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Fonctionnement pompe à chaleur : comment ça marche ?

La pompe à chaleur est un équipement qui se base sur source d'énergie thermique naturelle pour produire de la chaleur dans la maison. Que ce soit pour du chauffage ou de l'eau chaude sanitaire.

Pour fonctionner, la pompe à chaleur exploite les calories qui se trouvent dans l'air, le sol ou l'eau. Même si la température extérieure est considérée comme froide (moins de 7°C), les pompes à chaleur actuelles fonctionnent de façons très performantes.

Le fonctionnement de la PAC en détails

Voici un schéma retraçant le principe de fonctionnement de la pompe à chaleur fonctionement pompe a chaleur

Tout d'abord, la pompe à chaleur extrait les calories du milieu naturel à l'aide d'un circuit primaire. Lorsqu'il s'agit de l'aérothermie (pac air eau), celui-ci est constitué d'un ventilateur qui aspire l'air ambiant pour en extraire la chaleur puis la faire parvenir jusqu'au cœur de l'appareil. Pour la géothermie ou l'aquathermie, on immerge un réseau de capteurs chargés de puiser l'énergie thermique à grande profondeur ou sur une grande surface.

Les calories ensuite arrivent au niveau de l'évaporateur où circule un fluide frigorigène. Il s'évapore au contact de ces calories car la chaleur apportée est supérieure à la température de vaporisation du liquide. La vapeur (ou gaz) ainsi obtenu, est aspirée puis pressurisée par le compresseur.

Lorsque le gaz est comprimé, sa température augmente, c'est le premier principe de la thermodynamique. Ce gaz passe ensuite dans le condenseur qui va extraire la chaleur du liquide frigorigène. Elle est ensuite transférée au circuit de chauffage. Le gaz, qui est redescendu en température, passe enfin dans le détendeur qui va faire diminuer la pression. Le fluide repasse ensuite à l'état liquide afin recommencer son cycle.

La chaleur extraite au niveau du condenseur sera quant à elle transmise à un circuit secondaire. Suivant l'installation, il est composé de :

  • plancher chauffant ou radiateurs basse température pour les circuits à eau.
  • ventilo convecteur pour les systèmes aérothermique de type air air.

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 :

  • Évaporateur : il est chargé de transmettre les calories du circuit primaire vers la partie interne de la pompe à chaleur pour que le fluide caloporteur s'évapore
  • Compresseur : il augmente la pression du circuit pour que la température du gaz augmente afin de créer un surplus de chaleur.
  • Condenseur : ou échangeur, il permet le transfert de la chaleur du gaz au circuit de chauffage de la maison.
  • Détendeur : il permet de faire diminuer la pression dans le circuit afin que le gaz repasse à l'état liquide, tout en régulant la quantité de fluide qui circule.

Il existe d'autres éléments que l'on peut ou non retrouver dans la PAC, et qui servent principalement à en améliorer les performances et la sécurité :

  • Pressostat :un élément de sécurité qui permet d'arrêter le fonctionnement de la PAC lorsqu'il y a un problème de pression.
  • Filtre déshydratant : il permet de supprimer l'humidité contenu dans le liquide frigorigène car elle favorise la formation d'acide. Il Neutralise donc ces acides qui se seraient formées et filtre les fines particules pour maintenir le circuit propre. Ce composant est très utile dans le cas d'un Split-System
  • Bouteilles anti coup de liquide : elles évitent que le compresseur aspire du liquide frigorigène non gazéifié et casse. Elles permettent également d'améliorer très légèrement le rendement de la PAC.
  • Vanne d'inversion de cycle : elle permet l'inversion du cycle de la pompe à chaleur pour qu'elle puisse extraire les calories de la maison et donc la rafraîchir. On parle alors de climatiseur.

Consommation électrique d'une PAC

Si la pompe à chaleur utilise en grande partie l'énergie gratuite de l'environnement extérieur, il est nécessaire d'apporter de l'électricité pour la faire fonctionner. Une des principales caractéristiques à prendre en compte lors de l'achat d'une PAC, c'est son 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 compris entre 3 et 4, ce qui signifie que pour 1KWh d'électricité consommée, la pompe à chaleur va extraire 3KWh à 4KWh d'énergie gratuite et sera donc en mesure de fournir au logement une puissance de 4kWh de chaleur. On comprendre que ce système de chauffage s'avère très rentable avec un tel rendement.

Concernant la consommation réelle d'une pompe à chaleur, on estime qu'il faut compter en moyenne entre 0,5€ et 10€ du mètre carré par an. Les facteurs qui ont une grande influence sur cette consommation sont en premier l'isolation de la maison car moins elle est isolée, plus vous consommerez, et le COP, meilleur il est, moins vous consommerez

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 (SPF) 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 qui sera fournie par la 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 car son fonctionnement est très dépendant des conditions climatiques, ce qui est moins vrai pour la géothermie puisque la température du sous-sol ne varie que très peu sur une année.

Méthodes d'extraction et notations

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. 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 du chauffage (air ou eau).

Pour le sol, on parle de chauffage par 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. Son fonctionnement 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.

Vous connaissez le fonctionnement et aimeriez connaître les tarifs ?

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