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Le rôle crucial des radiateurs dans un système de pompe à chaleur

Les pays nordiques utilisent les pompes à chaleur depuis des années. La combinaison de bâtiments bien isolés et de systèmes de pompe à chaleur fonctionnant à des températures de 55/45 °C n’est certainement pas nouvelle. Néanmoins, si une vieille chaudière est remplacée par une pompe à chaleur ou si une pompe à chaleur est déjà installée mais que les températures du système doivent être abaissées davantage, par exemple à 35/25 °C, il est important de ne pas oublier d'évaluer tous les éléments du système de pompe à chaleur, y compris la distribution de la chaleur et les émetteurs. Pour une efficacité énergétique optimale, il s'agira dans la plupart des cas de remplacer les anciens radiateurs par de nouveaux.
les pompes à chaleur sont compatibles avec les radiateurs

Système complet de pompe à chaleur

Pour qu'un système de pompe à chaleur fonctionne efficacement, comme pour tous les systèmes d'ailleurs, tous les composants doivent être parfaitement coordonnés entre eux. Ce n'est qu'à cette condition que le système pourra atteindre son plein potentiel et garantir une efficacité optimale. Il est donc essentiel de planifier et de concevoir avec soin l'ensemble du système de pompe à chaleur, y compris la source de chaleur, la pompe à chaleur, la distribution de la chaleur et les émetteurs de chaleur.

Plus précisément, il s'agit de déterminer la charge thermique du bâtiment et des pièces individuelles, de sélectionner les composants hydroniques appropriés, de vérifier la conception des émetteurs de chaleur existants et, si nécessaire, de remplacer les émetteurs sous-dimensionnés ou inadaptés ou d'ajouter des surfaces de chauffage supplémentaires. En outre, le système de tuyauterie existant doit être rincé, les raccords et les vannes doivent être vérifiés et éventuellement remplacés et le système de chauffage doit être équilibré hydrauliquement.

Efficacité accrue

Lorsque tous les composants sont adaptés à la pompe à chaleur ainsi qu'au bâtiment, l'efficacité d'un système de pompe à chaleur augmente automatiquement. C'est lorsque nous cherchons des moyens d'optimiser davantage cette efficacité que l'importance des radiateurs dans le système devient évidente.

Une première façon d'augmenter l'efficacité d'une pompe à chaleur est de réduire davantage les températures du système de 55/45 °C à 35/25 °C. Cela peut entraîner des économies d’énergie d’environ 25 %(1). Des températures de système plus basses amélioreront la valeur SCOP (coefficient de performance saisonnier) de la pompe à chaleur, c'est-à-dire son facteur de performance annuel dans différents états de fonctionnement, qui sont pondérés en fonction des zones climatiques. Plus le SCOP est élevé, plus la consommation d'énergie est faible. C'est logique, car plus la différence de température entre la source de chaleur (qu'il s'agisse d'air, d'eau ou de chaleur géothermique) et le fluide caloporteur (par exemple, un radiateur) est faible, plus la pompe à chaleur fonctionne de manière économique.

Deuxièmement, l'équilibrage hydronique du système de chauffage est important pour une meilleure efficacité. Tous les radiateurs du système doivent être équilibrés hydrauliquement pour s’assurer que même le radiateur le plus éloigné de la source de chaleur est toujours chaud. Par le passé, la pompe de circulation de l'eau de chauffage était souvent dimensionnée plus largement et/ou les températures de départ étaient réglées plus haut que nécessaire. Ces deux actions entraînent des pertes d'énergie inutiles. L’équilibrage hydraulique contribue à créer un système de chauffage efficace et permet de réaliser des économies d’énergie de 7 à 11 %(2).

Une étape supplémentaire pour améliorer l'efficacité d'un système de pompe à chaleur est l'utilisation d'un insert de vanne de radiateur dynamique. Dans les bâtiments existants en particulier, la tuyauterie invisible peut poser un problème si les documents sont incomplets ou indisponibles. Les longueurs et les diamètres des tuyaux restent incertains, ce qui fait que la conception doit être basée sur des hypothèses et des valeurs empiriques. Un insert de vanne dynamique résout ce problème. Lorsque le volume d'eau requis est réglé, en tenant compte de la puissance du radiateur et des températures du système, l'insert de vanne assure un débit constant. Le réglage ne doit être effectué qu'une seule fois à l'aide de la clé de réglage incluse dans la livraison. L’échelle en l/h rend le réglage rapide et simple. Toutefois, l’utilisation de la vanne dynamique nécessite que l’eau du système soit exempte de contamination.

Toutefois, la condition préalable à l'utilisation de la vanne dynamique est une eau de réseau exempte de toute contamination. Avec la tête thermostatique 1K, la température ambiante peut être régulée plus précisément, ce qui peut rapidement entraîner des économies d’énergie, car chaque degré en moins correspond à environ 6 % d’économies(3). Il faut toutefois noter que cet avantage n'est possible que si le réseau de tuyauterie a été conçu avec une déviation proportionnelle de 1K. 

Enfin, l'efficacité des radiateurs est également influencée par l'état dans lequel ils se trouvent. Les vieux radiateurs présentent souvent des résidus de corrosion causés par la réaction de l'acier à la combinaison de l'humidité et de l'oxygène. Cette corrosion agit comme une couche isolante à l'intérieur du radiateur et inhibe par conséquent son efficacité. Pour éviter la corrosion, il est nécessaire de purger régulièrement les radiateurs.  

Radiateurs basse température et pompe à chaleur

Comme nous l'avons mentionné, des températures de départ plus basses permettent d'optimiser le SCOP d'une pompe à chaleur. Les températures de départ comprises entre 35 et 50 °C se sont avérées compatibles avec un système de radiateurs associé à une pompe à chaleur. Toutefois, ces températures influencent les performances du radiateur. Alors qu'il combine normalement la chaleur convective, c'est-à-dire qu'il réchauffe le flux d'air à proximité pour chauffer progressivement la pièce, avec la chaleur radiante qui est directement ressentie là où elle atterrit, la part de chauffage convectif est considérablement réduite lorsque la température de départ descend en dessous de 40 °C. En dessous de cette température, les radiateurs à ventilateur ou les convecteurs sont recommandés car ils créent un flux d'air forcé dans le radiateur et continuent ainsi à chauffer l'air par convection. 

Pour permettre au système de chauffage de fonctionner avec des températures de départ plus basses, il peut être nécessaire d'agrandir les surfaces chauffantes. La chaleur rayonnante étant efficace même à basse température, les radiateurs dotés de surfaces rayonnantes suffisamment grandes sont décisifs lorsqu'il s'agit de chauffer dans une plage de températures inférieure à 50 °C. Cela augmentera également la sensation de chaleur douillette.

Taille du radiateur

Dans le passé, la discussion a toujours porté sur la question de savoir si les radiateurs devaient devenir plus petits ou plus grands lors de l'optimisation de l'isolation thermique et de la modification des températures du système. Le fait est que la diminution de la charge calorifique résultant de l'amélioration de l'enveloppe du bâtiment, combinée à des changements dans la technologie du système, permet d'obtenir des générateurs de chaleur plus efficaces et plus économiques.

De manière générale, on peut affirmer que les radiateurs existants doivent être vérifiés mathématiquement dans chaque cas individuel, en tenant compte de la baisse de la température du système, et remplacés si nécessaire. Même si certains radiateurs sont suffisamment grippés, il faut tenir compte de leur âge et de leur état. En outre, l'équilibrage hydronique est un facteur important, car il assure une répartition uniforme de la chaleur dans le réseau de tuyaux et garantit que chaque radiateur reçoit la quantité d'eau chaude nécessaire. 

Sources :
(1) Selon les données recueillies au sein de Purmo Group à partir de la pompe à chaleur MIRAI-SMI 4.0 EH1218DC.
(2) Selon le rapport de recherche 2019 de l'ITG Dresden « Potential Energy Savings and Economic Evaluation of Hydronic Balancing in Technical Building Systems »
((3) Communiquées, entre autres, par l'Agence internationale de l'énergie (AIE) et la Commission européenne..