Dimensionnement d’une PAC pour chauffage au sol

Le chauffage au sol, en diffusant une chaleur douce et homogène, est reconnu pour son confort et son efficacité énergétique. Combiné à une pompe à chaleur (PAC), il devient une solution de chauffage particulièrement performante et respectueuse de l’environnement. Cependant, pour profiter pleinement de ces avantages, un dimensionnement adéquat de la PAC est crucial. Une erreur à ce niveau peut entraîner un inconfort thermique, une surconsommation énergétique, voire une usure prématurée du matériel.

Que vous soyez un particulier souhaitant rénover son système de chauffage, un installateur à la recherche d’informations techniques, ou un conseiller en rénovation énergétique, ce guide vous apportera les connaissances indispensables pour un dimensionnement réussi.

Comprendre les bases du dimensionnement

Avant de se lancer dans les calculs, il est essentiel de maîtriser les concepts fondamentaux qui régissent le dimensionnement d’une PAC. Plusieurs paramètres clés entrent en jeu, et leur compréhension est indispensable pour faire les bons choix et éviter les erreurs.

Les concepts clés

• Besoin de chauffage (Puissance calorifique requise): Il s’agit de la quantité d’énergie nécessaire pour maintenir une température intérieure confortable dans le bâtiment, en tenant compte des déperditions thermiques. Elle s’exprime en kilowatts (kW) ou en British Thermal Units par heure (BTU/h). Ce besoin est directement lié à la qualité de l’isolation du bâtiment : plus un bâtiment est isolé, moins il perd de chaleur, et donc moins son besoin de chauffage est élevé.
• COP (Coefficient de performance): Le COP indique l’efficacité d’une PAC à produire de la chaleur par rapport à l’énergie électrique qu’elle consomme. Un COP de 4 signifie que la PAC produit 4 kW de chaleur pour 1 kW d’électricité consommée. Il est important de distinguer le COP théorique, mesuré en laboratoire dans des conditions idéales, du COP réel, qui peut varier en fonction des conditions d’utilisation.
• SCOP (Coefficient de performance saisonnier): Le SCOP est une amélioration du COP qui prend en compte les variations de température tout au long de la saison de chauffe. Il donne une indication plus réaliste de l’efficacité énergétique de la PAC sur une période prolongée.
• Puissance nominale de la PAC: C’est la puissance de chauffage maximale que la PAC peut fournir dans des conditions standards. Il est important de ne pas confondre la puissance nominale avec la puissance électrique absorbée, qui est généralement inférieure.
• Température de départ du chauffage: La température de l’eau chaude envoyée dans le circuit de chauffage a un impact significatif sur le COP de la PAC. Le chauffage au sol, fonctionnant à basse température (généralement entre 30 et 45°C), permet d’optimiser le COP de la PAC, ce qui en fait une combinaison particulièrement efficace.

Facteurs influençant le besoin de chauffage

Le besoin de chauffage d’un bâtiment n’est pas une donnée fixe. Il dépend de nombreux facteurs liés à la construction, à sa localisation et aux habitudes de vie des occupants. Il est crucial de prendre en compte tous ces éléments pour un dimensionnement précis de la PAC.

• Isolation du bâtiment: L’isolation des murs, du toit, du plancher et des fenêtres est le facteur le plus important. Une bonne isolation réduit considérablement les déperditions thermiques et donc le besoin de chauffage.
• Climat de la région: Les températures hivernales moyennes et minimales, ainsi que le nombre de jours de chauffage, influencent directement le besoin de chauffage. Il est important de se baser sur des données climatiques locales précises pour éviter les erreurs.
• Exposition du bâtiment: L’orientation des façades et la protection contre le vent ont un impact sur les gains solaires et les déperditions thermiques. Une façade exposée au sud bénéficiera de gains solaires plus importants, réduisant ainsi le besoin de chauffage.
• Surface à chauffer et volume: La surface totale à chauffer et le volume du bâtiment sont des paramètres évidents, mais il est important de les prendre en compte avec précision.
• Type de chauffage existant: Si la PAC remplace un système de chauffage existant, l’analyse des consommations passées peut fournir une estimation du besoin de chauffage. Cependant, il est important de tenir compte des éventuels travaux d’amélioration énergétique réalisés depuis.
• Apports internes: L’occupation du bâtiment, les appareils électriques et l’éclairage produisent de la chaleur qui contribue à réduire le besoin de chauffage. Ces apports peuvent être significatifs, notamment dans les bâtiments tertiaires.
• Ventilation: Le type de ventilation (naturelle, mécanique simple flux, double flux) influence les pertes de chaleur. Une ventilation double flux avec récupération de chaleur permet de limiter les pertes et d’améliorer l’efficacité énergétique du bâtiment.

Niveau d’isolation	Coefficient de déperdition thermique (G) en W/m².K	Impact sur le besoin en puissance
Très mauvaise isolation (Passoire thermique)	> 1.5	Besoin de puissance très élevé
Mauvaise isolation	1.0 – 1.5	Besoin de puissance élevé
Isolation moyenne	0.6 – 1.0	Besoin de puissance moyen
Bonne isolation	0.3 – 0.6	Besoin de puissance faible
Très bonne isolation (BBC)	< 0.3	Besoin de puissance très faible

Calculer la puissance nécessaire : les méthodes

Une fois les bases comprises, il est temps de passer au calcul de la puissance nécessaire de la PAC. Il existe différentes méthodes, allant de l’estimation rapide au bilan thermique détaillé. Le choix de la méthode dépendra de la précision souhaitée et des informations disponibles.

Méthode simplifiée (pour une estimation rapide)

La méthode simplifiée est basée sur une formule simple qui prend en compte la surface à chauffer et le coefficient de déperdition thermique du bâtiment. Cette méthode est facile à utiliser, mais elle est moins précise que les méthodes plus détaillées.

La formule est la suivante : P = G x Surface x (Température intérieure – Température extérieure de base)

• P est la puissance nécessaire en watts (W).
• G est le coefficient de déperdition thermique en W/m².K. Il représente les pertes de chaleur du bâtiment par unité de surface et de différence de température.
• Surface est la surface à chauffer en mètres carrés (m²).
• Température intérieure est la température souhaitée à l’intérieur du bâtiment (°C). Généralement 19 à 21°C.
• Température extérieure de base est la température extérieure la plus basse enregistrée dans la région (°C).

Le coefficient G est crucial pour la précision de cette méthode. Il doit être adapté à la qualité de l’isolation du bâtiment. Voici une table indicative des valeurs de G pour différents types de construction :

Type de construction	Coefficient de déperdition thermique (G) en W/m².K
Construction ancienne mal isolée	> 2.0
Construction ancienne isolée	1.0 – 2.0
Construction récente (RT2012)	0.6 – 0.8
Construction passive	< 0.15

Cette méthode présente l’avantage d’être simple et rapide à mettre en œuvre. Cependant, elle ne tient pas compte de tous les facteurs qui influencent le besoin de chauffage, tels que l’exposition du bâtiment, les apports internes et le type de ventilation. Elle est donc à utiliser avec prudence, et il est recommandé de la compléter par une analyse plus approfondie.

Méthode plus précise (basée sur un bilan thermique détaillé)

La méthode du bilan thermique détaillé est beaucoup plus précise que la méthode simplifiée. Elle consiste à calculer les déperditions thermiques à travers chaque élément de l’enveloppe du bâtiment (murs, toit, fenêtres, etc.) en tenant compte de leurs caractéristiques propres (surface, épaisseur, conductivité thermique, etc.).

Le processus est complexe et nécessite l’utilisation de logiciels de calcul thermique. Parmi les logiciels populaires, on peut citer Pleiades + Comfie (édité par IZUBA Energies) et Climawin (édité par BBS Slama). Ces logiciels permettent de simuler le comportement thermique du bâtiment en tenant compte de tous les facteurs pertinents, tels que les conditions climatiques, l’occupation du bâtiment et les apports solaires.

La saisie des données est cruciale pour la précision des résultats. Il est important de renseigner avec précision les caractéristiques de chaque élément de l’enveloppe du bâtiment, ainsi que les données climatiques locales et les habitudes de vie des occupants. Les logiciels de calcul thermique permettent également de prendre en compte les apports solaires et internes, ce qui améliore encore la précision des résultats.

L’utilisation de cette méthode nécessite des compétences techniques et une bonne connaissance des logiciels de calcul thermique. Cependant, elle permet d’obtenir une estimation très précise du besoin de chauffage, ce qui est indispensable pour un dimensionnement optimal de la PAC.

Cas particulier de la rénovation

Le dimensionnement d’une PAC dans le cadre d’une rénovation présente des défis spécifiques. Il est souvent difficile de connaître avec précision les caractéristiques thermiques du bâtiment existant. Dans ce cas, l’analyse des factures énergétiques passées peut fournir une estimation du besoin de chauffage.

Cependant, il est important de faire preuve de prudence lors de l’extrapolation des données passées. Les habitudes de consommation peuvent avoir changé, et le bâtiment peut avoir subi des transformations (travaux d’isolation, remplacement des fenêtres, etc.).

La réalisation d’un audit énergétique par un professionnel certifié est fortement recommandée. L’audit énergétique permet d’identifier les points faibles de l’isolation et de proposer des améliorations. Il fournit également une estimation du besoin de chauffage après la réalisation des travaux d’amélioration énergétique.

Il est essentiel de prendre en compte les travaux d’amélioration énergétique envisagés lors du dimensionnement de la PAC. Si des travaux d’isolation sont prévus, le besoin de chauffage futur sera inférieur au besoin de chauffage actuel. Il est donc important de dimensionner la PAC en fonction du besoin futur, et non du besoin actuel.

Choisir la PAC adaptée au chauffage au sol

Une fois le besoin de chauffage calculé, il faut choisir la PAC la plus adaptée au système de chauffage au sol. Plusieurs types de PAC sont compatibles, et il est important de prendre en compte leurs caractéristiques propres pour faire le bon choix.

Types de PAC compatibles avec le chauffage au sol

• PAC air/eau: C’est le type de PAC le plus couramment utilisé. Elle capte la chaleur de l’air extérieur et la transfère à l’eau du circuit de chauffage. La PAC air/eau est relativement facile à installer et elle est adaptée à la plupart des situations. Cependant, son COP peut diminuer lorsque la température extérieure est très basse.
• PAC géothermique: La PAC géothermique capte la chaleur du sol ou de l’eau souterraine. Elle offre des performances élevées, car la température du sol ou de l’eau souterraine est plus stable que la température de l’air. Cependant, son installation est plus complexe et plus coûteuse, car elle nécessite des travaux de forage ou de terrassement.
• PAC hybride: La PAC hybride associe une PAC avec une chaudière (gaz, fioul). Elle permet de bénéficier des avantages des deux systèmes. La PAC assure le chauffage la plupart du temps, et la chaudière prend le relais lorsque la température extérieure est très basse ou lorsque la demande de chauffage est très importante. La PAC hybride est une solution intéressante pour les rénovations, car elle permet de conserver le système de chauffage existant tout en améliorant l’efficacité énergétique.

Critères de sélection de la PAC

Le choix de la pompe à chaleur pour chauffage au sol dépend de plusieurs critères, tels que la puissance de chauffage, le COP, la plage de fonctionnement, le niveau sonore, la compatibilité avec le système de chauffage existant, la régulation et le label de qualité.

• Puissance de chauffage: La puissance nominale de la PAC doit être proche du besoin de chauffage calculé, avec une marge de sécurité d’environ 10 à 20%. Il est préférable de choisir une PAC légèrement surdimensionnée plutôt que sous-dimensionnée, car une PAC sous-dimensionnée risque de ne pas pouvoir assurer le chauffage lors des périodes de froid intense.
• COP et SCOP à basse température: Il est essentiel de s’assurer que les valeurs de COP et SCOP sont bonnes à la température de départ du chauffage au sol. Certains fabricants indiquent les valeurs de COP et SCOP à différentes températures.
• Plage de fonctionnement: La PAC doit être capable de fonctionner efficacement même par températures extérieures basses. Certaines PAC sont conçues pour fonctionner jusqu’à -20°C ou -25°C.
• Niveau sonore: Le niveau sonore de la PAC est un critère important pour le confort des occupants. Il est préférable de choisir une PAC avec un niveau sonore inférieur à 50 dB(A).
• Compatibilité avec le système de chauffage existant: Si la PAC remplace un système de chauffage existant, il est important de vérifier la compatibilité avec les tuyauteries, le circulateur, etc.
• Régulation: Une régulation performante est indispensable pour optimiser le fonctionnement de la PAC et le confort thermique. La régulation doit permettre de programmer le chauffage en fonction des habitudes de vie et de la température extérieure.
• Label de qualité: Les labels Eurovent et Keymark garantissent la performance de la PAC. Il est préférable de choisir une PAC labellisée pour s’assurer de sa qualité.

Dimensionnement de l’appoint électrique

La plupart des PAC sont équipées d’un appoint électrique. L’appoint électrique est un système de chauffage de secours qui se met en marche lorsque la PAC n’est pas capable de fournir suffisamment de chaleur, par exemple lors des pics de demande de chauffage ou lors du dégivrage de l’unité extérieure.

La puissance de l’appoint électrique est généralement comprise entre 3 et 6 kW. Il est important de choisir une puissance adaptée aux besoins du bâtiment. Une puissance trop faible risque de ne pas suffire lors des pics de demande, tandis qu’une puissance trop élevée risque d’entraîner une surconsommation d’énergie.

Il est important d’optimiser l’utilisation de l’appoint électrique. Une régulation intelligente permet de limiter son recours en anticipant les besoins et en optimisant le fonctionnement de la PAC. Il est également possible d’utiliser un tarif d’électricité heures creuses pour alimenter l’appoint électrique pendant les heures où l’électricité est moins chère.

Intégration de la production d’eau chaude sanitaire (ECS)

Il est possible d’intégrer la production d’eau chaude sanitaire (ECS) à la PAC. Dans ce cas, la PAC assure à la fois le chauffage et la production d’ECS. Cette option présente des avantages et des inconvénients.

L’avantage principal est que cela permet de mutualiser les coûts d’installation et d’entretien. L’inconvénient est que cela peut augmenter la puissance nécessaire de la PAC, car il faut prendre en compte les besoins en ECS en plus des besoins en chauffage. Il faut également choisir un ballon d’eau chaude sanitaire avec un volume adapté aux besoins du foyer. Un volume trop faible risque de ne pas suffire lors des pics de demande, tandis qu’un volume trop élevé risque d’entraîner des pertes de chaleur inutiles.

Marques et modèles de PAC pour chauffage au sol

Le marché des pompes à chaleur est vaste et propose une multitude de marques et de modèles, chacun avec ses spécificités. Pour vous aider à y voir plus clair, voici une présentation de quelques acteurs majeurs et de leurs offres :

• Atlantic: Propose une large gamme de PAC air/eau, géothermiques et hybrides, reconnues pour leur fiabilité et leur performance. Leurs modèles Alfea sont particulièrement adaptés au chauffage au sol.
• Daikin: Leader mondial du chauffage et de la climatisation, Daikin offre des PAC innovantes et performantes, avec un accent sur l’efficacité énergétique et le confort. La gamme Altherma est spécialement conçue pour les planchers chauffants.
• Viessmann: Fabricant allemand réputé pour la qualité et la durabilité de ses produits. Viessmann propose des PAC géothermiques et air/eau à haute performance, adaptées aux constructions neuves et à la rénovation. La gamme Vitocal est une référence en matière de chauffage au sol.

Il est conseillé de comparer attentivement les caractéristiques techniques (COP, SCOP, niveau sonore, plage de fonctionnement) et les prix des différents modèles avant de faire votre choix. N’hésitez pas à demander conseil à un installateur qualifié pour vous orienter vers la solution la plus adaptée à vos besoins.

Optimiser le système pour un confort durable

L’installation d’une PAC pour chauffage au sol ne se limite pas au choix et au dimensionnement de l’appareil. L’optimisation du système est cruciale pour garantir un confort thermique optimal et des économies d’énergie durables. Cela passe par un équilibrage hydraulique précis, un choix judicieux de la régulation et une vigilance accrue face aux pièges potentiels.

Importance de l’équilibrage hydraulique du circuit de chauffage au sol

L’équilibrage hydraulique est une étape essentielle pour garantir une répartition homogène du débit d’eau chaude dans chaque boucle du plancher chauffant. Sans équilibrage, certaines zones peuvent être surchauffées tandis que d’autres restent froides, entraînant un inconfort thermique et une surconsommation d’énergie.

Un mauvais équilibrage peut également affecter la performance de la PAC, en l’obligeant à fonctionner à des températures plus élevées pour compenser les zones froides. L’équilibrage peut être réalisé manuellement ou automatiquement, à l’aide de vannes d’équilibrage. Il est recommandé de faire appel à un professionnel qualifié pour cette opération, afin de garantir un résultat optimal.

Choix et réglage de la régulation

La régulation est le cerveau du système de chauffage. Elle permet de piloter la PAC en fonction de la température ambiante, de la température extérieure et des besoins des occupants. Il existe différents types de régulation, tels que les thermostats d’ambiance, les sondes extérieures et la régulation climatique.

• Thermostats d’ambiance: Ils permettent de réguler la température pièce par pièce.
• Sondes extérieures: Elles permettent d’anticiper les variations de température et d’adapter le fonctionnement de la PAC en conséquence.
• Régulation climatique: Elle combine les informations de la sonde extérieure et du thermostat d’ambiance pour optimiser le fonctionnement de la PAC.

Une régulation précise et réactive est essentielle pour optimiser le confort et les économies d’énergie. Il est important de programmer le chauffage en fonction des habitudes de vie et d’utiliser les fonctions intelligentes, telles que la détection de présence et l’optimisation en fonction des prévisions météorologiques.

Pièges à éviter lors du dimensionnement et de l’installation

Malgré une planification rigoureuse, certains pièges peuvent compromettre le bon fonctionnement du système de chauffage. Voici quelques erreurs courantes à éviter :

• Sous-dimensionnement: Il entraîne un inconfort thermique, une surconsommation et une usure prématurée de la PAC.
• Sur-dimensionnement: Il engendre un surinvestissement, des cycles courts et une perte d’efficacité de la PAC.
• Mauvaise installation: Les erreurs de raccordement hydraulique ou électrique et la mauvaise isolation des tuyauteries peuvent réduire considérablement les performances du système.
• Manque d’entretien: L’encrassement des filtres et la perte de fluide frigorigène peuvent affecter le rendement de la PAC.
• Négligence de l’isolation: Il est primordial d’améliorer l’isolation du bâtiment avant d’installer la PAC, car une bonne isolation réduit considérablement le besoin de chauffage.
• Confier le projet à un installateur non qualifié: Il est préférable de faire appel à un installateur certifié RGE (Reconnu Garant de l’Environnement) pour bénéficier d’une installation de qualité et des aides financières.

Maintenance et entretien d’une PAC pour chauffage au sol

Pour garantir le bon fonctionnement et la longévité de votre PAC, un entretien régulier est indispensable. Voici les principales opérations à effectuer :

• Nettoyage des filtres à air: Les filtres à air doivent être nettoyés tous les 1 à 3 mois pour éviter l’encrassement et maintenir une bonne circulation de l’air.
• Contrôle de l’étanchéité du circuit frigorifique: Le contrôle de l’étanchéité doit être effectué par un professionnel certifié tous les 2 ans pour les PAC contenant plus de 2 kg de fluide frigorigène.
• Vérification de la pression du fluide frigorigène: La pression du fluide frigorigène doit être vérifiée régulièrement par un professionnel.
• Nettoyage de l’unité extérieure: L’unité extérieure doit être nettoyée régulièrement pour enlever les feuilles, la poussière et autres débris qui peuvent obstruer la circulation de l’air.
• Purge du circuit de chauffage: La purge du circuit de chauffage permet d’éliminer l’air qui peut s’accumuler dans les tuyauteries et réduire l’efficacité du système.

Un contrat d’entretien avec un professionnel qualifié peut vous assurer un suivi régulier et une intervention rapide en cas de problème. Le coût d’un contrat d’entretien varie généralement entre 150 et 300 euros par an.

Impact environnemental et solutions pour minimiser son empreinte

Bien que les PAC soient considérées comme une solution de chauffage écologique, il est important de prendre en compte leur impact environnemental. Les fluides frigorigènes utilisés dans les PAC sont des gaz à effet de serre, et leur fuite peut contribuer au réchauffement climatique. De plus, la consommation électrique de la PAC peut avoir un impact sur l’environnement, en fonction de la source d’énergie utilisée pour produire l’électricité.

Pour minimiser l’impact environnemental de votre PAC, vous pouvez prendre les mesures suivantes :

• Choisir une PAC avec un fluide frigorigène à faible potentiel de réchauffement global (PRG): Les nouveaux fluides frigorigènes, tels que le R32, ont un PRG beaucoup plus faible que les anciens fluides, tels que le R410A.
• Entretenir régulièrement votre PAC pour éviter les fuites de fluide frigorigène.
• Utiliser de l’électricité verte pour alimenter votre PAC: Vous pouvez souscrire un contrat d’électricité verte auprès d’un fournisseur d’énergie renouvelable.
• Optimiser l’isolation de votre logement pour réduire le besoin de chauffage et donc la consommation électrique de la PAC.

Aides financières et réglementation

L’installation d’une pompe à chaleur plancher chauffant est éligible à de nombreuses aides financières, ce qui peut réduire considérablement le coût de l’investissement. Il est important de se renseigner sur les différentes aides disponibles et de respecter les conditions d’éligibilité.

Aides financières disponibles

• MaPrimeRénov’: Cette aide est versée par l’État pour les travaux de rénovation énergétique. Les conditions d’éligibilité et les montants des aides varient en fonction des revenus du foyer et de la nature des travaux.
• CEE (Certificats d’économies d’énergie): Les fournisseurs d’énergie proposent des offres CEE pour inciter les particuliers à réaliser des travaux d’économies d’énergie.
• Eco-prêt à taux zéro: Ce prêt permet de financer des travaux de rénovation énergétique sans intérêt.
• Aides locales et régionales: De nombreuses collectivités territoriales proposent des aides complémentaires pour les travaux de rénovation énergétique.

Réglementation en vigueur

L’installation d’une PAC est soumise à une réglementation stricte, notamment en matière de performance énergétique et de sécurité. Il est important de respecter les normes en vigueur pour bénéficier des aides financières et garantir la conformité de l’installation.

• RT2012 et RE2020: Ces réglementations fixent les exigences en matière de performance énergétique des bâtiments neufs et existants.
• Normes d’installation des PAC: Les normes NF et DTU définissent les règles à respecter pour l’installation des PAC.
• Obligations d’entretien: Le contrôle d’étanchéité du circuit frigorifique est obligatoire tous les 2 ans pour les PAC contenant plus de 2 kg de fluide frigorigène.

Choisir le bon dimensionnement pour un confort durable

Le dimensionnement d’une PAC pour un chauffage au sol est une étape cruciale pour garantir un confort thermique optimal et des économies d’énergie durables. En comprenant les bases du dimensionnement, en calculant précisément la puissance nécessaire, en choisissant la pompe à chaleur pour plancher chauffant adaptée et en optimisant le système, vous pouvez profiter pleinement des avantages de cette solution de chauffage performante et respectueuse de l’environnement.

Il est donc essentiel de prendre le temps de bien dimensionner son installation, et de faire appel à des professionnels compétents si nécessaire, pour profiter pleinement des avantages d’un système de chauffage au sol performant et économique.