La pompe à chaleur (PAC) est une technologie qui permet de puiser des calories dans le milieu ambiant (l’eau, l’air, le sol, …), même si ce milieu peut nous paraître froid, pour les restituer sous forme de chaleur pour le chauffage des locaux ou de l’eau sanitaire.

Celle-ci travaille sur le même principe que le frigo domestique qui absorbe l’énergie calorifique contenue dans le frigo via l’évaporateur pour la rejeter à l’extérieur du réfrigérateur par le biais du condenseur. Le principe de fonctionnement étant basé sur les propriétés du changement de pression et d’état d’un fluide. Dans les PAC, le cycle est inversé : l’évaporateur puise l’énergie hors du bâtiment pour la fournir à l’ambiance grâce au condenseur. Les PAC se composent d’un compresseur, d’un détendeur et de deux échangeurs de chaleur (l’évaporateur et le condenseur), qui constituent un circuit fermé à l’intérieur desquels circule un fluide frigorifique.

Théoriquement, la quantité de chaleur fournie par une pompe à chaleur est égale à la somme de la chaleur extraite de la source et de l’énergie utilisée pour la faire fonctionner. En pratique, l’efficacité d’une pompe à chaleur est donnée par son coefficient de performance (COP), qui traduit le rapport entre la quantité d’énergie qu’elle délivre et la quantité d’énergie utilisée pour la faire fonctionner (de l’électricité).

Pour considérer une pompe à chaleur comme efficace en particulier d’un point de vue environnemental, la valeur du COP moyen sur la saison de chauffe doit être au moins égale à 3. (A l’heure actuelle, ce COP est garanti jusqu’une température extérieure de -15°C en aérothermie) Autrement dit, pour 1 kWh d’électricité consommée, la PAC doit fournir 3 kWh de chaleur.

Le soin apporté au dimensionnement et à l’installation sont déterminants pour la performance d’une PAC : adressez-vous auprès des fabricants et importateurs pour trouver un installateur compétent près de chez vous.

Quand mettre une pompe à chaleur ?

* Pour avoir un COP acceptable, le bâtiment à chauffer devra être bien isolé (déperditions inférieures à 20 kW).
* Les corps d’émission calorifiques devront être à basse température. Entendez par là, chauffage par le sol ou convecteurs surdimensionnés.
* Le compteur électrique devra être adapté…attention à la tension de fonctionnement de la PAC et à l’ampérage de cette dernière.

Le fonctionnement d’une pompe à chaleur (PAC)

pompe_a_chaleur

schema-pompe-a-chaleurLa pompe à chaleur est constituée d’un compresseur (2) , d’un évaporateur (3), d’un condenseur (4) et d’un détendeur de pression (5).

Ces quatre éléments forment un circuit thermodynamique dans lequel circule un fluide frigorifique aux caractéristiques d’ébullition et de liquéfaction particulières.

Le fluide chemine dans le circuit grâce au mouvement du compresseur qui fonctionne à l’électricité. La température de ce fluide se modifie de par les changements de pression provoqués soit par le compresseur (compression) soit par le détendeur (dépression).

La captation et l’émission de la chaleur sont respectivement assurées par l’évaporateur et le condenseur.

L’évaporateur (3)

A l’entrée de l’évaporateur, le fluide frigorifique est à l’état liquide, à basse pression et donc – de par ses caractéristiques particulières – à très basse température (-10°C). Si la température du milieu (l’air, l’eau, le sol) qui environne l’évaporateur est plus élevée que la température du fluide frigorifique, il y aura transfert (captation) de chaleur vers cet évaporateur. Le fluide frigorifique ayant « capté » cette chaleur va très rapidement s’évaporer. A la sortie de l’évaporateur, le fluide sera totalement passé de l’état liquide initial à l’état de vapeur.

Le compresseur (2)

Le fluide frigorifique – à l’état vapeur et chargé d’une certaine quantité de chaleur qu’il a « captée », est aspiré par le compresseur qui, en le comprimant, va très fortement augmenter sa température (à l’image d’une pompe à vélo).

Le condenseur (4)

Le fluide frigorifique – à l’état vapeur et porté à « haute température » ( jusqu’à environ + 75°C) de par le mouvement du compresseur – est pulsé par l’action de celui-ci dans le condenseur. Si la température du milieu environnant le condenseur est inférieure à la température du fluide frigorifique, il y aura transfert (émission) de chaleur vers le milieu environnant. Le fluide frigorifique en cédant sa chaleur au milieu environnant, va se condenser et ainsi repasser à l’état liquide.

Le détendeur (5)

La liaison entre la partie « haute température – haute pression » (condenseur) et la partie « basse température – basse pression » (évaporateur) est assurée par le détendeur qui a pour rôle d’abaisser complètement la pression du fluide venant du condenseur et de régler son débit. Ainsi, le fluide dont sa pression a été ramenée par le détendeur à sa niveau initial pourra recommencer un nouveau cycle thermodynamique. La consommation d’énergie du cycle thermodynamique complet de la pompe à chaleur.

En fonctionnement, le moteur électrique entraîne le compresseur. Il consommera donc de l’électricité (énergie payante).
Toutefois , de par son action, il provoque le mouvement du fluide frigorifique qui va « capter » de l’énergie (gratuite).
Pour une unité d’énergie payante, la pompe à chaleur en restituera quatre unités. Voir point Rendement ci-dessous.

Les différentes systèmes de pompe à chaleur

Les différents systèmes de pompes à chaleur se distinguent entre eux par la manière dont la chaleur est d’une part « captée » par l’évaporateur et d’autre part par la manière dont cette chaleur – « bonifiée » par le compresseur est transmise par le condenseur à l’habitation.

La captation de la chaleur dans la nature : les trois éléments.

L’air, l’eau et le sol constituent les trois environnements classiques. La chaleur contenue dans ces environnements est disponible en quantité quasi illimitée et gratuite. Certes, l’environnement idéal pour la captation de la chaleur par la pompe à chaleur est celui qui possède la température – si possible constante – la plus élevée possible. Aussi, le sol constitue des trois environnements celui qui rassemble le plus d’avantage.

* l’air

L’évaporateur de la pompe à chaleur est mis directement en contact avec l’air extérieur, afin d’y capter la chaleur. L’installation d’un tel système est simple.

Toutefois, dans la mesure ou – en hiver – la température de l’air extérieur est basse, il y aura toutefois lieu de disposer d’un évaporateur assez important en vue de capter suffisamment de chaleur.

* l’eau

L’eau d’une nappe phréatique, d’une rivière, d’un étang ou de la mer est mise directement en contact avec l’évaporateur qui en capte la chaleur. Le volume d’eau se doit d’être suffisant afin que l’évaporateur puisse capter assez de chaleur.

* le sol

Le sol constitue un immense réservoir de chaleur. A faible profondeur, cette chaleur est d’origine solaire. Pour capter cette chaleur, on utilise généralement un intermédiaire, qui sera, par exemple, l’eau ou un fluide frigorifique.

Ce « fluide » intermédiaire circule en circuit fermé dans un réseau horizontal de tuyaux enfoui dans le sol.

Types de PAC

L’appellation des différentes pompes à chaleur se distingue par d’une part la source de la chaleur captée par l’évaporateur et d’autre part par la destination de la chaleur émise par le condenseur…

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