Le DIMENSIONNEMENT de la pompe à chaleur.

Le calcul des déperditions dans l'ancien. Le client est un profane en matière et ne fera pas appel à un bureau d'étude pour calculer les déperditions thermiques de sa maison. Le chauffagiste reste responsable de son installation malgré qu'il ne soit pas non plus un bureau d'étude thermique. Dans les faits, pour une installation de pompe à chaleur chez un particulier, personne ne fait appel à un bureau d'étude thermique pour le dimensionnement de la pompe à chaleur et la vérification des émetteurs de chaleur. Dans la réalité, il faut donc une approche empirique basée sur l'expérience et le bon sens.

la puissance d'un générateur de chaleur tel que la pompe à chaleur dépend du calcul des déperditions du logement ancien.

Contrairement à une chaudière qui dispose d'une plage de puissance qui permet de rectifier l'erreur de dimensionnement possible, la puissance de la pompe à chaleur doit être au plus juste. Une fois installée, il est impossible d'obtenir plus de puissance, sans rajouter un appoint quel qu' il soit. De plus, elle doit répondre à deux attentes du client qui sont le confort et les économies. Une pompe à chaleur trop puissante ne permet pas d'obtenir les économies attendues et le confort n'est pas certain car il dépend aussi des émetteurs de chaleur existants. Une pompe à chaleur sous dimensionnée est source de problèmes à venir. En effet, non seulement la température de confort ne sera pas atteinte par grand froid, mais les économies non plus. La pompe à chaleur risque de fonctionner en permanence car elle sera toujours sollicitée. L'installateur doit prendre en compte certains paramètres avec prudence.

La mauvaise méthode.

La première approche est de vérifier la puissance de la chaudière et de chercher une puissance équivalente dans la gamme des Pompes à chaleur. La chaudière utilise une marge de puissance et prendre pour référence l'équivalent en pompe à chaleur conduit généralement à un sur dimensionnement qui oblige le client à souscrire une alimentation électrique en triphasé ce qui est bien souvent souvent cause d'une renonciation au projet de la partie du client. Ce n'est donc pas la bonne méthode.

Une bonne méthode de calcul

Partant du principe que la qualité de l'isolation thermique de la maison se traduit d'une manière proportionnelle par une consommation annuelle de l'énergie nécessaire pour le chauffage. Ainsi une maison mal isolée à volume et température de confort équivalent, consommera plus d'énergie qu'une maison bien isolée. 

Exemple.
Voyons cela avec une maison de 250 m2, avec des hauteurs sous plafond de 2,5 mètres. Le volume à chauffer est de 625 m3. Le client vous déclare consommer environs 3500 litres de fuel  (hors eau chaude sanitaire) pour chauffer sa maison à 20 ° C, pendant toute la saison de chauffe.

Un litre de fuel qui brûle pendant une heure fournie 10 KWh d'énergie, donc 3500 litres représentent 35 000 KWh d'énergie. La chauffe d'une maison se réalise de fin septembre à fin avril, généralement sur 7 mois. Soit 7 mois x 30 jours x 24 heures = 5040 heures. 

La température extérieure moyenne pendante ces 5040 heures est environ de 7 ° C en île de France, tandis que la température minimale atteinte est de 

- 7 ° C

Si le client chauffe sa maison à une température de 20 ° C, la consommation correspond à une puissance moyenne maintenue pendant les 5040 heures nécessaires pour élever la température extérieure de  7 ° C à 20 ° C, soit un écart moyen de 13°C. La puissance maximale doit être en revanche permettre d'élever la température de - 7 ° C à 20 ° C, soit un écart maximum de 27 ° C. 

Calculons cela avec cette maison dont le volume à chauffeur est de 625 m3. La consommation théorique de la maison est de 625 m3 x 5040 heures x 13 ° C = 40 950 000 Watts / heures. Soit 40 950 KWh en divisant par 1000.

Si le client déclare consommer 3500 litres de fuel ( équivalent à  35 000 KWh) alors que la consommation théorique de la maison est de 40 950 KWh. En faisant le ratio 35 000/40 950, nous obtenons un Coefficient égal à 0,85% . Ce coefficient représente la qualité d'isolement de la maison ramené au volume (coefficient anciennement appelé G (W / m3. ° C). Plus ce coefficient est inférieur à 1 et plus la maison est isolée. En revanche, plus ce coefficient est supérieur à 1 et plus la maison est déperditive. 

En multipliant ce coefficient par le volume, le nombre d'heures et l'écart de température moyen, nous obtenons la consommation annoncée par le client 0,85 x 625 x 5040 x 13 = 35 000 KWh.  Et  pour obtenir la puissance demandée par la maison pour atteindre 20 ° C quand la température extérieure est de - 7 ° C. Il suffit de multiplier ce coefficient par le volume à chauffer et l'écart de température maximale. G x V x 27 . 0,85 x 625 x 27 = 14 342 watts. Soit 14 KW. 

Pour tenir compte des pertes, on rajoute une petite surpuissance de 10% 

Une PAC de 15 KW devrai être suffisante pour cette maison tout en restant en monophasé. Le tableau ci-après , nous permet de vérifier que cet exemple . Avec un coefficient de 0,85, cette maison est construite après 1980, juste avant la norme de la RT 2000 et sur place, chez le client, il suffit de vérifier si tout cela est cohérent. 

Tableau des Coeff G pour une approche réaliste du terrain.
G: coefficient de déperdition globale (W / ° C m3)
0,65 W / ° C m3 isolation norme RT 2005
0,75 W / ° C m3 isolation norme RT 2000
0,9 W / ° C m3 constructions après 1980
1, 2 W / ° C m3 constructions moyennement isolées
1,8 W / ° C m3 constructions non isolées

Quelles sont les économies à réaliser? 

La maison demande 35 000 KWh avec le litre de fuel à 1.60 centimes, nous arrivons à 5600 €
Si le COP moyen saisonnier de la PAC est de 4, la consommation électrique sera de 35000 / 4 = 8750 KWh électrique.
Avec le KWh électrique à 17 centimes, nous arrivons à 8750 x 0,17 = 1487 € .Soit une économie annuelle de 5600 - 1487 = 4113 €

La formule «DE DIETRICH» est souvent utilisée et permet de vérifier le même chiffre.
D = C x R x Delta T / 24 x Ci X NDJU
35.000 x 0,9 x 27 / 24 x 0,93 x 2500
850 500 / 55 800 = 15 KW

D = déperditions de la maison = 35 000 KWh
R = rendement de l'installation = 0,9
Delta T = 27 ° C
Ci = coefficient d'intermittence de l'installation = 0,93
NDJU = Nombre de Degrés Jours Unifiés sur la période et la zone géographique affichée, soit environ: 2500.

A savoir: Un litre de fuel en brûlant restitue une puissance de 10 KWh .Un m3 de gaz de ville restitue 10 KWh et 1 kg de gaz propane restitue 13 KWh.

En France, la consommation moyenne en eau chaude sanitaire est de 50 litres par jour et par personne. Le générateur de chaleur doit donc élever jusqu'à 60 ° C la température de l'eau qui lui arrive en moyenne à 10 ° C. Sachant qu'il faut fournir environ 0,0016 KW pour élever de 1 ° C, 1 litre d'eau et que les besoins se comptent sur 330 jours en prenant en compte 35 jours d'absence dans l'année. Pour une occupation de 4 personnes, nous pouvons faire ce calcul suivant. 4 personnes x 50 litres par jours x 330 jours x 0,0016 KW x (60 - 10) degrés = 5280 KWh

Avec un ballon électrique de 300 litres de capacité et un coût du KWh électrique de 17 centimes, nous obtenons: 5280 x 0 ,17 = 897 € 

Avec une pompe à chaleur d'un COP saisonnier de 3.5, la consommation est de 897 / 3.5 = 256 €, soit une économie annuelle de 641 € par rapport à un ballon tout électrique.

Avec la chaudière fuel 528 litres à 1.60 € le litre, nous arrivons à un coût de 845 €

Conclusion

Cette approche globale n'inclut pas la vérification de la puissance restituée par les émetteurs de chaleur. D'une manière générale, plus le générateur doit élever la température de l'eau qui circule dans les radiateurs et plus le générateur consomme de l'énergie. Ainsi pour cette pompe à chaleur qui a  fourni une puissance de 15 KW quand il fait   -7 ° C extérieure , la consommation énergétique sera moindre si les radiateurs peuvent restituer cette puissance avec de l'eau à 50 ° C plutôt qu'avec l'eau à 60 ° C .En effet, la puissance restituée par les radiateurs dépend de leurs surfaces d'émission. Un plancher chauffant qui dispose d'une grande surface pourra restituer la puissance thermique du générateur à un niveau de température d'eau plus bas permettant ainsi de réaliser des économies.