Fonctionnement d’une pompe à chaleur : explication simple et détaillée

Si le fonctionnement d’une pompe à chaleur vous intrigue, on vous explique le pourquoi du comment.

En quoi consiste au juste une pompe à chaleur ?

La pompe à chaleur ou PAC repose sur un système à la fois thermodynamique et cyclique, simple, mais efficace.

 

Avant d’installer un système de chauffage, il faut considérer le coût de pose, mais également l’efficacité du système et son coût sur le long terme. En effet, en règle générale, les chauffages électriques et les anciennes chaudières font grimper les factures en consommant énormément d’électricité. On s’interroge souvent: une pompe à chaleur, c’est quoi au juste? La pompe à chaleur représente une solution optimale qui assure un confort thermique à moindre tarif, puisque l’énergie produite est toujours supérieure à l’énergie consommée.

D’ailleurs, vous serez en mesure de diviser votre facture énergétique par 3.  Ceci est possible grâce au système thermodynamique du PAC qui absorbe la chaleur dans le milieu environnant et le transforme en énergie pour assurer votre confort thermique.

Fonctionnement d'une pompe à chaleur

 

Sommaire

 

I. Les composants nécessaires au bon déroulement du cycle thermodynamique

Afin de comprendre le fonctionnement de la pompe à chaleur, il faut d’abord s’attarder sur les différents constituants qui le composent. Généralement, nous retrouvons toujours ces cinq éléments :

  • Un évaporateur : il transforme le fluide frigorigène en vapeur
  • Compresseur : il sert à augmenter la chaleur et la pression du gaz
  • Un condenseur : permet de restituer la chaleur, un moteur électrique l’alimente
  • Détenteur : il fait diminuer la température du gaz et également la pression
  • Le réfrigérant : il traverse en boucle le circuit fermé

 

II. Pompe à chaleur : comment ça fonctionne ?

Maintenant que nous avons tous les éléments nécessaires, nous pouvons expliquer en plus amples détails le système PAC. La pompe à chaleur repose sur un fonctionnement simple et efficace qu’on peut résumer en quatre étapes essentielles :

  1. Nous avons d’abord la première étape qui se déroule au sein de l’évaporateur. Le fluide frigorigène qui se trouve dans un état liquide absorbe les calories de l’environnement extérieur, faisant ainsi grimper les températures intérieures. Sous l’effet de la chaleur, le fluide frigorigène est transformé en un gaz qui s’évapore.
  2. La deuxième étape dépend du compresseur. Ce dernier sert à aspirer et à compresser le fluide frigorigène, comme son nom l’indique. Lors de cette phase, le gaz chaud est maintenu sous haute pression.
  3. C’est maintenant l’étape où le condenseur intervient. Un deuxième échangeur de chaleur permet de retirer la chaleur du gaz et de la transférer vers un accumulateur de chaleur, à partir duquel se déroule la diffusion à travers les circuits de distribution dans les locaux. À cause du refroidissement encouru, le fluide frigorigène retrouve sa forme liquide.
  4. La dernière étape du mécanisme est attribuée au détenteur. Il fait chuter la pression du fluide frigorigène qui se refroidit et retrouve sa température d’origine. Le cycle se termine ici avant que le liquide repasse à nouveau dans l’évaporateur et un nouveau cycle thermodynamique recommence.

 

III. Les différents PAC

Selon le mode de fonctionnement extérieur, il existe plusieurs types de pompes à chaleur. Nous avons d’abord les pompes à chaleur géothermiques qui puisent les calories dans le sol. Ensuite, il y a le PAC aérothermique qui absorbe les calories présentes dans l’air. Le modèle hydrothermique absorbe les calories dans l’eau. Elles sont plus communément connues sous les appellations suivantes :

  • Pompe à chaleur au sol : l’énergie thermique est absorbée du sol (la terre) et transférée vers le logement via un circuit de chauffage.
  • Pompe à chaleur air-air ou climatiseur réversible : l’énergie thermique est absorbée à partir de l’air extérieur, elle est ensuite diffusée dans le logement grâce à des ventilo-convecteurs
  • La pompe à chaleur eau-eau : la chaleur est puisée dans une source d’eau proche de l’habitation, comme les lacs, les rivières ou la nappe phréatique. Attention, dans ce dernier cas, il faut parfois effectuer des forages assez coûteux et très règlementés.

 

III.1. La pompe à chaleur air-air

La pompe à chaleur air-air ou le climatiseur réversible soutire la chaleur grâce à des unités murales ou à des consoles. L’été, elle permet de rafraîchir l’air. En période de froid, elle joue le rôle d’un chauffage.

Pour fonctionner, le climatiseur nécessite un espace extérieur adéquat à la pose, proportionnellement au logement. Si ce dernier est petit, un balcon suffit. Néanmoins, plus le logement est grand, plus la taille de la pompe à chaleur est importante. Avant l’installation, il faut s’assurer que le logement dispose d’une place pour le circuit liquide caloporteur et les ventilo-convecteurs.

 

III.2. La pompe à chaleur air-eau

Le fonctionnement est semblable à la climatisation réversible, sauf que l’énergie thermique n’est pas transférée directement dans l’air. Elle est véhiculée dans l’eau du chauffage, à basse température, à travers des radiateurs, des ventilo-convecteurs ou un plancher chauffant. Par ailleurs, en la connectant à un ballon d’eau chaude, nous obtenons l’eau chaude sanitaire. Ce système permet également de faire chauffer les piscines.

 

III.3. La pompe à chaleur eau-eau

Comme nous l’avons expliqué auparavant, le fonctionnement de ce modèle nécessite de l’eau (une nappe phréatique, lac, etc.). Il ne requiert donc pas un chauffage d’appoint puisque les températures de l’eau restent assez stables tout au long de l’année. Plus adapté aux régions froides, il demeure, du moins, plus onéreux à installer que les pompes air-air.

 

III.4. La pompe à chaleur au sol

Il y a deux modes pour l’installation d’une pompe à chaleur au sol, à savoir :

  • Le mode horizontal : des circuits de capteurs en polyéthylène sont installés sur une grande surface qui peut mesurer une fois et demie la pièce qu’on voudrait chauffer. Même si la profondeur reste minime (approximativement 1 mètre de profondeur), le coût reste assez important, car la surface est large.
  • Le mode vertical : des capteurs verticaux en forme de U sont installés sur une profondeur qui peut atteindre les 80 mètres. Puisqu’il faut creuser assez profondément dans le jardin, poser les tubes en polyéthylène et sceller le tout par du ciment, cette solution est la plus onéreuse des deux.

Faïez MAALOUL

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