Vous envisagez l’installation d’une pompe à chaleur chez vous et souhaitez mieux comprendre leur fonctionnement et leur composition ? À l’image de nombreuses personnes, vous êtes à la recherche d’un système en mesure de vous fournir un confort thermique optimal en hiver comme en été et de produire l’eau chaude sanitaire de votre logement, tout en réalisant des économies d’énergie et en privilégiant l’installation d’un produit écologique.
En faisant le choix d’installer une pompe à chaleur, vous pourrez effectivement bénéficier de tous ces avantages. Si ces derniers sont concrets et facilement explicables, il en est autrement pour les composants des pompes à chaleur. C’est pourquoi nous vous proposons d’en savoir plus sur les différents éléments entrant dans la composition d’une PAC, ce qui nous permettra également de mieux comprendre comment fonctionne une pompe à chaleur.
Pompe à chaleur : les notions de base
Qu’il s’agisse d’une pompe à chaleur air-eau, air-air, géothermique ou hybride, les éléments de composition d’une PAC sont très souvent les mêmes. Composée de deux unités, l’une à l’extérieur et l’autre à l’intérieur, une pompe à chaleur permet de transformer les calories contenues dans l’air ou dans le sol en chaleur.
Cette énergie ainsi obtenue sert au chauffage de la maison et de l’eau sanitaire, selon le type de PAC installée. De plus, le système peut également capter la chaleur présente dans l’habitation pour la rejeter à l’extérieur afin de refroidir les pièces de la maison, autrement dit agir comme une climatisation.
Comme nous allons le découvrir en détaillant les principaux composants d’une pompe à chaleur, ce mode de fonctionnement se traduit par l’utilisation d’une seule source d’énergie : l’électricité. Contrairement à une chaudière à gaz, une PAC ne consomme donc aucune ressource ou énergie supplémentaire que l’électricité, hormis les calories présentes dans l’air (PAC aérothermique) ou le sol (PAC géothermique), qui sont une énergie renouvelable et gratuite.
Dans la pratique, le fonctionnement d’une PAC est le suivant :
- le fluide frigorigène s’évapore et absorbe une grande quantité d’énergie, par l’intermédiaire d’un échangeur, l’évaporateur ;
- le compresseur aspire et comprime les gaz, provoquant une élévation de la pression et de la température de ces gaz ;
- le fluide frigorigène est dirigé vers un deuxième échangeur, le condenseur. Au contact d’un milieu plus froid, le gaz va se condenser (passage à l’état liquide) et restituer toute l’énergie accumulée ;
- le circuit du fluide frigorigène, toujours à l’état liquide, passe dans le détendeur pour retrouver son niveau initial de pression. Une partie du fluide se transforme en vapeur.
Le fluide frigorigène
Les fluides utilisés dans les pompes à chaleur sont choisis pour leur capacité à absorber et restituer des calories en changeant d’état, de l’état liquide à l’état de gaz et inversement.
Les fluides se répartissent entre plusieurs types : les CFC, les HFC ou les HCFC, selon leur composition qui peut être du fluor, du chlore ou de l’hydrogène. Les fluides de la famille des HCFC et des CFC sont désormais interdits, en raison de leur effet nocif sur l’environnement, du fait du rejet de gaz à effet de serre.
Par conséquent, le remplacement du fluide CFC ou HCFC contenu dans une pompe à chaleur datant d’avant cette interdiction doit être fait en introduisant dans le circuit du fluide entrant dans la catégorie des fluides HFC. Pour rappel, cette intervention est réservée à des professionnels, qui se chargeront de la récupération du fluide à des fins de recyclage partiel.
L’évaporateur
Considéré comme un échangeur thermique, l’évaporateur se trouve dans l’unité extérieure d’une pompe à chaleur. Le liquide frigorigène arrive froid et liquide dans l’évaporateur, qui capte alors les calories présentes dans cette source froide en faisant passer le fluide de l’état liquide à l’état gazeux. Cette opération passe par une légère compression permettant au fluide de s’évaporer.
À la sortie du circuit de l’évaporateur, le fluide est donc un gaz chargé en énergie, de manière à transmettre cette chaleur au système de chauffage de la maison.
Selon le type de pompe à chaleur, les calories et l’énergie du fluide sont captées dans l’air, dans le sol par des capteurs enterrés, ou dans une nappe phréatique souterraine.
Le compresseur
Le rôle du compresseur est de véhiculer le fluide frigorigène dans le circuit frigorifique en le comprimant, pour passer de la basse pression à la haute pression. L’action du compresseur permet d’obtenir une température encore plus élevée, selon un principe physique connu : l’élévation de la pression des fluides génère une élévation de leur température.
Pour fonctionner, le compresseur et son moteur ont besoin d’électricité. Il est donc l’élément responsable de la majeure partie de la consommation électrique d’une pompe à chaleur et de son rendement. Ce rendement, le rapport entre l’énergie consommée et la quantité de chaleur produite est également appelé le coefficient de performance (COP). Le COP d’une PAC est un indicateur à surveiller avec soin, sachant que plus le COP est élevé, plus la pompe à chaleur est jugée comme performante et efficace. Un COP de 3,5 est le minimum conseillé.
Le condenseur
La vapeur issue de l’effet du compresseur est dirigée vers un condenseur, qui va lui faire reprendre son état liquide. Cette opération permet un nouvel échange de calories et donc de chaleur vers le fluide, puis vers l’eau servant au système de chauffage (radiateurs ou plancher chauffant) ou pour fournir de l’eau chaude sanitaire.
Le condenseur est donc également un échangeur thermique, le second avec l’évaporateur. Cette pièce est donc essentielle et se retrouve dans tous les types de pompes à chaleur.
Le détendeur
Le détendeur d’une pompe à chaleur a pour fonction de faire encore baisser la pression du fluide liquide à la sortie du condenseur, pour lui redonner une pression équivalente à celle de l’entrée de l’évaporateur, situé dans l’unité extérieure de la PAC. Le fluide frigorifique, qui passe alors de la haute à la basse pression, est en mesure d’entamer un nouveau cycle complet dans le circuit de la pompe à chaleur.
Les pompes à chaleur réversibles, capables d’assurer la climatisation d’un logement, sont équipées d’un détendeur double flux pouvant détendre le fluide dans les deux sens de circulation du circuit.
La qualité et les caractéristiques de ces composants principaux, mais aussi des composants secondaires d’une pompe à chaleur déterminent l’efficacité, le rendement et fournissent les informations nécessaires aux choix de la dimension et du type de PAC à installer. Dans tous les cas, le choix et l’installation d’une pompe à chaleur se font en suivant le diagnostic et le devis d’un spécialiste.
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