Les pompes à chaleur

La pompe à chaleur (PAC)

Fonctionnement

La pompe à chaleur (PAC) est une machine thermodynamique constituée d'un circuit fermé et étanche dans lequel circule un fluide frigorigène à l'état liquide ou gazeux selon les organes qu'il traverse. Ces organes sont au nombre de quatre : l'évaporateur, le compresseur, le condenseur et le détendeur.

Pour simplifier, on peut dire que la pompe à chaleur prélève un peu de chaleur d’une « source froide » (sol du jardin, air environnant, eau d’une nappe, etc…), augmente son niveau de température et la restitue dans votre habitation.

Une pompe à chaleur fonctionne sur le même principe qu'un réfrigérateur, mais à l'envers, le réfrigérateur pompe la chaleur de l’enceinte pour la rejeter à l’extérieur. Contrairement aux autres énergies renouvelables, on ne peut parler de production mais plutôt de dégagement de chaleur car on se sert des différentes phases du liquide frigorigène (processus thermodynamique) pour transférer ces calories à l’habitation.

Une pompe à chaleur est définie par son COP (coefficient de performance) qui quantifie le nombre de kWh de chauffage restitué à l'habitation pour 1 kWh d'électricité consommé. Aujourd'hui une pompe à chaleur peut restituer de 3 à 4 kWh de chaleur pour 1 kWh d’électricité consommé.

Les différents types de pompe à chaleur

On peut regrouper les PAC destinées au chauffage et/ou à la production d’eau chaude sanitaire (ballon thermodynamique) en deux grandes familles :

  • Les PAC géothermiques qui puisent la chaleur dans le sol ou l’eau d’une nappe par l’intermédiaire d’un réseau de capteur ou de forage. Ces capteurs peuvent être enterrés horizontalement ou verticalement.
  • Les PAC aérothermiques qui puisent la chaleur dans l’air ambiant, extérieur ou intérieur du logement.

Les pompes à chaleur géothermique

Le sol absorbe et stocke l’énergie apportée par le soleil et la pluie tout au long de l’année. En surface, la température du sol suit celle de l’atmosphère : froid en hiver, chaud en été. Mais plus on va en profondeur, moins la variation de température est importante sur l’année : à partir d’une certaine profondeur, de l’ordre de 4m, la terre reste en permanence à une température moyenne comprise entre 8 et 12°C.

Un volume de terre à cette température représente une réserve d’énergie importante qui peut être utilisée pour le chauffage. Une machine thermique que l’on appelle pompe à chaleur ou pompe géothermique va puiser cette énergie et élever son niveau de température pour la restituer à l’habitat.

Comment capter la chaleur

Pour puiser la chaleur dans le sol, on fait circuler un fluide caloporteur dans un ensemble de tuyaux nommé capteur. Dans la majorité des cas c'est le captage horizontal qui est utilisé dans notre région, mais on peut aussi envisager un capteur vertical. Le capteur horizontal est enterré à une profondeur variant de 0,6 à 1,2m, pour une surface représentant 1,5 à 2 fois la surface habitable à chauffer : il faut donc une surface de terrain suffisante. Pour un meilleur confort et un meilleur rendement il est recommandé d’utiliser un plancher chauffant comme mode de distribution de chauffage.

À partir de cette configuration, plusieurs technologies existent :

Détente directe :
le fluide frigorigène de la pompe à chaleur circule directement dans le plancher chauffant et le capteur enterré. Ce système est moins cher, son rendement est meilleur, mais il utilise une grosse quantité de fluide frigorigène : il faut s’assurer de l’étanchéité du circuit.
Fluides intermédiaires :
le fluide frigorigène passe par deux échangeurs thermiques où il échange sa chaleur avec deux circuits hydrauliques : c’est de l’eau qui circule dans le capteur et le système de distribution de chauffage. Ce système est plus cher, son rendement est un petit peu moins bon, mais il utilise moins de fluide frigorigène, il peut être réversible (produire du froid l’été) et le plancher peut être utilisé avec n’importe quel type de générateur de chauffage.
Technologie mixte :
le fluide frigorigène circule dans les capteurs enterrés, mais la distribution de chaleur dans la maison se fait par un circuit hydraulique.

La réglementation actuelle sur l'emploi des fluides frigorigènes nécessite dans le cas de présence de plus de 2kg de fluide, ce qui est généralement le cas des technologies mixtes et directes, de recourir à un contrôle d'étanchéité annuelle et à la tenue d'un carnet d'entretien par une entreprise spécialisée représentant un surcoût d'utilisation à prendre en compte.

Pompe à chaleur sur nappe

Une pompe à chaleur sur eau capte la chaleur d’une nappe phréatique, d’un puits, ou d’un cours d’eau. Pour cela on va mettre en place un puits de soutirage et éventuellement un puits de rejet Ce système est plus performant qu’une pompe à chaleur géothermique car la température de l’eau est plus élevée et plus stable, elle est généralement comprise entre 11 et 13°C. Néanmoins, avant d’effectuer une telle installation il faut effectuer une étude pour s’assurer du débit et de la pérennité de la ressource.

Pompe à chaleur aérothermique

La récupération des calories dans l’air présente l’avantage d’être facilement mis en œuvre, la ressource est constamment disponible, une pompe à chaleur sur air est moins chère, moins difficile à installer que les autres types de PAC ; par contre, les performances sont moindres, la température de l’air suit instantanément les conditions climatiques et comme on l’a vu la température de la source froide impacte directement le COP de la machine.

Deux types de pompe à chaleur peuvent être utilisés :

Système air / air :
L’air chaud est restitué dans l’air ambiant du logement par des unités intérieures : murales (consoles), plafonnières, cassettes ou gainables. Il s’agit d’installation « split-system » : monosplit, multisplit.
Ces installations sont les moins coûteuses à l’investissement, dès lors qu’elles peuvent s’adapter à la configuration de l’existant. Elles permettent de climatiser les locaux occasionnellement, en cas de canicule, mais le premier objectif recherché est le chauffage. Ce système nécessite un entretien périodique et rigoureux des éléments de filtration et d’évacuation des condensats.
Il existe également des PAC sur air extrait couplé à la VMC double flux. La PAC récupère alors la chaleur de l’air extrait par la VMC dans les pièces de service (cuisine, salle de bains et WC) et préchauffe ainsi l’air neuf soufflé dans les pièces à vivre (séjour, chambres). Dans la mesure où la source d’énergie, l’air extrait, est réduite, ce type d’appareil n’a d’intérêt que pour des maisons ayant de très faibles besoins énergétiques.
Système air / eau :
La chaleur est restituée dans le circuit d’eau chaude de l’installation de chauffage par radiateur à eau, plancher chauffant ou plancher chauffant-rafraîchissant, ventilo-convecteur (pour une PAC réversible). Ce système peut donc très bien s’adapter à un système chauffage central existant.
Il est important de faire attention au choix de la PAC aérothermique (sur air extérieur) à installer notamment par rapport à la température extérieure, car plus l’installation se fait en altitude plus les températures extérieures sont fraîches en hiver et moins le COP sera élevé. Afin de choisir au mieux sa PAC il faut s’appuyer entre autre sur la température de base.

Le chauffe-eau thermodynamique

Le chauffe-eau thermodynamique est une pompe à chaleur spécifique à la production d’eau chaude sanitaire. Il peut être soit aérothermique soit géothermique. Les ballons associés à ces installations présentent au minimum des volumes de 200 litres (convient pour 4 personnes environ).

Aides financières

Pour connaitre les aides financières susceptibles de concerner ces équipements rendez-vous dans la rubrique Aides.

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