Dimensionnement pompe à chaleur Air/Eau

Comment choisir et calculer une pac en fonction des déperditions de l'habitation et calculer le chauffage d'appoint si nécessaire.


Une PAC air extérieur/eau ne fonctionne quasiment jamais en mono générateur car quand les températures extérieures sont très basses, la puissance de la PAC diminue de façon significative alors que les besoins calorifiques augmentent.

Puissance calorifique PAC

On constate que malheureusement, l'évolution de la puissance fournie par la PAC se fait en sens contraire de la puissance appelée par le bâtiment, la puissance de la PAC diminue de façon significative alors que la température extérieure baisse. Dimensionner une PAC capable de fournir la chaleur nécessaire par - 10°C extérieur générerait une puissance beaucoup trop élevée en mi-saison. Elle serait coûteuse à l'investissement et fonctionnerait alors durant de courtes périodes, avec une performance réduite.

On utilisera donc une pompe à chaleur bivalente. La PAC fournit la totalité des besoins calorifique jusqu'à la température d'équilibre en dessous de laquelle l'installation fonctionne en mode bivalent (la pompe à chaleur augmente la température de retour du chauffage et le second générateur de chaleur assure le complément). Cette température d'équilibre peut être déterminée sur base des graphiques de performance des appareils fournis par les constructeurs.
On se munira donc de la courbe de puissance calorifique de la PAC pour la température d'eau souhaitée (ici 35°C) sur laquelle on reportera la droite de déperdition de l'habitation.
Prenons par exemple une habitation de 150 m2, une température de confort égale à +20°C, une température de base extérieure minum de -8°C et un coefficient d'isolation du batiment de 1,1. La déperdition de l'habitation sera :
Déperdition en kw = coeff isolation x surface x hauteur sous plafond x (Tconfort-Tbase)/1000 = 11,55 KW.

Dimensionnement PAC

Le point d'équilibre étant le croissement des deux courbes, il sera à -3,5°C, la pac fournit alors 9,8 kw.
La puissance du générateur d'appoint sera calculer de sorte que la puissance calorifique de la PACà Tbase + la puissance d'appoint = 120% de déperditions. Dans le cas exemple elle sera (11,55-8)x1,2 soit 4,26 KW.
Dans un système bivalent, pour une PAC air/eau, un ordre de grandeur acceptable économiquement de 70-80 % de la puissance maximale nécessaire ( à Tbase) dans le bâtiment est souvent employé. Ici on recherchera une pac capable de fournir 11.55x0.7=8,09kw à -8°C pour une sortie d'eau à 35°C dans le catalogue des constructeurs puis on effectuera les calculs çi-dessus

Recommandations

Les conditions d'intégration d'une PAC dans une installation existante impliquent aussi de connaître la température de départ d'eau de chauffage pour s'assurer que les radiateurs peuvent dispenser toute l'énergie que peut produire la PAC. Cette condition est souvent remplie car les installations anciennes sont souvent équipées avec des radiateurs "surdimensionnés.Pour ces raisons, il est indispensable que la PAC soit raccordée à l'endroit où la température de l'eau de l'installation est minimale. Toutefois, il existe un autre point à vérifier : l'écart de température entre l'entrée et la sortie d'eau de chauffage de la PAC. Cette dernière est en effet conçue pour fonctionner avec un écart de 5 à 7°C, alors que l'installation existante travaille avec un écart de l'ordre de 15 à 20°C. Il est donc indispensable d'installer un ballon qui est destiné d'une part à augmenter le volume d'eau dans l'installation afin de limiter le fonctionnement en court cycle du compresseur ( plus le volume d'eau est important, plus le nombre de démarrages du compresseur sera réduit et plus sa durée de vie sera longue), d'autre part d'assurer une réserve d'énergie pour les phases de dégivrage. Le volume préconisé est au minimum de 10l/kw.
La température de départ de l'eau de la PAC devra être la plus basse possible. Un sortie à 35°C permet d'avoir un COP plus élevé qu'à 55°C donc un coût d'exploitation plus faible. Voir courbe çi-dessous.

Cop en fonction de la température d'eau de sortie

La PAC air/eau est confronté au problème du givrage de l'évaporateur quand la température de l'air extérieure approchent des 5°C et qu'il est chargé d'humidité (le pire étant le brouillard givrant). L'humidité va rapidement se transformer en givre ou en glace et va obstruer l'évaporateur ce qui va demander un dégivrage. Les pertes provoquées par le dégivrage de l'évaporateur sont difficiles à évaluer avec précision car elles sont variables en fonction de la programmation des paramètres de dégivrage. L'énergie dépensée pour la fonte du givre est généralement fournie par la pompe à chaleur qui, pour l'occasion, fonctionne en sens inverse. Il n'est pas rare de voir des pompes à chaleur dont le système de détection du givre est mal réglé et la durée de dégivrage trop longue. Il s'en suit des consommations d'énergie excessives qui peuvent conduire à des COP inférieurs à 1.

L'installation d'une PAC peut entraîner une modification de la puissance électrique souscrite ou un changement de branchement qui, de monophasé, devrait devenir triphasé.