Les pompes à chaleur

Les pompes à
chaleur
Mise à jour sepembre 2012
Fiche réalisée par l’ASDER
Les Pompes à Chaleur (PAC) peuvent assurer
L’eau chaude sanitaire
Le chauffage
Le rafraîchissement
mais sont-elles performantes ? économiques ? renouvelables ?
Comment ça marche ?
Une PAC est une installation qui permet d’extraire des calories dans le milieu extérieur
(air, sol, eau) appelé source froide et de les transférer à l’intérieur d’un bâtiment par
l’intermédiaire d’un échangeur de chaleur (air, plancher chauffant, radiateur) appelé
source chaude. Le transfert de chaleur s’effectue au travers d’un fluide frigorigène en
circuit fermé. Cela fonctionne sur le même principe qu’un réfrigérateur mais en sens
inverse.
Source froide
Source chaude
- extérieur -
- logement -
Air
Ventilo-convecteur
Sol
Plancher chauffant
Eau
Radiateurs
source : Promotelec
Le rapport entre l’énergie consommée et l’énergie thermique fournie par la PAC est
appelé le coefficient de performance (ou COP). En effet, le compresseur fonctionne
avec de l’électricité : si pour chaque kWh électrique consommé par celui-ci, le système
émet 3 kWh thermiques (chaleur) dans le bâtiment, alors on dit qu’il a un COP de 3.
COP = kWh thermique
kWh électrique consommé
L’objectif est donc d’avoir un COP le plus élevé possible.
Comment améliorer le COP de sa pompe à
chaleur ?
Le COP est fonction de la différence de température entre la source froide et la source chaude :
plus cette différence est faible, plus le COP est élevé. On cherche donc à augmenter la
température de la source froide et à diminuer la température de la source chaude.
Comment faire ?
1.
Diminuer la température du système d’émission de chaleur (source
chaude)
- lors d’une construction : faire le choix d’un plancher chauffant
basse température (température de fonctionnement aux alentours
de 35°C contre 60°C environ avec des radiateurs classiques).
S’orienter vers une
PAC moyenne ou
basse température qui
offrira un COP plus
performant
- lors d’une rénovation : effectuer des travaux sur l’isolation afin de
diminuer la température d’émission des radiateurs existants.
2.
Dimensionner la puissance du compresseur
Le rendement de la PAC est d’autant meilleur que les cycles de
fonctionnement du compresseur sont longs, il faut donc choisir un
compresseur adapté aux besoins de chauffage de la maison.
Dans le cas d’un système d’émission à faible inertie (radiateurs; ventiloconvecteur) ou pour pouvoir gérer 2 zones (radiateurs + Plancher
Chauffant), l’installation d’un ballon tampon peut permettre d’allonger ces
plages de fonctionnement et ainsi d’augmenter le COP.
3.
Effectuer au préalable
un bilan thermique*
afin de connaître la
puissance nécessare
au logement
Optimiser la source froide
Les calories peuvent être puisées soit :
- dans l’air extérieur ou l’air extrait sur VMC
aérothermie,
- dans l’eau de la nappe ou dans le sol par des capteurs horizontaux
ou verticaux
géothermie
Pour optimiser la
source froide, privilégier
la géothermie
Bilan thermique* : il sert à dresser un état des lieux, à préconiser des solutions de maîtrise de l’énergie
et à dimensionner la puissance de chauffage voire les futures consommations. Il peut être réalisé par
l’installateur ou un bureau d’études indépendant.
L’aérothermie
Aujourd’hui il existe 3 principales technologies d’aérothermie
indiquées ici par ordre croissant de performance :
En altitude,
l’aérothermie n’est
pas
recommandée
. « Inverter » : le compresseur est alimenté en intensité variable
permettant :
• d’adapter la puissance en fonction de « l’offre et de la demande »
(meilleur COP)
• de diminuer la puissance appelée au démarrage, limitant ainsi les
chutes de tensions sur le réseau EDF.
Cette technologie courante doit être l’option minimum. En cas de température négative, elle peut
nécessiter un appoint.
. « Power Inverter » : Par un système de double détente du fluide frigorigène, ceci permet de récupérer
plus de calories pour une même consommation d’électricité. Le COP est donc meilleur (+10% en
moyenne)
Cette technologie fonctionne de manière autonome jusqu’à –7°C puis avec appoint jusqu’à –15°C.
. Technologie EVI ou Zubadan : Ce système permet de se passer d’appoint jusqu’à –15°C et de
fonctionner jusqu’à –25°C.
Attention cette technologie, vendue pour être adaptée à nos climats, est cependant gourmande en
énergie lorsque les températures extérieures chutent puisque le COP diminue avec la température
extérieure.
La géothermie
Il est primordial que la source froide (le sol ou l’eau de nappe) puisse
fournir suffisamment de calories tout au long de l’année mais aussi
puisse se régénérer en énergie. Pour cela, afin d’éviter les erreurs
coûteuses, il est indispensable de faire appel à un bureau d’étude
spécialisé pour le dimensionnement de la boucle de captage ainsi que
pour vérifier la comptabilité du sol pour de la géothermie horizontale
(de l’ordre de 500 à 1000€ pour l’étude de sol).
Une étude de sol
est indispensable
PAC et eau chaude sanitaire
L’eau chaude sanitaire peut être réalisée soit :
• par une PAC chauffage avec un complément électrique,
• par une PAC dédiée appelée chauffe eau thermodynamique
• par une PAC haute température assurant le chauffage et l’eau chaude sanitaire : Attention, ce
système n’est pas conseillé lorsque le système d’émission de chauffage est en basse température
(environ 35 C°), car cela consistera à surdimensionner la PAC uniquement pour les besoins d’eau
chaude (60 C°) ce qui engendrera un moins bon COP.
Des PAC adaptées aux maisons très basse consommation ou passives
Des systèmes de PAC peuvent être couplées à une VMC double flux et permettre le chauffage du
logement en finissant de réchauffer l’air neuf impulsé dans celui-ci. La source froide sera l’air extrait
de l’habitat. De tels systèmes même s’ils offrent un COP élevé sont réservés à des bâtiments très
isolés nécessitant une faible puissance (de l’ordre de quelques kW) car le fonctionnement et l’énergie
fournie par la PAC sont limités par le débit d’air extrait.
Le COP donné par votre installateur est calculé par le fabricant dans des conditions de laboratoire
(humidité et température du milieu extérieur maîtrisées).
En réalité, il varie au cours de l’année puisque la température de la source « froide » n’est pas
constante. On considère donc le COP moyen saisonnier qui est le COP sur l’ensemble de la saison
de chauffe.
COP moyen selon système de PAC (Source ADEME)
AEROTHERMIE
Objectifs de COP à
exiger
COP sur plancher
chauffant
COP sur radiateurs
COP sur ventiloconvecteurs
Ordre de prix
d’nstallation €/m²
chauffé
GEOTHERMIE
Air/Air
Air/Eau
Eau de
nappe/Eau
Eau glycolée/Eau
Sol/Eau
Sol/Sol*
X
2,5 à 3
5 à 5,5
3,5 à 4,5
3,5 à 4
4
X
2
3,5 à 4
3
3
X
2,5 à 3
2,5
4
3,5
3,5
X
De 60 à
90
De 65 à
90
De 80 à
130
Horizontale :
85 à 135
Verticale :
145 à 185
En rouge, les COP>3 (Cf commentaire de rendement énergétique ci-dessous**)
de 70 à 100
* Dans une PAC sol/sol, la
quantité de fluide
frigorigène est importante
(environ 10 kg) d‘où un
impact environnemental
considérable.
Un impact environnemental non négligeable
Tout d’abord, une PAC ne peut être considérée comme une énergie renouvelable car elle
nécessite de l’électricité (pour le compresseur), énergie réalisée en France à prés de 90 % par des
sources d’énergies fissiles ou fossiles non renouvelables (uranium, pétrole, gaz, charbon).
D’autre part, pour chaque kWh électrique distribué, il aura fallu prés de 3 kWh d’énergie pour sa
production, lié au rendement des centrales nucléaires ou thermiques et aux pertes de distribution lors
du transport. Pour être valable énergétiquement, il faudra donc que le COP moyen soit bien supérieur
à 3 ** (Cf les PAC concernées dans le tableau ci-dessus).
Ensuite, en hiver, une partie de l’électricité est fabriquée par des centrales thermiques (fuel, gaz
et charbon) en France ou de pays voisins fortement émettrices de CO² (les centrales nucléaires
ne peuvent fournir toute l’électricité à ces périodes de pointe). Une PAC aura donc alors un impact
négatif sur l’effet de serre.
Enfin, la plupart des PAC contiennent un fluide frigorigène ayant un pouvoir de gaz à effet de
serre allant de 1300 à 3600 fois plus élevé que le CO2. Des fuites de ce fluide peuvent être
constatées tout au long de sa vie (de 3 à10 % suivant le système) et lors de son recyclage (25 %).
Plaquette réalisée par l’ASDER, mutualisée au sein du réseau IERA, Info
Energie Rhône-Alpes
Espace Info Energie de la Savoie
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