Comment fonctionne une pompe à chaleur ?

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Parmi les différents systèmes de chauffage/refroidissement utilisés dans le secteur domestique, on trouve la pompe à chaleur aussi appelée PAC, qui peut être considérée comme un système écologiquement bien meilleur que nos vieux grilles-pain. 

En effet, en exploitant l'énergie thermique produite par des sources telles que l'eau, le sol et l'air, la chaleur est produite par des énergies que l'on considère aujourd'hui comme renouvelables. 

Ce sont les calories présentes dans ces différentes sources qui vont être transformées en chaleur.

La production d'énergie par une PAC est globalement positive si nous considérons l'énergie électrique dépensée et l'énergie thermique produite (COP), dans un rapport d'environ 1:5 en considérant les kWh absorbés. 

En gros, une pompe à chaleur possédant un COP de 5 aura le rendement suivant : 1 kwh consommé -> 5 kwh produits pour chauffer.

Je pense que vous voyez tout de suite les économies potentielles que vous allez faire avec ce système de chauffage.

Deux autres avantages sont ceux de les utiliser 365 jours par an, pour le chauffage et la climatisation des pièces, ainsi que la possibilité de les utiliser pour porter à température l'eau utilisée dans la maison comme eau sanitaire.

Les pompes à chaleur sont également de plus en plus utilisées pour chauffer l'eau de la piscine quand on a la chance d'en posséder une.

Nous allons donc essayer dans cet article de vous apporter un maximum d'informations sur les pompes à chaleur ainsi que quelques conseils !

Comment fonctionne une pompe à chaleur ?

En résumé, la PAC fonctionne grâce à un circuit fermé contenant un fluide frigorigène soumis à des changements d'état cycliques, qui passe de la phase liquide à la phase vaporisée et vice versa.

Ces changements entraînent évidemment des variations de pression et de température, qui se produisent tout d'abord au niveau de l'évaporateur où, en acquérant la chaleur de l'environnement (eau, terre ou air), la pompe à chaleur est capable de transformer le fluide de liquide en vapeur.

À ce stade, en utilisant l'énergie électrique, il y aura à nouveau une transition vers l'état liquide au niveau du compresseur et, dans cette phase, la machine libère de la chaleur dans le système, le tout se déroulant de manière cyclique et se terminant par une soupape d'expansion qui permet au fluide de revenir à ses conditions initiales.

Pour rendre le principe de fonctionnement un peu plus clair, on peut dire que la pompe à chaleur fonctionne comme un réfrigérateur, mais à l'envers.

Si l'on considère le bilan énergétique du fonctionnement d'une pompe à chaleur, on constate qu'il est essentiellement positif, c'est-à-dire que la proportion d'énergie thermique produite est au moins cinq fois supérieure à la quantité d'électricité consommée.

L'avantage de pouvoir utiliser la machine aussi bien en été, pour refroidir, qu'en hiver, pour chauffer, en fait l'une des solutions les plus pratiques dans le domaine du logement, sans compter qu'elle peut être associée à un système photovoltaïque, ce qui en augmenterait encore la valeur écologique.

En outre, la non-utilisation de sources de combustion (comme du gaz ou du fuel par exemple), combinée à l'utilisation d'électricité qui, comme nous l'avons mentionné, peut être autoproduite par le système photovoltaïque, fait entrer le système dans un cadre de réduction des coûts presque totale. Il faut rappeler que pour les systèmes traditionnels à combustible liquide, il est obligatoire de contrôler les fumées et de réviser périodiquement le système, ce qui constitue des coûts fixes qui s'ajoutent aux coûts de chauffage de la maison.

Les différents types de pompes à chaleur

De nombreux facteurs doivent être pris en compte lorsque vous décidez d'acheter une ou plusieurs pompes à chaleur pour votre maison, de l'espace disponible à la température réelle de la source, en passant par la réglementation et la zone spécifique d'installation. Le niveau de pollution sonore produit par la pompe à chaleur pendant son fonctionnement doit également être pris en considération, surtout si vous vous trouvez dans un complexe résidentiel ou à proximité d'autres habitations.

On peut également parler de pompes mono- ou bi-valentes, c'est-à-dire respectivement d'un système responsable, à lui seul, du chauffage domestique ou d'un système placé en association avec d'autres types de systèmes. Les pompes monovalentes, en particulier les pompes air-air, ne sont pratiques que dans les zones chaudes en elles-mêmes, tandis que dans les zones soumises à une baisse importante de la température, il sera nécessaire de disposer de systèmes complémentaires pour répondre aux besoins de chauffage domestique, surtout en hiver.

En essayant de classer les différents modèles, on peut parler tout d'abord des "sources", essentiellement naturelles, et des systèmes radiants (air ou eau, selon que l'on utilise des convecteurs ou des radiateurs/sols radiants alimentés par un liquide).

Ainsi, pour diversifier les types de pompes à chaleur, on utilise la forme source > destination, ce qui conduit par conséquent au choix de celles qui le sont :

  • Pompe à chaleur air > air
  • Pompe à chaleur air > eau
  • Pompe à chaleur eau > eau (géothermique)
  • Pompe à chaleur sol > eau (géothermique)

Pompe à chaleur air-air 

Dans ce cas, l'énergie thermique est obtenue à partir de l'air extérieur de l'habitation, qui est transféré à l'intérieur de l'habitation au moyen d'aérothermes ou de ventilo-convecteurs. Il s'agit du type de pompe à chaleur le plus pratique et qui nécessite le moins d'efforts d'installation s'il n'y a pas de système radiant existant. L'unité de bloc de travail de la pompe à chaleur doit être installé à l'extérieur de l'habitation et nécessite un élément de dégivrage si la zone climatique est particulièrement rigide.

Pompe à chaleur air-eau 

Dans ce cas, l'énergie thermique est obtenue à partir de l'air extérieur de la maison, qui est ensuite utilisé pour faire fonctionner le système radiant, qui sera alimenté en liquide (on parle donc de radiateurs ou de plancher radiant). Le bloc de travail de la pompe à chaleur doit nécessairement être installé à l'extérieur de l'habitation et nécessite un élément de dégivrage si la zone climatique est particulièrement rude. Ce type de pompe à chaleur est très bien adapté pour remplacer un système de chauffage au méthane, même dans les immeubles d'habitation et les logements urbains, sans qu'il soit nécessaire de procéder à de trop nombreuses modifications.

Pompe à chaleur eau-eau

Ce type de pompe utilise l'énergie thermique des eaux dites souterraines. C'est pourquoi ce type de pompe à chaleur peut être classé comme géothermique. Dans ce cas, l'un des avantages est certainement l'absence de conditions climatiques, car l'eau souterraine maintient une température presque constante tout au long de l'année, mais nécessite un investissement plus important, notamment lors de l'installation.

Pompe à chaleur à eau souterraine 

Dans ce cas, le sous-sol est impliqué, on parle donc d'énergie géothermique et de chaleur constante qui est captée et dirigée vers le système par des sondes spéciales positionnées à une profondeur d'environ 1,5 mètre (si elles sont horizontales, donc parallèles à la surface) ou de plusieurs dizaines de mètres (si elles sont verticales). Ces derniers temps, ce sont les plus en vogue, précisément parce qu'ils exploitent une énergie thermique constante et sont donc très rentables en termes de continuité des performances. Un inconvénient est le coût élevé de l'installation, lié à la création du réseau de sondes souterraines. En outre, si l'on voulait augmenter la part de chaleur atteinte sans modifier le réseau de sondes, il faudrait recourir à un apport plus important d'énergie électrique, et donc la rentabilité diminuerait. Ce type de pompe à chaleur est donc celui qui présente les exigences les plus élevées pour son installation, mais qui garantit un haut niveau de performance. Ce type de pompe est généralement choisi pour les petites et grandes maisons, éventuellement avec des sols radiants.

Conclusion

Voilà, j'espère que vous en savez un peu plus sur les pompes à chaleur à travers cet article.

Je rajoute que si vous êtes intéressés, de nombreuses aides existent aujourd'hui pour vous équiper d'une pompe à chaleur.

Enfin, pour terminer, je vous propose de consulter mon tuto pour l'installation d'une pompe à chaleur air air !

 

Comment fonctionne une pompe à chaleur ? - Explications vidéo

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Publié le Jeudi 23 décembre 2021 (mis à jour le Jeudi 23 décembre 2021)

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A propos de Christophe

Portrait de ChristopheCe que j'aime avant tout, c'est être dehors, profiter de la nature et du soleil quand il ose montrer ses rayons.

Alors dès que je peux jardiner, bricoler ou même juste admirer les légumes de mon potager, je ne m'en prive pas !

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