TECHNIQUES RÉGLEMENTATION POMPES À CHALEUR UN NF … · 2021. 1. 29. · Publié en juin 2017, le NF DTU 65.16 Travaux de bâtiment – Installations de pompes à chaleurvient soutenir

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TECHNIQUES RÉGLEMENTATION

En grande partie basé sur les Recommandationsprofessionnelles RAGE concernant les différents types de

pompes à chaleur et de chauffe-eau thermodynamiques, le NF DTU 65.16synthétise en un document unique les informations essentielles liées à laconception et à la mise en œuvre de ces installations.

TEXTE : FRANCK GAUTHIERPHOTOS & ILLUSTRATIONS :THIERRY BEL/AQC, VIESSMANN

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POMPES À CHALEURPOMPES À CHALEUR

Photo Viessmann

Le marché français de la PacTABLEAU N° 1

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En France, la pompe à chaleur (Pac) a le venten poupe: sur ce marché, l’Association fran-çaise pour les pompes à chaleur (Afpac) aconstaté une croissance de 5 % entre 2016et 2017. Cette tendance devrait se pour-

suivre sur un rythme à peu près aussi soutenu en2018. Cette progression est sensiblement la mêmepour le marché du neuf (7 Pac sur 10) que pour celuide la rénovation (voir tableau n° 1 ci-dessous). Ac-tuellement, près d’une maison individuelle neuvesur deux est vendue équipée d’une pompe à chaleur,le plus souvent basée sur la technologie air/eau.Publié en juin 2017, le NF DTU 65.16 Travaux de bâtiment – Installations de pompes à chaleur vientsoutenir cette croissance. Cette norme se composede trois parties: 1-1 (Cahier des clauses techniquestypes – CCT), 1-2 (Critères de choix des matériaux –CGM) et 2 (Cahier des clauses administratives spé-ciales types – CCS).«Les différentes Recommandations professionnellesissues du programme RAGE 2012 sur les Pac et lesChauffe-eau thermodynamiques (CET) ont fortementinspiré la rédaction de ce document», explique NicolasVincent, responsable technique de l’Union des entre -prises de génie climatique et énergétique de Franceau sein de la Fédération Française du Bâtiment(UECF-FFB). «Synthétisant en un document uniquetoutes les informations nécessaires à la conceptionet à la mise en œuvre des différents types de Pac etde CET, ce NF DTU représente une avancée majeurepour l’ensemble de la profession» ajoute-t-il.La première partie du NF DTU 65.16 propose desclauses types de spécifications de mise en œuvrede systèmes de chauffage et/ou de production d’eauchaude sanitaire (ECS) utilisant une Pac. Il en estde même pour les CET, des équipements basés surla même technologie.Ce document concerne les installations neuves etles travaux de rénovation dans les bâtiments de typerésidentiel (individuel ou collectif) et tertiaire. Lessystèmes visés par ce texte sont les Pac à compres -sion électrique d’une puissance thermique nominalemaximale inférieure ou égale à 70 kW, réversiblesou pas, installées seules ou combinées avec d’autresgénérateurs, destinées au chauffage de locaux et,le cas échéant, à la production d’ECS. Elles peuventêtre du type air/air, air/eau, eau/eau, eauglycolée/eau,sol/sol ou sol/eau. Cette norme prend en compte lecaptage sur la source extérieure, la Pac proprementdite et le départ du réseau hydrau lique jusqu’à l’éven-tuel ballon tampon ou bouteille de découplage. Eneffet, une Pac reliée à un réseau de distribution hy-draulique doit disposer d’un volume d’eau suffisantà la fois pour limiter les courts-cycles (séquencesmarche/arrêt) du compresseur, permettre des dé-givrages complets et garantir une certaine stabilitéau niveau de son fonctionnement. À défaut, cettenorme requiert l’ajout d’un volume tampon. Une mé-thode de calcul est proposée en annexe (annexe B)pour déterminer le volume d’eau nécessaire au bonfonctionnement de la Pac. La bouteille de découplageassure l’indépendance de deux circuits hydrauliques,tels que le circuit primaire et le circuit secondaired’une installation. Entre autres avantages, www

STATISTIQUES DES VENTES DE PAC (DE 2 À 50 KWH) DU 1ER JANVIER AU 30 SEPTEMBRE 2017

AÉROTHERMIE(AIR EXTÉRIEUR/EAU)

56519dont 10 % en monobloc et 90 % en bi-bloc

(neuf 70 %, rénovation 30 %)+ 6,7 %

GÉOTHERMIE 1641 - 4,0 %

AIR/AIR (PUISSANCE INFÉRIEUREÀ 17,5 KWH) (À FIN AOÛT 2017) 359097 + 4,0 %

HYBRIDES 2102 + 6,1 %

CHAUFFE-EAUTHERMODYNAMIQUE

77473(neuf 60 %, rénovation 40 %) + 7,2 %

PERSPECTIVES 2018 2017 2018 PROGRESSION

AÉROTHERMIE(AIR EXTÉRIEUR/EAU) 77000 80000 + 4,0 %

GÉOTHERMIE 2300 2500 + 9,0 %

AIR/AIR NC NC NC

HYBRIDES NC NC NC

CHAUFFE-EAUTHERMODYNAMIQUE

100500 103500 + 3,0 %

NC: non communiqué. Sources : Pac et Clim’Info

Photo Viessmann



(1) Le Guide Chaudières hybrides ou pompes à chaleur hybrides – Neuf et Rénovation(mars 2015) est téléchargeable sur www.programmepacte.fr/catalogue.

(2) Le Coefficient de performance (Cop) définit le rapport entre la quantité de chaleurproduite (énergie calorifique en kWh) par la Pac et sa consommation électrique(en kWh). Plus ce Cop est élevé, plus la Pac est économe à l’usage. Le Cop saisonnier(ou Scop) se calcule sur l’ensemble de la saison de chauffe et représente donc mieux laperformance de la Pac.

(3) Le système inverter peut être à variation de fréquence du courant (pour un moteur àcourant alternatif) ou à variation de tension (pour un moteur à courant continu).

(4) Les déperditions calorifiques se calculent habituellement à partir des températuresnocturnes extrêmes (dites températures de base) constatées au minimum cinq joursdans l’année sur une période de trente ans: - 4 °C, en Bretagne par exemple, - 15 °C enplaine en Alsace, par exemple.

de régulation “tout ou rien”, plus la puissance de laPac est faible, plus la part de l’appoint électrique estimportante et donc la consommation annuelle d’énergieélevée. En revanche, plus la puissance de la Pac estélevée, plus le coût d’investissement est important etplus son taux de charge annuel est faible, ce qui dégradele Cop (2) saisonnier», analyse Nicolas Vincent. Uneparade consiste à choisir par exemple une Pac dis-posant de deux compresseurs fonctionnant en «toutou rien»: le second compresseur ne démarre quelorsque le premier ne suffit plus pour subvenir auxbesoins de l’installation. Autre possibilité, sélectionnerune Pac à système inverter (3), disposant ainsi d’uneplage de modulation en continu de la vitesse du compresseur. «Ce type de compresseur équipe au-jourd’hui 95 % des Pac», ajoute Valérie Laplagne.«Au niveau de ce NF DTU, une attention toute parti-culière a effectivement été apportée au di men sion -nement des Pac aérothermiques (air/eau) dont la puissance calorifique disponible augmente avec latempérature extérieure et peut devenir, à la mi-saison,largement supérieure aux besoins de chauffage. Selonson importance, ce relatif surdimensionnement risquede dégrader le fonctionnement de la Pac et son ren-dement mais aussi de compromettre sa pérennité(vieillissement accéléré). La variation de puissance,grâce au recours aux multi-compresseurs ou à un système inverter, à la place d’un mode de fonction -nement “tout ou rien”, règle déjà en partie ce problème»,confirme Nicolas Vincent.«Habituellement, les Pac sont dimensionnées selonles déperditions à la température extérieure de base(4)mais celle-ci n’a finalement que d’assez faibles occur -rences dans l’année. Si la puissance est trop importante,la Pac – inverter notamment – fonctionne sur son talondans certaines gammes de température. D’où de nom-breux cycles marche/arrêt qui peuvent accélérer sonvieillis sement. Cela n’apporte pas un gain significatifen termes de consommation sur l’année alors que celaoccasionne un coût plus important, aussi bien à l’achatqu’en service. D’où la solution proposée par le NFDTU 65.16: un dimensionnement de la puissance dela Pac basé sur 70% et non plus 100% des déperditions.Il a fallu un peu négocier avec les installateurs car ilsne voulaient pas rencontrer de contre-performances:leurs clients doivent avoir la certitude de pouvoir dis-poser de la quantité de chaleur voulue pendant toutela période hivernale. En guise de réponse, les fabricantsse sont donc engagés à mettre à leur disposition desoutils de dimensionnement appropriés et à leur apporter, si besoin, toute l’aide nécessaire», ajouteValérie Laplagne.Consacré spécifiquement au dimensionnement, àl’implantation (intérieure ou extérieure) des Pacair/eau, le chapitre7 de la norme précise que le choixde l’emplacement des composants de la Pac doittenir compte du risque de nuisances sonores vis-à-vis des occupants et des voisins. L’espace dispo-nible autour des équipements doit aussi être suf-fisant pour assurer dans de bonnes conditions leurentretien et les réparations (voir illustration n° 1 ci-contre). À cela s’ajoute la possibilité d’évacuer lescondensats, la libre circulation de l’air traversantl’évaporateur de la Pac (pour éviter le

un débit constant peut ainsi être maintenu au niveaudu circuit primaire. Elle facilite également les opé-rations de désembouage et de dégazage du réseauhydraulique. Cette norme rappelle la méthode dedimensionnement d’une telle bouteille de découplage(règle des «3d»).En revanche, la norme ne s’intéresse ni au circuitsecondaire, ni à la partie émission de chaleur. Dansle cas de la Pac air/air, ce NF DTU vise la conceptionet la mise en œuvre de l’ensemble de la Pac depuisle captage sur la source extérieure jusqu’à la distri -bution intérieure ainsi que les émetteurs (unité ex-térieure, unités intérieures, liaisons frigorifiques…).Il en est de même pour les Pac sol/sol.En ce qui concerne les systèmes de captage desPac géothermiques eau glycolée/eau, les corbeillesgéothermiques, les capteurs horizontaux sous zoneétanche et les capteurs horizontaux double couchene sont pas visés par le présent document. Il en estde même pour les capteurs verticaux avec fluidefrigorigène (Pac sol/eau ou sol/sol). Ce documentne traite pas non plus des applications relatives auchauffage des piscines, ni des systèmes double fluxthermodynamiques.«Les systèmes hybrides mis sur le marché sous uneforme packagée intégrant une Pac, une chaudière(fioul, gaz au sol ou gaz murale) et un dispositif de ré-gulation ne sont pas concernés par ce NF DTU 65.16.En effet, ce sont des équipements encore assez récentspour lesquels nous ne disposons donc pas suf fi -samment de retours d’expérience. Mais, en attendant,un Guide a toutefois déjà été publié en 2015 à proposde ces équipements (1)», signale Valérie Laplagne,vice-présidente de l’Afpac et responsable énergiesrenouvelables au Syndicat des industries thermiques,aérauliques et frigorifiques (Uniclima).

Éviter de surdimensionner les PacLes principes essentiels généraux liés à la conceptiontechnique d’une installation sont regroupés dans lechapitre 6. L’annexe A récapitule les informationsnécessaires pour le calcul des déperditions de basetandis que l’annexe J rappelle les moyens de déter-miner l’inertie thermique d’un bâtiment d’habitation.«En ce qui concerne le dimensionnement des Pac, etnotamment celles bénéficiant d’un appoint électrique(fonctionnement bivalent), l’objectif est de trouver lemeilleur compromis technico-économique possible.Dans le cas de celles qui fonctionnent selon un mode

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POUR EN SAVOIR PLUSTEXTES DE RÉFÉRENCESur le site Internet de l’Afpac(www.afpac.org) :•Guide La pompe à chaleur

air/eau : réussir son installationen maison individuelle(juin 2017).

Sur le site Internet du programme PACTE www.programmepacte.fr/catalogue:•Guides:

– Schémathèque de pompesà chaleur en habitatindividuel – Neuf etrénovation (octobre 2013) ;

– Chaudières hybridesou pompes à chaleurhybrides – Neuf etrénovation (mars 2015).

•Rapports RAGE:– Les pompes à chaleur

avec inverter(septembre 2013) ;

– Consommationset performances réellesdes pompes à chaleur(juin 2014) ;

– Pompes à chaleurgéothermiques:les opérations de forageet limites de prestations(juillet 2014) ;

– Suivis instrumentésde 20 chauffe-eauthermodynamiquesen maison individuelle(août 2014) ;

– Pompes à chaleurgéothermiques: analyse de différentestechniques de capteursenterrés (février 2015).

•Calepins de chantier :– Pompes à chaleur air

extérieur/eau en habitatindividuel (novembre 2015) ;

– Pompes à chaleurgéothermiques en habitatindividuel (février 2017).


Règles de dimensionnement des pompes à chaleur air/eauTABLEAU N° 2

Source : NF DTU 65.16 Partie 1-1

INSTALLATION NEUVE DANS LOCAUX NEUFS OU EXISTANTS OU SUBSTITUTION

FONCTIONNEMENTBIVALENT AVEC APPOINT(ÉLECTRIQUE,HYDRAULIQUE OU AUTRE)

PACPac tout ou rien : 70 % x D � PPac � 100 % x D.

Pac avec variation de puissance (inverter, multi-compresseurs) : 70 % x D � PPac � 100 % x Dsi les locaux desservis présentent une inertiemoyenne très lourde (1).Sinon 80 % x D � PPac � 100 % x D

APPOINTPPac + appoint � 1,2 x D.En monophasé, si appoint électrique : 2 niveaux de puissance minimum au-delà de 3 kWd’appoint.L’appoint fait partie du système de chauffage.

INSTALLATION EXISTANTE – RELÈVE

FONCTIONNEMENTBIVALENT AVECCHAUDIÈRE EN RELÈVED’UNE PAC

PACPas de règle pour la puissance de la Pac, qu’elle fonctionne en tout ou rien ou avec variationde puissance.

APPOINT Pchaudière � 1,2 x D.

D: déperdition du volume chauffé à Tbase (Tbase est déterminé dans l’annexe A du NF DTU 65.16 P1-1).PPac: puissance délivrée par la Pac à la température de base et à la température de départ prévue à cette température.

(1) Une méthode pour déterminer l’inertie des locaux est donnée à l’annexe J du NF DTU 65.16 P1-1.

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recyclage de l’air rejeté au niveau de l’air repris), laprise en compte du sens des vents dominants, etc.Le chapitre 13 traite du cas particulier de l’instal-lation des Pac air/eau avec relève par une chaudière.Des schémas détaillés pour le raccordement hydrau -lique à une installation existante sont notammentproposés.

Air/air : fonctionnementmono ou bivalent ?Le chapitre 8 se consacre au dimensionnement desPac air/air en distinguant celles de type gainable decelles de type multi-split. La plupart de ces Pac sontde type inverter. Leur fonctionnement peut être mo-novalent (la Pac peut couvrir à elle seule l’ensembledes besoins en matière de chauffage) ou bivalent(avec un appoint électrique). Dans ce dernier cas,ce mode de fonctionnement peut être alterné (oualternatif) : la Pac assure seule le chauffage jusqu’àune certaine température. En deçà de cette tempé -rature, la Pac s’arrête et le chauffage d’appointprend le relais (voir illustration n°2 ci-contre). Le fonc-tionnement de la Pac peut aussi être simultané (ouparallèle). Dans ce cas, la Pac assure seule le chauf-fage jusqu’à une certaine température. En deçà decelle-ci, la Pac et le chauffage d’appoint fonctionnentensemble pour assurer la totalité des besoins enmatière de chauffage. Si la température chute endessous de la température d’arrêt de la Pac, l’appointélectrique assure à lui seul les besoins en matièrede chauffage (voir illus tration n°3 ci-contre). «L’appointconsidéré dans le dimensionnement doit toujours fairepartie intégrante du système. Les appareils indépen-dants (insert, convecteur électrique par exemple) nepeuvent, en aucun cas,être considérés comme appoints.En effet, le maître d’ouvrage pourrait choisir de les sup-primer ul té rieu rement pour des raisons qui lui sontpropres. Il deviendrait alors impossible d’atteindre latempérature de confort attendue durant les journéesles plus froides», souligne Nicolas Vincent.

Géothermie : une puissancemaximale extractibleLe chapitre 9 concerne les Pac eau glycolée/eau.«Le dimensionnement des capteurs géothermiquesnécessite de connaître la puissance thermique maximalequ’il est possible d’extraire du sol sans que celui-cirisque de dégénérer énergétiquement dans le temps.La norme indique des valeurs sur lesquelles s’appuyer»,signale Nicolas Vincent. Pour les capteurs horizon-taux, ces valeurs sont données pour les configurationsen décapage, en tranchées deux tubes et quatre tubes,en fonction de la conductivité thermique du sol, dela profondeur d’enfouissement et de la zone clima-tique où se trouve l’ouvrage. Pour les sondes verti-cales, un paramètre supplémentaire entre en lignede compte: le temps de fonctionnement



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“L’appoint considéré dans le dimensionnement doit toujours faire partieintégrante du système. Les appareils indépendants (insert, convecteurélectrique […]) ne peuvent, en aucun cas, être considérés comme appoints”

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TOUJOURS PROTÉGERLE RÉSEAU D’EAU POTABLELe NF DTU 65.16 préciseles dispositions à respecter pourassurer la protection de l’installationd’eau potable contre toute pollution.Celle-ci pourrait provenir d’une fuiteau niveau de l’échangeur hydrauliquesimple paroi servant à produire l’ECS,d’un retour d’eau via une conduite deremplissage du circuit de distribution

du chauffage, reliée en permanenceau réseau d’eau potable, ou d’uneconduite de vidange. Selon le liquidecaloporteur employé, ce documentrappelle le type de disconnecteurset de ruptures de charge à prévoirau départ de la canalisation deremplissage. Elle précise les produitsacceptés pour composer le liquide

caloporteur si un échangeur simpleparoi pour produire l’ECS est utilisé.Un dispositif de protection doit aussi êtrepositionné sur la canalisation deremplissage à moins de 3 m du piquagesur le réseau d’eau potable. À défaut,un clapet de non-retour type EA doit êtreprévu à cet emplacement. ■

Protection du réseau d’eau potable à prévoir contre les pollutionspar retour d’eau

ÉQUIPEMENT LIQUIDE CALOPORTEURTYPE DE PROTECTION ANTI-POLLUTION

CONDUITE DE REMPLISSAGE CONDUITE DE VIDANGE

POMPE À CHALEUR ASSURANTLES BESOINS DE CHAUFFAGEUNIQUEMENT

PRODUIT(S) BÉNÉFICIANT D’UNAVIS FAVORABLE DE L’ANSES (1) Disconnecteur type CA (2) Rupture de charge type YA (4)

PRODUIT(S) NE BÉNÉFICIANT PASD’UN AVIS FAVORABLE DE L’ANSES

Disconnecteur type BA (3) Rupture de charge type YA

POMPE À CHALEUR ASSURANTLES BESOINS DE CHAUFFAGEET DE PRODUCTION D’ECS

PRODUIT(S) BÉNÉFICIANTD’UN AVIS FAVORABLE DE L’ANSES

Disconnecteur type CA Rupture de charge type YA

PRODUIT(S) NE BÉNÉFICIANT PASD’UN AVIS FAVORABLE DE L’ANSES

Interdit dans le cas d’un échangeur hydraulique simple échangeau niveau de la production d’ECS

Source : NF DTU 65.16 Partie 1-1

(1) Agence nationale de la sécurité sanitaire de l’alimentation,de l’environnement et du travail. Les avis sont disponibles surle site www.anses.fr.

(2) Disconnecteur à zone de pressions différentes non contrôlables.(3) Disconnecteur à zone de pression réduite contrôlable.(4) Rupture de charge par disconnexion totale ou par entrées d’air.

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de la Pac chaque jour. «En effet, la recharge énergé-tique du sol est essentiellement due à sa diffusivitéthermique. Le sol est régénéré plus rapidement grâceà l’eau de pluie et le soleil aux profondeurs d’implantationdes capteurs horizontaux, raison pour laquelle la duréede fonctionnement de la Pac a alors moins d’importancepour déterminer la puissance thermique maximaleextractible dans le sol», précise Nicolas Vincent. Pardéfaut, si on ne connaît pas avec précision les ca-ractéristiques du sous-sol, la puissance extractibleprise en compte ne devra pas dépasser 35 W/m desonde. Si la Pac fonctionne en permanence (Pacdouble service, par exemple), la norme précise quedes valeurs plus faibles devront être envisagées.Les principes de dimensionnement sont les mêmespour les Pac sol/eau et sol/sol. Pour celles qui sonteau/eau, le chapitre 12 détaille les dispositions spé-cifiquement à prendre au niveau du circuit de puisageet de rejet dans la nappe phréatique.

ECS : des solutionssur-mesure possiblesEn ce qui concerne la production d’ECS, un tableaurecense les besoins en ECS à considérer pour ledimensionnement des Pac double service (chauffageet ECS) et des CET selon la stratégie de program-mation envisagée (charge nocturne de la capacitéde stockage, deux périodes de réchauffage ou réchauffage toute la journée). «Ce NF DTU laissetoutefois la possibilité d’ajuster ces chiffres, en accordavec le maître d’ouvrage, en fonction de ses habitudesde consommation et des équipements en place (douchemulti-jets au débit plus élevé, par exemple)», indiqueNicolas Vincent. La puissance des Pac double servicedoit toutefois être suffisante pour produire, à latempérature extérieure de base, les besoins d’ECSen moins de trois heures dans le cas d’un asservis-sement nocturne et en moins d’une heure et demiedans les autres cas.

Chauffe-eau thermodynamiques :jusqu’à 70 % d’économiesMême s’il s’agit d’appareils électriques, les CETentrent dans la catégorie «énergies renouvelables»dans le cadre de la RT 2012. En effet, un CET récupèreles calories disponibles dans l’air pour chaufferl’ECS à l’aide de sa pompe à chaleur intégrée aulieu de recourir à la classique résistance électriqueéquipant les ballons standard. Le CET est toutefoiséquipé d’une résistance électrique pour assurerd’éventuels appoints. Son mode de fonctionnementfait qu’il se destine aux maisons individuelles, essentiellement en construction neuve, et non auxappartements. En effet, il ne peut pas s’installern’importe où (raccordements, bruit du groupe thermodynamique et du ventilateur…).Les systèmes visés par ce NF DTU pour la productiond’ECS sont les CET individuels sur air ambiant, surair extrait et sur air extérieur. Les CET géothermiqueset sur retour de plancher ne sont pas concernés.«Pour 1 kWh électrique consommé, un CET produiten théorie de 2 Wh (branchement sur air extérieur) à3 kWh (branchement sur VMC) pour chauffer l’ECS»,signale Nicolas Vincent. Normalement, le CET doitIl

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des gaines et, le plus souvent, augmenter les débitsde la VMC, ce qui entraîne une surconsommationde chauffage.Les modèles le plus souvent installés sont donc lesCET qui prélèvent leurs calories sur l’air extérieur.Il suffit de prévoir deux traversées dans le mur extérieur du local, une pour faire passer la gained’entrée d’air, l’autre pour la gaine qui rejettera l’airfroid à l’extérieur. Ces différents procédés per-mettent de réaliser jusqu’à 70 % d’économies surla facture d’eau chaude par rapport à un ballon à résistance électrique standard. Une méthode de dimensionnement des CET est proposée en annexedu NF DTU 65.16. ■

pouvoir satisfaire les besoins journaliers sans sol-licitation de l’appoint et, le cas échéant, sur la duréede l’asservissement temporel prévu.Chaque système a ses avantages et ses inconvé-nients. Si le chauffe-eau thermodynamique prélèveles calories sur l’air ambiant, il y a un risque de sur-consommation d’énergie pour le chauffage. En effet,comme il rejette de l’air frais, il transforme la pièceoù il se trouve en chambre froide: il faut donc l’ins-taller dans un local non chauffé et bien isolé du restede la maison.S’il prélève les calories sur l’air extrait, autrementdit sur l’air chaud sortant d’une VMC simple flux,on obtient un rendement optimal. Mais il faut poser


“Si le chauffe-eau thermodynamique prélève les calories sur l’air extrait,autrement dit sur l’air chaud sortant d’une VMC simple flux, on obtient unrendement optimal”

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TECHNIQUES RÉGLEMENTATION POMPES À CHALEUR UN NF … · 2021. 1. 29. · Publié en juin 2017, le NF DTU 65.16 Travaux de bâtiment – Installations de pompes à chaleurvient soutenir