Comment fonctionne une pompe à chaleur ?

Mis au point dans les années 30, le principe de fonctionnement d'une PAC est d'exploiter la chaleur de son environnement pour chauffer ou climatiser un logement. Le fonctionnement d'une pompe à chaleur repose sur l'effet Joule-Thompson (ou Joule-Kelvin) : un procédé thermodynamique qui permet de modifier la température d'un gaz ou d'un liquide en le comprimant ou en le dilatant.

Concrètement, une pompe à chaleur fonctionne en 4 étapes :

1. L'évaporateur capte la chaleur dans l'air, le sol ou l'eau et l'utilise pour faire passer un fluide frigorigène à l'état de vapeur. Ce processus fonctionne même à basse température.

2. Le compresseur aspire ensuite cette vapeur et la comprime fortement afin d'élever considérablement la température du fluide frigorigène. Celle-ci atteint 35 à 45°C avec une PAC basse température et jusqu'à 80°C avec une PAC haute température.

3. Le condenseur reçoit le fluide chauffé et le distribue au système de chauffage (unités intérieures soufflantes ou radiateurs à eau).

4. Le détendeur retire la pression du fluide frigorigène, ce qui abaisse sa température et permet à un nouveau cycle de commencer.

Deux grandes familles de pompes à chaleur se distinguent selon la source d'énergie exploitée :

• L'aérothermie capte les calories dans l'air extérieur.

• La géothermie les puise dans le sol ou une nappe phréatique.

L'aérothermie consiste à capter les calories dans l'air extérieur pour chauffer ou refroidir un bâtiment. 

Il existe deux types de pompes à chaleur aérothermiques :

1. La PAC air-air distribue la chaleur à des unités intérieures soufflantes. Dans une PAC réversible, le cycle peut s'inverser, assurant ainsi une fonction de climatisation.

2. La PAC air-eau distribue la chaleur à une température adaptée aux émetteurs à eau existants, comme des radiateurs ou un plancher chauffant.

Le choix entre une PAC air-air ou une PAC air-eau repose principalement sur votre système de chauffage actuel et le climat de votre région. Il est logique d'installer une PAC air-air dans un logement situé dans une région chaude et équipé de radiateurs électriques. 

En revanche, une PAC air-eau est plus adaptée si votre logement se situe dans une région plus froide ou si vous souhaitez remplacer une chaudière au fioul ou au gaz qui assure à la fois le chauffage et la production d'eau chaude sanitaire.

En faisant appel à Ensol, nous pouvons nous rendre à votre adresse (visite gratuite et sans engagement) afin de réaliser un bilan thermique et prendre en compte vos besoins pour vous proposer le type de pompe à chaleur le plus adapté à vos besoins et à votre budget.

La géothermie consiste à capter les calories dans le sol ou l'eau afin de chauffer ou de refroidir un bâtiment (geocooling). 

Il existe deux types de PAC géothermique : 

1. La PAC sol-eau exploite la chaleur du sol via des capteurs enterrés plus ou moins profondément. 

2. La PAC eau-eau capte la chaleur dans l'eau, via des capteurs positionnés dans une nappe phréatique.

Le prix d'une PAC géothermique est plus élevé car son installation implique des travaux importants. Il faut forer des puits pour enterrer des capteurs à parfois 100 mètres de profondeur, ou réaliser des travaux de terrassement pour enterrer les capteurs à 1 mètre de profondeur sur une surface équivalente à deux fois la surface à chauffer. Par exemple, pour une maison de 150 m², il vous faut un jardin d'au moins 300 m².

La grande force du fonctionnement d'une PAC géothermique réside dans la stabilité de sa source d'énergie. Contrairement à l'air extérieur qui varie selon les saisons, la température du sol reste constante tout au long de l'année. Par conséquent, le rendement d'une PAC géothermique est meilleur et plus stable, y compris en plein hiver.

Une PAC air-eau fonctionne dans une configuration monobloc ou bibloc.

Dans une pompe à chaleur monobloc, tous les composants techniques du processus de récupération de chaleur sont réunis dans une seule unité extérieure. Cette configuration prend moins de place et utilise uniquement une liaison hydraulique, ce qui réduit le coût de l'installation de la pompe à chaleur. Toutefois , le circuit d'eau est exposé à un risque de gel en hiver.

Dans une PAC bibloc (ou split), les composants techniques sont répartis dans deux unités, l'une à l'extérieur et l'autre à l'intérieur du logement. Une liaison frigorifique relie les deux unités, ce qui implique l'intervention d'un professionnel du réfrigérant. La partie hydraulique est protégée à l'intérieur du logement, évitant ainsi les pertes thermiques et les risques de gel par grand froid.

Une PAC air-eau peut également produire de l'eau chaude sanitaire. Dans ce cas, deux options s'offrent à vous :

• Installer une PAC "Duo" qui intègre un ballon d'eau chaude.

• Ajouter un ballon déporté, plus simple à piloter qu'un ballon intégré, ce qui permet de réaliser davantage d'économies sur la consommation électrique.

Chez Ensol, nous nous rendons à votre adresse afin de nous familiariser avec les caractéristiques de votre maison et de vos besoins avant de vous proposer la configuration la plus adaptée.

Pour une PAC air-air, on parle plutôt d'une configuration monosplit ou multisplit.

Une PAC monosplit est composée d'une unité extérieure qui capte la chaleur et d'une seule unité intérieure soufflante chargée de transmettre la chaleur à l'intérieur du logement. Une PAC multisplit est composée d'une unité extérieure reliée à plusieurs unités intérieures réparties intelligemment dans les différentes pièces de la maison.

Les unités intérieures (consoles murales, cassettes ou gaines encastrables) font office d'émetteurs de chaleur. Il est important d'ajuster leur puissance et leur nombre afin de chauffer le logement de manière homogène. Une mauvaise répartition peut créer des zones froides qui obligent les occupants à utiliser des radiateurs d'appoint énergivores.

Le fonctionnement d'une PAC air-air a la particularité de pouvoir s'inverser afin de rafraîchir un logement plutôt que de le chauffer, d'où l'appellation de climatisation réversible. Cette fonctionnalité est particulièrement appréciée dans le Sud de la France, ou de manière générale dans les régions où les étés sont chauds.

Chez Ensol, nous dimensionnons avec précision votre installation afin de vous garantir un confort thermique optimal toute l'année.

Il paraît étonnant qu'une pompe à chaleur soit capable de produire de la chaleur alors que la température extérieure est négative.

Pour les PAC aérothermiques, le secret réside dans les propriétés du liquide frigorigène qui circule dans la PAC : le point d'ébullition des réfrigérants couramment utilisés se situe entre -57°C et -12°C. Ainsi, même s'il fait -15°C dehors, le liquide frigorigène peut passer à l'état de vapeur puis atteindre une température élevée grâce à sa compression (l'étape 2 du cycle thermodynamique).

En ce qui concerne les PAC géothermiques, elles restent performantes en hiver pour une raison simple : la température du sol ou d'une nappe phréatique est stable toute l'année (aux alentours de 10 à 14°C selon la région). C'est précisément pour cette raison que ce type de pompe à chaleur est particulièrement performant en toute saison.

La puissance d'une PAC, exprimée en kilowatts (kW), désigne la quantité de chaleur qu'elle produit. Contrairement à une chaudière, la puissance d'une PAC varie selon la température extérieure. On parle de "puissance nominale", souvent mesurée à +7°C, et de "puissance utile" par grand froid. Plus votre logement est grand et plus la température extérieure est basse, plus la PAC a besoin de puissance pour assurer le confort thermique.

Le Coefficient de Performance (COP) est le rapport entre l'énergie thermique restituée et l'énergie électrique consommée par le compresseur. Par exemple, un COP de 4 signifie que pour 1 kWh d'électricité payé, la PAC produit 4 kWh de chaleur. Le COP détermine directement le montant de votre facture : plus il est élevé, plus la part d'énergie gratuite puisée dans l'environnement est importante.

Cependant, le COP est un indicateur mesuré en laboratoire, à une température fixe (généralement +7°C). Plus la température extérieure baisse, moins l'air contient de calories et plus le compresseur travaille pour extraire la chaleur restante. Par conséquent, à -7°C ou -15°C, le COP se dégrade car la consommation électrique du compresseur augmente pour restituer la même quantité de chaleur.

Le SCOP (Seasonal Coefficient of Performance) offre une image plus fidèle du rendement d'une pompe à chaleur. C'est un indicateur de performance saisonnière qui calcule le rendement moyen de la PAC sur toute une saison de chauffe, en intégrant les variations climatiques et les cycles de dégivrage.

Une PAC avec un excellent COP peut néanmoins devenir un gouffre financier si elle n'est pas assez puissante et qu'elle atteint trop vite son "point de bivalence" : la température à laquelle le dispositif de chauffage électrique de secours (ou la chaudière dans le cas d’une PAC hybride) prend le relais.

A l’inverse, un PAC trop puissante risque de s’user rapidement en réalisant des cycles courts (démarrage et arrêts fréquents). Le dimensionnement d’une PAC a une grande influence sur son bon fonctionnement dans les prochaines années.

Faites appel à Ensol pour bénéficier d’un accompagnement sur-mesure qui permet de sélectionner la PAC la plus adaptée à votre logement et à votre budget.