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Fonctionnement d'une pompe à chaleur (ou PAC)

Le transfert d'énergie entre le circuit qui capte la chaleur de l'extérieur et celui qui la restitue dans le logement, se fait à l'aide d'un liquide frigorigène que l'on appelle également caloporteur puisque sa fonction première est de transporter les calories du milieu extérieur vers la PAC. Une fois les calories apportées au cœur du système, le mode de fonctionnement est le même pour toutes les pompes à chaleur.

Suivant le modèles de PAC que l'on aura choisie, les calories que l'on va capter vont provenir de différents milieux. Pour ce qui est de la géothermie, c'est du sous-sol d'un jardin qu'elles vont être récupérées, alors que pour les modèles aérothermiques, on les extraira de l'air ambiant. Dans de rare cas, il sera possible de les extraire d'une nappe phréatique si tant est qu'on en possède une sous son terrain.

Une fois que les calories ont été captées, elles vont être transférées directement dans la PAC au niveau de l'évaporateur, le liquide frigorigène qui y circule va alors s'évaporer car la chaleur apportée est supérieure à la température d’ébullition du liquide. La vapeur (ou gaz) ainsi obtenu, et pressurisée à et aspirée par le compresseur. Lorsque le gaz est comprimé, sa température augmente, c'est le premier principe de la thermodynamique. Le gaz étant maintenant chaud, il va passer dans le condenseur qui va extraire la chaleur du liquide frigorigène pour la transférer au circuit de chauffage. Le détendeur va faire ensuite diminuer la pression pour que le fluide repasse à l'état liquide afin recommencer son cycle. La chaleur est quant à elle transmise dans la maison par divers moyens : chauffage centralisé basse ou haute température, ventilo-convecteur, plancher chauffant, ...

Récapitulatif des principaux constituants de la PAC

La pompe à chaleur est constituée de quatre principaux éléments qui ont chacun un rôle essentiel dans la production de chaleur pour le logement :

  • L'évaporateur : c'est ici qu'est porté à ébullition le liquide frigorigène afin qu'il se condense et passe à l'état gazeux.
  • Le compresseur : il pressurise le gaz pour que sa température augmente.
  • Le condenseur : il permet le transfert de la chaleur du gaz au circuit de chauffage de la maison et au gaz de repasser à l'état liquide grâce à la perte de chaleur.
  • Le détendeur : il permet de faire diminuer la pression dans le circuit, tout en régulant la quantité de fluide qui circule.

D'autres éléments optionnels mais bon à avoir peuvent constituée une PAC :

  • Le pressostat : un élément de sécurité qui permet d'arrêter le fonctionnement de la PAC lorsqu'il y a un problème de pression.
  • Le filtre déshydrateur : permet de supprimer l'humidité contenu dans le liquide frigorigène car elle favorise la formation d'acide. Neutraliser les acides qui se seraient formées et filtrer les fines particules pour maintenir le circuit propre.
  • Bouteille ACL : elle évite que le compresseur aspire du liquide frigorigène et casse. Elle permet également d'améliorer très légèrement les performances de la PAC.

Lors d'un achat, il est intéressant de vérifier leur présence qui est un signe de qualité et de meilleure robustesse pour votre matériel.

Vous trouverez ci-dessous un schéma retraçant le principe de fonctionnement général de la PAC.

fonctionement pompe à chaleur

Vidéo d'animation du mode de fonctionnement

Voici une vidéo qui vous présente dans le détail le fonctionnement de la pompe à chaleur.

Consommation électrique d'une PAC

Si la pompe à chaleur utilise l'énergie gratuite de l'environnement extérieur, elle a quand même besoin d'un apport en énergie pour faire fonctionner le circuit thermodynamique. Une des principales caractéristiques à prendre en compte lors de l'achat d'une PAC, c'est le COP,ou coefficient de performance, qui permet de faire le rapport entre l'énergie électrique qui sera consommée par la pompe à chaleur, et celle produite. En moyenne, le COP d'une pompe à chaleur est de 3, ce qui signifie que pour 1KWh d'électricité consommée, la pompe à chaleur va extraire 3KWh de chaleur.

Les limites du coefficient de performance

Si le COP est un bon indicateur des performances que peut fournir une PAC, il vaut mieux lui préférer un autre indice moins mit en avant, le coefficient de performance saisonnier. Le COP est donné pour une certaine température qui avoisine en règle générale les 10°C. Pourtant, la température extérieur peut fortement variée dans l'année, surtout quand les mois d'hivers sont froid et pour certaines pompe à chaleur, ce COP peut alors chuter drastiquement pour tomber à moins de deux, ce qui laisse entrevoir beaucoup moins d'économie sur la facture d'énergie, surtout lorsqu'on en a le plus besoin.

Le coefficient de performance saisonnier vous donne quant à lui une moyenne de ce à quoi vous pouvez vous attendre sur l'année. Cette valeur est plus proche de la réalité pour calculer la quantité d'énergie que vous allez consommer avec votre PAC. Pour bien choisir sa pompe à chaleur, l'idéal reste de regarder l'ensemble de la courbe du COP en fonctionne de la température extérieure, surtout si vous acheter une PAC aérothermique où le fonctionnement est très dépendant des conditions climatiques.

Les méthodes pour capter les calories

Pour fonctionner, la pompe à chaleur a besoin de calories. Ces calories vont être extraites de l’environnement extérieur de la maison, là où elles sont totalement gratuites. Il est possible de les extraire des trois milieux qui nous entourent, à savoir l'air, le sol et l'eau.

Pour ce qui est de l'air, il s'agit des PAC aérothermique. Un des blocs de la pompe à chaleur est entreposé à l’extérieur et c'est à l'aide d'un ventilateur qu'il va aspirer les calories pour les transmettre au cœur du système. Ce type de PAC est noté air/X ou X indique quel sera le système de diffusion de chauffage (air ou eau).

Pour le sol, on parle de géothermie. Dans le sous-sol du terrain seront enterrés des sondes qui vont se charger d'aller chercher les calories à grande profondeur pour les transmettre à la pompe à chaleur. Ce type de PAC est noté sol/X. Cette technique est beaucoup plus performante que la précédente.

Pour l'eau, c'est l'aquathermie. Cette méthode est beaucoup moins employée puisqu'elle nécessite la présence d'une nappe phréatique dans le sol. C'est cette technique qui sera à même de fournir le plus de calories pour la pompe à chaleur. Elle est généralement notée eau/X.