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Une maison individuelle de 130m2. La cuisine, le séjour/salon, le hall et le bureau sont dans un même espace ouvert et chauffé à 19°C. Les 3 chambres sont chauffées à 17°C.

Le rez-de-chaussée représente 90m2. Toute la surface est équipée d’un plancher chauffant basse température. Le volume global du foyer est de 350m3.

Les orientations des ouvertures vitrées sur le volume ouvert de l’habitation vont du sud-est au sud-ouest pour une surface de vitrage de 15m2. Il y a donc beaucoup d’apport solaire cependant la forme allongée de la maison augmente les déperditions.

La construction date de 1996, mais des travaux de rénovation pour l’isolation et l’étanchéité ont eu lieu. Voici l’isolation actuelle :
Planchers : 7cm de polystyrène extrudé, le rez-de-chaussée est sur vide sanitaire. R=2,2
Murs : 10cm de polystyrène expansé. R =2,3
Toit : 30cm de laine de verre. R=7,5
Vitrage : type 4/16/4 faible émissivité avec gaz argon, huisserie bois. Coefficient thermique Uw=1,7

R correspond à la résistance thermique. Plus R est grand, meilleur est le pouvoir isolant de la paroi.
Le coefficient de transfert thermique pour les fenêtres complètes se note Uw. Plus il est bas, meilleur est l’isolation.

Voici les caractéristiques géographiques de l’habitation :
Lieu : Isère, zone froide H1
Altitude : 750m
Température de base : -14°C
Degré jours unifiés (DJU) de la station la plus proche (Pellafol-Le Sautet) : 3309

Pour connaître sa température de base voir ici
Pour connaître son DJU voir ici

L’habitation se site en zone montagneuse, dans ce cas ci, le lever du soleil est retardé. Mais l’exposition est orienté sud-ouest est énergétiquement favorable.

Un calcul simplifié permet d’obtenir une bonne estimation des déperditions. Pour aller plus loin et être relativement plus précis, des logiciels sont disponibles.

D = G x V

D sont les déperditions en W/K (Watt par Kalvin)
G est le coefficient de déperditions directement lié au niveau d’isolation. G se choisi avec les RT (règlementation thermiques). Ici nous allons prendre G=0,7
V est le volume chauffé de l’habitation

Soit D = 0,7 x 350 = 245 W/K

Après une étude expérimentale dans la même habitation avec une température extérieure de -4°C, on obtient :

D=250W/K

Nous retiendrons cette valeur pour la fin de notre étude.

Avec une température de base de -14°C, on fait la différence entre la température intérieur et extérieur soit : 19 - (-14) = 33K

La puissance pour 33K est :

250 x 33 = 8250 W

La pompe à chaleur à choisir doit avoir une puissance entre 9 et 10 KW

Calculer l’énergie de chauffage nécessaire (Eh) pour l’hiver
Les résultats précédemment obtenus permettent maintenant de connaître l’énergie dont l’habitation va avoir besoin durant l’hiver grâce aux DJU (Degré jours unifiés).

Les DJU expriment l’écart entre la température moyenne extérieur de chaque jours d’hiver (sur 232 jours) et 18°C ( à partir de cette température, le chauffage n’est plus nécessaire).

Eh= Déperditions x 24 h x DJU / 1000

Ici,

Eh = 250 x 24 x 3309 /1000 = 19854 kWh

Il faut néanmoins tenir compte de l’occupation et de l’ensoleillement pour savoir l’énergie de chauffage nécessaire. Nous allons prendre un coefficient de pondération de 0,9 pour une occupation de 2 personnes.

Le cumul d’ensoleillement pour la région de la ville de Grenoble est de 880 heures sur les mois d’octobre à avril. La situation géographique de la maison fait que le matin le soleil tarde à arriver. Nous allons partir sur une base de 840 heures. Les 232 jours de chauffage inclus dans le calcul des DJU correspondent à 5568 heures. Les 840 heures correspondent à 15% du temps moyen de chauffage. Le coefficient retenu est de 0,85.

Ehp= 19 854 x 0,9 x 0,85 = 15 188 kWh

Nous allons utiliser une pompe à chaleur sol/eau.

Le capteur géosolaire à fluide frigorigène est enterré entre 60 et 80cm de profondeur sur une surface de 210m2 environ. (6 couronnes de 60m soit 360m).

Le pas de pose est de 55 et 60 cm pour compenser un sous dimensionnement en longueur des tubes.

Le terrain est lourd, argileux et humide, la pente est faible (9%) orientée sud-ouest et bien ensoleillé.

Les tubes sont en cuivre de 12,7 mm gainé de polyéthylène posés sur un terrain sans lit de sable mais trié, pour éviter les grosses pierres (supérieur à 10 cm) car cela réduit les performances. Pas besoin d’un piège à huile car le dénivelé est faible.

Selon le régime de fonctionnement de la PAC, la puissance frigorifique soutirée par le capteur varie de 4500 à 8000 W. Au point de fonctionnement moyen, la puissance est de 4700 W.

La puissance linéique doit être de : 4 700/360 = 13 W/mL. Le pas de pose choisi est de 60 cm.

Les calories sont restituées dans 2 planchers chauffant à travers 3 distributeurs. L’eau est à basse température (entre 25 et 40°C) et les couronnes sont équilibrées au mieux.
Distributeur 1 : 3 départs vers la cuisine, le séjour et le salon de longueurs respectives 79m, 88m, 85m.
Distributeur 2 : départs vers la chambre 1, la chambre 2 et els toilettes/WC de longueurs respectives de 69m, 70m, 36m(La faible longueur n’est pas un problème, cela permettra une température légèrement supérieur dans les pièces d’eau, ce qui est relativement agréable) .
Distributeur 3 : 2 départs vers la chambre 3 et la mezzanine de longueurs respectives de 77m et 86m.

Les pas de pose sont adaptés à la conductivité thermique du revêtement de sol avec 20cm pour les pièces carrelées et 15 cm dans les pièces avec parquet collé.

Les 3 chambres sont équipées d’un thermostat chrono proportionnel. Cela commande les moteurs thermiques pour les planchers chauffants. Le principe de ce thermostats est d’alterner « marche/arrêt » de quelques secondes à quelques minutes afin de réguler le débit d’eau et ainsi la température.

Régulation globale de température
La régulation dans l’habitation se fait en tout ou rien, soit la pompe fonctionne soit non. On appelle ca la « loi d’eau ». Une sonde est placée à l’extérieur pour analyser les changements de température. Le coefficient de la pente de loi d’eau est de 0,5. Cela signifie que quand la température extérieure diminue de 1K, la pompe à chaleur chauffe l’eau à 0,5K de plus. Une autre sonde est placé à l’intérieur afin d’obtenir un coefficient de loi d’eau toujours plus précis et tenir compte des apports gratuit de chaleur. A partir de 16°C à l’extérieur, la PAC s’arrête car l’habitation ne nécessite plus de chauffage.

En 2013 le prix du kWh était de 0.12€ et d’après l’étude, la pompe à chaleur consomme 3800 W par hiver. Cela nous donne donc une facture énergétique de 446€ par an.

Cependant cette solution de PAC sol/eau est délaissée au profit des PAC eau glycolée/eau, car elles ne nécessitent aucune intervention sur le circuit frigorifique lors de l’installation sur site.

Pour aller plus loin:

>> Liste des Degré Jour Unifié (DJU)
Comment bénéficier:
>> Du crédit d'impôt
>> Des certificats d'économie d'énergie
>> D'autres aides financières
>> Tableau comparatif des PAC