La pompe à chaleur (PAC), puisez dans le milieu ambiant
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)
La 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.
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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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Pour moi le gros problème de la PAC c est que ca consomme de l électricité. Hors l électricité belge est principalement produite dans des centrales thermique qui dispersent 2/3 de l énergie primaire dans les nuages (ou dans les fleuves). Donc avec une PAC dont le rendement est de 400%, c est a dire dont l énergie électrique consomme représente 25% de ce qu’on aurait utilise avec des radiateurs électriques. A première vue c est très rentable mais si on regarde la perte de départ en fin de compte au lieu de consommer 25% d énergie, avec la perte au moment de la production électrique est de 75%. Ce qui en regard di cout d une PAC est discutable. Avec un poêle/chaudière a buche en plus de votre installation classique gaz/mazout vous ferez mieux pour moins cher.
Maintenant si vous avez de l électricité a profusion comme dans des régions a grands barrages(Congo, canada,…) ca peut être bien sauf si vous disposez de tellement d électricité que vous pouvez la gaspiller. On pourrait aussi dire que le nucléaire nous fournit de l électricité a pas cher et sans dégagement de co2 mais nous savons que ca crée d autres problèmes.
un avantage c est de pouvoir faire du froid aussi et a moins cher qu’un climatiseur de merde.
pour cette raison, certains constructeurs étudient les possibilités de marier la PAC à un ensemble de panneaux photovoltaïques dimensionnés en fonction de la PAC
c est ridicule d utiliser des panneaux phtovoltaiques tres onereux pour faire tourner une PAC alors qu on fait des panneaux thermiques tres performants notamment sous vide. Perso pour se chauffer j imagine un systeme bas de gamme au gaz, couple avec du solaire thermique (tubes sous vide) et un systeme de type chaudiere insert/poele. Quand il fait tres froid chauffage au buche, en cas d absence la chaudiere au gaz prend le relais et depanne en cas de manque de bois. Des que le soleil arrive … ca chauffe tout seul (il faut un peu d electricite mais c est marginal)
a 50cm de profondeur, la température du sol est constante a plus 6°C en période hivernale dans les Ardennes Belges…
L’autre problème de ce genre d’outils, c’est qu’il est impossible a mettre en œuvre seul en remplacement d’une chaudière.
L’eau ne peux que difficilement monter a 80 °C. (risque de briser les molécules de HFC contenues a l’intérieur.
De plus la température de L’eau circulant dans vos émetteurs (radiateurs, et autre dissipateurs dans les pièces) est proportionnelle avec la température extérieure. Plus il fait froid, et plus l’eau est chaude. de la les problèmes les plus courants sont un mauvais dimensionnement de cette PAC si elle est seule car
Le COP diminue avec la température extérieure.
Le cOP diminue plus l’eau produite est chaude.
Donc celui ci évolue très vite vers un coefficient inférieur a 1. C’est pourquoi pour les température extrêmes, Une batterie électrique pure intervient en aide a la PAC…
Cela reste quand même un bon moyen d’économiser de l’argent, et de se chauffer a moindre cout (surtout en mi saison).
Mais Attention pour économiser de l’énergie globalement sur l’année, encore faut il ne pas utiliser la fonction rafraichissement durant l’été !!!
Pour rebondir sur l’avis d’Arthium
On peu utiliser des système dit a adsorption pour chauffer via thermodynamique avec des panneaux sous vide. on peu également refroidir avec ce système.
Autre argument défavorable au panneaux solaire pour faire fonctionner une PAC, c’est que les panneaux ne fonctionnent pas lorsque l’on a besoin du maximum d’énergie (la nuit)