Comment dimensionner sa pompe à chaleur ?

Le calcul du dimensionnement d’une pompe à chaleur est une étape critique, en effet, si celui est mal réalisé il peut engendrer de sérieux problèmes.

Si la PAC est sous dimensionnée, alors elle va s’user plus rapidement et ne répondra plus à vos besoins l’hiver.

Au contraire, si elle est surdimensionnée, elle va réaliser des circuits courts et par conséquent diminuera la durée de vie de son  compresseur.

Sommaire

Comment connaitre son besoin en chauffage ?

Pour connaitre la puissance dont votre maison à besoin ,il faut s’appuyer sur ses pertes de chaleur.

En premier lieu, vous pouvez consulter vos factures d’énergie de votre système de chauffage précédent, vous aurez alors un aperçu de la quantité d’énergie nécessaire.

Pour calculer les pertes de chaleur, les déperditions, il faut faire un diagnostic complet du logement.

De ce fait, vous aurez connaissance de la composition des murs, planchers, menuiseries extérieures, afin d’estimer leurs conductivité (lambda) et résistances (R) thermiques.

Vous pouvez aussi analyser la nature et le débit de la ventilation.

Le plus important étant de connaitre les émetteurs de chaleur qui seront alimentés par la nouveau pompe à chaleur.

Avec l’ensemble des caractéristiques et informations les artisans pourront déterminer avec précision les déperditions totales.

Ce résultat comprends les 3 types déperditions :  surfaciques, linéiques et par renouvellement d’air.

Déperditions surfaciques

Ce sont des pertes de chaleur provenant de la structure même du logement.

Elles se calculent avec la formule :

Ds = somme des U × A × (Tint – Text), 

où :

      • Ds est exprimée en Watt 
      • U est le coefficient de transmission surfacique exprimé en W/m².K 
      • A est la surface intérieure des parois exprimée en mètre²
      • Tint – Text est l‘écart entre la température intérieure et celle extérieure, dite « de base », et exprimé en K (Kelvin).

Déperditions linéiques

Ce sont des pertes de chaleur liées aux façades-dalles.

Elles se calculent avec la formule :

Dl = ψ × I × (Tint – Text),

où :

  • Dl sont exprimées en Watt 
  • ψ est le coefficient de transmission linéique exprimé en W/m.K 
  • I est la longueur des liaisons en mètre
  • Tint – Text est l‘écart entre la température intérieure et celle extérieure, dite « de base », et exprimé en K (Kelvin).

Déperditions par renouvellement d’air

Ce sont les pertes de chaleurs provoquées par la ventilation et les infiltrations (étanchéité des fenêtres et portes, ventilation naturelle en façade, prises et commandes électriques murales…).

Elles se calculent par la formule :

Dra = 0,34 × qv × (Tint – Text),

où :

  • Dra est la puissance des déperditions exprimées en Watt
  • 0,34 est la chaleur volumique de l’air exprimé en Wh/m³.K
  • qv est débit de renouvellement de l’air par ventilation et infiltration en mètre cube par heure
  • Tint – Text est l’écart entre la température intérieure et celle extérieure, dite « de base », et exprimé en K (Kelvin).

La méthode par le coefficient Ubat

Il se calcule par la formule :

Déperditions (W) = ([Ubat × Sdp + R × Vh] × [Tint – Text]),

où :

  • la valeur globale Ubat de toutes les parois (en W/m².K) est donnée empiriquement.
  • Sdp est la somme des surfaces des parois verticales en
  • R un coefficient applicable à la ventilation mécanique contrôlée : 0,2 pour une autoréglable, 0,14 pour une hygroréglable
  • Vh est le volume de la construction en
  • Tint – Text est l’écart entre la température intérieure et celle extérieure, dite « de base », exprimé en K (Kelvin).

La méthode par le coefficient G

Elle repose sur le choix du coefficient de déperditions volumiques G, exprimé en W/m³.°C, fixé selon deux critères : la zone climatique où est située la construction et/ou son année de construction.

Voici un ordre d’idée pour le maison individuelles :

Il se calcule par la formule :

déperditions (W) = G × V × (Tint – Text),

où :

  • G est le coefficient volumique retenu, en W/m³ °C 
  • V est le volume de la construction, en mètre cube 
  • Tint – Text est l’écart entre la température intérieure et celle extérieure, dite « de base », exprimé en K (Kelvin).

Pompe à chaleur basse, moyenne ou haute température ?

Il faut maintenant choisir le régime d’eau de votre PAC.

Il faut prendre en compte les installations qui vont délivrer la chaleur, le plancher, les radiateurs etc.

  • Avec des radiateurs en fonte, il faut préférer une PAC haute température, capable de produire un départ d’eau de 65 °C… ou s’orienter vers un système hybride (PAC et chaudière)
  • Avec des radiateurs en acier, une température de départ moyenne de 45 à 65 °C conviendra.
  • Si la construction est dotée de planchers chauffants, on préférera à une version basse température, d’une température de départ de 45 °C maximum.

Quelle puissance de PAC choisir ? 

La norme NF DTU 65,15 indique le choix de la puissance calorifique d’une PAC :

  • Une pompe à chaleur à fonctionnement « tout ou rien » affichera une puissance de 70 à 100 % des déperditions à la température extérieure de base.
  • Une PAC à variation de puissance, dite Inverter, sera choisie selon l’inertie de l’enveloppe de la maison :
      • les maisons à inertie moyenne à lourde (pierre, béton, brique…) seront équipées de PAC d’une puissance de 70 à 100 % des déperditions 
      • celles à inertie légère (à structure bois) adopteront une PAC d’une puissance de 80 à 100 % des déperditions
  • L’addition de la puissance de la PAC et de son appoint – généralement une résistance électrique de 3, 6, 9 ou 12 kW – ne doit pas dépasser 120 % des déperditions à la température extérieure de base.

Le volume d'eau minimal du circuit

En fonction du type de PAC choisi, sa puissance varie, cette installation a besoin d’un certain volume d’eau pour maintenir une inertie du flux en circulation et garantir une durée de fonctionnement minimale du compresseur.

Ce volume est calculé de 2 façons :

  • la PAC est installée sur un réseau de distribution existant de gros diamètre : dans ce cas, il y a peu de risque de souffrir d’un volume d’eau insuffisant ; même chose si le circuit comprend des planchers chauffants
  • la PAC est installée sur un nouveau réseau de distribution aux diamètres de canalisation standard : le volume peut être insuffisant. La solution est d’installer en ballon tampon sur le retour de la PAC, en série sur le réseau de distribution.

La formule de calcul du volume du ballon tampon est :

Ballon tampon = (PPAC × TpsFonctmini × 1000) / (P × Cp × DifReg) – CR,

où :

  • la contenance du ballon tampon est exprimée en litre
  • P PAC est la puissance calorifique du régime le plus faible de la pompe à chaleur, exprimé en kW 
  • Tpsfonct mini est le temps de fonctionnement minimal de la PAC, en seconde ; par défaut, on peut retenir 360 secondes (6 min.)
  • P est la masse volumique du fluide caloporteur du circuit de chauffage, en kg/m³ 
  • Cp est la capacité massique du fluide caloporteur, en kJ/kg.K (4,185 pour l’eau non glycolée)
  • le DifReg est le différentiel de régulation de la PAC, exprimé en Kelvin, par défaut, il est de 5 K
  • CR est la contenance du réseau non régulé, en litre.

Pour certains concepteurs, l’usage d’une bouteille de découplage serait plus approprié qu’un ballon tampon.

Sa formule de calcul est :

D = √((4 × Q) / (π× V × 0,0036)),

où : 

  • Q est le débit en m³/h
  • V est la vitesse de l’eau dans la bouteille en m/s, la recommandation est de 0,1 m/s.

Les distributeurs proposent des modèles de 25 à 50 L adaptés aux maisons individuelles.

La mise en œuvre d’une bouteille de découplage présente plusieurs avantages, elle :

  • isole strictement la PAC du réseau de distribution
  • limite les pertes de charges à la boucle de distribution
  • fait office de ballon tampon
  • permet de gérer plusieurs températures de départ.

La PAC hybride 

Le dimensionnement de la PAC hybride englobe la chaudière ainsi que la pompe à chaleur.

Hybride gaz naturel, GPL, et fioul domestique 

Puissance minimale

Puissance maximale 

Puissance de la PC seule (0°C ext/départ 50°C) 

+ 40% des déperditions 

+ 60% des déperditions

Ce dimensionnement est valable pour une PAC qui fonctionne à une température de départ ≥ 55 °C à une température extérieure ≥ 0 °C.

La régulation 

Pour réguler la chaleur émise par la pompe à chaleur, nous avons besoin d’une centrale de pilotage qui utilise les informations d’une sonde extérieur et d’ambiance.

Pour réguler la température, des capteurs sont installés dans les différente pièces. Les robinets thermostatiques sont aussi utiles pour changer la température.

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