La pompe à chaleur (PAC), également appelée thermopompe chez nos amis canadiens, séduit de plus en plus de ménages pour ses nombreux avantages.
Performante, peu consommatrice en énergie, simple à utiliser, sans rejets de fumée et éligible aux aides financières de l’État, la PAC semble le bon compromis pour réduire sa facture d’énergie tout en préservant l’environnement.
Car avouons-le, les prix de l’électricité et du gaz ne cessent d’augmenter. Nombreux sont ceux qui se retrouvent dans la précarité énergétique et réduisent ostensiblement le chauffage pour espérer faire quelques économies au détriment de leur confort. Si vous lisez ces lignes, c’est probablement parce que vous vous reconnaissez dans cette situation et que la pompe à chaleur suscite votre intérêt.
Mais qu’est-ce qu’une pompe à chaleur (PAC) et comment fonctionne-t-elle ? Voilà deux bonnes questions à se poser avant de faire son choix. Questions auxquelles nous nous empressons de vous répondre dans ce qui suit.
Le fonctionnement de la pompe à chaleur
La pompe à chaleur est un système de chauffage, mais aussi de climatisation (système réversible), ne nécessitant aucune source d’énergie nucléaire (électricité) ou combustible (fioul, gaz, etc.). Enfin si en réalité, le fonctionnement des composants d’une pompe à chaleur nécessite un peu d’électricité, mais beaucoup moins qu’un chauffage électrique.
En effet, la pompe à chaleur utilise les calories (l’énergie) présentent dans une source d’origine naturelle : air ambiant, sol (sous-entendu la terre) ou eau des nappes phréatiques. Les calories captées sont utilisées par la PAC afin de restituer une source chaude pour le chauffage ou froide pour la climatisation (sur le même principe que la réfrigération utilisée pour un frigo).
Vous ne comprenez pas grand-chose à ce qui précède, c’est normal. Le concept n’est pas simple à comprendre sans connaissance en thermodynamique. Tentons d’être plus clairs avec cette explication concrète et simplifiée du fonctionnement de la pompe à chaleur.
- L’évaporateur de la PAC permet de capter les calories présentes dans l’environnement extérieur (air, sol, eau), qu’il chauffe ensuite par friction. Cette chaleur permet de faire monter en température un fluide frigorigène. En chauffant, le fluide passe à l’état de vapeur basse pression.
- Le compresseur de la PAC aspire le fluide vaporisé et, comme son nom l’indique, le compresse afin de le transformer en gaz haute pression. L’effort exercé sur le fluide par la compression le chauffe. Ainsi, le gaz obtenu atteint une température de 90 °C.
- Le condenseur permet à la PAC de récupérer une partie de la chaleur du gaz sous pression qui est alors envoyée dans le circuit de chauffage. Déchargé de ses calories, le fluide se refroidit, mais reste sous haute pression.
- Le détendeur permet de «détendre» le gaz sous haute pression (exactement comme le détendeur sur une bouteille de gaz). Le fluide frigorigène repasse alors en basse pression, se refroidit et reprend son état liquide pour repartir vers l’évaporateur pour un nouveau cycle.
Se chauffer grâce aux calories présentes dans l’environnement extérieur a de quoi surprendre, notamment l’hiver lorsqu’il fait plus froid. Et pourtant, ce fonctionnement particulier offre une très bonne performance énergétique.
La performance énergétique de la pompe à chaleur
La performance énergétique de la pompe à chaleur se mesure par le rapport entre l’énergie thermique restituée (le rendement de la PAC) et l’énergie électrique consommée pour obtenir ce rendement. Cet indicateur se nomme le COP.
Par exemple, si une pompe à chaleur offre un rendement de 3 kWh tout en consommant 1 kWh, son COP est de 2. Vous l’avez compris, plus le COP est élevé et moins la PAC consomme d’énergie. L’Agence de l’Environnement et de la Maîtrise de l’Énergie (l’Ademe) conseille de s’orienter vers une pompe à chaleur offrant un COP minimal de 3. Un COP 3 permet de réduire significativement sa consommation d’énergie tout en bénéficiant d’un bon confort en matière de chauffage.
En outre, l’installation d’un thermostat sur la pompe à chaleur permet de réaliser quelques économies supplémentaires sur votre facture énergétique. Il existe différents types de thermostats pour une PAC. Il convient de choisir le thermostat en fonction du type de chauffage associé (radiateurs, plancher chauffant, etc.) et du mode de fonctionnement de la PAC installée (chaleur aérothermique ou géothermique).
La pompe à chaleur aérothermique air/air ou air/eau
Les calories sont donc captées dans l’air extérieur et sont chauffées par la pompe à chaleur et le phénomène thermodynamique. Dans le cas d’un captage des calories dans l’air, on parle alors d’une pompe à chaleur aérothermique.
Ce modèle est plus adapté aux climats tempérés ne nécessitant qu’un chauffage complémentaire et non principal. En effet, le captage des calories dans un air trop froid n’offre pas un rendement suffisamment intéressant. La pompe à chaleur aérothermique est très facilement reconnaissable puisqu’elle implique l’installation de ventilateurs sur la façade extérieure de la maison.
Mais il faut savoir qu’il existe deux modèles de PAC aérothermique : la PAC air/air et la PAC air/eau. Leur fonctionnement reste sensiblement identique, la différence se situe au niveau de la retransmission de la chaleur produite. La première restitue la chaleur dans l’air intérieur à l’aide de ventilateurs, la seconde la restitue par un liquide caloporteur (de l’eau en l’occurrence) dans le circuit fermé alimentant les radiateurs ou le plancher chauffant. En outre, la PAC air/eau permet également de produire l’eau chaude sanitaire, à l’instar d’un ballon d’eau chaude.
La pompe à chaleur géothermique sol/sol, sol/eau ou eau/eau
Parlons enfin de la pompe à chaleur géothermique : «Géo» pour la terre et «thermique» pour la chaleur. Ainsi, la pompe à chaleur géothermique permet de chauffer sa maison à l’aide des calories contenues dans le sol extérieur ou dans l’eau des nappes phréatiques.
Sans nous étendre sur les aspects techniques du captage horizontal ou vertical, disons plus simplement que les calories du sol sont captées grâce à un réseau de tuyaux enterrés dans le sous-sol du jardin. Plus le climat est froid et plus les tuyaux doivent être enterrés profondément, mais l’avantage est que la pompe à chaleur à captage par le sol convient à la fois aux régions tempérées et aux régions froides.
Le fonctionnement est identique à celui d’une PAC aérothermique, seuls l’origine des calories et le mode de captage changent. Les calories du sol extérieur peuvent donc permettre de chauffer le sol intérieur et l’eau sanitaire.
Terminons nos explications sur le fonctionnement de la pompe à chaleur avec la PAC à eau. Le captage de l’énergie dans l’eau des nappes phréatiques (technique la plus courante) est possible grâce au forage d’un puits et par l’installation d’une pompe de relevage. Cette pompe a pour rôle d’envoyer l’eau du sol jusqu’au système de chauffage de la pompe à chaleur afin que celle-ci la restitue dans le circuit d’eau de la maison (chauffage ou eau sanitaire). L’eau restituée à l’issue du processus doit être rejetée dans un puits de restitution (bien souvent le puits de forage).
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