Comment fonctionne la pompe à chaleur

La fonction première de la pompe à chaleur, est d'exploiter les calories que l'on trouve naturellement dans le milieu extérieur. Il peut s'agir de l'aire chauffée par le soleil pour les PAC aérothermiques ou bien du sous-sol d'un jardin pour ce qui est des PAC géothermiques.

La première étape de fonctionnement de la pompe à chaleur consiste à extraire les calories via un circuit primaire, spécifique au type de pompe à chaleur choisie. Ces calories sont ensuite transmises dans le cœur de la pompe à chaleur, au moyen d'un liquide "caloporteur" car c'est lui qui va transporter la chaleur tout au long du processus de fonctionnement. Les calories sont transmises au liquide caloporteur dans la partie que l'on appelle évaporateur. Cette réaction a lieu car la température à laquelle ce liquide se transforme en gaz est inférieur à la température captée par le circuit primaire. Ce gaz est alors mis sous pression à l'aide d'un compresseur. C'est ici qu'intervient le principe de la thermodynamique, à savoir qu'un gaz mis sous pression va voir sa température augmenter. C'est ce qui arrive à notre liquide caloporteur. Ce liquide passe enfin dans un condenseur où la chaleur va être transmise à un circuit secondaire. Le liquide caloporteur redescend enfin en température et repasse à l'état liquide lors qu'il passe la vanne d'expansion. Il se dirige alors vers l'évaporateur pour recommencer un nouveau cycle. La chaleur du circuit secondaire sert alors à alimenter votre maison, que ce soit pour produire de l'eau chaude sanitaire, ou du chauffage.

Schéma du principe de fonctionnement

Suivant les modèles de pompes à chaleur, on trouve, ou pas, différents composants accessoire principalement destinés à améliorer la sécurité ou les performances de fonctionnement de la pompe à chaleur. Voici quelques exemples :

• Pressostat BP & HP : Il permet d'arrêter la pompe à chaleur dès que la pression est trop haute ou trop basse
• Bouteille anti coup de liquide : Evite que du liquide passe dans le compresseur
• Echangeur sur le fluide caloporteur : Permet de faciliter la haute température
• Vanne d'inversion de cycle : Permet d'inverser le mode de fonctionnement de la pompe à chaleur pour qu'elle rafraîchisse la maison

Le coefficient de performance

Le but du fonctionnement de la pompe à chaleur est de fournir de l'énergie à partir d'une source gratuite (les calories du milieu extérieur), et une source électrique destinée à faire fonctionner la pompe à chaleur. Le rapport entre la puissance consommée et celle fournie en sortie de la pompe à chaleur s'appelle le coefficient de performance (le C.O.P). Plus celui-ci est important, plus il sera possible d'obtenir de l'énergie à moindre coût. Sur une fiche produit, le COP qui est fourni, l'est pour une température nominale (généralement aux alentours de 7°C à 10°C). Plus la température extérieur augmente, plus le COP sera meilleur et inversement si la température est plus froide, le COP aura tendance à diminuer.

Avant d'acheter une pompe à chaleur, si regarder le coefficient de performance est une bonne indication sur les performances de la PAC, il est tout aussi important de regarder le SPF qui correspond au COP moyen sur une année complète car certaines PAC deviennent vraiment mauvaises lorsque les température sont vraiment faible et donc quand on en a le plus besoin. Attention, il ne faut pas confondre le coefficient de performance et la puissance nécessaire pour une pompe à chaleur.

La pompe à chaleur Inverter

La technologie Inverter pour une PAC a été inventée par les japonais afin de réduire les à-coups de fonctionnement du compresseur. Dans une PAC standard, lorsque la température de la maison est trop basse, le compresseur se met en marche afin de produire de la chaleur. Dès que la température est redevenue correcte, il s'arrête. Cette méthode de fonctionnement s'appelle TOR (Tout Ou Rien). Avec la pompe à chaleur Inverter, le compresseur marche de façon plus fluide, évitant ainsi les phases de marche/arrêt. Cela permet d'augmenter significativement la durée de vie du compresseur et de réduire la consommation en énergie de la PAC de 10% à 20%.

Les modes de fonctionnement

On trouve principalement deux modes de fonctionnement pour la pompe à chaleur. Le monovalent et le bivalent. Le mode bivalent ayant lui-même deux sous-ensembles.

Pour la monovalence, la pompe à chaleur est le seul moyen de chauffage de la maison. C'est généralement le cas de la pompe à chaleur géothermique, mais surtout pas de la pompe à chaleur aérothermique.

La bivalence est utilisée pour les PAC air/x mais peut également être employée dans le cas de la géothermie. On distingue principalement deux cas de bivalence :

• Alternatif : Dans ce mode, dès que la PAC n'est plus en mesure de couvrir la totalité des besoins en énergie de la maison, celle-ci se coupe pour laisser place à un autre système de chauffage.
• Parallèle : Ici, dès que la PAC ne suffit plus, un chauffage d'appoint vient en complément pour assurer l'intégralité des besoins.

Les techniques d'extraction des calories

Pour chauffer le fluide caloporteur de la PAC et lui permettre de fonctionner, il est nécessaire d'apporter des calories dans le cœur du système. Celles-ci peuvent être extraites de 3 milieux différents : l'air, le sol et l'eau. Pour chacun de ces milieux, il existe un type de PAC spécifique. La première s'appelle l'aérothermie et on en parle généralement sous l'appellation air-air ou air-eau suivant le système de restitution de la chaleur qui sera choisi. Pour la terre c'est la géothermie que l'on appelle parfois des PAC sol. Enfin, beaucoup plus rare, il existe l'aquathermie que l'on note eau-eau. Cette dernière est la plus performante de toutes mais nécessite la présente d'une nappe phréatique dans son sous-sol.