Comment fonctionne une pompe à chaleur avec des radiateurs ?

Un rendement élevé, un fonctionnement intrinsèquement respectueux de l’environnement, une consommation d’énergie réduite, des aides de l’Etat intéressantes… la pompe à chaleur s’impose comme une excellente solution de chauffage (et de refroidissement, dans le cas d’une PAC réversible).

Autre avantage majeur : la pompe à chaleur est compatible avec plusieurs équipements de distribution domestiques, notamment les radiateurs, qu’ils soient anciens (haute température) ou récents (basse température), avec toutefois une différence marquée en termes d’efficacité pour chaque configuration.

Dans cet article, nous explorons la solution du combo PAC + radiateurs : fonctionnement, critères de choix des radiateurs, dimensionnement et alternatives.

PAC avec radiateurs : comment fonctionne cette installation ?

Le combo pompe à chaleur (PAC) + radiateurs est un système de chauffage qui utilise le principe de la thermodynamique pour transférer la chaleur d’un milieu à un autre. Les radiateurs jouent un rôle central dans ce dispositif, dans la mesure où ils distribuent la chaleur produite par la pompe à chaleur dans les différentes pièces du bâtiment.

Avant de se pencher sur les radiateurs, revenons un instant sur le fonctionnement général d’une pompe à chaleur. La PAC absorbe la chaleur présente dans un environnement extérieur (l’air, l’eau ou le sol en fonction du type de PAC), pour ensuite la transférer vers l’environnement intérieur, généralement un bâtiment ou une habitation. Le cycle thermodynamique de la PAC se décompose en quatre étapes principales :

1. L’évaporation : un fluide frigorigène à basse température et à basse pression circule dans l’évaporateur et absorbe la chaleur de l’environnement externe. Cette absorption d’énergie entraîne l’évaporation du fluide, qui passe de l’état liquide à l’état gazeux ;
2. La compression : le gaz frigorigène est ensuite dirigé vers le compresseur où, sous l’effet de la compression, il s’échauffe davantage ;
3. La condensation : le gaz chauffé et à haute pression passe ensuite dans le condenseur où il cède sa chaleur à l’eau du circuit de chauffage. Ce transfert de chaleur va faire condenser le gaz, qui va à nouveau retourner à l’état liquide ;
4. La détente : enfin, le fluide passe par un détendeur qui abaisse sa pression et sa température, le préparant pour le prochain cycle d’évaporation.

La chaleur produite peut être diffusée à l’intérieur par plusieurs canaux : plancher chauffant, ventilo-convecteur, systèmes de gaines, mur chauffant, plafond radiant et radiateur. C’est cette dernière configuration qui nous intéresse. 

Lorsque le gaz frigorigène se condense et cède sa chaleur dans le condenseur, il réchauffe un circuit d’eau. Cette eau chaude va ensuite circuler à travers les radiateurs. Comme l’eau est à une température plus élevée que l’air ambiant, elle cède sa chaleur à l’air, qui se réchauffe et se diffuse ensuite dans la pièce. Quid de la régulation ?

Dans cette installation de chauffage, chaque radiateur est équipé d’une vanne thermostatique qui permettra de régler individuellement la température de chaque pièce en contrôlant la quantité d’eau chaude qui circule dans le radiateur, selon les consignes de l’utilisateur. Le thermostat principal, généralement situé dans la pièce principale de la maison, envoie un signal à la pompe à chaleur lorsque la température de la pièce est inférieure à la température de consigne. La pompe à chaleur se met alors en marche et produit de la chaleur qui est distribuée par les radiateurs.

Inversement, lorsque la température de la pièce atteint ou dépasse la température de consigne, le thermostat envoie un signal pour arrêter la pompe à chaleur. L’eau dans les radiateurs se refroidit alors progressivement, et la température de la pièce diminue. Cette régulation automatique de la température permet d’assurer un confort thermique constant, tout en optimisant la consommation d’énergie.

Quel type de radiateur coupler à une pompe à chaleur ?

Tous les radiateurs ne sont pas compatibles avec une pompe à chaleur. C’est une question de température de fonctionnement. Les pompes à chaleur sont en effet plus efficaces lorsqu’elles fonctionnent à basse température, généralement en dessous de 55° C pour deux raisons : 

• Le cycle thermodynamique, qui stipule qu’il faut plus d’énergie pour transférer de la chaleur d’une zone froide vers une zone plus chaude. Plus l’écart de température entre la source de chaleur (par exemple l’air extérieur) et l’endroit où la chaleur doit être délivrée (par exemple l’eau de chauffage) est grand, plus il faut d’énergie pour effectuer ce transfert. Si la PAC doit produire de l’eau à une température très élevée, l’écart de température est plus grand, ce qui nécessite plus d’énergie et réduit donc le COP de la PAC ;
• La compression du fluide frigorigène : plus la température à laquelle l’eau doit être chauffée est élevée, plus il faudra compresser le fluide frigorigène, avec une surconsommation énergétique.

En somme, pour maximiser l’efficacité de votre système de chauffage, vous devrez préférentiellement utiliser des radiateurs basse température. Explorons quand même les deux options : basse et haute température.

Radiateurs basse température

Les radiateurs basse température sont adaptés à des systèmes de chauffage qui produisent de l’eau à basse température comme les pompes à chaleur. Ils sont généralement plus grands que les radiateurs standard, dans la mesure ils doivent compenser la basse température de l’eau par une plus grande surface de chauffe.

Leur conception est également différente, puisqu’ils sont fabriqués avec des matériaux à haute conductivité thermique (aluminium notamment) pour une meilleure diffusion de la chaleur. Ils arborent généralement une forme qui favorise la convection naturelle de l’air.

Les radiateurs basse température sont, de loin, l’option la plus écoénergétique pour un système de chauffage PAC + radiateur.

Radiateurs haute température

Les anciennes maisons étaient souvent équipées de systèmes de chauffage à haute température alimentés par des chaudières à gaz ou à fioul, avec des radiateurs haute température. Dans ces maisons, le passage à une pompe à chaleur dans le cadre d’un projet de rénovation peut poser problème, car les radiateurs sont moins bien adaptés à l’utilisation d’une PAC.

Autre problème récurrent : les anciennes maisons sont souvent mal isolées par rapport aux normes actuelles. Par conséquent, la chaleur produite par la PAC sera rapidement perdue, et l’équipement devra travailler davantage pour atteindre la température souhaitée, ce qui augmente la consommation d’énergie et réduit le rendement du système.

Si vous envisagez d’installer une pompe à chaleur dans une ancienne maison, vous devrez faire un arbitrage entre une ou plusieurs des options suivantes : 

• Améliorer l’isolation thermique de la maison pour réduire la quantité de chaleur nécessaire pour maintenir une température confortable à l’intérieur et garantir l’efficacité du système de chauffage quel qu’il soit ;
• Conserver les radiateurs haute température s’ils sont en bon état et s’ils sont suffisamment grands. Une étude précise s’impose toutefois pour déterminer si cette option est viable sur le plan économique ; 
• Remplacer les radiateurs haute température par des radiateurs basse température ou un système de plancher chauffant. Ces systèmes sont plus compatibles avec les pompes à chaleur et peuvent vous aider à maximiser l’efficacité de votre système de chauffage ;
• Installer une PAC haute température capable de produire de l’eau à une température suffisamment élevée pour alimenter vos anciens radiateurs haute température. Bémol : ces modèles sont plus coûteux et moins efficaces que les modèles à basse température.

Si vous envisagez de garder des radiateurs haute température, vous devrez, en plus d’engager des travaux d’isolation, procéder au nettoyage du système de chauffage existant, ou désembouage, pour éliminer les particules, la rouille, le tartre, etc. Vous devrez éventuellement ajouter des radiateurs pour augmenter la surface de chauffage et améliorer la distribution de la chaleur. 

Le dimensionnement des radiateurs dans un système PAC + radiateurs

L’efficacité du système dépend grandement du dimensionnement des radiateurs. Les fabricants disposent souvent d’abaques très détaillées pour le dimensionnement, proposant des modèles sur mesure qui s’adaptent à toutes les configurations. Avant la vente, l’installateur doit vous transmettre une fiche et un schéma de dimensionnement complet dans le cadre du dossier d’étude.

Le dimensionnement des radiateurs dans un système PAC + radiateurs dépend de deux principaux facteurs. Il y a d’abord la puissance thermique nécessaire, qui dépend de la taille de l’espace à chauffer et des besoins en chaleur de l’habitation (voir exemple plus bas).

Il y a ensuite le régime de température de la PAC. Plus le régime est bas (par exemple, 50/40), plus la surface des radiateurs devra être grande et donc la taille des radiateurs importante, comme expliqué plus haut. En effet, avec une PAC, on va souvent fournir un régime de température de 50/40 ou 45/35, moins élevé que celui d’une chaudière à combustible fossile (gaz ou mazout) qui fournit généralement du 80/60. Ainsi, les anciens radiateurs, adaptés pour un régime de température plus élevé, ont souvent une surface trop faible pour une PAC. 

Dans ce cas, deux solutions s’offrent à vous : améliorer l’isolation de l’habitation pour réduire les besoins thermiques et donc la puissance nécessaire, ou remplacer les radiateurs haute température par des radiateurs basse température, qui reste l’option la plus courante. Dans ce cas, il faudra compter 150 € pour la dépose de l’ancien radiateur, et entre 950 et 2 000 € pour l’achat et la pose du nouveau radiateur.

Exemple concret sur le dimensionnement des radiateurs

Prenons l’exemple d’une maison de 100 m² située dans une région au climat tempéré. La puissance thermique nécessaire est généralement estimée en watts par mètre carré (W/m²). En moyenne, on estime qu’il faut entre 70 et 100 W/m² pour chauffer correctement une maison en hiver, selon l’isolation et l’exposition. Prenons une valeur médiane de 85 W/m² pour notre exemple.

Ainsi, pour une maison de 100 m², la puissance thermique nécessaire serait de : 100 m² * 85 W/m² = 8500 W ou 8,5 kW. Il faudrait donc une installation capable de produire 8,5 kilowatts de puissance thermique pour chauffer correctement cette maison.

Il s’agit d’une estimation simpliste, car la puissance thermique réelle nécessaire dépend de l’isolation de la maison, du nombre et du type de fenêtres, de l’orientation de la maison, du climat local, etc. Seul un professionnel qualifié saura évaluer précisément les besoins thermiques de votre maison.

Si nous ajoutons à cela le régime de température de la pompe à chaleur, la taille des radiateurs doit être suffisamment grande pour diffuser cette quantité de chaleur à une température plus basse. Par exemple, avec un régime de température de 50/40, les radiateurs pourraient avoir besoin d’une surface totale de l’ordre de 10 à 20 m² pour diffuser 8,5 kW de chaleur, selon le modèle et le type de radiateur.

Les planchers chauffants, une alternative intéressante aux radiateurs

Contrairement aux radiateurs qui diffusent la chaleur en un point, les planchers chauffants diffusent la chaleur de manière uniforme dans toute la pièce grâce aux circuits d’eau chaude intégrés dans le sol de la pièce. 

Concrètement, la PAC va chauffer l’eau pour l’acheminer vers ces circuits dans le sol. L’eau chaude circule ensuite dans les tubes, diffusant la chaleur dans toute la pièce de manière uniforme et plus agréable. La température de l’eau dans les planchers chauffants est généralement plus basse que celle utilisée pour les radiateurs, souvent autour de 30 – 40°C, ce qui est idéal pour l’efficacité de la pompe à chaleur.

Résumons les avantages et les inconvénients des planchers chauffants en tant qu’alternative aux radiateurs dans le tableau suivant.

Avantages	Inconvénients
Meilleur confortLa chaleur est diffusée uniformément dans toute la pièce, ce qui évite les zones trop chaudes ou trop froides.	Temps de réactionLe plancher chauffant va prendre plus de temps à monter et à descendre en température, ce qui peut rendre son réglage plus délicat.
EsthétiqueSans radiateurs visibles, vous disposez d’une plus grande liberté pour l’aménagement intérieur.	Coût d’installation élevé Le coût d’installation d’un plancher chauffant est plus élevé que celui d’un système de radiateurs, surtout en cas de rénovation.
Efficacité énergétique Grâce à leur régime de température bas (autour de 30-40°C), les planchers chauffants permettent à la pompe à chaleur de fonctionner de manière plus efficace.	Travaux importants en rénovationL’installation d’un plancher chauffant dans une maison en rénovation peut impliquer de gros travaux : démolition du sol existant, coulage d’une nouvelle chape de béton…
Meilleure qualité de l’air Contrairement aux radiateurs, les planchers chauffants ne font pas circuler la poussière, ce qui peut améliorer la qualité de l’air intérieur.	Incompatibilité avec certains revêtements de solTous les revêtements de sol ne sont pas compatibles avec les planchers chauffants. Par exemple, le parquet massif peut se déformer sous l’effet de la chaleur.

PAC avec radiateurs : pour conclure

L’installation d’une pompe à chaleur avec des radiateurs nécessite une réflexion approfondie sur l’efficacité et le fonctionnement optimal du système. Que vous optiez pour des radiateurs basse température, haute température (maison ancienne) ou même un plancher chauffant, la compatibilité de ces options avec votre PAC et les exigences de votre maison doit être analysée avec soin. 

Vous devrez prendre en compte le type et l’état de vos radiateurs existants, l’isolation de votre maison et le type de PAC envisagée. Seul un professionnel qualifié saura vous guider dans cette démarche pour faire un choix éclairé et rentabiliser votre investissement sans compromis sur le confort thermique de votre foyer.