Depuis quelques années, la pompe à chaleur a le vent en poupe.
Si ce mode de chauffage est de plus en plus privilégié par les ménages français, notamment grâce à sa haute performance énergétique, son fonctionnement reste parfois méconnu du grand public.
En effet, une pompe à chaleur performante peut vous permettre d’économiser jusqu’à 2 000 kWh par an, en comparaison à un système de chauffage traditionnel.
D’où provient l’énergie ? Comment celle-ci est-elle transformée en chaleur ? Est-elle suffisante pour assurer le chauffage central d’un logement ? Autant de questions que nous allons élucider.
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Principe et fonctionnement d’une pompe à chaleur
Qu'est-ce qu'une pompe à chaleur ?
La pompe à chaleur est un dispositif qui permet de transférer l’énergie thermique d’une source froide vers un lieu à chauffer.
Elle prélève des calories à l’extérieur du logement dans l’air, le sol ou l’eau avant de les restituer sous forme de chaleur au sein de votre habitation. C’est cette caractéristique qui en fait un équipement à énergie renouvelable.
Elle peut être utilisée aussi bien comme système de chauffage (afin de réchauffer l’air ambiant ou l’eau sanitaire) ou de refroidissement (notamment pour la climatisation l’été).
La performance de la pompe à chaleur est identifiée à travers son COP (Coefficient de Performance) : il désigne le ratio entre l’énergie produite et l’énergie utilisée. Plus le COP est élevé, plus la pompe à chaleur aura un meilleur rendement.
Fonctionnement général d'une pompe à chaleur
On peut dire que le fonctionnement d’une pompe à chaleur est composée de 3 cycles :
– La captation de l’énergie thermique
– L’augmentation de la température de cette énergie thermique
– L’utilisation de cette chaleur au sein du logement
Pour ce faire, elle est constituée d’un circuit fermé ou circule un fluide frigorigène qui a la particularité de pouvoir transporter facilement cette chaleur et de changer d’état (liquide ou gazeux) rapidement.
Un fluide frigorigène est un fluide pur ou un mélange de fluides purs dont la principale propriété est de s’évaporer à une faible température lorsqu’il est soumis à une certaine pression.
En passant de l’état liquide à gazeux, le fluide va absorber la chaleur qu’il pourra restituer par la suite.
Celui-ci va alors traverser successivement les différents éléments de la pompe à chaleur :
1 - L'évaporateur
L’évaporateur (située au sein de l’unité extérieure) va d’abord récupérer les calories de la source froide (l’air, l’eau ou le sol) grâce au fluide frigorigène à l’état liquide, avant d’être transformé en vapeur.
Le fluide frigorigène sera toujours plus froid que la température ambiante : ce qui est décisif est l’écart de température entre la source extérieure et le fluide.
2 - Le compresseur
Le fluide devenu gazeux va ensuite être aspiré et passé dans un compresseur qui va augmenter la pression du gaz et donc sa chaleur.
C’est ici que se situe l’unique consommation énergétique d’une pompe à chaleur : à travers l’électricité produite pour faire fonctionner le compresseur.
3 - Le condenseur
Le fluide frigorigène dorénavant réchauffé peut transmettre sa chaleur au logement.
En cédant sa chaleur, le fluide retrouve son état liquide tout en conservant une haute pression.
4 - Le détendeur
Le fluide frigorigène est encore trop chaud pour capter à nouveau la chaleur de l’environnement.
Il doit donc être refroidi afin de pouvoir être ré-utilisé.
Lorsque celui-ci traverse le détendeur, sa pression diminue. Par conséquent sa température chute aussi, ce qui lui permet de pouvoir recommencer un cycle et d’absorber à nouveau la chaleur
Les différents types de pompe à chaleur
Si toutes les pompes à chaleur obéissent au même processus, il existe toutefois des particularités selon le type de pompe à chaleur installé :
Fonctionnement d’une pompe à chaleur aquathermique
Une pompe à chaleur aquathermique puise la chaleur dans l’eau située généralement dans un puit ou une nappe phréatique (à une température comprise entre 7 et 12°C).
Il faudra parfois réaliser un ou plusieurs forages afin d’atteindre la nappe phréatique ainsi que pour ramener l’eau puisée à sa source.
Prix moyen : 10 000 € à 15 000 €
La hauteur du forage est un élément fondamental qui justifiera ou non l’installation . Si celui-ci est trop profond, l’électricité consommée afin de remonter l’eau à la surface serait trop importante ce qui annulerait les bénéfices énergétiques de la pompe à chaleur.
Avantages
- Excellente performance énergétique
- Couvre tous les besoins en chauffage
- 70% d'économie d'énergie en moyenne
- Coûts d'entretien faibles
Inconvénients
- Nécessite un point d'eau à proximité
- Prix d'installation onéreux (à cause du forage)
- Démarches administratives contraignantes
- Compatible uniquement avec un plancher chauffant ou des radiateurs à faibles températures
Fonctionnement d’une pompe à chaleur géothermique
La pompe à chaleur géothermique puise l’énergie du sol grâce à différents capteurs avant de la transmettre au logement.
Il existe 3 types d’installation :
Captage horizontal
La chaleur est récupérée à travers des capteurs horizontaux enterrés à faible profondeur (aux alentours d’un mètre).
Cette technique d’installation nécessite d’avoir un terrain d’une surface supérieure à celle qui sera chauffée.
Prix moyen : 9000 à 14 000€
Captage vertical
Une sonde géothermique est insérée grâce à un forage de 50 à 150 mètres de profondeur.
A défaut d’avoir une grande surface extérieure, cette solution est généralement préconisée pour ceux qui disposent d’un petit terrain.
Prix moyen : 15 000 à 20 000 €
Captage vertical dans une nappe phréatique
L’eau est puisée directement dans la nappe phréatique grâce à des capteurs.
C’est une solution extrêmement pratique pour ceux qui habitent dans des régions froides : en effet l’eau de la nappe phréatique est toujours chaude et ne subit jamais de gel.
Prix moyen : 12 000 à 17 000€
Avantages
- Système de chauffage le plus performant
- Éligible aux aides financières
- Couvre tous les besoins en chauffage
- Coûts d'entretien faibles
Inconvénients
- Nécessite un grand jardin ou un point d'eau à proximité
- Système de chauffage le plus coûteux
- Peu d'entreprises capables de l'installer
- Énergie non renouvelable
Fonctionnement d’une pompe à chaleur aérothermique
Une pompe à chaleur aérothermique utilise l’air extérieur comme source d’énergie qu’elle rediffuse au sein du circuit de chauffage et d’eau chaude ou d’un plancher chauffant.
Il existe deux grandes familles de pompe à chaleur aérothermique :
La pompe à chaleur air-air
L’air qui est puisé à l’extérieur est réchauffé et ensuite diffusé au sein du logement grâce à des ventilo convecteurs (bloc de ventilation).
Si le logement dispose d’une VMC (Ventilation Mécanique Controlée), l’air peut également être capté à l’intérieur de celui-ci.
Certains modèles sont aussi dits réversibles : ils ont la capacité de produire du froid et de rafraichir l’air ambiant en inversant le cycle frigorifique.
Prix : 6000 à 10 000 €
La pompe à chaleur air-eau
Les calories captées dans l’air extérieur sont chauffées puis injectées dans l’eau du système de chauffage ou de production d’eau chaude sanitaire.
Elle peut également s’utiliser avec un plancher chauffant hydraulique.
C’est le type de pompe à chaleur le plus installé.
Prix moyen : 8000 € à 16 000 €
Il existe deux types principaux de pompes à chaleur air-eau : basse température et haute température.
Basse température
La pompe à chaleur air-eau basse température est idéale pour les systèmes de chauffage à basse température, comme le chauffage au sol (i.e : plancher chauffant). Elle fonctionne de manière optimale quand la différence de température entre l’air extérieur et l’eau du système est moindre, rendant son fonctionnement plus économique.
Haute température
D’un autre côté, la pompe à chaleur air-eau haute température est conçue pour fournir de l’eau chaude à des températures plus élevées. Elle est généralement privilégiée pour les radiateurs traditionnels qui nécessitent une eau à haute température pour fonctionner efficacement.
Avantages
- Faible consommation d'énergie
- Éligible aux aides financières
- Énergie 100% renouvelable
- Confort et facilité d'utilisation
Inconvénients
- Inadapté aux milieux trop froids
- Certains modèles peuvent être un peu plus bruyants que d'autres
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