Dimensionnement de la pompe à chaleur : comment choisir la puissance ?

publié le 12/12/2023 | mis à jour le 12/12/2023 | par Laurie Fouché

Qu’est-ce qu’une pompe à chaleur ?

La pompe à chaleur (PAC) est un système de chauffage écologique et économique. Son principe est simple : elle prélève des calories (c’est-à-dire de la chaleur) à l’extérieur (dans l’air, l’eau ou la terre) et les injecte à l’intérieur du logement. Cet appareil peut également être utilisé comme dispositif de production d’eau chaude à la place d’un cumulus électrique ; c’est ce que l’on appelle un chauffe-eau thermodynamique (CET).

Le principe de la PAC repose sur un circuit de fluide caloporteur (parfois appelé frigorigène) capable de transporter la chaleur et de changer facilement d’état. Voici le fonctionnement de la pompe à chaleur :

1. le fluide est à basse température et à basse pression lorsqu’il arrive dans la partie extérieure de la PAC ;
2. ce bloc contient un évaporateur dans lequel le fluide se réchauffe et devient gazeux ;
3. il passe alors dans un compresseur où sa pression est élevée, ce qui augmente encore sa température ;
4. ce gaz caloporteur chaud et sous pression arrive dans la partie intérieure de la pompe à chaleur. Il transmet sa chaleur à de l’eau ou de l’air (voir explication ci-dessous) qui sera utilisée pour chauffer le logement. Cette étape se déroule dans le condenseur qui fait office d’échangeur thermique ;
5. le fluide caloporteur est redevenu liquide et froid mais conserve une pression élevée. Il est alors envoyé vers le détendeur où la pression sera abaissée, ce qui le refroidit encore ;
6. le cycle reprend à l’étape 1.

La chaleur peut être distribuée dans le logement de plusieurs manières :

• via un ensemble de radiateurs alimentés par un circuit d’eau comme avec une chaudière à condensation ou une chaudière électrique ;
• avec un système de chauffage gainable alimenté par une soufflerie centrale ;
• grâce à des blocs muraux soufflant de l’air chaud et installés dans chaque pièce à chauffer.

La PAC est donc un système qui s’adapte à de nombreuses situations et limite l’impact environnemental du chauffage. En effet, elle n’émet pas de gaz à effet de serre (GES) lors de son fonctionnement et ne repose pas sur des énergies fossiles. Toutefois, même si la consommation électrique d’une pompe à chaleur est faible, elle n’est pas nulle et, si la PAC installée n’est pas adaptée au logement, la facture annuelle peut être salée. Pour éviter cela, il est important de bien choisir la puissance de sa pompe à chaleur.

Qu’est-ce que la puissance d’une PAC ?

La puissance d’une pompe à chaleur est la quantité d’énergie qu’elle est capable de fournir sous forme de chaleur. La puissance se mesure en watt (W) ou kilowatt (kW) avec 1 000 W = 1 kW. Plus une PAC est puissante, plus elle peut donc chauffer un logement de grande taille. Cependant, une PAC de grande puissance a également tendance à consommer plus d’électricité pour fonctionner ; cela dépend toutefois des performances de l’appareil.

Il existe un élément permettant de mesurer l’efficacité de la pompe à chaleur : le coefficient de performance énergétique. Celui-ci calcule le nombre de kilowattheure (kWh) de chaleur produits à partir d’un kWh d’électricité consommée. L’Ademe (Agence de la transition écologique) conseille d’investir dans une PAC dont le COP est au moins égal à 3.

Le COP n’est pas un élément à prendre en compte pour le calcul de puissance nécessaire pour une pompe à chaleur, mais c’est un critère de choix incontournable pour investir dans le modèle le plus économique possible. La rentabilité de la pompe à chaleur ne peut être bonne que si le COP est élevé.

Pourquoi bien dimensionner la pompe à chaleur ?

Que ce soit pour le dimensionnement d’une PAC ou le choix de la puissance de chaudière, les consommateurs ont tendance à penser qu’il vaut mieux prévoir une puissance trop élevée, quitte à n’en utiliser qu’une partie. Cela est faux pour une chaudière basse consommation et encore plus faux pour une pompe à chaleur. Le surdimensionnement de la PAC :

• augmente la fréquence des cycles de chauffe et raccourcit leur durée ;
• entraîne la surconsommation de la pompe à chaleur ;
• fait augmenter le montant des factures d’électricité au lieu de livrer les économies promises ;
• diminue son COP et son rendement ;
• peut user prématurément certaines pièces maîtresses, comme le compresseur ;
• élève inutilement le prix d’achat du dispositif.

D’un autre côté, le sous-dimensionnement de la pompe à chaleur pose également son lot de problème, car il :

• entraîne des cycles très longs à plein régime ;
• empêche l’appareil d’atteindre la température visée dans le logement ;
• est source d’inconfort thermique pour les occupants ;
• mène également à une consommation électrique du chauffage plus élevée que nécessaire ;
• est source d’usure prématurée pour certaines pièces.

De plus, un dimensionnement précis limite le bruit de la pompe à chaleur à l’extérieur du logement. Il est donc indispensable d’avoir une PAC de puissance adaptée au logement qu’elle doit chauffer. Heureusement, il est facile de trouver le bon dimensionnement de la pompe à chaleur en réalisant les calculs indiqués ci-dessous.

Comment se calcule la puissance d’une pompe à chaleur ?

Plusieurs éléments sont à prendre en compte pour bien dimensionner sa pompe à chaleur. La puissance à installer dépend notamment :

• de la surface à chauffer dans le logement et de la hauteur sous plafond. Ces deux informations donnent le volume d’air contenu dans le logement et celui-ci a une influence sur le dimensionnement de la PAC ;
• de la qualité de l’isolation du bâtiment, au niveau du toit, des murs, des portes et fenêtres, du sous-sol, etc. Plus la maison laisse échapper d’air chaud en hiver, plus la PAC doit être puissante pour compenser ces déperditions ;
• des températures extérieures qui peuvent être attendues en hiver. Plus l’hiver est rigoureux, plus la PAC doit être puissante pour maintenir la température idéale dans l’habitation ;
• des autres modes de chauffage déjà en place ou bientôt installés dans le logement. En effet, la PAC peut être installée seule, par exemple en remplacement d’une chaudière à gaz ou dans un logement neuf, mais elle peut aussi venir s’ajouter à un chauffage déjà en place (électrique, gaz, fioul, etc.). La puissance nécessaire ne sera pas la même selon les cas.

De plus, il faut savoir qu’il est possible de faire baisser la consommation électrique du chauffe-eau en décidant de passer au chauffe-eau thermodynamique. Cela signifie qu’une pompe à chaleur s’occupe de produire l’eau chaude sanitaire (ECS) utilisée pour la vaisselle, la douche, le bain, etc. Il est possible d’investir dans une PAC capable de gérer le chauffage et la production d’ECS, mais la puissance doit alors être ajustée pour tenir compte de cette seconde fonction.

Quel est le calcul de dimensionnement d’une pompe à chaleur ?

Voici la formule pour calculer la puissance d’une pompe à chaleur :

P_PAC = V x C x T x B

Avec :

• P_PAC la puissance de la PAC que l’on cherche à calculer en watt (W) ;
• V le volume d’air à chauffer en mètre cube (m³) ;
• C le coefficient d’isolation de l’habitation ;
• T la différence entre la température souhaitée à l’intérieur et la température extérieure de base qui varie selon la zone géographique (en degré Celsius) ;
• B les besoins qui doivent être couverts par la pompe à chaleur, exprimés en pourcentage.

Voici comment calculer chacun de ces éléments.

Volume du logement

Pour calculer le volume d’air à chauffer, il suffit de multiplier la surface habitable en mètre carré (m²) par la hauteur sous plafond exprimée en mètre (m). Le résultat est exprimé en mètre cube (m³) et correspond à la lettre V dans la formule ci-dessus.

La hauteur standard dans les logements en France est de 2,5 m. Attention, si certaines pièces ont une hauteur sous plafond plus importante, il est indispensable d’intégrer cela au calcul. En effet, l’air chaud est plus léger que l’air froid et donc a tendance à monter. Le dimensionnement du chauffage de la pièce doit donc tenir compte de cette spécificité, sans quoi l’air chaud sera stocké en hauteur et les occupants continueront de ressentir le froid en hiver.

Dans les logements qui disposent d’une ou plusieurs pièces dont la hauteur sous plafond est importante, il est judicieux d’installer un destratificateur d’air. Cet appareil ressemble à un ventilateur fixé au plafond ; son but est de brasser l’air pour que la chaleur ne s’accumule pas au plafond.

Coefficient d’isolation

Le coefficient d’isolation rend compte de la quantité de chaleur qui s’échappe d’un logement chauffé en hiver : plus il est bas, meilleure est la qualité de l’isolation.

Les logements les plus récents respectent la réglementation thermique (RT) en place lors de leur construction. Pour un bâtiment plus ancien, il est possible de savoir s’il est bien ou mal isolé en consultant le Diagnostic de performance énergétique (DPE) qui doit être établi pour les habitations lors d’une vente ou d’une mise en location. Le tableau ci-dessous indique le coefficient d’isolation qui doit être utilisé dans la formule de dimensionnement de la PAC selon l’état du logement.

Si la PAC est un système de chauffage économique dans un logement très bien isolé, ses performances se dégradent rapidement lorsque les déperditions thermiques sont importantes. Dans une habitation ancienne ayant bénéficié de peu de travaux de rénovation, il est conseillé de se poser la question d’une rénovation globale avant de faire installer une pompe à chaleur. Si des travaux d’isolation ne sont pas possibles, il vaut mieux s’orienter vers une chaudière hybride ou un autre système de chauffage.

Delta de température

La température T qui doit être utilisée dans la formule de calcul de la puissance d’une PAC est la différence entre :

1. la température souhaitée à l’intérieur du logement. L’Ademe conseille de viser 19 °C ;
2. la température extérieure de base. Elle correspond à la température la plus faible relevée par département pendant 5 jours consécutifs au cours des 30 dernières années.

La température de base dépend donc entièrement de la zone géographique où se trouve le logement. Pour la connaître, il faut tout d’abord identifier la zone concernée sur la carte ci-dessous :

Ensuite, la température de base peut être trouvée dans le tableau ci-dessous grâce à l’altitude de la commune :

Par exemple, pour un ménage habitant en zone E à 700 m d’altitude et souhaitant suivre les recommandations de l’Ademe (température souhaitée de 19 °C à l’intérieur), le calcul est :

T = 19 – (-13) = 32 °C

Besoins en chauffage PAC

Grâce aux trois éléments ci-dessus (volume à chauffer V, coefficient d’isolation du logement C et différence de température T), il est possible de connaître la puissance de chauffage totale nécessaire pour une habitation P. Il suffit pour cela de multiplier les trois valeurs.

Par exemple pour un foyer :

• dont le volume à chauffer V est de 250 m³ ;
• dont le coefficient C est de 0,9 ;
• dont le delta de température T est de 25 °C ;

La puissance totale du chauffage doit être P = 5 625 W (ou 5,6 kW).

Cependant, la pompe à chaleur n’a pas besoin de couvrir exactement 100 % de cette puissance. Deux cas de figure se présentent :

1. la PAC est installée en complément d’un système de chauffage déjà en place (souvent une chaudière). Elle doit alors couvrir environ 50 % des besoins en chauffage du bâtiment et la formule sera alors utilisée avec B = 0,5 ;
2. la PAC est installée comme dispositif principal, mais obligatoirement avec un chauffage d’appoint électrique ou un chauffage d’appoint au gaz pour prendre le relais lors des quelques jours les plus froids de l’année. La pompe à chaleur doit alors couvrir 80 à 100 % des besoins de chauffage. On utilise alors dans la formule un B compris entre 0,8 et 1.

Donc, dans l’exemple donné ci-dessus, s’il est prévu que la pompe à chaleur couvre 80 % des besoins, on trouve P_PAC = 5 625 x 0,8 = 4 500 W (ou 4,5 kW).

Quelle puissance de pompe à chaleur choisir ?

En utilisant la formule expliquée ci-dessus, il est possible de déterminer la puissance de la pompe à chaleur pour son logement. Il suffit donc de :

1. multiplier la surface à chauffer par la hauteur sous plafond ;
2. identifier le coefficient d’isolation qui s’applique au bâtiment ;
3. soustraire la température extérieure de base à la température souhaitée dans l’habitation ;
4. déterminer le pourcentage de besoin en chauffage qui doit être couvert par la PAC ;
5. multiplier les nombres obtenus aux étapes précédentes entre eux.

Pour les personnes qui ne souhaitent pas réaliser tous ces calculs, il est possible de faire une estimation du dimensionnement de la pompe à chaleur en se basant uniquement sur l’isolation du logement et sa surface habitable.

Pour utiliser ce tableau, il suffit de multiplier la puissance indiquée par la surface de l’habitation en m².

Quelle que soit la formule retenue, elle ne doit servir qu’à se donner une idée générale de la puissance qui doit être choisie. Il est vivement recommandé de faire appel à un professionnel pour finaliser le projet et réaliser les travaux.

Qui calcule la puissance de la PAC ?

Lors d’un projet de réfection du système de chauffage, il est toujours conseillé de s’adresser à un chauffagiste, de préférence disposant du label Reconnu garant de l’environnement (RGE). En effet, ces professionnels ont une grande expérience et savent conseiller leurs clients sur les meilleures options dans leur situation. Cela est particulièrement vrai en cas de rénovation, car tous les systèmes de chauffage ne peuvent pas s’adapter à tous les bâtiments. Par exemple, le choix du chauffage au sol n’est pas toujours possible dans un bâtiment ancien, et l’arbitrage entre chauffage gaz ou électrique se fait parfois en fonction de la configuration de la maison.

De la même manière, l’installation d’une pompe à chaleur n’est pas toujours une bonne idée. Si les hivers sont très rudes dans la zone considérée et/ou si le bâtiment est mal isolé, il est parfois plus intéressant d’opter pour des radiateurs électriques économiques que pour une PAC. Un chauffagiste compétent est capable de conseiller ses clients sur ces points et de trouver le chauffage qui garantira le meilleur confort au meilleur prix.

Pour trouver le meilleur chauffagiste de la région, l’idéal est de demander des recommandations à vos connaissances. Si aucun d’entre eux n’a d’entreprise à vous recommander, une simple recherche sur internet vous donnera la liste des professionnels du secteur. Il est judicieux de chercher des avis en ligne sur les prestataires envisagés pour les travaux (tout en gardant à l’esprit que les clients satisfaits prennent rarement le temps de laisser un commentaire sur internet). Enfin, pour profiter des meilleurs prix, il est toujours conseillé de comparer les devis de trois artisans avant de choisir celui qui effectuera les travaux.

Prix d’une pompe à chaleur

Le tarif d’une pompe à chaleur varie fortement en fonction de sa puissance ; le prix par kW peut aller de 250 € à 1 800 € TTC. Mais le coût d’une PAC dépend aussi et surtout de la technologie utilisée. Les tarifs moyens qui peuvent être obtenus pose comprise sont détaillés dans le tableau ci-dessous.

Aides financières pour l’installation d’une PAC

Il existe actuellement plusieurs aides financières pour aider les particuliers à entamer une rénovation énergétique de leur logement. Plusieurs systèmes de chauffage rentrent dans ce dispositif, comme les chaudières biomasse et les chaudières à fort rendement (chaudières à ventouse et à condensation notamment).

L’installation d’une pompe à chaleur permet de bénéficier de :

• l’aide MaPrimeRénov’ pour les logements de plus de deux ans. Les montants attribués dépendent des revenus du ménage ;
• la prime énergie ;
• l’éco-prêt à taux zéro et le prêt avance rénovation qui permettent d’obtenir une avance dont les conditions de remboursement sont très avantageuses ;
• la TVA à taux réduit de 5,5 %, contre 20 % à taux normal. Cela s’applique sur l’équipement et la main-d’œuvre.

Attention toutefois, ces aides ne sont disponibles que pour une installation réalisée par un professionnel RGE.