Rendement pompe à chaleur: définition et calcul COP SCOP SEER
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Le rendement de la pompe à chaleur correspond à la production d'énergie qu'elle génère par rapport à la consommation d'électricité dont elle a besoin pour fonctionner. La performance de l'appareil dépend de nombreux facteurs, et se traduit par une multitude d'indicateurs. Les calculer sont essentiels pour évaluer les différents modèles et choisir celui adapté à ses besoins.
Les facteurs de calcul du rendement de la pompe à chaleur
La pompe à chaleur est un dispositif de chauffage reconnu pour ses vertus écologiques et économiques. Avant d’aborder la question de la performance ou du rendement de la PAC, il est essentiel d’en comprendre le fonctionnement.
D'une haute performance énergétique, elle va puiser l’énergie présente dans l’air o ou dans les nappes phréatiques afin de produire de la chaleur et, voire de la fraîcheur pour le logement.
Or pour valoriser l’énergie renouvelable en chaleur, le système de la pompe à chaleur utilise également de l’électricité.
Ainsi, il est important d’évaluer la quantité d’électricité nécessaire pour produire l’énergie thermique correspondant aux besoins énergétiques du logement. C’est ce que l’on nomme le rendement énergétique.
Cette caractéristique est essentielle pour comparer différents modèles de pompe à chaleur et faire ainsi des économies d’énergie.
Il existe plusieurs indicateurs auxquels se référer pour choisir la PAC avec le meilleur rendement :
- le coefficient de performance (COP)
- le coefficient de performance saisonnier (SCOP)
- le coefficient d'efficacité frigorifique (EER)
- le coefficient d'efficacité frigorifique saisonnier (SEER)
Plus le COP / SCOP / EER / SEER est élevé, plus le rendement de la PAC est important, moins elle a besoin de consommer de l'électricité pour produire de l'énergie (chaud ou froid) ; et plus vous réalisez des économies.
COP : le Coefficient de performance
Le COP d’une pompe à chaleur permet d’évaluer le ratio entre la quantité d’électricité utilisée et la quantité d'énergie produite par l'appareil. Naturellement, la PAC produit plus d’énergie qu’elle ne consomme d’électricité.
Formule de calcul du COP : nombre de kWh d’énergie produite / nombre de kWh d’électricité consommée.
Par exemple, un appareil ayant besoin de consommer un 1 kWh d’électricité pour produire 5 kWh d’énergie thermique a un COP de 5/1 = 5.
🏆 Selon les modèles, le COP se situe au minimum entre 3 et 8. Les PAC aérothermiques (air-air ou air-eau) ont un COP entre 3 et 5 et les PAC géothermiques ont un COP de 5 minimum jusqu'à 7 ou 8.
Néanmoins, cet indicateur est soumis à de multiples facteurs de variation. Ainsi, une PAC de COP4 produit 4 fois plus de chaleur pour 1 kWh d'électricité consommée à un instant T. Le COP ne prend pas en compte les variations de température en cours d’année subis par la source d’énergie renouvelable.
En d’autres termes, le COP ne suffit pas pour estimer la performance de l'appareil sur toute une saison de chauffe.
SCOP : le Coefficient de performance saisonnier
Le SCOP permet d’évaluer le rendement énergétique d’une pompe à chaleur sur une saison.
Indicateur de référence pour de nombreux constructeurs, il répond ainsi à une directive Européenne imposée aux fabricants pour identifier les PAC suivant différents grades énergétiques.
Formule de calcul du SCOP : nombre de kWh d’énergie produite sur une saison / nombre de kWh d’électricité consommée sur la même saison.
Présent sur l’étiquette énergie de l'appareil, le SCOP applique la même formule de calcul que le COP, mais avec 4 indicateurs de température différents : -7°C, +2°C, +7°C et +12°C. Ces températures de référence représentent les variations moyennes de température au cours des saisons, sur une année.
Le SCOP permet de contourner les limites du COP en évaluant la performance de l’appareil par saison. Ainsi, le rendement effectif de la pompe à chaleur est beaucoup plus précis avec le SCOP.
| Classes énergétiques | SCOP |
|---|---|
| A+++ | SCOP ≥ 5,1 |
| A++ | 4,6 ≤ SCOP 5,1 |
| A+ | 4 ≤ SCOP < 4,6 |
| A | 3,4 ≤ SCOP < 4 |
EER : le Coefficient d'efficacité frigorifique
L’Energy Efficiency Ratio (EER) - en français Coefficient d'efficacité frigorifique permet d’évaluer la capacité de rafraichissement d’une pompe à chaleur réversible, c'est-à-dire pour climatiser son logement.
Formule de calcul du EER : nombre de kWh d’énergie frigorifique produite / nombre de kWh d’électricité consommée.
Son calcul est donc similaire à celui du COP. Si l'appareil a besoin de 2 kWh pour produire l'équivalent de 8 kWh de frais, alors l'EER est de 8/2 = 4.
🏆 Selon les modèles, l'EER se situe au minimum entre 5 et 8 pour les modèles de PAC aérothermiques ou géothermiques.
SEER : le Coefficient d'efficacité frigorifique saisonnier
Le Seasonal Energy Efficiency Ratio (SEER) - en français coefficient d'efficacité frigorifique saisonnier, fonctionne sur le même principe que le SCOP.
Formule de calcul du SEER : nombre de kWh d’énergie frigorifique produite sur une saison / nombre de kWh d’électricité consommée sur une saison.
Cet indicateur présent sur l'étiquette énergie de l'appareil permet d’évaluer la performance énergétique de la PAC en mode réversible sur une saison. Il prend en compte les variations de température sur l’année ainsi que les périodes d’inutilisation de l’appareil.
| Classes énergétiques | SCOP |
|---|---|
| A+++ | SEER ≥ 8,5 |
| A++ | 6,1 ≤ SEER < 8,5 |
| A+ | 5,6 ≤ SEER < 6,1 |
| A | 5,1 ≤ SEER < 5,6 |
Qu’est-ce qui fait varier les performances d’une PAC ?
Plusieurs facteurs influencent le rendement d’une pompe à chaleur, qu'il est important de prendre en compte. Il faut ausse croiser d'autres éléments avec les indicateurs de performance évoqués précédemment (COP, SCOP, SEER et EER).
Les températures
Plus l’écart de température entre la source d’énergie renouvelable et la température souhaitée dans le logement est réduit, plus la PAC aura un meilleur rendement.
Ainsi, il est plus simple d'obtenir un meilleur rendement dans le sud que dans le nord de la France.
Par ailleurs, l’énergie de la terre a une température constante sur l’année, tandis que l’air extérieur est soumis aux aléas climatiques (chutes des températures lors d'hivers rigoureux). C’est pourquoi, le rendement d’une pompe à chaleur géothermique est meilleur que celui de type aérothermique.
Isolation du logement
Avant toute installation d’une pompe à chaleur, il est vivement recommandé de faire un bilan thermique de l’habitation. Cette étude technique réalisée par un professionnel chauffagiste certifié permet de localiser les points de déperditions et d'évaluer le niveau d'isolation thermique du logement.
Un modèle avec un rendement énergétique élevé aura du mal à couvrir les besoins énergétiques d’une passoire thermique. Aussi, il est recommandé d’effectuer des travaux de rénovation énergétique en parallèle de l'achat d’une PAC.
Faire le point sur la performance énergétique de son logement
Alors que les prix de l'énergie explosent, de nombreux consommateurs font le choix de la rénovation et du renouvellement de ses appareils de chauffe. L'Etat l'incite avec de nombreuses aides.
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Diffuseurs de chauffe / froid
Les émetteurs de chauffage installés vont également moduler le niveau de performance.
Il faudra veiller à :
- dimensionner le nombre d’émetteurs en fonction des besoins du logement ;
- vérifier la compatibilité des dispositifs de chauffe dont vous disposez avec la PAC.
Réglage de la PAC
Il est essentiel d’optimiser la performance de sa pompe à chaleur avec un réglage rigoureux de ses fonctionnalités. Il est recommandé de confier cette mission à un professionnel chauffagiste agréé RGE (Reconnu Garant de l’Environnement). Ce dernier va pouvoir programmer :
- la courbe de chauffe de l’appareil thermique (capacité de production nécessaire à la PAC pour atteindre la température voulue). Dans le cas où la pompe est couplée avec des émetteurs de chauffe à basse température, le réglage se situe entre 35 et 45°C ;
- le débit des échanges thermiques ;
- le volume d’eau ou de fluide frigorigène dans la machine.
Cette prestation peut être effectuée à l’occasion de l’entretien de la pompe à chaleur chaque année ou tous les deux ans.
Comment déterminer la puissance nécessaire pour le rendement optimal d'une PAC ?
La puissance de la pompe à chaleur est un facteur déterminant de son rendement énergétique. Elle permet d’estimer la capacité de production d’énergie de l’appareil.
Exprimée en kW, la puissance de la PAC doit être en effet suffisante pour couvrir les besoins énergétiques du logement.
Une pompe à chaleur sous-dimensionnée ou surdimensionnée aura des cycles de fonctionnement trop longs ou trop courts (à répétition), impactant au final votre facture d’électricité.
Aussi pour assurer un rendement optimal, il est nécessaire de calculer la puissance de la pompe en fonction de différents paramètres : isolation du logement, température extérieure, hauteur sous plafond et volume de la surface à chauffer.
Cette estimation est réalisée par le professionnel chauffagiste en charge de l’installation de la PAC.
- La formule de calcul de la puissance d'une PAC est P = V*C*T
- Soit V = superficie x hauteur ;
- Soit C = coefficient de déperditions énergétiques issu du bilan thermique. Il se situe entre 0,7 (très bonne isolation) et 2 (aucune isolation) en fonction de l’année de construction de l’habitation ;
- Soit T = écart de température entre la température souhaitée et la température extérieure la plus basse relevée.
Exemple pour une habitation de 150 m2 située à Clermont-Ferrand, avec une isolation moyenne (coefficient de 1), une hauteur sous plafond de 2,5 m, une température extérieure la plus basse de -10°C et une température souhaitée de 20°C en moyenne.
Ce qui donne la puissance suivante pour une PAC : 150 x 2.5 x (20 – (-10)) = 11 250 watts soit 11,25 kW.
Quel type de PAC garantit le meilleur rendement ?
Il existe des différences de rendement énergétique en fonction de la technologie de la PAC.
De manière générale, les pompes à chaleur géothermiques présentent une meilleure performance que leurs cousines aérothermiques. Comptez en moyenne sur un COP de 6 à 8 en géothermie, contre un COP de 3 à 5 en aérothermie.
Comme évoqué précédemment, le chauffage par géothermie permet de profiter d’une source d’énergie renouvelable (chaleur de la terre ou nappes phréatiques) à température constante toute l’année. Ce qui n’est pas le cas du chauffage par aérothermie qui utilise les calories de l’air extérieur soumis à des variations de température plus fréquentes en fonction des conditions climatiques.
Ainsi, l’écart de température étant réduit entre la chaleur de la terre et la température souhaitée, la pompe à chaleur géothermique a moins d’efforts à fournir et consomme moins d’électricité. Ce qui explique notamment la différence de coût à l'achat entre les deux types de PAC.
Néanmoins, la PAC avec le meilleur rendement est surtout celle qui répond à vos besoins.
Une pompe à chaleur air-air ou air-eau peut parfaitement convenir à votre logement. Tout dépend des facteurs liés au climat de la zone géographique d’habitation, à l’usage (chauffage, eau chaude sanitaire, climatisation), au niveau d’isolation, à la taille du logement, etc.
Comment améliorer l’efficacité d’une pompe à chaleur ?
Pour optimiser son rendement et réduire la consommation d'électricité de la PAC, plusieurs démarches peuvent être réaliser :
- se renseigner sur les diffuseurs recommandés selon le type de PAC. Par exemple :
- une pompe à chaleur air-eau ou eau-eau fonctionne de manière optimale avec des radiateurs haute ou basse température ou avec un plancher chauffant/rafraichissant
- une pompe à chaleur air-air fonctionne très bien avec les ventilo-convecteurs.
- réaliser des travaux de performance énergétique dans les différentes parties du logement (toiture, plancher, murs extérieurs ou murs intérieurs, fenêtres et portes, etc). Ces travaux limitent les sources des déperditions d’énergie, qui sont les plus souvent responsables d’une surconsommation de la pompe à chaleur ;
- installer un chauffage d’appoint en relève de la pompe à chaleur : poêle à granulés, chaudière à condensation, etc. Des solutions écologiques et économiques lorsque la PAC ne peut pas couvrir les besoins du logement en cas de températures trop basses.
- installer un ballon tampon sur sa pompe à chaleur à circuit hydraulique, afin de limiter les cycles d'utilisation?
Pourquoi la PAC est un mode de chauffe très économique ?
Une pompe à chaleur est un équipement de chauffe thermodynamique utilisant une source d’énergie renouvelable pour chauffer ou rafraichir un logement. Ce mode de production d’énergie thermique est une parfaite solution alternative aux systèmes de chauffe classiques utilisant des énergies fossiles (gaz ou fioul).
Il s’avère également un équipement de choix face au gouffre financier que représente le chauffage « tout électrique ».
- Faisons un comparatif simple entre le rendement d'une PAC et d'un chauffage électrique
- Pour un 1 kWh d’électricité consommé, un radiateur électrique restitue 1 kWh d’énergie thermique.
- Pour un 1 kWh d’électricité consommé, une PAC de COP de 6 restitue 6 kWh d’énergie thermique. Vous divisez par 6 votre consommation d’électricité liée au chauffage !
En moyenne, il est possible de réaliser 60% d’économies d’énergie, soit une réduction de sa facture de chauffage de l’ordre de 900 € à 1000 €/an.