Comment bien choisir sa PAC air eau lors d’une rénovation complète et performante ?

Fonctionnement général des PAC air eau

Pour bien choisir la PAC air eau, il faut comprendre un minimum le fonctionnement de la machine et les grandeurs associées. On ne rentrera pas ici dans trop de détails, mais nous vous invitons à consulter les nombreuses ressources en ligne disponibles si vous souhaitez aller plus loin, comme ici, par exemple.

 Le cycle thermodynamique d’une PAC air eau 

Le principe général d’une PAC air eau est exactement l’inverse d’un réfrigérateur. Pour un frigo, on refroidit l’intérieur de l’appareil en y prélevant l’énergie calorifique et on la rejette dans l’air ambiant de la maison. Dans le cas de la PAC air eau, l’énergie thermique est prise dans l’air extérieur, valorisée via la PAC puis diffusée dans la maison par le réseau de chauffage.

La machine fonctionne autour d’un circuit de fluide frigorigène qui fonctionne en boucle fermée et dont le rôle est de transmettre et de valoriser l’énergie prise dans le milieu extérieur (appelé “source froide”) au circuit de chauffage (la “source chaude”). Le fonctionnement du cycle se fait suivant 4 étapes :

• L’air extérieur est poussé par un ventilateur sur un échangeur, apportant son énergie au fluide frigorigène. Ce dernier passe alors de l’état liquide à l’état gazeux : il s’évapore, d’où le nom d’évaporateur donné à cet échangeur.
• Le fluide frigorigène, maintenant à l’état gazeux, passe dans le compresseur. Ce dernier est alimenté électriquement et vient comprimer le fluide, ce qui a pour effet d’augmenter sa température.
• Le fluide frigorigène est à l’état gazeux à (relativement) haute température. Il passe à travers un échangeur à travers lequel il cède sa chaleur à l’eau de chauffage. Ce faisant, il se refroidit et condense (passe à l’état liquide), d’où le nom de condenseur donné à cet échangeur.
• Le fluide frigorigène est à l’état liquide sous haute pression. Il passe à travers un détendeur (qui est un appareil passif, ne nécessitant pas d’électricité) ce qui diminue ainsi la pression et donc la température du fluide. Le cycle peut alors recommencer.

 Le coefficient de performance (COP)

Le principe de la PAC air eau est donc de prendre de l’énergie Eair dans l’air extérieur et, à l’aide de l’énergie électrique Eél fournie au compresseur, de délivrer une énergie Ec au réseau de chauffage. Si on néglige les pertes de la machine, rien n’est perdu : l’énergie prise dans l’air additionnée de l’énergie électrique consommée par le compresseur est égale à l’énergie donnée au réseau de chauffage. Ec = Eair +  Eél . La performance de la machine peut alors se mesurer par le rapport entre l’énergie fournie au réseau de chauffage, et l’énergie électrique dépensée : COP = Ec / Eél.

Plus le COP est élevé, plus on récupère d’énergie sur le réseau de chauffage pour la même énergie électrique investie, donc plus la performance du système est élevée.

Le COP n’est pas une donnée figée pour une PAC. Dans le cas d’une PAC air eau, il dépend en effet de la température de l’air extérieur, et de la température de l’eau de chauffage.  Ce qu’il faut retenir est que le COP est inversement proportionnel à l’écart de température entre l’air extérieur et le réseau de chauffage, plus cet écart est petit, plus grand sera le COP.  La température de l’air extérieur n’étant pas une donnée maîtrisable, on comprend qu’on aura une meilleure performance en abaissant la température du réseau de chauffage autant que possible.

 Les autres indicateurs de performance 

Pour encadrer les fabricants, pousser la performance vers le haut et permettre de comparer les machines entre elles, l’Etat et l’Europe ont produit des règlements, des décrets et des normes qui s’appuient sur une série d’ indicateurs. Parmi ceux-ci, les plus utilisés sont :

• L’efficacité énergétique saisonnière, noté ηS, (ou ETAS), mesure la performance de la machine sur l'intégralité de la saison de chauffe. Il tient compte des consommations en veille, des périodes d'arrêt de fonctionnement, des fluctuations de température, etc. sur l'ensemble d'une saison de chauffage.
• Le COP saisonnier, ou SCOP, est une représentation fictive du COP sur la saison de chauffe.

Ces 2 indicateurs sont mesurés par les fabricants selon des normes bien établies, notamment en utilisant un climat standardisé pour calculer les performances de la machine. On retrouve normalement les valeurs de ces indicateurs dans les notices des fabricants. Comme la procédure de calcul des indicateurs est toujours la même, ceux-ci permettent de comparer les machines entre elles.

En savoir plus ? Contactez les experts Dorémi

Bien dimensionner une PAC air eau

Pour choisir la PAC air eau, il faut déjà en connaître quelques caractéristiques : puissance, régime de température, simple ou double service, etc. Pour cela, il faut déjà effectuer un premier dimensionnement.

 La puissance 

Lors d'une rénovation complète et performante, il sera important de bien recalculer les déperditions de la maison suite à son isolation pour calculer la puissance au plus juste. Surdimensionner la machine peut conduire à des contre-performances. En effet, la majorité des PAC sont peu ou pas modulantes.  Elles ne savent pas toujours bien gérer une variation importante du besoin de puissance,  si bien qu'un surdimensionnement peut conduire à de nombreux cycles marche/arrêt et donc à une usure prématurée du matériel. En prévoyant un stockage suffisamment conséquent et isolé, la puissance de la machine pourra être adaptée à la production ECS le cas échéant. Les services prescription des fabricants sont là pour vous accompagner dans le dimensionnement de vos installations : n'hésitez pas à les solliciter.

 

Une maison bien isolée a des besoins de puissance de chauffage qui varie fortement en fonction de la température extérieure et de l'ensoleillement. Il est donc important de veiller à ce que la PAC soit la plus modulante possible. On priorisera donc des PAC air eau équipées de compresseur dit "inverter". Grâce à cette technologie qui permet d’adapter la vitesse du moteur du compresseur en fonction de la demande, les machines actuellement sur le marché sont capables de moduler environ jusqu'à 20% de leur puissance maximale.

 Adapter les régimes de températures 

Avant la rénovation, le régime de température du chauffage est en général élevé. Pour optimiser les performances de la PAC, il est important de baisser autant que possible ce régime de température. Un changement des émetteurs de chauffage peut se révéler nécessaire.

Voici quelques exemples de régimes de température et de COP associés :

 

 

Ainsi, entre un régime de température inchangé après rénovation et une installation de plancher chauffant, il est possible de presque diviser par 2 les consommations de chauffage pour une même PAC installée.

Pour sélectionner la PAC, il sera de plus important de connaître le régime de température pour pouvoir sélectionner la machine ayant les meilleures performances à ce régime précis.

La sélection de la machine

Une fois déterminées les caractéristiques indispensables de la machine que l’on souhaite installer (puissance au point de dimensionnement, loi d’eau, ballon tampon ou non, etc.), il est temps de se plonger dans les catalogues des fabricants pour déterminer les modèles qui correspondent le mieux au cahier des charges ainsi établi.

 Sélection en fonction du ηS et du SCOP 

Pour que les propriétaires puissent bénéficier de l’aide Ma Prime Rénov’, il faudra vérifier que l’efficacité énergétique saisonnière (ETAS) est supérieure à 126% à basse température (35°C). Les fabricants sachant qu’ils ne vendront pas leurs machines si elles ne permettent pas de bénéficier des aides de l’Etat, toutes les PAC air eau récentes semblent répondre à ce critère.

Quant au SCOP, qui permet notamment de comparer les machines entre elles, nous pouvons constater sur le graphique qu’il y a de fortes disparités entre les machines.

On note que se fixer un SCOP minimal de 4,5 permet de conserver un bon choix de machine tout en ambitionnant une forte performance. Parmi les marques qui proposent des machines affichant des SCOP supérieurs à 4,5, on retrouve Panasonic, Daikin, Viessmann, Nibe, Saunier Duval, AUER et De Dietrich. Bien sûr, cette liste ne se prétend pas exhaustive. Notons enfin sur ce graphique que quelques machines affichent un SCOP supérieur à 5. On retrouve ces machines chez AUER, Panasonic et Nibe.

Le SCOP et le ηS sont liés à une étiquette énergétique. Dans tous les cas, on choisira une machine affichant une étiquette A+++/A++ pour 35/45°C, ce qui est le cas de toutes les machines affichant un SCOP supérieur à 4,5.

Bien que les données du ηS  et du SCOP ne figurent pas toujours sur la documentation fournie par les fabricants, ceux-ci ont forcément effectué ces calculs pour être dans la légalité du droit européen. Insistez donc auprès des fabricants pour obtenir ces informations indispensables pour bien choisir le matériel que vous allez proposer à vos client.e.s.

 Quel COP attendre selon le régime de température ? 

Nous avons comparé les COP à différents points de fonctionnement sur un grand nombre de machines commercialisées en France. Selon les fabricants, nous n’avons pas toujours réussi à obtenir toutes les données, ce qui peut expliquer quelques valeurs contre-intuitives. On remarque cependant dans le tableau que pour un même régime de température, les performances sont très disparates, avec systématiquement des écarts de plus de 1 point de COP entre les min et les max : ceci montre l’importance de bien définir le point de fonctionnement et de sélectionner ensuite la machine qui a le meilleur COP à ce point de fonctionnement (avec la puissance adéquate).

Ce tableau peut vous servir lors de la sélection de votre machine et lors de discussions avec votre fournisseur (ou avec le fabricant) : il vous permet de positionner les performances de votre machine au regard des machines similaires disponibles sur le marché français.