Le fonctionnement d’une pompe à chaleur en 10 étapes
Rénovation énergétique, réduction des coûts, préservation de l'environnement, autant de préoccupations majeures liées à l'habitat moderne. Dispositif toujours plus innovant, la pompe à chaleur s'impose désormais comme une alternative incontournable aux systèmes de chauffage traditionnels. Cet article expose le fonctionnement de la PAC, décomposé en 10 étapes simples pour mieux découvrir le secret de cette technologie.
À quoi sert une pompe à chaleur ?
La PAC ou pompe à chaleur est un équipement capable, selon les modèles, de remplir plusieurs fonctions : chauffage de l'habitation, rafraîchissement ou climatisation, production d'eau chaude sanitaire, ou même chauffage de l'eau de la piscine.
À la fois économique et écologique, la pompe à chaleur s'adapte à de multiples configurations, en neuf comme en rénovation. Elle permet aux utilisateurs de réduire leurs factures énergétiques tout en minimisant leur empreinte carbone.
Nous décortiquons ici son fonctionnement pour vous aider à comprendre comment la PAC parvient à changer une énergie renouvelable en confort domestique, en toute saison.
- Sur quel principe fonctionne la pompe à chaleur ?
- Le cycle thermodynamique : comment ça marche ?
- L'installation de la pompe à chaleur au sein de l'habitation
Sur quel principe fonctionne la pompe à chaleur ?
Schéma général
Le principe de fonctionnement d'une pompe à chaleur est basé sur la thermodynamique. Il s'agit de récupérer l'énergie présente dans l'environnement extérieur (l'air, l'eau ou le sol) pour la convertir en chaleur utilisable à l'intérieur de l'habitation.
Le procédé s’appuie donc sur les ressources renouvelables et sur la circulation d’un fluide frigorigène dans l'appareil afin de produire le chauffage souhaité.
Schema de fonctionnement d'une pompe à chaleur aérothermique en vidéo
PAC air-eau, air-air ou géothermique, monobloc, réversible...
Il existe plusieurs types de pompes à chaleur, chacune adaptée à des besoins et des conditions d'installation particulières.
- La PAC air-eau capte l'énergie de l'air extérieur pour augmenter la température de l'eau du circuit de chauffage central et/ou produire de l'eau chaude sanitaire.
- La PAC air-air, quant à elle, en sens inverse, transfère l'énergie de l'atmosphère extérieure directement vers l'air intérieur, et fonctionne comme un système de climatisation réversible.
- Enfin, la PAC géothermique appelée aussi PAC eau-eau extrait la chaleur du sol ou de l'eau souterraine. Elle nécessite donc l'installation de capteurs enterrés mais offre en retour un rendement particulièrement stable et élevé tout au long de l'année.
Les pompes à chaleur sont dites monobloc ou bibloc en fonction du nombres d'unités qui la compose, monosplit ou multisplit selon si elles sont connectés à un ou plusieurs circuits de chauffage ou de climatisation.
Le cycle thermodynamique : comment ça marche ?
Le cœur de la pompe à chaleur abrite un enchaînement précis d'étapes utilisant la thermodynamique ainsi que le fluide frigorigène précédemment mentionné.
Étape 1 : la captation de calories
Tout commence par la récupération de l'énergie extérieure via un simple ventilateur (pompes à chaleur air-air ou air-eau) ou par l'intermédiaire de capteurs enterrés (pompes à chaleur géothermiques).
À ce stade, le fluide frigorigène absorbe les calories fournies grâce à son aptitude à s'évaporer même en hiver, à basse température. Il abandonne donc son état liquide pour se vaporiser.
Étape 2 : la compression
Désormais sous forme gazeuse, notre fluide est aspiré par le compresseur de la pompe à chaleur qui, comme son nom l'indique, en augmente la pression. Les particules de gaz se rapprochent, s'entrechoquent et créent un échauffement supplémentaire.
Étape 3 : le transfert d'énergie vers le condenseur de la PAC
Le fluide frigorigène, chaud et sous haute pression, circule ensuite vers un échangeur de chaleur, souvent appelé condenseur. C'est là que se produit le transfert d'énergie. Les calories du fluide sont cédées au circuit de chauffage, réchauffant ainsi l'eau des radiateurs ou du plancher chauffant, ou à l'atmosphère intérieure dans le cas d'une pompe à chaleur air-air.
Étape 4 : la condensation
Dans le condenseur, le fluide retrouve sa forme initiale en cédant sa chaleur. Ce changement d'état libère une quantité d'énergie additionnelle, également transmise au circuit de chauffage.
Au terme de cette étape, le fluide est moins chaud, il est redevenu liquide mais se trouve toujours sous haute pression.
Étape 5 : l'expansion
Le détendeur, parfois appelé vase d'expansion, permet de réduire la pression du fluide de façon contrôlée. Ce phénomène d'expansion refroidit rapidement le liquide, le préparant à absorber de nouveau la chaleur de l'environnement extérieur.
Étape 6 : le retour du fluide frigorigène
Désormais froid et à basse pression, le fluide frigorigène retourne vers le ventilateur ou les capteurs pour entamer un nouveau cycle.
C'est une boucle continue dans un circuit fermé. En inversant le mode de fonctionnement, il est possible d'éjecter les calories de la maison vers l'extérieur.
L'installation de la pompe à chaleur au sein de l'habitation
L'efficacité énergétique de la PAC ne dépend pas seulement du procédé thermodynamique, mais aussi d'une installation bien pensée au sein de l'habitation.
Étape 7 : l'installation de la pompe
La pompe à chaleur est constituée de plusieurs composants tels que l'unité extérieure qui renferme le circuit frigorigène. C'est l'élément le plus imposant, qui nécessite un minimum d'espace hors du logement.
Il est relié à l’unité intérieure, parfois un simple module de commande, parfois une colonne hydraulique en fonction du type de pompe installé.
Étape 8 : le raccordement au circuit de chauffage
L’intégration de la PAC implique son association avec le système de chauffage existant. L'unité intérieure peut être connectée à divers émetteurs de chaleur : un plancher chauffant, des radiateurs basse ou haute température, ou encore un dispositif de ventilation selon le type de pompe.
Étape 9 : la régulation
C'est le pilier d'une installation performante.
La régulation permet d'ajuster la quantité de chaleur produite aux besoins réels des occupants ainsi qu'aux conditions extérieures. Un système de régulation performant contribue à l'efficacité énergétique du système tout en fournissant le confort thermique exigé.
Étape 10 : le bilan énergétique de la PAC
Il indique le rendement du procédé transformant l'énergie tirée de l'environnement extérieur en chaleur pour la maison. Le coefficient de performance (COP) est un indicateur clé de ce bilan : plus il est élevé, plus la PAC est efficiente. Un COP de 3 à 4 (valeur moyenne constatée) signifie que 3 à 4 kWh de chaleur sont produits pour 1 kWh d'électricité utilisée.
Quels sont les inconvénients de la pompe à chaleur ?
L'inconvénient principal réside sans doute dans l'investissement initial, même si certaines aides financières peuvent en réduire la charge. Mais les économies d'énergie permises par le procédé viendront compenser la dépense au fil des années.
Comment fonctionne une pompe à chaleur en hiver quand il fait froid ?
Le COP et l'efficacité énergétique d'une PAC en hiver dépendent de son design et de sa qualité.
Saunier Duval propose des modèles performants, capables de fonctionner même à des niveaux de température en dessous de zéro.
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