Le chauffage et le refroidissement à l'aide d'une thermopompe

Table des matières

• Introduction
  • Public cible
  • Remarque concernant la gestion de l’énergie à la maison
• La thermopompe : de quoi s’agit-il et comment fonctionne-t-elle?
  • Concepts de base des thermopompes
  • Sources et dissipateurs des thermopompes
    • Sources
    • Dissipateurs
  • Introduction au rendement des thermopompes
    • Terminologie associée au rendement
• Terminologie importante pour les systèmes de thermopompes
  • Éléments de la thermopompe
  • Autres termes
• Thermopompes à air
  • Principaux avantages des thermopompes à air
    • Efficacité
    • Économies d’énergie
  • Fonctionnement de la thermopompe à air
    • Le cycle de chauffage
    • Le cycle de refroidissement
    • Le cycle de dégivrage
  • Sources de chaleur supplémentaires
  • Efficacité énergétique
    • Thermopompes à vitesse unique et à vitesse variable
  • Homologation, normes et échelles de cotation
  • Puissance
  • Autres critères de sélection
  • Installation
  • Fonctionnement
  • Entretien
  • Frais de fonctionnement
  • Durée de service et garanties
• Thermopompes géothermiques
  • Principaux avantages des systèmes de thermopompes géothermiques
    • Efficacité
    • Économies d’énergie
  • Fonctionnement d’un système géothermique
    • Cycle de chauffage
    • Cycle de refroidissement
  • Composition de l’installation
  • Efficacité énergétique
  • Homologation, normes et échelles de cotation
  • Puissance
  • Conception
    • Systèmes à circuit ouvert
    • Systèmes à circuit fermé
  • Installation
  • Fonctionnement
  • Entretien
  • Frais de fonctionnement
  • Durée de service et garanties
• Matériel connexe
  • Augmentation de la puissance d’entrée électrique
  • Systèmes de chauffage d’appoint
    • Thermopompes à air
    • Thermopompes géothermiques
  • Thermostats
    • Thermostats classiques
    • Thermostats programmables
  • Réseau de distribution de la chaleur

Introduction

Si vous explorez des solutions pour chauffer et refroidir votre maison ou réduire vos factures d’électricité, il est possible que vous songiez à faire l’acquisition d’un système de thermopompe. Les thermopompes sont une technologie éprouvée et fiable au Canada qui permet de contrôler le confort de votre maison toute l’année en assurant le chauffage en hiver et la climatisation en été et, dans certains cas, en fournissant de l’eau chaude pour votre maison.

Les thermopompes peuvent être un excellent choix pour une vaste gamme d’applications, tant pour les maisons neuves que pour la modernisation des systèmes de chauffage et de refroidissement existants. Elles constituent également une solution pour le remplacement des systèmes de climatisation existants, comme le coût différentiel du passage d’un système de refroidissement exclusif à une thermopompe est souvent très faible. Étant donné la richesse des différents types de systèmes et options, il est souvent difficile de déterminer si une thermopompe est la bonne option pour votre maison.

Si vous envisagez d’utiliser une thermopompe, vous vous posez probablement un certain nombre de questions, notamment :

• Quels sont les types de thermopompes offertes?
• Quelle proportion de mes besoins annuels en chauffage et en refroidissement une thermopompe peut-elle couvrir?
• De quelle taille de thermopompe ai-je besoin pour ma maison et mon application?
• Combien coûtent les thermopompes comparativement à d’autres systèmes, et combien pourrais je économiser sur ma facture d’électricité?
• Devrai-je apporter d’autres modifications à ma maison?
• Le système devra-t-il être entretenu fréquemment?

La présente brochure présente des faits importants sur les thermopompes afin de bien vous renseigner et de vous aider à faire le bon choix pour votre maison. En utilisant ces questions comme guide, la présente brochure décrit les types les plus courants de thermopompes et expose les facteurs qui se rattachent au choix, à l’installation, à l’utilisation et à l’entretien de ces appareils.

Public cible

Cette brochure est destinée aux propriétaires de maison qui recherchent des renseignements généraux sur les technologies de thermopompes afin de les aider à prendre des décisions éclairées concernant le choix et l’intégration des systèmes, leur fonctionnement et leur entretien. Les renseignements fournis dans la présente brochure sont de nature générale, les détails précis pouvant varier en fonction de votre installation et du type de système. Cette brochure ne doit pas remplacer la collaboration avec un entrepreneur ou un conseiller en efficacité énergétique, qui s’assureront que votre installation répond à vos besoins et aux objectifs souhaités.

Remarque concernant la gestion de l’énergie à la maison

Les thermopompes sont des appareils de chauffage et de refroidissement très efficaces qui peuvent réduire considérablement votre facture énergétique. Votre maison étant un système, il est recommandé de réduire au minimum les pertes de chaleur de votre maison en raison de fuites d’air (par des fissures, des ouvertures) ou d’une mauvaise isolation des murs, des plafonds, des fenêtres et des portes. En vous attaquant d’abord à ces problèmes, vous pourrez ensuite utiliser une thermopompe de plus petite taille, ce qui réduira les coûts d’équipement et permettra à votre système de fonctionner plus efficacement.

Ressources naturelles Canada offre aux consommateurs des publications à ce sujet.

La thermopompe : de quoi s’agit-il et comment fonctionne-t-elle?

Les thermopompes sont une technologie éprouvée qui est utilisée depuis des dizaines d’années, au Canada et ailleurs dans le monde, pour répondre aux besoins en matière de chauffage, de refroidissement et, dans certains cas, d’approvisionnement en eau chaude aux bâtiments. En fait, il est probable que vous interagissiez quotidiennement avec la technologie de thermopompes : les réfrigérateurs et les climatiseurs fonctionnent selon les mêmes principes et la même technologie. Cette section présente les principes de base du fonctionnement d’une thermopompe ainsi que les différents types de systèmes.

Concepts de base des thermopompes

Une thermopompe est un appareil électrique capable de transférer la chaleur d’un endroit à basse température
(une source) à un endroit à température plus élevée (un dissipateur).

Pour comprendre ce processus, pensez à une balade en vélo sur une colline : aucun effort n’est nécessaire pour descendre la colline, puisque le vélo se déplacera naturellement d’un endroit élevé vers un endroit plus bas. Cependant, monter la colline exige beaucoup plus d’effort, puisque le vélo se déplace dans le sens contraire de la direction naturelle du mouvement.

De la même manière, la chaleur circule naturellement des endroits où la température est plus élevée vers les endroits où elle est plus basse (p. ex., en hiver, la chaleur de l’intérieur du bâtiment est perdue vers l’extérieur). Une thermopompe utilise une énergie électrique supplémentaire pour contrer le flux naturel de chaleur, et pompe l’énergie disponible dans un endroit plus froid vers un endroit plus chaud.

Comment une thermopompe chauffe-t-elle ou refroidit-elle votre maison? Lorsque l’énergie est extraite d’une source, la température de cette dernière diminue. Si la maison est utilisée comme source, l’énergie thermique sera retirée, ce qui refroidira les locaux. C’est ainsi qu’une thermopompe fonctionne en mode refroidissement, et c’est le même principe qu’utilisent les climatiseurs et les réfrigérateurs. De même, à mesure qu’on ajoute de l’énergie à un dissipateur, sa température augmente. Si la maison est utilisée comme dissipateur, de l’énergie thermique sera ajoutée, ce qui chauffera les locaux. Une thermopompe est entièrement réversible, ce qui signifie qu’elle peut assurer à la fois le chauffage et le refroidissement de votre maison, offrant ainsi un confort toute l’année.

Sources et dissipateurs des thermopompes

Le choix de la source et du dissipateur de votre système de thermopompe est un élément important pour déterminer le rendement, les coûts en capital et les coûts d’exploitation de votre système. Cette section donne un aperçu des sources et des dissipateurs les plus courants pour les applications résidentielles au Canada.

Sources : deux sources d’énergie thermique sont le plus souvent utilisées au Canada pour le chauffage des maisons à l’aide de thermopompes :

• Système à air : la thermopompe tire la chaleur de l’air extérieur pendant la saison de chauffage et rejette la chaleur à l’extérieur pendant la saison de refroidissement en été.
  Il peut être surprenant de savoir que même lorsque les températures extérieures sont froides, il reste une grande quantité d’énergie disponible qui peut en être extraite et livrée au bâtiment. Par exemple, le contenu thermique de l’air à -18 °C équivaut à 85 % de la chaleur contenue à 21 °C. Cela permet à la thermopompe de fournir une bonne partie du chauffage, même par temps froid.
  Les systèmes à air sont les plus courants sur le marché canadien, plus de 700 000 unités étant installées dans tout le pays.
  Ce type de système est exploré plus en détail dans la section Thermopompes à air.
• Système géothermique : une thermopompe géothermique utilise le sol, les eaux souterraines, ou les deux comme source de chaleur en hiver et comme réservoir pour rejeter la chaleur récupérée dans la maison en été.
  Ces thermopompes sont moins courantes que les thermopompes à air, mais elles sont de plus en plus utilisées dans toutes les provinces du Canada. Leur principal avantage est qu’elles ne sont pas soumises à des fluctuations de température extrêmes, utilisant le sol comme source de température constante, ce qui en fait le type de système de thermopompe le plus écoénergétique.
  Ce type de système est abordé plus en détail dans la section Thermopompes géothermiques.

Dissipateurs : deux dissipateurs d’énergie thermique sont le plus souvent utilisés au Canada pour le chauffage des maisons à l’aide de thermopompes :

• L’air intérieur est chauffé par la thermopompe. Cela peut se faire à l’aide :
  • d’un système à conduits centraux; ou
  • d’un appareil intérieur sans conduits, comme un appareil fixé sur un mur.
• L’eau à l’intérieur du bâtiment est chauffée. Cette eau peut ensuite être utilisée pour alimenter des systèmes terminaux comme des radiateurs, un plancher radiant ou des ventilo-convecteurs au moyen d’un système hydronique.

Introduction au rendement des thermopompes

Les systèmes de chauffage et les chaudières assurent le chauffage des locaux en ajoutant de la chaleur à l’air par la combustion d’un combustible comme le gaz naturel ou le mazout de chauffage. Bien que le rendement se soit continuellement amélioré, il reste inférieur à 100 %, ce qui signifie que toute l’énergie disponible provenant de la combustion n’est pas utilisée pour chauffer l’air.

Les thermopompes fonctionnent selon un principe différent. L’électricité qui entre dans la thermopompe est utilisée pour transférer de l’énergie thermique d’un endroit à l’autre. Cela permet à la thermopompe de fonctionner plus efficacement, avec des rendements typiques bien au-delà de 100 %; par conséquent, la quantité d’énergie thermique produite est supérieure à la quantité d’énergie électrique utilisée pour la pomper.

Il est important de noter que l’efficacité de la thermopompe dépend grandement des températures de la source et du dissipateur. Tout comme une pente plus raide exige plus d’effort pour la gravir à vélo, des différences de température plus importantes entre la source et le dissipateur de la thermopompe obligent celle-ci à travailler plus fort et peuvent réduire son efficacité. Il est donc essentiel de déterminer la bonne taille de la thermopompe pour maximiser les rendements saisonniers. Ces aspects sont abordés plus en détail dans les sections Thermopompes à air et Thermopompes géothermiques.

Terminologie associée au rendement :

divers paramètres d’efficacité sont utilisés dans les catalogues des fabricants, ce qui peut rendre la compréhension du rendement du système quelque peu confuse pour un nouvel acheteur. Vous trouverez ci-dessous une explication de certains termes couramment utilisés pour exprimer le rendement.

Mesures en régime permanent : ces mesures décrivent le rendement de la thermopompe en « régime permanent », c’est-à-dire sans les fluctuations réelles de la saison et de la température. Par conséquent, leur valeur peut varier considérablement à mesure que les températures de la source et du dissipateur, ainsi que d’autres paramètres opérationnels, changent. Les mesures en régime permanent comprennent :

Le coefficient de performance (CP) : le CP est un rapport entre la vitesse à laquelle la thermopompe transfère l’énergie thermique (en kW), et la quantité d’électricité nécessaire pour effectuer le pompage (en kW). Par exemple, si une thermopompe utilisait 1 kW d’énergie électrique pour transférer 3 kW de chaleur, le CP serait de 3.

Le rendement énergétique (RE) : le RE est similaire au CP et décrit la puissance frigorifique d’une thermopompe en régime permanent. On le calcule en divisant cette puissance (en Btu/h) par la quantité d’électricité consommée (en watts) à une température donnée. Le RE est strictement associé à la description de la puissance frigorifique en régime permanent, contrairement au CP qui peut être utilisé pour exprimer la puissance calorifique et frigorifique d’une thermopompe.

Mesures de rendement saisonnières (MRS) : ces mesures sont conçues pour donner une meilleure estimation du rendement au cours d’une saison de chauffage ou de refroidissement, en intégrant les variations de température « réelles » au cours de la saison.

Les mesures saisonnières comprennent :

Pour déterminer la saison de chauffage dans le calcul du CPSC, on se sert de données météorologiques représentatives des conditions climatiques à long terme. Toutefois, ce calcul est généralement limité à une seule région et peut ne pas représenter pleinement le rendement à l’échelle du Canada. Certains fabricants peuvent fournir un CPSC pour une autre région climatique sur demande; toutefois, les CPSC sont généralement indiqués pour la région 4, qui représente des climats semblables à ceux du Midwest américain. La région 5 couvrirait la majeure partie de la moitié sud des provinces du Canada, de l’intérieur de la Colombie-Britannique jusqu’au Nouveau Brunswick^{Footnote 1}.

• Le coefficient de performance de la saison de chauffage (CPSC) : le CPSC est un rapport entre la quantité d’énergie que la thermopompe fournit au bâtiment pendant toute la saison de chauffage (en Btu) et la quantité totale d’énergie (en Wattheures) consommée durant la même période.
• Rendement énergétique saisonnier (RES) : le RES mesure la puissance frigorifique d’une thermopompe durant toute une saison de refroidissement. Pour le calculer, on divise la capacité totale de refroidissement fournie pendant la saison (en Btu) par la quantité d’énergie consommée par la thermopompe (en wattheures) durant cette période. Le RES est calculé d’après une température estivale moyenne de 28 °C.

Terminologie importante pour les systèmes de thermopompes

Voici quelques termes fréquemment utilisés que vous pourriez rencontrer en étudiant les thermopompes.

Éléments de la thermopompe

Le frigorigène est un fluide qui circule dans la thermopompe afin d’absorber, de transporter et de libérer la chaleur. Selon son emplacement, le fluide peut être liquide, gazeux ou un mélange gaz/vapeur.

Le robinet inverseur détermine le sens de l’écoulement du frigorigène à l’intérieur de la thermopompe et change le mode de la thermopompe du chauffage au refroidissement ou vice versa.

Un serpentin est un tube ou un ensemble de tubes montés en boucle où s’effectue le transfert de chaleur entre la source et le dissipateur. Il est parfois muni d’ailettes qui augmentent la surface servant à l’échange de chaleur.

L’évaporateur est un serpentin dans lequel le frigorigène puise la chaleur environnante. Lorsque le frigorigène atteint le point d’ébullition, il se transforme en vapeur à basse température. À son passage du robinet inverseur au compresseur, l’accumulateur retient tout le liquide qui ne s’est pas transformé en gaz. Il est à noter que les thermopompes ne sont pas toutes munies d’un accumulateur.

Le compresseur comprime les molécules du gaz frigorigène, ce qui a pour effet d’en augmenter la température. Ce dispositif permet de transférer l’énergie thermique entre la source et le dissipateur.

Le condenseur est un serpentin dans lequel le frigorigène libère de la chaleur et se liquéfie.

Le détendeur abaisse la pression créée par le compresseur, ce qui provoque une baisse de température. Le frigorigène devient un mélange à basse température de vapeur et de liquide.

L’appareil extérieur est l’endroit où la chaleur est transférée vers ou depuis l’air extérieur dans une thermopompe à air. Cet appareil contient généralement un serpentin échangeur de chaleur, le compresseur et le robinet détendeur. Il a la même apparence et fonctionne de la même manière que la partie extérieure d’un climatiseur.

Le serpentin intérieur est l’endroit où la chaleur est transférée vers ou depuis l’air intérieur dans certains types de thermopompes à air. En général, l’appareil intérieur contient un serpentin échangeur de chaleur et peut également comprendre un ventilateur supplémentaire pour faire circuler l’air réchauffé ou refroidi dans l’espace occupé.

La chambre de distribution, que l’on ne voit que dans les installations à conduits, fait partie du réseau de distribution d’air. La chambre de distribution est un caisson qui fait partie intégrante de l’installation et sert à distribuer dans la maison l’air réchauffé ou refroidi. C’est habituellement une grande boîte placée juste au-dessus ou à côté de l’échangeur de chaleur.

Autres termes

Unités de mesure de la capacité ou de la consommation d’énergie :

• Un Btu/h (de l’anglais British thermal unit per hour) est l’unité servant à mesurer le rendement calorifique des systèmes de chauffage. Un Btu correspond à la quantité de chaleur que dégage une chandelle du genre de celles qui servent à décorer les gâteaux d’anniversaire. Si cette quantité d’énergie était libérée en une heure, elle équivaudrait à un Btu/h.
• Un kilowatt (kW) correspond à 1 000 watts, soit la quantité d’énergie qu’exigent dix ampoules de 100 watts chacune.
• La tonne est l’unité de mesure de la puissance d’une thermopompe. Elle équivaut à 3,5 kW ou à 12 000 Btu/h.

Thermopompes à air

Les thermopompes à air utilisent l’air extérieur comme source d’énergie thermique en mode de chauffage et comme dissipateur pour rejeter l’énergie en mode de refroidissement. Ces types de systèmes peuvent généralement être classés en deux catégories :

Thermopompes air-air. Ces appareils chauffent ou refroidissent l’air à l’intérieur de votre maison, et représentent la grande majorité des intégrations de thermopompes à air au Canada. Ils peuvent être classés en fonction du type d’installation :

• Installation à conduits : le serpentin intérieur de la thermopompe est situé dans un conduit. L’air est réchauffé ou refroidi en passant par-dessus le serpentin, avant d’être distribué par le réseau de conduits à différents endroits de la maison.
• Installation sans conduits : le serpentin intérieur de la thermopompe est situé dans un appareil intérieur. Ces appareils intérieurs sont généralement situés sur le plancher ou le mur d’un espace occupé, et chauffent ou refroidissent l’air directement dans cet espace. Parmi ces unités, vous pouvez voir les termes « bibloc » et « multiblocs » :
  • Bibloc : une seule unité intérieure est située à l’intérieur de la maison, celle-ci étant desservie par une seule unité extérieure.
  • Multiblocs : plusieurs unités intérieures sont situées dans la maison et sont desservies par une seule unité extérieure.

Les systèmes air-air sont plus efficaces lorsque la différence de température entre l’intérieur et l’extérieur est plus faible. Pour cette raison, les thermopompes air-air tentent généralement d’optimiser leur efficacité en fournissant un volume d’air chaud plus important et en chauffant cet air à une température plus basse (normalement entre 25 et 45 °C). En revanche, les systèmes de chauffage fournissent un volume d’air plus faible, mais chauffent cet air à des températures plus élevées (entre 55 et 60 °C). Si vous passez d’un système de chauffage à une thermopompe, vous remarquerez peut-être cette différence lorsque vous commencerez à utiliser votre nouveau système.

Thermopompes air-eau. Moins courantes au Canada, les thermopompes air-eau chauffent ou refroidissent l’eau et sont utilisées dans les maisons équipées de systèmes de distribution hydroniques (à base d’eau), comme les radiateurs à basse température, les planchers radiants ou les ventilo-convecteurs. En mode chauffage, la thermopompe fournit de l’énergie thermique au système hydronique. Ce processus est inversé en mode refroidissement; l’énergie thermique est extraite du système hydronique et rejetée dans l’air extérieur.

Les températures de fonctionnement du système hydronique sont essentielles pour l’évaluation des thermopompes air-eau. En effet, les thermopompes air-eau fonctionnent plus efficacement lorsqu’elles chauffent l’eau à des températures plus basses, c’est-à-dire inférieures à 45 à 50 °C, et sont par conséquent mieux adaptées aux planchers radiants ou aux ventilo-convecteurs. Il importe de faire preuve de prudence si l’on envisage de les utiliser avec des radiateurs à haute température qui nécessitent des températures de l’eau supérieures à 60 °C, puisque ces températures dépassent généralement les limites de la plupart des thermopompes résidentielles.

Principaux avantages des thermopompes à air

L’installation d’une thermopompe à air peut vous offrir de nombreux avantages. Cette section examine comment les thermopompes à air peuvent améliorer l’empreinte énergétique de votre ménage.

Efficacité

Le principal avantage de l’utilisation d’une thermopompe à air est le rendement énergétique élevé qu’elle peut offrir en matière de chauffage par rapport aux systèmes classiques comme les systèmes de chauffage, les chaudières et les plinthes électriques. À 8 °C, le coefficient de performance (CP) des thermopompes à air varie généralement de 2,0 à 5,4. Cela signifie que, pour les appareils ayant un CP de 5,5 kilowattheures (kWh) de chaleur sont transférés pour chaque kWh d’électricité fourni à la thermopompe. Lorsque la température de l’air extérieur baisse, le CP est plus faible, car la thermopompe doit fonctionner à une plus grande différence de température entre l’espace intérieur et l’espace extérieur. À -8 °C, le CP peut varier de 1,1 à 3,7.

Sur une base saisonnière, le coefficient de performance de la saison de chauffage (CPSC) des appareils disponibles sur le marché peut varier de 7,1 à 13,2 (région 5). Il est important de noter que ces estimations du CPSC concernent une région ayant un climat semblable à celui d’Ottawa. Les économies réelles dépendent fortement de l’emplacement de votre installation de thermopompe.

Économies d’énergie

L’efficacité accrue de la thermopompe peut se traduire par des réductions importantes de la consommation d’énergie. Les économies réelles dans votre maison dépendront d’un certain nombre de facteurs, notamment du climat de votre région, du rendement du système de chauffage en place, de la puissance et du type de thermopompe, et de la stratégie de contrôle. De nombreux calculateurs en ligne sont disponibles pour fournir une estimation rapide des économies d’énergie auxquelles vous pouvez vous attendre pour votre application particulière. L’outil ASHP-Eval de RNCan est disponible gratuitement et peut être utilisé par les installateurs et les concepteurs mécaniques pour vous conseiller sur votre situation.

Fonctionnement de la thermopompe à air

Le cycle de chauffage

Le cycle de refroidissement

Le cycle de dégivrage

Si la température extérieure s’approche du point de congélation ou descend sous ce point pendant que la thermopompe fonctionne en mode chauffage, l’humidité de l’air circulant à la surface du serpentin extérieur se condense, et le serpentin givre. L’accumulation de givre dépend de la température extérieure et du degré d’humidité de l’air.

La présence d’une couche de givre diminue l’efficacité du serpentin, car elle réduit sa capacité de transférer la chaleur au frigorigène. Il faut donc, à un moment ou à un autre, faire disparaître le givre. À cette fin, la thermopompe passe au mode dégivrage. L’approche la plus courante est la suivante :

• D’abord, le robinet inverseur règle l’appareil en mode refroidissement. Cela propulse du gaz chaud vers le serpentin extérieur pour faire fondre le givre. Simultanément, le ventilateur extérieur (qui souffle habituellement l’air froid sur le serpentin) se ferme afin de réduire la quantité de chaleur requise pour faire fondre le givre.
• Pendant ce temps, la thermopompe libère de l’air frais dans les conduits. En règle générale, le système de chauffage réchauffe l’air à mesure qu’il est distribué dans la maison.

Il y a deux façons de déterminer le moment où l’appareil passe au mode dégivrage :

• Dans le premier cas, des commandes de dégivrage sur demande contrôlent la circulation de l’air, la pression du frigorigène, la température de l’air ou des serpentins ou les écarts de pression dans le serpentin extérieur afin de détecter la présence de givre sur celui-ci.
• Dans le second cas, une commande de dégivrage à sonde et minuterie est actionnée et interrompue par une minuterie ou par une sonde de température située sur le serpentin extérieur. Le cycle peut se déclencher à intervalles de 30, 60 ou 90 minutes, selon les conditions atmosphériques et la conception de l’installation.

Le déclenchement intempestif du cycle de dégivrage réduit le rendement saisonnier de la thermopompe. En règle générale, il est donc plus efficace de recourir au dégivrage sur demande, étant donné que le cycle de dégivrage n’est déclenché qu’au besoin.

Sources de chaleur supplémentaires

Comme les thermopompes à air ont une température de fonctionnement extérieure minimale (entre -15 °C et -25 °C) et une capacité de chauffage réduite à des températures très froides, il est important d’envisager une source de chauffage d’appoint pour le fonctionnement des thermopompes à air. Un chauffage d’appoint peut également être nécessaire lorsque la thermopompe est en mode dégivrage. Différentes options sont alors disponibles :

• Système entièrement électrique : dans un tel système, le fonctionnement de la thermopompe est complété par des éléments de résistance électrique situés dans les conduits ou par des plinthes électriques. Ces éléments de résistance sont moins efficaces que la thermopompe, mais leur capacité à fournir du chauffage est indépendante de la température extérieure.
• Système hybride : dans un système hybride, la thermopompe à air utilise un système supplémentaire comme un système de chauffage ou une chaudière. Cette option peut être utilisée dans les nouvelles installations et constitue également une bonne option lorsqu’une thermopompe est ajoutée à un système existant, par exemple, lorsqu’une thermopompe est installée pour remplacer un climatiseur central.

Veuillez consulter la dernière section de cette brochure, Matériel connexe, pour obtenir de plus amples renseignements sur les systèmes qui utilisent des sources de chauffage supplémentaires. Vous y trouverez une discussion sur les options permettant de programmer votre système pour assurer la transition entre l’utilisation d’une thermopompe et l’utilisation d’une source de chaleur supplémentaire.

Efficacité énergétique

Pour faciliter votre compréhension de cette section, veuillez consulter la section précédente intitulée Introduction au rendement des thermopompes pour obtenir une explication de ce que représentent les CPSC et les RES.

Au Canada, les règlements sur l’efficacité énergétique prescrivent un rendement saisonnier minimal en matière de chauffage et de refroidissement qui doit être atteint pour que le produit soit vendu sur le marché canadien. En plus de ces règlements, votre province ou territoire peut avoir des exigences plus rigoureuses.

Le rendement minimal pour l’ensemble du Canada et les gammes typiques de produits offerts sur le marché sont résumés ci-dessous pour le chauffage et le refroidissement. Il est également important de vérifier si d’autres règlements sont en place dans votre région avant de choisir votre système.

Rendement lors la saison de refroidissement, RES :

• RES minimum (Canada) : 14
• Plage du RES des produits disponibles sur le marché : 14 à 42

Rendement lors de la saison de chauffage, CPSC :

• CPSC minimum (Canada) : 7,1 (pour la région 5)
• Plage du CPSC des produits disponibles sur le marché : 7,1 à 13,2 (pour la région 5)

Remarque : les CPSC sont fournis pour la zone climatique 5 de l’AHRI, qui a un climat similaire à celui d’Ottawa. Les rendements saisonniers réels peuvent varier en fonction de votre région. Une nouvelle norme de rendement visant à mieux représenter le rendement de ces systèmes dans les régions canadiennes est en cours d’élaboration.

Les valeurs réelles du RES ou du CPSC dépendent de divers facteurs principalement liés à la conception de la thermopompe. Le rendement actuel a considérablement évolué au cours des 15 dernières années, grâce aux nouveaux développements dans la technologie des compresseurs, à la conception des échangeurs de chaleur et à l’amélioration du débit et du contrôle du frigorigène.

Thermopompes à vitesse unique et à vitesse variable

Le rôle des nouvelles conceptions de compresseurs dans l’amélioration du rendement saisonnier est particulièrement important lorsqu’il s’agit de prendre en compte l’efficacité énergétique. En général, les appareils fonctionnant au RES et au CPSC minimum prescrit sont caractérisés par des thermopompes à vitesse unique. Il existe maintenant des thermopompes à air à vitesse variable qui sont conçues pour faire varier la capacité du système afin de mieux répondre à la demande de chauffage ou de refroidissement de la maison à tout moment. Cette caractéristique permet de maintenir une efficacité maximale en tout temps, y compris dans des conditions plus douces, lorsque la demande du système est plus faible.

Plus récemment, des thermopompes à air mieux adaptées au climat froid du Canada ont été introduites sur le marché. Ces systèmes, souvent appelés thermopompes pour climat froid, combinent des compresseurs à puissance variable avec des échangeurs de chaleur et des commandes améliorés pour maximiser la capacité de chauffage à des températures d’air plus froides, tout en maintenant un rendement élevé dans des conditions plus douces. Ces types de systèmes ont généralement des valeurs de RES et de CPSC plus élevées, certains systèmes atteignant un RES allant jusqu’à 42, et un CPSC approchant 13.

Homologation, normes et échelles de cotation

L’Association canadienne de normalisation (CSA) procède à des essais afin de vérifier la sécurité des systèmes électriques de toutes les thermopompes. Une norme de rendement prescrit les tests à effectuer afin de déterminer la puissance calorifique, la puissance frigorifique et le rendement des thermopompes, de même que les conditions dans lesquelles ces tests doivent être exécutés. Les essais de performance des thermopompes à air sont régis par la norme CSA C656, qui (à partir de 2014) a été harmonisée avec la norme ANSI/AHRI 210/240-2008 intitulée Performance Rating of Unitary Air-Conditioning & Air-Source Heat Pump Equipment [Évaluation des performances des équipements de climatisation et des pompes à chaleur à air]. Elle remplace également la norme CAN/CSA-C273.3-M91, « Évaluation des performances des thermopompes biblocs et des climatiseurs centraux ».

Puissance

Pour dimensionner correctement votre système de thermopompe, il est important de comprendre les besoins en matière de chauffage et de refroidissement de votre maison. Il est recommandé de retenir les services d’un professionnel du chauffage et du refroidissement pour effectuer les calculs nécessaires. Les charges de chauffage et de refroidissement devraient être déterminées au moyen d’une méthode de mesure reconnue, par exemple celle de la norme CSA-F280-12, « Détermination de la puissance requise des appareils de chauffage et de refroidissement résidentiels ».

Le dimensionnement de votre système de thermopompe doit être effectué en fonction de votre climat, des charges de chauffage et de refroidissement du bâtiment, et des objectifs de votre installation (par exemple, maximiser les économies d’énergie de chauffage par rapport au déplacement d’un système existant pendant certaines périodes de l’année). Pour vous aider dans ce processus, RNCan a élaboré un Guide de dimensionnement et de sélection des thermopompes à air. Ce guide et son logiciel d’accompagnement sont destinés aux conseillers en efficacité énergétique et aux concepteurs mécaniques et sont offerts gratuitement afin de fournir des conseils sur le dimensionnement approprié.

Si une thermopompe est sous-dimensionnée, vous remarquerez que le système de chauffage d’appoint sera utilisé plus fréquemment. Bien qu’un système sous-dimensionné puisse quand même fonctionner de manière efficace, il se peut que vous ne réalisiez pas les économies d’énergie prévues en raison d’une utilisation élevée d’un système de chauffage d’appoint.

De même, si une thermopompe est surdimensionnée, les économies d’énergie souhaitées pourraient ne pas être réalisées en raison d’un fonctionnement inefficace dans des conditions plus douces. Alors que le système de chauffage d’appoint fonctionne moins fréquemment, dans des conditions ambiantes plus chaudes, la thermopompe produit trop de chaleur et l’appareil se met en marche et s’arrête, ce qui entraîne un inconfort, une usure de la thermopompe et un recours à une alimentation électrique de secours. Il est donc important de bien comprendre votre charge de chauffage et les caractéristiques de fonctionnement de la thermopompe pour réaliser des économies d’énergie optimales.

Autres critères de sélection

Outre le dimensionnement, plusieurs autres facteurs de rendement doivent être pris en compte :

• CPSC : choisissez la thermopompe ayant le CPSC le plus élevé possible. Si d’autres appareils ont des CPSC semblables, comparez leur fonctionnement en régime permanent à –8,3 °C (la température la plus basse à laquelle on les évalue). L’appareil ayant la cote la plus élevée sera le plus efficace dans la plupart des régions du Canada.
• Dégivrage : choisissez une thermopompe munie d’une commande de dégivrage sur demande. Le cycle de dégivrage ne sera pas actionné inutilement, ce qui réduira tant l’énergie consommée par la thermopompe que la nécessité de recourir à du chauffage supplémentaire.
• Niveau de bruit : le son est mesuré en unités appelées décibels (dB). Plus le niveau est bas, moins l’unité extérieure émet de bruit. Plus le niveau de décibels est élevé, plus le bruit est fort. La plupart des thermopompes ont un niveau de bruit de 76 dB ou moins.

Installation

Les thermopompes à air doivent être installées par un entrepreneur compétent. Consultez un professionnel local du chauffage et du refroidissement pour dimensionner, installer et entretenir votre équipement afin d’assurer un fonctionnement efficace et fiable. Si vous envisagez d’installer une thermopompe pour remplacer ou compléter votre système de chauffage central, vous devez savoir que les thermopompes fonctionnent généralement à des débits d’air plus élevés que les systèmes de chauffage. En fonction de la taille de votre nouvelle thermopompe, certaines modifications peuvent être nécessaires au niveau des conduits pour éviter le bruit et la consommation d’énergie du ventilateur. Votre entrepreneur pourra vous donner des conseils sur votre cas particulier.

Le coût d’installation d’une thermopompe à air dépend du type de système, de vos objectifs de conception et de tout équipement de chauffage et conduit existant dans votre maison. Dans certains cas, des modifications supplémentaires aux conduits ou aux services électriques peuvent être nécessaires pour soutenir l’installation de votre nouvelle thermopompe.

Fonctionnement

Vous devez respecter certaines consignes importantes lorsque vous faites fonctionner votre thermopompe :

• Optimisez les valeurs de réglage de la thermopompe et du système supplémentaire. Si vous utilisez un système électrique d’appoint (par exemple, des plinthes ou des éléments de résistance dans un conduit), assurez-vous d’utiliser une valeur de réglage de la température plus basse que pour la thermopompe. Cette stratégie vous aidera à maximiser la quantité de chauffage que la thermopompe fournit à votre maison, ce qui réduira votre consommation d’énergie et vos factures de services publics. Une valeur de réglage de 2 °C à 3 °C en dessous de la température de chauffage de la thermopompe est recommandée. Consultez votre entrepreneur en installation pour connaître la valeur de réglage optimale pour votre système.
• Installez un système de dégivrage efficace. Vous pouvez réduire votre consommation d’énergie en faisant en sorte que votre système soit réglé pour arrêter le ventilateur intérieur pendant les cycles de dégivrage. Ce réglage peut être effectué par votre installateur. Toutefois, il est important de noter que le dégivrage pourrait ainsi prendre un peu plus de temps.
• Réduisez au minimum les baisses de température du thermostat. Les thermopompes réagissent plus lentement que les systèmes de chauffage traditionnels aux demandes de changements importants de la température; elles nécessiteront donc plus de temps pour baisser la température de chauffage de façon importante et pour l’augmenter par la suite. Il est donc recommandé de baisser la température de chauffage de 2 °C tout au plus ou d’utiliser un thermostat « intelligent » qui met le système en marche de manière anticipée, en prévision d’une reprise du chauffage après une baisse de température du thermostat. Encore une fois, consultez votre entrepreneur en installation pour connaître la température de consigne optimale de votre système.
• Optimisez la direction du flux d’air. Si vous avez un appareil intérieur fixé sur un mur, envisagez d’ajuster la direction du flux d’air pour optimiser votre confort. La plupart des fabricants recommandent de diriger le flux d’air vers le bas en mode chauffage et vers les occupants en mode refroidissement.
• Optimisez les réglages du ventilateur. Vous pouvez également ajuster les réglages du ventilateur pour optimiser le confort. Afin de maximiser la chaleur fournie par la thermopompe, il est recommandé de régler la vitesse du ventilateur sur « élevée » ou de le laisser en mode automatique. En mode refroidissement, il est également recommandé de régler la vitesse du ventilateur sur « basse » afin d’améliorer la déshumidification.

Entretien

Le fonctionnement efficace et la durabilité de votre thermopompe dépendent avant tout d’un bon entretien. Vous devriez faire appel à un entrepreneur compétent pour effectuer l’entretien annuel de votre appareil afin de vous assurer que tout est en bon état de fonctionnement.

Outre l’entretien annuel, il existe quelques mesures simples que vous pouvez prendre pour garantir un fonctionnement fiable et efficace de votre appareil. Assurez-vous de changer ou de nettoyer votre filtre à air tous les 3 mois, puisque les filtres bouchés diminuent le débit d’air et l’efficacité de votre système. Assurez-vous également que les évents et les registres d’air de votre maison ne sont pas bloqués par des meubles ou du tapis, puisqu’un débit d’air insuffisant vers ou depuis votre appareil peut réduire la durée de vie des équipements et réduire l’efficacité du système.

Frais de fonctionnement

Les économies d’énergie réalisées grâce à l’installation d’une thermopompe peuvent contribuer à réduire vos factures d’énergie mensuelles. La réduction de vos factures d’énergie dépend en grande partie du prix de l’électricité par rapport à d’autres combustibles comme le gaz naturel ou le mazout de chauffage et, dans le cadre de projets de modernisation, du type de système remplacé.

En général, les thermopompes coûtent plus cher que d’autres systèmes, comme les générateurs d’air chaud ou les plinthes électriques, en raison du nombre de composants dans le système. Dans certaines régions et dans certains cas, ces coûts supplémentaires peuvent être récupérés en relativement peu de temps grâce aux économies réalisées sur les coûts des services publics. Cependant, dans d’autres régions, les tarifs variables des services publics peuvent prolonger cette période. Il est important de travailler avec votre entrepreneur ou votre conseiller en efficacité énergétique pour obtenir une estimation de la rentabilité des thermopompes dans votre région et des économies potentielles que vous pouvez réaliser.

Durée de service et garanties

La durée utile des thermopompes à air varie de 15 à 20 ans. Le compresseur est l’élément le plus vulnérable de l’installation.

La majorité des thermopompes sont assorties d’une garantie d’un an sur les pièces et la main-d’œuvre et d’une garantie additionnelle de cinq à dix ans pour le compresseur (pièces seulement). Comme ces garanties varient d’un fabricant à l’autre, vérifiez-en attentivement tous les détails.

Thermopompes géothermiques

Les pompes géothermiques utilisent le sol, les eaux souterraines ou les deux comme source d’énergie thermique en mode de chauffage et comme dissipateur pour rejeter l’énergie en mode de refroidissement. Ces types de systèmes comprennent deux éléments clés :

• Échangeur de chaleur souterrain : Il s’agit de l’échangeur de chaleur utilisé pour ajouter ou retirer de l’énergie thermique de la terre ou du sol. Différentes conceptions d’échangeurs de chaleur sont possibles, et sont expliquées plus loin dans cette section.
• Thermopompe : Au lieu de l’air, les thermopompes géothermiques utilisent un fluide qui circule dans l’échangeur de chaleur souterrain comme source (pour le chauffage) ou comme dissipateur (pour le refroidissement).
  Du côté du bâtiment, des systèmes à air et des systèmes hydroniques (eau) sont tous les deux possibles. Les températures de fonctionnement du côté du bâtiment sont très importantes dans les applications hydroniques. Les thermopompes fonctionnent plus efficacement lorsqu’elles chauffent à des températures plus basses, soit inférieures à 45 à 50 °C, ce qui les rend plus adaptées aux planchers radiants ou aux ventilo-convecteurs. Il importe de faire preuve de prudence si l’on envisage de les utiliser avec des radiateurs à haute température qui nécessitent des températures de l’eau supérieures à 60 °C, puisque ces températures dépassent généralement les limites de la plupart des thermopompes résidentielles.

Selon l’interaction entre la thermopompe et l’échangeur de chaleur souterrain, deux classifications de système différentes sont possibles :

• Boucle secondaire : un liquide (eau souterraine ou solution antigel) est utilisé dans l’échangeur de chaleur souterrain. L’énergie thermique transférée du sol au liquide est acheminée à la thermopompe par l’intermédiaire d’un échangeur de chaleur.
• Détente directe : un frigorigène est utilisé comme fluide dans l’échangeur de chaleur souterrain. L’énergie thermique extraite du sol par le frigorigène est utilisée directement par la thermopompe – aucun échangeur de chaleur supplémentaire n’est nécessaire.
  Dans ces systèmes, l’échangeur de chaleur souterrain fait partie de la thermopompe elle-même, agissant comme évaporateur en mode chauffage et comme condenseur en mode refroidissement.

Les thermopompes géothermiques peuvent répondre à une série de besoins de confort dans votre maison, notamment :

• Chauffage seulement : la thermopompe n’est utilisée que pour le chauffage. Elle peut servir à la fois au chauffage des locaux et à la production d’eau chaude.
• Chauffage avec « refroidissement actif » : la thermopompe est utilisée à la fois pour le chauffage et le refroidissement.
• Chauffage avec « refroidissement passif » : la thermopompe est utilisée pour le chauffage, et contournée pour le refroidissement. Pour le refroidissement, le fluide du bâtiment est refroidi directement dans l’échangeur de chaleur souterrain.

Les opérations de chauffage et de « refroidissement actif » sont décrites dans la section suivante.

Principaux avantages des systèmes de thermopompes géothermiques

Efficacité

Au Canada, où la température de l’air peut descendre en dessous de -30 °C, les systèmes géothermiques peuvent fonctionner plus efficacement parce qu’ils tirent parti des températures plus chaudes et plus stables du sol. Les températures typiques de l’eau qui entre dans la thermopompe géothermique sont généralement supérieures à 0 °C, ce qui donne un CP d’environ 3 pour la plupart des systèmes pendant les mois d’hiver les plus froids.

Économies d’énergie

Les systèmes géothermiques vous permettront de réduire considérablement vos coûts de chauffage et de refroidissement. Les économies sur les coûts d’énergie réalisées sur le chauffage par rapport aux systèmes de chauffage électriques sont d’environ 65 %.

En moyenne, un système géothermique bien conçu permettra de réaliser des économies d’environ 10 à 20 % par rapport à une thermopompe à air pour climat froid, la meilleure de sa catégorie, dimensionnée de façon à couvrir la majeure partie de la charge de chauffage du bâtiment. Cela est attribuable au fait que les températures souterraines sont plus élevées en hiver que les températures de l’air. Par conséquent, une thermopompe géothermique peut fournir plus de chaleur au cours de l’hiver qu’une thermopompe à air.

Les économies d’énergie réelles varieront en fonction du climat local, de l’efficacité du système de chauffage existant, des coûts du combustible et de l’électricité, de la taille de la thermopompe installée, de la configuration du champ de forage et du bilan énergétique saisonnier, ainsi que du rendement de la thermopompe, mesuré selon les exigences de la CSA.

Fonctionnement d’un système géothermique

Les thermopompes géothermiques comprennent deux parties principales : un échangeur de chaleur souterrain et une thermopompe. Contrairement aux thermopompes à air qui exigent qu’un échangeur de chaleur soit placé à l’extérieur, les systèmes géothermiques font appel à une thermopompe installée à l’intérieur de la maison.

Les échangeurs de chaleur souterrains peuvent être classés dans l’une ou l’autre des catégories suivantes :

• Circuit fermé : les installations à circuit fermé retirent la chaleur du sol au moyen d’une boucle continue et enfouie. Une solution antigel (ou du frigorigène dans le cas des systèmes géothermiques à détente directe) est refroidie par le système de réfrigération de la thermopompe à une température sensiblement inférieure à celle du sol, elle circule dans la boucle et elle absorbe la chaleur du sol.
  Les dispositions courantes de la tuyauterie dans les installations à circuit fermé comprennent les systèmes souterrains horizontaux, verticaux, diagonaux et dans un étang ou un lac (ces dispositions sont examinées ci-dessous, dans la section Conception).
• Circuit ouvert : le réseau à circuit ouvert capte la chaleur contenue dans une masse d’eau souterraine. L’eau est pompée d’un puits jusqu’à l’échangeur de chaleur, qui en extrait la chaleur. L’eau est ensuite déversée dans un plan d’eau de surface, par exemple un ruisseau ou un étang, ou acheminée au réservoir souterrain par un autre puits.

Le choix du réseau de tuyaux extérieurs dépend du climat, des conditions du sol, du terrain disponible, des coûts d’installation locaux sur le site, ainsi que des règlements municipaux et provinciaux. Par exemple, les réseaux à circuit ouvert sont autorisés en Ontario, mais ne sont pas autorisés au Québec. Certaines municipalités ont interdit les systèmes à détente directe parce que l’aquifère constitue également la source d’eau municipale.

Cycle de chauffage

Cycle de refroidissement

Le cycle de « refroidissement actif » s’effectue essentiellement à l’inverse du cycle de chauffage. Le robinet inverse le sens de l’écoulement du frigorigène, qui récupère la chaleur contenue dans l’air de la maison. Dans le cas des systèmes à détente directe, la chaleur est transférée directement. Autrement, elle passe soit dans l’eau souterraine soit dans la solution antigel. La pompe achemine ensuite la chaleur vers l’extérieur – jusqu’à un plan d’eau ou un puits de retour (circuit ouvert) ou jusqu’aux tuyaux souterrains (circuit fermé). Il est possible d’utiliser une partie de la chaleur excédentaire pour préchauffer l’eau de consommation.

Contrairement aux thermopompes à air, les systèmes géothermiques n’exigent pas de cycle de dégivrage. La température du sous-sol est en effet beaucoup plus stable que celle de l’air et, comme la pompe elle-même est située à l’intérieur, le givre ne cause pas les mêmes ennuis.

Composition de l’installation

Les systèmes géothermiques se composent de trois éléments principaux : la thermopompe proprement dite, le liquide servant à l’échange de chaleur (circuit ouvert ou fermé) et le réseau de distribution (à air ou hydronique) qui distribue l’énergie thermique de la thermopompe au bâtiment.

Il existe différents types de thermopompes géothermiques. Dans le cas des systèmes à air monobloc, le souffleur, le compresseur, l’échangeur de chaleur et le serpentin sont logés dans un même boîtier. Quant aux systèmes bibloc, ils permettent d’ajouter un serpentin à un système de chauffage à air pulsé et d’utiliser le souffleur et le système de chauffage. Pour les systèmes hydroniques, les échangeurs de chaleur de la source et du dissipateur et le compresseur sont logés dans un même boîtier.

Efficacité énergétique

Comme dans le cas des thermopompes à air, le rendement des thermopompes géothermiques varie beaucoup selon les modèles. Voir la section précédente intitulée Introduction au rendement des thermopompes pour obtenir une explication de ce que représentent les CP et les RE. Les plages des CP et des RE des appareils disponibles sur le marché sont indiquées ci-dessous.

Thermopompes géothermiques utilisant des eaux souterraines ou systèmes à circuit ouvert

Chauffage

• CP minimum de chauffage : 3,6
• Plage du CP de chauffage des produits disponibles sur le marché : 3,8 à 5,0

Refroidissement

• RE minimum : 16,2
• Plage du RE des produits disponibles sur le marché : 19,1 à 27,5

Systèmes à circuit fermé

Chauffage

• CP minimum de chauffage : 3,1
• Plage du CP de chauffage des produits disponibles sur le marché : 3,2 à 4,2

Refroidissement

• RE minimum : 13,4
• Plage du RE des produits disponibles sur le marché : 14,6 à 20,4

L’efficacité minimale de chaque catégorie de thermopompes géothermiques est réglementée au niveau fédéral ainsi que dans certaines provinces. Le rendement des thermopompes géothermiques s’est grandement amélioré. Les améliorations apportées aux compresseurs, aux moteurs et aux commandes des thermopompes à air sont aussi appliquées aux thermopompes géothermiques, ce qui en accroît encore davantage l’efficacité.

Les thermopompes géothermiques ayant un rendement énergétique bas utilisent généralement des compresseurs à deux étages, des échangeurs de chaleur frigorigène-air de taille relativement standard et des échangeurs de chaleur frigorigène-eau surdimensionnés à surface améliorée. Les appareils à rendement élevé ont tendance à utiliser des compresseurs à plusieurs vitesses ou à vitesse variable, des ventilateurs intérieurs à vitesse variable, ou les deux. Vous trouverez une explication des thermopompes à vitesse unique et à vitesse variable dans la section Thermopompe à air.

Homologation, normes et échelles de cotation

L’Association canadienne de normalisation (CSA) procède à des essais afin de vérifier la sécurité des systèmes électriques de toutes les thermopompes. Une norme de rendement prescrit les tests à effectuer afin de déterminer la puissance calorifique, la puissance frigorifique et le rendement des thermopompes, de même que les conditions dans lesquelles ces tests doivent être exécutés. Les normes d’essai de rendement pour les systèmes géothermiques sont la norme CSA C13256 (pour les systèmes munis d’un second circuit) et la norme CSA C748 (pour les systèmes à détente directe).

Puissance

Il est important que l’échangeur de chaleur souterrain soit bien adapté à la puissance de la thermopompe. Les systèmes qui ne sont pas équilibrés et qui sont incapables de renouveler l’énergie tirée du champ de forage auront un rendement de plus en plus bas au fil du temps, jusqu’à ce que la thermopompe ne puisse plus extraire de chaleur.

Comme pour les thermopompes à air, toutefois, il n’est habituellement pas conseillé de dimensionner le système géothermique de façon à répondre à tous les besoins de chaleur de la maison. Pour des raisons de rentabilité, le système doit généralement être dimensionné de manière à couvrir la majorité des besoins annuels en énergie pour le chauffage du ménage. Un système de chauffage d’appoint permettra de répondre aux besoins exceptionnels lorsque les rigueurs de l’hiver occasionneront une charge de pointe.

Les systèmes sont désormais disponibles avec des ventilateurs et des compresseurs à vitesse variable. À basse vitesse, ce type de système peut répondre à tous les besoins de refroidissement et à la plupart des besoins de chaleur; il passe à la deuxième vitesse seulement lorsque la demande de chaleur est élevée. Vous trouverez une explication des thermopompes à vitesse unique et à vitesse variable dans la section Thermopompe à air.

Il existe sur le marché des thermopompes géothermiques de puissances variées pour satisfaire aux exigences du climat canadien. Ces appareils à usage résidentiel, dont la puissance (refroidissement en circuit fermé) varie entre 1,8 kW et 21,1 kW (de 6 000 à 72 000 Btu/h), offrent en option le chauffage de l’eau de consommation.

Conception

Contrairement aux thermopompes à air, les thermopompes géothermiques exigent un échangeur de chaleur souterrain pour recueillir la chaleur du sol ou l’y dissiper.

Systèmes à circuit ouvert

Systèmes à circuit fermé

Installation

Comme les thermopompes à air, les thermopompes géothermiques doivent être conçues et installées par un entrepreneur compétent. Il est conseillé de vous adresser à un entrepreneur local spécialiste des thermopompes pour concevoir, installer et entretenir votre équipement. Vous serez ainsi assuré d’avoir une installation efficace et fiable. Il faut aussi veiller à ce qu’on s’en tienne rigoureusement aux instructions du fabricant. Toutes les installations doivent être conformes aux exigences de la norme CSA C448 de l’Association canadienne de normalisation.

Le coût des thermopompes géothermiques (installation comprise) varie en fonction de l’état de l’emplacement. Les frais d’installation sont aussi fonction du type de collecteur souterrain choisi et des exigences techniques de l’équipement. Il faut que la diminution de vos frais d’énergie vous permette de récupérer en moins de cinq ans les frais déboursés au moment de l’installation. La période de récupération dépend de divers facteurs, dont l’état du sol, les charges de chauffage et de refroidissement, la complexité de la modernisation des systèmes de CVCA, les tarifs des services publics locaux et la source de combustible de chauffage qui est remplacée. Renseignez-vous auprès du service public d’électricité de votre localité pour savoir quels avantages vous auriez à investir dans l’achat d’une thermopompe géothermique. On offre parfois un régime de financement à frais réduits aux acquéreurs d’installations approuvées. Il est important de travailler avec votre entrepreneur ou votre conseiller en efficacité énergétique pour obtenir une estimation de la rentabilité des thermopompes dans votre région et des économies potentielles que vous pouvez réaliser.

Fonctionnement

Lorsque vous faites fonctionner votre thermopompe, vous devez respecter certaines consignes importantes :

• Optimisez les valeurs de réglage de la thermopompe et du système supplémentaire. Si vous utilisez un système électrique d’appoint (par exemple, des plinthes ou des éléments de résistance dans un conduit), assurez-vous d’utiliser une valeur de réglage de la température plus basse que pour la thermopompe. Cette stratégie vous aidera à maximiser la quantité de chauffage que la thermopompe fournit à votre maison, ce qui réduira votre consommation d’énergie et vos factures de services publics. Une valeur de réglage de 2 °C à 3 °C en dessous de la température de chauffage de la thermopompe est recommandée. Consultez votre entrepreneur en installation pour connaître la valeur de réglage optimale pour votre système.
• Réduisez au minimum les baisses de température du thermostat. Les thermopompes réagissent plus lentement que les systèmes de chauffage classiques aux demandes de changements importants de la température; elles nécessiteront donc plus de temps pour baisser la température de chauffage de façon importante et pour l’augmenter par la suite. Il est donc recommandé de baisser la température de chauffage de 2 °C tout au plus ou d’utiliser un thermostat « intelligent » qui met le système en marche de manière anticipée en prévision d’une reprise du chauffage après une baisse de température. Encore une fois, consultez votre entrepreneur en installation pour connaître la température de consigne optimale de votre système.

Entretien

Faites appel à un entrepreneur compétent pour effectuer l’entretien annuel une fois par année afin de vous assurer que votre système demeure efficace et fiable.

Si vous disposez d’un système de distribution à air, vous pouvez également favoriser un fonctionnement plus efficace en remplaçant ou en nettoyant votre filtre tous les 3 mois. Vous devez également vous assurer que vos évents et vos bouches d’aération ne sont pas obstrués par la présence de meubles, de tapis ou de tout autre objet pouvant gêner la circulation de l’air.

Frais de fonctionnement

Les frais de fonctionnement d’une thermopompe géothermique sont habituellement largement inférieurs à ceux des autres installations de chauffage, en raison des économies de combustible que permet la thermopompe. Un installateur compétent devrait être en mesure de vous renseigner sur la quantité d’électricité que consomment les divers modèles de pompes géothermiques.

Les économies que vous pouvez faire dépendent du type de système de chauffage que vous avez – à l’électricité, au mazout ou au gaz naturel – et du prix de ces différentes sources d’énergie dans votre région. L’utilisation d’une thermopompe permet de consommer moins de gaz ou de mazout, mais elle fait augmenter la consommation d’électricité. Si vous habitez une région où l’électricité coûte cher, vos frais de fonctionnement peuvent être plus élevés.

Durée de service et garanties

La durée utile d’une thermopompe géothermique varie généralement entre 20 et 25 ans. Elle est supérieure à celle de la thermopompe à air, parce que le compresseur est soumis à des efforts thermiques et mécaniques moindres et qu’il est protégé des intempéries. La durée de vie de la boucle souterraine elle-même approche les 75 ans.

La majorité des thermopompes géothermiques s’assortissent d’une garantie d’une année quant aux pièces et à la main-d’œuvre, et certains fabricants offrent une garantie prolongée. Comme ces garanties varient d’un fabricant à l’autre, il est prudent d’en vérifier attentivement tous les détails.

Matériel connexe

Augmentation de la puissance d’entrée électrique

D’une façon générale, il n’est pas nécessaire d’augmenter la puissance d’entrée électrique au moment de l’installation d’une thermopompe d’appoint utilisant l’air comme source de chaleur. Il peut cependant être nécessaire de le faire en raison de l’usure de l’installation électrique et de la charge électrique totale de la maison.

L’aménagement d’une thermopompe à air entièrement électrique ou d’une thermopompe géothermique exige habituellement une entrée de 200 ampères. Si vous passez d’un système de chauffage au gaz naturel ou au mazout, il peut être nécessaire de mettre à niveau votre panneau électrique.

Systèmes de chauffage d’appoint

Thermopompes à air

Les thermopompes à air ont une température minimale de fonctionnement à l’extérieur, et peuvent perdre une partie de leur puissance calorifique à des températures très froides. Pour cette raison, la plupart des installations à adduction d’air ont besoin d’une source de chauffage d’appoint pour maintenir la température intérieure pendant les jours les plus froids. Un chauffage d’appoint peut également être nécessaire lorsque la thermopompe est en mode dégivrage.

La plupart des systèmes à air s’arrêtent à l’une des trois températures suivantes qui peuvent être réglées par votre installateur :

• Point d’équilibre thermique : température en dessous de laquelle la thermopompe n’a pas une puissance suffisante pour répondre à elle seule aux besoins de chauffage du bâtiment.
• Point d’équilibre économique : température en dessous de laquelle le rapport entre l’électricité et un combustible supplémentaire (p. ex., le gaz naturel) signifie que l’utilisation du système d’appoint est plus rentable.
• Température seuil : température de fonctionnement minimale de la thermopompe.

La plupart des systèmes d’appoint peuvent être classés en deux catégories :

• Systèmes hybrides : dans un système hybride, la thermopompe à air utilise un système d’appoint, tel qu’un système de chauffage ou une chaudière. Cette option peut être utilisée dans les nouvelles installations et constitue également une bonne option lorsqu’une thermopompe est ajoutée à un système existant, par exemple, lorsqu’une thermopompe est installée pour remplacer un climatiseur central.
  Ces types de systèmes permettent de passer de la thermopompe au système d’appoint en fonction du point d’équilibre thermique ou économique.
  Ces systèmes ne peuvent toutefois pas fonctionner en même temps que la thermopompe – c’est soit la thermopompe qui fonctionne, soit le système de chauffage au gaz ou au mazout.
• Systèmes entièrement électriques : dans un tel système, le fonctionnement de la thermopompe est complété par des éléments de résistance électrique situés dans les conduits ou par des plinthes électriques.
  Ces systèmes peuvent fonctionner simultanément avec la thermopompe, et peuvent donc être utilisés dans des stratégies de contrôle de la température de point d’équilibre ou seuil.

Une sonde de température extérieure arrête la thermopompe dès que la température tombe au-dessous du seuil préétabli. Seul le système de chauffage supplémentaire fonctionne lorsque la température chute sous ce point. La sonde est habituellement réglée pour arrêter la thermopompe à la température qui correspond au point d’équilibre économique, ou à la température extérieure au-dessous de laquelle il est plus rentable de chauffer au moyen du système d’appoint.

Thermopompes géothermiques

Le fonctionnement des thermopompes géothermiques est indépendant de la température extérieure; par conséquent, celles-ci ne sont pas soumises au même type de restrictions de fonctionnement. Le système de chauffage d’appoint ne fournit que la quantité de chaleur requise au-delà de la puissance nominale de la thermopompe.

Thermostats

Thermostats classiques

La plupart des thermopompes de maison à conduits à vitesse unique sont munies d’un thermostat intérieur à deux niveaux de chauffage et à un niveau de refroidissement. Le niveau primaire commande le fonctionnement de la thermopompe lorsque la température tombe au-dessous du seuil préétabli. Le niveau secondaire fait démarrer le système de chauffage supplémentaire lorsque la température intérieure continue de descendre au-dessous du degré de température recherché. Les thermopompes sans conduits pour les applications résidentielles sont généralement munies d’un thermostat à niveau unique de chauffage et de refroidissement ou, dans de nombreux cas, d’un thermostat intégré réglé par une télécommande qui accompagne l’appareil.

Le type le plus courant de thermostat est celui qui exige un réglage unique. Avant de régler le thermostat, l’installateur vous demande à quelle température la thermopompe doit commencer à fonctionner en mode chauffage. Une fois le thermostat réglé, vous n’avez plus à vous en préoccuper : celui-ci assure automatiquement la commutation du mode chauffage au mode refroidissement, et inversement.

On utilise deux types de thermostats extérieurs pour les thermopompes de maison. Le premier régit le fonctionnement du système de chauffage supplémentaire à résistances électriques. Il s’agit du même type de thermostat dont sont pourvus les systèmes de chauffage électriques. Ce thermostat fait démarrer différents radiateurs à mesure que la température extérieure s’abaisse. De la sorte, le système fournit exactement la chaleur d’appoint requise par les conditions extérieures; vous tirez ainsi un rendement maximal de votre installation et vous économisez de l’argent. L’autre type de thermostat interrompt simplement le fonctionnement de la thermopompe à air lorsque la température extérieure chute au-dessous du seuil préétabli.

Il se peut que la réduction de température du thermostat de la thermopompe ne procure pas les mêmes avantages que dans le cas d’un système de chauffage classique. Selon le nombre de degrés dont on abaisse le thermostat et la baisse réelle de température, il peut arriver que la thermopompe ne suffise pas à fournir la chaleur nécessaire pour assurer le réchauffement voulu assez rapidement. Le système de chauffage supplémentaire peut parfois se mettre en marche jusqu’à ce que la thermopompe ait produit assez de chaleur, et réduire ainsi les économies que vous espériez faire en installant une thermopompe. Veuillez consulter les explications dans les sections précédentes portant sur l’importance de minimiser les baisses de température du thermostat.

Thermostats programmables

La plupart des fabricants de thermopompes et de leurs représentants offrent aujourd’hui des thermostats programmables. Contrairement aux thermostats classiques, ces appareils permettent une réduction des frais d’énergie en abaissant la température pendant la nuit ou lorsque les locaux ne sont pas occupés. Le fonctionnement varie d’un fabricant à l’autre, mais le principe est que le système rétablit la température désirée, sans aucune chaleur d’appoint ou à l’aide d’un apport minimal. Si vous êtes habitué aux baisses de température et à la programmation des thermostats, il peut s’agir d’un investissement profitable. Voici d’autres avantages qu’offrent certains thermostats électroniques :

• Une commande programmable qui permet de sélectionner le mode automatique de la thermopompe ou de faire fonctionner seulement le ventilateur, selon l’heure du jour et le jour de la semaine.
• Un meilleur contrôle de la température par rapport aux thermostats classiques.
• Un thermostat extérieur est inutile, puisque le thermostat électronique déclenche la production de chaleur d’appoint seulement au besoin.
• Une commande thermostatique extérieure est inutile pour les thermopompes d’appoint.

Les économies réalisées grâce aux thermostats programmables dépendent fortement du type et de la taille de votre installation de thermopompe. Pour les systèmes à vitesse variable, les réductions de température peuvent permettre au système de fonctionner à une vitesse plus faible, ce qui réduit l’usure du compresseur et contribue à accroître l’efficacité du système.

Réseau de distribution de la chaleur

Les systèmes de thermopompes fournissent généralement un plus grand débit d’air à une température plus basse que les systèmes de chauffage. Par conséquent, il est très important d’examiner le débit d’air d’alimentation de votre système et de le comparer à la capacité de débit d’air de vos conduits existants. Si le débit d’air de la thermopompe dépasse la capacité de vos conduits existants, vous pouvez avoir des problèmes de bruit ou une augmentation de la consommation d’énergie des ventilateurs.

Les nouveaux systèmes de thermopompes devraient être conçus conformément aux pratiques établies. Si l’installation a lieu dans le cadre d’une modernisation, le système de conduits existant doit être examiné avec soin pour s’assurer qu’il est adéquat.