Bien calculer les pertes de chaleur et le dimensionnement d'une pompe à chaleur
Un facteur décisif lors de la conception d'un système de chauffage efficace consiste à en déterminer la capacité correcte. Le surdimensionnement a longtemps été une pratique courante pour éviter les problèmes de confort en hiver. Cependant, cela n'est plus pertinent pour les bâtiments bien isolés et peut même entraîner des problèmes divers. Une puissance élevée, par exemple, entraîne des va-et-vient, car l'appareil doit être allumé et éteint fréquemment, ce qui nuit à l'efficacité et à la durée de vie du système. Ce problème s'applique à tous les appareils de chauffage, mais il est plus prononcé dans les installations de pompes à chaleur, où chaque kilowatt se traduit par un coût d'investissement plus élevé.
Le KCE, KennisCentrum Energie, est un centre d'expertise multidisciplinaire de la haute école Thomas More qui se concentre sur la gestion des systèmes énergétiques dans les bâtiments et dans l'horticulture en serre. Une sous-activité du centre de connaissances est le développement d'outils pratiques pouvant être utilisés par les installateurs et les concepteurs de bâtiments et de systèmes techniques. Récemment, nos outils de dimensionnement pour les bâtiments ont fait peau neuve, avec notamment un nouvel outil permettant de calculer rapidement les pertes de chaleur sur la base des données PEB et un outil de dimensionnement pour les installations de pompes à chaleur. Un aperçu de cette nouvelle page avec tous les outils du KCE se trouve à l'adresse kce.thomasmore.be/tools-batiments.
Calcul des pertes de chaleur ou de la charge thermique
La première étape du choix d'une installation consiste à déterminer la charge thermique (c'est-à-dire les pertes de chaleur par transmission et ventilation, y compris la capacité de chauffage le cas échéant) aussi correctement que possible. Cela implique divers aspects de la construction de la maison qu'il est important d'évaluer correctement. Dans la plupart des logements, les pertes de transmission sont le principal facteur déterminant. Il s'agit des pertes de chaleur à travers les murs, les toits, les sols et les fenêtres de la maison. Elles varient fortement d'une maison à l'autre, en fonction de la taille, de la compacité et de la valeur d'isolation du bâtiment.
Outre les pertes de transmission, il existe également des pertes de ventilation. Elles peuvent être de deux natures différentes: d'une part, vous disposez d'une ventilation mécanique consciente qui assure un climat intérieur confortable à tout moment. Cela peut se faire de différentes manières, mais les systèmes de ventilation les plus courants sont les ventilateurs d'extraction (type C) et la ventilation équilibrée avec apport et extraction forcés (type D). La principale différence entre les deux est que la ventilation équilibrée permet de récupérer une grande partie de la chaleur et réduit donc la charge thermique. La deuxième composante des pertes de ventilation est causée par le mouvement de l'air à travers les fissures et les interstice de la maison. Ce débit d'infiltration dépend fortement de la finition d'un bâtiment et peut être mesuré par un test d'infiltrométrie. Cependant, la valeur de ce 'débit de fuite' n'est généralement connue que lorsque la maison est terminée.
Le dernier facteur permettant de déterminer la charge thermique est le chauffage. En fonction de divers autres facteurs, tels que l'isolation et la capacité thermique du bâtiment et la durée maximale de la réduction nocturne, il est possible de déterminer une puissance de chauffage spécifique pour ramener la maison à température dans le délai de démarrage souhaité. Un amendement à la norme EN 12831-1 recommande que cette capacité de chauffage dans les bâtiments résidentiels ne soit pas incluse dans la charge thermique, sauf si elle est spécifiquement requise. Pour éviter de surdimensionner l'installation, il est préférable d'utiliser un système de contrôle capable d'empêcher la chute de la température les jours les plus froids.
Rôle clé du rapport PEB
Idéalement, les calculs de déperdition thermique par pièce tiennent compte de tous les murs, surfaces et valeurs d'isolation et précisent les températures adjacentes pour les enveloppes intérieure et extérieure, ainsi que les débits de ventilation appropriés (infiltration, débit, alimentation et extraction), le tout conformément à la norme EN12831. Cette méthode nécessite des calculs approfondis et/ou l'utilisation d'un logiciel spécifique, ce qui représente une charge de travail importante pour l'entrepreneur.
Pour les nouveaux projets de construction, cependant, le rapport PEB peut jouer un rôle important en simplifiant ces calculs. Même si les données du fichier PEB ne sont pas encore vérifiées au début des travaux de construction, elles constituent une très bonne base pour effectuer des calculs au niveau des logements et sont faciles à retrouver ou à appeler. Les données qui peuvent être extraites d'un rapport PEB sont, par exemple, les paramètres du bâtiment tels que: le volume protégé, la zone de perte et la valeur U moyenne du bâtiment. Dans la pratique, tous les journalistes n'incluront pas toutes ces informations dans leur rapport et vous devrez demander des informations supplémentaires. Pour la détermination d'une pompe à chaleur, par exemple, il n'est pas nécessaire de connaître les capacités au niveau de la pièce et cette méthode peut simplifier considérablement le processus. Dans cette perspective, un outil a été développé par le KCE pour un calcul des pertes de chaleur basé sur les données du PEB. Vous pouvez le trouver sur le site web du KCE(kce.thomasmore.be).
Choix de la pompe à chaleur
Un calcul correct de la charge thermique d'une maison est une excellente base pour un bon choix de pompe à chaleur. Dans certains cas, il peut également être utile de combiner la pompe à chaleur avec d'autres générateurs de chaleur pour absorber les pics de demande de chaleur. Les combinaisons possibles sont
- Monovalent: la pompe à chaleur est entièrement responsable du chauffage.
- Mono-énergie ou monovalent avec résistance électrique: cela s'applique à la plupart des pompes à chaleur, car elles ont souvent une résistance électrique pour supporter l'eau chaude sanitaire.
- Bivalent ou hybride: pompe à chaleur combinée à une source de chaleur externe (bois, gaz ou mazout). Une pompe à chaleur hybride désigne généralement la combinaison d'une pompe à chaleur et d'une chaudière à gaz à condensation.
Pour une pompe à chaleur, le rapport entre la puissance installée et la charge thermique théorique est donné par un facteur bêta. Elle est toujours inférieure ou égale à 1 (où 1 = couverture totale par la pompe à chaleur). La couverture totale est évidemment la meilleure solution pour une efficacité optimale, mais même avec un facteur bêta plus faible, une pompe à chaleur peut faire une différence significative sur la consommation, comme le montre la figure 1.
Bien entendu, il est important de connaître les conséquences d'un certain facteur bêta, car avec un facteur bêta faible, l'efficacité du système de chauffage auxiliaire jouera un rôle plus important dans l'efficacité totale du système.
Pour faire une estimation correcte des conséquences, on peut examiner la consommation annuelle d'énergie, les coûts et les émissions de CO2 de l'installation. Il est alors important de travailler avec les bonnes données. Un outil utile pour retrouver rapidement les données nécessaires de votre pompe à chaleur est la fiche produit d'écoconception, comme le montre la figure 2. Vous pouvez y trouver rapidement la puissance calorifique nominale pour les températures de conception pertinentes et pour un climat moyen. Ces données peuvent ensuite être utilisées pour déterminer l'efficacité et la consommation. L'efficacité énergétique saisonnière du chauffage des locaux peut servir de base à cet égard. Il s'agit du rendement primaire de l'appareil, alors que pour l'électricité, on suppose un rendement de 40%. Le SCOP peut donc être déterminé en divisant le rendement (ηs) par 40 (par exemple, ηs=150% -> SCOP à 55°C=3,75).
Un point d'attention avec cette méthode de calcul est que la fiche technique du produit est généralement déterminée à température moyenne (température de départ 55°C). Si une pompe à chaleur a une fiche technique à 55°C, on suppose qu'il ne s'agit pas d'une pompe à chaleur basse température. Pour corriger le SCOP pour une application à basse température telle que le chauffage par le sol et pour tenir compte de facteurs supplémentaires tels que l'efficacité du système de distribution, des facteurs de correction sont utilisés. Le SCOP de 3,75 dans l'exemple ci-dessus peut ainsi passer à environ 5,2 (avec un système d'émission de 35/30°C, sans réservoir tampon et des pompes à haut rendement énergétique).
Pour ces calculs, on peut utiliser l'outil de dimensionnement d'une pompe à chaleur sur le site web du KCE. Il s'agit ici d'estimer l'efficacité, la consommation, les coûts et les émissions de CO2 sur la base de quelques paramètres simples, et de faire une comparaison avec une installation au gaz ou au fioul. Cet outil donne à l'utilisateur un bon aperçu des différentes possibilités lors du dimensionnement d'une installation, de sorte que le meilleur choix puisse être fait pour votre client.
