Remplacer une chaudière à gaz par une pompe à chaleur dans une maison équipée de radiateurs

Le marché du remplacement est encore largement vierge pour la pompe à chaleur. Toutefois, sous l'impulsion de l'Europe, cette situation va bientôt changer. Les États membres de l'UE doivent éliminer progressivement les chaudières autonomes à combustible fossile d'ici à 2040. L'installation courante d'une chaudière à gaz associée à des radiateurs devra donc céder la place à une alternative plus durable. Peut-on simplement remplacer une chaudière à gaz par une pompe à chaleur, et comment procéder concrètement?

Quelle pompe à chaleur choisir?

Combiner une pompe à chaleur avec des radiateurs? C'est tout à fait possible. En Suède, plus de 60% des pompes à chaleur fonctionnent simplement avec des radiateurs.

Quel type de pompe à chaleur combiner avec des radiateurs?

Dans les habitations où l'on souhaite conserver les radiateurs, il est préférable d'opter pour une pompe à chaleur dont le fluide caloporteur est l'eau. On peut choisir entre une pompe à chaleur sol-eau et une pompe à chaleur air-eau. Bien que les pompes à chaleur sol-eau soient plus performantes en raison de la température constante de la source, on opte plus souvent pour des modèles air-eau sur le marché du remplacement:

• le forage engendre un surcoût qui varie en fonction des besoins en chaleur de la maison (5.000 à 10.000 euros de surcoût pour les maisons bien isolées et 10.000 à 15.000 euros pour les maisons moyennement isolées)
• une solution immédiate est souvent nécessaire en cas d'arrêt de la chaudière (le forage nécessite l'intervention d'une entreprise de forage agréée, une analyse du sol, etc.)
• en général, le jardin est déjà aménagé dans les maisons existantes.

Quelle est la puissance nécessaire?

Il faut d'abord calculer les déperditions de chaleur de la maison

Pour déterminer la puissance de la pompe à chaleur et la puissance des radiateurs, il convient de calculer les pertes de chaleur du bâtiment. Ce calcul précise la quantité d'énergie nécessaire pour chauffer le bâtiment et se fait de préférence selon la norme NBN EN 12831-1 (2017) et son annexe nationale (ANB 2020) qui prend également en compte la puissance de chauffage du bâtiment et les pertes de ventilation. (Bien que la prise en compte de la capacité de chauffage ne soit pas nécessaire si vous chauffez constamment la maison).

Buildwise a développé deux outils pour le calcul des pertes de chaleur d'un bâtiment existant:

• Heatload Standard, un fichier Excel qui permet d'effectuer des calculs détaillés conformément à la norme.
• L'application Web Heatload, qui fournit des estimations rapides en ligne sur la base des données EPB du bâtiment ou de la consommation d'énergie.

D'autres partenaires disposent également d'outils similaires.

Déterminer la puissance de la pompe à chaleur adaptée à la situation

Une fois les pertes de chaleur de la maison connues, il est possible de déterminer la puissance de la pompe à chaleur appropriée. Deux éléments sont importants à cet égard:

• la puissance de la pompe à chaleur à différentes températures extérieures (la puissance diminue lorsque la température extérieure diminue)
• la perte de chaleur de la maison à différentes températures extérieures (la perte de chaleur augmente lorsque la température extérieure diminue).

En d'autres termes, les deux lignes se croisent à une certaine température (par exemple, -3 °C = le point de bivalence). Dès que la température baisse davantage (par exemple en dessous de -3 °C), la pompe à chaleur n'est plus en mesure de fournir la puissance souhaitée et la résistance électrique doit intervenir. Plus le point de bivalence est élevé, plus la résistance électrique devra travailler et plus la facture énergétique du client sera élevée.

Lors du choix de la pompe à chaleur appropriée pour la maison, il est important de mettre en balance le surcoût d'un modèle plus grand (par exemple, un modèle d'une capacité de 10 kW coûte 2.000 euros de plus qu'un modèle de 7 kW) et le surcoût d'électricité d'un modèle plus petit (par exemple, la résistance d'un modèle de 7 kW consomme 50 euros d'électricité de plus par an que celle d'un modèle de 10 kW).

Les fabricants et les fournisseurs disposent d'outils permettant de générer des graphiques de puissance et de cartographier les coûts d'électricité. Ces outils sont basés sur un certain nombre de paramètres, à savoir

• le type de pompe à chaleur (par exemple Vaillant aroTHERM Plus VWL 55/6)
• le type de système de distribution (par exemple, radiateurs)
• le régime du système de distribution (par exemple 55/50)
• la production de chaleur nécessaire à l'habitation (p. ex. 12.000 kWh)
• la perte de chaleur de l'habitation (par exemple 7,5 kW)
• la perte de chaleur à -7 °C, par exemple
• la région en Belgique (par exemple, dans le nord de la Belgique, il y a plus de jours froids que sur la côte)
• le prix de l'électricité (par exemple 35 centimes d'euro/kWh)
• ...

Régler le régime de température approprié pour la pompe à chaleur

Plus la différence de température entre la source de la pompe à chaleur (par exemple, un air extérieur de 10 °C) et le système de distribution (par exemple, une température de départ de 35 °C) est faible, plus la performance (SCOP) de la pompe à chaleur est élevée. Pour chaque degré Celsius de température de départ en moins, une pompe à chaleur offre un rendement supérieur de 2%. Il est donc préférable de toujours choisir le régime de température le plus bas possible.

Bien entendu, il n'est pas toujours possible d'appliquer un régime de température très bas dans les habitations existantes. Un régime de température plus élevé de 55/45/20 °C est alors plus réaliste, par exemple. Même avec ces régimes, des SCOP de 3,5 et plus sont réalisables (pour 1 kWh d'électricité, 3,5 kWh de chaleur sont produits), et à un prix de l'électricité qui est aujourd'hui environ 3,5 fois plus cher que le prix du gaz, il reste intéressant d'opter pour une pompe à chaleur.

Cependant, la plupart des pompes à chaleur peuvent produire des températures de départ allant jusqu'à 65 °C et les pompes à chaleur à haute température jusqu'à 75 °C. Aujourd'hui, les COP à des températures de départ aussi élevées sont trop faibles (COP de 3, voire moins), ce qui rend le chauffage au gaz plus économique que le chauffage par pompe à chaleur. Si les prix de l'électricité sont moins élevés (au lieu de deux fois plus) que ceux du gaz, il pourrait être rentable d'opter pour une pompe à chaleur au lieu d'une chaudière à gaz à des températures élevées.

La chaudière peut-elle être remplacée par une pompe à chaleur? Faites le test des 50 °C

Le test des 50 degrés (certains fabricants parlent d'un test des 55 degrés) permet au client de savoir de manière simple si sa maison peut être chauffée uniquement avec une pompe à chaleur. Il suffit de régler la température de l'eau de la chaudière à 50 degrés pendant les semaines froides (lorsque la température extérieure avoisine le point de congélation), et si elle reste agréable et chaude, la maison est adaptée à une pompe à chaleur.

Remarque: lors des essais, évitez d'abaisser la température ambiante souhaitée pendant la journée ou la nuit (par exemple en la ramenant à 18 °C, ce qui refroidit la maison et arrête le fonctionnement de la chaudière). En effet, la température d'alimentation plus basse empêche la pompe à chaleur d'absorber rapidement des baisses de température importantes et il faudra beaucoup de temps pour retrouver une température ambiante confortable après un abaissement.

N'oubliez pas non plus que des radiateurs ou des ventilo-convecteurs plus grands peuvent fournir une plus grande capacité de distribution et peuvent encore permettre d'opter pour une pompe à chaleur si le test des 50 °C n'a pas été concluant.

L'espace technique est-il suffisant?

En fait, une chaudière à gaz peut être remplacée intégralement par une pompe à chaleur. La question est de savoir si l'espace technique est suffisant. En particulier lors du remplacement d'une chaudière à circulation, l'espace peut être un défi, car une pompe à chaleur avec chauffe-eau prend plus de place (à peu près la taille d'un réfrigérateur). Dans le cas d'une chaudière avec chauffe-eau, le problème est moins important, car les dimensions sont similaires à celles d'une pompe à chaleur avec chauffe-eau.

Il convient de noter qu'un chauffe-eau standard existant (par exemple, 80-150 litres) qui a été chauffé par une chaudière ne convient pas aux pompes à chaleur. L'échangeur à serpentin a généralement une surface d'environ 1 m². Les chauffe-eau adaptés aux pompes à chaleur ont une surface de serpentin plus grande, de 2 à 3 m². Les volumes sont également beaucoup plus importants car, avec les pompes à chaleur, l'eau chaude doit être accumulée. En d'autres termes, la quantité d'eau chaude stockée correspond à peu près aux besoins quotidiens. Cela se répercute donc sur l'espace nécessaire dans le local technique.

Veillez également à vérifier si l'installation électrique de la maison est suffisante. Peut-elle supporter la puissance supplémentaire d'une pompe à chaleur (et la résistance)? Si ce n'est pas le cas, une augmentation de la capacité électrique doit être demandée au gestionnaire de réseau.

Le raccordement nécessaire dépend du type et de la puissance de la pompe à chaleur. Pour les petites capacités, une alimentation de l'unité extérieure en 230Vac monophasé avec un disjoncteur de 16/20A peut suffire, mais les plus grandes capacités nécessitent souvent une connexion en 400Vac triphasé. Pour l'unité intérieure, l'alimentation électrique dépend de l'importance de la résistance électrique requise. Si celle-ci est limitée à 3 kW, par exemple, un disjoncteur monophasé de 230 Vca et 20 A est suffisant.

Les radiateurs existants conviennent-ils encore?

Si le système de transmission de la chaleur peut être conservé, il n'est pas nécessaire d'entreprendre des travaux audacieux tels que le démantèlement du sol pour le chauffage par le sol, par exemple.

La puissance des radiateurs est-elle suffisante?

Le test des 50 degrés (voir encadré) est un bon indicateur pour déterminer si les radiateurs existants permettent de chauffer correctement la maison.

Si le test n'a pas été effectué ou si l'on souhaite obtenir une image plus détaillée (par exemple, les radiateurs du salon peuvent être suffisamment grands, mais celui de la cuisine est plutôt petit), il existe l'outil PowerHeat de Buildwise. Cette application estime la puissance de chaque radiateur existant pour différents régimes de température (par exemple 75/65/20 °C, 55/45/20 °C et 45/35/20 °C). Il est ainsi possible de vérifier si le radiateur en place est suffisamment puissant pour chauffer la pièce, même à un régime de température inférieur.

En testant la capacité estimée des radiateurs par rapport à la perte de chaleur de la pièce, il est rapidement possible de déterminer si les radiateurs existants sont adéquats ou non. Un exemple: dans le salon, il y a deux radiateurs dont la puissance est estimée à 1.933 W et 896 W à 55/45/20 °C. Dans la maison dont la puissance thermique est estimée à 1 933 W, il y a deux radiateurs dont la puissance est estimée à 1.933 W. Dans une maison dont le rendement thermique est estimé à 60 W/m², la demande de chaleur dans le salon de 40 m² est de 2 400 W. Dans ce cas, les radiateurs existants ne sont pas suffisants. Dans ce cas, les radiateurs existants (1.933 W + 896 W = 2.829 W) sont suffisants pour répondre à la demande de chaleur (2.400 W) de la salle de séjour.

Une pompe à chaleur offre un rendement supérieur de 2% par degré Celsius de température d'alimentation en moins. Il est donc toujours préférable de choisir le régime de température le plus bas possible

Si les radiateurs existants ne sont pas assez puissants, il existe un certain nombre d'options pour augmenter la capacité des radiateurs:

• installer un ventilateur de radiateur: il est placé sur ou sous le radiateur et permet d'augmenter le rendement thermique du radiateur d'environ 25% (la plupart des ventilateurs de radiateur nécessitent une prise de courant, bien qu'il en existe qui fonctionnent avec une banque d'énergie)
• remplacer le radiateur par un ventilo-convecteur de même taille: il fournit jusqu'à deux fois plus de chaleur qu'un radiateur de même taille (les ventilo-convecteurs ont également besoin d'une prise de courant)
• remplacer le radiateur par un radiateur plus grand et plus puissant: il est à noter que le surdimensionnement des radiateurs pour chauffer à des températures plus basses a un impact important sur le système hydraulique de la maison, car la teneur en eau du circuit change de manière significative. Il est important de revoir, entre autres, le vase d'expansion, les pompes, les diamètres nécessaires pour les tuyaux, etc.

Qu'en est-il des tuyaux?

Il convient de vérifier si les tuyaux sont adéquats. Cela peut se faire à l'aide d'un outil de Thomas More permettant de dimensionner les tuyaux (voir l'exemple de calcul).

Les systèmes de chauffage central au gaz fonctionnent avec un deltaT de 10-20 °C. Une pompe à chaleur fonctionne avec un deltaT de 5 °C en moyenne. En raison du faible deltaT auquel la pompe à chaleur fonctionne, il faut pomper davantage d'eau de chauffage pour transférer suffisamment de chaleur au système de distribution et le débit dans les tuyaux est donc plus élevé. Si le diamètre des tuyaux est trop petit, cela entraîne des résistances élevées, une hauteur de refoulement plus importante et une plus grande consommation d'énergie. Si les tuyaux sont vraiment trop petits, il peut y avoir des nuisances sonores dans les tuyaux.

Une solution consiste à installer un réservoir tampon. Celui-ci sert alors de séparation hydraulique. Il assure le découplage hydraulique du circuit de distribution et du circuit de la pompe à chaleur. Dans cette configuration, l'eau de la pompe à chaleur circule rapidement dans le réservoir tampon avec, dans ce cas, un delta T de 5 K. À partir du tampon, l'eau est ensuite pompée dans le système de distribution avec un delta T de 10 à 20 K.

Un réservoir tampon présente d'autres avantages. Comme le réservoir augmente la capacité du système, la pompe à chaleur effectue moins de déplacements, ce qui est bénéfique non seulement pour les performances (SCOP), mais aussi pour la durée de vie de la pompe à chaleur. En outre, le réservoir tampon garantit le volume et le débit nécessaires au dégivrage de l'unité extérieure et peut également servir à stocker l'énergie thermique en vue d'une utilisation ultérieure (par exemple en faisant fonctionner la pompe à chaleur lorsque les panneaux solaires produisent de l'électricité).

Le coût supplémentaire d'un ballon tampon (et des accessoires, comme le circulateur supplémentaire qui l'accompagne) rend le remplacement de la chaudière à gaz encore plus onéreux (et complexe). Certaines pompes à chaleur sont dotées de fonctions supplémentaires (par exemple, un tampon d'eau intégré ou un capteur de débit pour des taux de circulation optimaux), ce qui rend encore inutile un réservoir tampon supplémentaire.

Nettoyage des tuyaux et des radiateurs nécessaire

Lors du remplacement de la chaudière à gaz par une pompe à chaleur, il est important de nettoyer l'ensemble du système. La contamination de l'eau du système peut entraîner des problèmes (par exemple au niveau des pompes et autres pièces rotatives). Il convient de rincer non seulement les tuyaux, mais aussi chaque radiateur individuellement. De préférence, des éléments filtrants supplémentaires (tels qu'un séparateur d'impuretés) sont également prévus pour éliminer les impuretés restantes.

Comment produire de l'eau chaude?

Peut-on conserver le chauffe-eau existant?

Pour produire de l'eau chaude sanitaire, il faut toujours prévoir un chauffe-eau en combinaison avec une pompe à chaleur. Les pompes à chaleur sont souvent équipées d'un ballon intégré (190 litres, par exemple), mais la pompe à chaleur peut aussi être parfaitement combinée à un chauffe-eau autonome (jusqu'à 1.000 litres). La pompe à chaleur est reliée au chauffe-eau par un échangeur de chaleur et chauffe l'eau à la température souhaitée. Comme la pompe à chaleur fonctionne à des températures plus basses, la température sanitaire souhaitée doit être plus basse. Par exemple, 50 °C.

L'installation d'une pompe à chaleur en combinaison avec un chauffe-eau et des panneaux photovoltaïques, en consommant l'énergie solaire générée au moment où elle est produite, peut se traduire par une économie moyenne de 30% sur les coûts de préparation de l'eau chaude.

• Qu'en est-il du chauffe-eau solaire existant? Un chauffe-eau solaire fournit de l'eau chaude gratuite pendant près de la moitié de l'année, c'est donc un complément intéressant à la pompe à chaleur. Notez que l'échangeur de chaleur existant n'est généralement pas suffisant pour être combiné à une pompe à chaleur. La solution consiste à installer un nouveau réservoir pour le chauffe-eau, ou à conserver le chauffe-eau existant et à en installer un deuxième en série (s'il y a suffisamment d'espace pour cela).
• Est-il préférable d'opter pour un chauffe-eau entièrement électrique? Une pompe à chaleur fonctionne avec un rendement trois fois supérieur à celui d'une résistance électrique. Une pompe à chaleur est donc préférable pour la production d'eau chaude.

Exemple mathématique pour une consommation d'eau chaude de 2.300 kWh/an, avec un prix de l'électricité de 0,35 € par kWh:

• chauffe-eau électrique pur: 2.300 kWh x 0,35 € = 805 € /an
• chauffe-eau électrique pur en combinaison avec des panneaux photovoltaïques: (2 300 kWh x 0,35 €) - 30% = 563,5 €/an
• pompe à chaleur: 2.300 kWh x 0,35 € / 3 (COP de 3) = 268 € /an
• pompe à chaleur combinée à des panneaux PV: (2.300 kWh x 0,35 € / 3) - 30% = 187,5 €.
• pompe à chaleur combinée à un chauffe-eau solaire: (2.300 kWh x 0,35 € / 3 (COP de 3)) / 2 (car 50% de l'année la production d'eau chaude est gratuite) = 134 €.

Considérations pour la mise en service

La régulation en fonction des conditions météorologiques est indispensable

Une pompe à chaleur est plus performante lorsqu'elle est régulée en fonction des conditions météorologiques. En raison des 2% d'efficacité supplémentaire pour 1 °C de température de départ en moins, une température de départ de 40 °C en basse saison au lieu de 50 °C en hiver signifie une amélioration de l'efficacité de 20%.

Notez qu'en cas de régulation en fonction des conditions météorologiques, il est important de fixer une température de départ minimale de 35 à 40 °C pour les radiateurs. Supposons maintenant qu'en intersaison, avec une température extérieure de 15 °C, seuls 28 °C soient envoyés aux radiateurs, cela ne suffira pas à chauffer la pièce. Le principe de la convection naturelle, qui assure la distribution de la chaleur à partir des radiateurs, joue un rôle à cet égard. La convection naturelle ne se produit que lorsque la différence de température entre la température ambiante et la température des radiateurs est de 10 °C.

La règle selon laquelle on gagne 2% d'efficacité par degré de température d'alimentation en moins doit également être prise en compte lors de l'ajustement de la température souhaitée du chauffe-eau. Bien entendu, plus la température souhaitée du chauffe-eau est basse, moins il y a d'eau mitigée et moins la douche est confortable. Dans la pratique, une température de chaudière souhaitée de 50 °C s'avère souvent suffisante.

En cas de régulation en fonction des conditions météorologiques, il est important de fixer une température minimale d'alimentation des radiateurs de 35 à 40 °C. Le principe de la convection naturelle, qui distribue la chaleur des radiateurs, joue un rôle à cet égard

Pas de réduction nocturne ou diurne

Une pompe à chaleur est dimensionnée pour maintenir la maison à température et n'a pas la puissance suffisante pour chauffer une maison fortement refroidie à la température souhaitée en peu de temps. Par conséquent, une réduction de jour ou de nuit n'est ni souhaitable ni bénéfique pour l'efficacité de la pompe à chaleur.

Conseil pour l'installation du thermostat central

Un thermostat central est souhaitable pour que le niveau de confort ne soit pas seulement contrôlé en fonction des conditions météorologiques, mais qu'il puisse également être réglé au niveau de l'utilisateur. Dans la pièce où le thermostat central est installé, il est préférable de démonter les vannes thermostatiques des radiateurs. Cela permet au thermostat central d'utiliser pleinement sa fonction de compensation de l'espace et d'augmenter le volume d'eau disponible en permanence (réduisant ainsi le fonctionnement de la pompe à chaleur).

Recommander absolument un entretien périodique

Pour les chaudières, l'entretien périodique est obligatoire. Pour les pompes à chaleur résidentielles, il n'y a souvent pas d'obligation d'entretien. Néanmoins, conseillez au client de faire entretenir la pompe à chaleur tous les deux ans pour détecter les dysfonctionnements, nettoyer l'unité extérieure, vérifier le ventilateur (l'usure du ventilateur peut entraîner un surcroît de bruit), vérifier l'étanchéité des raccords, désobstruer les filtres, vérifier la pureté de l'eau du système, etc. Suivez les instructions du fabricant.

Après les nouvelles constructions et les rénovations importantes, la pompe à chaleur s'implante également dans les bâtiments existants

Les États membres de l'UE devraient s'efforcer d'éliminer progressivement les chaudières fossiles autonomes d'ici à 2040. C'est pourquoi le législateur belge introduit des règles de plus en plus strictes, rendant de plus en plus difficile la mise en place de nouvelles installations au gaz dans les habitations.

Dans les nouveaux bâtiments, un raccordement au gaz n'est plus possible. Le chauffage des bâtiments ne peut se faire qu'avec une pompe à chaleur, un réseau de chaleur, une chaudière à biomasse ou un chauffage électrique direct (bien que ce dernier soit préjudiciable au niveau E).

Dans le cadre d'une rénovation complète, un raccordement au gaz est toujours possible, mais l'installation doit avoir un rendement minimum de 130%. Une chaudière à condensation ne permet pas d'atteindre ce niveau, sauf si elle est combinée à une pompe à chaleur.

Dans les bâtiments existants, aucune obligation ne s'applique et de nombreuses nouvelles chaudières à gaz sont encore installées. Le faible investissement et le prix peu élevé du gaz (3,5 fois moins cher que l'électricité) en sont des raisons importantes.

Toutefois, ces motivations d'achat risquent de disparaître. Si le tax shift (transfert de la taxe sur l'électricité vers le gaz, le mazout et le propane) ne se concrétise pas, il reste le système européen d'échange de quotas d'émission (ETS), qui entrera en vigueur en 2027 et fera grimper le prix des combustibles fossiles.

En outre, le législateur imposera des exigences supplémentaires au marché du remplacement dans les années à venir afin de respecter l'élimination progressive des chaudières à combustibles fossiles d'ici 2040. Par conséquent, la chaudière (à mazout et à gaz) devra également céder la place à une alternative plus durable, telle qu'une pompe à chaleur, ou être combinée à une pompe à chaleur sur le marché du remplacement.

En collaboration avec Vaillant, Bosch Thermotechnology et Viessmann