POMPES À CHALEUR
Install Magazine 982 – mars 2022

Pompes à chaleur dans des bâtiments existants

Les pompes à chaleur peuvent être utilisées de manière judicieuse dans les bâtiments existants, dans la mesure où elles sont plus efficaces que ce qu’on imagine habituellement. Une étude menée par l’institut allemand Fraunhofer ISE sur les possibilités de la technique réfute un certain nombre d’idées reçues, qui sont encore partagées par certains professionnels.

Afin d’empêcher les conséquences du changement climatique, une réduction drastique des émissions de CO₂ se révèle absolument nécessaire. La décarbonation du chauffage des bâtiments est un bon moyen d’atteindre cet objectif. Il y a en effet encore beaucoup de pain sur la planche, surtout dans les bâtiments existants. Outre des adaptations à l’enveloppe du bâtiment pour réduire la demande de chaleur, il convient de passer au plus vite à des méthodes de chauffage pauvres en émissions, voire mieux, carboneutres. Pour ce faire, la PAC est le premier système indiqué : pour chaque kWh de courant électrique, les PAC fournissent de 3 à 4 kWh de chaleur utile. La consommation électrique est en grande partie couverte par des sources d’énergie renouvelable, de sorte que les PAC contribuent fortement à la décarbonation. De nombreuses études sur le système énergétique définissent la PAC comme la technique de chauffage d’avenir par excellence.

Percée difficile dans les bâtiments existants

L’introduction des PAC dans les bâtiments existants se déroule plutôt péniblement. La pensée dominante consiste à dire que les PAC ne sont pertinentes que dans les nouvelles constructions ou les bâtiments complètement rénovés. Elles conviendraient moins aux bâtiments existants, dans la mesure où ces derniers auraient besoin de températures de départ élevées. Ce qui entraînerait un rendement plus faible des PAC, et éliminerait dès lors cette technique. Afin de vérifier dans quelle mesure ces thèses sont basées sur des faits, l’institut Fraunhofer ISE a rassemblé de nombreuses données sur le fonctionnement des PAC dans des habitations existantes, tant des maisons unifamiliales que des immeubles à appartements. Sur base de ces données, les chercheurs ont voulu savoir dans quelle mesure ces températures de départ élevées dont on parle tant étaient réellement nécessaires dans la pratique, et quel était le rendement des PAC en conditions réelles.

Régime de chauffage inférieur aux attentes

Le projet WPSmart im Bestand (avec le soutien du gouvernement allemand) a collecté des données de 41 installations de PAC dans des bâtiments existants. Lors de l’analyse de ces données mesurées, il est apparu clairement que les températures de départ moyennes étaient relativement basses dans la pratique. Un bel exemple de cela est un bâtiment partiellement rénové avec trois logements et une consommation spécifique pour le chauffage de 90 kWh/m² par an. Le bâtiment était équipé d’une PAC air-eau, combinée aux radiateurs à panneaux existants. La figure 2 montre les moyennes journalières de la température de départ et de retour pendant un an. On y constate que la température extérieure de calcul n’a jamais été atteinte, et que le circuit de chauffage n’a également jamais fonctionné au régime prévu. Par contre, la plupart des valeurs mesurées pour les températures extérieures se situent entre 0 et 10°C.

Le rendement annuel n’est en effet pas déterminé par les températures de calcul, mais bien par une moyenne pondérée du régime de chauffage. Il s’agit de la moyenne de la température de départ et de retour, avec comme facteur de pondération la quantité d’énergie qui est émise à ces températures. Pour notre exemple, la température moyenne du circuit de chauffage se situe à 35,8°C. Pour un beau rendement annuel de 4,0.

D’une analyse plus approfondie de l’ensemble des valeurs mesurées, il ressort qu’on a bien eu affaire à des températures de départ élevées, mais uniquement lors des jours les plus froids, et encore, seulement dans le cas de certaines installations. Ces températures élevées se sont manifestées si rarement qu’elles ont à peine une influence sur le rendement total des installations. Même dans des habitations non rénovées avec de vieux corps de chauffe, les PAC purent se contenter d’une température de départ d’environ 55°C pour garantir un climat intérieur agréable. En résumé : ce ne sont pas les températures extrêmes mais bien les températures moyennes dans le circuit qui déterminent le rendement réel. Par ailleurs, il apparaît que les températures de départ sont plus basses que prévu.

Rendement des PAC dans des bâtiments existants

La relation entre la température moyenne dans le circuit et le rendement de la PAC est indiqué dans la figure 3. Le graphique montre le rendement annuel mesuré de 15 PAC géothermiques et de 35 PAC air-eau dans des bâtiments existants. On y voit clairement l’influence de la température moyenne dans le circuit sur le rendement. Par diminution d’un degré de la température moyenne, le rendement annuel augmente d’environ 0,1. Cette influence a également été confirmée par des simulations sur ordinateur (non affichées dans le graphique).

Les bâtiments existants peuvent également être bien chauffés à l’aide de PAC, sans devoir renouveler les corps de chauffe. Le système d’émission est généralement surdimensionné. Dans ce cas, on peut –après rénovation de la chaufferie- diminuer les températures de départ pour un fonctionnement plus efficace de la PAC. Seules des interventions limitées et relativement bon marché sont nécessaires pour accroître le rendement, comme par exemple le remplacement de quelques corps de chauffe spécifiques.

La figure 4 donne un aperçu global des rendements annuels mesurés à partir de deux études menées sur le terrain. Ces rendements annuels concernent le chauffage et la production d’ECS. On a également pris en compte la consommation électrique de résistances électriques éventuelles. Les études ont été menées sur une période d’environ dix ans. L’amélioration du rendement annuel moyen de 3,3 à 4,1 pour les PAC géothermiques s’explique donc partiellement par les progrès effectués dans la technique des appareils. Une autre raison de la différence dans les résultats se situe dans la performance énergétique des bâtiments. La première étude concerne principalement des bâtiments non rénovés avec des radiateurs. Dans la deuxième étude (WPSmart im Bestand), l’âge des habitations variait entre 15 et 150 ans ; et certaines de ces habitations avaient déjà été –partiellement ou entièrement- rénovées.

On a mesuré 29 PAC air-eau entre juin 2018 et juin 2019. Ces PAC ont atteint un rendement annuel de 2,5 à 3,8, avec une moyenne de 3,1. On a écarté deux valeurs aberrantes avec des rendements particulièrement bons : entre 3,3 et 4,7, avec une moyenne de 4,1. Ainsi qu’une valeur négative aberrante (1,8 seulement). Y compris avec le mix énergétique actuel pour l’électricité, cela se traduit par une amélioration considérable en comparaison avec une chaudière gaz associée à un chauffe-eau solaire (33% pour un rendement annuel de 2,5, et 63% pour un rendement annuel de 4,5). La conclusion est dès lors la suivante : les PAC peuvent également fournir un confort thermique suffisant dans les bâtiments existants.

Par: Dr.-Ing Constanze Bongs (Fraunhofer ISE), Dr. Marek Miara (Fraunhofer ISE), Danny Günther (Fraunhofer ISE)

Illustrations: Fraunhofer ISE