Dimensionnement d'une pompe à chaleur air-eau

La pompe à chaleur air-eau remplace de plus en plus souvent la chaudière au mazout ou au gaz, en rénovation comme en construction neuve. Mais une PAC ne se choisit pas comme une chaudière : sa puissance diminue quand il fait froid, précisément au moment où les besoins du bâtiment augmentent. Le dimensionnement consiste à croiser ces deux courbes.

La courbe de la machine face à la droite de déperditions

Les déperditions d'un bâtiment croissent linéairement quand la température extérieure baisse, jusqu'à leur maximum à la température extérieure de base de la commune, fixée par l'annexe nationale belge de la NBN EN 12831-1. À l'inverse, la puissance calorifique d'une pompe à chaleur air-eau chute avec la température d'air. Les constructeurs la déclarent aux points normalisés de la NBN EN 14825 : −7 °C, +2 °C, +7 °C et +12 °C, pour chaque température d'eau (35, 45, 55 °C). L'intersection des deux courbes est le point de bivalence : en dessous, l'appoint électrique complète la machine.

La règle des 70 à 100 %

Le bon dimensionnement mono-énergétique vise une machine couvrant 70 à 100 % des déperditions à la température de base, la règle courante des 80 % en étant le cas central. L'appoint ne fournit alors que quelques pourcents de l'énergie annuelle — les pointes de froid sont rares — tandis que la machine module confortablement le reste de la saison. Surdimensionner « pour être tranquille » est contre-productif : cycles courts, usure du compresseur, COP dégradé et surcoût à l'achat.

Comment s'en servir. La valeur lue est la puissance que l'installation doit couvrir à −7 °C. La pompe à chaleur se choisit ensuite à 70 à 100 % de cette valeur, l'appoint électrique intégré assurant le complément lors des pointes de froid. Si la température de base de votre commune est plus basse, la puissance monte proportionnellement à l'écart de température : à −10 °C au lieu de −7 °C, l'écart passe de 27 à 30 K, soit +11 % de puissance pour le même bâtiment. C'est ce que fait le calculateur en haut de page avec la valeur que vous saisissez.

Les ordres de grandeur se recoupent avec ceux que Bruxelles Environnement publie pour ses formations : 120 à 180 W/m² pour un bâtiment existant d'avant la PEB, 20 à 40 W/m² en très basse énergie, 10 à 30 W/m² en passif. À −7 °C et 2,5 m sous plafond, le niveau « non isolé » de l'abaque donne 122 W/m² et le niveau « très basse énergie », 27 W/m².

Le coefficient G se lit sur le niveau d'isolation ou, mieux, se déduit d'un certificat PEB ou d'un audit. C'est la donnée d'entrée la plus sensible de toute la chaîne : 10 % d'erreur sur G, c'est 10 % d'erreur sur la puissance finale. Pour un dimensionnement contractuel, les déperditions s'établissent pièce par pièce selon la NBN EN 12831-1 et son annexe nationale, avec notre outil de déperditions thermiques.

La température de base est une saisie. L'annexe nationale NBN EN 12831-1 ANB:2020 la fixe commune par commune, mais c'est une norme payante : l'outil ne la reproduit pas et ne la devine pas. L'outil Heatload de Buildwise l'affiche dès qu'on choisit la commune. Les deux repères du tableau valent pour leur portée exacte : l'Ardenne, en particulier, a une température de base plus basse que Bruxelles.

Les degrés-jours doivent porter leur base. L'IRM publie pour chaque commune les degrés-jours 15/15 : le cumul des écarts entre 15 °C et la moyenne du jour, les jours où elle est plus basse. Le secteur du gaz suit la convention 16,5/16,5 de Synergrid, mesurée à Uccle. L'outil accepte les deux : il convertit les degrés-jours en heures de chauffe dans la base indiquée. Pour Bruxelles, 1 838,1 degrés-jours 15/15 et une température de base de −7 °C donnent 6 575 heures de chauffe.

Ce que cela change au dimensionnement. En monovalent, la machine doit à elle seule couvrir 100 % des déperditions à la température de base — c'est la vérification que l'outil applique quand vous choisissez ce mode. En mono-énergétique, elle peut être bien plus petite : l'outil calcule alors la puissance d'appoint électrique à prévoir, arrondie au kilowatt supérieur. En bivalent, la logique est la même que le mono-énergétique, mais le complément vient d'une autre énergie : renseignez le mode mono-énergétique et lisez la puissance de complément comme celle à demander au second générateur.

Beaucoup de calculateurs ajoutent d'office 1 à 3 kW « pour l'eau chaude sanitaire ». En maison individuelle équipée d'un ballon de stockage, cette majoration n'a pas lieu d'être, et c'est le choix retenu ici : la production d'eau chaude est décalée dans le temps. La régulation bascule en priorité eau chaude, interrompt le chauffage pendant la charge du ballon — vingt à quarante minutes — puis reprend. L'inertie du bâtiment absorbe sans difficulté cette interruption, et les deux besoins ne se cumulent donc jamais à la pointe.

La majoration se justifie en revanche dans trois cas : une production sans stockage suffisant (instantanée ou semi-instantanée), des besoins simultanés élevés (logement collectif, hôtellerie, grande famille avec puisages concentrés), ou un ballon très volumineux qu'il faut recharger dans un créneau tarifaire contraint. Dans ces situations, le poste eau chaude relève d'un calcul propre — nombre d'occupants, volume de puisage, temps de remontée en température — qui sort du cadre de cet outil.

Deux points de vigilance restent valables quel que soit le montage. D'abord, la machine doit pouvoir atteindre la température du ballon : produire de l'eau à 55 ou 60 °C par temps froid dégrade fortement le COP, et certaines machines basse température n'y parviennent qu'avec leur appoint électrique. Ensuite, l'eau chaude sanitaire pèse sur la consommation annuelle sans peser sur la puissance : le SCOP estimé par cet outil est un SCOP de chauffage, pas un rendement global de l'installation.

L'outil enchaîne cinq calculs, chacun documenté dans la note de calcul PDF exportable. Comprendre cette chaîne vous permet de défendre le résultat face à un client, un bureau d'études ou un installateur :

1. Les déperditions à la température de base. Soit vous les connaissez (calcul NBN EN 12831-1, étude thermique), soit l'outil les estime par la méthode volumique P = G × V × ΔT, où G est un coefficient de déperditions global (ventilation incluse) choisi selon le niveau d'isolation : 1,8 W/(m³·K) pour une maison non isolée, 0,4 en très basse énergie.
2. La courbe de la machine. À partir des trois points NBN EN 14825 saisis (−7, +2, +7 °C), l'outil reconstruit par interpolation la puissance calorifique et le COP à n'importe quelle température extérieure, au régime d'eau choisi, en s'appuyant sur un point de contrôle calculé à +12 °C pour la plage douce. Le point +2 °C intègre déjà la pénalité de givrage et de dégivrage, la plage la plus critique des pompes à chaleur air-eau.
3. Le point de bivalence. La droite de besoin du bâtiment (maximale à θbase, nulle à 16 °C selon la NBN EN 14825) croise la courbe de la machine : en dessous de cette température, l'appoint complète. L'outil en déduit la puissance d'appoint électrique à prévoir, arrondie au kilowatt supérieur.
4. Le SCOP saisonnier localisé. La saison de chauffe est découpée en classes de 1 °C (méthode des bins, celle-là même de la NBN EN 14825), pondérées par une monotone climatique calibrée sur les degrés-jours de votre commune, dans leur base. Dans chaque classe : COP interpolé, dégradation de cyclage sous le taux de modulation minimal (Cdh = 0,9), appoint à COP 1. Le rapport besoin annuel sur électricité consommée donne le SCOP de votre installation, dans votre climat, souvent différent du SCOP catalogue mesuré sur le climat moyen européen.
5. Le ballon tampon. Deux exigences dimensionnantes : garantir le temps de marche minimal du compresseur (V = P × t / (cp × ΔT)) et constituer la réserve d'énergie des dégivrages (10 à 20 L/kW). L'outil retient le maximum des deux, déduit le volume du réseau toujours irrigué, et arrondit à la taille commerciale supérieure.

Le piège classique : la « puissance commerciale » du modèle. Une « PAC 11 kW » délivre 11 kW… à +7 °C extérieur. Par −7 °C, il en reste souvent 7 à 8 ; par grand froid, parfois moins de 65 %. Voici comment décoder les données constructeur :

• A−7/W35, A+2/W55… : « A » est la température d'air extérieur, « W » celle de l'eau produite. Les performances chutent quand A baisse et quand W monte (environ −2,5 % de COP par degré d'eau supplémentaire). Saisissez toujours les points au régime d'eau réel de vos émetteurs.
• COP (NBN EN 14511) : rendement instantané en un point d'essai. Utile pour tracer la courbe, mais ne dit rien de la saison entière.
• SCOP et ηs (NBN EN 14825) : rendement saisonnier, intégrant charge partielle, cyclage et appoint, sur un climat conventionnel (« moyen » = Strasbourg). C'est lui que retiennent l'étiquette énergie et les conditions de primes : ηs ≈ SCOP / 2,5.
• Pdesign et Tbiv déclarés : la puissance de conception et le point de bivalence retenus par le fabricant pour l'essai NBN EN 14825, à comparer à ceux de votre projet, calculés par l'outil.
• Plage de modulation : une machine inverter qui module de 30 à 100 % cycle beaucoup moins qu'une machine à deux étages. Le taux de modulation minimal alimente directement le calcul de dégradation par cyclage.

Le SCOP (coefficient de performance saisonnier, NBN EN 14825) rapporte l'énergie de chauffage fournie sur la saison à l'électricité consommée. L'étiquette énergie affiche son équivalent ηs (efficacité énergétique saisonnière, ηs ≈ SCOP / 2,5), défini par le règlement européen d'écoconception 813/2013. Le SCOP déclaré est mesuré pour le « climat moyen » européen : votre SCOP réel dépend de votre climat, du régime d'eau et du taux de couverture, et c'est ce que l'outil estime par la méthode des bins.

Les aides à l'achat sont régionales. L'outil n'en contrôle aucune : le tableau ci-dessous résume leur état à la date de vérification, avec le lien vers la page officielle.