Dimensionner une pompe à chaleur : du bilan thermique à la bonne puissance
Pourquoi la bonne puissance est déterminante
Une pompe à chaleur de 6 kW coûte moins cher qu'une de 12 kW – mais convient-elle au bâtiment ? La réponse se trouve dans le bilan thermique : il détermine la puissance de chauffage nécessaire pour une maison lors des jours les plus froids de l'année.
Une pompe à chaleur sous-dimensionnée ne parvient pas à maintenir les pièces au chaud par temps de gel. L'appoint électrique s'enclenche – et fait grimper les coûts d'électricité. Une pompe à chaleur surdimensionnée, en revanche, cycle constamment : elle s'allume, atteint rapidement la température cible, s'éteint, refroidit, se rallume. Ce va-et-vient sollicite le compresseur et réduit l'efficacité de 10 à 15 %.
Cet article présente trois méthodes pour déterminer la bonne puissance : le calcul professionnel des déperditions, la méthode par règle empirique et l'estimation à partir de la consommation énergétique antérieure.
Étape 1 : Déterminer les déperditions thermiques
Les déperditions thermiques représentent la puissance de chauffage en kilowatts qu'un bâtiment nécessite à la température extérieure la plus basse de l'année (température extérieure de base) pour maintenir la température intérieure souhaitée. Elles constituent la base de tout dimensionnement de pompe à chaleur.
La référence : calcul selon EN 12831
La méthode la plus précise est un calcul des déperditions pièce par pièce selon EN 12831. On y relève pour chaque pièce les déperditions par transmission (à travers les murs, fenêtres, toit, plancher) et les déperditions par ventilation. La température extérieure de base régionale, l'emplacement du bâtiment et les températures intérieures souhaitées sont également pris en compte.
Conseil : Avec notre calculateur de déperditions gratuit, vous pouvez calculer vous-même les déperditions de votre bâtiment – pièce par pièce et selon les normes.
La méthode par règle empirique
Lorsqu'un calcul détaillé n'est pas possible, une estimation approximative basée sur la surface habitable et le type de bâtiment peut aider :
Formule : Déperditions (kW) = Surface habitable (m²) × déperditions spécifiques (W/m²) ÷ 1 000
Les déperditions spécifiques dépendent fortement du niveau d'isolation :
| Type de bâtiment | Déperditions spécifiques | Exemple 150 m² |
|---|---|---|
| Maison passive | 10–15 W/m² | 1,5–2,3 kW |
| Construction neuve basse consommation | 25–35 W/m² | 3,8–5,3 kW |
| Construction neuve standard | 35–45 W/m² | 5,3–6,8 kW |
| Ancien bien rénové | 50–70 W/m² | 7,5–10,5 kW |
| Ancien partiellement rénové | 70–100 W/m² | 10,5–15 kW |
| Ancien non isolé | 100–150 W/m² | 15–22,5 kW |
Exemple de calcul : Un ancien rénové de 150 m² avec 60 W/m² donne : 150 × 60 ÷ 1 000 = 9 kW de déperditions.
Estimation à partir de la consommation énergétique
Ceux qui connaissent leurs coûts de chauffage précédents peuvent aussi déduire les déperditions de la consommation annuelle. La conversion s'effectue via les heures de fonctionnement à pleine charge – environ 2 000 heures par an pendant lesquelles un système de chauffage fonctionne théoriquement à pleine puissance.
Pour le gaz naturel : Déperditions (kW) = Consommation annuelle (kWh) ÷ 2 000
Pour le fioul : Déperditions (kW) = Consommation annuelle (litres) × 10 ÷ 2 000
Exemple gaz naturel : Avec 20 000 kWh de consommation de gaz : 20 000 ÷ 2 000 = 10 kW de déperditions.
Exemple fioul : Avec 2 000 litres de fioul : 2 000 × 10 ÷ 2 000 = 10 kW de déperditions.
Remarque : Cette méthode ne fournit que des valeurs indicatives. La consommation réelle dépend du comportement des utilisateurs et des conditions météorologiques. Un calcul des déperditions selon les normes est plus fiable pour le dimensionnement d'une pompe à chaleur.
Étape 2 : Prendre en compte les majorations
Les déperditions pures ne suffisent pas pour dimensionner une pompe à chaleur. Deux facteurs supplémentaires doivent être intégrés : la production d'eau chaude sanitaire et les éventuelles périodes de délestage du fournisseur d'énergie.
Production d'eau chaude sanitaire
Si la pompe à chaleur doit également chauffer l'eau sanitaire, une puissance supplémentaire doit être prévue. La VDI 4645 recommande environ 0,25 kW par personne dans le foyer comme règle empirique.
| Taille du foyer | Majoration eau chaude |
|---|---|
| 2 personnes | 0,5 kW |
| 3 personnes | 0,75 kW |
| 4 personnes | 1,0 kW |
| 5 personnes | 1,25 kW |
Pour les foyers à forte consommation d'eau chaude (bains quotidiens, plusieurs douches simultanées), la majoration peut être plus élevée.
Périodes de délestage
De nombreux fournisseurs d'énergie proposent des tarifs d'électricité avantageux pour les pompes à chaleur. En contrepartie, ils peuvent couper la pompe à chaleur à certaines heures – typiquement trois fois par jour pendant deux heures chacune, soit six heures au total par jour.
Pendant la période de délestage, le bâtiment doit puiser dans la chaleur stockée. Pour que la pompe à chaleur produise suffisamment de chaleur pendant les 18 heures restantes, elle a besoin de plus de puissance.
Formule : Puissance supplémentaire = Déperditions × (Temps de délestage en heures ÷ 24)
Exemple de calcul : Avec 9 kW de déperditions et 6 heures de délestage : 9 × (6 ÷ 24) = 9 × 0,25 = 2,25 kW de puissance supplémentaire.
Les pompes à chaleur modernes avec un grand ballon tampon peuvent souvent compenser les périodes de délestage sans puissance supplémentaire. Avec un plancher chauffant, la masse du bâtiment elle-même fait office de stockage.
Étape 3 : Calculer la puissance totale
En combinant tous les facteurs, on obtient la puissance de pompe à chaleur requise :
Puissance totale = Déperditions + Majoration eau chaude + Majoration délestage
Exemple pratique détaillé
Une maison individuelle doit être équipée d'une pompe à chaleur :
| Données du bâtiment | Valeur |
|---|---|
| Surface habitable | 160 m² |
| Année de construction, rénovation | 1985, isolation 2015 |
| Déperditions spécifiques | 55 W/m² |
| Personnes dans le foyer | 4 |
| Délestage fournisseur | 6 heures/jour |
Calcul :
| Poste | Calcul | Résultat |
|---|---|---|
| Déperditions | 160 m² × 55 W/m² ÷ 1 000 | 8,8 kW |
| Eau chaude | 4 personnes × 0,25 kW | 1,0 kW |
| Délestage | 8,8 kW × (6 ÷ 24) | 2,2 kW |
| Total | 12,0 kW |
Une pompe à chaleur d'une puissance nominale de 10 à 12 kW serait appropriée ici. La plupart des fabricants proposent des appareils par paliers de puissance comme 8, 10, 12 ou 14 kW.
Valeurs de référence par type de bâtiment
| Type de bâtiment | Surface | Déperditions | Avec majorations | PAC recommandée |
|---|---|---|---|---|
| Maison passive | 140 m² | 2,0 kW | 3,5 kW | 4–5 kW |
| Construction neuve standard | 150 m² | 6,0 kW | 8,5 kW | 8–10 kW |
| Ancien rénové | 160 m² | 8,8 kW | 12,0 kW | 10–12 kW |
| Ancien partiellement rénové | 180 m² | 14,4 kW | 18,5 kW | 16–18 kW |
| Ancien non isolé | 150 m² | 18,0 kW | 22,5 kW | 20–24 kW |
Erreurs courantes de dimensionnement
Problème : Surdimensionnement
L'idée répandue « Mieux vaut plus de puissance, comme ça je suis tranquille » pose problème avec les pompes à chaleur. Une pompe à chaleur surdimensionnée atteint la température cible trop rapidement et s'arrête. Peu après, la température baisse, la pompe à chaleur redémarre. Ce phénomène appelé cyclage présente plusieurs inconvénients : le compresseur s'use plus vite à cause des démarrages fréquents, l'efficacité chute de 10 à 15 %, et les coûts d'acquisition étaient inutilement élevés.
Les pompes à chaleur modernes à inverter peuvent certes réduire leur puissance, mais elles ont aussi une puissance minimale. Si la demande réelle est en permanence en dessous de ce seuil, les appareils à inverter cyclent également.
Problème : Sous-dimensionnement
Une pompe à chaleur trop petite ne parvient pas à chauffer la maison les jours froids. L'appoint électrique s'enclenche – avec un COP de 1,0 au lieu de 3-4. Avec une utilisation fréquente de l'appoint, les coûts d'électricité augmentent sensiblement et le confort en souffre.
La règle d'or
Les planificateurs expérimentés dimensionnent les pompes à chaleur plutôt justes que généreuses. Lors de quelques jours très froids par an, l'appoint peut fournir un soutien ponctuel – c'est plus économique qu'une installation en permanence surdimensionnée. Pour les pompes à chaleur à inverter avec une plage de modulation de 30 à 100 %, un dimensionnement à 90-100 % des déperditions calculées est judicieux.
Conclusion
L'essentiel : La bonne puissance de pompe à chaleur résulte des déperditions thermiques du bâtiment plus les majorations pour l'eau chaude sanitaire et les éventuelles périodes de délestage. Les déperditions peuvent être déterminées par un calcul normalisé selon EN 12831, par des règles empiriques basées sur la surface habitable, ou à partir de la consommation énergétique antérieure. L'essentiel est de ne dimensionner ni trop grand ni trop petit – une pompe à chaleur adaptée aux déperditions fonctionne plus efficacement et dure plus longtemps qu'un appareil surdimensionné qui cycle constamment.
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Ceux qui souhaitent vérifier l'efficacité de leur pompe à chaleur après l'installation trouveront des conseils pratiques sur la courbe de chauffe et l'équilibrage hydraulique dans l'article Optimisation & réglages. Les différents modes de fonctionnement – monovalent, bivalent, hybride – sont expliqués dans un article séparé.
Sources
- EN 12831-1 : Calcul des déperditions thermiques
- VDI 4645 : Planification et dimensionnement des installations de chauffage avec pompes à chaleur
- VDI 4650 : Calcul du coefficient de performance saisonnier
- Association allemande des pompes à chaleur : Calculateur déperditions
- Association allemande des pompes à chaleur : Calculateur SPF
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