La pompe à chaleur (PAC) géothermique est une machine thermodynamique qui permet de transférer de la chaleur depuis une source froide (le sol) vers une autre source dont la température est plus élevée que celle de la source froide (généralement l’eau ou l’air du système de chauffage d’un bâtiment ou encore l’eau chaude sanitaire). En général, une pompe à chaleur utilise l’électricité dans ce processus, mais d’une façon efficace. Par exemple, une pompe à chaleur peut extraire la chaleur du sol et fournir 4 kWh au bâtiment, alors que la pompe ne consomme que 1 kWh d’électricité.
Ce ‘rendement’ est appelé le ‘Coefficient of Performance’ (COP). Le COP indique quelle quantité d’énergie sera produite par une pompe à chaleur pour une unité d’électricité consommée. C’est donc le rapport de la puissance calorifique à la puissance absorbée effective de l’appareil, exprimé en Watt/Watt. Dans notre exemple, le COP est égal à 4.
L’augmentation de la température devant être réalisée par la pompe à chaleur est proportionnelle à celle de la pression du compresseur, ce qui requiert plus d’énergie et entraîne la diminution du COP de la pompe à chaleur. En d’autres termes, le facteur de bénéfice ou COP d’une pompe à chaleur augmente en présence d’une température plus élevée de la source de chaleur et d’une température requise plus faible du système d’émission.
Le COP déclaré par les fabricants (COPtest), est déterminé dans des conditions d’essai standardisées décrites dans la norme NBN EN 14511–2. Pour les pompes à chaleur géothermiques à échangeurs fermés, le COP est déterminé à 0 °C côté source (le sol) et à 35 °C pour la température d’émission.
Ce COPtest doit être introduit dans l’outil.
L’outil calcule ensuite le COP applicable pour la conception (COPconception) sur la base de trois facteurs de correction:
COPconception = COPtest x fθ x fΔθ x fecs
- fθ : facteur de correction dépendant de la température de source et d’émission
- fΔθ : facteur de correction dépendant de l’écart entre Δθconception et Δθtest
- fecs : impact de la part de chauffage de la pièce et d’eau chaude sanitaire.
fθ: facteur de correction dépendant de la température de source et d’émission
- L’impact de la température de source.
Comme évoqué, le COPtest est déterminé à une température source de 0°C. L’influence d’une autre température source est corrigée ultérieurement par l’outil. Une température (de médium) source inférieure réduira le champ de forage (facteur de correction < 1) et inversement. Pour le calcul du champ de forage et du COPconception nous maintenons donc une température source de 0°C.
- L’impact de la température d’émission.
Plusieurs systèmes d’émission (chauffage par le sol, convecteurs, radiateurs) fonctionnent avec des températures d’émission différentes, (θsupply,design) de 30°C à 55°C.
Nous utilisons la formule PEB pour calculer fθ::
fθ: = 1 + 0.01 (43- θsupply,design, )
La température d’émission est déclarée par l’utilisateur.
fΔθ : facteur de correction dépendant de l’écart entre Δθconception et Δθtest
- Δθconception: la différence entre la température de départ, θsupply,design, et la température de retour lors de la conception du système d’émission (ou du réservoir tampon intermédiaire).
- Δθtest: hausse de la température (de l’eau) sur le condensateur pendant la mesure du COPtest (à déclarer par le fabricant).
Le facteur de correction fΔθ est calculé comme suite:
fΔθ= 1 + 0.01 (Δθconception – Δθtest)
L’utilisateur déclare Δθconception,Δθtest. S’il ne connaît pas ces valeurs, le calcul est effectué avec une valeur par défaut = 0.93 comme dans le calcul PEB.
fsww : impact de la part de chauffage de la pièce et d’eau chaude sanitaire.
L’eau chaude sanitaire (ECS) étant généralement produite à une température plus élevée que l’eau destinée au chauffage d’une pièce, la quantité d’eau chaude sanitaire produite annuellement par le biais d’une pompe à chaleur a un impact sur le rendement total de cette pompe.
La température de production de l’ECS est définie à 55°C. Le fθ pour l’ECS (fθ,sww) devient alors = 1 + 0.01 (43-55) = 1-0.12 = 0.88
L’influence négative de l’ECS est calculée proportionnellement aux besoins en chauffage nécessaires à la production d’ECS (QSWW) par rapport à la demande totale de besoins en chauffage.