Fonctionnement d'une pompe à chaleur

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Pour saisir tous les avantages que présente une pompe à chaleur, ses limites et ses contraintes d'entretien, encore faut-il en comprendre le fonctionnement.

Principes de fonctionnement pompe à chaleur

Le fonctionnement pompe à chaleur est basé sur les transferts thermiques entre un liquide caloporteur et un milieu environnant. Le fluide dit « frigorigène » possède la propriété de changer d'état en fonction de sa pression :

  • Il devient gazeux, quand sa pression augmente.
  • Il se condense, donc devient liquide, quand elle baisse.
  • Son point d’ébullition se situe à -5°C.

Ainsi, la pompe à chaleur capte les calories présentes naturellement dans l'environnement (air, sol ou eau), élève le niveau de chaleur et la diffuse ensuite dans la maison. Elle est constituée d’un évaporateur, d’un compresseur, d’un condenseur, d’un détendeur.

Bon à savoir : le décret n° 2020-912 du 28 juillet 2020 crée une obligation d’entretien des climatiseurs dont la puissance est comprise entre 4 et 70 kW, au moins tous les deux ans (article R. 224-44-3 du Code de l’environnement). Pour les systèmes déjà installés au 1er juillet 2020, le premier entretien devra être effectué au plus tard le 1er juillet 2022.

Explications du fonctionnement d'une PAC

1. Au sein de l'évaporateur

La chaleur prélevée du milieu naturel, source d’énergie renouvelable, appelée source froide, est transmise au fluide frigorigène alors à l'état liquide. La température du fluide augmente, il se transforme alors en vapeur (comme de l'eau bout lorsqu'elle est portée à température élevée).

2. Au sein du compresseur

Le gaz est aspiré par le compresseur puis comprimé sous haute pression. Cette opération a pour effet d'échauffer le gaz qui atteint alors une température de 90°C.

3. Au sein du condenseur

Le gaz à 90°C cède une partie de sa chaleur au condenseur, qui les restitue à la source chaude (la source où sont injectées les calories), la plupart du temps un circuit de chauffage. En conséquence, la température du gaz diminue jusqu’à environ 45°C. Le gaz se condense et redevient donc liquide.

4. Au sein du détendeur

Le détendeur crée un environnement sous basse pression. Cette chute de pression provoque une baisse de température du liquide frigorigène (-20°C).

5. Retour à la case départ : au sein de l'évaporateur

Le liquide sous basse température entre en contact avec la source froide, plus chaude malgré tout que le liquide. Le liquide chauffe alors jusqu'à ébullition, avant d’être aspiré de nouveau par le compresseur.

Fonctionnement d'une PAC selon son type

Les températures annoncées le sont à titre d'exemples. Elles varient en fonction du fluide utilisé et des performances globales de la pompe à chaleur. On distingue plusieurs types de pompe à chaleur, selon le milieu dans lequel elle puise les calories :

  • une pompe à chaleur dite aérothermique utilise les calories présentes dans l’air extérieur ;
  • une pompe à chaleur dite géothermique utilise les calories présentes dans les profondeurs du sol ou dans les nappes phréatiques : elle nécessite un circuit de captage enterré (horizontal pour le sol ou vertical pour les nappes).

Le fonctionnement d'une pompe à chaleur reste toutefois identique en tous points, indépendamment du milieu dont on extrait les calories.

Évitez les PAC à compresseur à piston

Le compresseur est un organe clé de la pompe à chaleur, son efficacité énergétique impacte considérablement le rendement de la pompe à chaleur. Cependant, tous les compresseurs ne se valent pas.

  • Évitez les PAC à compresseur à piston, préférez-leur un compresseur rotatif à un ou deux étages, qui permettent de délivrer une puissance constante, quelle que soit la température de la source froide (air, eau, sol), ce qui évite tout surdimensionnement.
  • Les compresseurs doivent aussi disposer d'un système d'alimentation variable. Il permet un démarrage progressif et évite les arrêts et redémarrages fréquents des modèles traditionnels qui usent prématurément les compresseurs.

À noter : les calories puisées dans l’environnement sont certes gratuites, mais il faut dépenser de l’énergie pour les extraire. Pour récupérer 3 kWh, il faut en moyenne dépenser 1 kWh.

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