Pompe à chaleur

photo d'un arbre inspirant du calme et de la sérénité

Principe de fonctionnement d’une pompe à chaleur

Le principe de fonctionnement d’une pompe à chaleur est identique à celui d’un réfrigérateur, avec pour seule différence c’est que le réfrigérateur extrait la chaleur de son intérieur et la diffuse dans l’environnement pour refroidir, alors que la pompe à chaleur extrait la chaleur de l’environnement pour la diffuser par le système de chauffage à l’intérieur d’une habitation. Le principe physique au cœur des deux appareils est exactement le même, il s’agit du phénomène Joule-Thompson. Ceci signifie que les gaz modifient leur température lors d’une expansion (dilatation) sans apport de travail extérieure.

L’environnement nous offre différentes sources de chaleur qui peuvent être utilisées par une pompe à chaleur : l’air ambiant, la terre et les nappes phréatiques, et plus rarement les eaux de surface comme les lacs ou les rivières. Cette chaleur est disponible gratuitement et en quantité illimitée. Cependant, elle est trop basse pour pouvoir l’utiliser directement pour chauffer des pièces ou préparer de l’eau chaude sanitaire. C’est pourquoi la pompe à chaleur exploite un processus thermodynamique, basé sur le phénomène Joule-Thompson décrit, qui consiste à amener la chaleur environnementale au niveau de la chaleur de chauffage.

Les étapes du circuit frigorifiques

Le fluide frigorigène a un point d’ébullition extrêmement bas et qui passe en boucle par le même processus frigorifique en quatre étapes dans un circuit fermé, joue un rôle central dans le fonctionnement de la pompe à chaleur.

Dans l’évaporateur, la chaleur ambiante est transférée au réfrigérant par un échangeur de chaleur. Ce dernier se vaporise immédiatement sous l’effet de cette chaleur.
Un compresseur actionné par un moteur électrique comprime le réfrigérant gazeux. Au cours de cette compression, le réfrigérant encore sous forme gazeuse chauffe fortement.
Dans le condenseur, la chaleur est retirée du gaz chaud par un autre échangeur de chaleur et transférée vers l’accumulateur de chaleur du système de chauffage à la température de départ souhaitée, d’où elle entre dans le circuit de distribution de chaleur des locaux. Lors de ce refroidissement, le réfrigérant se liquéfie.
Le détendeur retire la pression du liquide, ce qui permet au réfrigérant de se refroidir à nouveau à la température d’origine pour passer dans l’évaporateur.

Le mode de fonctionnement des divers types de pompes à chaleur varie légèrement. La chaleur environnementale pénètre de différentes manières dans le circuit frigorifique, selon la conception de la pompe à chaleur :

Pompe à chaleur EAU/EAU, un circuit de liquide transporte en permanence la chaleur environnementale du sol ou des eaux souterraines (plus rarement aussi d’une eau de surface courante ou stagnante) vers la pompe à chaleur. Le liquide utilisé pour ce faire est principalement composé d’eau enrichie d’un antigel, à savoir du glycol.
Pompe à chaleur AIR/EAU, c’est un ventilateur qui assure l’apport constant de chaleur présent dans l’air ambiant à la pompe à chaleur.

un chalet réchauffé par une pompe à chaleur

Un fonctionnement malgré des températures extérieurs très basses

Parler de chaleur de l’environnement en hiver, peut sembler un peu osé. Néanmoins : Tant que la température de la source de chaleur (air, terre ou eau) est supérieure au point d’ébullition du réfrigérant transportant la chaleur, la chaleur ambiante peut être utilisée efficacement pour le chauffage et la préparation de l’eau chaude sanitaire. Comme le point d’ébullition des réfrigérants couramment utilisés se situe entre -57° et -12 °C, le fonctionnement fiable du chauffage est toujours assuré, même en hiver. Et si l’installation atteint sa limite de fonctionnement de très rare fois par temps extrêmement froid, un dispositif de chauffage électrique de secours, intégré dans un souci de sécurité, prend le relais.

L’efficacité d’une pompe à chaleur en hiver dépend de sa conception : Les variations de température des sources d’énergie de la pompe à chaleur glycol/eau (terre) et de la pompe à chaleur eau/eau (nappe phréatique) sont très faibles par rapport à la pompe à chaleur air/eau. Dans le sol, à partir d’une profondeur de 10 mètres, il y a même une température d’au moins 10°C toute l’année. C’est pourquoi les pompes à chaleur glycol/eau et eau/eau, surtout en hiver, ont généralement un rendement plus élevé que les pompes à chaleur air/eau.

Important

Le contrôle et la maintenance de votre pompe à chaleur est en effet obligatoire, depuis la publication du décret n° 2020-912 du 28 juillet 2020 dicté par le Ministère de la Transition écologique.

Ce décret s’applique à l’ensemble des systèmes thermodynamiques, en fonction de leurs puissances. Il stipule ainsi que l'entretien est désormais obligatoire pour tous les appareils dont la puissance est comprise entre 4 et 70 kW. Par ailleurs, cet entretien doit être réalisé, selon les réglementations en vigueur, « par une personne remplissant les conditions de qualification professionnelle » propres à cette mission.

Ce contrôle obligatoire de la pompe à chaleur est nécessaire pour profiter pleinement de ses avantages. Vous protégez ainsi votre installation de chauffage et améliorez son fonctionnement. Cela augmente la durée de vie de votre équipement pour en profiter plus longtemps. Toute une série de points de contrôle est ainsi dictée par ce décret, les différentes étapes de l’entretien par un professionnel y étant précisées. Le groupe extérieur de la PAC, notamment, nécessite de nombreux contrôles afin d'éviter tout dysfonctionnement.

De plus, un décret rend obligatoire un contrôle annuel d’étanchéité par un professionnel disposant d'une « attestation d'aptitude à la manipulation des fluides frigorigènes catégories I à V », pour tous les équipements contenant plus de 5 Teq de fluide frigorigène.

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