Rendement de pompe à chaleur : définition, principe et conseils
COP, SCOP, ETAS, SEER… de nombreux indicateurs définissent la performance d’une pompe à chaleur. Mais concrètement, que signifient-ils et comment les distinguer ? À quels critères d’efficacité se fier pour choisir le système de chauffage le plus économique pour son logement ? Tuco vous présente tous les fondamentaux à connaître pour l'installation d'une pompe à chaleur avec le meilleur rendement énergétique possible.
Fonctionnement thermodynamique : la clé de l'efficacité d'une PAC
Le haut rendement d’une pompe à chaleur (PAC) est son plus bel atout ! Même la plus performante des chaudières à condensation ne parvient pas à égaler son efficacité. Ce mode de chauffage se différencie des autres appareils par sa faculté à convertir en chaleur les calories présentes naturellement dans l’air, le sol ou l’eau.
Mais en réalité, si la PAC parvient à générer autant d’économies, c’est grâce au fonctionnement thermodynamique de l’appareil. Ainsi, celui-ci ne se contente pas de récupérer de l’énergie gratuite : il la transforme pour décupler son potentiel calorifique.
Explications du fonctionnement d’une pompe à chaleur
Le principe de fonctionnement d’une pompe à chaleur est similaire pour tous les équipements.
- Le prélèvement des calories. Selon le type de PAC, la source de chaleur prélevée diffère. Les modèles aérothermiques (air/air ou air/eau) aspirent l’air extérieur par l’intermédiaire d’un ventilateur alors que la PAC géothermique (eau/eau) puise la chaleur de la terre ou d’une eau souterraine.
- Le transfert de l’énergie. Les calories prélevées sont envoyées dans un échangeur de chaleur (l’évaporateur) dans lequel circule un fluide frigorigène. En se réchauffant, ce dernier se vaporise.
- La montée en température du fluide. Le compresseur de la PAC fait grimper fortement la pression du fluide gazeux, ce qui augmente également sa température.
- Le transfert de la chaleur. La vapeur haute pression rejoint alors un second échangeur (le condenseur) pour céder la totalité de sa chaleur au réseau du chauffage. La PAC air/air souffle l’air chaud dans la pièce à chauffer alors que PAC air/eau ou eau/eau se raccorde directement à vos émetteurs de chaleur (radiateurs ou plancher chauffant).
La vapeur se condense. Elle est envoyée dans un détendeur pour être complètement refroidie. Enfin, elle retourne dans l’évaporateur pour commencer un nouveau cycle de fonctionnement.
Bon à savoir
Chaque fois qu’un fluide change d’état (gazeux à liquide, et inversement), de l’énergie est créée. La pompe à chaleur parvient à extraire cette source de chaleur pour produire du chauffage. C’est pour cette raison qu’elle dispose d’un rendement aussi élevé ! Comment est calculé le rendement d'une pompe à chaleur ?
Il suffit de consulter la fiche technique d’une pompe à chaleur pour rapidement perdre pied. À moins d’être un fin connaisseur, il est difficile de savoir distinguer le rendement réel de l’appareil de son rendement théorique. Décryptage.
Le COP, le coefficient de performance énergétique
Le COP (Coefficient de performance) exprime le rapport entre l’énergie restituée par la pompe à chaleur et l’énergie électrique réellement consommée. Par exemple, un COP de 4 signifie qu’avec une consommation de 1 kWh d’électricité, la PAC crée 3 kWh de chaleur gratuitement.
En revanche, cet indicateur mesure le rendement énergétique que peut fournir une pompe à chaleur pour la production de chauffage, dans des conditions standards d’utilisation. Cette donnée est évaluée en laboratoire pour une température extérieure et un régime de température des émetteurs de chaleur spécifiques.
Exemple
Un COP à +7 °C/+35 °C est calculé à partir d’une température extérieure de 7 °C et un régime de température du réseau de chauffage à 35 °C, en l’occurrence celui d’un plancher chauffant.
Le SCOP, le rendement saisonnier d'une pompe à chaleur
Le COP ne prend pas en compte les variations de la température extérieure. Or, plus il fait froid dehors, plus la consommation d’électricité d’une pompe à chaleur aérothermique augmente. C’est pourquoi le règlement UE n° 626/2011 du 1er janvier 2013 a instauré l’indicateur SCOP (coefficient de performance saisonnier).
Il traduit l’efficacité d’une PAC air/eau ou d’une climatisation réversible en « mode chauffage » sur toute la saison de chauffe (du 15 octobre au 15 avril). Il reflète mieux la réalité, car il estime les pertes de rendement liées aux conditions météorologiques hivernales.
Le SCOP est calculé à partir des données climatiques de 3 villes de références :
- Athènes, pour le climat chaud.
- Strasbourg, pour le climat tempéré.
- Helsinki, pour le climat froid.
De plus, les valeurs ont été simulées avec 4 plages de températures différentes : -7 °C, 2 °C, +7 °C et +12 °C.
L'ETAS, l'efficacité énergétique saisonnière du chauffage
L’ETAS (Efficacité énergétique saisonnière) évalue le rendement de chauffage d’une PAC en pourcentage. Ainsi, ce coefficient facilite la comparaison des performances des pompes à chaleur avec n’importe quel type de chaudière (gaz, fioul, bois, basse température, à condensation, etc.). L’ETAS a été mis en place en 2015 (directive européenne ErP) afin d’améliorer la transparence de l’information entre les consommateurs et les fabricants de pompes à chaleur, de climatiseurs et de chauffe-eau thermodynamique.
L’ETAS permet également d’établir l’éligibilité technique à certaines aides financières, en fonction des modèles :
- ≥ 126 % pour une PAC (air/eau, eau/eau, sol/eau ou sol/sol) à basse température ;
- ≥ 111 % pour un modèle à moyenne ou haute température.
Le SEER, le coefficient d'efficacité frigorifique énergétique
Le SEER (coefficient d’efficacité frigorifique saisonnière) est similaire au SCOP, à la différence qu’il ne sert pas à déterminer le rendement du chauffage, mais de la climatisation d’une PAC réversible. Il exprime le rapport entre la quantité de froid produite et les kWh d'électricité consommés. Sur le même principe, plus ce chiffre est élevé, plus la PAC est économique !
La classe énergétique d'une pompe à chaleur
La classe énergétique permet de visualiser les performances énergétiques et acoustiques de l’appareil de chauffage en un rapide coup d’œil. On ne peut plus simple de compréhension, ce document attribue une couleur (du vert au rouge) et un classement (de A+++ à G) à chaque type de pompe de chaleur.
Les classes énergétiques sont établies à partir des coefficients SCOP et SEER.
Classes énergétiques PAC :
| Étiquette énergétique | SCOP (rendement chauffage) | SEER (rendement climatisation) | |
|---|
| A+++ | Supérieur à 5,10 | Supérieur à 8,50 | |
| A++ | Entre 4,60 et 5,10 | Entre 6,10 et 8,50 | |
| A+ | Entre 4 et 4,60 | Entre 5,60 et 6,10 | |
| A | Entre 3,40 et 4 | Entre 5,10 et 5,60 | |
| B | Entre 3,10 et 3,40 | Entre 4,60 et 5,10 | |
| C | Entre 2,80 et 3,10 | Entre 4,10 et 4,60 | |
| D | Entre 2,50 et 2,80 | Entre 3,60 et 4,10 | |
| E | Entre 2,20 et 2,50 | Entre 3,10 et 3,60 | |
| F | Entre 1,90 et 2,20 | Entre 2,60 et 3,10 | |
| G | Inférieur à 1,90 | Inférieur à 2,60 | |
Comment optimiser le rendement de chauffage d'une PAC ?
De nombreux facteurs font varier la performance d’une pompe à chaleur. Grâce à quelques astuces et conseils, vous serez en mesure d’optimiser l’efficacité de votre système de chauffage et de production d’eau chaude.
Le dimensionnement et le bilan énergétique d'une pompe à chaleur
La phase d’étude préalable est incontestablement la première étape à réaliser avant de se lancer dans des travaux de pompe à chaleur. Elle doit être réalisée soit un bureau d’études thermiques, soit par un professionnel certifié RGE (Reconnu garant de l’environnement).
En effet, c’est grâce à ce bilan énergétique global, qui prend en compte toutes les spécificités de votre maison (localisation, surface, ancienneté, déperditions thermiques, etc.), que vous allez déterminer :
- Le modèle de pompe à chaleur (PAC air/air, PAC air/eau, eau/eau ou PAC hybride) ;
- La puissance nécessaire du système de chauffage ;
- Le choix des équipements et accessoires (ballon d’eau chaude sanitaire, ballon tampon, kit réversible, kit piscine, etc.) ;
- L’implantation de l’unité extérieure, voire des unités intérieures d’une PAC air/air ;
- L’estimation des économies d’énergie et de la facture de chauffage annuelle ;
- La durée d’amortissement de la pompe à chaleur, etc.
Le fonctionnement d'une PAC à basse ou haute température
2 éléments impactent fortement le rendement d’une pompe à chaleur air/eau ou eau/eau :
- La température extérieure, qui varie selon votre région. Dans les régions froides, il est fortement recommandé de faire installer un système d’appoint pour couvrir vos besoins en chauffage pendant les jours les plus froids d’hiver. Il est également possible d’opter pour une pompe à chaleur hybride qui combine les fonctions de PAC et de chaudière à condensation (gaz, fioul ou bois).
- La température d’eau du réseau de chauffage. Plus elle est basse, plus la performance de la PAC est élevée. La meilleure solution pour bénéficier d’un rendement optimal est de raccorder votre appareil sur un plancher chauffant qui fonctionne à très basse température ou à des radiateurs à basse température, de type acier ou aluminium.
Exemple du rendement d'une PAC Air/Eau à haute température
Avec une pompe à chaleur air/eau Daikin Altherma (modèle à haute température) :
- Avec un raccordement sur un plancher chauffant (35 °C), le rendement moyen saisonnier (SCOP) est de 4,51, l’ETAS est de 177 % et la classe énergétique est A+++ ;
- Avec un raccordement sur des radiateurs à basse température (55 °C), le rendement moyen saisonnier (SCOP) est de 3,58, l’ETAS est de 140 % et la classe énergétique est A++ ;
- Avec une température extérieure à -7 °C et un régime à moyenne température des radiateurs à 60 °C, le COP est de 2,01 ;
- Avec une température extérieure à -7 °C et un régime à haute température des radiateurs à 70 °C, le COP est de 1,72.
La qualité de l’installation de la pompe à chaleur
Pour l’installation de votre pompe à chaleur, choisissez toujours un installateur qualifié RGE QualiPAC. D’une part, seul lui peut calculer avec précision la puissance de chauffage nécessaire et optimiser le fonctionnement de la PAC, tout en respectant les normes en vigueur. D’autre part, sa prestation vous donne accès à des aides financières à la rénovation très intéressantes (MaPrimeRénov’, aides CEE, éco-prêt à taux 0, TVA à 5,5 %, etc.).
Exemples de performances selon le type de PAC
En guise de conclusion, le tableau ci-après compare les performances énergétiques moyennes des principaux types de pompes à chaleur.
Comparaison des performances PAC :
| Types de PAC | COP | SCOP | ETAS | |
|---|
| PAC air/air | Entre 3 et 5 | Entre 2 et 3 | Entre 100 et 150 % | |
| PAC air/eau | Entre 3,5 et 5 | Entre 3 et 4 | Entre 110 et 180 % | |
| PAC eau/eau | Entre 4 et 5,5 | Entre 4 et 5,5 | Entre 150 et 230 % | |
Quelle pompe à chaleur a le meilleur rendement ?
Les pompes à chaleur géothermiques (type eau glycolée/eau ou eau/eau) présentent les meilleurs rendements énergétiques de toute la gamme. De plus, comme la température de leur source de chaleur (la terre) est toujours positive et stable, ce système de chauffage ne subit pas de perte de performance. Il est toutefois à noter que certaines PAC air/eau parfaitement optimisées s’avèrent tout aussi économes en énergie.
Jusqu'à quelle température fonctionne une pompe à chaleur air/eau ?
Une pompe à chaleur air/eau peut fonctionner jusqu’à -15 °C, voire -20°C selon les modèles. En revanche, son coefficient de performance énergétique (COP) commence à chuter dès que la température extérieure est inférieure à 7°C, et donc la consommation d’électricité (en kWh) augmente également proportionnellement.
Est-ce que la pompe à chaleur est économique et rentable ?
Pour s’assurer que l’installation d’une pompe à chaleur soit économique et rentable, il est nécessaire de bien préparer son projet. Il convient donc de faire réaliser une étude de faisabilité et un bilan énergétique et de confier la mise en œuvre à un professionnel RGE (Reconnu garant de l’environnement). Ainsi, vous pouvez espérer diviser par 2 à 4 votre facture de chauffage.
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