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Les pompes à chaleur |
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++ Un réfrigérateur à l’envers
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Dans un réfrigérateur, de la chaleur est puisée à l’intérieur de celui-ci, ce qui en abaisse la température,
puis est rejetée à l’extérieur, dans l’air de la cuisine.
| Les pompes à chaleur fonctionnent selon le même
principe, mais c’est l’environnement extérieur (sol, air ou eau) qui fournit la chaleur et l’intérieur du logement qui la récupère. |
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Le principe de base |
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La pompe à chaleur ou PAC est 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 du sol du jardin, de l’air
environnant ou de l’eau d’une nappe, augmente son
niveau de température et restitue une chaleur à une
température plus élevée dans le logement.
Son fonctionnement est d’autant plus efficace que
la différence entre la température du milieu où est
puisée la chaleur et celle des émetteurs de chaleur du
logement est réduite.
| Les fluides frigorigènes sont pour la plupart nocifs pour
l’environnement. Ceux qui détruisent la couche d’ozone sont
maintenant interdits ou en cours d’élimination. C’est le cas du
R22, qui a longtemps été le fluide frigorigène le plus employé.
Ils sont remplacés par des fluides comme les HFC (R407C,
R410A, R417A), inoffensifs vis à vis de la couche d’ozone. Mais
ces fluides restent de puissants gaz à effet de serre. |
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Schéma de principe de la pompe à chaleur
 1 : la chaleur prélevée à l’extérieur est transférée au fluide frigorigène
qui se vaporise.
2 : le compresseur électrique aspire le fluide frigorigène vaporisé.
3 : la compression élève la température du fluide frigorigène.
4 : le fluide frigorigène cède sa chaleur à l’eau du circuit de chauffage
ou directement à l’air du lieu à chauffer.
5 : le fluide frigorigène se condense et revient à l’état liquide.
6 : le détendeur abaisse la pression du liquide frigorigène qui
amorce ainsi sa vaporisation.
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Ses applications... |
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À partir du principe de base de la pompe à chaleur,
différents systèmes existent, avec des performances
et des possibilités d’application différentes. On peut
regrouper les PAC destinées au chauffage des particuliers
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 capteurs ou de forages;
• les PAC aérothermiques qui la puisent directement
dans l’air ambiant, extérieur ou intérieur au logement.
| On parle selon les cas de modèles air/air, air/eau, sol/sol,
sol/eau, eau/eau ou eau glycolée/eau. Le premier terme
désigne l’origine du prélèvement, le second le mode de distribution
de la chaleur. Seule exception : la PAC eau glycolée / eau
qui puise la chaleur dans le sol (avec des capteurs enterrés contenant
de l‘eau glycolée). |
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... et les procédés mis en oeuvre |
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Les constructeurs ont mis au point plusieurs procédés.
La principale différence tient à la nature des fluides circulant
dans les capteurs et les émetteurs de chauffage,
et donc à la technologie des PAC utilisées :
• dans les PACà détente directe, un seul circuit : le
fluide frigorigène circule en circuit fermé dans la
pompe, les capteurs et les émetteurs de chaleur. Ce
type de pompes à chaleur contient beaucoup de fluide
frigorigène;
• dans les PAC mixtes, deux circuits : celui du fluide
frigorigène des capteurs et de la pompe à chaleur et
celui de l’eau chaude des émetteurs;
• dans les PACà fluides intermédiaires, trois circuits : le
circuit frigorifique de la pompe à chaleur, le circuit des
capteurs où circule de l’eau additionnée d’antigel, le
circuit qui alimente en eau chaude les émetteurs;
Les PAC géothermiques peuvent être à détente directe,
à fluides intermédiaires ou mixtes.
Les PAC aérothermiques sont toujours à détente directe
ou mixtes.
| Pour s’y retrouver… |
PAC aérothermiques |
Captage
de la chaleur
dans l’air
extérieur |
Captage
de la chaleur
dans
le logement |
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Air/eau |
PAC mixte |
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Air/air |
PAC à détente directe |
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Sol/sol |
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Sol/eau |
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Eau glycolée/eau |
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Eau/eau |
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PAC géothermiques |
Capteurs
enterrés
horizontaux |
Capteurs
enterrés
verticaux |
PAC
sur eau
de nappe |
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Air/eau |
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Air/air |
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Sol/sol |
PAC à détente
directe |
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Sol/eau |
PAC mixte |
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Eau glycolée/eau |
PAC à fluides intermédiaires |
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Eau/eau |
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PAC à fluides
intermédiaires |
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Les émetteurs de chaleur |
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Le chauffage, mais aussi… |
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Les pompes à chaleur sont avant tout des systèmes de
chauffage. Elles peuvent également remplir d’autres
fonctions.
Pour l’eau chaude sanitaire, un appoint ou une
installation indépendante sont nécessaires
On peut obtenir de l’eau chaude sanitaire de deux
façons avec une pompe à chaleur :
• avec la PAC qui assure le chauffage de la maison.
L’eau du ballon est chauffée en récupérant une partie
de la chaleur du fluide frigorigène. Quand la PAC ne
fonctionne pas, une résistance électrique chauffe l’eau
sanitaire ;
• avec un chauffe-eau thermodynamique. C’est un
système indépendant muni d’une pompe à chaleur
autonome. Il peut donc fonctionner toute l’année.
Le rafraîchissement d’un bâtiment en été
En inversant le cycle du fluide frigorigène, la pompe
à chaleur puise des calories dans le logement et les
rejette à l’extérieur.
Les PAC munies de ce dispositif sont dites « réversibles
». Elles assurent une baisse modérée de la température,
de l’ordre de 3 à 4° C de moins qu’à l’extérieur.
Il s’agit donc d’une fonction de rafraîchissement et non
de climatisation.
Par ailleurs, certains climatiseurs individuels réversibles
assurent une fonction « chauffage ». Ils ne sont en
général pas adaptés aux besoins de chauffage d’hiver
car ils ne sont pas dimensionnés pour cela.
Rafraîchissement et condensation
Si votre pompe à chaleur alimente un plancher
chauffant / rafraîchissant, la température de
celui-ci ne doit pas descendre trop bas par
rapport à celle de l’air ambiant. Sinon, il y aura
condensation de l’humidité de l’air sur le plancher.
Pour éviter cela, une régulation appropriée
assure ce contrôle. |
L’installation d’un système réversible incite à la consommation
d’électricité tout au long de l’année pour
les besoins d’un certain confort thermique alors qu’une
pompe à chaleur uniquement dédiée au chauffage
n’en utilise que l’hiver…
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Performances et certifications |
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Des coefficients à connaître : COP et EER
Les performances des pompes à chaleur s’expriment
par des coefficients qui rendent compte de leur efficacité
en fonction de l’énergie qu’elles consomment.
Pour 1 kWh d’électricité consommé, les PAC restituent
pour la plupart 2 à 4 kWh de chaleur. Par exemple,
si une PAC consomme 1 kWh d’électricité et restitue
3 kWh de chaleur, on dit que son COP est de 3.
Le rapport entre la quantité de chaleur produite et
l’énergie électrique consommée (par le compresseur)
est le coefficient de performance (COP) de la pompe
à chaleur. Il traduit la performance énergétique d’une
pompe à chaleur en mode chauffage
Le COP est mesuré par le fabricant ; il est valable pour une température d’essai donnée. Dans la pratique,
quand le milieu est plus froid que cette température
d’essai, l’efficacité énergétique de la pompe à chaleur
diminue et devient inférieure au COP annoncé. À l’inverse, elle est supérieure à ce COP quand le milieu est
plus chaud que la température d’essai.
L’ADEME conseille donc l’installation d’une pompe à
chaleur présentant le COP le plus élevé possible et en
tout cas supérieur à 3,3.
L’appellation EER (coefficient d’efficacité frigorifique)
traduit l’efficacité d’un système thermodynamique
quand il produit du froid.
Des consommations annexes
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Le compresseur de la pompe à chaleur est le principal consommateur d’électricité, mais il n’est pas le seul. Les PAC sont le plus souvent équipées d’auxiliaires qui fonctionnent à l’électricité (circulateurs, organe de dégivrage, ventilateurs, etc.). Enfin, les ventilo-convecteurs sont eux aussi équipés de ventilateurs. Il faut tenir compte de ces consommations annexes pour estimer la performance réelle du système de chauffage. |
Des certifications pour un matériel de qualité
Le marquage Eurovent garantit que les puissances, le
COP et l’EER des PAC réversibles sont conformes aux
valeurs annoncées par les constructeurs.
La marque NF PAC certifie, le COP, la puissance thermique et le niveau de puissance acoustique des pompes à chaleur aérothermiques et géothermiques de moins de 50 kW.
Le label Promotelec est attribué aux matériels qui satisfont
à un cahier des charges (fixant entre autres les performances
des appareils).
Dans les deux cas, les essais sont réalisés par des laboratoires
indépendants. |
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