PAC hybride collective

La PAC hybride est un produit désormais bien connu en maison individuelle, dans le neuf comme en rénovation, où elle commence à trouver son marché.
La majorité des fabricants l’ont mise à leur catalogue. Certains pays, à l’instar des Pays-Bas, vont d’ailleurs imposer la PAC hybride individuelle pour le chauffage à partir de 2026 pour lutter contre les problèmes de tension électrique sur leur réseau en période de pointe.
En collectif, en revanche, la solution ne s’était pas encore vraiment développée car la chaudière à condensation collective permettait de répondre aux attentes des maîtres d’ouvrage avec un produit éprouvé, bien connu des installateurs et des opérateurs de maintenance, et qui donnait pleine satisfaction.
Les évolutions réglementaires, que ce soit dans le neuf avec la RE2020 ou dans l’existant avec les nouvelles étiquettes DPE, changent la donne : la décarbonation des émissions liées à l’exploitation du bâtiment est désormais un critère incontournable à prendre en compte dans la conception de ces bâtiments. La PAC hybride collective trouve donc tout naturellement sa place sur ce nouveau marché.

La PAC hybride collective est l’association de plusieurs équipements :

• une ou plusieurs pompes à chaleur (PAC) électriques en fonction des configurations du bâtiment, des besoins, mais aussi des choix technologiques des fabricants. Elles peuvent être en cascade, dédiées à un usage eau chaude sanitaire (ECS) ou chauffage, ou mutualisées pour les deux usages. Les puissances unitaires peuvent aller de 5 à 70 kW en fonction des fabricants ;
• une chaudière gaz à condensation très haute performance énergétique de puissance modulante, murale ou au sol en fonction des projets ;
• un ballon de stockage ou ballon primaire permettant l’échange thermique entre la PAC et la chaudière ;
• un préparateur ECS ;
• une bouteille de découplage hydraulique (dans certains montages) ;
• un système de régulation, capable de faire appel à l’équipement le plus performant en fonction du mode de régulation choisi. Ce pilotage garantit un confort optimal et un rendement global élevé de la solution tout au long de l’année.

En mode chauffage et ECS, la fonction hybride permet de gérer simultanément ou séparément la ou les PAC et la chaudière à condensation gaz afin de satisfaire les besoins du bâtiment en fonction des conditions climatiques et des besoins de chauffage et d’ECS. Le système de régulation permet d’assigner en temps réel une priorité au générateur le plus performant selon un paramètre de régulation prédéfini (arbitrage selon la performance en énergie primaire de chaque équipement, selon le coût des énergies ou encore la disponibilité du réseau énergétique). L’hybridation de ces deux équipements (PAC et chaudière à condensation) permet en toute circonstance d’assurer le confort de l’usager.

La régulation commande la mise en marche et l’arrêt de la chaudière et de la pompe à chaleur. 
Cette gestion est établie en fonction de paramètres énergétiques et économiques ou de façon à apporter de la flexibilité sur le réseau électrique. Elle prend en compte la combinaison de différents facteurs (température extérieure, température ambiante départ et retour de chauffage). Cet arbitrage en temps réel garantit le choix de la technologie la plus performante, optimisant ainsi le 
rendement global de la solution hybride.

• Sur l’énergie primaire 

Le système de régulation est piloté par un coefficient de performance (COP) pivot, correspondant à la limite de fonctionnement de la PAC. Ce COP est égal au facteur d’énergie primaire de l’électricité (2,3). En effet, en dessous de 2,3, les performances en énergie primaire de la PAC sont inférieures à celles de la chaudière. La commutation d’un générateur à l’autre se fait via la régulation, qui évalue le COP instantané et le compare à cette valeur de 2,3. L’évaluation du COP se fait via une matrice (table de COP) intégrée à la régulation, en fonction de la température extérieure et de la température de production. 

• Sur le prix des énergies

Ce mode de régulation vise à prioriser le coût du kWh consommé le moins cher. C’est alors le système le plus performant économiquement qui est privilégié. À chaque instant, le coût du kWh produit à des fins de chauffage (éventuellement d’ECS) est estimé en fonction du rendement des systèmes mais également en fonction des prix du kWh d’origine gaz et/ou électrique consommé paramétrés dans la machine. Cette méthode définit les modalités de bascule PAC-chaudière.

• Sur la disponibilité du réseau électrique (effacement jour de pointe – EJP) 

L’envoi d’un signal via un simple contact sec les jours de pointe électrique (récupérable depuis le compteur Linky sur la plupart des modèles) permet à la PAC de s’effacer au profit de la chaudière lorsque le réseau électrique est en tension, afin d’apporter de la flexibilité sur celui-ci (tarification Tempo). 
Par ailleurs, à partir du 1er juillet 2023, les fournisseurs d’énergie de plus de 200 000 clients auront l’obligation de proposer des offres d’électricité  « à pointe mobile » (1), ce qui devrait favoriser les PAC hybrides, capables de s’effacer en période de pointe sans perte de confort.

• En RE2020

La solution, couplée à un bâti performant répondant aux critères de la RE2020 (Bbio = Bbio max), permet de respecter l’ensemble des seuils (Cep, Cep nr et Ic énergie), quelles que soient la configuration du bâtiment et la zone climatique retenue. Elle permet aussi d’atteindre l’étiquette A du DPE, critère demandé pour le Pinel +.
Elle fait partie des solutions « RE2025 compatibles » les plus performantes en énergie primaire et en émissions de GES.
La puissance thermodynamique de la PAC hybride étant optimisée, la solution est également très performante sur l’indicateur Ic construction (moins de fluides frigorigènes, moins de poids).

• En rénovation

La solution permet d’atteindre les objectifs de rénovation performante (étiquette A ou B du DPE) dans le cadre d’une rénovation globale. Pour les bâtiments existants avec un local chaufferie, 
elle permet de réutiliser les infrastructures en place et d’obtenir un gain important sur les consommations d’énergie mais aussi et surtout sur l’étiquette carbone (en remplacement d’une chaudière fioul ou d’une ancienne chaudière gaz).
Lorsque cela est possible, l’installation d’une PAC hybride est à privilégier vis-à-vis de la PAC standard car, à performances équivalentes, elle évite de reporter des appels de puissance électrique supplémentaires sur un réseau électrique déjà saturé en hiver (2).

L’intérêt de la PAC hybride collective réside aussi dans son coût d’investissement réduit par rapport à une solution PAC 100 % électrique. En effet, la puissance d’une installation est déterminée 
par les besoins en chauffage et en ECS pour une température extérieure de référence, qui n’est atteinte que quelques jours ou semaines dans l’année (3). Ces derniers kW coûtent cher, car, même s’ils sont peu utilisés, ils sont nécessaires.

Avec la solution hybride, ces derniers kW sont assurés par la chaudière, dont le coût d’investissement est beaucoup moins élevé que celui d’une PAC.
La pompe à chaleur est dimensionnée, quant à elle, pour fonctionner sur un régime constant tout au long de l’année, sur des plages de fonctionnement où les coefficients de performance (COP) sont les plus intéressants, en évitant aussi les courts cycles (marche-arrêt), qui accélèrent l’usure des compresseurs.

L’écart d’investissement entre une solution 100 % thermodynamique et une solution hybride bien dimensionnée est compris entre – 25 % et – 40 % selon les configurations, en faveur de la solution hybride.
L’impact est également visible sur le nombre d’unités extérieures, limité dans le cas d’une PAC hybride collective. Un avantage, sachant que l’implantation de PAC peut être une vraie contrainte dans le neuf mais aussi dans l’existant.

Le cas ci-dessous représente la part de l’abonnement et la part de consommations sur la facture énergétique annuelle totale d’un logement de 71 m² en zone H1a, dans un bâtiment de  34 logements conformes RE2020, pour une solution 100 % PAC électrique et une solution PAC hybride collective.
Les factures énergétiques sont du même ordre de grandeur dans les deux solutions.La part liée à l’abonnement est identique dans les deux cas. C’est l’abonnement électrique individuel lié aux usages spécifiques du logement qui pèse le plus dans la part abonnement totale. 
Le double abonnement collectif gaz/électricité lié à la PAC hybride ne représente que 13 euros par an et par logement, soit moins de 2 % de la facture énergétique totale d’un logement neuf.
Les prix d’abonnement et du kWh en gaz et électricité sont issus des tarifs réglementés de vente. 
Ces tarifs ne tiennent pas compte des récentes évolutions des prix du marché, notamment de l’électricité, ce qui rendrait la part de l’abonnement encore plus faible dans le coût de la facture énergétique totale.

*Hypothèses PAC Hybride collective :

Parties communes (pour 34 lgts)

- Abonnement gaz B1 : 249,86 € / an
- Coût du kWh gaz B1 : 8,80 c€ / kWh
- Abonnement élec 9 kVA : 211,93 € / an
- Coût kWh élec 9 kVA : 17,57 c€ / kWh

Partie individuelle (par logement)

- Abonnement élec 6 kVA : 136,32 € / an
- Coût kWh élec 6 kVA : 17,40 c€ / kWh

*Hypothèses Solution 100 % PAC électrique :

Parties communes (pour 34 lgts)

- Abonnement élec 36 kVA : 534,88 € / an
- Coût kWh élec 36 kVA* : 17,57 c€ / kWh

Partie individuelle (par logement)

- Abonnement élec 6 kVA : 136,32 € / an
- Coût kWh élec 6 kVA : 17,40 c€ / kWh

(1) Cf. délibération no 2022-215 de la Commission de régulation de l’énergie du 27 juillet 2022 portant décision relative aux modalités selon lesquelles l’offre à tarification dynamique prévue au II de l’article L. 332-7 du Code de l’énergie prend en compte les variations des prix de marché et modifiant la délibération no 2021-135 du 20 mai 2021. 

(2) Rapport chauffage_RTE_Ademe.pdf (rte-france.com).  Cf. p. 36.

(3) Les puissances électriques absorbées d’une PAC électrique air/eau augmentent fortement par temps froid (+ 45 % de puissance absorbée supplémentaire pour une température extérieure passant de +7 °C à –7 °C)  ou pour des régimes de température d’eau des émetteurs moyenne à haute température (+50 % de puissance absorbée supplémentaire pour une température départ chauffage passant de 32,5 °C à 55 °C). Une PAC 100 % électrique collective est par ailleurs fréquemment associée à un appoint effet Joule, afin de limiter les surcoûts à l’investissement et pour maintenir la couverture des besoins par temps froid. Ces effets combinés pénalisent la performance des PAC 100 % électriques et impactent le réseau électrique par temps froid.