Comment faire fonctionner les pompes a chaleur le plus efficacement?

Reduisez la facture energetique

Dans le cadre de la transition énergétique, la pompe à chaleur constitue une alternative indispensable pour un chauffage durable des bâtiments. Cependant, on lui reproche de coûter trop cher en électricité et de ne pas être une alternative valable à la chaudière à condensation, par exemple. Il est donc important de la faire fonctionner le plus efficacement possible sur le plan énergétique. Qu'est-ce qui détermine la consommation d'énergie et comment pouvez-vous la limiter au maximum?

Types de pompes à chaleur

Il existe plusieurs types de pompes à chaleur électriques. La distinction est basée sur la source et la configuration (monobloc ou split). Au sein de ces catégories, on peut encore faire une distinction, par exemple les pompes à chaleur eau/eau dans les pompes à chaleur sur nappe phréatique. Mais nous allons nous concentrer ici sur la pompe à chaleur air/eau classique et la pompe à chaleur sol-eau (géothermie).

Quels composants consomment de l’energie?

Compresseur

Le compresseur est un important consommateur d'énergie. Il comprime les vapeurs du fluide frigorigène afin que la pression augmente et qu'on atteigne une température plus élevée. Plus la différence entre la température de la source et la température d'émission est importante, plus le compresseur devra travailler et plus la pompe à chaleur consommera d'électricité.

Une température de source stable, comme avec une pompe à chaleur géothermique, entraînera une pompe à chaleur avec un meilleur rendement. Avec une température de source variable, comme pour les pompes à chaleur air-eau, le rendement dépendra de la température extérieure.

Pompe de circulation

La pompe de circulation a également un impact sur la consommation totale d'énergie. Conformément aux directives européennes, les circulateurs intégrés doivent atteindre un certain rendement. Outre ce rendement, des questions telles que la consommation en mode veille sont prises en compte lors de la détermination d'un label ErP.

Résistance électrique

De nombreuses pompes à chaleur disposent d'un back-up, à savoir une résistance électrique. Ainsi, la pompe à chaleur peut continuer à fournir suffisamment de chaleur si la température extérieure plonge sous la température de calcul (Par exemple -5°C). 

Une résistance peut également être utilisée pour augmenter la température de l'eau chaude sanitaire. Avec une résistance, la température peut être portée à 58 à 60 °C. Il va sans dire que la résistance électrique peut avoir un impact considérable sur l'efficacité globale. Le tout est de dimensionner et de programmer la pompe à chaleur de manière à ce que la résistance soit utilisée le moins possible.

Niveau E

Autrefois, une pompe à chaleur avec une résistance électrique était pénalisée dans le calcul du niveau E du logement. Aujourd'hui, ce n'est plus le cas. Si la pompe à chaleur est correctement sélectionnée en fonction de la perte de chaleur, la consommation supplémentaire de cette résistance électrique reste limitée.

Cependant, la résistance électrique est toujours pénalisée si le calcul montre que la puissance de la pompe à chaleur n'est pas suffisante pour chauffer la maison. 

QUELQUES CONSEILS

• Prévoyez une distance de pose limitée lors de l'installation d'un chauffage par le sol (10 cm ou moins). Une petite distance entre les tubes réduira la température d'alimentation et augmentera l'efficacité de la pompe à chaleur.
• Lorsque l'on utilise des panneaux solaires et un chauffe-eau solaire (combinaison hybride), il est indispensable d’utiliser un réservoir tampon pour le stockage de l'énergie. Utilisez de préférence une commande qui contrôle à la fois l'énergie solaire et la pompe à chaleur. Notez qu'avec un delta T de 5 degrés Celsius (5 °C), un réservoir tampon de 1.000 litres ne peut fournir que 6 kWh.
• La pompe de circulation est connue pour être un gros consommateur. Il peut être intéressant d'appliquer une petite réduction nocturne (max. 1 à 2°C). D'autre part, certains fabricants recommandent, dans une perspective d'avenir, de la faire fonctionner de manière très constante, à basse fréquence et donc aussi la nuit.
• Lorsque vous utilisez un chauffe-eau pour l'eau chaude sanitaire (ECS), il est préférable de prévoir un réservoir de stockage d'un volume plus important à une température plus basse (300 ou 400 litres).
• Mieux vaut prévoir un démarrage en douceur d'un appareil marche/arrêt avec compresseur on/off pour éviter les courants de démarrage élevés. Une pompe à chaleur commandée par un onduleur est caractérisée par un faible courant de démarrage.
• Recommandez toujours l'utilisation d'un compteur de kWh séparé afin que l'utilisateur final puisse contrôler la consommation d'énergie de sa pompe à chaleur.
• Une boucle avec pompe sanitaire consomme de l'énergie et affecte la stratification du réservoir de stockage de l'eau chaude sanitaire. Il faut donc prévoir plusieurs cycles de charge par jour.
• Assurez-vous que les tuyaux entre l'unité intérieure et l'unité extérieure soient bien isolés.
• Prévoyez un débit primaire constant à travers la pompe à chaleur, même si les vannes des différents consommateurs sont fermées.
• Un bon dimensionnement de l'unité en fonction de l'application est crucial. Le surdimensionnement n'est pas bon pour l'efficacité de la pompe à chaleur.
• Utilisez la pompe à chaleur fonctionnant avec de l'air extérieur pour chauffer l'eau chaude sanitaire en journée. Une température extérieure plus élevée améliore l'efficacité et réduit les éventuelles nuisances sonores. En combinaison avec un système PV, vous pouvez donc consommer immédiatement l'électricité produite.

Facteurs environnementaux

Température

Nous avons déjà parlé du compresseur qui doit travailler plus lorsque la différence entre la température de la source et la température d'émission est élevée. Il est donc crucial de maintenir cette différence de température aussi faible que possible.

Avec la géothermie, il est important que les puits soient correctement dimensionnés. Selon les régions, il y a beaucoup ou peu d'énergie disponible dans le sous-sol. La question n'est pas de savoir à quelle profondeur on doit forer mais dans quelle couche de sol. L'écoulement des eaux souterraines et la composition du sous-sol sont importants.

Dans le cas des pompes à chaleur air-eau, l’emplacement de l'unité extérieure est très important. Il faut éviter la recirculation de l'air.

Il va sans dire qu'une pompe à chaleur fonctionne plus efficacement avec des systèmes d'émission à basse température. Par conséquent, le réglage est aussi un facteur important pour l'efficacité du système de chauffage. 

Bien sûr, il ne faut pas sous-estimer l'importance de l'isolation de la maison. En effet, les systèmes d'émission à basse température ne fonctionnent de manière optimale que si peu de chaleur peut être perdue.

Utilisation

Un facteur évident mais souvent sous-estimé dans l'efficacité énergétique des systèmes de chauffage est l'utilisateur. Le système de chauffage aura beau être efficace, si l'utilisateur règle le thermostat à 25 °C au lieu de 20 °C ou prend cinq douches par jour, la consommation d'énergie sera logiquement plus élevée.

Distance entre l’unité intérieure et extérieure

Un autre facteur environnemental influençant l'efficacité d'un système de pompe à chaleur air-eau est la distance entre l'unité intérieure et l'unité extérieure (dans le cas d'un système split). Plus elles sont proches, moins les tuyaux sont espacés et moins il y a de pertes de chaleur. Jusqu'à une longueur de tuyau d'environ cinq mètres, cette perte de chaleur est négligeable. Ensuite, elle augmente rapidement. Afin de limiter au maximum la perte d'efficacité, il est donc préférable d'utiliser des tuyaux de refroidissement bien isolés.

La distance maximale recommandée entre les deux unités est de trente mètres mais il faut alors tenir compte d'une perte d'efficacité d'environ dix pour cent. Cependant, il n'est pas toujours possible de placer les unités à proximité les unes des autres pour des raisons esthétiques mais souvent aussi à cause du bruit produit par l'unité extérieure. A partir de la limite de la parcelle, il faut respecter une certaine norme acoustique. Si cette norme est dépassée ou si la pompe à chaleur dérange les voisins, le client peut se retrouver entraîné dans un conflit désagréable.

La pompe à chaleur proprement dite

Daarnaast is het natuurlijk ook belangrijk dat de warmtepomp zelf goed ontworpen is en degelijk in mekaar steekt. De efficiëntie van de warmtepomp wordt dus voor een groot deel al in de ontwerpfase bepaald.

Bien sûr, il est également important que la pompe à chaleur elle-même soit bien conçue et correctement assemblée. L'efficacité de la pompe à chaleur est donc largement déterminée lors de la phase de conception.

Dégivrage

Dans le cas des pompes à chaleur air-eau, il existe un facteur de consommation supplémentaire pendant une certaine période de l'année: le dégivrage de l'unité extérieure.

A une température extérieure d'environ 2 °C, l'air est très humide. Cette humidité se stocke sur l'unité extérieure et lorsque la température descend en dessous de zéro, l'unité extérieure gèle. La pompe à chaleur peut la dégivrer elle-même, en inversant son circuit de refroidissement et en extrayant la chaleur de la maison. Cette chaleur peut provenir du chauffe-eau ou du chauffage par le sol. Cette dernière option est plus efficace car elle implique une chaleur à basse température qui a été produite avec un bon rendement.

Une disposition correcte de l'évacuation du condensat joue également un rôle majeur dans l'efficacité du dégivrage.

DIMENSIONNEMENT

Lors du dimensionnement du système de pompe à chaleur, il y a plusieurs facteurs à prendre en compte.

Un calcul des pertes de chaleur est toujours effectué en tenant compte des conditions les plus extrêmes, par exemple une température extérieure de -10 °C alors que la chaleur maximale est requise dans chaque pièce de la maison. Sous notre climat, il n'est pas conseillé de baser le choix de la pompe à chaleur là-dessus. En effet, la plupart du temps, il s'agit de +10 °C.

Il est préférable de choisir une pompe à chaleur légèrement plus petite afin qu'elle fonctionne le plus efficacement possible en mi-saison. En hiver, la résistance électrique devra intervenir un peu plus souvent mais ce surcoût limité est très souvent compensé par les gains d'efficacité en mi-saison. Une règle de base peut être qu'une pompe à chaleur air/eau doit être capable de fournir 100% de sa puissance à une température extérieure d'environ -7 °C.

Pompes à chaleur modulantes

Aujourd'hui, les pompes à chaleur air-eau – mais aussi, de plus en plus, les pompes à chaleur géothermiques – sont souvent modulantes. Une pompe à chaleur modulante ne nécessite pas de réservoir tampon et fonctionne de manière beaucoup plus constante qu'une pompe à chaleur qui est sans cesse enclenchée et arrêtée. Cela permet également de réduire l'usure des composants. Le dimensionnement reste donc important mais son impact a été réduit par les pompes à chaleur modulantes.

COP, SCOP, SEER ET SPF

COP | coefficient de performance: Le coefficient de performance indique le rapport entre l'énergie dont une pompe à chaleur a besoin pour extraire l'énergie de l'environnement et la chaleur produite par le système. Supposons qu'une pompe à chaleur ait besoin de 1 kW d'électricité pour produire 5 kW de chaleur, alors cette pompe à chaleur a un rendement ou un COP de 5.

SCOP | coefficient de performance saisonnier: Pour les pompes à chaleur (modulantes), le COP n'est pas très utile, surtout pour comparer les pompes à chaleur. En effet, il n'est pas indiqué si le COP doit être mesuré à pleine charge ou à charge partielle. Et avec une température extérieure non constante, le COP peut fluctuer tout au long de l'année. Le coefficient de performance saisonnier (SCOP) est une meilleure valeur pour comparer les pompes à chaleur en termes d'efficacité. Il mesure le rendement moyen sur toute l'année, en fonction du climat extérieur et de la température d'émission prévue. Plus la valeur SCOP est élevée, plus l'appareil est économique.

 SEER | ratio d’efficacité énergétique saisonnier: Le Seasonal Energy Efficiency Ratio (SEER) est comparable à la valeur SCOP sauf qu'il s'agit de l'efficacité saisonnière en matière de refroidissement au lieu du chauffage.

 SPF | coefficient de performance saisonnier: Le Seasonal Performance Factor (SPF) ou coefficient de performance saisonnier indique l'efficacité réelle d'une application spécifique de la pompe à chaleur et est calculé sur l'ensemble de la saison de chauffage. Les éventuels périphériques sont également pris en compte. Les fabricants ne peuvent donc pas utiliser ce coefficient pour faire la publicité de leurs pompes à chaleur. Le SPF est l'un des paramètres utilisés pour déterminer le niveau E d'un logement.

REGLAGE

Programmation intelligente

Comme pour une chaudière classique, une programmation intelligente des pompes à chaleur est cruciale afin d'éviter une consommation d'énergie inutile. En combinaison avec des panneaux photovoltaïques, il est possible de réaliser de nombreuses économies en faisant fonctionner la pompe à chaleur lorsque les panneaux produisent beaucoup d'électricité. La plupart des fabricants proposent ce genre de ‘fonction d'auto-consommation’.

En fonction de la météo

En outre, les réglages en fonction de la météo constituent la norme chez chaque fabricant. Un capteur est utilisé pour mesurer la température extérieure afin de faire fonctionner la pompe à chaleur en conséquence.

L'étape suivante pourrait être que la température ne soit plus mesurée avec un capteur externe mais soit transmise en ligne depuis le serveur du fabricant. Il sera peut-être possible à l'avenir de travailler avec les prévisions météorologiques, ce qui permettrait à la pompe à chaleur de mieux anticiper l'évolution de la température extérieure.

Fluide frigorigene

Il faut s'attendre à ce que les fluides frigorigènes deviennent eux aussi encore plus efficaces. Cela contribuera également à l'efficacité énergétique globale de la pompe à chaleur.

Tarif capacitaire 2022

A partir de 2022, le VREG, le régulateur flamand du marché de l'électricité et du gaz, introduira le tarif de capacité. Cela signifie que les coûts du réseau seront en grande partie calculés sur base de la consommation de pointe et non plus sur base des kWh achetés. Ceux qui étalent leur consommation seront avantagés sur base annuelle avec ce nouveau tarif. Mais reste à savoir quel sera son effet sur les pompes à chaleur. Le VREG est convaincu qu'il facilitera la mise en place de systèmes durables mais les fabricants se méfient encore des promesses pour l'instant.

Dans tous les cas, il sera nécessaire de faire fonctionner les pompes à chaleur aux bons moments. Les fabricants devront donc se concentrer sur les possibilités de programmation intelligente de leurs pompes à chaleur. Il est également probable qu'on continuera à viser un fonctionnement constant à faible puissance. Bien sûr, il sera toujours avantageux d’utiliser le courant photovoltaïque produit pour faire fonctionner la pompe à chaleur.

Peut-être que d'autres pompes à chaleur avec réservoir tampon seront également installées afin qu'une partie de l'énergie puisse être stockée pour une consommation ultérieure.

Au départ, il était aussi question d'un tarif pour l'injection d'énergie solaire dans le réseau. Ces plans ont été reportés pour une durée indéterminée.