PAC haute température pour serre : alimenter un réseau 60-80 °C

Beaucoup de serres françaises ont été équipées d'un réseau de tubes en acier calculé pour une chaudière : départ à 70-90 °C, retour à 50-60 °C. Une pompe à chaleur standard ne sait pas produire cette température efficacement. La pompe à chaleur haute température pour serre (PAC haute température serre) répond à ce cas précis : elle conserve les émetteurs en place, au prix d'un rendement moindre. Avec le projet de fiche AGRI-TH-108 révisée, la chaudière ne pourra plus rester en relève : la PAC devra tenir seule la serre.

Le réseau existant : la vraie contrainte

Puissance émise par les tubes selon la température

L'émission d'un tube nu varie à peu près comme la puissance 1,25 de l'écart entre la température moyenne de l'eau et celle de l'air. Prenons un réseau conçu pour 70/50 °C dans une serre à 18 °C : l'écart moyen vaut 42 K. À 45/35 °C, il tombe à 22 K. La puissance émise devient alors (22 / 42)^1,25, soit environ 0,45 fois la puissance d'origine.

Autrement dit, sans travaux, le réseau ne délivre plus que 45 % de sa puissance de conception. Si la serre a reçu depuis un double écran thermique ou une couverture plus isolante, les déperditions ont baissé et cette marge peut suffire. C'est le premier calcul à mener : comparer heure par heure le besoin de la serre à la capacité du réseau, pour chaque température de départ.

Technologies de PAC haute température

Propane R290 et HFO

Le propane (R290) est devenu le fluide de référence des PAC haute température : il atteint 70 à 75 °C en sortie avec un faible impact climatique. Il est classé inflammable (A3). Cela impose une implantation extérieure ou un local ventilé, ainsi qu'une analyse de risque selon la norme NF EN 378. Les grosses unités à vis ou centrifuges utilisent aussi des HFO ou des mélanges à faible potentiel de réchauffement. Les propriétés de chaque fluide sont comparées sur notre page fluides frigorigènes.

Pour les puissances de serre, les constructeurs proposent des machines au propane modulaires, assemblées en plusieurs circuits frigorifiques indépendants. Cette conception limite la charge de fluide par circuit et maintient une partie de la production en cas de panne d'un compresseur. Elle facilite aussi la maintenance sans arrêt complet du chauffage.

CO2 transcritique : une affaire de retour froid

Le CO2 (R744) produit facilement de l'eau à 80-90 °C. Son cycle transcritique n'est toutefois performant que si l'eau revient très froide, sous 30 à 35 °C. Or un réseau de serre retourne typiquement à 45-55 °C. La parade consiste à travailler sur un stockage d'eau chaude stratifié à grand écart de température, par exemple 75/30 °C. Cette architecture demande un volume important et une régulation soignée.

Cascades et machines bi-étagées

Une cascade associe deux cycles. Le premier étage prélève la chaleur à la source et la remonte vers 30-40 °C ; le second l'élève jusqu'à 70-80 °C. Chaque compresseur travaille sur un écart modéré, ce qui préserve le rendement. Les fortes puissances recourent souvent à ce montage, décrit dans notre page sur les PAC de forte puissance pour serre.

COP et écart de température : le calcul

Le COP théorique maximal, dit de Carnot, vaut T_cond / (T_cond − T_évap), températures en kelvins. Les machines réelles en atteignent environ la moitié. Ce rapport suffit à comparer des scénarios en avant-projet.

• Air à 0 °C, départ à 45 °C : évaporation vers −8 °C, condensation vers 50 °C, COP de Carnot de 5,6, COP réel d'environ 2,8.
• Air à 0 °C, départ à 70 °C : condensation vers 75 °C, COP de Carnot de 4,2, COP réel d'environ 2,1.
• Air à −7 °C, départ à 70 °C : évaporation vers −15 °C, COP de Carnot de 3,8, COP réel d'environ 1,9.
• Air à −7 °C, départ à 45 °C : COP de Carnot de 5,0, COP réel d'environ 2,5.

Passer de 45 à 70 °C au départ coûte environ un quart du COP. Sur une saison, l'écart se traduit directement en mégawattheures électriques. C'est lui qu'il faut comparer au coût des travaux évités sur le réseau. Le calcul du SCOP est détaillé dans notre page sur la PAC air/eau pour serre.

Une loi d'eau bien réglée réduit fortement la pénalité. La PAC n'a besoin de 70 °C que pendant les nuits les plus froides ; elle descend à 50 °C le reste du temps. L'automate climatique doit donc piloter la température de départ en continu.

Spécifications exigées : régime 35/55 °C et 300 kW

Le projet de fiche classe la PAC d'après la température de départ retenue dans l'étude préalable. Au-delà de 35 °C dans les conditions de dimensionnement, elle est dite moyenne ou haute température. Jusqu'à 400 kW, elle doit alors afficher une Etas d'au moins 111 % à 55 °C, selon le règlement européen 813/2013. Le forfait de prime augmente à partir de 140 %.

Au-delà de 400 kW, le critère est un COP d'au moins 3,4, mesuré selon EN 14511-2 avec une sortie d'eau à 35 °C. C'est vrai même pour une machine qui travaillera à 70 °C : ce point de mesure doit figurer sur la documentation du fabricant. Chaque PAC doit en outre délivrer au moins 300 kW thermiques, ce qui écarte les petites unités au propane.

Dernier point : le système doit être relié à un ballon de stockage ou à un open buffer couvrant au moins une heure. En haute température, ce volume sert aussi à stratifier l'eau pour améliorer le retour vers la machine.

Données constructeur vs terrain

Une offre de PAC haute température se juge sur quatre documents. La fiche produit au sens du règlement 813/2013 donne l'Etas à 55 °C pour les machines jusqu'à 400 kW. Au-delà, il faut le COP mesuré selon EN 14511-2 à 35 °C en sortie. La courbe de puissance indique ce que la machine délivre à la température de base du site. Enfin, le niveau de puissance acoustique conditionne l'implantation.

Sur le terrain, l'écart avec ces chiffres vient surtout de trois causes. La première est une loi d'eau figée à sa valeur maximale, qui fait travailler la machine à 70 °C toute la saison. La deuxième est un retour d'eau trop chaud, faute de stratification dans le stockage. La troisième tient aux dégivrages, plus fréquents par temps froid et humide.

Un suivi simple suffit à les détecter. Il faut des compteurs d'énergie électrique et thermique, des sondes de départ et de retour, et un relevé mensuel du COP réel. La gestion climatique exigée par la fiche enregistre déjà la température intérieure : il est utile d'y ajouter ces grandeurs. Les mesures servent aussi en cas de contrôle sur site.

Deux scénarios compatibles avec l'électrification totale

1. PAC haute température sur le réseau existant : investissement limité à la machine et à son raccordement, SCOP plus faible, aucun arrêt de culture pour travaux. La PAC doit couvrir seule la pointe à la température de base.
2. PAC basse température et extension du réseau : ajout de tubes ou passage à une double tubulure de chauffage pour fonctionner à 40-45 °C. Le SCOP est meilleur, mais les travaux se planifient entre deux cultures. En maraîchage, un réseau basse température relève aussi de la fiche AGRI-TH-118 ; le cumul avec la fiche PAC se confirme auprès de l'obligé.

Le troisième montage, PAC en base et chaudière en pointe, n'est plus éligible dans le projet de fiche. Les PAC hybrides et l'hybridation d'une chaufferie existante y sont exclues. Notre page électrification totale ou hybridation détaille ce que deviennent les chaudières existantes.

Le classement des deux scénarios dépend du prix de l'électricité, de l'état du réseau et du calendrier de culture. Une étude sérieuse les simule sur la même année climatique, avec les mêmes hypothèses de prix.

Fiche CEE associée : AGRI-TH-108

La fiche AGRI-TH-108 ne pénalise pas la haute température en tant que telle. Avec la révision en projet, une pompe à chaleur haute température de serre peut être financée jusqu'à 100 % par les CEE, selon la surface et le coût d'installation. Les textes de référence sont le projet d'arrêté soumis à consultation et la fiche actuelle A35.2, applicable jusqu'à la publication.

Exemple : serre horticole de plantes en pot de 3 000 m², PAC au propane de 350 kW, Etas de 118 % à 55 °C. Le forfait vaut 1 200 kWh cumac/m². La surface retenue est le minimum entre 3 000 m² et 18 × 350 kW, soit 3 000 m². Le volume atteint 3 600 MWh cumac, soit environ 28 800 € à 8 € le MWh cumac.

Ce chiffrage reste indicatif, à confirmer lors de l'instruction du dossier. Notre simulateur de prime CEE refait le calcul pour votre surface, et notre synthèse de la fiche AGRI-TH-108 révisée liste l'ensemble des conditions.

Questions fréquentes sur la PAC haute température

Une PAC haute température peut-elle remplacer une chaudière sans toucher aux tubes de la serre ?

Oui, c'est sa raison d'être : les machines au propane (R290) ou en cascade délivrent 65 à 80 °C et alimentent un réseau dimensionné pour une chaudière. En contrepartie, le COP hivernal sur source air se situe plutôt autour de 2 à 2,5, contre près de 3 avec un départ à 45 °C.

Quel critère CEE pour une PAC haute température de serre ?

Jusqu'à 400 kW, une PAC dont le départ dépasse 35 °C est dite moyenne ou haute température : elle doit atteindre une efficacité saisonnière Etas d'au moins 111 % à 55 °C. Au-delà de 400 kW, le critère est un COP d'au moins 3,4 mesuré selon EN 14511-2 à 35 °C en sortie, même si la machine travaillera ensuite à 70 °C.

Peut-on garder la chaudière pour les nuits les plus froides ?

Pas avec le projet de fiche AGRI-TH-108 révisée, qui impose une électrification totale. Seul un équipement de secours consigné reste admis, en cas d'indisponibilité de la PAC, dans la limite de 500 heures et de 12 % de l'énergie par an. La PAC haute température doit donc couvrir seule la pointe de froid.

La PAC au CO2 convient-elle au chauffage de serre ?

Seulement si l'eau revient froide à la machine, sous 30 à 35 °C. Un réseau de serre classique retourne à 45-55 °C, ce qui effondre le COP d'un cycle au CO2 transcritique. Un stockage stratifié à fort écart de température corrige ce défaut, mais le propane ou les cascades restent généralement mieux adaptés.

Faire chiffrer les scénarios

Praxis Énergie Serres relève le réseau existant : diamètres, longueurs, régime de conception. Nous calculons sa capacité à chaque température de départ et simulons les deux scénarios sur l'année climatique de votre site. Vous obtenez un comparatif d'investissement, de consommation, de SCOP et de certificats AGRI-TH-108.

Ce travail constitue le cœur de l'étude préalable de dimensionnement exigée par la fiche. Retrouvez nos autres ressources sur la pompe à chaleur serre, ou demandez une étude PAC en joignant le plan du réseau de chauffage.