Fonctionnement de la pompe à chaleur air-eau : décryptage

Le fonctionnement de la pompe à chaleur air-eau est simple. La PAC prélève dans l’air les calories naturellement présentes. Un système ingénieux transfère ces calories au circuit hydraulique de chauffage du logement. Ce système s’appuie sur les propriétés physiques du fluide frigorigène. Qu’est-ce qu’une pompe à chaleur air-eau et quel est son principe de fonctionnement ? C’est ce que cette page vous propose de comprendre.

Une pompe à chaleur air-eau s’appuie sur le principe de l’aérothermie. Sa principale ressource énergétique est l’air. Sur ce point, la PAC air-eau diffère d’une PAC eau-eau ou sol-eau, qui utilise le principe de la géothermie pour son fonctionnement. De son côté, une PAC air-eau a besoin d’une unité de captation de l’air et d’un système de transfert des calories.

Le fonctionnement de la pompe à chaleur air-eau s’appuie sur la thermodynamique. Le principe est de transformer l’énergie mécanique en énergie thermique. La PAC air-eau utilise la grande réactivité du fluide frigorigène face aux changements de pression. Son système agit sur les variations de pression du fluide frigorigène pour produire de la chaleur.

Les pompes à chaleur air-eau pourraient s’appeler pompes à chaleur air extérieur-eau. Un gros ventilateur prélève les calories de l’air extérieur au logement. Grâce au fluide frigorigène, la pompe à chaleur élève la température des calories. Elle transfère alors la chaleur au circuit de chauffage d’une maison, d’un bâtiment, d’une usine.

Nous savons pour l’instant que, pour son fonctionnement, la pompe à chaleur prélève les calories dans l’air extérieur. Pour bien comprendre ce qui se déroule, nous devons détailler les différents éléments qui composent la pompe à chaleur. Nous pourrons ensuite décrire avec plus de clarté le cycle de production de chaleur de l’appareil.

Le fonctionnement de la pompe à chaleur air-eau nécessite cinq organes. Le ventilateur sert à prélever l’air extérieur et ses calories. Il s’accompagne d’un évaporateur, dans lequel passe le fluide frigorigène. La pompe à chaleur comporte également un compresseur, chargé d’élever la pression du fluide frigorigène. Le condenseur, ou échangeur thermique, et le détendeur sont les dernières pièces du circuit.

Tous les modèles de pompe à chaleur utilisent le même cycle de fonctionnement. Il ne date pas d’hier. C’est le chercheur français Sadi Carnot qui travailla en premier sur la thermodynamique, en 1824. L’américain Willis Carrier créa les premières pompes à chaleur en 1930. Retenons quatre étapes principales de fonctionnement

Via l’évaporateur, le fluide frigorigène entre en contact avec l’air extérieur prélevé par le ventilateur. Sa température s’élève, même si l’air extérieur est très froid (le fluide frigorigène a une température encore plus basse). Dans l’évaporateur, il passe de l’état liquide à l’état gazeux (à -10 °C et 4,2 bars de pression).

Le compresseur augmente la pression du fluide frigorigène devenu gaz. Un système automatique définit quel niveau de pression atteindre pour assurer le chauffage de la maison. Par exemple, à 22 bars, le fluide frigorigène atteint une température de 38 °C. À 28 bars, sa température est de 60 °C.

Le fluide frigorigène est à température élevée (38 à 65 °C) selon l’installation de chauffage de la maison. Le condenseur sert à transférer ces calories au système de chauffage de la maison (circuit de chauffage traditionnel, plancher chauffant, ventilo-convecteurs). On l’appelle aussi échangeur thermique.

Le fluide frigorigène a perdu ses calories et sa pression. Le détendeur le ramène à la pression initiale, pour qu’il soit à une température inférieure à celle de l’air extérieur. Il pourra alors, en passant dans l’évaporateur, capter les calories de l’air prélevé par le ventilateur, et entamer un nouveau cycle.

Le fonctionnement de la pompe à chaleur air-eau reste le même quels que soient les différents modèles. Pour autant,certaines nuances existent en fonction du type de pompe à chaleur. Prenons trois exemples : la PAC air-eau en relève de chaudière, la PAC avec appoint électrique, et la PAC chauffage et eau chaude sanitaire.

PAC air-eau en relève de chaudière, PAC air-eau avec une chaudière en relève, ou PAC hybride, c’est le même principe. Le fonctionnement consiste à utiliser une chaudière pour produire de la chaleur quand les températures extérieures sont trop basses, ou la demande de chaleur trop élevée pour la capacité de la PAC.

C’est le cas le plus courant. La pompe à chaleur air-eau fournit l’essentiel du chauffage grâce à l’air extérieur. Lorsqu’il fait trop froid, la PAC ne peut plus fournir toute seule la chaleur nécessaire au confort de la maison. Une résistance électrique s’active pour chauffer directement l’eau du circuit de chauffage.

La pompe à chaleur air-eau qui fournit le chauffage et l’eau chaude sanitaire est la PAC la plus répandue. Une petite quantité de la chaleur produite par la compression du fluide frigorigène sert à chauffer un ballon d’eau chaude. C’est exactement le principe de fonctionnement du chauffe-eau thermodynamique.

L’installation d’une pompe à chaleur dans un logement suppose l’intervention d’un professionnel. Il doit déterminer le dimensionnement de la pompe à chaleur air-eau. C’est une étape cruciale. Une PAC surdimensionnée connaîtra des problèmes de fonctionnement. À l’inverse, une PAC sous-dimensionnée générera une surconsommation électrique et son COP ne sera pas aussi performant que prévu.

Vous vous demandez quels sont les avantages et les inconvénients de la pompe à chaleur air-eau ? La pompe à chaleur air-eau est un équipement exceptionnel qui utilise une énergie renouvelable. Mais pour son fonctionnement au quotidien, elle consomme de l’électricité. Lorsqu’elle dispose d’un appoint électrique, la consommation peut être sensible, surtout s’il fait très froid.

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