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Dimensionnement des systèmes de pompes à chaleur

May 4, 2020

Résumé

Un dimensionnement correct de la pompe à chaleur est essentiel pour un chauffage efficace, fiable et à faible empreinte carbone. Une pompe à chaleur surdimensionnée peut fonctionner par cycles fréquents, ce qui augmente l’usure, le risque de bruit et la consommation d’électricité, tandis qu’une pompe à chaleur sous-dimensionnée peut dépendre excessivement du chauffage électrique d’appoint pendant les périodes les plus froides.

Pour dimensionner correctement un système de pompe à chaleur, les concepteurs doivent calculer la charge thermique nominale du bâtiment, tenir compte des températures de distribution de chaleur, des besoins en eau chaude sanitaire et des conditions climatiques, et utiliser des données de performance des produits fiables et vérifiées de manière indépendante. Alors que l’Europe accélère la décarbonisation des bâtiments, renforce les exigences en matière de performance énergétique et s’oriente vers des réfrigérants à faible PRG dans le cadre de la réglementation révisée sur les gaz fluorés, un dimensionnement précis des systèmes de pompes à chaleur devient encore plus important.

Pourquoi le dimensionnement des pompes à chaleur est-il si important ?

Les avantages économiques et environnementaux de la production de chaleur par pompes à chaleur, par rapport aux systèmes à combustibles fossiles, ne sont significatifs que si les systèmes ont été soigneusement planifiés, correctement dimensionnés et installés, puis exploités de manière appropriée. En particulier, le dimensionnement des systèmes de pompes à chaleur représente un défi de conception majeur. Les erreurs peuvent avoir un impact plus important qu’avec les chaudières traditionnelles au fioul ou au gaz, car le rendement des pompes à chaleur est étroitement lié aux températures de fonctionnement, aux durées de fonctionnement, aux conditions climatiques et à la conception du système.

Qu’entend-on par « besoin total en chauffage » et « charge thermique » ?

Un système de distribution de chaleur mal conçu ou mal adapté peut nuire au rendement de la pompe à chaleur et réduire sa durée de vie. Les erreurs sont difficiles à corriger une fois le système installé. Pour le dimensionnement de la puissance de la pompe à chaleur, il est donc important de déterminer à la fois le besoin annuel en chauffage et la charge thermique de référence du bâtiment. Les calculs doivent être effectués conformément aux normes et méthodes nationales en vigueur dans chaque pays.

La demande de chauffage et la charge de chauffage ne sont pas identiques. La demande de chauffage désigne la quantité d’énergie nécessaire sur une période donnée, généralement exprimée en kWh par an. La charge de chauffage désigne la puissance calorifique que le système de chauffage doit fournir dans les conditions extérieures de référence, généralement exprimée en kW. Pour le dimensionnement d’une pompe à chaleur, la charge de chauffage de référence est le paramètre clé.

Comment calcule-t-on la demande de chauffage ?

La demande de chauffage spécifique par mètre carré de surface habitable dépend de la construction du bâtiment. Les valeurs réelles dépendent du niveau d’isolation, de l’étanchéité à l’air, des ponts thermiques, de la ventilation, de la géométrie du bâtiment, des températures de conception intérieures et du climat local.

Remarque : les valeurs ci-dessous sont données à titre indicatif uniquement et ne doivent pas se substituer à un calcul de charge thermique spécifique au projet.

Type de bâtiment	Besoins de chauffage spécifiques indicatifs
Maison passive	0,015 kW/m²
Bâtiment neuf avec une très bonne isolation	0,04 kW/m²
Bâtiment neuf avec une isolation thermique standard	0,06 kW/m²
Ancien bâtiment rénové ou bâtiment neuf avec une isolation limitée	0,08 kW/m²
Ancien bâtiment sans isolation thermique	0,12 kW/m²

La formule permettant de calculer la demande de chauffage du bâtiment est la suivante :

Surface habitable [m²] × demande de chauffage spécifique [kW/m²] = demande de chauffage indicative du bâtiment [kW]

Ce calcul simplifié peut s’avérer utile pour une première estimation, mais il ne doit pas servir de base définitive pour le choix d’une pompe à chaleur. Un calcul détaillé pièce par pièce selon la méthode nationale applicable est recommandé, en particulier pour les projets de rénovation, les émetteurs de chaleur à basse température, les systèmes hybrides et les bâtiments présentant des niveaux d’isolation variables.

Comment calcule-t-on la charge de chauffage ?

La charge de chauffage d’un bâtiment est calculée selon la norme ou la méthode nationale applicable et ne doit pas être confondue avec la demande de chauffage totale. La charge de chauffage indique la puissance qu’un système de chauffage doit fournir pour maintenir la température intérieure souhaitée à la température extérieure de référence.

Besoin annuel en chauffage = énergie / consommation dans le temps
Charge de chauffage = puissance de chauffage requise aux conditions de conception

Pour déterminer la charge de chauffage, la situation climatique est prise en compte et intégrée sous la forme de températures extérieures de référence pour les régions concernées.

Par exemple, dans de nombreuses régions intérieures ou en altitude en Allemagne, les températures extérieures de référence peuvent être nettement inférieures à zéro. Dans les régions côtières plus tempérées, les températures extérieures de référence sont généralement moins rigoureuses. Les matériaux de construction, les coefficients U, les ponts thermiques, les pertes par ventilation, l’étanchéité à l’air et la géométrie du bâtiment sont également pris en compte dans le calcul.

Très souvent, le calcul de la charge thermique et des besoins annuels en chauffage est omis et on opte pour des pompes à chaleur plus puissantes afin de disposer d’une marge de sécurité. Il n’est pas rare que la pompe à chaleur soit alors nettement plus puissante que nécessaire. Cela a un impact négatif sur le rendement, le confort et la durée de vie du compresseur. En particulier pendant les périodes de transition, c’est-à-dire au printemps et en automne, une pompe à chaleur surdimensionnée peut entraîner des cycles marche/arrêt fréquents, avec des durées de fonctionnement courtes susceptibles d’accroître l’usure et de réduire le rendement du système. Si la puissance est trop faible, le chauffage d’appoint peut devoir couvrir une part plus importante de la charge par temps froid, ce qui augmente la consommation d’électricité et les coûts d’exploitation.

Un dimensionnement correct de la pompe à chaleur doit également tenir compte des éléments suivants :

Le type d’émetteur de chaleur et la température de départ requise, par exemple radiateurs, chauffage au sol, ventilo-convecteurs ou systèmes à air
Les améliorations de l’enveloppe du bâtiment prévues avant ou après l’installation
Les besoins en production et en stockage d’eau chaude sanitaire
Le fonctionnement bivalent ou hybride, y compris la température à laquelle le chauffage d’appoint prend le relais
Les performances de la pompe à chaleur à charge partielle et à différentes températures extérieures
Les niveaux de puissance acoustique et les contraintes d’implantation
Le type de fluide frigorigène et les futures exigences réglementaires, y compris la transition vers des fluides frigorigènes à faible PRG conformément au règlement (UE) 2024/573.

Comment la certification fournit-elle des données de performance précises ?

Même si la demande annuelle prévue d’un bâtiment et, surtout, la charge de chauffage exacte requise ont été déterminées par un consultant en énergie, un ingénieur concepteur ou un installateur, des informations inexactes fournies par le fabricant peuvent encore poser problème. La certification permet d’exclure cette source d’erreur et garantit que les pompes à chaleur offrent les meilleurs avantages économiques et écologiques possibles.

Par exemple, la certification Eurovent des performances des pompes à chaleur (Eurovent-HP) et la norme NF 414 relative aux pompes à chaleur couvrent le même champ d’application et les mêmes caractéristiques certifiées pour les pompes à chaleur résidentielles et de petit commerce dont la puissance de chauffage est inférieure ou égale à 100 kW. Les caractéristiques certifiées peuvent inclure les puissances de chauffage et/ou de refroidissement, les puissances électriques absorbées, le COP, la puissance nominale, le SCOP, le SCOPnet, le rendement saisonnier, la consommation annuelle et les niveaux de puissance acoustique.

Eurovent Certification propose également d’autres programmes liés aux pompes à chaleur, notamment la certification Eurovent Certified Performance pour Coolers et Pompes à Chaleur (LCP-HP), la certification Pompes à Chaleur KEYMARK, la certification MCS pour les pompes à chaleur et la norme NF 462 pour les pompes à chaleur hybrides. En fonction du type de produit et du marché cible, ces programmes permettent d’accéder à des données de performance vérifiées de manière indépendante et comparables, utiles pour la spécification, la conception, la conformité réglementaire et les programmes d’incitation.

Les essais en laboratoire sont réalisés par des tiers dans des conditions strictement définies et identiques, selon des normes européennes et internationales reconnues. Les processus de contrôles en usine, de surveillance des produits et de vérification des données sont conçus pour répondre aux exigences de compétence, d’impartialité et d’indépendance.

Pour les concepteurs, les installateurs, les prescripteurs et les utilisateurs finaux, les données certifiées réduisent le risque de se fier à des allégations non étayées des fabricants. Elles facilitent le dimensionnement précis, la modélisation énergétique, la comparaison des produits, la rédaction des cahiers des charges d’appel d’offres, l’évaluation du bruit et la définition des attentes en matière de performances à long terme. Cela est particulièrement important pour les projets où les pompes à chaleur sont au cœur des stratégies de décarbonisation et où des données fiables sont essentielles pour éviter les systèmes sous-performants.

FAQ

Pourquoi est-il important de bien dimensionner une pompe à chaleur ?

Un dimensionnement correct de la pompe à chaleur garantit que le système peut répondre efficacement aux besoins de chauffage du bâtiment sans surdimensionnement inutile. Une pompe à chaleur surdimensionnée peut fonctionner par cycles fréquents, ce qui réduit son rendement et augmente l’usure des composants. Une pompe à chaleur sous-dimensionnée peut trop solliciter le chauffage d’appoint par temps froid, augmentant ainsi la consommation d’électricité et les coûts d’exploitation.

Quelle est la différence entre la demande de chauffage et la charge de chauffage ?

La demande de chauffage correspond à la quantité d’énergie dont un bâtiment a besoin sur une période donnée, généralement exprimée en kWh par an. La charge de chauffage correspond à la puissance de chauffage requise dans les conditions extérieures de référence, généralement exprimée en kW. La charge de chauffage est le paramètre essentiel pour le choix et le dimensionnement d’une pompe à chaleur.

Puis-je dimensionner une pompe à chaleur en me basant uniquement sur la surface au sol ?

La surface au sol peut fournir une estimation initiale approximative, mais elle ne suffit pas pour le choix définitif d’une pompe à chaleur. Un calcul fiable doit inclure le niveau d’isolation, les coefficients U, l’étanchéité à l’air, les ponts thermiques, les pertes par ventilation, la géométrie du bâtiment, les besoins en eau chaude sanitaire, les émetteurs de chaleur et les températures de conception locales.

Pourquoi choisir des pompes à chaleur certifiées Eurovent ?

Les pompes à chaleur certifiées Eurovent fournissent des données de performance vérifiées de manière indépendante, aidant les utilisateurs à comparer les produits à l’aide d’informations fiables et cohérentes. La certification garantit un dimensionnement précis du système, l’efficacité énergétique, la conformité réglementaire, une évaluation rigoureuse et l’assurance que les performances déclarées ont été vérifiées par des essais réalisés par des tiers et une surveillance continue.