Guide des solutions de pompes à chaleur dans l’habitat collectif

Par nos consultants et experts techniques.

13 Avril 2023

La réglementation environnementale RE2020 ouvre la possibilité de solutions de pompe à chaleur dans les logements collectifs neufs et permet entre autres de répondre aux objectifs de seuil carbone de cette même réglementation aux échéances 2025, 2028 et plus.

L'association française des pompes à chaleur, l’AFPAC a constitué un guide de 80 pages comprenant des fiches solutions les plus diverses telles que PAC Air / Eau, PAC sur capteur solaire atmosphérique, solution hybride : PAC + chaudière, chauffage double ou triple service, PAC Eaux grises / Eau, PAC Air / Air (DRV), etc, …

Sommaire des fiches solutions

PAC collectif

Solutions collectives

PAC Air / Eau
PAC Eaux grises / Eau
PAC sur capteur solaire atmosphérique
Solution hybride : PAC + chaudière
PAC Air / Air (DRV)

Solutions individuelles

CET Air extrait / Eau
CET Air / Eau
PAC Air / Air monosplit et multisplit
Chauffage double ou triple service
PAC Air / Air gainable

Solutions mixtes

Chauffage double ou triple service
PAC individuelle sur boucle d’eau tempérée collective
CET individuel sur retour de boucle chauffage collectif

Téléchargez le Guide 2023 des solutions PAC dans le collectif (80 pages)

Les solutions pompes à chaleur pour un développement de décarbonation du bâtiment

Les solutions PAC en logement collectif sont appelées à se développer largement dans un contexte de décarbonation du bâtiment.

L’enjeu est en premier lieu dans le logement collectif neuf avec la RE2020. Dès son application au 1er janvier 2022, des solutions 100 % thermodynamiques ou hybrides sont proposées par les industriels et attendues par de nombreux acteurs.

Les mesures incitatives comme le dispositif Pinel+ dès 2022 (anticipation des seuils carbone RE2025), les différents Labels dès 2023 (Effinergie, BBCA), et l’évolution des seuils de la RE2020 en 2025, (renforcement de l’exigence sur l’impact Carbone des consommations d’énergie), vont accélérer les prises de part de marché des solutions thermodynamiques en logement collectif.

Les perspectives existent ensuite en rénovation, où le développement de la chaleur renouvelable couplé à la baisse des émissions de CO2 va amener ces solutions thermodynamiques à se développer.

Des solutions sont d’ores et déjà disponibles et des installations ont déjà été réalisées dans le cadre de la RE2020 ainsi qu’en rénovation

logements collectifs

Habitat collectif - Source Afpac

Ce guide fait l’inventaire des différents systèmes possibles en logement collectif utilisant la pompe à chaleur.

Selon la source de chaleur de la pompe à chaleur

L’air extérieur
Le sol via des sondes géothermiques
Les eaux de nappes
Les eaux usées
Des panneaux solaires atmosphériques ...

Selon les usages couverts par la pompe à chaleur

Simple service (ECS seule ou Chauffage seul ou Rafraîchissement seul)
Double service (ECS et Chauffage)
Triple service (ECS, Chauffage et Rafraîchissement).

Selon la configuration de l’habitat

Solutions PAC 100 % collectives
Solutions PAC 100 % individuelles
Solutions mixtes (individuelles et collectives).

Selon les sources d’énergie

Mono générateur ou mono énergie
Solutions hybrides ou multi-énergies, faisant appel à plusieurs énergies ou plusieurs types de générateurs (ex : PAC électrique associée à des chaudières gaz).

Ces solutions sont illustrées par de nombreuses fiches références des industriels à la fin de ce document à la fois en construction neuve et en rénovation.

Exemple de fiche de solution collective de pompe à chaleur air-eau (fiche n°1)

Descriptif général

Une PAC capte des calories sur l’air extérieur, grâce à un ventilateur et un échangeur, et produit de l’eau chaude dans des ballons disposés dans un local technique. On parle parfois de chauffe-eau thermodynamique collectif ou CET collectif. Un local technique est associé aux PAC, il abrite notamment les ballons de stockage et la régulation.

Capacité de la solution

Ce type de solution a la capacité de couvrir l’ensemble des besoins ECS d’un bâtiment collectif. Les puissances disponibles vont d’une dizaine à près d’une centaine de kW. Plusieurs modules peuvent être associés (on parle de cascade de PAC) pour couvrir les besoins de plusieurs centaines de logements. De nombreuses PAC ont la capacité de produire jusqu’à une température extérieure de -20 °C.

Pour pouvoir produire de l’ECS et réaliser le réchauffage du circuit de bouclage ECS* sans appoint, il est conseillé de mobiliser des PAC pouvant produire de l’eau chaude à plus de 60 à 65 °C. Ainsi, il existe différents types d’installations :

•   Production ECS à 55 °C : nécessaire d’associer un appoint électrique et un volume de ballon plus important.
•   Production ECS à 60 - 65 °C : la PAC en capacité de combattre les pertes de bouclages sans appoint.
•    Production ECS à 80 °C : cas particulier des PAC au R744 (CO2).

L’ensemble de ces solutions peuvent être équipées d’appoint électrique de secours mobilisé uniquement en cas de panne.

* les pertes de bouclage ECS peuvent représenter 30 à 50 % des consommations ECS totales.

Pour aller plus loin

PAC au CO₂

Cette technologie utilise le R744 ou CO2 comme fluide frigorigène. Ce système met en œuvre un cycle thermodynamique particulier dit « transcritique ». Ce type de cycle est approprié pour la production ECS, particulièrement à haute température (80 °C). La température de l’eau augmente de 10 °C à 65 °C en un unique passage dans la PAC. Ce fonctionnement particulier en fait une solution particulièrement adaptée à la production d’ECS mais incompatible avec la production de chauffage.

Schémas hydrauliques

Il existe différents types de schémas hydrauliques pour la production d’ECS :

•   PAC avec un stockage d’ECS dans des ballons à échangeur interne : la pompe à chaleur chauffe l’eau par l’intermédiaire d’un échangeur disposé à l’intérieur de chaque ballon. Certains industriels proposent de mettre en place un ballon dédié au réchauffage du bouclage ECS de manière à limiter l’impact de la déstratification engendrée par le retour du bouclage.

•    PAC associée à un échangeur externe et des ballons de stockage d’ECS : La PAC chauffe l’ECS dans les ballons de stockage par l’intermédiaire d’un échangeur externe. En présence de plusieurs ballons, l’échangeur externe peut permettre d’injecter l’eau chaude produite dans le ballon en tête de la série de manière à limiter la déstratification et optimiser les performances des PAC.

•   Production instantanée avec stockage de l’énergie sur le primaire : ici, le réseau d’eau potable est séparé par un échangeur de l’eau technique circulant dans les générateurs et les ballons de stockage. L’eau chaude sanitaire est donc produite en instantané par un échangeur, ce qui limite les lieux de développement potentiel de la légionellose.

Conditions d'intégration

Module PAC

La PAC capte les calories et l’énergie renouvelable de l’air extérieur, afin d’assurer la production de chauffage et d’ECS. Lors de la conception, il est nécessaire de prendre en compte le débit d’air à mettre en œuvre. Les flux aspirés par la PAC ne doivent pas se mélanger à ceux expulsés (on parle de recirculation), au risque de largement diminuer les performances. Les PAC peuvent être disposées à l’extérieur ou à l’intérieur :

• PAC à l’extérieur : en terrasse, au sol ou cour anglaise. Il faut prévoir un espace libre devant le ventilateur d’environ 1.5 à 2 m, de 1 m à l’arrière et sur les côtés et une surface totalement libre au-dessus. Des grilles très ajourées peuvent être disposées pour les dissimuler (à valider avec le BET et l’industriel).
• PAC à l’intérieur : si la PAC est disposée à l’intérieur, elle aspire et rejette de l’air extérieur via un réseau de gaines. Le ventilateur doit avoir la capacité de combattre les pertes de charges engendrées par la gaine et les grilles en façade, et de l’éventuel traitement acoustique associé. Les longueurs de gaine (aspiration et soufflage cumulés) n’excèdent généralement pas les 8 m.

Local technique

Le local technique associé aux PAC peut être positionné n’importe où dans le bâtiment (sous-sol, RDC ou terrasse). Pour optimiser la performance, il est préférable de limiter la longueur des liaisons PAC/local. Pour certaines solutions dites « bi-bloc » la liaison entre le module extérieur et le local contient du fluide frigorigène, ce qui peut amener des limites de longueur. La surface du local sera équivalente à celle d’une chaufferie gaz (sauf si les PAC sont à l’intérieur du local).

Exemple de fiche de solution collective hybride : pompe à chaleur + chaudière (fiche n°9)

Descriptif général

Une PAC capte des calories sur l’air extérieur et produit de l’eau chaude. La PAC fonctionne en base pour fournir le chauffage et l’ECS, et un deuxième générateur indépendant (chaudière gaz, bois ou réseau de chaleur) intervient en complément. Cette solution est nommée « hybride » car elle fait intervenir 2 types de générateurs (ex : 1 PAC + 1 chaudière gaz). La présence du deuxième générateur permet de limiter la puissance PAC.

Un local technique est associé à la PAC et au générateur d’appoint, il abrite notamment les ballons de stockage et la régulation. La distribution de la chaleur vers les logements est réalisée par des réseaux d’eau, similaire à ceux associés à une chaufferie gaz.

Capacité de la solution

La part des besoins couverts par la PAC est très variable (10 à 90 % du chauffage et/ou ECS) et s’adapte aux caractéristiques du projet, aux capacités des générateurs, aux souhaits des équipes de conception, et au niveau de performance à atteindre.

De nombreuses PAC ont la capacité de fonctionner jusqu’à -20 °C extérieur. La température de production maximum des PAC varie entre 55 °C et 70 °C selon les technologies. Une cascade de PAC associée un générateur d’appoint pourra subvenir aux besoins de plusieurs centaines de logement.

L’installation doit être en mesure de subvenir aux besoins du bâtiment, à la température de référence de la zone climatique du projet (ex : -7 °C à Paris). La performance et la puissance fournies par les PAC diminuent avec la température de l’air extérieur. Il convient alors de considérer ces baisses dans le dimensionnement.

Pour aller plus loin

Régulation et dimensionnement

Plusieurs solutions sont possibles pour définir le dimensionnement et la régulation d’une installation hybride collective :

•   La puissance gaz peut être dimensionnée pour subvenir seule à 100 % des besoins du bâtiment à la température de référence (7 °C à Paris), et permettre ainsi d’arrêter la PAC lorsque les températures extérieures sont basses et que son COP diminue. La fréquence d’apparition de ces températures basses étant faible en France, on conserve une couverture des besoins élevée par la PAC.

•   La puissance gaz peut être dimensionnée pour ne subvenir qu’à une partie des besoins à la température de référence (-7 °C à Paris) en considérant qu’une partie des besoins seront couverts par la PAC (on parle de fonctionnement simultané avec priorité de fonctionnement à la PAC).

•   Les températures de fonctionnement des bouclages ECS étant moins confortables pour une pompe à chaleur (température de retour haute de 50 °C), une stratégie peut être de réaliser la totalité du réchauffage du bouclage par la chaudière gaz.

Conditions d'intégration

Module PAC

Pour capter les calories sur l’air, la PAC aspire un débit d’air extérieur très important (jusqu’à 15 000 m3/h d’air par unité), pour le rejeter refroidi. Les flux aspirés par la PAC ne doivent pas se mélanger à ceux expulsés (on parle de recirculation), au risque de largement diminuer les performances. Les PAC peuvent être disposées à l’extérieur ou l’intérieur :

• PAC à l’extérieur : en terrasse, au sol ou cour anglaise. Il faut prévoir un espace libre devant le ventilateur d’environ 1.5 à 2 m, de 1 m à l’arrière et sur les côtés et une surface totalement libre au-dessus. Des grilles très ajourées peuvent être disposées pour les dissimuler (à valider avec le BET et l’industriel).

• PAC à l’intérieur : si la PAC est disposée à l’intérieur, le ventilateur doit avoir la capacité de combattre les pertes de charges engendrées par la gaine et de l’éventuel traitement acoustique. Les longueurs de gaine (aspiration et soufflage cumulé) n’excèdent généralement pas les 8 m.

Local technique

Le local technique associé à la PAC peut être positionné n’importe où dans le bâtiment (sous-sol, RDC ou terrasse). Pour optimiser la performance, il est préférable de limiter la longueur des liaisons PAC/local. La surface du local sera supérieure à celle d’une chaufferie gaz, du fait de la présence de ballons supplémentaires dédiés à la PAC.

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