Une marge de puissance ressemble à une assurance bon marché. Au moment du devis, elle ne coûte presque rien : un modèle au-dessus, un petit écart de prix, et la certitude que personne n'appellera pour se plaindre pendant une vague de froid. Le coût de cette assurance arrive plus tard, et c'est le client qui le paie, chaque mois, pendant toute la vie de l'installation.
Cet article explique ce qui se passe réellement dans une PAC surdimensionnée, d'où vient le réflexe d'ajouter de la puissance, et comment dimensionner un appareil pour que le choix se défende devant le client.
Ce que veut dire « surdimensionnée »
Ce n'est pas une question de nombre de kilowatts en soi. Une pompe qui fournit 16 kW aux conditions de base, dans un bâtiment de 15 kW de charge, est bien dimensionnée ; une pompe qui en fournit 8, dans un bâtiment de 4 kW, est surdimensionnée d'un facteur deux.
Deux relations comptent :
- la puissance de l'appareil par rapport aux déperditions de base du bâtiment, c'est-à-dire par rapport au résultat du calcul des déperditions de ce bâtiment précis, dans sa zone climatique ;
- la limite basse de modulation de l'appareil par rapport aux besoins du bâtiment pendant la majeure partie de la saison : la relation dont on parle beaucoup moins souvent, et celle qui décide de la façon dont la pompe fonctionne réellement.
Pourquoi une pompe trop grosse ne peut pas simplement ralentir
Un compresseur Inverter module sa puissance, mais seulement dans une certaine plage. Il ne descend pas sous un certain seuil, et ce seuil varie beaucoup d'un appareil à l'autre. Le chiffre seul ne dit pas grand-chose sans deux précisions : le point de fonctionnement auquel il est donné, et ce dont il est une fraction. Les données des fabricants indiquent en général une plage de puissance à un point précis (A7/W35, par exemple), et c'est cette plage, pas un pourcentage tiré du nom du modèle, qu'il faut comparer aux besoins du bâtiment.
En même temps, un bâtiment n'a besoin de toute sa charge de base qu'à l'heure la plus froide de l'année. Avec 20 °C à l'intérieur et une température de base de -20 °C, les besoins à zéro degré dehors représentent environ la moitié de la charge de base, et à plus huit environ un tiers. La plus grande partie de la saison de chauffe se passe dans cette plage de charge partielle, pas en pleine vague de froid.
En rapprochant ces deux faits, on arrive au cœur du problème :
Le plancher de modulation face aux besoins du bâtiment
Quand les besoins du bâtiment descendent sous la puissance minimale de l'appareil, la pompe n'a aucun moyen de fournir moins. Il ne lui reste qu'à s'arrêter, attendre et redémarrer. Ce sont les cycles courts, et avec un appareil surdimensionné, ils apparaissent même quand l'hydraulique est irréprochable.
Plus la machine est grosse, plus son plancher est haut par rapport aux besoins du bâtiment, et plus la part de la saison de chauffe couverte par la bande hachurée est grande.
Ce que coûtent réellement les cycles courts
Le rendement saisonnier. Le COP du catalogue est mesuré en régime stabilisé selon NF EN 14511. Le SCOP, lui, n'est pas mesuré du tout : il est calculé selon NF EN 14825 pour un bâtiment de référence dont la charge de base correspond à la puissance de l'appareil. Les cycles entrent dans ce calcul sous la forme d'un coefficient de dégradation forfaitaire, prévu pour un appareil bien adapté, pas pour une machine qui fait des cycles courts pendant presque toute la saison. Le SCOP déclaré et le SCOP obtenu dans un tel bâtiment sont donc deux chiffres différents.
L'usure du compresseur. Les fabricants limitent le nombre de démarrages autorisés par heure, parce qu'un démarrage sollicite le compresseur autrement qu'une marche continue : courant d'appel, migration d'huile, contraintes thermiques. Un appareil qui démarre plusieurs fois par heure au lieu de tourner en continu épuise cette réserve bien plus vite.
Le confort. Un fonctionnement par à-coups fait varier la température de départ et, dans une installation à faible inertie, la température des pièces. C'est la partie que le client remarque sans regarder sa facture.
Le conflit avec l'eau chaude. La production d'eau chaude sanitaire interrompt le chauffage. Dans une pompe qui fonctionne déjà par cycles, ces interruptions ne font que s'additionner.
D'où vient le réflexe d'ajouter de la puissance
Quatre causes, toutes compréhensibles :
Une habitude héritée des chaudières. Une chaudière gaz module sur une très large plage, et la surdimensionner coûte peu. Le réflexe « je prends la plus grosse, je serai tranquille » vient tout droit d'une technologie où il fonctionnait vraiment. Avec une pompe à chaleur, il ne fonctionne pas.
L'eau chaude ajoutée directement à la puissance de chauffage. L'eau chaude sanitaire est une charge intermittente, décalée dans le temps, pas une puissance constante qui s'ajoute aux besoins du bâtiment. L'additionner gonfle le résultat ; avec un ballon bien dimensionné et une régulation en priorité, ce n'est en général pas nécessaire du tout.
Un ratio au lieu d'un calcul. La dispersion d'un ratio en W/m² est plus large que l'écart entre deux classes d'équipement. Nous l'avons mesuré sur notre propre module : pour un bâtiment dont le calcul complet selon NF EN 12831-1 donne 8,40 kW, l'estimation par ratio donne entre 8,02 et 23,52 kW, selon la seule classe d'isolation choisie par la personne qui estime. Nous le détaillons dans l'article sur le calcul des déperditions.
La peur de l'appel téléphonique pendant une vague de froid. La plus honnête des quatre causes, et sans doute la plus forte. Mieux vaut la nommer clairement, car la réponse n'est pas une marge de puissance mais le dimensionnement bivalent (voir ci-dessous).
Le point de bivalence : une pompe plus petite ne veut pas dire une maison froide
La peur d'un appareil sous-dimensionné repose sur une hypothèse implicite : la pompe seule doit couvrir tous les besoins à l'heure la plus froide de l'année. C'est le dimensionnement monovalent, et ce n'est pas la seule option.
Le point de bivalence
En bivalent, en dessous d'une certaine température extérieure, une résistance électrique ou un second générateur fournit l'appoint. Le nombre d'heures par an dépend du point de bivalence choisi et du lieu : plus vous le placez haut, plus il y a d'heures. Ce qui compte davantage, c'est l'énergie que représentent ces heures : l'appoint ne couvre que l'écart entre les besoins et la puissance de la pompe, pas la totalité des besoins, et pèse donc quelques pour cent dans le bilan annuel. Les deux se calculent à partir des données climatiques du lieu au lieu de se deviner.
La conséquence va à l'encontre de l'intuition : un appareil plus petit, dimensionné en bivalent, passe l'essentiel de la saison dans sa plage de modulation et obtient un meilleur rendement saisonnier qu'un appareil plus gros qui passe cette même partie de la saison à faire des cycles courts.
Comment dimensionner une pompe pour que le choix se défende
- Calculez les déperditions de base pièce par pièce selon NF EN 12831-1, pour la température de base du lieu réel du bâtiment, et gardez la même température dans toute la chaîne de documents. Dimensionnez le générateur sur la charge de base du BÂTIMENT, pas sur la somme des charges des pièces : la ventilation est calculée par pièce avec un supplément d'infiltration directionnel qui s'annule à l'échelle de la zone, si bien que la somme des pièces est nettement plus élevée. Les résultats pièce par pièce servent à dimensionner les radiateurs et les boucles de plancher chauffant.
- Vérifiez les émetteurs pièce par pièce et déterminez la température de départ nécessaire. Une seule pièce avec un radiateur trop petit fait monter la température de toute l'installation, et chaque degré de plus dégrade le COP tout l'hiver. Sans répartition par pièce, vous ne trouverez pas ce goulot d'étranglement, et sans ce chiffre, vous ne pouvez pas faire l'étape 3.
- Lisez la puissance réelle de l'appareil dans ses données de performance, à la température de base et à la température de départ fixée à l'étape 2, et non le chiffre nominal du nom du modèle. Une pompe « 12 kW » à -20 °C avec un départ à 55 °C fournit nettement moins qu'aux conditions d'où vient son nom.
- Vérifiez la limite basse de modulation de l'appareil choisi, avec les conditions auxquelles sa fiche technique la donne, et comparez-la aux besoins du bâtiment vers +5 °C, une température très fréquente pendant la saison de chauffe. Pour une température de base de -20 °C, les besoins y représentent environ 40 % de la charge de base. Un plancher au-dessus de cette valeur signifie des cycles courts pendant la majeure partie de la saison.
- Choisissez délibérément entre monovalent et bivalent, et notez ce choix avec le point de bivalence retenu. En bivalent, vérifiez en même temps l'alimentation électrique et les protections : la résistance d'appoint est une charge qui doit tenir dans la puissance souscrite du contrat d'électricité.
- Traitez l'eau chaude à part, comme une charge intermittente avec régulation en priorité, et non comme une puissance constante ajoutée aux besoins du bâtiment.
- Vérifiez le volume d'eau de l'installation. Trop peu d'eau provoque des cycles courts même avec une pompe bien dimensionnée ; les fabricants indiquent un minimum, et des circuits fermés en cours d'utilisation peuvent faire passer l'installation en dessous.
Un audit énergétique n'est pas un calcul des déperditions
Les deux se confondent facilement. Un audit énergétique décrit les besoins énergétiques annuels du bâtiment et la rentabilité des travaux possibles ; il donne la puissance thermique sous la forme d'un seul chiffre pour tout le bâtiment, avec ses propres hypothèses et sans répartition par pièce. On ne peut en tirer ni les radiateurs ni les boucles de plancher chauffant. Un calcul des déperditions donne une puissance instantanée aux conditions de base, pièce par pièce, et existe précisément pour dimensionner les équipements. Aucun des deux ne remplace l'autre.
Les deux finissent souvent dans le même dossier. En France, par exemple, la prime CEE pour une pompe à chaleur (fiche BAR-TH-171) demande la note de dimensionnement de l'installateur : toute différence d'hypothèses entre l'audit et le dimensionnement (une autre température de base, une autre enveloppe, d'autres besoins) devient visible pour le client.
Calcul selon NF EN 12831-1 avec valeurs par défaut. Ne remplace pas la note de dimensionnement de votre installateur (CEE, MaPrimeRénov') ni une étude thermique RE2020.Erreurs fréquentes
- Dimensionner sur le chiffre nominal du nom du modèle au lieu de la puissance lue dans les données de performance, à la température de base et à la température de départ nécessaire.
- Ajouter directement la puissance d'eau chaude aux besoins du bâtiment.
- Ignorer la limite basse de modulation en comparant deux appareils de puissance nominale proche.
- Dimensionner à partir d'un ratio en W/m² et s'en servir pour commander le matériel.
- Dimensionner le générateur sur la somme des charges des pièces au lieu de la charge de base du bâtiment. La somme des pièces est nettement plus élevée, parce que la ventilation est calculée par pièce avec un supplément qui s'annule à l'échelle de la zone : c'est le chemin le plus simple vers le surdimensionnement.
- Une marge « au cas où » ajoutée après le calcul. La norme ne contient pas de coefficient de sécurité ; elle contient des hypothèses déjà prudentes : aucun apport interne ni solaire, toutes les pièces à leur température de consigne en même temps, et une température extérieure statistiquement extrême. Un pourcentage ajouté par-dessus fait double emploi avec cette marge. Le seul supplément prévu par la norme est la puissance de relance des installations à fonctionnement intermittent, et elle se calcule, elle ne s'estime pas.
- Aucune trace du point de bivalence retenu, si bien qu'à la réception personne ne peut retrouver sur quelle base l'appareil a été choisi.
Comment nous le faisons dans HeatAlgo
Le module de calcul des déperditions calcule les déperditions de base pièce par pièce selon NF EN 12831-1:2017, avec NF EN ISO 6946 pour les parois et NF EN ISO 13370 pour les échanges avec le sol.
Le module de pré-dimensionnement de la pompe à chaleur lit ces calculs en direct et analyse les radiateurs existants pièce par pièce : le dimensionnement se fait donc à la même température de base que le calcul du bâtiment. Le solveur choisit l'une de 10 classes de puissance génériques, à partir de caractéristiques moyennées sur les données catalogue de 239 appareils de 28 fabricants. C'est un point de départ pour choisir un appareil précis, pas le remplacement d'une étude d'installation complète.
Le calculateur gratuit d'un fabricant répond à une autre question : il dimensionne un appareil de sa propre gamme au lieu de calculer le bâtiment. Nous expliquons cette différence dans une comparaison des deux outils.
Les termes de cet article (point de bivalence, dimensionnement monovalent, SCOP) sont expliqués dans le lexique de l'installateur. Une question à laquelle cet article ne répond pas ? Écrivez-nous. D'autres guides vous attendent dans le centre d'aide.
Ces chiffres viennent du même moteur que celui qui a calculé notre maison de référence, dont toutes les données d'entrée sont publiées pour vérification. Voir la méthode : une maison de référence calculée de bout en bout.
Créer un compte gratuitL'application est en anglais.