Le fonctionnement des pompes à chaleur : explications
Face à la hausse du montant des factures d’énergie et pour répondre aux enjeux environnementaux, de plus en plus de foyers se lancent dans un tour d’horizon des différents types de chauffage, pour trouver des solutions à la fois économiques et respectueuses de l’environnement. Parmi ces options, la pompe à chaleur (PAC) se distingue par son efficacité et son faible impact environnemental. Mais comment fonctionne-t-elle exactement ? Quels sont ses avantages ? Quid des différentes variantes que vous pouvez trouver sur le marché ? Alors, découvrez tout ce que vous devez savoir sur cette solution de chauffage performant et écoresponsable !
Sommaire
Qu'est-ce qu'une pompe à chaleur ?
Une pompe à chaleur – ou PAC – est un dispositif de chauffage performant, qui utilise l’énergie issue d’une source naturelle – l’air, de l’eau ou encore l’énergie du sol – afin de restituer sous forme de chaleur ou de fraîcheur à l’intérieur d’un logement¹.
Cet appareil se distingue des autres modes de chauffage traditionnel par son impact environnemental xxs². Eh oui, en mobilisant une source de chaleur renouvelable, la PAC limite de fait votre consommation de combustibles fossiles. Du même coup, ce dispositif permet de réduire les factures de chauffage de votre foyer !
Les pompes à chaleur sont par ailleurs polyvalentes : elles peuvent être installées en complément d’une installation existante ou comme dispositif de chauffage principal.
Quel est le principe de fonctionnement des pompes à chaleur ?
Une PAC fonctionne en captant les calories présentes dans l’air, dans l’eau ou dans le sol, pour les transformer en chaleur, afin de chauffer un logement ou de produire de l’eau chaude sanitaire. Pour cela, elle extrait la chaleur d’une source extérieure – air, eau ou sol -, et la compresse pour augmenter sa température. Cette chaleur est par la suite diffusée dans le système de chauffage du logement, via des radiateurs ou un plancher chauffant.
Quels sont les types de pompe à chaleur et leurs différences de fonctionnement ?
Le fonctionnement d'une PAC air-air
Le fonctionnement d’une PAC air-air est aussi simple qu’efficace. La pompe à chaleur air-air transforme la chaleur issue des calories présentes dans l’air extérieur pour la restituer à l’intérieur, via des consoles murales, appelées également ventilo-convecteurs.
En été, et en mode climatisation, cette PAC fonctionne en sens inverse en produisant non plus du chaud, mais du froid. Grosso modo , la PAC air-air est une solution polyvalente !
Le fonctionnement d'une PAC air-eau
Une pompe à chaleur (PAC) air-eau fonctionne également en captant les calories présentes dans l’air extérieur pour les transformateurs en chaleur et les diffuseurs dans un circuit de chauffage central. Son principe repose sur un cycle thermodynamique en quatre étapes :
- La capture de la chaleur : l’unité extérieure de la PAC contient un évaporateur qui absorbe la chaleur de l’air ambiant. Cette énergie est transmise à un fluide frigorigène, qui s’évapore sous l’effet de la chaleur.
- La compression : le fluide – sous forme gazeuse – est aspiré par un compresseur, qui augmente sa pression et sa température. Cette étape élève le niveau de chaleur utilisable pour chauffer l’eau du circuit de chauffage.
- La condensation : le fluide chaud circule dans un échangeur thermique – ou condenseur – où il transfère la chaleur à l’eau du circuit de chauffage (radiateurs, plancher chauffant, ballon d’eau chaude sanitaire). En perdant sa chaleur, le fluide redevient liquide.
- La détente : l e fluide passe ensuite par un détendeur, qui abaisse sa pression et sa température avant qu’il ne retourne vers l’évaporateur pour recommencer le cycle.
Le fonctionnement d'une PAC Eau-eau
Ce type de pompe fonctionne en utilisant l’énergie thermique contenue dans l’eau souterraine, comme celle présente dans la nappe phréatique, pour chauffer un logement. Elle suit également un cycle thermodynamique en quatre étapes, mais avec un système d’échange thermique différent de celui des PAC air-eau ou air-air. Voici comment elle fonctionne :
- La capture de la chaleur : l’unité extérieure de la PAC est reliée à un capteur géothermique qui puise l’énergie thermique présente dans l’eau souterraine. L’eau circule dans un circuit fermé, passe par un échangeur thermique – évaporateur – où elle transmet sa chaleur au fluide frigorigène.
- La compression : le fluide frigorigène, qui a absorbant la chaleur de l’eau, est aspiré par un compresseur qui augmente sa pression et sa température. Cela permet au fluide d’atteindre une température suffisamment élevée pour chauffer l’eau du circuit de chauffage central, par exemple.
- La condensation : le fluide chaud est ensuite dirigé vers un autre échangeur thermique – condenseur – relié à un circuit d’eau installé à l’intérieur du logement. Là, il cède sa chaleur à l’eau qui alimente les appareils de chauffage comme les radiateurs ou les planchers chauffants. En perdant sa chaleur, le fluide frigorigène se refroidit et redevient liquide.
- La détente : le fluide refroidi passe par un détendeur, qui abaisse sa pression et sa température avant qu’il ne retourne à l’échangeur extérieur pour recommencer le cycle.
Les eaux-eau PAC sont particulièrement efficaces car l’eau souterraine reste à une température relativement stable tout au long de l’année, ce qui permet un rendement élevé.
Ce type de pompe à chaleur peut être utilisé pour le chauffage et la production d’eau chaude sanitaire. Cependant, elles exigeaient une installation plus complexe et un accès à une source d’eau adéquate.
Le fonctionnement d'une PAC Géothermique
Les pompes à chaleur géothermiques captent la chaleur du sol pour la redistribuer dans le circuit de chauffage. Elles utilisent un caloporteur fluide circulant dans un réseau de capteurs enterrés en profondeur. Selon la configuration du terrain, on distingue deux types de captage :
- Captage horizontal : les capteurs sont enfouis à faible profondeur (environ 1 mètre).
- Captage vertical : un fourrage profond est réalisé pour capter la chaleur en profondeur, ce qui permet une meilleure stabilité thermique.
Ce type de PAC est particulièrement efficace pour le chauffage central, notamment avec des planchers chauffants qui offrent une répartition de chaleur homogène et un confort optimal. Son impact environnemental est réduit, car elle exploite une source de chaleur renouvelable et stable, minimisant ainsi le recours aux combustibles fossiles.
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Sans engagement !Les avantages d'une pompe à chaleur
Les pompes à chaleur offrent de nombreux avantages, tant sur le plan économique qu’écologique.
D’abord, elles permettent de réaliser des économies d’énergie significatives en exploitant les calories présentes dans l’air, dans l’eau ou le sol pour chauffer ou rafraîchir un logement. Comparé à des systèmes de chauffage traditionnels, on estime qu’une PAC permet de réaliser entre 30 et 40 % d’économies d’énergie³.
Aussi, elles affichent un rendement élevé, exprimé par le coefficient de performance (COP).
Le COP, qu’est-ce que c’est ?
Il s’agit du rapport entre l’énergie consommée par une PAC et l’énergie qu’elle produit. Une PAC « classique » affiche un COP de 3, ce qui signifie qu’elle produit 3 kWh de chaleur pour seulement 1 kWh d’électricité. Ohm Energie s’engage pour le développement des énergies renouvelables et le soutien des producteurs d’électricité verte en France. Lorsque vous souscrivez à une offre Ohm Energie, vous avez toujours la possibilité de choisir entre une électricité grise ou une électricité verte ! Découvrez nos engagements !
Autre intérêt et non des moindres : elles réduisent l’empreinte carbone des habitations en utilisant une source d’énergie renouvelable. Une étude de l’Ademe démontre qu’une PAC peut réduire l’empreinte carbone d’un logement de près de 60% en comparaison avec un chauffage au fioul (5).
Cerise sur le gâteau, leur installation ouvre droit à diverses aides financières, comme MaPrimeRénov’ pour la pompe à chaleur air-eau (6). Vous pouvez également bénéficier d’aides locales si votre région ou votre département les ont mises en place. Autant de coups de pouce bienvenus pour réduire le prix d’une pompe à chaleur .
Quelle est la durée de vie d'une PAC ?
La durée de vie d’une pompe à chaleur dépend de son entretien annuel, de son mode de fonctionnement et des conditions climatiques.
En moyenne, une PAC bien entretenue peut durer entre 15 et 20 ans (7). Le fluide caloporteur, l’échangeur de chaleur et les composants du cycle thermodynamique doivent être contrôlés régulièrement pour assurer un fonctionnement optimal, et prolonger la durée de vie de l’appareil.
Le mode de fonctionnement d’une PAC influence aussi sa longévité. Une PAC en fonctionnement monovalent – c’est-à-dire uniquement pour le chauffage en hiver par exemple – sollicite davantage ses composants, tandis qu’une PAC hybride ou couplée à un chauffage traditionnel peut voir sa durée de vie prolongée.
Ainsi, un entretien rigoureux assure la longévité de votre PAC, un chauffage performant en hiver et un rafraîchissement de qualité en hiver.
Pour résumer
La pompe à chaleur est une solution de chauffage efficace, économique et respectueuse de l’environnement. Elle s’adapte aussi bien aux maisons anciennes dans une optique de rénovation énergétique de votre logement , qu’aux maisons neuves.
Il existe plusieurs types de pompes à chaleur adaptées à différents besoins et conditions climatiques. En imaginant une PAC, vous pouvez réaliser d’importantes économies sur vos factures de chauffage tout en précisant votre impact environnemental.
FAQ – Tout savoir sur les pompes à chaleur
Quelle est la source de chaleur utilisée par une PAC ?
Une pompe à chaleur peut puiser son énergie dans différentes sources de chaleur naturelle et renouvelable. Sur distinguer :
- L’air extérieur : utilisé par les PAC air-air et air-eau, il constitue une source chaude disponible en abondance, mais dont la température peut varier selon les conditions climatiques.
- L’eau souterraine : exploitée par les eau-eau PAC, elle offre une chaleur stable tout au long de l’année, garantissant un chauffage performant.
- Le sol : les PAC géothermiques extraient la chaleur du sol par captage horizontal ou captage vertical, assurant un chauffage efficace même en hiver.
Quelle est la source de chaleur utilisée par une PAC ?
On distingue plusieurs types de PAC en fonction du mode de fonctionnement et de la distribution de chaleur :
- La PAC air-air : elle capte la chaleur ambiante extérieure et la restitue via des consoles murales, sans nécessiter obligatoirement d’installation de chauffage central.
- La PAC air-eau : elle alimente un circuit de chauffage composé de radiateurs traditionnels ou de planchers chauffants, tout en permettant une inversion de cycle pour assurer une fonction de refroidissement en été.
- La PAC eau-eau : en puisant l’énergie issue des nappes phréatiques, elle garantit un chauffage optimal et une excellente performance annuelle.
Comment fonctionne le transfert de chaleur ?
Le transfert de chaleur repose sur un cycle thermodynamique. Ce processus repose sur un fluide caloporteur circulant dans un circuit de chauffage et passant par différentes étapes :
- Évaporation : le fluide capte la chaleur extérieure et se transforme en gaz.
- Compression : un compresseur augmente la pression et la température du fluide.
- Condensation : la chaleur est restituée à l’habitation via un échangeur de chaleur.
- Détente : le fluide retrouve son état initial et le cycle frigorifique recommence.
Certaines PAC fonctionnant en mode réversible, permettant de rafraîchir un logement en été en inversant le sens inverse du cycle thermodynamique.
Quel est l’impact environnemental d’une PAC ?
Comparée aux dispositifs de chauffage utilisant des combustibles fossiles (fioul, gaz), la pompe à chaleur présente un impact environnemental bien moindre. En exploitant une source de chaleur renouvelable, elle réduit significativement les émissions de CO₂ et la consommation d’énergie. De plus, les technologies avancées permettent d’améliorer le coefficient de performance (COP) des PAC, optimisant ainsi leur efficacité énergétique.
Pour encore plus d’économies et de respect de l’environnement, une PAC peut être combinée avec un chauffage traditionnel, créant ainsi une solution de chauffage hybride adaptée aux besoins du foyer.
Quel est l’impact environnemental d’une PAC ?
Oui, une PAC est un appareil fiable qui assure un chauffage efficace sur le long terme. Sa durée de vie moyenne est de 15 à 20 ans, à condition de respecter un entretien annuel. Cet entretien comprend :
- La vérification du fluide caloporteur et du cycle thermodynamique.
- Le contrôle du bilan thermique et de la performance annuelle.
- L’inspection des composants, notamment le compresseur, l’échangeur de chaleur et le circuit hydraulique.
Un bon entretien garantit de bénéficier d’une haute qualité de chaleur ambiante, d’une installation de chauffage durable, ce qui réduit par ailleurs les pannes et fait diminuer vos factures de chauffage. Des aides locales peuvent également être disponibles pour faciliter l’installation de pompe et son entretien.
Grâce à ces nombreux atouts, la PAC représente une solution polyvalente , un mode de chauffage performant. Les PAC réversibles permettent en plus de rafraîchir un logement tout en maîtrisant sa consommation énergétique. Et pour maîtriser un peu plus encore votre consommation, pourquoi ne pas opter pour un thermostat connecté ?
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Sources
1. AFPAC – La pompe à chaleur
2. L’Énergie Tout Compris – Pompe à chaleur : quels avantages écologiques ?
3. L’Énergie Tout Compris – Pompe à chaleur : quels avantages écologiques ?
4. Viessmann – Pompes à chaleur : quelles différences entre COP nominal et saisonnier ?
5. TucoÉnergie – Environ une tonne en moins dans votre empreinte carbone grâce à la pompe à chaleur
6. Économie.gouv – MaPrimeRénov’ : la prime de transition énergétique
7. Atlantic – Durée de vie d’une pompe à chaleur : quand la remplacer ?
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