Dimensionner une PAC pour serre : méthode et exemples de calcul

Le dimensionnement d'une PAC de serre consiste à calculer la puissance de chauffage nécessaire au moment le plus froid, puis à choisir des machines capables de la fournir. Avec la fiche CEE AGRI-TH-108 révisée, l'exercice change de nature : la pompe à chaleur doit couvrir seule toute la pointe, sans chaudière d'appoint. Un dimensionnement PAC serre erroné se paie donc au contrôle comme en exploitation.

Ce guide du hub pompe à chaleur serre présente la méthode de calcul de puissance, étape par étape, avec deux exemples chiffrés. Les règles de valorisation citées ici sont celles du projet de révision de la fiche AGRI-TH-108, soumis à consultation publique à l'automne 2026 et non encore publié au Journal officiel. La version A35.2 reste applicable jusqu'à la publication. Sources : le projet d'arrêté et la fiche A35.2 en vigueur.

Le choix de la technologie se précise ensuite avec la PAC air/eau, seule éligible à la fiche révisée, ou la PAC haute température.

Données d'entrée pour le dimensionnement

Avant tout calcul, il faut rassembler les données qui décrivent la serre et son climat. Leur qualité détermine directement la précision du résultat.

Bilan de l'enveloppe

Le relevé comprend la surface de chaque paroi, son coefficient U, les écrans thermiques installés et le débit de renouvellement d'air. La surface d'enveloppe dépasse toujours la surface au sol. Pour 3 000 m² au sol, elle atteint souvent 4 500 à 6 000 m², selon la hauteur sous chéneau et la géométrie de la toiture.

L'isolation de la couverture est aussi une condition d'éligibilité : double paroi gonflable, double vitrage, ETFE, polycarbonate alvéolaire, verre à faible émissivité ou écran thermique. Les performances de ces solutions sont comparées sur notre page couvertures de serre performantes.

Température de base et consignes

La température de base (Tbase) est la température extérieure retenue pour le dimensionnement. Elle n'est franchie que quelques heures par an. Le tableau donne des ordres de grandeur par région ; la valeur exacte dépend de la commune et de l'altitude, selon l'annexe nationale de la norme NF EN 12831.

La consigne intérieure retenue doit être au moins celle d'une serre chauffée au sens de la fiche : 12 °C pour les tomates et les concombres, 8 °C pour les autres cultures. En pratique, on dimensionne sur la consigne de nuit réelle de la culture, souvent plus élevée.

Méthode de calcul des déperditions

Le calcul des déperditions suit la même logique pour toutes les serres. On additionne les pertes par transmission à travers les parois et les pertes par renouvellement d'air. La méthode est détaillée pas à pas sur notre page bilan thermique d'une serre.

Formule de base : P = U × A × ΔT

P est la puissance perdue en watts, U le coefficient de transmission en W/m²·K, A la surface en m² et ΔT l'écart entre la consigne et Tbase en kelvin. Le calcul se fait paroi par paroi, puis par zone si la serre comporte plusieurs consignes.

Aux pertes par transmission s'ajoute l'air froid entrant, à réchauffer. Cette charge représente en ordre de grandeur 10 à 25 % du total selon l'étanchéité et la stratégie d'aération. Notre guide ventilation et déshumidification permet de la quantifier.

Déperditions de jour et de nuit

Le projet de fiche demande les déperditions de jour et de nuit. La nuit, l'écran fermé réduit fortement les pertes de couverture : un écran de coefficient 0,50 divise par deux les pertes de toiture. Le jour, l'écran est ouvert, mais les apports solaires compensent une grande partie des pertes.

Or la température de base est presque toujours atteinte la nuit. Le point de dimensionnement est donc en général la nuit, écran fermé. L'étude doit le justifier en présentant les deux bilans. Les gains des écrans sont détaillés sur notre page double écran thermique.

Besoins de puissance par culture

Avant un calcul détaillé, des ratios par m² donnent un premier ordre de grandeur. Ils valent pour une serre isolée en couverture et une Tbase de −5 à −7 °C.

Ces ratios varient d'environ 25 % selon la région et augmentent de 30 à 40 % pour un simple vitrage sans écran. Ils montrent qu'une PAC de 300 kW, puissance minimale par machine, se justifie dès 2 000 à 2 500 m² de serre maraîchère chauffée.

Critères de dimensionnement en électrification totale

Pendant des années, on a dimensionné les PAC de serre sur 70 à 80 % de la pointe, une chaudière gaz couvrant le reste. La fiche révisée ferme cette voie pour les opérations valorisées en CEE.

La PAC couvre seule la pointe

Le projet de fiche impose une électrification totale : aucune chaudière à combustible ne peut être conservée, sauf comme secours. Ce secours est consigné et ne fonctionne qu'en cas d'indisponibilité de la PAC. Il est limité à 500 heures par an et à 12 % de l'énergie du système.

Le secours ne peut donc pas écrêter la pointe. La puissance réellement fournie par les PAC à Tbase doit couvrir les déperditions de dimensionnement. Les conséquences de ce changement sont détaillées sur notre page électrification totale ou hybridation.

Puissance réelle à Tbase et régime de température

La puissance nominale d'une PAC air/eau est mesurée dans des conditions douces. À Tbase, la puissance délivrée et le COP baissent, d'autant plus que la température de départ est élevée. La sélection se fait donc sur les courbes du constructeur, à Tbase et au départ réellement nécessaire.

La température de départ fixe aussi l'application retenue par la fiche. Jusqu'à 35 °C, la PAC est d'application basse température et doit atteindre un Etas de 126 %. Au-delà, elle est d'application moyenne ou haute température, avec un Etas d'au moins 111 % mesuré à 55 °C. Au-dessus de 400 kW, c'est un COP d'au moins 3,4 qui est exigé.

Exemples de calcul de dimensionnement PAC

Ces deux exemples illustrent la méthode sur des serres types. Les valeurs sont indicatives : un dimensionnement réel utilise les données de l'exploitation et les fiches des machines retenues.

Exemple 1 : serre maraîchère de 3 000 m²

Serre en verre simple de 3 000 m² au sol, enveloppe de 4 800 m², U moyen de 5,8 W/m²·K. Écrans de toiture et de façade de coefficient 0,50, Tbase de −10 °C, consigne de nuit de 15 °C, soit ΔT = 25 K.

Sans écran, les pertes atteignent 5,8 × 4 800 × 25 = 696 kW. La nuit, écrans fermés, elles tombent à environ 348 kW. Avec 15 % de renouvellement d'air, le besoin de pointe est d'environ 400 kW, soit 133 W/m².

La PAC doit fournir 400 kW à −10 °C. Selon les courbes constructeur, cela correspond à une machine d'environ 500 kW nominaux, ou à deux machines de 300 kW en parallèle. Le plafond de surface vaut 20 × 500 = 10 000 m², donc toute la surface est retenue. Le volume atteint 8,1 à 8,4 GWh cumac, soit 64 800 à 67 200 € à 8 €/MWh cumac.

Exemple 2 : serre ornementale de 1 500 m² en climat froid

Serre en polycarbonate de 16 mm, 1 500 m² au sol, enveloppe de 2 400 m², U moyen de 3,2 W/m²·K. Pas d'écran, Tbase de −15 °C, consigne de 18 °C, soit ΔT = 33 K.

Les pertes par transmission atteignent 3,2 × 2 400 × 33 = 253 kW. Avec 20 % de renouvellement d'air, le besoin de pointe est d'environ 304 kW, soit 203 W/m². C'est un cas exigeant : consigne élevée, climat froid et absence d'écran.

Il faut une PAC fournissant 304 kW à −15 °C, donc nettement plus de 300 kW nominaux. La surface retenue vaut 1 500 m², pour 1,8 à 2,1 GWh cumac. Poser un écran thermique réduirait la puissance nécessaire, donc le coût de la PAC et du raccordement.

Ballon de stockage, réseau et électricité

Une fois la puissance fixée, trois sujets restent à dimensionner : le stockage, la compatibilité du réseau de chauffage et la puissance électrique. Le stockage et le raccordement font chacun l'objet d'un guide : ballon tampon et open buffer et raccordement électrique.

Ballon classique ou open buffer d'au moins une heure

Le projet de fiche impose un ballon de stockage classique ou de type open buffer, isolé pour permettre une durée de stockage d'au moins une heure dans les conditions fixées par l'étude. Ce volume absorbe les dégivrages, évite les cycles courts et permet de décaler une partie de la production.

Le volume se calcule par V = E / (1,163 × ΔT), avec E l'énergie à stocker en kWh, V en m³ et ΔT l'écart de température utile en kelvin. Pour une heure à 120 kW avec ΔT = 10 K, il faut environ 10 m³. Pour une heure à 400 kW, il en faut environ 34. Les conditions retenues, puissance et écart utile, doivent figurer dans l'étude ; le texte définitif de la fiche précisera la méthode attendue.

Compatibilité avec le réseau existant

Les réseaux de tubes conçus pour une chaudière fonctionnent souvent avec un départ de 70 °C ou plus. Une PAC atteint son meilleur rendement entre 35 et 45 °C. Sans chaudière pour assurer les pointes, il faut adapter le réseau.

Trois leviers existent : augmenter la surface d'échange, par exemple avec une double tubulure ; réduire les pertes avec des écrans ; choisir une PAC haute température. L'arbitrage se fait sur le coût global et sur le COP annuel.

Puissance électrique appelée

Par grand froid, une PAC air/eau appelle en ordre de grandeur entre un tiers et la moitié de sa puissance thermique. Les 400 kW de l'exemple 1 demandent donc environ 130 à 200 kW électriques. L'étude doit présenter un état des puissances électriques avant et après travaux lorsque le raccordement doit être renforcé.

Fiche CEE associée : ce que le dimensionnement conditionne

Dans la fiche révisée, la puissance intervient dans le calcul des certificats. La surface retenue Smin est la plus petite valeur entre la surface chauffée et 20 × P en serre maraîchère, ou 18 × P en serre horticole, P étant la puissance en kW.

Toute la surface est valorisée dès que la densité de puissance atteint 50,0 W/m² en maraîchage et 55,6 W/m² en horticulture. En électrification totale, ce seuil est presque toujours dépassé, puisque la PAC couvre la pointe. Le volume se calcule avec notre simulateur de prime CEE ; les conditions complètes figurent sur la page fiche AGRI-TH-108 révisée.

L'étude doit aussi indiquer le taux de couverture annuel du chauffage par les PAC. En électrification totale, il approche 100 %, le secours ne fonctionnant qu'en cas de panne. Le contenu complet de l'étude est détaillé sur notre page étude préalable de dimensionnement.

Questions fréquentes sur le dimensionnement PAC serre

Comment calculer la puissance d'une PAC pour une serre de 3 000 m² ?

On calcule les déperditions à Tbase, paroi par paroi, plus le renouvellement d'air, avec les écrans fermés la nuit. Pour 3 000 m² de tomates en verre simple avec écran, à −10 °C, on obtient environ 400 kW. La PAC doit fournir cette puissance à Tbase, et non à +7 °C.

Peut-on dimensionner la PAC sur 70 % de la pointe et garder une chaudière ?

Ce schéma n'est plus valorisable avec la fiche révisée, qui exige une électrification totale. La chaudière ne peut rester qu'en secours consigné, en cas de panne, dans la limite de 500 heures par an et de 12 % de l'énergie.

Un écran thermique change-t-il la puissance de la PAC ?

Oui. L'écran fermé réduit fortement les pertes de couverture la nuit, quand la température de base est atteinte. L'étude présente les déperditions de jour et de nuit et justifie le point retenu.

Comment dimensionner le ballon d'une PAC de serre ?

Le projet de fiche impose au moins une heure de stockage dans les conditions de l'étude. Le volume se calcule par V = E / (1,163 × ΔT), avec E en kWh, V en m³ et ΔT en kelvin.

Réaliser votre dimensionnement PAC

Une erreur de 20 % sur la puissance ne se rattrape plus par une chaudière d'appoint. Elle se paie en inconfort pour la culture ou en surcoût de machine et de raccordement. Le dimensionnement mérite donc des données fiables et des hypothèses écrites.

Praxis Énergie Serres réalise ces calculs dans le cadre de l'étude préalable exigée par la fiche, en lien avec l'audit énergétique de serre. Demander un dimensionnement PAC pour votre serre.