Puissance de la pompe à chaleur : comment la dimensionner ?

Monovalent, bivalent et mono-énergie : 3 configurations possibles pour une pompe à chaleur

Comment choisir la puissance d'une pompe à chaleur ? Quelques rares pompes à chaleur telles que Yutaki S80 sont à puissance constante quelle que soit la température extérieure. Leur prix est plutôt élevé, car elles embarquent deux compresseurs au lieu d'un pour maintenir leur puissance quand la température chute. Et toutes les maisons n'en ont pas besoin, cela dépend de leur configuration.

L'immense majorité des pompes à chaleur installées est équipée d'un seul compresseur. Elles ont un point commun : leur puissance baisse au fur et à mesure que l'air extérieur se refroidit. Souvenez-vous : la PAC tire l'énergie de l'air extérieur. Plus il est froid, moins il contient d'énergie. Heureusement, on tient compte de cette particularité lorsqu'on dimensionne une pompe à chaleur, c'est-à-dire quand on choisit sa puissance. Il existe 3 configurations possibles : monovalent, mono-énergie, et bivalent.

Le mode monovalent

Le mode monovalent représente une faible proportion des installations de pompe à chaleur, plutôt réservé aux constructions neuves et aux planchers chauffants.

Dans le mode monovalent, on choisit la puissance de la pompe à chaleur pour qu'elle soit capable de couvrir toute seule, sans aucun appoint, 100 % du besoin de chauffage de la maison, tout l'hiver, y compris les 5 jours par an où la température moyenne est inférieure à la température extérieure de référence.

Compte tenu de la baisse de puissance de la pompe à chaleur au fur et à mesure de la baisse des températures extérieures, le mode monovalent oblige à choisir une pompe à chaleur de très forte puissance.

Avantage du mode monovalent : la pompe à chaleur fonctionne uniquement en mode thermodynamique, sans jamais faire appel à aucun appoint (électrique ou chaudière). Sa consommation est donc réduite au seul fonctionnement du compresseur, et la facture d'énergie s'en trouve réduite. Cet avantage doit toutefois être mis en balance avec le surinvestissement nécessaire à l'acquisition d'une pompe à chaleur de puissance supérieure, et avec le nombre d'heures au cours desquelles l'appoint aurait été nécessaire.

Inconvénients du mode monovalent : le premier est le surcoût à l'investissement lié à la puissance de la pompe à chaleur, supérieure à celle des autres modes. Le second est lié à la puissance minimale de la pompe à chaleur, en dessous de laquelle l'inverter ne sert plus à rien, et où la PAC fonctionne en mode tout ou rien, alternant les cycles d'allumage / extinction.

Le mode Bivalent

Le mode bivalent est le type le plus courant d'installations de pompe à chaleur, fréquemment rencontré en rénovation.

Dans le mode bivalent, lorsque le besoin de chauffage de la maison devient supérieur à la puissance de la pompe à chaleur, au fur et à mesure de la baisse des trempératures extérieures, on fait appel à un appoint. Ceci se produit à la température dite de bivalence (voir graphique en haut de page).

Avantage du mode bivalent : on peut choisir une pompe à chaleur dont la puissance est adaptée au besoin calorifique de la maison pendant le plus grand nombre d'heures, et ainsi tirer parti de sa capacité à moduler sa puissance.

Selon le type d'appoint choisi, le mode bivalent peut correspondre à deux types d'installations bien différents :

Bivalent avec relève de chaudière

La "relève de chaudière" désigne tout simplement le fait que la pompe à chaleur va venir "relever", c'est-à-dire accompagner, aider, compléter, la chaudière existante. Dans les faits, c'est plutôt l'inverse qui se produit : la pompe à chaleur va fournir toute la chaleur nécessaire 80% du temps, et les 20% restant c'est la chaudière qui fournira le complément.

Avantage de la relève de chaudière : on peut choisir une pompe à chaleur dont la puissance est adaptée au besoin calorifique de la maison 80% du temps, et ainsi réduire le coût d'investissement si la chaudière d'appoint est déjà présente.

Inconvénient du mode bivalent : dans le neuf, à la construction, ce type de configuration oblige à l'achat simultané d'une pompe à chaleur et d'une chaudière.

Même si la chaudière est déjà présente, l'intérêt de la conserver doit être évalué en fonction de l'énergie qu'elle utilise.

• Si la chaudière d'appoint fonctionne au gaz naturel : cela peut être intéressant de la conserver, mais oblige à maintenir un abonnement pour une utilisation pendant un très faible nombre d'heures.
• Si la chaudière d'appoint fonctionne au fioul : cela peut être une bonne alternative, éventuellement temporaire. En effet, lorsque le prix du fioul aura tellement augmenté qu'il deviendra plus intéressant de faire appel à l'électricité pour fournir l'appoint, le propriétaire pourra toujours s'en remettre aux appoints électriques intégrés à la pompe à chaleur... à condition d'avoir choisi un modèle qui les intègre, comme Yutaki S de Hitachi.
• Si la chaudière d'appoint fonctionne au propane : il n'y a aucun intérêt à la conserver, puisque le kWh de propane coûte d'ores et déjà plus cher que le kWh d'électricité. Dans ce cas autant s'en remettre immédiatement aux appoints électriques intégrés.

Bivalent en mode mono-énergie ou monoénergétique

Le mode mono-énergie est une variante du mode bivalent, où la puissance de la pompe à chaleur doit également être complétée en dessous d'une certaine température extérieure. Mais cette fois, l'appoint est fourni par un appoint électrique, d'où le terme mono-énergie, puisque la pompe à chaleur comme l'appoint utilisent tous deux la même énergie : l'électricité.

L'appoint électrique peut être fourni par une chaudière électrique d'appoint, par un réchauffeur situé en aval de la pompe à chaleur, ou bien peut être intégré à l'unité intérieure de la pompe à chaleur, comme c'est le cas pour Yutaki S de Hitachi.

Avantage du mode mono-énergétique : la simplicité de l'installation, son coût d'acquisition plus faible que les autres modes, et son coût d'exploitation finalement assez faible si l'installateur a pris le soin de choisir une puissance de pompe à chaleur suffisante pour minimiser le temps pendant lequel on doit avoir recours à l'appoint. Dans ce domaine, le COSTIC préconise que :

• la pompe à chaleur doit être capable de fournir seule environ 80% du besoin calorifique de la maison.

• la pompe à chaleur + l'appoint doivent être capables de fournir ensemble environ 120% du besoin calorifique de la maison.

Notre avis sur le mode de dimensionnement à retenir

Sur le graphique représentant la puissance d'une pompe à chaleur et le besoin calorifique de la maison en haut de cette page, une autre courbe est présente : celle du nombre d'heures pour chaque température extérieure. Pour vous permettre de mieux visualiser cette donnée, la voici représentée sur un graphique de la répartition annuelle des températures à Pamiers, du 15 octobre au 15 mai, c'est-à-dire pendant la saison de chauffage. 

On constate ainsi très facilement que la température en dessous de laquelle la pompe à chaleur doit faire appel à un dispositif d'appoint, qu'il s'agisse du mode bivalent ou du mode mono-énergétique, est finalement très restreint. A condition, nous le répétons, d'avoir choisi une pompe à chaleur dont la puissance couvre a minima 80% du besoin calorifique de la maison.

Ce graphique permet aussi de relativiser l'intérêt de recourir à une pompe à chaleur qui couvrirait seule 100% du besoin de chauffage à -7°C (la température de référence à Pamiers), mais qui serait surdimensionnée l'immense majorité du temps...

Il existe autant de bonnes solutions qu'il existe de configurations de maison différentes. On ne choisira pas la même solution dans une maison récente sur plancher chauffant et dans une maison ancienne dont l'isolation peut difficilement être améliorée ou de très grande taille.

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