La pompe à chaleur s’inscrit parmi les équipements de chauffage les plus plébiscités du moment. Cet appareil est un choix évident pour les ménages qui veulent réduire leurs factures énergétiques, améliorer la performance énergétique de leurs maisons et contribuer à la préservation de l’environnement. Il peut être utilisé pour chauffer un logement ou le rafraîchir et/ou pour chauffer la piscine. Découvrez dans cet article le fonctionnement d’une pompe à chaleur de maison.
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Comment fonctionne une pompe à chaleur ?
En principe, une pompe à chaleur est une sorte d’extracteur d’énergie. Elle extrait l’énergie calorifique (la chaleur) naturellement présente dans l’air, l’eau ou le sol pour chauffer une maison. Cet équipement de chauffage se compose généralement d’une unité extérieure ou de capteurs qui récupèrent les calories et d’une unité intérieure qui distribue la chaleur à l’intérieur d’une pièce.
De manière générale, le fonctionnement d’une pompe à chaleur suit le principe de la thermodynamique. Pour chauffer une maison, une PAC :
- Récupère de l’énergie dans le sol, l’air ou l’eau grâce à son unité extérieure ou ses capteurs verticaux ou horizontaux (selon le type de pompe à chaleur),
- Transmet la chaleur au fluide frigorigène contenu dans son circuit fermé,
- Valorise la chaleur lors de son passage au sein de ses différents éléments,
- Restitue la chaleur dans la maison grâce à une unité intérieure ou le circuit de chauffage central de la maison.
Afin d’obtenir plus de précision sur le fonctionnement d’une pompe à chaleur, entrons dans les détails.
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Fonctionnement d’une pompe à chaleur : explication détaillée
Pour comprendre comment fonctionne une pompe à chaleur, une explication détaillée sur les rôles des différents éléments composants son circuit est nécessaire. Une PAC est constituée de 4 éléments principaux (évaporateur, compresseur, compresseur et détendeur) dans lesquels circule un fluide caloporteur. Ce dernier assure le transfert de chaleur en passant de l’état liquide à l’état gazeux, puis vice-versa au sein du circuit fermé de l’appareil.
L’évaporateur d’une pompe à chaleur de maison
Après l’extraction des calories par la pompe à chaleur, la production de la chaleur commence par l’évaporateur. La chaleur récupérée par les capteurs ou l’unité extérieure de la PAC est transmise au fluide caloporteur. L’évaporateur permet la transformation de ce fluide en gaz grâce aux calories extraites dans l’air, l’eau ou le sol. Le gaz frigorifique passe alors vers le compresseur.
Le compresseur d’une pompe à chaleur
Le compresseur comprime le gaz frigorifique qui augmente en pression et en température. Le gaz devient ainsi plus chaud, puis est transféré vers le condenseur. Les calories récupérées sont valorisées au sein de cet élément de la PAC.
Le condenseur
Le condenseur assure la transformation du gaz à haute pression et à haute température à l’état liquide par condensation. Lors de cette étape, la chaleur du gaz est transmise à l’eau du circuit de chauffage principal de la maison ou est directement restituée dans l’intérieur de la pièce. À ce stade, le fluide caloporteur est encore à haute pression. Il est transféré au détendeur de la pompe à chaleur.
Le détendeur d’une pompe à chaleur
Le détendeur permet au fluide caloporteur de perdre en pression. Une fois à basse pression, il repasse dans l’évaporateur. Au contact de la chaleur récupérée par l’appareil, il se transforme de nouveau en gaz et le cycle reprend.
À noter que la pompe à chaleur a besoin d’énergie électrique pour fonctionner. En effet, ses 4 éléments sont actionnés par l’électricité. La consommation électrique de la pompe à chaleur est cependant moins importante comparée à sa production d’énergie. Cet appareil offre ainsi un rendement optimal, ce qui en fait un équipement de chauffage économique.
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Fonctionnement d’une pompe à chaleur de maison selon son type
Selon la source d’énergie exploitée, il existe 3 types de pompes à chaleur : les PAC aérothermiques, les PAC géothermiques et les PAC aquathermiques. Le fonctionnement de ces pompes à chaleur est plus ou moins le même. La différence se trouve surtout dans le mode de distribution de chaleur.
Comment fonctionne une pompe à chaleur aérothermique ?
Une pompe à chaleur aérothermique puise des calories dans l’air, pour ensuite les valoriser au sein de circuit et les restituer sous forme de chaleur dans une maison. La distribution de la chaleur se fait directement dans l’air grâce à des ventilo-convecteurs pour les PAC air/air. Pour les pompes à chaleur air/eau, la chaleur produite est transmise à l’eau du circuit de chauffage du radiateur ou du plancher chauffant pour assurer le chauffage de la maison.
Bon à savoir. Les pompes à chaleur air/air existent en version réversible qui permet à la fois de chauffer et de rafraîchir une maison. Elles ne peuvent cependant pas être utilisées ni pour la production d’ECS (eau chaude sanitaire) ni pour le chauffage de la piscine.
La pompe à chaleur géothermique
Une pompe à chaleur géothermique exploite l’énergie calorifique présente dans le sol, pour ensuite la transformer en chaleur suffisante pour le chauffage de la maison. La chaleur produite est ensuite transmise à l’eau du circuit de chauffage central du logement (plancher chauffant ou radiateur) afin de chauffer la maison.
Bon à savoir. Les pompes à chaleur géothermiques peuvent être de type sol/sol ou sol/eau.
Le principe d’une PAC aquathermique
Une PAC aquathermique récupère les calories dans l’eau, les valorise, puis les restitue à l’eau du circuit de chauffage central de la maison. Le fonctionnement d’une PAC eau/eau est alors plus ou moins identique à celui d’une PAC air/eau et d’une PAC sol/eau. Ces appareils sont raccordés à un radiateur ou à un plancher chauffant qui assure la distribution de chaleur dans les pièces de la maison.
Bon à savoir. Les pompes à chaleur géothermiques et aquathermiques offrent un rendement plus intéressant. Elles sont également plus performantes, mais coûtent plus cher. Les modèles présentant un COP élevé sont éligibles aux aides financières de l’État pour les travaux de rénovation énergétique.
