Qu’est-ce qu’une pompe à chaleur ?
Se chauffer avec une PAC est une solution moderne utilisant les énergies renouvelables. En effet, l’énergie dispensée par le soleil chaque jour est stockée dans le sol, dans l’eau des nappes phréatiques ou dans l’air extérieur. Une pompe à chaleur est un appareil performant qui va récupérer cette énergie, gratuite et inépuisable, afin de chauffer votre logement.
Le principal avantage d’une PAC est donc de faire des économies d’énergies fossiles (gaz, fioul, électricité…).
Le fonctionnement d’une PAC
Le principe de la pompe à chaleur est thermodynamique : cela signifie qu’il est basé sur un cycle de refroidissement d’un fluide réfrigérant, semblable à celui d’un réfrigérateur.
La pompe à chaleur va prélever la chaleur se trouvant dans l’environnement (air, sol ou eau) afin de l’amener à une température plus élevée à l’intérieur de votre habitation. Concrètement, les calories sont récupérées dans un évaporateur contenant un fluide frigorigène. Ce fluide va se transformer en vapeur au contact de la chaleur. Un compresseur électrique va par la suite aspirer le fluide, le comprimer et augmenter sa température. Une fois chaud, le fluide est transféré dans un condenseur. Lors de cette étape, le fluide va ainsi restituer la chaleur à l’eau du circuit de chauffage. Il peut également chauffer l’air du logement en se condensant.
Le fluide frigorigène, à l’état liquide, va chuter en température et en pression quand il passe à l’intérieur du détendeur. Il va alors revenir dans l’évaporateur afin de recommencer un nouveau cycle.
La technique en détail
Une pompe à chaleur se base sur les transferts thermiques entre un liquide (caloporteur) et son milieu environnant. Nous l’avons vu, une PAC se compose de 4 éléments : un évaporateur, un compresseur, un condenseur et un détendeur.
Nous vous proposons de détailler le cycle thermodynamique complet d’une pompe à chaleur. Les températures peuvent varier selon le fluide frigorigène utilisé et les performances de l’appareil.
Dans l’évaporateur
Les calories prélevées dans l’environnement (le milieu naturel est une source d’énergie renouvelable) sont considérées comme une “source froide“. Ces calories vont alors rentrer en contact avec le fluide frigorigène, pour le moment à l’état liquide. Cela va provoquer une augmentation de la température du fluide, celui-ci se transformant alors en vapeur.
Dans le compresseur
Le gaz venant de se former va être aspiré par le compresseur. Il est ensuite comprimé à haute pression, ce qui va avoir pour effet de l’échauffer. L’objectif est de porter la température du gaz à 90°C.
Dans le condenseur
Le condenseur va récupérer une partie de la chaleur du gaz porté à 90°C. Cette chaleur est restituée à la “source chaude“, qui est généralement le circuit de chauffage du logement. Le gaz va alors perdre environ la moitié de sa chaleur et redescendre à une température de 45°C : il se condense et redevient liquide.
Dans le détendeur
Le détendeur a pour but de créer un environnement basse pression. La chute de pression a pour conséquence une baisse de la température du liquide frigorigène.
À la fin du cycle : retour dans l’évaporateur
Le liquide frigorigène repasse dans l’évaporateur où il rentre de nouveau en contact avec la source froide : un nouveau cycle peut alors recommencer.
Le fonctionnement des différents types de PAC
En fonction du milieu dans lequel les calories sont puisées, il existe deux grandes familles de pompes à chaleur :
- les PAC aérothermiques : la chaleur est récupérée dans l’air extérieur
- les PAC géothermiques : la chaleur est récupérée dans le sol ou dans les nappes phréatiques (PAC aquathermales). Un circuit de captage enterré est donc nécessaire (à l’horizontale pour le sol ou à la verticale pour les nappes phréatiques)
Quelle que soit la technique utilisée pour prélever les calories, le fonctionnement d’une PAC reste parfaitement identique.
Le cas des pompes à chaleur à compresseur à piston
Ce type de PAC est à éviter, même si tous les compresseurs sont différents. En effet, une pompe à chaleur à compresseur à piston possède un fonctionnement différent des autres PAC classiques. Ici, les pistons du compresseur jouent un rôle primordial et leur efficacité impacte grandement le rendement de la pompe :
- Á la place d’un compresseur à piston, il est préférable d’opter pour un compresseur rotatif (à 1 ou 2 étages). Cela a pour avantage de permettre la délivrance d’une puissance constante, peu importe la température de la “source froide” (air, eau, sol)
- Le compresseur doit également posséder un système d’alimentation variable. Grâce à celui-ci, un démarrage progressif est possible. Les arrêts et les redémarrages sont aussi évités, ce qui permet de ralentir l’usure du compresseur
Un fonctionnement simple et peu coûteux
La chaleur puisée dans l’environnement est bien entendu gratuite, mais il est nécessaire de dépenser de l’énergie pour la prélever. En moyenne il faut compter une dépense de 1 kWh pour récupérer 3 kWh. Une PAC équipée d’un compresseur électrique permet de réaliser jusqu’à 50% d’économies d’énergie en comparaison avec un système de chauffage électrique traditionnel, même si son coût d’installation est plus important au départ.
– de récupérer les calories (la chaleur) dans l’air ou le sol, en se vaporisant dans l’évaporateur
– de restituer cette chaleur dans le circuit de chauffage, en se condensant dans le condenseur
