Une pompe à chaleur a-t-elle besoin d'un ballon tampon ?

Découvrez dans quels cas un ballon tampon doit accompagner une pompe à chaleur, ainsi que les avantages s'y rapportant.

Un accumulateur de chaleur sépare hydrauliquement le circuit de la pompe à chaleur (PAC) et celui des émetteurs de chauffage (radiateurs et/ou plancher chauffant). Il permet un fonctionnement homogène du chauffage et contribue à réaliser des économies de chauffage. Longtemps considérée comme un standard dans les installations bois ou solaires, la pompe à chaleur peut également être équipée d'un ballon tampon. Cet article explique quand cela est nécessaire et quels avantages cela apporte.

La fonction de l'accumulateur de chaleur pour le chauffage  

Un accumulateur de chaleur consiste en un récipient isotherme rempli d'eau de chauffage, selon sa fonction. Si la pompe à chaleur est raccordée à un ballon tampon, celui-ci stocke la chaleur qu’elle génère pendant son fonctionnement. L'eau, ainsi stockée, pourra continuer à couvrir les besoins en énergie de l'habitation, bien que la pompe à chaleur soit arrêtée. Pendant qu'il alimente les pièces, la température dans le ballon de stockage baisse. Les experts parlent alors de “déchargement”.

Le réservoir de stockage stratifié peut être chargé et déchargé plus efficacement

Une forme particulière de stockage de chaleur est le stockage dit stratifié. Des strates (différentes couches de température) sont construites de telle manière que l'eau à l'intérieur ne se mélange pas. Des couches de différentes températures se superposent, l'eau la plus chaude s'accumulant en partie haute du réservoir. De cette façon, la chaleur peut encore être extraite du réservoir de stockage même lorsqu'il est presque vide. Si, au contraire, une pompe à chaleur est équipée d'un ballon tampon classique, des eaux de différentes températures se mélangeront jusqu’à être homogène dans l’ensemble du ballon. La température utile chute plus rapidement, le ballon de stockage ne peut pas être complètement déchargé et le générateur de chaleur doit s’allumer plus souvent. 

Pour une pompe à chaleur avec ballon tampon 

La question de savoir si une pompe à chaleur doit être équipée d'un ballon tampon ou non est un sujet controversé dans la pratique. Ci-dessous, quelques raisons qui plaident en faveur du stockage thermique.

La pompe à chaleur avec ballon tampon fonctionne plus uniformément   

Le stockage dissocie la génération de chaleur de la consommation de chaleur. Il absorbe l'énergie de la pompe à chaleur même lorsque la maison ne signale aucune demande. En conséquence, la pompe à chaleur peut fonctionner de manière uniforme et doit s'allumer et s'éteindre moins souvent. Cela évite les cycles courts et assure une plus longue durée de vie du matériel.

Les appareils modernes sont équipés d'un compresseur modulant. Cela permet d’adapter la puissance de la PAC aux besoins énergétiques de la maison, d’où un meilleur rendement global annuel. Sous cette condition, le stockage thermique n'est pas forcément nécessaire, mais cela permet de pallier à des erreurs de préconisation, par exemple une pompe à chaleur trop puissante au regard des besoins.

Les pompes à chaleur air/eau stockent l'énergie pour le dégivrage  

En hiver, lorsque la température descend sous les 5°C, l’humidité relative contenue dans l’air extérieur peut se déposer sur l’évaporateur et givrer. Cela entrave le flux de l'air et réduit les performances de la pompe à chaleur. Pour éviter cela, les systèmes sont équipés d'un programme de dégivrage automatique. La chaleur accumulée dans le ballon est alors récupérée et est “réinjectée” dans le cycle thermodynamique pour permettre le dégivrage (dégivrage passif). 

Débit volumique constant de la pompe à chaleur avec ballon tampon  

Pour que les systèmes de pompes à chaleur fonctionnent de manière fiable, la chaleur du circuit frigorifique doit être constamment évacuée. Ceci peut être réalisé avec un débit d'eau de chauffage constant. Cependant, cela ne peut pas toujours être garanti sans un accumulateur de chaleur ou une bouteille de découplage. En fonction des éléments de régulation présents sur les émetteurs de chauffage (robinet thermostatique, vanne de mélange…) le débit dans l’installation peut alors varier, ce qui aura pour effet d’engendrer un défaut “haute pression” ou “manque de cession de chaleur” au niveau de la pompe à chaleur. 

Interdiction tarifaire ou de fonctionnement, imposé par le fournisseur d'énergie  

Les pompes à chaleur puisent beaucoup d'électricité dans le réseau public. En cas de surcharge, les fournisseurs d'énergie peuvent imposer une mise à l’arrêt de ces dernières. Dans ce cas de figure, la présence d’un ballon tampon trouve son intérêt. Avec un stockage d’énergie suffisamment important, il permettra de pallier à cette période d’interdiction de fonctionnement. 

Intégration d'autres générateurs de chaleur via l'accumulateur de chaleur  

Le stockage thermique est la solution incontestée lorsqu'il s'agit de combiner plusieurs générateurs de chaleur. Si la pompe à chaleur complète une ancienne chaudière ou si elle doit être elle-même complétée par un système solaire, les réservoirs de stockage forment l’élément central pour collecter toutes les énergies. Ils permettent ainsi un fonctionnement optimal de tous les générateurs de chaleur du réseau.

Contre une pompe à chaleur avec ballon tampon  

Tous les experts ne sont pas en faveur d'un réservoir de stockage de chaleur dans tous les cas. Parce que la technologie supplémentaire requise n'a pas que des avantages.

Pertes de chaleur supplémentaires de l'accumulateur de chaleur

En plus des coûts supplémentaires liés à l’achat et la pose d’un tel matériel, la présence du ballon tampon augmente les pertes à l’ambiance. En effet, la surface d’échange liée à la distribution et la surface du ballon augmentent le transfère ou les pertes d’énergie. Même si cela est négligeable avec une isolation adaptée : sans stockage, point de pertes !

Le chauffage au sol peut remplacer le ballon tampon  

Si la distribution de chaleur est assurée dans la maison par un chauffage au sol, il n’y a pas de nécessité d’avoir un ballon tampon parce que la structure même du plancher agit comme un réservoir thermique. En effet, un plancher chauffant absorbe la chaleur du chauffage, assure un fonctionnement en douceur et peut même combler les temps d'arrêt grâce à sa grande inertie.

Cas du fonctionnement d’une pompe à chaleur en rafraîchissement

Certaines pompes à chaleur disposent de la fonction rafraîchissement via la présence d’un plancher chauffant, aérothermes, ventilo-convecteurs… Dans ce cas, il conviendra de s’assurer que le ballon tampon installé est bien compatible pour ce mode de fonctionnement (risque de condensation sur les parois du ballon de stockage) ou prévoir un dispositif pour le contourner.