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Camille Gagnon

CHRONIQUE # 1

TOUTE LA VÉRITÉ SUR LES THERMOPOMPES

La thermopompe, appellée aussi pompe à chaleur ou PAC, serait, selon leurs vendeurs, l'équipement idéal apportant le confort parfait dans une résidence à des coûts d'utilisation défiant toute concurrence.

Comme ces appareils coûtent très cher à l'achat, il est bon, comme acheteur potentiel, de se poser la question: est-ce que ces appareils sont réellement aussi merveilleux que cela?

Nous nous proposons, au cours des prochaines chroniques, d'expliquer le fonctionnement de ces thermopompes, de démystifier les caractéristiques de ces machines, d'analyser les aspects économiques reliés à leur achat et à leur utilisation et de départager la réalité de la fabulation.

Pour comprendre le fonctionnement des thermopompes, il nous faut d'abord faire la distinction fondamentale entre la chaleur et la température. Pour cela, comparons la chaleur à de l'eau contenue dans des réservoirs, et la température aux niveaux de cette eau.

Si un réservoir, placé sur le toit d'un édifice, est relié par un tuyau à un deuxième réservoir placé plusieurs étages plus bas, l'eau s'écoulera naturellement du réservoir le plus élevé vers le réservoir le plus bas.

Si nous voulons renverser le sens normal de l'écoulement et emplir le réservoir sur le toit à partir de l'eau contenu dans le réservoir inférieur, il faudra faire appel à une pompe actionnée par un moteur qui poussera l'eau vers le haut. Cette pompe élèvera donc la hauteur de l'eau.

Si le réservoir inférieur est seulement un étage plus bas, la pompe travaillera beaucoup moins fort pour emplir le réservoir au toit et le fera par conséquent plus vite; il est plus facile à une pompe d'élever l'eau d'un étage que de plusieurs.

La chaleur, pour sa part, se déplace naturellement, à travers les parois, de la température la plus élevée vers la température la plus basse.

Par exemple, s'il fait 20 °C dans une résidence et - 30 °C à l'extérieur, la chaleur va s'écouler naturellement de l'intérieur de la résidence vers l'extérieur à travers le mur. La chaleur va passer d'un réservoir de chaleur à température élevée vers un réservoir de chaleur à température plus basse.

Comme dans le cas de l'eau, on peut à l'aide d'une pompe, dans ce cas-ci une "pompe à chaleur", inverser le mouvement naturel et transférer une partie de cette chaleur du réservoir à la température plus basse, vers le réservoir à une température plus élevée. Ce transfert de chaleur, à l'aide de la thermopompe, élève donc la température de la chaleur prise à l'extérieur pour la diriger à l'intérieur.

Cependant, plus la température extérieure est basse, plus la thermopompe doit travailler fort pour transférer de la chaleur et moins elle peut en transférer.

Dans la publicité sur les thermopompes on nous mentionne régulièrement entre autres choses que de l'air à - 25 °C contient encore plus de 80% de la chaleur qu'il avait à 30 °C. C'est vrai puisque la chaleur dans l'air devient nulle seulement à la température extrême de -273 °C. L'air contient encore beaucoup de chaleur aux basses et très basses températures.

Malheureusement, cette chaleur est très difficilement pompable. Elle ne peut donc être utilisée pour fin de chauffage. C'est l'une des limites de la pompe à chaleur. Plus il fait froid dehors, moins elle est capable de pomper de chaleur. Par contre, plus il fait froid dehors, plus les besoins de chauffage sont grands.

Comme conséquence, la thermopome sera très efficace par temps doux et en mesure de pomper beaucoup de chaleur, alors qu'à ce moment nos besoins en chauffage sont très réduits.

C'est donc une machine très performante lorsque l'on en a moins besoin et non performante lorsque nos besoins de chauffage sont à leur maximum.

Pour estimer le rendement ou l'efficacité d'une pompe à chaleur, nous retrouvons dans la fiche technique des appareils ses COP (coefficients de performance). Les valeurs de ce coefficient sont évaluées selon une méthode normalisée, identique pour tous les appareils.

Si nous lisons, par exemple sur la fiche technique d'un appareil, que son COP est de 3,2 à une température extérieure de 47 °F (8,3 °C) pour une température intérieure de 70 °F (21,1 °C), que doit-on en comprendre?

Cela signifie qu'à cette température, pour chaque kWh d'électricité consommé par l'équipement, nous pompons de l'extérieur l'équivalent de la chaleur produite par la consommation de 2,2 kWh d'électricité. En d'autres mots, nous payons 1 kWh d'électricité tout en fournissant 3,2 kWh de chaleur, d'où 2,2 kWh de chaleur gratuite. Donc, à ses conditions, nous réduirions les coûts de chauffage de plus de 65%. A première vue, c'est merveilleux.

Pour le même appareil, à une température de 17 °F (-8,3 °C), le COP est cette fois de 2,3. Ceci permet en théorie, à cette température, de réduire les coûts de chauffage de 58%. Ca semble encore merveilleux.

Comme ces valeurs du COP sont pour des températures standardisées, elles permettent uniquement de comparer des thermopompes entre elles, aux mêmes conditions de fonctionnement. On ne peut pas utiliser la valeur des COP pour estimer les économies potentielles d'énergie comme nous venons de le faire.

Si l'on veut faire des comparaisons sur l'énergie économisée par rapport à d'autres moyens de chauffage, il faut utiliser les coefficients de performance saisonnier (SCOP ou HSPF). Pour l'appareil pris comme exemple, le HSPF donné dans la fiche technique correspond à 2,2 kWh /kWh. D'après cette valeur, nous devrions économiser annuellement plus de la moitié des coûts de chauffage. C'est toujours merveilleux.

Sauf que la réalité est très différente. Cette valeur fournie par les manufacturiers n'est pas pour nos régions. Elle est évaluée pour la zone IV des Etat-Unis qui inclus les villes de Boston, New-York, Chicago et St-Louis. Leurs besoins en chauffage sont environ la moitié des nôtres, avec des températures moyennes beaucoup plus douces. Ces conditions permettent aux pompes à chaleur de combler tous les besoins de chauffage.

Ici, au Québec, le HSPF est évidemment beaucoup plus bas que les valeurs américaines. D'après des calculs, faits à l'aide du logiciel HOT2000 à partir des relevés climatiques de Bagotville, et en comparant avec des données provenant d'Hydro-Québec, le HSPF serait aux environs de 1,35 kWh/kWh pour la région.

Cette valeur de 1,35 représente des économies du coût annuel de chauffage d'environ 25% si la seule source d'énergie est l'électricité payée au tarif domestique (Tarif D). C'est beaucoup moins merveilleux.

Pourquoi cet écart si considérable entre les valeurs américaines et celles de la région? C'est que les thermopompes sont absolument inefficaces par temps très froid. Il faut, dans ces périodes, chauffer la résidence par un autre moyen. Dans la région, plus de 30% des besoins de chauffage annuel sont pour des températures en bas de -15 °C.

Pour ce 30%, il faut absolument utiliser un chauffage conventionnel électrique, au mazout ou au gaz.

De plus, un autre 20% des besoins de chauffage se situent entre les températures de -8 et -15 °C. À ces températures le rendement des thermopompes est faible, d'où le peu d'économie.

Ces économies de 25% sur le coût annuel de chauffage représentent au plus 350$ par année pour une maison moyenne. Si la facture annuel en électricité se situe aux environs de 2 000$, elle diminuera à environ 1 650$. C'est loin d'être le Pérou.

Est-ce rentable dans ces conditions de s'équiper d'une pompe à chaleur? Nous aborderons la question dans la prochaine chronique.

Pour nous rejoindre, vous pouvez communiquer avec nous à l'adresse suivante:

Camille Gagnon, Technologie de la mécanique du bâtiment
Pavillon Lionel-Gaudreau, Cégep de Jonquière
2505, rue St-Hubert, Jonquière, Québec, Canada G7X 7W2
Courriel: camille.gagnon@sympatico.ca

Cet article a été publié initialement dans le CAHIER MA MAISON du PROGRÈS-DIMANCHE du 10 avril 1994



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