Comment dimensionner un ballon tampon dans la cas d'une installation de pompe à chaleur?

Le volume d’eau du réseau doit pouvoir emmagasiner l’énergie fournie par la PAC durant son temps minimal de fonctionnement, généralement fourni dans les notices des constructeurs. Ce temps est généralement compris entre 6 et 10 minutes et est de l’ordre de 20 minutes chez certains fabricants (allemands notamment).

Le volume du réseau nécessaire s’exprime par la formule :

Volume d'eau= ( PuissancePAC x TempsFonctionnementMini. x 1000)/(Rho x Cp x DifférentielRégulation)

Avec :

Volume d’eau : le volume minimal d’eau que doit contenir l’installation, en litre

**PuissancePAC **: la puissance calorifique du régime le plus faible de la PAC, en kiloWatt

A défaut d’une valeur connue dans des conditions de mi-saison, la puissance nominale considérée sera celle indiquée dans la notice pour les conditions de +7 [°C] de température d’air et de 35 [°C] de température d’eau.

A défaut d’une valeur connue, dans le cas d’une PAC à variation de puissance, la puissance calorifique réduite au régime le plus faible de la PAC sera égale à 30% de la puissance calorifique nominale (limite en dessous de laquelle l’inverter fonctionne en tout ou rien).

TempsFonctionnementMini. : le temps minimal de fonctionnement, en seconde

A défaut d’autre valeur, une durée de 360 secondes (6 minutes) sera retenue.

DifférentielRégulation : le différentiel de régulation de la PAC, en Kelvin

A défaut d’autre valeur, un différentiel de 5 [K] sera retenu.

Cp : la capacité thermique massique à pression constante du fluide caloporteur de l’installation de chauffage (égale à 4,185 [kJ/kg.K] pour de l’eau pure non glycolée), en [kJ/kg.K]

Rho : la masse volumique du fluide caloporteur de l’installation de chauffage (égale à 1000 [kg/m3] pour de l’eau pure non glycolée), en [kg/m3]

La contenance du volume tampon doit correspondre au volume d’eau minimal imposé auquel peut être soustrait le volume du réseau.

A défaut d’une valeur connue, dans le cas d’une PAC à variation de puissance, la puissance calorifique réduite au régime le plus faible de la PAC sera égale à 30% de la puissance calorifique nominale (limite en dessous de laquelle l’inverter fonctionne en tout ou rien).

Dans le cas de pompes à chaleur à deux compresseurs fonctionnant selon les modalités suivantes :

• Le second compresseur vient en complément quand la puissance fournie par le premier ne suffit pas à compenser les besoins de chauffage.

• Le second compresseur est mis en fonctionnement alors que le premier est arrêté quand la température extérieure descend en-dessous d’une valeur définie par le constructeur. Si la température extérieure continue à descendre, les deux compresseurs fonctionnent simultanément.

La puissance à prendre en compte pour dimensionner le volume tampon est celle du compresseur qui fonctionne à une température extérieure de +7 [°C] afin d’obtenir une température d’eau de 35 [°C].

Les tableaux ci-dessous présentent la contenance du volume tampon déterminée à partir de la différence du volume d’eau minimal nécessaire pour un temps de fonctionnement et un différentiel de régulation donnés avec les différents volumes d’eau d’installation (de réseau) fixés.

Attention, ce volume d’eau d’installation pris en compte est celui du ou de tous les circuits traversés en permanence par un débit et jamais isolés de la pompe à chaleur par la régulation. Si des radiateurs sont équipés de robinets thermostatiques ou si les circuits de plancher chauffant sont dotés de vannes à deux voies terminales, le volume des réseaux émetteurs ne sera pas comptabilisé pour calculer le volume de l'installation.

Dimensionnement du volume tampon pour une PAC tout ou rien

Conformément au NF DTU 65.16 concernant les installations de pompes à chaleur, les valeurs par défaut de temps de fonctionnement et de différentiel sont les suivantes :

• Temps de fonctionnement minimal = 7 [min] soit 420 [s]

• Différentiel de régulation pour radiateurs = 4 [K].

Figure 1 : Pré-détermination de la contenance du volume tampon pour une PAC tout ou rien (aux conditions de 7°C de température d’air et de 35°C de température d’eau) en fonction du volume d’eau de l’installation.

Mis à jour le : 17/12/2021