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Généralités sur les pompes à chaleur (PAC)
Généralités sur les pompes à chaleur (PAC)
Par rapport au chauffage électrique, une pompe à chaleur (PAC) permet d'obtenir autant de chaleur en utilisant théoriquement jusqu'à cinq fois moins d'électricité. Mais si la PAC travaille dans de mauvaises conditions, elle peut consommer presqu'autant de courant qu'un chauffage électrique.
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Pompe à chaleur (PAC) électrique puisant sa chaleur dans l'environnement (air, sol ou eau) avec un circuit d'échange de chaleur (à gauche). Au coeur de la PAC, un système mécanique comprime et détend un gaz, ce qui permet de "concentrer" la chaleur qui est transmise finalement au circuit de chauffage. On peut comparer une PAC à un frigo qui serait au dehors avec sa porte ouverte, mais dont le radiateur serait dans le logement: le logement se réchauffe, alors que l'extérieur se refroidit.
La pompe à chaleur (PAC) porte bien son nom: car elle "pompe" littéralement des calories dans le milieu extérieur – sol, air ou eau – pour les restituer à l'intérieur du bâtiment: en résumé, elle refroidit l'extérieur pour réchauffer l'intérieur. Pour faire ce travail, elle utilise un compresseur électrique (il existe aussi des PAC à gaz) et un circuit rempli de gaz synthétique (comme dans un frigo), de propane ou de CO2 qui passe de l'état gazeux à l'état liquide en fonction de la pression.
Les différents types de pompes à chaleur
Les différents modèles de PAC sont dénommés en fonction des deux milieux où sont puisés et transmis la chaleur. Une PAC "air/eau" prend la chaleur dans l'air extérieur et chauffe l'eau du circuit de chauffage central. Une PAC "sol/eau" prend la chaleur dans le sol et chauffe l'eau du circuit de chauffage. Et une PAC "eau/eau" prend la chaleur dans un lac, une rivière ou une nappe d'eau souterraine et chauffe l'eau du circuit de chauffage. La PAC "air/air", qui prend la chaleur dans l'air extérieur et insuffle de l'air chaud à l'intérieur, est très peu efficace, car l'échange de chaleur avec un circuit d'air se fait beaucoup moins bien qu'avec un circuit d'eau. Elle n'est donc pas recommandée pour les bâtiments d'habitation ou de bureaux.
À gauche: pompe à chaleur air/eau qui soutire de la chaleur dans l'air ambiant. Au milieu: pompe à chaleur eau/eau qui soutire de la chaleur dans une nappe d'eau souterraine. À droite: pompe à chaleur sol/eau qui soutire de la chaleur dans le sous-sol. Les températures sont données à titre d'exemple; elles peuvent varier en fonction de la nature du terrain, des conditions climatiques et du réglage des installations de chauffage.
Le rendement des pompes à chaleur
Le rendement d'une PAC dépend de sa technologie et de la différence de températures entre la source extérieure et celle du circuit de chauffage. Plus l'écart de température est petit, meilleur est le rendement. Ainsi, les différents modèles de PAC se distinguent par leur "coefficient de performance" (COP) qui donne le rapport entre l'électricité consommée et la chaleur produite, pour une certaine différence de température. Par exemple, lorsque la documentation de la pompe indique "COP 4,5 (B0/W35)", cela signifie que, pour une température du sol de 0°C et une température de l'eau de chauffage de 35°C, la PAC produit 4,5 kWh de chaleur pour 1 kWh d'électricité – c'est 4,5 fois plus efficace qu'avec un chauffage électrique direct. Mais, davantage que le COP, il faut considérer le COPA, autrement dit la performance de la pompe à chaleur sur toute une année. En effet, durant les jours très froids, le rendement d'une PAC peut fortement baisser, surtout s'il s'agit d'un modèle "air/eau".
Chaleur de l'air
Chaleur du sol
Chaleur de l'eau
Les conditions favorables au bon rendement d'une pompe à chaleur
Pour qu'une pompe à chaleur soit efficace, on a donc intérêt à avoir un bâtiment bien isolé, et si possible avec un chauffage par le sol, car la température de l'eau de chauffage peut y être plus basse (35°C) que dans des radiateurs conventionnels (50 à 70°C) – parce que la surface d'échange des radiateurs est plus petite que celle d'un plancher. Ainsi, lorsqu'on rénove un bâtiment muni de radiateurs et qu'on veut le chauffer à basse température, il faut soit changer les radiateurs pour des modèles de plus grande surface, soit ajouter des radiateurs pour augmenter la surface totale d'échange (voir Quitter le mazout pour une pompe à chaleur "air/eau").
Avec une PAC, on a aussi intérêt à ce que la température de la source de chaleur extérieure soit, au coeur de l'hiver, la plus haute possible. Il est important que le modèle de la PAC et sa puissance soient adaptés aux besoins de chaleur du bâtiment et aux températures nécessaires à son circuit de chauffage.
Monovalent ou bivalent
Lorsque les spécialistes du chauffage disent qu'une PAC fonctionne en mode "monovalent", cela signifie qu'elle fournit à elle seule la totalité de la chaleur nécessaire au bâtiment. Une PAC en mode "bivalent" fonctionne en tandem avec une autre source de chaleur (par exemple une chaudière à bois, à gaz ou au mazout) capable de prendre le relais par grand froid. Lorsqu'on installe une PAC "air/eau" dans un bâtiment partiellement rénové, il peut être judicieux de conserver son ancienne chaudière à combustible. Un système de chauffage bivalent peut aussi être envisagé pour un bâtiment situé dans un climat très froid.
PAC Système-Module
Pour garantir à un propriétaire que son installation de chauffage avec pompe à chaleur fonctionne parfaitement, les principaux professionnels de la branche (fabricants, importateurs, installateurs, ingénieurs en technique du bâtiment, associations professionnelles) et SuisseEnergie ont mis en place le PAC Système-Module. Il s'agit d'un ensemble de procédures, de certifications et de bonnes pratiques qui assurent que la PAC possède un certificat de qualité reconnu, qu'elle soit adaptée au bâtiment et à ses besoins de chaleur, et qu'elle soit parfaitement raccordée au réseau de chauffage. Cette garantie de performance assure aussi que l'installation est réglée de façon optimale, et que le propriétaire a reçu le mode d'emploi et des explications sur son fonctionnement.
Une pompe à chaleur en tandem avec l'énergie solaire
Une PAC de chauffage sert généralement aussi à produire l'eau chaude sanitaire. Dans une maison bien isolée, elle va dépenser sur l'année environ autant d'électricité pour produire cette eau chaude que pour le chauffage, puisque l'eau du robinet est, toute l'année, à une température plus élevée que celle de l'eau du circuit de chauffage. D'où l'intérêt d'associer la PAC à des capteurs solaires thermiques.
Cependant, beaucoup de propriétaires équipés de tels capteurs ne sont pas attentifs à la météo. Ils gardent toute l'année les mêmes réglages pour piloter leur installation: durant la nuit, ils laissent leur PAC profiter du tarif de nuit de l'électricité pour accumuler de l'eau chaude dans le chauffe-eau. Si bien que lorsque survient le jour et le soleil, les panneaux solaires thermiques ne servent plus à grand chose. C'est la raison pour laquelle il est plutôt recommandé d'adjoindre des panneaux photovoltaïques (producteur d'électricité) avec une pompe à chaleur.
Dans l'idéal, bien sûr, un bâtiment comporte à la fois des capteurs solaires thermiques et des panneaux photovoltaïques (ou des panneaux solaires "hybrides" qui cumulent les deux fonctions) pour participer à la production décentralisée d'électricité; et son installation est réglée pour économiser l'électricité et tirer le meilleur parti du soleil. C'est d'ailleurs avec ces deux types de panneaux solaires qu'un bâtiment Minergie-A peut, sur l'ensemble de l'année, produire davantage d'énergie qu'il en consomme.
www.pac.ch, Groupement professionnel suisse pour les pompes à chaleur
www.pac-systeme-module.ch, garantie de performance pour que l'installation de chauffage fonctionne parfaitement