UN BON CALCUL DES DEPERDITIONS DE CHALEUR POUR UNE INSTALLATION HYBRIDE

Les installations hybrides produisent de l'énergie renouvelable

Certains ont encore du mal à franchir le pas vers l'énergie 100% renouvelable. Dans ce cas, il est possible d'opter pour une installation hybride. Cette solution peut être prévue aussi bien pour un projet de nouvelle construction que pour une rénovation. L'énergie renouvelable, généralement sous la forme d'une pompe à chaleur (air-eau), est alors complétée par une solution plus classique. Pour dimensionner correctement l'installation hybride, il faut effectuer un bon calcul des déperditions calorifiques.

INSTALLATION HYBRIDE

Une installation hybride est généralement basée sur une pompe à chaleur, complétée par une chaudière au gaz ou au mazout (existante). Mais d'autres appareils sont également possibles, par exemple une chaudière combinée, des collecteurs solaires thermiques, un poêle à pellets ou même un poêle à bois.

Pour les installations hybrides, on installe délibérément une pompe à chaleur plus légère. Durant les périodes froides où la capacité de cette pompe à chaleur n'est pas suffisante, un deuxième appareil (existant ou récent) peut intervenir en renfort ou prendre le relais. Celui-ci permet donc un pic de chauffage et fournit la puissance nécessaire pour l'eau chaude sanitaire.

Fonctionnement

L'appareil d'appoint peut intervenir de deux manières:

• fonctionnement bivalent parallèle: en complément à la pompe à chaleur;
• fonctionnement bivalent alternatif: l'appareil prend le relais de la pompe à chaleur lorsque c'est nécessaire.

QUAND UNE INSTALLATION HYBRIDE EST-ELLE POSSIBLE ET/OU INTERESSANTE?

Une installation hybride a sa place dans une construction neuve ou dans le cadre d'une rénovation. Mais dans les deux cas, il faut tenir compte de certains éléments.

Considération financière

Qu'il s'agisse d'une nouvelle construction ou d'une rénovation, c'est souvent pour des raisons financières que l'on prévoit une installation hybride. Comme elle permet d'installer une pompe à chaleur plus légère, cela comprime le coût d'investissement. Par ailleurs, dans un contexte de rénovation, on conserve généralement l'installation existante, ce qui réduit encore l'investissement. Si l'on prévoit des travaux de rénovation ou d'isolation dans un futur proche, il y a déjà une pompe à chaleur qui peut éventuellement assurer l'ensemble du chauffage.

Mais il faut aussi tenir compte des frais de consommation. Même si une pompe à chaleur consomme en principe moins qu'une chaudière au gaz, la facture de chauffage avec une pompe à chaleur sera généralement plus élevée. En effet, 1 kWh d'électricité coûte nettement plus cher qu'1 kWh de gaz. Toutefois, celui qui possède ou installe des panneaux solaires peut surmonter cet obstacle – en particulier lorsqu'il y a un compteur qui tourne à l'envers. En effet, la pompe à chaleur consomme surtout en hiver alors que les panneaux solaires produisent surtout en été.

Récupération de la chaudière existante

Les installations hybrides en rénovation sont généralement construites autour d'une source de chaleur existante comme une chaudière au mazout ou une chaudière gaz à condensation. Toutefois, cette approche ne peut être appliquée que si la chaudière existante répond à certaines conditions. Par exemple, l'appareil existant doit être en bon état et suffisamment modulable. Sinon, la chaudière va en quelque sorte supplanter la pompe à chaleur alors que dans une installation hybride, c'est la pompe à chaleur qui doit être prioritaire.

Il faut également examiner si les conduites de l'installation existantes peuvent être récupérées. Ce n'est pas toujours possible car une pompe à chaleur typique fonctionne avec un différentiel de température arrivée-évacuation (Delta T) de 5 °C alors qu'avec une chaudière, il est de 10 °C ou 20 °C. A puissance égale, les débits pourraient doubler ou quadrupler.

Régime de température

Un avantage important des installations hybrides dans un contexte de rénovation est que, contrairement à une pompe à chaleur seule, elles peuvent être utilisées en combinaison avec des radiateurs.

Pour le bon fonctionnement d'une pompe à chaleur, les températures d'émission doivent en principe rester les plus basses possibles: chaque fois que la température diminue d'1 °C, on gagne 2,5% d'énergie. En soi, une pompe à chaleur est donc uniquement rentable avec des tuyaux bien isolés, qui sont en outre combinés avec un chauffage basse température (p.ex. chauffage par le sol).

En revanche, avec une installation hybride, on peut généralement trouver une bonne solution avec des radiateurs en fonction de la situation spécifique – notamment l'appareil déjà présent et sa puissance.

Place et arrivée d'air

Les installations hybrides sont souvent basées sur une pompe à chaleur air-eau. Avec ces appareils, il faut avoir une circulation d'air frais suffisante – une pompe à chaleur déplace 2.000 à 3.500 m³ d'air par heure – afin que la pompe à chaleur puisse puiser de l'énergie dans l'air.

Une exigence de base est donc d'avoir suffisamment de place (extérieure). L'appareil proprement dit ne prend pas beaucoup de place mais dans une construction fermée ou dans un jardin avec une haute clôture, l'arrivée d'air pourrait être (partiellement) bloquée. On aurait alors toujours le même air qui reviendrait, ce qui entraînerait un fort refroidissement et par conséquent un COP (coefficient of performance) plus faible. C'est pourquoi les installations hybrides avec pompes à chaleur sont peu utilisées dans les appartements et les petites maisons (avec un petit jardin).

Afin de contourner le problème du manque de place, il arrive qu'on suspende l'appareil au mur. Mais cela entraîne souvent des problèmes de nuisance sonore (voir plus loin).

Comme alternative, on peut aussi opter pour un appareil intérieur, même s'il faut prévoir pour ça des plus gros conduits vers l'extérieur. En outre, ces appareils aussi sont assez volumineux car parfois, l'installation intègre un chauffe-eau sanitaire en plus de la pompe à chaleur.

Nuisance sonore

Comme on l'a dit, les pompes à chaleur peuvent entraîner une certaine nuisance sonore. Surtout en ville, où il y a beaucoup de petites maisons mitoyennes, il peut y avoir des plaintes concernant le bruit du (des) ventilateur(s) de la pompe à chaleur.

Mais les fabricants sont conscients de ce problème et développent actuellement des appareils dont la nuisance sonore est restreinte. Par exemple, il existe déjà des pompes à chaleur qui sont limitées à 35 dB à une distance de trois mètres.

DIMENSIONNEMENT

Principe de base

Avec les installations hybrides, la pompe à chaleur est en principe dimensionnée sur une capacité d'environ 50%. Avec ça, l'appareil a suffisamment de puissance pour couvrir 80% à 90% de toute la période froide. Pour la période très froide – environ 30 jours par an en Belgique – la pompe à chaleur est secondée par un appareil complémentaire.

Toutefois, si le budget est disponible lors d'une nouvelle construction, il est intéressant d'opter pour une pompe à chaleur qui nécessite peu de soutien d'une deuxième source de chaleur et qui, à terme, pourrait même suffire toute seule.

En ce qui concerne le deuxième appareil, on choisit dans les nouvelles installations un modèle plus léger que d'habitude. Il existe par exemple des chaudières au gaz spéciales de 12 kW qui sont idéales pour une installation hybride et de nos jours, beaucoup de chaudières au gaz à condensation sont modulées vers une plus faible puissance (20% à 30% de la puissance totale). Une chaudière au gaz de 28 kW qui doit constamment tourner à son niveau le plus faible ne fournira pas du bon travail.

Calcul des déperditions calorifiques

Pour dimensionner correctement une installation hybride (avec une capacité de 50% dans le cas d'une pompe à chaleur), il est important d'effectuer un calcul correct des déperditions calorifiques. Malheureusement, on constate que des erreurs sont encore régulièrement commises à cet égard. Par exemple, le calcul des déperditions calorifiques est souvent effectué par pièce, au lieu de travailler avec les déperditions calorifiques de l'enveloppe du bâtiment. Un calcul par pièce est uniquement nécessaire pour le dimensionnement des éléments chauffants tels que les radiateurs. En outre, lors du calcul par pièce, les pièces adjacentes doivent être calculées sur base de leur température nominale. Mais dans la pratique, on constate que l'on se base sur une température de 16 °C, alors que ce n'est généralement pas le cas.

De plus, on prend souvent en compte trop de ponts thermiques et on prévoit des réserves beaucoup trop importantes. De telles erreurs font en sorte que le calcul des déperditions calorifiques donne une capacité qui est en fait de 30 à 40 % trop élevée.

Risques de surdimensionnement ou de sous-dimensionnement

Si le calcul des déperditions calorifiques est erroné, il est possible que l'installation hybride soit surdimensionnée ou sous-dimensionnée.
Comme on compte généralement trop de réserves, on a surtout affaire à un surdimensionnement dans ce genre d'installation. Et cela peut être très dommageable pour l'appareil. Le surdimensionnement réduit considérablement le nombre d'heures de fonctionnement et la pompe à chaleur va constamment s'enclencher et s'arrêter. C'est mauvais pour le compresseur, qui va lâcher trop vite.

Le sous-dimensionnement est moins fréquent et moins nocif pour la pompe à chaleur. Une pompe à chaleur trop petite tournera plus d'heures mais un fonctionnement continu n'entraînera pas d'usure du compresseur. Le risque avec un sous-dimensionnement est que la pompe à chaleur ne soit pas en mesure de fournir suffisamment de chaleur pendant les périodes froides. Ceci dit, dans une installation hybride, la deuxième unité interviendra en renfort. En outre, il existe désormais des pompes à chaleur avec compresseur à régulation de fréquence, ce qui permet à l'unité de fournir temporairement 120% de sa capacité totale en période froide.

REGLAGE INTELLIGENT?

En théorie, une installation hybride pourrait également être contrôlée de manière ‘intelligente’. Des critères tels que la disponibilité de l'énergie solaire ou le prix du gaz ou de l'électricité peuvent alors déterminer quelle source de chauffage est utilisée. Mais pour l'instant, il n'est pas encore possible d'avoir un signal/contrat de prix variable à basse tension. Avec certains fabricants, le tarif d'électricité pour les heures de pointe et les heures creuses peut être saisi manuellement, ainsi que les émissions de CO2 de 1 kWh. Ainsi, le système hybride peut quand même avoir un impact écologique et économique.

Merci à ATAG, Remeha, Syntra West Oostende, Thermiek et Viessmann