. Ce point sera abordé plus en détail dans le dernier article de cette série.
SÉRIE D'ARTICLES
Partie 1: Choisir la bonne pompe à chaleur
Partie 2: Quels sont les systèmes de diffusion adaptés?
Partie 3: Garantir une répartition correcte de la chaleur
Partie 4: Régler de manière optimale l'installation de la pompe à chaleur