Comment fonctionne une pompe à chaleur ?
Même si vous n'avez pas (encore) de pompe à chaleur, vous avez déjà un appareil qui fonctionne exactement comme une pompe à chaleur : votre réfrigérateur. Il devient froid parce qu'il y a un évaporateur dans le compartiment congélateur dans lequel circule un fluide frigorigène. Les aliments contenus dans le réfrigérateur cèdent leur chaleur à l'évaporateur et cette chaleur quitte le réfrigérateur par le condenseur noir situé à l'arrière.
La pompe à chaleur respecte les 3 mêmes principes de la physique :
- En cas d'évaporation, la chaleur est absorbée. En cas de condensation, elle est libérée.
- Le point d'ébullition d'un liquide – le point auquel un liquide s'évapore – dépend de la pression de ce liquide. Si la pression augmente, le point d'ébullition augmente.
- La température d'un gaz augmente sous une pression croissante.
Vous pouvez lire ci-dessous comment fonctionnent les différents types de chaudières :
- Comment fonctionne un chauffe-eau thermodynamique ?
- Comment fonctionne une pompe à chaleur air-air ?
- Comment fonctionne une solution hybride ?
- Comment fonctionne une pompe à chaleur air-eau ?
1. Comment fonctionne un chauffe-eau thermodynamique ?
Un chauffe-eau classique fonctionne au gaz, au fioul ou à l'électricité. Son énergie provient donc en partie ou en totalité de combustibles fossiles. Par contre, un chauffe-eau thermodynamique extrait jusqu'à trois-quarts de son énergie de l’air ambiant. Il peut s’agir de l’air extérieur, mais aussi de l’air de la pièce où se trouve le chauffe-eau. Rien que pour le fonctionnement de la pompe, vous n’avez besoin que d’un quart d’électricité.
Un chauffe-eau thermodynamique récupère l’énergie thermique de l’air ambiant (ou de l'air extérieur) qui va être transmise à un réfrigérant (un gaz), qui a la propriété de s’évaporer à basse température. Ce gaz peut donc s'évaporer même au contact de l'air extérieur à 0°C par exemple. Un compresseur comprime ensuite ce gaz produit, ce qui augmente sa température. Et c'est ce gaz chaud qui va transmettre une partie de son énergie pour chauffer votre eau sanitaire (pour la cuisine, le bain ou la douche) et, ce faisant, ce gaz frigorigène va condenser, passant de l’état gazeux à l’état liquide avant de recommencer un nouveau cycle.
Un chauffe-eau thermodynamique peut chauffer sans problème l’eau du réservoir jusqu’à 62 °C. Si vous souhaitez davantage d’eau chaude sanitaire ou une température d’eau plus élevée, l’appoint électrique intégré peut si besoin venir en soutien.
Il est préférable d’installer un chauffe-eau thermodynamique dans une pièce qui n’est pas directement chauffée, comme un garage ou une cave. Le chauffe-eau thermodynamique récupère alors la chaleur résiduelle des pièces. Il est en outre également possible de raccorder le chauffe-eau thermodynamique à une canalisation vers l’extérieur afin qu’il puise ses calories de l’air extérieur. Ou vous pouvez opter pour un système split qui extrait ses colaries de l’air extérieur par le biais d’une unité extérieure.
2. Comment fonctionne une pompe à chaleur air-air ?
Les pompes à chaleur air-air se composent d’une unité extérieure et d’une ou plusieurs unités intérieures. S’il n’y a qu’une seule unité intérieure, nous parlons de mono-split. Ce système permet de chauffer et de rafraîchir une seule pièce. Le chauffage de plusieurs pièces avec une seule unité extérieure se fait avec un système multi-split. Dans ce cas, plusieurs unités intérieures sont reliées à une seule unité extérieure.
L’unité extérieure extrait les calories de l’air extérieur. Celles-ci sont transférées via un fluide frigorigène dans l’unité intérieure, qui les restitue dans l’air intérieur. En inversant le fonctionnement, ce système peut être utilisé comme climatiseur en été.
En été, vous pouvez aussi alimenter la pompe à chaleur avec l’énergie solaire produite par les panneaux photovoltaïques, augmentant ainsi l’autoconsommation de vos panneaux.
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3. Comment fonctionne une solution hybride ?
Une pompe à chaleur air-eau monobloc en relève de votre chaudière intègre tous les composants de la pompe à chaleur (compresseur, condenseur, vanne de détente et évaporateur) dans l’unité extérieure. Des conduites contenant de l’eau partent de l’unité extérieure vers l’intérieur.
Une pompe à chaleur air-eau split en relève de votre chaudière est composée d’une unité extérieure et d’une unité intérieure. Ces deux unités sont reliées par une conduite dans laquelle circule un fluide frigorigène. L’unité extérieure renferme le compresseur et l’évaporateur. L’unité intérieure abrite le condenseur qui assure le processus de condensation. Le fluide frigorigène circule dans un système fermé.
Dans les deux cas, l’unité extérieure de la pompe à chaleur extrait la chaleur de l’air extérieur et la pompe à chaleur transmet ensuite la chaleur à vos radiateurs ou au chauffage par le sol, à une température de diffusion maximale de 55 °C.
Par temps froid, lorsque la pompe à chaleur ne peut pas fournir suffisamment de chaleur, la chaudière prend la relève. Grâce à une régulation intelligente, vous passez automatiquement d’une source d’énergie à l’autre en fonction de vos besoins de chauffage et de la température extérieure.
Une installation hybride est généralement utilisée avec des radiateurs existants servant de système émetteur de chaleur. Dans ce cas, un rafraîchissement n’est pas possible avec votre pompe à chaleur air-eau hybride.
4. Comment fonctionne une pompe à chaleur air-eau ?
La pompe à chaleur air-eau est un appareil thermodynamique qui capte la chaleur de l’air extérieur et la délivre au système de chauffage de votre habitation. Même par grand froid, votre confort reste assuré grâce à l’activation automatique de l’appoint électrique intégré. Toutefois, dans le cas d’une pompe à chaleur correctement dimensionnée, cet appoint électrique ne doit que rarement, voire jamais, être activé.
Une version monobloc intègre tous les composants techniques (évaporateur, compresseur, condenseur…) dans l’unité extérieure. L’eau chaude produite peut être utilisée directement pour le chauffage domestique ou pour le bain ou la douche.
La variante split relie une unité extérieure (dans laquelle se trouve le compresseur de la pompe à chaleur) à une unité intérieure via des conduites frigorigènes. Le système split utilise un fluide frigorigène capable de capter la chaleur de l’air extérieur, même à des températures extérieures allant jusqu’à -20 °C. La chaleur atteinte par ce fluide frigorigène après évaporation et compression est transférée à l’eau de votre installation de chauffage ou d’eau chaude sanitaire via un condenseur ou un échangeur de chaleur. Dans les deux cas, le compresseur de la pompe à chaleur se trouve dans l’unité extérieure.
Il faut par ailleurs faire une distinction entre les pompes à chaleur basse température et haute température en fonction de la température de diffusion.
Les pompes à chaleur basse et moyenne température, généralement combinées à un chauffage par le sol, existent en deux variantes : le modèle classique et le modèle HIGH POWER (HP), qui permettent tous les deux de chauffer l’eau jusqu’à 60 °C. Le modèle HP assure un confort thermique efficace grâce à un évaporateur et à un échangeur de chaleur coaxial de plus grande taille. Par conséquent, ce type de pompe à chaleur présente une meilleure valeur COP et sa consommation est donc inférieure à celle d’une pompe à chaleur classique. Un modèle HP fournit plus de puissance et est donc généralement utilisé dans les maisons plus grandes ou celles qui ont une demande de chaleur plus élevée.
Les pompes à chaleur haute température sont souvent utilisées dans des projets de rénovation. Elles peuvent atteindre des températures de départ allant jusqu’à 75 °C, mais Atlantic n'y est pas favorable et ne les inclut pas dans sa gamme parce que leur valeur COP est moins bonne, ce qui se traduit par une consommation plus élevée que celle des pompes à chaleur basse température.
Le coût d’installation relativement faible des pompes à chaleur air-eau par rapport aux pompes à chaleur sol-eau, par exemple, est dû au fait qu’elles ne nécessitent ni forage, ni terrassement, ni réseau de captage étendu : le fluide frigorigène est en contact direct avec l’air.