Fonctionnement d’une pompe à chaleur : comprendre le principe

Le fonctionnement d’une pompe à chaleur est très simple. Elle prélève des calories dans une source énergétique froide extérieure à la maison. Grâce à différents éléments techniques, la PAC élève la température de ces calories. Elle garantit ensuite le confort thermique du logement en produisant de la chaleur. Pour mieux comprendre ce qu’est une pompe à chaleur, découvrez comment cet équipement produit ses précieuses calories.

La pompe à chaleur puise les calories dans une source froide en dehors de la maison. Cette source peut être le sol, l’air ou une nappe phréatique. Elle utilise ensuite la thermodynamique et convertit l’énergie mécanique en énergie thermique. Pour cela, elle contient un liquide frigorigène qui passe alternativement de liquide à gaz.

Le fonctionnement d’une pompe à chaleur est en circuit fermé. Il se compose d’un évaporateur, d’un compresseur, d’un condenseur, ou échangeur thermique, et d’un détendeur. Le liquide ou gaz frigorigène circule en permanence dans ce circuit. Son changement d’état produit la chaleur. Quatre modes de fonctionnement existent et dépendent de la façon dont la PAC prélève les calories. Le premier terme désigne le mode de prélèvement des calories, le second le mode de distribution.

La PAC air-air est une variation technique des pompes à chaleur aérothermiques. La pompe à chaleur capte les calories en les prélevant dans l’air extérieur. Monobloc ou split, elle transmet ensuite les calories dans le logement via des émetteurs de type ventilo-convecteurs. Ce système ne prévoit pas de transfert de calories à un circuit de chauffage central.

La PAC air-eau est la seconde variation des pompes à chaleur aérothermiques. Elle prélève les calories dans l’air extérieur. En revanche, elle les transfère au logement par un circuit hydraulique. Cela peut être des radiateurs ou un plancher chauffant (plus rarement par ventilo-convecteurs à eau). Ces PAC peuvent aussi fournir l’eau chaude sanitaire.

Le fonctionnement d’une pompe à chaleur sol-eau est plus élaboré. La PAC a besoin de capteurs enterrés dans le sol situé à l’extérieur du logement. Ces capteurs thermiques (des tubes souples ou rigides en polyéthylène) peuvent être horizontaux ou verticaux. La PAC transfère la chaleur au logement par des radiateurs, ou par un système de chauffage par le sol.

La PAC eau-eau prélève ses calories dans une nappe phréatique peu profonde (moins de 100 mètres). Ces pompes à chaleur géothermiques et aquathermiques nécessitent, selon le modèle, la création d’un ou de deux forages. Le fonctionnement d’une pompe à chaleur aquathermique reste le même que celui des précédents modèles.

Le fonctionnement d’une pompe à chaleur se décline également en deux systèmes bien distincts. Le premier type de fonctionnement est celui de la PAC en substitution de chaudière. Le second type concerne la PAC en relève de chaudière, plus présent dans le secteur de la construction neuve. Détaillons ces deux modes de fonctionnement.

Dans cette configuration, le fonctionnement d’une pompe à chaleur est monovalent. L’appareil produit, à lui seul, toute l’énergie nécessaire au chauffage de l’habitation. Souvent, pour garantir le confort intérieur les jours les plus froids, la PAC a besoin d’un appoint électrique. L’autre solution est de surdimensionner les émetteurs de chaleur.

Pompe à chaleur et chaudière classique forment un duo. Un système de régulation intelligent réalise les arbitrages pour garantir le confort thermique du logement. Le fonctionnement de la pompe à chaleur est asservi à ce pilotage. L’objectif est de choisir l’appareil qui générera le plus d’économies sur la période donnée.

La consommation en kWh d’une pompe a chaleur n’est pas neutre. Son fonctionnement thermodynamique utilise de l’électricité. Pour estimer la consommation, utilisez les indicateurs de performance (COP, ETAS, EER). L’année de construction de la maison, les travaux d’isolation réalisés entrent également en compte. Selon l’Ademe, la consommation d’une PAC aérothermique indicative pour une maison de 100 m² est de 5 000 kWh/an, contre 3 500 pour une PAC géothermique.

Le réglage de la pompe a chaleur est essentiel pour que son fonctionnement soit optimal. Le réglage d’une PAC air-air, air-eau, sol-eau, eau-eau consiste à définir la courbe de chauffe. Il s’agit d’ajuster le fonctionnement d’une pompe à chaleur en fonction de la température extérieure et de la température de consigne. Le réglage de la PAC comprend également l’ajustement du débit hydraulique et de la pression du circuit du liquide frigorigène.

Quels radiateurs conviennent à votre pompe à chaleur ? Il s’agit de connaître la température d’alimentation d’eau des radiateurs nécessaire le jour le plus froid. Pour cela, il faut se référer à la température extérieure de base. Si cette température est inférieure à 45 °C, des radiateurs basse température suffisent. Dans ce cas, une PAC basse température conviendra. Si la température de l’eau doit être de 65 °C, privilégiez une PAC haute température.

L’installation d’une pompe à chaleur demande de la réflexion. Les pages suivantes peuvent vous aider à prendre votre décision :