Une pompe à chaleur est un moyen de chauffage à part entière. Le principe de fonctionnement d’une pompe à chaleur est d’extraire de l’énergie à l’extérieur de l’habitation comme le sol d’un jardin, l’air extérieur ou l’eau d’une nappe phréatique pour ensuite l’injecter à l’intérieur au moyen d’un radiateur ou d’un plancher chauffant par exemple.
Histoire de la pompe à chaleur
Contrairement à une idée reçue, le principe de la pompe à chaleur n’est pas si récent, il date de 1834 avec les grandes lois de la thermodynamique. La pompe à chaleur existe depuis le début du 20ème siècle avec un fort développement dans les années 70 et 80 à la suite des chocs pétroliers qui ont émaillé cette période. Les consommateurs cherchaient des alternatives rentables aux chaudières au mazout ou à charbon. Le fioul a augmenté de près de 200% en un an, contre 22% pour l’électricité.
Les pompes à chaleur de cette époque étaient uniquement capables de chauffer et de surcroit, elles ne pouvaient pas fonctionner quand les températures extérieures étaient trop basses. Elles devaient donc être associées à une chaudière au gaz ou au fioul (pompe à chaleur en relève de chaudière).
La nouvelle génération de pompes à chaleur actuelles s’est développée à partir de 1997. Depuis, le développement est rapide même si les chiffres de ventes Français sont très en deçà de ceux de pays comme la Suisse ou la Suède.
Puis le marché a connu une baisse sévère dans les années 80 en raison de performance plus assez rentables face à d’autres systèmes de chauffage devenus plus performants. A partir de 1980, le COP (Coefficient de performance) des pompes à chaleur a progressé de façon constante en passant d’une moyenne de 2 au début des années 80 à 4 de nos jours.
De 12.000 pompes à chaleur installées en France en 2000, elles sont passées à 150.000 en 2014. De nombreuses marques françaises et internationales de pompes à chaleur se disputent le marché en plein développement.
Principe de fonctionnement des pompes à chaleur
La pompe à chaleur utilise l’énergie thermique contenue dans l’air, le sol et l’eau souterraine qui est sans cesse renouvelée grâce au rayonnement solaire. Avec cette énergie renouvelable (et gratuite), la pompe à chaleur permet de se chauffer à un coût très concurrentiel grâce à un très bon rendement : pour 1 kWh d’électricité consommé, on obtient presque 3 kWh de chaleur.
Cette performance est rendue possible grâce aux caractéristiques du fluide frigorigène qui s’écoule entre les capteurs de chaleur situés à l’extérieur du logement et les émetteurs de chaleur situés à l’intérieur. Lorsque ce fluide frigorigène passe de l’état liquide à l’état gazeux, il libère de la chaleur.
Pour être efficace, ce fluide frigorigène doit être porté aux niveaux de pression et température adéquats avec un compresseur électrique et un un ventilateur, d’où la consommation électrique du système. La pompe à chaleur permet également de produire l’eau chaude sanitaire. La pompe à chaleur réversible produit également du froid l’été. Un vrai bijou de technologie et de praticité pour le confort d’une maison donc.
Principales étapes de production de chaleur d’une PAC
La pompe à chaleur se compose de 4 éléments :
– l’évaporateur
– le compresseur
– le condenseur
– le détendeur
Le fluide y circule soit à l’état liquide, soit à l’état gazeux.
Étape 1 : la chaleur prélevée à l’extérieur de la maison est transférée au fluide frigorigène qui se transforme en vapeur.
Étape 2 : le fluide à l’état de vapeur passe dans le compresseur qui élève la température du fluide.
Étape 3 : le fluide transmet sa chaleur à l’eau du circuit de chauffage intérieu
Étape 4 : le détendeur de la pompe fait baisser la pression du fluide qui revient à l’état de vapeur, et ainsi de suite.
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La diversité des modèles
Il existe différents types de pompe à chaleur selon l’environnement dans lequel les calories sont prélevées.
Les pompes à chaleur géothermiques fonctionnent avec les calories prélevées dans le sol ou dans l’eau des nappes souterraines. La chaleur est prélevée avec des tubes enfoncés dans le sol, horizontalement ou verticalement.
Le sol se charge d’énergie et grâce à son inertie, il garde une bonne stabilité thermique. Une partie de l’énergie vient du magma souterrain, mais elle est relativement faible, cette émission est de l’ordre de 0,05 W/m² . La variation de température est d’environ 3°C par 100 mètres mais change selon la composition du sol.
Les pompes à chaleur eau/eau font aussi partie de cette catégorie. Elles nécessitent des forages de 30 à 100 mètres de profondeur. Des travaux soumis à des réglementations strictes pour des raison de sécurité publique.
Les pompes à chaleur aérothermiques prélèvent les calories de l’air pour créer de la chaleur. Leur installation est simple car elle ne nécessite ni tubes à enterrer, ni autorisations spéciales. L’air utilisé par les pompes à chaleur air-air est soit l’air extérieur, soit l’air qui provient de l’intérieur de la maison. Elles doivent toujours être couplées avec un système de chauffage d’appoint qui prend le relais quand la température extérieure descend en dessous de 10°C.
L’énergie contenue dans l’air est facile à extraire, mais les températurent fluctuent de façon très importante d’une jour l’autre. Aux périodes les plus froides quand la température de l’air extérieure approche 0°C et qu’il est chargé d’humidité, une perte de rendement peut apparaitre en raison de formation de givre qui va obstruer l’évaporateur d’où une consommation d’énergie supplémentaire pour le dégivrage.
La faible chaleur de l’air 0,30 Wh/m3.K implique une une grande quantité d’air et une grande surface d’échange pour obtenir un bon échange thermique et donc un puissant ventilateur qui va bien consommer de l’énergie .
Les pompes à chaleur réversibles servent l’été pour rafraîchir une maison. Leur système de fonctionnement est alors inversé : la pompe à chaleur puise les calories présentes dans la maison et rejette la chaleur vers l’extérieur.
Diffusion de la chaleur dans l’habitation
Une pompe à chaleur est toujours reliée à des émetteurs de chaleur pour redistribuer la chaleur qu’elle génère : plancher chauffant, radiateurs basse température (eau entre 45 et 50 °C), ventilo-convecteurs à eau qui filtrent et diffusent l’air des pièces grâce à un ventilateur ou à des ventilo-convecteurs à détente directe qui pulsent l’air réchauffé par le fluide frigorigène.
Pourquoi rencontrent-elles un tel succès ?
De plus en plus de consommateurs se sentent impliqués par la problématique du réchauffement climatique, et voient les pompes à chaleur comme un moyen de protection de l’environnement. De façon plus prosaïque, une pompe à chaleur permet surtout de faire des économies d’énergie. Une pompe à chaleur se rentabilise en moins de 5 ans en moyenne.
Les PAC sont en plus éligibles à un crédit d’impôt de 40 % (sauf pour les pompes à chaleur air/air) ce qui représente une incitation légitime. Leur entretien est relativement simple pour un confort d’utilisation global (qualité de l’air, température et maintenance) de haut niveau.
