Le chauffage d’appoint

Certains systèmes de pompe à chaleur comprennent une résistance électrique dans le circuit d’eau de chauffage, appelée chauffage d’appoint (Heizstab en allemand). Elle fonctionne comme la résistance d’une bouilloire : 1 kWh d’électricité donne 1 kWh de chaleur, soit un COP de 1. Le COP, coefficient de performance, est la quantité de chaleur obtenue pour chaque unité d’électricité. Une pompe à chaleur a un COP bien supérieur à 1. Un système qui associe une pompe à chaleur et cette résistance est souvent appelé monoénergétique, car les deux sources de chaleur consomment de l’électricité.

La résistance est prévue dans la conception. Sa présence ne signifie pas que la pompe à chaleur est défaillante.

Pourquoi elle existe

Une pompe à chaleur air-eau fournit moins de chaleur lorsque l’air extérieur se refroidit, précisément lorsque la maison en a le plus besoin. La puissance indiquée sur l’étiquette correspond approximativement à ce que la pompe fournit par temps doux. Dans le modèle, la capacité (la quantité de chaleur qu’elle peut fournir) de chaque classe air-eau à -15 °C représente environ deux tiers à trois quarts de sa capacité à 7 °C. Dimensionner la pompe pour couvrir seule la journée la plus froide exigerait donc un modèle plus gros que nécessaire pendant la plupart de l’année. Une pompe plus petite avec un chauffage d’appoint peut couvrir les heures les plus froides avec un COP de 1.

Le compromis est le coût. Si la pompe à chaleur a un COP de 4, un kWh de chaleur produit par la résistance consomme quatre fois plus d’électricité. La même chaleur coûte donc quatre fois plus. Un système qui utilise souvent le chauffage d’appoint perd une grande partie de l’intérêt d’une pompe à chaleur.

Démarrage dans le modèle

Dans le modèle, la pompe à chaleur et le chauffage d’appoint alimentent le même circuit d’eau, et la pompe est prioritaire. EnergyPlus, le logiciel de simulation des bâtiments utilisé par le modèle, avance par intervalles de 15 minutes, ou de 5 minutes dans certaines maisons. À chaque intervalle, la pompe à chaleur couvre la demande de chauffage jusqu’à sa capacité du moment, qui dépend de la température extérieure et de la température de départ (température de l’eau envoyée dans le circuit). Si la demande est supérieure, le chauffage d’appoint fournit le reste, dans la limite de sa propre puissance.

C’est toute la règle. Le chauffage d’appoint fonctionne à chaque intervalle où la pompe à chaleur ne peut pas couvrir la demande. Cela arrive dans trois cas :

Une période froide, lorsque la capacité de la pompe passe sous la demande de la maison.
Une courte pointe, par exemple le réchauffement du matin après un abaissement nocturne (la maison refroidit pendant la nuit puis est réchauffée), lorsque les émetteurs demandent plus de chaleur que l’unité ne peut en fournir. Les émetteurs sont les tuyaux du chauffage au sol ou les radiateurs qui transmettent la chaleur aux pièces.
Une température de départ élevée par rapport aux conditions extérieures, qui réduit la capacité de la pompe (voir l’article sur la compensation climatique).

Les régulateurs réels ont des règles supplémentaires que le modèle ne représente pas. Ils peuvent autoriser la résistance uniquement sous une température extérieure définie (le point de bivalence, où une deuxième source rejoint le chauffage), attendre un délai avant de la démarrer ou l’activer plus tôt en mode confort. Le modèle n’utilise aucune de ces fonctions. Il n’a ni blocage au-dessus d’une température donnée, ni hystérésis (écart entre les seuils de marche et d’arrêt qui évite des démarrages trop fréquents), ni minuterie.

Puissance par défaut

La valeur par défaut est de 8 kW pour les pompes à chaleur air-eau et géothermiques. Les unités géothermiques prélèvent la chaleur dans une boucle enterrée plutôt que dans l’air. Cette valeur par défaut ne dépend ni de la taille de la maison ni de celle de la pompe à chaleur.

L’assistant utilise cette puissance et ne permet pas de la modifier. À l’étape des équipements, elle apparaît à côté de celle de la pompe, par exemple « + 8 kW de chauffage d’appoint », afin que vous puissiez comparer l’ensemble à la pointe de chauffage. Un système sans résistance est dit monovalent : la pompe à chaleur seule, source unique, doit couvrir toute la demande. Le modèle ne propose pas cette variante.

Où sa consommation apparaît

Le chauffage d’appoint a sa propre série de consommation électrique. Il est compté comme de l’électricité, pas comme du combustible.

La consommation de la pompe à chaleur affichée en haut des résultats comprend le chauffage d’appoint.
À côté du COP de la pompe, les résultats affichent un indicateur système qui comprend l’électricité de la résistance. Le COP de la pompe l’exclut entièrement : l’écart entre les deux valeurs indique donc le travail effectué par la résistance.
Dans le graphique mensuel d’électricité, sa consommation est incluse dans la barre du chauffage.
Le diagramme de Sankey, qui représente les sources et les destinations de l’énergie, comporte un nœud distinct pour le chauffage d’appoint.

Une faible utilisation de l’appoint lors des journées les plus froides est normale. Si l’indicateur système est beaucoup plus bas que le COP de la pompe à chaleur, la résistance intervient au-delà de ces seules heures. Vérifiez la puissance proposée par rapport à la pointe de chauffage dans le panneau de dimensionnement, la température de départ des émetteurs et l’abaissement nocturne de vos horaires. Taille de la pompe à chaleur et cycles montre comment l’appoint augmente lorsque la pompe devient plus petite, sur une même maison et six tailles.

Limites du modèle

La valeur par défaut de 8 kW n’est pas dimensionnée en fonction de la maison. Comparez-la à la charge thermique de dimensionnement (la chaleur perdue lors d’une journée de référence très froide) et à la pompe à chaleur envisagée.
La commande dépend uniquement de la charge. Elle n’a pas de température de bivalence, délai ou mode confort.
La résistance est modélisée comme un chauffage résistif idéal sans perte en veille.
L’eau chaude est séparée. Le ballon d’eau chaude possède sa propre résistance, décrite dans l’article sur l’eau chaude.