Quelle puissance de pompe à chaleur ? Ce que valent les règles du pouce

Cet article explique comment un ingénieur calcule la puissance d'une pompe à chaleur (PAC), pourquoi les règles du pouce se trompent, ce que coûte une machine trop grosse, et comment l'eau chaude entre dans le calcul. Avec trois exemples tirés de nos dossiers.

Pourquoi la surface ne suffit pas

La puissance de chauffage nécessaire est la chaleur que le bâtiment perd au moment le plus froid de l'année, et qu'il faut lui rendre pour tenir 20 °C à l'intérieur. Elle dépend de quatre choses que la surface ne dit pas :

• la qualité de l'enveloppe : valeurs U des murs, de la toiture, du sol et des fenêtres, et surface de chacun ;
• la température extérieure de dimensionnement du lieu, qui varie avec l'altitude et le site (notre siège est à 840 m, la Côte lémanique à 400 m) ;
• le renouvellement d'air, par infiltration ou par ventilation mécanique, avec ou sans récupération de chaleur ;
• la compacité : une maison de plain-pied très étalée perd plus qu'un cube de même surface.

Les règles en watts par mètre carré compressent tout cela en un seul chiffre. Elles donnent un ordre de grandeur pour une première discussion, pas une puissance à commander. Le Programme Bâtiments vaudois plafonne d'ailleurs la puissance subventionnée à 50 W par mètre carré de surface de référence énergétique : au-delà, le canton considère qu'on ne subventionne plus une PAC bien dimensionnée.

La méthode : SIA 380/1, puis SIA 384/201

Nous procédons en deux temps. Le bilan thermique selon la norme SIA 380/1, établi avec le logiciel Lesosai, décrit l'enveloppe élément par élément et donne les besoins annuels de chaleur ; c'est aussi le justificatif que demande l'enquête et la base du CECB. Puis la norme SIA 384/201 calcule la puissance de chauffage : pertes par transmission à travers chaque paroi à la température de dimensionnement, pertes par renouvellement d'air, pièce par pièce.

Le résultat pièce par pièce est indispensable pour une raison pratique : il dit si les radiateurs existants suffisent à basse température. Une PAC rend d'autant mieux que l'eau qu'elle produit est tiède. Un chauffage de sol fonctionne à 35 °C de départ, comme à Grandvaux (35/28 °C) ; des radiateurs bien dimensionnés peuvent descendre à 40/35 °C, comme dans le pavillon scolaire genevois. Des radiateurs prévus pour 70 °C obligent la PAC à produire chaud, et son rendement chute. Le calcul dit lesquels remplacer.

Pour une PAC air-eau, il reste une étape : la puissance d'une machine air-eau baisse quand il fait froid. La fiche du fabricant donne la puissance à plusieurs points ; celle qui compte pour comparer deux machines est la puissance à A-7/W35, c'est-à-dire par −7 °C extérieur et 35 °C d'eau ; attention, la fiche officielle de la subvention M-05 retient un autre point, A-7/W34, pour calculer le montant. Une machine annoncée « 12 kW » à 7 °C extérieur peut n'en fournir que 8 à −7 °C. C'est là que se cachent les résistances électriques d'appoint, que nous n'admettons qu'en secours ou pour l'anti-légionelle, jamais comme appoint dimensionné.

Trois exemples chiffrés

L'immeuble lausannois est le cas d'école : la chaudière en place faisait 210 kW, soit plus de 80 W/m². Recopier cette puissance aurait conduit à une PAC deux fois trop grosse, plus chère, plus bruyante et non subventionnable au-delà du plafond de 50 W/m². Le besoin calculé après travaux, 110 kW, correspond à 43 W/m².

Deux autres ordres de grandeur, pour le neuf : huit villas neuves à Trélex reçoivent chacune une PAC air-eau de 8 kW ; un pavillon scolaire modulaire de six classes du canton de Genève fonctionne avec 24,3 kW à A-7/W35, des radiateurs à 40/35 °C et un accumulateur tampon de 800 litres. À Chardonne, un duplex a fait l'objet d'un calcul de puissance de PAC pour les formulaires EN-VD avant tout choix de machine.

Ce que coûte une PAC trop grosse

Le réflexe de « prendre un peu de marge » se paie quatre fois.

1. Le rendement. Une PAC surdimensionnée atteint trop vite la température demandée, s'arrête, redémarre : des cycles courts qui dégradent le coefficient de performance et usent le compresseur. Un accumulateur tampon de chauffage limite le phénomène, il ne le supprime pas.
2. Le bruit. Une machine plus puissante a un ventilateur plus gros et un niveau de puissance acoustique plus élevé ; c'est souvent ce qui fait passer un dossier de la dispense à l'enquête publique, et ce qui fâche le voisin. Voir bruit de pompe à chaleur et voisinage.
3. Le coût. La machine, le raccordement électrique, l'hydraulique : tout grossit avec la puissance.
4. La subvention. Le montant de la mesure M-05 se calcule sur la puissance à A-7/W34 avec un plafond de 50 W/m² de SRE ; la marge ne rapporte rien.

À l'inverse, une PAC trop petite se remarque trois jours par an et se rattrape mal. D'où l'intérêt d'un calcul juste plutôt que d'une marge « au cas où » : la marge, c'est le calcul qui la fixe, pas l'intuition.

L'eau chaude change-t-elle la puissance ?

Pour une villa, en général non : la PAC chauffe le stockage ECS par priorité, quelques dizaines de minutes par jour, pendant lesquelles le chauffage attend sans que personne ne s'en aperçoive. Le chauffe-eau se dimensionne selon la norme SIA 385/2 sur le nombre d'occupants et le profil de puisage, avec une protection anti-légionelle.

Pour un immeuble, la réponse est différente. La puissance d'eau chaude peut approcher celle du chauffage : à Lancy, un immeuble de deux entrées raccordé au réseau GeniLac totalise environ 210 kW pour ses trois groupes de chauffage et 140 kW pour l'eau chaude centralisée avec un chauffe-eau de 1'500 litres. Là, le dimensionnement de la production et du stockage ECS est un calcul à part entière, avec la question de la charge à puissance modulée pour éviter de doubler la machine.

L'ordre des décisions

La puissance se calcule à la fin, pas au début. Nous suivons toujours le même ordre : enveloppe d'abord (que va-t-on isoler, quelles fenêtres), production ensuite (air, sol, réseau de chaleur), distribution et émission (radiateurs, sol, températures), régulation enfin. Une PAC choisie avant de savoir si la toiture sera isolée sera trop grosse une fois la toiture faite ; c'est exactement ce que le dossier de Crissier a évité. Et si l'on rend l'enveloppe étanche, la ventilation se pose dans le même mouvement.

Le calcul avant le catalogue : c'est ce que nous vendons, et rien d'autre, puisque nous ne vendons aucun matériel. Le détail de la démarche est sur remplacement de chauffage par pompe à chaleur et sur l'étude de remplacement de chauffage.