Quels sont les modes de fonctionnement des pompes à chaleur ?
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Stefano Fonseca est ingénieur en énergie et environnement avec plus de six ans d'expérience dans les équipements techniques du bâtiment (TGA). Il allie expertise technique et passion pour une communication compréhensible. Depuis plus de cinq ans, il écrit en tant que rédacteur indépendant sur les énergies renouvelables et les modes de vie durables, en particulier sur le photovoltaïque et les pompes à chaleur.
Les pompes à chaleur sont considérées comme une technologie de chauffage efficace et durable. Mais toutes les pompes à chaleur ne fonctionnent pas de la même façon. La façon dont il est exploité peut déterminer l'efficacité, les coûts et les options de déploiement. Mais quels sont les modes de fonctionnement existants et qu'est-ce qui les différencie les uns des autres ? Vous le découvrirez dans cet article.
Quels sont les modes de fonctionnement des pompes à chaleur ?
Il existe six modes de fonctionnement différents pour les pompes à chaleur : alternative monovalente, monoénergétique, bivalente, bivalente parallèle, bivalente partiellement parallèle et multivalent. Elle dépend fortement du type de pompe à chaleur.
Le mode de fonctionnement d'une pompe à chaleur détermine la manière dont elle fournit de la chaleur et détermine si des sources de chaleur supplémentaires sont utilisées. Selon le type de bâtiment, la charge calorifique et l'efficacité souhaitée, un mode de fonctionnement particulier peut être plus judicieux qu'un autre. L'aperçu suivant présente les variantes les plus importantes et leurs caractéristiques.
Fonctionnement monovalent : quand cela a-t-il un sens ?
En mode monovalent, la pompe à chaleur couvre à elle seule la totalité des besoins de chauffage, sans système de chauffage supplémentaire. Pour ce faire, la pompe à chaleur doit être dimensionnée de manière à pouvoir fournir suffisamment de chaleur même à la température extérieure la plus basse attendue. Le point de dimensionnement est basé sur la température extérieure standard du site concerné, souvent comprise entre -10 °C et -15 °C. Ce mode de fonctionnement est particulièrement adapté aux nouveaux bâtiments équipés de systèmes de chauffage de surface tels que les systèmes de chauffage au sol ou muraux.
L'avantage du fonctionnement monovalent est une efficacité maximale, car aucune source d'énergie supplémentaire n'est requise. De plus, les coûts d'exploitation sont généralement inférieurs. Cependant, la pompe à chaleur doit être suffisamment grande pour fournir une puissance suffisante même par temps très froid.
Mode mono-énergétique : pompe à chaleur avec chauffage électrique supplémentaire
En mode mono-énergie, la pompe à chaleur couvre presque tous les besoins de chauffage et est soutenue par un chauffage électrique supplémentaire en cas de besoin. Les pompes à chaleur à air, en particulier, sont équipées de série d'un élément chauffant. Cela ne se produit que lorsque les températures extérieures sont extrêmement basses ou pendant les périodes de pointe. Par conséquent, le système reste compact et ne nécessite pas de deuxième source de chaleur telle qu'un réchauffeur au gaz ou au mazout. Ce mode de fonctionnement est particulièrement adapté aux bâtiments anciens économes en énergie ou aux nouveaux bâtiments dans les régions froides.
Le principal avantage du fonctionnement en mono-énergie est son indépendance par rapport aux systèmes de chauffage supplémentaires : ils chauffent totalement sans combustibles fossiles. Il n'y a pas non plus de frais d'entretien pour un deuxième système de chauffage. Cependant, lorsqu'il est utilisé fréquemment, l'élément chauffant peut entraîner une augmentation des coûts d'électricité si la pompe à chaleur n'est pas dimensionnée ou paramétrée de manière optimale. Une planification et un réglage minutieux du système de commande sont donc essentiels.
Mode alternatif bimode : combinaison avec un autre mode de chauffage
En mode bimode, la pompe à chaleur fonctionne seule jusqu'à une température extérieure spécifique. La température descend-elle en dessous des valeurs spécifiées Point de bivalence, une deuxième source de chaleur, telle qu'un chauffage au gaz, au mazout ou au bois, s'allume et prend entièrement en charge l'alimentation en chaleur. Il est ainsi possible de réduire la taille de la pompe à chaleur. Ce mode de fonctionnement est particulièrement adapté aux bâtiments existants, par exemple lorsque la pompe à chaleur ne peut pas couvrir à elle seule la demande de chaleur ou lorsque les systèmes de chauffage existants doivent continuer à être utilisés.
L'un des principaux avantages de ce mode de fonctionnement est son efficacité accrue, car la pompe à chaleur fonctionne principalement dans sa plage de puissance optimale. De plus, les coûts d'investissement restent inférieurs, car aucune pompe à chaleur surdimensionnée n'est requise. L'inconvénient réside dans la dépendance à l'égard du deuxième système de chauffage, qui fonctionne souvent avec des combustibles fossiles et nécessite un entretien supplémentaire. Cela peut rendre l'exploitation plus coûteuse pendant les hivers froids.
Fonctionnement parallèle en mode double : deux systèmes en même temps
En mode parallèle bivalent, la pompe à chaleur fonctionne conjointement avec une deuxième source de chaleur. Contrairement au mode de fonctionnement alternatif bivalent, les deux systèmes peuvent fonctionner en même temps. La pompe à chaleur couvre les besoins de chauffage jusqu'à une température extérieure spécifique. Lorsqu'il fait froid, la deuxième source de chaleur, généralement un système de chauffage au gaz ou au mazout, s'allume et couvre le reste de la demande de chaleur. Ce mode de fonctionnement est particulièrement adapté aux bâtiments existants ayant des besoins de chauffage élevés et aux radiateurs classiques nécessitant des températures de départ plus élevées.
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L'avantage du fonctionnement en parallèle bimode réside dans sa flexibilité : la pompe à chaleur peut couvrir efficacement une grande partie de la saison de chauffage, tandis que le second chauffage n'est allumé qu'à très basse température. Cela permet de réduire les coûts d'exploitation et de réduire la charge sur l'environnement. Cependant, les coûts de maintenance plus élevés pour deux sources de chaleur et la régulation complexe du système sont désavantageux.
Fonctionnement multivalent : indépendance grâce aux énergies renouvelables
En fonctionnement multivalent, la pompe à chaleur est associée à au moins une source de chaleur supplémentaire. En particulier, les systèmes de chauffage hybrides EE, qui combinent des pompes à chaleur avec de l'énergie photovoltaïque ou solaire thermique, permettent une utilisation maximale des énergies renouvelables.
- Une pompe à chaleur photovoltaïque, par exemple, peut utiliser sa propre énergie solaire pour fonctionner, ce qui réduit les coûts d'électricité.
- La combinaison avec l'énergie solaire thermique réduit le temps de fonctionnement de la pompe à chaleur, car le système solaire thermique fournit une partie de la chaleur, en particulier pour le chauffage de l'eau chaude en été. Cela augmente l'efficacité de l'ensemble du système et réduit la consommation d'énergie de la pompe à chaleur.
Le principal avantage du fonctionnement multivalent est son indépendance vis-à-vis des combustibles fossiles et de la hausse des prix de l'énergie. De plus, la pompe à chaleur peut être réduite, car d'autres sources d'énergie soutiennent le système de chauffage. Cela réduit les coûts d'investissement et améliore l'efficacité. Cependant, un système multivalent nécessite une planification et une coordination précises. Les coûts d'acquisition sont également plus élevés. Cette combinaison est néanmoins rentable à long terme, en particulier dans les maisons unifamiliales où la part de l'autoconsommation est élevée.
Quels facteurs déterminent le mode de fonctionnement de la pompe à chaleur ?
Le fonctionnement d'une pompe à chaleur est influencé par plusieurs facteurs :
- Type de bâtiment et norme d'isolation : Les nouveaux bâtiments bien isolés permettent un fonctionnement monovalent car la charge de chauffage est faible. Dans les bâtiments anciens et mal isolés, les systèmes bivalents ont souvent plus de sens.
- Source de chaleur : Le type de source de chaleur influe sur l'efficacité et le mode de fonctionnement. Les pompes à chaleur air-eau fonctionnent en fonction de la température et nécessitent souvent un chauffage supplémentaire lorsqu'il fait extrêmement froid. Les pompes à chaleur pour eaux souterraines et souterraines ont des performances plus constantes et sont mieux adaptées au fonctionnement monovalent.
- Type de distribution de chauffage : Les systèmes de chauffage par le sol et les murs fonctionnent à de faibles températures de départ et permettent un fonctionnement monovalent. Les radiateurs classiques nécessitent des températures plus élevées, ce qui nécessite souvent une solution bivalente ou monoénergétique.
- Température extérieure standard sur place : La température hivernale moyenne la plus basse détermine si la pompe à chaleur peut fonctionner seule (monovalente) ou avec assistance (bivalente, monoénergétique). Dans les régions très froides, un chauffage supplémentaire est souvent inévitable.
- Dimensions de la pompe à chaleur : Une pompe à chaleur trop petite nécessite souvent un chauffage supplémentaire. Une thermopompe trop grande s'allume et s'éteint souvent, ce qui réduit son efficacité. Le réglage correct de la puissance est essentiel pour un fonctionnement optimal.
- Utilisation d'énergie renouvelable : Un système photovoltaïque peut couvrir les besoins en électricité de la pompe à chaleur et permet un fonctionnement plus efficace. L'énergie solaire thermique peut favoriser le chauffage de l'eau et réduire la durée de fonctionnement de la pompe à chaleur.
Comment optimiser le fonctionnement de ma pompe à chaleur ?
L'efficacité d'une pompe à chaleur dépend en grande partie de son fonctionnement. Des optimisations ciblées peuvent réduire la consommation d'énergie, prolonger la durée de vie et réduire les coûts de chauffage. Vous pouvez faire fonctionner la pompe à chaleur de manière optimale en prenant les mesures suivantes :
- Température de départ inférieure : Une température de départ plus basse réduit la consommation d'énergie. Idéalement, elle se situe entre 30 et 35 °C. Cela est possible avec des systèmes de chauffage de surface (par exemple le chauffage par le sol) ou des radiateurs à basse température.
- Réglez correctement la courbe de chauffage : La courbe de chauffage détermine l'adaptation de la température du flux à la température extérieure. Une courbe de chauffage trop abrupte entraîne des températures inutilement élevées et donc une consommation d'énergie plus élevée. L'optimisation de la courbe de chauffage permet d'économiser de l'électricité et garantit une chaleur constante.
- Utiliser le stockage de chaleur : Un ballon tampon peut absorber l'excès de chaleur lorsque la pompe à chaleur fonctionne de manière particulièrement efficace, par exemple lorsque les prix de l'électricité sont bas. Cela permet d'éviter des temps de cycle courts et d'augmenter l'efficacité.
- Effectuez le réglage hydraulique : L'équilibrage hydraulique garantit que toutes les surfaces de chauffage sont alimentées de manière uniforme en chaleur. Sans ce réglage, la pompe à chaleur doit fournir des températures inutilement élevées, ce qui augmente la consommation d'électricité et les coûts.
- Effectuez une maintenance régulière : Un évaporateur encrassé, des valeurs de pression incorrectes ou une régulation défectueuse peuvent réduire considérablement l'efficacité de la pompe à chaleur. Une inspection annuelle par une entreprise spécialisée garantit le fonctionnement optimal de l'installation.
- Combinez le photovoltaïque pour utiliser votre propre électricité : Un système photovoltaïque peut couvrir partiellement les besoins en électricité de la pompe à chaleur. Cela permet de réduire les coûts d'électricité et de rendre les opérations plus durables.
- Intégrez le contrôle de la maison intelligente : Un régulateur intelligent peut ajuster automatiquement la pompe à chaleur en fonction de la température extérieure, du prix de l'électricité ou de l'autoconsommation d'énergie photovoltaïque. Cela permet d'éviter des phases de fonctionnement inefficaces et de maximiser les économies.
Quel est le meilleur mode de fonctionnement ?
La meilleure façon de faire fonctionner une pompe à chaleur dépend du type de bâtiment, de l'isolation et de la technologie de chauffage. Le fonctionnement monovalent est idéal pour les nouveaux bâtiments équipés d'un chauffage par le sol, car il offre le plus haut rendement. Dans les bâtiments existants soumis à des charges de chauffage plus élevées, les systèmes bivalents ou multivalents constituent souvent le meilleur choix, car ils offrent de la flexibilité et peuvent absorber les pics de charge. La combinaison avec des énergies renouvelables telles que l'énergie photovoltaïque ou solaire thermique optimise davantage le fonctionnement et rend la pompe à chaleur plus indépendante de la hausse des prix de l'électricité.
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