Comment fonctionne une pompe à chaleur ?

Le principe de fonctionnement d'une pompe à chaleur

A quoi sert une pompe a chaleur ?

Vous envisagez d'utiliser une source d'énergie renouvelable pour votre chauffage ? Et bien dans ce cas, la pompe à chaleur est une alternative qui mérite votre attention.

Que ce soit seule, ou adjointe à un autre appareil, comme par exemple une chaudière, ou en complément d'un chauffage électrique, la PAC peut couvrir différents besoins.

Le principe de fonctionnement de base de la pompe à chaleur est aussi simple qu'ingénieux : les calories présentes dans l'air extérieur ou plus précisément l'énergie thermique est captée et restituée dans votre système de chauffage.

L'objectif de cet article est de répondre à toutes les questions importantes sur les pompes à chaleur dites (PAC) afin de vous accompagner dans votre transition vers cette forme durable de production de chauffage mais aussi d'eau chaude et de rafraîchissement.

Le cycle thermodynamique, comment ça marche ?

Une pompe à chaleur fonctionne en exploitant les lois de la thermodynamique

Le cycle thermodynamique est le processus visant à extraire de la chaleur provenant de l'air extérieur même par temps froid et de transférer cette chaleur à l'intérieur de votre logement pour le chauffer. La pompe à chaleur en utilisant cette ressource naturelle vous permet ainsi de maintenir votre logement à une température confortable à moindre coût énergétique.

Vous connaissez bien le principe de la chaudière : il suffit de brûler du gaz ou du fioul pour produire de la chaleur. Dans le cas de la pompe à chaleur, nul besoin de combustible fossile puisque l’appareil récupère les calories extérieures naturellement présentes dans l’environnement immédiat de votre logement. Il utilise ainsi une énergie gratuite et renouvelable dans un nouveau cycle à l'infini.

C’est ce qui en fait un moyen de chauffage si intéressant.

Schéma de fonctionnement d'une pompe à chaleur

Les principes généraux de fonctionnement d'une pompe à chaleur

Passez au confort économique et écologique de la pompe à chaleur

Les étapes de fonctionnement d'une pompe à chaleur :

• Captage de l'énergie thermique
  La pompe à chaleur capte l'énergie thermique présente dans l'environnement, qu'il s'agisse de l'air, de l'eau ou du sol. Cette énergie est récupérée à l'aide d'un fluide frigorigène qui circule dans un circuit fermé.
• Compression du fluide frigorigène
  Le fluide frigorigène est comprimé par un compresseur, ce qui élève sa température et sa pression. Cette compression permet d'augmenter l'énergie thermique du fluide.
• Échange de chaleur
  Le fluide frigorigène circule ensuite dans un échangeur de chaleur, appelé évaporateur, où il absorbe la chaleur de l'environnement. Cette chaleur est transférée au fluide frigorigène qui se vaporise.
• Condensation du fluide frigorigène
  Le fluide frigorigène vaporisé est ensuite acheminé vers un autre échangeur de chaleur, appelé condenseur. Dans le condenseur, le fluide frigorigène cède sa chaleur à l'intérieur du bâtiment ou à l'eau chaude sanitaire. Il se refroidit et se condense à nouveau en liquide.
• Détente du fluide frigorigène
  Le liquide frigorigène passe ensuite par une vanne de détente, qui réduit sa pression. Cette détente fait baisser la température du fluide, le préparant ainsi à capter à nouveau de la chaleur.
• Répétition du cycle
  Le fluide frigorigène repart ensuite vers l'évaporateur pour recommencer le cycle. Ce processus se répète en boucle, permettant de transférer continuellement l'énergie thermique de l'environnement vers l'intérieur du bâtiment.

Ces principes généraux de fonctionnement permettent à une pompe à chaleur de produire de la chaleur pour le chauffage ou de l'eau chaude sanitaire de manière efficace et écologique, en utilisant une faible quantité d'énergie électrique pour faire fonctionner le compresseur.

Si les calories captées n’ont aucun impact sur votre budget chauffage, la pompe à chaleur utilise malgré tout une certaine quantité d’électricité pour actionner son compresseur et quelques autres éléments annexes. Mais le rapport entre chaleur produite et énergie consommée (COP) reste largement favorable !

Ce rapport est appelé COP, ou Coefficient de Performance. Cet indice exprime le rendement général de la pompe à chaleur. Un COP égal à 3 signifie que pour chaque Kwh d'électricité consommé, l’appareil en fournit 3 sous forme de chaleur.

De quoi se compose une PAC ?

Une pompe à chaleur est composée de plusieurs éléments qui travaillent ensemble pour transférer la chaleur d'un milieu à un autre.

On parle de pompe à chaleur monobloc ou bi-bloc quand celle-ci est composée de deux principales unités : intérieure et extérieure.

Mais voici généralement ce qui compose une pompe à chaleur :

• Évaporateur
  C'est le composant qui absorbe la chaleur de l'air, de l'eau ou du sol environnant. Il contient un fluide frigorigène qui s'évapore à basse pression et basse température.
• Compresseur
  Le compresseur est responsable de la compression du fluide frigorigène, ce qui élève sa température et sa pression. Cela permet d'augmenter l'efficacité du transfert de chaleur.
• Condenseur
  Le condenseur est chargé de transférer la chaleur captée à un autre milieu, comme l'eau chaude d'un système de chauffage. Le fluide frigorigène se condense à haute pression et haute température, libérant ainsi la chaleur.
• Détendeur
  Le détendeur est un dispositif qui réduit la pression du fluide frigorigène, ce qui fait baisser sa température. Cela prépare le fluide à l'étape suivante de l'évaporation dans l'évaporateur.
• Ventilateur ou pompe de circulation
  Selon le type de pompe à chaleur, un ventilateur peut être utilisé pour faire circuler l'air à travers l'évaporateur ou un système de pompe pour faire circuler l'eau.
• Régulateur de température
  Un régulateur de température est utilisé pour contrôler le fonctionnement de la pompe à chaleur en fonction des besoins de chauffage ou de refroidissement.

En fonction du type de pompe à chaleur (air-air, air-eau, eau-eau, etc.), d'autres composants peuvent être présents, tels que des échangeurs de chaleur supplémentaires, des réservoirs de stockage thermique, des vannes de régulation, etc.

Reconnaissez les 3 types de pompes à chaleur existantes

L’efficacité durable se décline en trois principes : PAC air-eau, air-air et eau-eau

Il existe trois principaux types de pompes à chaleur : les pompes à air, les pompes géothermiques et les pompes à eau. Chacune d'entre elles offre des avantages uniques et utilisent des ressources renouvelables, ce qui les rend adaptées à différents types de configuration.

Avant d'envisager l'achat d'une pompe à chaleur, vous devez tenir compte de l'emplacement de votre maison et de son environnement, ainsi que de l'espace intérieur pour les accessoires nécessaires, tels qu'un ballon d'eau chaude.

• Pompes à chaleur à air

Les PAC aérothermiques sont l'un des types de pompes à chaleur les plus populaires en France. Elles sont très efficaces pour fournir du chauffage et de l'eau chaude, car elles utilisent la température extérieure pour extraire la chaleur.

Elles conviennent à différents types de biens immobiliers, notamment les maisons mitoyennes, les appartements et les maisons individuelles.

• Pompes à chaleur géothermiques

Les PAC géothermiques utilisent un système enfoui dans le sol pour extraire la chaleur. C'est pourquoi votre maison doit disposer du terrain nécessaire pour permettre l'installation d'un système de capteurs géothermiques ou d'un système de forage.

Les systèmes installés ne sont pas visibles une fois terminés. Cependant, vous aurez besoin d'espace à l'intérieur de votre maison pour l'unité interne. Une certaine quantité d'électricité est nécessaire à cet effet, bien qu'elle ne représente qu'environ 25 % de l'énergie totale utilisée au cours du processus.

• Pompes à chaleur à eau

Les PAC eau-eau utilisent un système intégré dans une source d'eau pour extraire la chaleur. Les pompes à chaleur hydrauliques constituent la source la plus fiable d'eau chaude et de chauffage dans les habitations, grâce à la température constante de l'eau à l'extérieur.

Les pompes à chaleur à eau existent en circuit fermé et en circuit ouvert. Les systèmes fermés sont les plus courants, car les tuyaux nécessaires sont posés sous terre et dans le plan d'eau. En revanche, un système à boucle ouverte nécessite une installation supplémentaire car le système aspire activement de l'eau pour fonctionner, par exemple dans un étang.

En outre, les systèmes à source d'eau installée sont les plus discrets et sont mieux utilisés dans les cas où l'aspect visuel doit être préservé à tout prix. Comme pour les autres types de pompes à chaleur, vous aurez besoin d'un espace intérieur pour les accessoires internes.

Quelle est la différence de fonctionnement entre une pompe à chaleur air-eau et air-air ?

Les pompes à chaleur air-eau et air-air présentent des différences notables dans leur fonctionnement et leur utilisation.

La pompe à chaleur air-eau utilise un réseau hydraulique pour diffuser la chaleur, ce qui permet de la connecter à des radiateurs ou à un plancher chauffant. Elle est également capable de produire de l'eau chaude sanitaire, ce qui en fait une solution polyvalente pour le chauffage domestique.

En revanche, la pompe à chaleur air-air diffuse directement la chaleur dans l'air ambiant via des unités intérieures, souvent appelées splits. Ce type de pompe est particulièrement adapté pour chauffer et rafraîchir l'air d'une pièce, offrant une solution flexible pour le confort thermique.

Choisir entre ces deux systèmes dépend des besoins spécifiques de votre logement :

• Air-eau : idéal pour un chauffage central existant.
• Air-air : parfait pour une climatisation réversible.

La pompe à chaleur en mode été : fonctionnement réversible

Les avantages d'une PAC qui fait du chauffage ou du rafraîchissement

Pour l'été, la pompe à chaleur réversible inverse son cycle pour rafraîchir votre maison. Elle extrait l'air chaud à l'intérieur et le rejette à l'extérieur, tout en captant l'air frais de l'extérieur pour le diffuser à l'intérieur.

Cette fonctionnalité est particulièrement appréciée lors des canicules, car elle maintient une température agréable sans nécessiter de climatiseur séparé.

Pour optimiser son utilisation, il est conseillé de programmer la température via le thermostat. Par exemple, si la température intérieure dépasse 25°C, la PAC peut automatiquement passer en mode rafraîchissement.

Pour un confort thermique optimal, veillez à ce que l'isolation de votre maison soit adéquate, diminuant ainsi les déperditions de chaleur. Un entretien régulier garantit aussi un rendement optimal du procédé thermodynamique, prolongeant la durée de vie de votre équipement. Cela contribue également à réduire le montant de la facture d'électricité.

Comment fonctionne une pompe à chaleur dite hybride ?

Quand on utilise le meilleur de l'énergie

Une pompe à chaleur hybride combine deux générateurs exploitant deux sources d’énergie différentes. Généralement en configuration hybride, la pompe à chaleur aérothermique est associée à une chaudière gaz. Vous pouvez associer votre pompe à chaleur hybride Saunier Duval à une chaudière neuve ou existante, quelle que soit sa marque. Cette combinaison permet de tirer le meilleur des deux technologies :

• elle fonctionne toujours avec l’énergie la moins chère
• elle diminue l’investissement initial en réduisant la puissance de la pompe à chaleur
• elle garantit un confort quelle que soit la température extérieure (la chaudière gaz prend la relève de la pompe à chaleur en cas de conditions extérieures extrêmes)
• elle est compatible avec tous les types d’émetteurs (radiateurs moyenne et haute température, planchers chauffants…)

Comment marche une pompe à chaleur en mode hiver ?

Aurais-je toujours du chauffage et de l'eau chaude avec ma pompe à chaleur même par temps froid ?

Si c'est la première fois que vous vous intéressez au fonctionnement d'une pompe à chaleur, la phrase précédente vous interpelle certainement :

comment est-il possible que l'air froid extérieur en hiver puisse servir de source pour chauffer ma maison ?

Les pompes à chaleur actuelles maintiennent leur capacité de production jusqu'à -15°C grâce à leur technologie avancée. Durant les périodes glaciales, le système adapte automatiquement sa puissance pour préserver votre confort thermique.

La phase d'évaporation du fluide frigorigène se poursuit efficacement même sous 0°C, assurant une production constante de chaleur et d'eau chaude. Un appoint électrique intégré prend le relais uniquement lors des pics de grand froid.

Bien que cela puisse paraître paradoxal, la pompe à chaleur fonctionne même lorsqu'il fait - 20 °C à l'extérieur.

A cette température, l’air contient toujours une certaine énergie, qu’il est possible d’extraire et d’utiliser pour le chauffage.

Les modèles actuels excellent particulièrement dans la gestion des basses températures grâce à leurs compresseurs nouvelle génération. Par exemple, une PAC de 11kW conserve 90 % de sa puissance à -7°C, garantissant une eau à 55°C pour votre chauffage et vos besoins sanitaires.

Son principe de fonctionnement est semblable à celui d'un réfrigérateur à l'envers. Au lieu de retirer la chaleur de l'intérieur pour la rejeter dehors, elle extrait la chaleur de l'extérieur, même par temps froid, et la transfère à l'intérieur.

Rendement d'une pompe à chaleur : quels facteurs sont influents ?

L'importance du dimensionnement du système

Plusieurs éléments influencent le rendement d'une pompe à chaleur.

Le dimensionnement précis du système est crucial. En fonction de la surface à chauffer, une PAC mal dimensionnée risque de consommer plus d'énergie pour arriver à la température souhaitée, affectant ainsi son efficacité.

Les conditions climatiques jouent également un rôle majeur. Par exemple, une PAC aérothermique sera moins efficace dans les régions très froides, car la température extérieure impacte directement sa capacité à capter la chaleur.

Pour maximiser l'efficacité énergétique, il est essentiel de choisir des émetteurs de chaleur adaptés :

• Chauffage par le sol, qui fonctionne à basse température
• Radiateurs basse température, compatibles avec les PAC

L'entretien régulier de l'appareil garantit aussi un rendement optimal. Vérifier l'étanchéité du fluide frigorigène et nettoyer les filtres sont des actions indispensables pour maintenir la performance de votre système.

L'impact des conditions extérieures sur le rendement de la pompe à chaleur

Une des principales préoccupations lorsqu'on envisage l'installation d'une pompe à chaleur est la consommation d'énergie électrique. Cependant, il est essentiel de noter que les pompes à chaleur sont parmi les systèmes de chauffage les plus économes en énergie disponibles sur le marché. Elles sont conçues pour extraire la chaleur de l'extérieur, ce qui signifie que pour chaque unité d'électricité qu'elles consomment, elles génèrent généralement trois à quatre unités de chaleur, voire plus, en retour.

Cela se traduit par des factures d'énergie électrique bien inférieures à celles des systèmes de chauffage traditionnels, tels que les radiateurs électriques.

Les conditions extérieures influencent directement le rendement d'une pompe à chaleur. En hiver, lorsque les températures baissent, surtout en dessous de 7°C, la performance de la PAC peut diminuer, entraînant une augmentation de la consommation énergétique.

Pour maximiser l'efficacité de votre PAC, il est essentiel de prendre en compte plusieurs aspects :

• Choisir un modèle adapté aux conditions climatiques locales
• Veiller à une bonne isolation de votre logement pour limiter les pertes de chaleur
• Planifier un entretien régulier afin de maintenir l'efficacité du système

Un exemple concret est une maison bien isolée à Nantes. Même par temps froid, une pompe à chaleur bien entretenue peut fournir un chauffage efficace, tout en limitant l'impact sur la facture d'électricité. Ces pratiques permettent de prolonger la durée de vie de votre appareil et de réaliser des économies d'énergie.

De plus, les pompes à chaleur peuvent être optimisées pour fonctionner de manière plus efficiente, en utilisant des thermostats programmables et en étant correctement entretenues.

En fin de compte, bien que la pompe à chaleur nécessite de l'électricité pour fonctionner, elle est réputée pour sa grande efficacité énergétique, ce qui en fait un choix judicieux pour économiser de l'argent tout en réduisant l'empreinte carbone de votre maison.

Est-ce qu'une pompe à chaleur fonctionne avec des radiateurs ?

Oui, une pompe à chaleur peut fonctionner avec des radiateurs, mais il est important de noter que cela dépend du type de radiateurs que vous avez.

Les émetteurs de chaleur du type radiateurs traditionnels fonctionnent généralement à des températures plus élevées, ce qui peut être moins efficace avec certaines pompes à chaleur aérothermiques conçues pour des températures de chauffage plus basses.

Si vous avez des radiateurs traditionnels conçus pour des températures élevées, vous devrez peut-être opter pour une pompe à chaleur capable de produire de l'eau à haute température. Cependant, cela peut réduire l'efficacité énergétique globale de votre système, car les pompes à chaleur sont généralement plus efficaces lorsqu'elles fonctionnent à des températures de chauffage plus basses.

Si vous cherchez à maximiser l'efficacité énergétique, vous pourriez envisager de remplacer vos radiateurs traditionnels par des radiateurs basse température ou de combiner la pompe à chaleur avec un plancher chauffant, qui est un système basse température bien adapté aux pompes à chaleur. Cela peut vous permettre de tirer le meilleur parti de la pompe à chaleur pour réaliser des économies d'énergie supplémentaires.

Quel est le coût global d’une pompe à chaleur ?

Est-ce que la pompe à chaleur consomme beaucoup d'électricité ?

Le coût global d’une pompe à chaleur (PAC) provient de l’addition des coûts du matériel (unités extérieure et intérieure) et des travaux liés à l’installation (dépose de l’ancien matériel, réalisation d’une dalle en béton, pose du nouveau matériel) de celle-ci.

Parmi tous les types de pompes à chaleur, les modèles aérothermiques peuvent être considérés comme la solution demandant un investissement moindre en raison de leurs frais d’installation plus faibles que pour des modèles géothermiques par exemple.

Les coûts d'exploitation d'une pompe à chaleur dépendent des performances de celle-ci. Plus le coefficient de performance annuel (ou SCOP) d’une pompe à chaleur est élevé, plus la part d’énergie renouvelable utilisée est importante. La durée maximale entre deux entretiens d’une pompe à chaleur est de 2 ans. Les coûts s’élèvent à environ 200 € par an.

N'hésitez pas de faire appel à notre large réseau de partenaires agréés et obtenez un devis gratuit pour l'installation d'une pompe à chaleur.

• N'oubliez pas que dans de nombreux cas, vous pouvez bénéficier d'aides financières pour votre projet de chauffage.

Dans le cadre d’un remplacement de chaudière non-condensation par une pompe à chaleur, vous pourrez bénéficier de nombreuses aides financières vous permettant ainsi de réduire l’investissement. Ces différentes aides (MaPrimeRénov’, CEE, Eco-Prêt à Taux Zéro, un taux de TVA à 5,5 %) sont calculées en fonction de la composition du foyer et de vos revenus. Pour vous aider à estimer le montant des aides auxquelles vous êtes éligibles, Saunier Duval met à votre disposition un simulateur.

Installation, entretien et durée de vie d'une pompe à chaleur

En maison ou en appartement, quels sont les conditions à prendre en compte ?

Les nombreux avantages d'une pompe à chaleur vous ont séduit ?

Si oui, sachez qu’elles peuvent être installées aussi bien en maison neuve que dans un logement ancien. Dans tous les cas, faites appel à un professionnel, ce dernier vous guidera dans le choix de l’endroit le plus approprié pour installer l'unité extérieure.

Une fois installée, afin d'assurer le bon fonctionnement de votre pompe à chaleur et maximiser son efficacité énergétique, l'entretien régulier est essentiel. Voici quelques conseils pratiques pour prendre soin de votre système de chauffage :

1. Nettoyez les filtres : Les filtres de votre pompe à chaleur peuvent se salir avec le temps, ce qui diminue son efficacité. Assurez-vous de nettoyer ou de remplacer les filtres conformément aux recommandations du fabricant.
2. Inspectez les échangeurs de chaleur : Vérifiez régulièrement les échangeurs de chaleur pour vous assurer qu'ils sont exempts de saleté ou de débris. Un échangeur de chaleur propre permettra un transfert de chaleur optimal.
3. Vérifiez le fluide réfrigérant : L'état du fluide réfrigérant est crucial pour le fonctionnement de votre pompe à chaleur. Si vous suspectez une fuite ou une baisse de niveau, faites appel à un professionnel pour une inspection approfondie.
4. Contrôlez les ventilateurs : Les ventilateurs extérieurs doivent être exempts d'obstructions, comme des feuilles ou des débris, pour permettre une circulation d'air adéquate.
5. Planifiez un entretien annuel : Engagez un technicien qualifié pour effectuer un entretien annuel complet de votre pompe à chaleur. Cela inclut généralement la vérification de tous les composants, le réglage des paramètres et le nettoyage en profondeur.
6. Surveillez les performances : Soyez attentif aux performances de votre pompe à chaleur. Si vous remarquez des variations inhabituelles de température ou de bruit, signalez-les immédiatement à un professionnel.

En suivant ces conseils d'entretien simples, vous pouvez prolonger la durée de vie de votre pompe à chaleur et économiser sur les coûts énergétiques à long terme. N'hésitez pas à prendre rendez-vous avec l'un de nos professionnels agréés.

Consultez nos autres dossiers thématiques

La pompe à chaleur : une solution d'avenir

Pourquoi et comment choisir une pompe à chaleur ?

Le fonctionnement d’une pompe à chaleur en 10 étapes

Quelles aides financières pour une pompe à chaleur ?

Combien coûte une pompe à chaleur ?

Comment faire établir un devis PAC ?

Qu’est-ce que le SCOP d’une Pompe à Chaleur (PAC) ?

C'est quoi la différence entre une pompe à chaleur monobloc et bi-bloc ?

Quel est le rôle du fluide frigorigène dans une pompe à chaleur ?

Comment augmenter la durée de vie d’une pompe à chaleur ?