Les pompes à chaleur sont l’une des technologies essentielles pour atteindre zéro émission nette. Toutefois, aujourd’hui encore, plus de la moitié des bâtiments résidentiels suisses sont chauffés à l’aide d’énergies fossiles. Afin d’accélérer la transformation de l’approvisionnement en chaleur, les systèmes fossiles doivent être progressivement remplacés par des systèmes renouvelables. La forte hausse des ventes de pompes à chaleur au cours des dernières années montre que cette évolution progresse: depuis 2000, le nombre d’installations mises en place a été multiplié par plus de six, pour atteindre 447 700 installations en 2023. Environ 1,5 million d’installations devraient être en service d’ici 2050.
Les pompes à chaleur font partie des technologies les plus écologiques pour le chauffage et le refroidissement de confort dans les bâtiments. Elles produisent 100% d’énergie utile avec 20 à 35% d’électricité et 65 à 80% de chaleur ambiante. Ces dernières années, ces systèmes ont gagné 20 à 30% d’efficacité et les chiffres devraient continuer à augmenter à l’avenir, notamment grâce aux nouvelles techniques de réglage.
Les pompes à chaleur sont un bon choix
Les pompes à chaleur s’avèrent optimales dans les bâtiments dotés d’une enveloppe bien isolée et d’un système de chauffage de surface tel qu’un chauffage au sol, où des températures de départ de 30°C suffisent. L’élévation de température est faible, de même que les besoins en électricité pour le fonctionnement, ce qui permet à l’installation d’atteindre un rendement élevé. Les pompes à chaleur constituent également un bon choix dans des bâtiments anciens, moins bien isolés et équipés de radiateurs. Ici toutefois, des températures de départ de 60°C et plus sont nécessaires. Aujourd’hui, de nombreux fabricants de pompes à chaleur proposent des produits adaptés à de telles températures de départ et qui fonctionnent pourtant efficacement. Les pompes à chaleur peuvent donc être utilisées sans problème dans les bâtiments existants, par exemple en remplacement d’un chauffage fossile.
Fonction de refroidissement utile
En combinaison avec un système de distribution de surface (p. ex. chauffage au sol) et une source d’énergie adaptée, les pompes à chaleur peuvent également être utilisées de manière active ou passive pour le refroidissement. Lors du refroidissement actif, le circuit de la pompe à chaleur est inversé, de sorte qu’elle produit du froid climatique comme une machine frigorifique. Le refroidissement passif, également appelé «freecooling», permet d’économiser de l’énergie, car il fait seulement fonctionner la pompe de circulation. Aujourd’hui, la tendance est aux fluides frigorigènes naturels à faible potentiel de réchauffement climatique, comme l’ammoniac, le dioxyde de carbone ou le propane. Ils sont nettement moins nocifs pour le climat que les hydrofluorocarbures, qui ne sont plus autorisés aujourd’hui que de manière limitée.
Les grandes pompes à chaleur installées sur des sites et complexes utilisent principalement la géothermie, les eaux de surface, les eaux souterraines et la chaleur résiduelle comme source d’énergie. L’air extérieur n’est souvent pas une option, car il ne permet pas de produire la puissance nécessaire de façon rentable. Si aucune de ces sources n’est disponible, il est également possible d’envisager l’installation d’un accumulateur de glace. Si un projet de construction ne comprend qu’un seul bâtiment, celui-ci est généralement alimenté directement par une pompe à chaleur. Dans le cas de plusieurs bâtiments ou d’un site, l’approvisionnement peut s’effectuer via un réseau de chauffage de proximité, la chaleur étant produite de manière centralisée et acheminée aux différents bâtiments via un réseau de conduites. Suivant le niveau de température du réseau, l’énergie thermique peut être utilisée directement pour le chauffage ou est élevée sur place à la température de départ requise par des pompes à chaleur décentralisées.
Exploitation monovalente et bivalente
Les grandes pompes à chaleur peuvent alimenter un bâtiment ou un réseau de chaleur seules (exploitation monovalente) ou conjointement avec un autre générateur de chaleur (exploitation bivalente). Les systèmes bivalents peuvent être utiles lorsqu’un bien nécessite des températures de départ élevées ou lorsque les coûts d’investissement sont inférieurs à ceux d’une solution monovalente. Comme deuxième générateur de chaleur, on utilise généralement un chauffage au bois ou une chaudière à mazout ou à gaz, bien que ces derniers ne soient pas compatibles avec l’objectif zéro net.
Combinaison avec l’énergie solaire
Quelle que soit la taille d’une pompe à chaleur, il est intéressant d’utiliser de l’électricité photovoltaïque autoproduite pour la faire fonctionner. Pour pouvoir en profiter au maximum, on exploite les pompes à chaleur avec un système de gestion de l’énergie. Leur fonctionnement est ainsi aligné sur le rendement solaire. L’électricité autoproduite est généralement moins chère que l’électricité du réseau. De plus, la rentabilité de l’installation solaire augmente lorsque la consommation propre est élevée. Il peut également être judicieux de la raccorder à un accumulateur de chaleur, qui stocke la chaleur à court ou moyen terme.
Beaucoup de chauffages surdimensionnés
Comme l’a démontré l’étude OptiPower (en allemand) de la Haute École spécialisée de la Suisse orientale, les systèmes de pompes à chaleur sont souvent nettement surdimensionnés en Suisse. Les installations de chauffage étudiées dans 500 immeubles d’habitation étaient surdimensionnées de 40% en moyenne, et même de 200 à 400% dans les immeubles de bureaux. Afin d’éviter des coûts d’acquisition inutilement élevés, des perturbations de l’efficacité de fonctionnement et une réduction de la durée de vie de la pompe à chaleur, il est essentiel de la dimensionner en fonction des besoins.
Un approvisionnement en chaleur efficace sur le long terme nécessite un fonctionnement optimal. À la mise en service, le système est régulé et les températures, les débits volumiques et les pressions dans le circuit de chauffage et de refroidissement sont contrôlés. Le monitoring offre aux exploitants un aperçu permanent de l’efficacité du fonctionnement d’un système de pompe à chaleur. Cela leur permet en outre de détecter rapidement les pannes ou les dysfonctionnements et de prendre les mesures qui s’imposent. De plus, ils bénéficient ainsi d’une base exhaustive pour l’optimisation du fonctionnement, par exemple par l’adaptation de la courbe de chauffage, le réglage des thermostats, ou encore le fonctionnement du chauffage et de l’eau chaude en été.
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