Fonctionnement de la pompe à chaleur

La pompe à chaleur est en fait un dispositif thermodynamique qui permet de transférer la chaleur du milieu le plus froid vers le milieu le plus chaud. Une pompe à chaleur (PAC) fonctionne exactement comme un réfrigérateur sauf qu'à l'inverse de celui-ci, le but recherché est de produire de la chaleur.

Compression

A l'entrée du compresseur(2), le fluide frigorigène est à l'état vapeur et à basse pression. Le compresseur comprime le fluide frigorigène (à l'état vapeur) pour augmenter sa pression et sa température. De plus, il permet de faire circuler le fluide frigorigène dans le circuit fermé. A la sortie du compresseur, le fluide frigorigène est à l'état vapeur et à haute pression.

Condensation

A l'entrée du condenseur(3), le fluide frigorigène est à l'état vapeur et à haute pression. En passant dans le condenseur, le fluide frigorigène (à haute température) cède son énergie thermique. De ce fait, le fluide frigorigène se condense et passe à l'état liquide. A la sortie du condenseur, le fluide frigorigène est à l'état liquide et à haute pression. Dans le cas d'une pompe à chaleur, l'énergie récupérée au condenseur est utilisée pour la production de chaleur à l'intérieur du bâtiment (pour le chauffage ou la production de l'eau chaude sanitaire). Dans le cas d'un réfrigérateur, cette énergie est envoyée à l'extérieur du réfrigérateur.

Détente

A l'entrée du détendeur(4), le fluide frigorigène est à l'état liquide et à haute pression. Lorsque le fluide frigorigène traverse le détendeur, sa pression ainsi que sa température diminuent. Le détendeur permet également de régler le débit de fluide frigorigène parcourant le circuit fermé. A la sortie du détendeur, le fluide frigorigène est à l'état liquide et à basse pression.

Évaporation

A l'entrée de l'évaporateur(1), le fluide frigorigène est à l'état liquide et à basse pression. En passant dans l'évaporateur, le fluide frigorigène (à basse température) capte l'énergie thermique. De ce fait, le fluide frigorigène s'évapore et passe à l'état vapeur. A la sortie de l'évaporateur, le fluide frigorigène est à l'état vapeur et à basse pression. Dans le cas d'une pompe à chaleur, l'énergie thermique est captée à l'extérieur du bâtiment (dans l'air, l'eau, le sol). Dans le cas d'un réfrigérateur, cette énergie est captée à l'intérieur du réfrigérateur.

Caractéristiques

Une installation de pompe à chaleur comporte toujours les éléments suivants :

  • L'unité extérieure: elle va capter les calories présentes dans le milieu extérieur et les transférer vers le kit hydraulique grâce à un fluide calo-porteur.
  • Le kit hydraulique: il peut être installé dans le garage, le cellier ou la cuisine. il a la même apparence qu'une chaudière traditionnelle. Il va alimenter votre circuit de chauffage et le ballon d'eau chaude.
  • Le ballon d'eau chaude sanitaire: pour les installations domestiques,les capacités sont généralement de 150, 200 ou 300 litres.
  • Le système de chauffage: les planchers chauffants, les radiateurs basse température ou les ventilo-convecteurs sont plusieurs techniques qui peuvent être utilisées avec la pompe à chaleur pour chauffer votre habitation.
  • L'eau chaude sanitaire: la pompe à chaleur peut aussi vous fournir en eau chaude sanitaire si vous le désirez.

Le COP - COéfficient de Performance

Le COP d'une machine correspond au rapport entre l'énergie thermique utile restituée pour le chauffage et l'énergie électrique nécessaire pour faire fonctionner la pompe à chaleur.

COP (moyens saisonniers):

  • 3 (Air-Air)
  • 3.5 (Air-Eau)
  • 4,5 (Sol-Eau)

Pompe à chaleur air-air

Le principe air-air – aussi appelé le système d'expansion direct – est la technique de pompe à chaleur la plus simple. La chaleur qui est extraite de l'air environnant est directement passée à l'air intérieur. Vu que la chaleur n'est pas transmise à un circuit d'eau ou autre medium intermédiaire, il n'y a pas de perte de rendement.

L'époque est bien terminée où les systèmes eau-eau avaient un meilleur rendement que les appareils air-air. Les pompes à chaleur air-air actuelles ont fait tellement de progrès que la différence de rendement est aujourd'hui minime. Une pompe à chaleur air-air fonctionne sur le principe de la thermodynamique, qui transporte les calories (chaleur) contenues dans l'air ambiant d'un endroit vers l'autre.

Pompe à chaleur air-eau

Les pompes à chaleur air-eau fonctionnent comme les pompes à chaleur sol-eau mais leur COP est plus faible. De plus, elles sont sensibles aux variations de température extérieure.

Les pompes à chaleur air-eau sont toujours munies d'un système de chauffage d'appoint pour pallier une éventuelle insuffisance de la pompe à chaleur quand il fait froid. La baisse de la température extérieure s'accompagne d'une diminution de l'efficacité de la pompe, jusqu'à un point où elle s'arrête (selon les modèles, entre -10 et -20 ° C). Le chauffage d'appoint (résistance électrique intégrée à la machine) assure alors le chauffage du logement. Certains modèles récents de pompe à chaleur réversibles peuvent fonctionner sans appoint, même à basse température.

Une pompe à chaleur air-eau peut aussi être intégrée à une installation de chauffage central classique existante (pompe à chaleur « en relève de chaudière »). Elle permet ainsi d'économiser du combustible et de limiter les rejets d'une chaudière à gaz ou au fioul. Dans ce type d'installation, la pompe à chaleur fonctionne en priorité tant que son rendement est acceptable, c'est-à-dire au-dessus d'un certain seuil de température. Au-dessous, la chaudière se met en marche pour couvrir tout ou partie des besoins de chauffage.

Pompe à chaleur sol-eau

Captage vertical

Captage horizontal

Le principe de la pompe à chaleur sol-eau est le même que celui d'une air-eau. La différence est que nous allons aller chercher la chaleur dans le sol et plus dans l'air. Les pompes à chaleur sol-eau ont un meilleur COP que les air-eau car la source de chaleur est plus stable. En effet la température du sol reste plus ou moins constante même lorsque la température extérieure subit de grandes variations. Ce type d'installation est appelé géothermie. Le système de captage d'une pompe à chaleur sol-eau est plus complexe à mettre en œuvre.