Fonctionnement d’une pompe à chaleur

Utilisée pour le chauffage ou l’eau chaude, la pompe à chaleur (PAC) est un équipement qui exploite des énergies de source naturelles, appelées calories. Pour fournir la chaleur qu’il faut dans une habitation, elle utilise un mécanisme de thermodynamique et puise ces énergies dans le sol, dans l’eau ou dans l’air. Grâce à son mécanisme, une pompe à chaleur est capable de chauffer un logement ou l’eau chaude sanitaire même en saison hivernale, où la température se trouve au-dessous de – 7°C.

Le mécanisme de la pompe à chaleur expliqué

Afin d’obtenir la chaleur qui sera utilisée à l’intérieur du logement, les calories captées par la pompe à chaleur vont passer par différentes étapes.

L’extraction des calories

Les calories du milieu extérieur seront extraites grâce à un circuit primaire. Les installations et le fonctionnement diffèrent néanmoins en fonction du milieu.

Ainsi, pour une géothermie ou une aquathermie (pompe à chaleur sol-sol), ces énergies seront puisées par l’intermédiaire de capteurs enterrés en profondeur ou au niveau de la couche superficielle du sol. En revanche, pour une aérothermie (pompe à chaleur air-air ou air-eau), ce circuit primaire est équipé d’un ventilateur. Celui-ci va capter l’air ambiant avant d’y puiser les calories et les envoyer au cœur de la PAC.

L’évaporation

Les calories puisées par le circuit primaire seront envoyées au cœur de la PAC, où se trouve l’évaporateur. Dans cette partie centrale circule également un liquide frigorigène, qui s’évapore lorsqu’il entre en contact avec les calories. En effet, la chaleur apportée par ces énergies est bien plus élevée que la température d’évaporation du liquide frigorigène. À l’issue de cette évaporation, on obtient donc un gaz.

La compression et la condensation

Le compresseur se charge d’aspirer le gaz ou la vapeur obtenue. Cette compression va alors augmenter sa température, et donner lieu à un gaz chauffé. Celui-ci va traverser un condenseur, où la chaleur du liquide frigorigène sera extraite. Cette chaleur sera envoyée vers un circuit secondaire, connecté avec les équipements de chauffage, plancher chauffant, ventilo-convecteur s’il s’agit d’une aérothermie, ou radiateurs à basse température pour un circuit à eau.

Le gaz dont la température a diminué passera, pour sa part, par le détendeur. Cet équipement va réduire la pression afin de redonner au fluide frigorigène son état liquide. Il va pouvoir repartir à la première étape du cycle.

Principe de fonctionnement d'une pompe à chaleur - PAC

Les principaux composants d’une pompe à chaleur

La pompe à chaleur est équipée de quatre dispositifs essentiels à son fonctionnement et à la production de chaleur :

  • L’évaporateur, qui fait la liaison entre le circuit primaire et le cœur de la PAC, et se charge de transmettre les calories du premier au second ;
  • Le compresseur, nécessaire pour augmenter la pression du gaz qui traverse le circuit ;
  • Le condenseur, qui se charge d’extraire la chaleur du liquide frigorigène et la transmet au circuit de chauffage ;
  • Le détendeur, qui va faire descendre la pression dans le circuit afin de faire passer le liquide frigorigène de l’état gazeux à l’état liquide.

Les composants supplémentaires

Afin d’optimiser sa performance, la pompe à chaleur peut également disposer d’équipements supplémentaires comme le filtre déshydrateur, qui contribue au maintien de la propreté du circuit et élimine l’humidité que peut contenir le liquide frigorigène, à l’origine d’une formation d’acides au niveau du circuit. Il est également possible d’intégrer un pressostat, qui protège la pompe à chaleur en cas de pression trop élevée, ou une bouteille anti-coup de liquide, qui empêche le compresseur d’aspirer du liquide frigorigène non gazéifié.

Enfin, si l’on souhaite également que la pompe à chaleur participe au refroidissement de la maison, il faut l’équiper d’une vanne d’inversion de cycle. Ce dispositif permet d’inverser son fonctionnement. La PAC va dans ce cas extraire la chaleur du logement afin de le rafraîchir.

Le coefficient de performance d’une PAC

Le coefficient de performance (COP) donne une idée générale de la quantité d’énergie que peut fournir une pompe à chaleur. Il permet également d’apprécier sa rentabilité en fonction de sa consommation électrique. En effet, bien que la pompe à chaleur fonctionne essentiellement au moyen d’énergies de source naturelle, elle utilise également de l’énergie électrique. Le COP permet alors d’évaluer l’énergie produite en fonction de l’énergie électrique consommée. La moyenne est de 3. Autrement dit, pour 1 kWh d’énergie électrique consommé, une pompe à chaleur peut extraire 3 kWh d’énergie et fournir 4 kWh de chaleur.

Néanmoins, cet indicateur reste peu fiable en raison des variations de la température extérieure. Aussi, pendant les périodes hivernales, où les températures peuvent chuter de façon brusque, le COP de la pompe à chaleur peut également baisser d’une manière considérable. Cela empêche toute économie au niveau de la facture d’énergie.

À la place du COP, il faut privilégier le coefficient de performance saisonnier. Celui-ci met en avant la performance moyenne de la pompe à chaleur dans l’année. Il permet de réaliser un calcul plus fiable de la quantité d’énergie obtenue.

Choisir une pompe à chaleur

Le choix de la pompe à chaleur va dépendre des besoins en énergie de la maison. Le système choisi doit pouvoir combler les besoins du logement, car le cas échéant, il faudra un chauffage d’appoint et les économies possibles seront réduites. Pour faire ce choix, il est conseillé de réaliser un bilan thermique en amont. Celui-ci permet d’analyser la performance et les besoins énergétiques du logement.

Dans le même temps, il faut tenir compte de l’ampleur des travaux, et éventuellement du coup. La géothermie, qui nécessite de creuser en profondeur, convient par exemple au logement qui dispose de beaucoup d’espace.

Le coût d’une pompe à chaleur

Le tarif comprend le coût de l’équipement et celui des travaux. Ainsi, il va dépendre du système choisi, entre géothermie, aquathermie et aérothermie. Sur le long terme, la pompe à chaleur soulève également des coûts relatifs à l’entretien et à la consommation électrique. D’une manière générale, la consommation en électricité est de l’ordre de 0,5 à 10 euros par an par mètre carré. Elle va néanmoins dépendre de la performance de l’isolation thermique. Avec une meilleure isolation, la consommation en énergie est moins élevée.

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