GUIDES & ASTUCES

Le fonctionnement d’une pompe à chaleur

La pompe à chaleur (PAC) est une solution de plus en plus plébiscitée par les particuliers et par les professionnels, qui peut assurer le chauffage et la production d’eau chaude sanitaire d’une maison individuelle, d’un appartement, d’un immeuble collectif ou d’un bâtiment destiné à accueillir du public ou une activité professionnelle. Mais quel est le fonctionnement de ce type de chauffage performant, à la fois économique et écologique ?

Des calories présentes dans l’environnement extérieur

 

Le principe de fonctionnement de la pompe à chaleur est très simple : puiser l’énergie présente dans l’environnement extérieur pour la restituer à l’intérieur. Les calories peuvent être puisées dans l’air extérieur, sous terre ou plus rarement au contact d’une nappe phréatique souterraine. Pour capter ces calories, un fluide frigorigène circule dans une unité extérieure (à l’air libre ou enterrée) avant de passer par l’ensemble du circuit de la pompe à chaleur.

 

Les fluides frigorigènes

 

Un fluide frigorigène a pour caractéristique principale d’avoir une température d’évaporation très faible : cela signifie qu’il passe de l’état liquide gazeux à une température bien inférieure celle de l’eau. Il peut donc rapidement adopter une forme gazeuse, même s’il est à une température négative.
De nombreuses molécules, gaz fluorés ou issues de la synthèse des hydrocarbures, peuvent être utilisées :

  • Fluorocarbures (FC)
  • Chlorofluorocarbures (CFC)
  • Hydrofluorocarbures (HFC)
  • Perfluorocarbures (PFC)

Ces différentes familles de molécules entrent aujourd’hui en compétition avec le CO2, dont les vertus environnementales sont largement supérieures aux fluides frigorigènes de synthèse. La BOOSTHEAT.20 a par exemple fait le choix du CO2, bien moins polluant et offrant une fiabilité plus élevée à long terme.

 

Compression et détente

 

Le fonctionnement général d’une pompe à chaleur est basé sur les principes de la thermodynamique :

  • un gaz comprimé s’échauffe
  • un gaz dilaté se refroidit

Vous pouvez très facilement observer ces principes dans votre vie quotidienne. Vous avez peut-être déjà remarqué, en gonflant les pneus de votre vélo, que votre pompe à vélo s’échauffe ? Cela s’explique par le fait qu’un gaz comprimé gagne en température, En comprimant le gaz dans votre pompe à vélo, vous produisez de la chaleur. À l’inverse, vous avez remarqué qu’il fait généralement plus froid en montagne. Les températures plus fraîches s’expliquent tout simplement par la pression atmosphérique réduite en altitude.

La pompe à chaleur utilise essentiellement ces deux principes pour puiser des calories dans l’environnement extérieur et les transmettre à des émetteurs de chaleur.

En contact avec l’environnement extérieur, le fluide frigorigène récupère les calories et se réchauffe, quittant un état liquide pour prendre une forme gazeuse. Il circule ensuite dans un compresseur où il gagne en température (le principe de la pompe à vélo) : il est suffisamment chaud pour alimenter un système de chauffage ou de production d’eau chaude sanitaire. En se refroidissant, il retrouve une forme liquide.

Si une augmentation de la pression crée de la chaleur, une baisse produit l’effet inverse. Le fluide frigorigène est ramené à sa température initiale en perdant en pression, avant d’être réchauffé à nouveau au contact de l’environnement extérieur.

 

Le cycle en quatre étapes d’une pompe à chaleur

 

Le fonctionnement d’une pompe à chaleur repose sur un cycle en quatre étapes :

  • l’échangeur thermique
  • le compresseur
  • le condenseur
  • le détendeur

Comment fonctionne une pompe a chaleur

 

L’échangeur thermique

 

L’échangeur thermique va capter la chaleur de l’environnement extérieur : air extérieur, sous-sol (géothermie), eau (nappe phréatique).

Vous trouverez souvent le terme d’évaporateur pour qualifier l’échangeur thermique. Ce nom s’explique par le fait que le fluide frigorigène en se réchauffant au contact de l’atmosphère, de la terre ou de l’eau va passer de l’état liquide à gazeux.

 

Le compresseur

 

Le compresseur fait passer le fluide frigorigène de l’état de vapeur basse à haute pression. Cette pièce est l’élément clé d’une pompe à chaleur. En comprimant le gaz, le compresseur va en élever la température jusqu’à obtenir la température désirée pour vous offrir un confort optimal.

Le compresseur est généralement alimenté par l’électricité. Les pompes à chaleur les plus performantes fonctionnent le plus souvent avec un compresseur qui repose sur la combustion de gaz. L’énergie consommée pour faire fonctionner le compresseur est inférieure à celle utilisée pour alimenter une chaudière : la puissance est élevée et la consommation est réduite, ce qui permet de réaliser des économies d’énergie conséquentes.

 

Le condenseur

 

Le fluide frigorigène arrive dans le condenseur à l’état de vapeur haute pression. Il va transférer sa chaleur à un fluide caloporteur (le plus souvent de l’eau glycolée), qui circule dans le système de chauffage et alimente les radiateurs ou un plancher chauffant.

Indispensable au bon fonctionnement de votre pompe à chaleur, il joue le rôle d’échangeur de chaleur : c’est grâce au condenseur que les calories extraites arrivent à votre plancher chauffant ou à votre radiateur.

 

Le détendeur

 

Après son passage dans le condenseur, le fluide frigorigène retrouve une forme liquide, mais il est toujours trop chaud pour circuler à nouveau dans les capteurs extérieurs.

Le détendeur permet de diminuer la pression et de réduire sa température, et prépare le fluide à un nouveau cycle, avant son passage dans l’évaporateur.

 

Les différents types de pompes à chaleur

 

La pompe à chaleur repose toujours sur le même fonctionnement. Les prix et les performances peuvent varier en fonction de la technologie utilisée.

 

PAC à détente directe, mixtes ou à fluide intermédiaire ?

 

Les modèles mixtes intègrent deux circuits distincts :

  • le circuit où circule le fluide frigorigène
  • le circuit qui alimente les émetteurs de chaleur

Certaines pompes géothermiques à fluide intermédiaire ont trois circuits :

  • le circuit des capteurs, où circule de l’eau avec de l’antigel
  • le circuit où circule le fluide frigorigène
  • le circuit qui alimente les émetteurs de chaleur

Dans le cas d’une pompe à chaleur à détente directe, il n’existe qu’un seul circuit. Le fluide frigorigène circule directement dans les émetteurs de chaleur, qui jouent le rôle de condenseur : plancher chauffant, ventilo-convecteurs… Les pompes à chaleur sol-sol et air-air sont susceptibles d’utiliser à la technologie à détente directe.

 

Les différents modèles disponibles

 

On peut distinguer plusieurs types de pompes à chaleur, en fonction de la source d’énergie captée et du mode de restitution.

  • Air-Eau : la chaleur est captée dans l’atmosphère, et est transmise au liquide caloporteur du système de chauffage. Découvrir le fonctionnement air-eau.
  • Eau-Eau : la chaleur est captée dans une nappe phréatique (souterraine), et est transmise au liquide caloporteur du système de chauffage. Découvrir le fonctionnement eau-eau.
  • Sol-Eau : la chaleur est captée grâce à un circuit enterré verticalement ou horizontalement, et est transmise au liquide caloporteur du système de chauffage
  • Air-Air (à détente directe) : la chaleur est captée dans l’atmosphère, et est restituée directement dans le logement grâce à des ventilo-convecteurs. Découvrir le fonctionnement air-air.
  • Sol-Sol (à détente directe) : la chaleur est captée par un circuit enterré et est directement transmise à un plancher chauffant.

Si vous optez pour un modèle réversible, vous associerez en une seule installation un système de chauffage pour l’hiver et de climatisation pour l’été. Le cycle permettant de chauffer votre intérieur fonctionne alors en sens inverse.

 

À chaque technologie ses avantages

 

Les différentes solutions ont chacun leurs avantages et leurs inconvénients. La PAC air-air ou air-eau est la plus simple à installer et la moins coûteuse : contrairement aux systèmes sol-sol, sol-eau et eau-eau, il n’est pas nécessaire d’enterrer un réseau de capteurs.

Mais la PAC air-air est généralement moins performante lors de températures très basses. Si le sous-sol et les nappes phréatiques conservent une température constante tout au long de l’année, les conditions climatiques peuvent entraîner un froid si intense que la pompe à chaleur ne parvient plus à capter suffisamment de calories de l’air ambiant. L’énergie est alors produite par un système d’appoint, le plus souvent une résistance électrique. Il est aussi possible de coupler cette technologie avec un système d’appoint plus performant.

La BOOSTHEAT.20 intègre par exemple une chaudière à condensation de nouvelle génération pour offrir une puissance élevée et un rendement optimal, quelles que soient les conditions climatiques. Elle est proposée avec une unité extérieure, sur le principe d’une pompe à chaleur air-eau, mais pourra aussi être raccordée à des capteurs géothermiques.

 

Une technologie aux nombreuses applications

 

La technologie de la pompe à chaleur peut assurer :

  • le chauffage d’une habitation ou d’un local professionnel
  • la production d’eau chaude sanitaire (ballon thermodynamique)
  • le chauffage d’une piscine

La puissance doit être choisie en fonction de la superficie, des besoins effectifs et des conditions climatiques locales. La PAC peut être associée à l’énergie solaire pour offrir une solution de chauffage écologique.

 

L’installation de la BOOSTHEAT.20

 

L’installation d’une BOOSTHEAT.20 est facile et rapide si vous disposez déjà d’une chaudière à gaz à condensation. Vous n’aurez pas à réaliser de travaux conséquents. Votre BOOSTHEAT.20 sera directement raccordée à votre système de chauffage central et à votre arrivée de gaz. L’évacuation se fait par conduit tubé ou par ventouse, comme pour une chaudière à condensation. Les seuls travaux liés consisteront en l’installation d’une unité extérieure (évaporateur).

La BOOSTHEAT.20 est disponible à la vente ce qui permet de bénéficier des aides proposées pour encourager les Français à adopter une solution de chauffage plus écologique : MaPrimeRénov’, TVA réduite… Vous possédez une maison individuelle et souhaitez remplacer votre système de chauffage ? Nos conseillers vous accompagnent dans votre projet.