Pour optimiser l’économie d’énergie et être en faveur de la protection environnementale, de nombreuses personnes se ruent vers les pompes à chaleur. Ce système de chauffage fonctionne de manière différente : elle prélève les calories dans l’environnement ambiant pour les transformer en énergie thermique. Celle-ci est ensuite utilisée pour réchauffer l’intérieur de l’habitation.
Ce processus de transformation est constitué de plusieurs étapes afin de garantir un confort thermique optimal pour le foyer. D’où la nécessité de comprendre les principes de fonctionnement des pompes à chaleur. Cela vous permet également de déterminer quel type de pompe est le plus adapté à vos besoins.
Principe de fonctionnement de base
Le fonctionnement de base des pompes à chaleur est le même. De légères différences se situent au niveau du type de calorie traité et transformé. En principe, le fonctionnement d’une pompe à chaleur s’effectue en quatre étapes :
1. Extraction des calories dans l’environnement ambiant : la source contenant les calories peut être l’eau, l’air ou le sol. Cette première étape est effectuée par l’évaporateur. Il va puiser les calories et les transmet directement au liquide caloporteur ;
2. Transformation : le liquide va être transformé en gaz chaud grâce au compresseur. C’est à partir de cette phase que la pompe va initialement créer une nouvelle énergie thermique ;
3. Une fois dans le condensateur et à la puissance de celui-ci, le gaz chaud retrouvera sa forme originelle ;
4. Pour la dernière phase, le détenteur baissera petit à petit la température. Le fluide frigorigène retrouve ensuite son niveau de départ et le processus de transformation peut reprendre.
La production de chaleur n’est possible que grâce au changement d’état du liquide/gaz frigorigène. La chaleur thermique obtenue est ensuite diffusée dans l’habitation.Pour que l’ensemble de processus fonctionne sans encombre, l’habitation doit s’équiper d’une unité extérieure chargée de récolter les calories. La transformation se poursuit avec l’unité intérieure, pour que l’énergie soit diffusée à travers les émetteurs, lesquels les distribueront dans toute la maison.
La pompe à chaleur est à fonction thermodynamique. Cela permet à l’installation de fournir au foyer (selon le type de PAC) :
- De la chaleur durant les périodes hivernales grâce à la transformation des calories extérieures en énergies thermiques ;
- L’eau chaude pour les sanitaires grâce à la présence de ballons d’eau. La performance est mesurée selon l’installation, la vétusté de l’habitation et de la source de calories exploitées ;
- Le froid et le rafraîchissement avec un kit adapté. Durant les périodes estivales, la température intérieure de l’habitation peut baisser jusqu’à 5°C.
Modes de fonctionnement des différentes pompes à chaleur
Les modes de fonctionnement varient en fonction du type de pompes à chaleur, de la source utilisée et du processus de distribution. Cela permet d’évaluer l’efficacité de chaque installation en déterminant à quel type de besoin, elle répond.
| Type de pompe à chaleur | Source d’énergie pour capter les calories | Mode de fonctionnement et de distribution |
| Pompe à chaleur air-air ou aérothermique | Air ambiant extérieur | L’unité extérieure va transférer ces calories vers l’unité intérieure, laquelle les transformera en énergie. Cette énergie sera transmise aux émetteurs qui les diffusent dans le reste de la maison. La particularité de cette pompe à chaleur réside dans le fait que le transfert de calorie ne passe pas par un circuit de chauffage central. |
| Pompe à chaleur air-eau | Air ambiant extérieur | Pour ce type de pompe, la distribution s’effectue via un circuit hydraulique. La maison sera équipée d’un :
• Plancher chauffant ; • Radiateur ; • Ou ventilo-convecteur. Cette installation permet de fournir de l’eau chaude aux installations sanitaires. |
| Pompe à chaleur eau-eau | Eau contenue dans les nappes phréatiques, cours d’eau, puits, étendue d’eau. | Il fonctionne de la même manière qu’une pompe air-eau et air-air selon les besoins de la maison : nécessité d’alimenter les sanitaires ou non. |
| Pompe à chaleur géothermique | Calories extraites du sol ou de l’eau | Le mode de fonctionnement diffère en fonction du type de pompe à chaleur géothermique :
• PAC sol-sol : on utilise un liquide frigorigène pour capter les calories contenues dans le sol. Ces calories sont transférées dans le circuit de chauffage pour enclencher le processus de transformation ; • PAC eau glycolée-eau : c’est l’eau glycolée qui va transporter la chaleur jusqu’au circuit de chauffage ; • PAC sol-eau : les calories sont directement transférées dans la pompe et transformées en suivant le processus de base. Les PAC géothermiques, à la différence des autres PAC, utilisent des capteurs enterrés pour extraire les calories ; • Vous pouvez ainsi installer des capteurs horizontaux au sol, enterrés à une profondeur de 0,6 m à 1m30 du sol. Ce type de capteur est idéal pour les terrains habitables spacieux ; • Ou choisir des capteurs verticaux enfouis jusqu’à 100 mètres. Ceux-ci sont plus efficaces, car les capteurs sont à l’abri des variations de température, mais reviennent plus onéreux. |
Les types de construction
La construction a une influence notable sur le fonctionnement du système de pompe à chaleur. Pour l’installation, vous pouvez rencontrer la construction de type split et monobloc. Pour les installations monoblocs, tous les composants qui permettent au système de fonctionner sont réunis en une seule unité. Dans ce cas, vous remarquez que l’appareil est présenté de manière simple : une unité extérieure et un bloc intérieur. Ce type de construction simplifie le processus de transformation, mais le risque est la congélation des conduites, car elles sont longues. Vous devez ainsi trouver une alternative contre le gel.
Pour la construction de type split, l’installation est flexible parce que les composants peuvent être disposés de diverses manières. Avec cette installation, le système est évolutif avec la possibilité de fournir une certaine puissance.
Fonctionnement monovalent et bivalent
Outre les modes de fonctionnement attribués à chaque type de PAC, ce chauffage dispose de deux autres modes de fonctionnement : monovalent et ambivalent. En fonctionnement monovalent, la PAC représente la seule source de chaleur utilisée pour l’habitation. Ce mode de fonctionnement est privilégié si le bâtiment ou habitation dispose déjà d’énergie thermique optimisée. Dans ce cas, la PAC sera efficace et n’aura à fournir qu’une basse quantité d’énergie pour combler le manque.
Le cas est différent en fonctionnement bivalent. La pompe à chaleur fonctionnera en parallèle avec d’autres installations de chauffage. Ce mode de fonctionnement est à privilégier pour les anciennes habitations à optimisation thermique insuffisante. Dans ce cas, les demandes en température sont élevées. À ce stade, la PAC ne suffit pas, même avec une performance assez élevée. Nous devons la combiner avec d’autres techniques de chauffage : à gaz, avec du fioul, du bois, etc. Tous les systèmes complémentaires peuvent être utilisés.
Inversement du processus de fonctionnement pour le refroidissement
La pompe à chaleur peut inverser son processus de fonctionnement. Cet appareil de chaleur peut refroidir l’intérieur d’une maison en été. Vous devez vous assurer toutefois que ce soit une PAC réversible à processus thermodynamique à fonctionnement à l’inverse. Le processus est simple : la pompe à chaleur va extraire la chaleur à l’intérieur de l’habitation et la rejette à l’extérieur. Cela s’effectue par le même circuit emprunté par les calories de départ. Deux cas peuvent se présenter :
• Processus de refroidissement actif avec l’ajout d’un courant supplémentaire permettant à ce que le compresseur fonctionne de manière réversible. Avec cette manipulation, le résultat est effectif et la capacité de refroidissement est assurée même durant les périodes caniculaires. Ce processus n’est possible qu’avec une PAC air-air ;
• Le processus de refroidissement passif est possible seulement avec une PAC eau-eau ou glycol-eau. Le rendement est moindre, car l’économie en énergie est plus élevée.