PAC : bien comprendre les modes d’émission de chaleur

Les trois modes de transfert thermique en chauffage par pompe à chaleur

On peut retenir trois mécanismes physiques. Ils permettent à une pompe à chaleur de transmettre la chaleur captée à l'extérieur vers l'intérieur du logement. Il s'agit de la conduction, de la convection et du rayonnement. Les systèmes air-eau, sol -eau ou air-air combinent souvent ces trois modes d'émission de chaleur en fonction des radiateurs installés. 

La conduction thermique, ou le transfert par contact

La conduction thermique, c'est le transfert de chaleur par contact. La chaleur passe d'un corps à l'autre en raison d’une différence de température. Dans les radiateurs, elle se produit entre l'eau chaude qui circule et le corps du radiateur. Les matériaux denses, comme la fonte ou l'acier, conduisent mieux la chaleur que l'air ou le bois. Le choix de matériaux impacte directement l’efficacité de conduction.   

La convection, le transfert par mouvement d’air

On peut dire que la convection fait voyager la chaleur dans l'air. Mais il est plus précis de dire que la convection transmet la chaleur grâce au déplacement d'un fluide (air ou eau). Autour des radiateurs, l'air se réchauffe, monte dans la pièce, puis redescend en refroidissant. Ce phénomène de circulation rend la chaleur homogène dans une pièce. Le débit du fluide - air ou eau - influence directement l'efficacité de cet échange thermique. 

Le rayonnement, un transfert par ondes électromagnétiques

Quant au rayonnement thermique, c'est un peu particulier. Le rayonnement thermique transmet la chaleur par ondes infrarouges. Il agit sans contact ni déplacement de fluide. Le soleil en est l'exemple le plus connu. Sa chaleur traverse le vide de l'espace avant d'atteindre la Terre. Dans une maison, ce phénomène est exploité par le panneau rayonnant ou la dalle chauffante. 

Les émetteurs de chauffage combinent ces différents modes 

Après la science, passons au fonctionnement pratique dans les bâtiments. Et plus précisément dans le cas de la production de chaleur par pompe à chaleur. La pompe à chaleur s'appuie sur la thermodynamique et comprime un fluide frigorigène. Celui-ci transmet sa chaleur à l'eau du circuit de chauffage avant de rejoindre l'émetteur. Mais aucun des émetteurs reliés à une pompe à chaleur ne repose sur un seul mode de transmission.  

Le radiateur hydraulique, un mélange de convection et de rayonnement

Le radiateur hydraulique, relié à une pompe à chaleur air-eau, chauffe la pièce par convection et par rayonnement depuis sa surface métallique. L'eau chaude produite par le système circule dans le corps du radiateur. La surface d'échange du radiateur restitue l'énergie thermique à l'air ambiant et aux objets environnants selon un équilibre propre à chaque modèle.  

N.B. Le radiateur hydraulique, c'est le radiateur qui équipe la quasi-totalité des bâtiments ou presque, en Suisse. 

Le ventilo-convecteur, une convection forcée

Plus rare, le ventilo-convecteur est un radiateur soufflant. Associé à une pompe à chaleur air-air, il souffle l'air chauffé grâce à un ventilateur intégré. Ce fonctionnement accélère la convection dans le système. Dans une maison, l'air pulsé favorise la montée rapide en température. C'est utile en relance après coupure de chauffage, mais il produit une part de rayonnement quasi nulle.

N.B. Des radiateurs soufflants air-eau existent, mais ces modèles sont très rares. Ils peuvent toutefois être associés à une pompe à chaleur air-eau.   

Le confort thermique selon le mode d’émission de chaleur

Vous savez maintenant que radiateur hydraulique ou ventilo-convecteur peuvent combiner convection et rayonnement. Tout dépend de leur conception et des matériaux qui les composent. Mais voyons maintenant le mode d'émission. C'est important parce que le mode d'émission dominant d'un émetteur influence directement la sensation de chaleur perçue dans une pièce. Ce, indépendamment de la température affichée sur le thermostat 

Pourquoi le rayonnement fournit une chaleur homogène

Le rayonnement diffuse une chaleur douce qui réchauffe directement les corps et les surfaces environnantes sans mouvement d'air perceptible. Les occupants ressentent une sensation de confort dès les premières minutes, même si la température de l'air reste légèrement plus basse qu'avec un système à convection dominante. 

Pourquoi la convection produit une sensation d’air sec

La convection présente peut-être un fonctionnement plus problématique. Parce qu’elle peut assécher l'air ambiant et créer une sensation de courant d'air. Surtout avec les radiateurs à air pulsé dominant. Toutefois, ce phénomène fournit une sensation de confort avec la pompe à chaleur air-air, qui permet la climatisation d'une maison.    

Mode d’émission de chaleur le plus économe en énergie avec une PAC

Associé à une pompe à chaleur, chaque émetteur de chauffage n'affiche pas la même consommation d'énergie. Le régime de température qu'il exige détermine directement le rendement du système et le montant de la facture. Un montant souvent inférieur à celui d'une chaudière classique d'ancienne génération, qu'elle soit à fuel ou à gaz 

Le plancher chauffant, l’émetteur le plus performant

Intégré dans le sol, le plancher chauffant reste l'émetteur le plus performant avec une pompe à chaleur. C'est bon à savoir lorsqu'il s'agit de choisir entre un radiateur ou un plancher chauffant au moment d’investir. Sa large surface de contact avec les corps et l'air ambiant favorise un échange constant. Cela lui permet de fonctionner à basse température, autour de 30 à 35 °C. 

Les radiateurs en fonte

Étonnamment, les radiateurs en fonte font encore la différence aujourd'hui. Ils accumulent la chaleur par forte inertie, mais exigent une température plus élevée qu’un plancher chauffant. On peut toutefois utiliser des radiateurs en fonte avec une pompe à chaleur. La fonte reste un matériau compatible avec de nombreux systèmes. Attention toutefois, le générateur de chaleur doit présenter certaines caractéristiques. 

Les radiateurs en acier

Traditionnellement, dans une maison, les professionnels installent des radiateurs en acier. Pour des raisons de coût. Les radiateurs en acier chauffent plus vite que la fonte, mais perdent leur chaleur plus rapidement une fois la PAC arrêtée. Faut-il pour autant changer ses radiateurs quand on installe une pompe à chaleur ? Pas nécessairement, à condition de bien choisir ses modèles. Et d'avoir une maison bien isolée.

Choisir sa pompe à chaleur selon le type de radiateur 

Il découle de ce que nous venons de dire que le choix de la pompe à chaleur dépend d'abord d'une donnée physique. Il s'agit du régime de température exigé par les radiateurs existants ou par ceux que vous allez choisir. Et non l'inverse. Détaillons ce principe en quelques lignes pour fixer les idées. 

Pompe à chaleur pour radiateurs à chaleur douce

Un radiateur à chaleur douce (ou à basse température) fonctionne avec de l'eau chauffée entre 35 et 45 °C. C'est un régime idéal pour préserver le rendement thermodynamique d'une pompe à chaleur air-eau. Sachez qu'il existe des pompes à chaleur pour radiateurs basse température. Seul un professionnel sera en mesure de vous dire si vous pouvez installer ce type de pompe à chaleur chez vous. 

N.B. Les critères qui autorisent l'installation de ce type de PAC sont souvent liés à la qualité d'isolation de la maison et à la température extérieure moyenne de votre zone géographique. 

Pompe à chaleur pour radiateurs classiques

Ici, on parle de radiateurs haute température. Ils exigent une eau beaucoup plus chaude, entre 55 et 65 °C. C'est le régime de température proche de celui d'une ancienne chaudière, gaz ou mazout. En fonte ou en acier, ces radiateurs présentent une consommation d'énergie plus élevée. Des pompes à chaleur pour radiateurs haute température existent. Elles permettent de remplacer votre chaudière sans changer les radiateurs existants. 

Les modes d’émission de chaleur : le paramètre à retenir 

Que faire dans le cadre de travaux de rénovation impliquant l'installation d'une pompe à chaleur ? Retenez que le type de radiateur pèse directement sur le confort que vous allez ressentir et sur la facture de chauffage que vous allez payer. En Suisse, il est important de considérer de concert la qualité d'isolation de la maison et son emplacement géographique. Dans certains cas, il peut être préférable de conserver les anciens radiateurs en fonte et d'installer une pompe à chaleur haute température.