La pompe à chaleur (PAC) a connu son premier succès durant les années 70-80. Aujourd’hui, un foyer sur trois est équipé de ce système que beaucoup considèrent comme le plus économique et écologique. Un intérêt croissant poussé par la fin des chaudières au fioul et les nombreuses aides et subventions mises en place. Mais comment fonctionne-t-elle ?
👍 La pompe à chaleur : une solution polyvalente
Le fonctionnement de la pompe à chaleur lui permet d’être utilisée en tant que système de chauffage ou de climatisation. Pour comprendre comment elle fonctionne, il faut simplement visualiser un système basé sur une boucle. La pompe à chaleur va d’abord récupérer l’énergie thermique depuis ces trois sources:
- le sol
- l’air extérieur
- une nappe aquifère ou autre point d’eau à proximité de l’habitation
Elle va ensuite retransférer cette chaleur dans votre maison via différents émetteurs de chaleur reliés à l’unité intérieure ou au circuit de chauffage central. Ce système fonctionne avec un liquide réfrigérant qui condense à température ambiante et s’évapore à basse température. C’est ce changement d’état qui produit de l’énergie.
L’énergie produite par ce procédé pourra ensuite être utilisée pour chauffer ou refroidir le logement. Attention toutefois, le fonctionnement évoluera selon le type de pompe à chaleur utilisé. Les types de pompe à chaleur dépendent de trois critères qui interviennent sur le fonctionnement :
- La source d’énergie
- Le système de diffusion thermique
- Les phénomènes physiques
🧐 Comment fonctionne une pompe à chaleur?
Pour savoir quelles sont les meilleures pompes à chaleur, basez vous sur le COP. En moyenne il faut compter 1kWh dépensé pour récupérer 3kWh d’énergie thermique. Ce rapport est également appelé le COP (coefficient de performance). C’est à partir du COP que vous évaluerez si une pompe à chaleur est intéressante ou non. Une bonne pompe à chaleur doit avoir un COP de 3.4 pour une température extérieure de -7°C.
Quel est le principe de fonctionnement d’une pompe à chaleur?
Une pompe à chaleur est constituée de quatre éléments :
- Un évaporateur
- Un compresseur
- Un condenseur
- Un détendeur
Une pompe à chaleur nécessite d’être raccordée au circuit électrique pour faire fonctionner le compresseur. C’est la seule source d’énergie nécessaire. Peu importe le type de pompe à chaleur que vous choisirez, celle-ci nécessitera un entretien obligatoire une fois par an si elle contient plus de 2 kilos de liquide caloporteur. Cet entretien peut être pris en charge dans un contrat d’entretien à l’installation de votre pompe à chaleur. Il devra être réalisé par un installateur qualifié, mais ne vous soustraira pas à un entretien minime régulier tel que le dépoussiérage de l’unité extérieure.
Voici comment elle fonctionne :
- Un fluide caloporteur capte la chaleur au contact de la source choisie (terre, eau ou air) et se transforme en gaz dans l’évaporateur.
- Le compresseur augmente la température du gaz qui transfère ensuite sa chaleur au condenseur soit directement, soit via un circuit d’échange d’eau.
- Le condenseur transmet ensuite l’énergie thermique au logement selon la méthode choisie.
- Enfin le détendeur permet au liquide caloporteur de retourner au contact de la source de chaleur pour reprendre son état gazeux et recommencer le circuit.
⭐ Il existe différents fonctionnements de pompes à chaleur selon le type
L’expression « pompe à chaleur » est un therme générique utilisé pour regrouper l’ensemble des dispositifs réalisant des transferts thermiques. Les pompes à chaleur les plus couramment rencontrées sont les suivantes :
- Pompe à chaleur air-air : l’énergie thermique est prélevée dans l’air à l’extérieur du logement puis transmise via des ventilo-convecteurs au logement
- Pompe à chaleur air-eau : l’énergie thermique est prélevée dans l’air extérieur pour être transférée dans l’eau (l’eau du circuit de chauffage ou l’eau d’une piscine par exemple.)
- PAC au sol : l’énergie thermique est prélevée dans le sol et transférée dans le logement via le circuit de chauffage
- Pompe à chaleur eau-eau : l’énergie thermique est puisée par la PAC dans un point d’eau proche de l’habitation (rivière, lac etc.)
💨 Comment fonctionne une pompe à chaleur air-air?
En ce qui concerne les pompes à chaleur air-air, celles-ci sont des climatiseurs réversibles qui prélèvent l’air via des unités murales ou des consoles. Elles permettent en général l’installation d’un thermostat par pièce afin de réguler la chaleur selon vos préférences. Ces pompes à chaleur fonctionnent aussi bien l’été pour refroidir les pièces que l’hiver pour les réchauffer.
Quels sont les critères à respecter dans le cadre de l’installation d’une pompe à chaleur air-air?
Pour fonctionner, une pompe à chaleur air-air nécessite que vous ayez une cour ou un petit jardin où placer l’unité extérieure. Selon la taille de la pompe à chaleur, un balcon d’appartement peut suffire. Vous devrez prendre en compte la taille de votre pompe à chaleur selon la taille de votre logement. Plus le logement est grand, plus la taille de la pompe à chaleur sera importante.
Attention toutefois à placer celle-ci dans un endroit bien isolé afin de limiter les nuisances sonores pour votre voisinage, le fonctionnement de la pompe à chaleur pouvant être particulièrement bruyant. Assurez-vous également de disposer d’une place suffisante dans votre logement pour installer les ventilo-convecteurs et le circuit de liquide caloporteur.
Attention toutefois, ce le fonctionnement d’une pompe à chaleur air-air est plus adapté aux bâtiments isolés et aux maisons construites selon la norme Minergie-P. Lisez notre article dédié aux avantages et inconvénients d’une pompe à chaleur air-air pour en savoir plus.
💧 Comment fonctionne une pompe à chaleur air-eau?
En tant que pompes à chaleur aérothermiques, les PAC air-eau fonctionnent sur le même principe que les PAC air-air. Seulement, au lieu de retransférer la chaleur directement dans l’air de la pièce, celle-ci sera transférée dans l’eau du chauffage. Ce système permet de conserver un circuit de chauffage classique via des radiateurs basse température, un plancher chauffant ou des ventilo-convecteurs. Il permet également de produire de l’eau chaude sanitaire en connectant la pompe à chaleur à un ballon d’eau chaude. Les pompes à chaleur air-eau sont également utilisées pour faire fonctionner le chauffage des piscines. Elles sont le type de pompe à chaleur le plus adapté à une rénovation de circuit de chauffage.
Quels sont les critères d’installation d’une pompe à chaleur air-eau?
La PAC air-eau est souvent combinée à un circuit de chauffage déjà existant. En effet, elle nécessite la plupart du temps un chauffage d’appoint lors des hiver rudes et peuvent arrêter de fonctionner lorsque la température extérieure descend entre -10 et –20°C. Elle est toutefois la solution la plus rentable énergétiquement combinée à des émetteurs de chaleur à basse température comme des radiateurs ou un plancher chauffant.
Comme pour la PAC air-air, cette pompe nécessite une cour ou un petit jardin pour être installée. L’unité intérieure sera toutefois connectée au chauffage central contrairement à la PAC air-air qui nécessite l’installation d’un réseau de ventilo-convecteurs. Lisez notre article sur les avantages et inconvénients d’une pompe à chaleur air-eau pour en savoir plus.
🤔 Comment fonctionne une pompe à chaleur eau-eau?
Le fonctionnement de la PAC eau-eau est basé sur la captation de l’énergie thermique dans l’eau des nappes phréatiques, des rivières ou des lacs à proximité de l’habitation. Cette énergie thermique est ensuite acheminée dans le circuit de chauffage du logement. Les PAC eau-eau nécessitent rarement un chauffage d’appoint. La température de l’eau dans laquelle est puisée la chaleur varie rarement, ce qui assure son bon fonctionnement tout au long de l’année.
Le fonctionnement de ce type de pompes à chaleur est donc particulièrement adapté aux régions plus froides, mais celles-ci sont en général plus coûteuses à installer que les pompes aérothermiques.
🔨 Comment fonctionne une pompe à chaleur sol-sol?
Les pompes à chaleur au sol sont les plus coûteuses à installer. Pour fonctionner, elles nécessitent l’installation dans le sol d’une grande sonde géothermique. Le fonctionnement de ces pompe à chaleur nécessite d’avoir un sol meuble et un très grand jardin.
Quels sont les critères d’installation d’une pompe à chaleur sol-sol?
Il existe deux méthodes d’installation pour une pompe à chaleur sol-sol. Le choix de ces méthodes dépendra de l’espace que vous pouvez allouer à l’installation de votre pompe à chaleur géothermique.
- Installation horizontale
- Installation verticale
La méthode horizontale est celle nécessitant le plus d’espace.
Pour son bon fonctionnement, elle nécessite d’installer des capteurs en forme de boucles à 0.6 – 1.2 mètres de profondeur. Il s’agit de tubes de polyéthylène ou de cuivre gainés de polyéthylène dans lesquels circulera le liquide caloporteur. Cette méthode est la moins coûteuse des deux, mais également la plus contraignante car nécessitant un très grand espace. En effet, le réseau de capteurs doit s’étendre sur une surface une fois et demie plus importante que la surface de la pièce chauffée. Elle est en général combinée avec un plancher chauffant.
La méthode verticale nécessite un investissement beaucoup plus important.
En effet, il s’agit de forer un trou d’une profondeur allant jusqu’à 80m dans le jardin de l’habitation. Des capteurs verticaux en forme de U sont ensuite placés à l’intérieur du trou et scellés par du ciment. Ces capteurs verticaux fonctionnent de la même manière que l’installation horizontale. Il s’agit en effet de deux tubes de polyéthylène dans lesquels on fait circuler en circuit fermé de l’eau mélangée à du liquide antigel. Cette méthode est la plus adaptée si la surface de votre jardin est limitée, mais également la plus coûteuse.
🌿 Le système de pompe à chaleur est largement reconnu pour ses effets économiques et écologiques.
L’installation d’une pompe à chaleur est généralement amortie en 3 à 5 ans selon le type de pompe. En effet, grâce à ce système vous pouvez diviser votre facture énergétique par 3. Vous bénéficierez de nombreuses aides dans le cadre de l’installation d’une pompe à chaleur et l’entretien pour son bon fonctionnement reste tout à fait abordable. Le fonctionnement des pompes à chaleur fait d’elle une énergie renouvelable et se trouve être adaptable à tout type de bâti. Ce système permet notamment de limiter l’utilisation des chaudières au fioul voire même de les remplacer pour certains logements dans le cadre de la production de chauffage ou eau chaude sanitaire.
Toutes les maisons sont adaptées à l’installation d’une pompe à chaleur, exception faite des pompes à chaleur air-air. Toutefois, il existera toujours des limitations imposées par l’environnement de votre habitat au moment de l’installation. Pour les pompes à chaleur géothermiques par exemple, le forage nécessite une étude approfondie du terrain. Si vous choisissez une pompe à chaleur eau-eau, il vous faudra suffisamment d’eau souterraine et pour une pompe à chaleur sol-sol, vous aurez besoin de suffisamment d’espace et d’un sol plat. En ce qui concerne les pompes à chaleur air-eau, selon la pompe à chaleur que vous avez choisi, les limitations peuvent venir de la température extérieure si celle-ci descend aux alentours des -10/-20°C.
Est-il facile de dépanner une pompe à chaleur
Il n’est pas toujours facile de dépanner une pompe à chaleur car cela dépend de la nature du problème et de votre niveau d’expérience et de compétence en matière de réparation de systèmes de chauffage et de climatisation.
Les pompes à chaleur sont des systèmes complexes qui utilisent un ensemble de composants électriques, mécaniques et électroniques pour fonctionner. Si l’un de ces composants tombe en panne, il peut être difficile de localiser la source de la panne et de la réparer.
Si vous n’êtes pas expérimenté dans la réparation de systèmes de chauffage et de climatisation, il est recommandé de faire appel à un professionnel qualifié pour diagnostiquer et réparer votre pompe à chaleur. Les professionnels disposent de l’équipement et des connaissances nécessaires pour identifier et résoudre rapidement les problèmes de pompe à chaleur, minimisant ainsi le temps d’arrêt et les coûts de réparation (Renseignement supplémentaire ici). De plus, l’ouverture de la pompe à chaleur par un non-professionnel peut invalider les garanties constructeurs et peut aussi être dangereux en raison de la présence de courant électrique et de gaz réfrigérant.
