La pompe à chaleur s’intègre dans plus en plus de ménages en France. Ce système de chauffage séduit par son caractère économique et écologique. Il offre également de nombreux avantages grâce à son mode de fonctionnement. La pompe à chaleur, comment ça marche vraiment ? Cet article vous explique le principe et le fonctionnement d’une pompe à chaleur pour vous aider à mieux connaître cet appareil de chauffage.
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Principe d’une pompe à chaleur : la thermodynamique
Le principe d’une pompe à chaleur repose sur la thermodynamique. Plus concrètement, elle extrait de la chaleur (des calories) dans l’eau, l’air ou le sol, l’injecte dans son circuit pour être valorisée et la restitue à l’intérieur d’une maison ou à l’eau d’une piscine. La production de chaleur se fait selon un cycle thermodynamique au sein d’un circuit fermé constitué de 4 éléments principaux. Les détails sont ci-après.
L’évaporateur d’une pompe à chaleur
La pompe à chaleur est un extracteur d’énergie. Elle se compose d’un évaporateur. Une PAC contient aussi un fluide caloporteur qui circule au sein de son circuit. Une fois les calories extraites par l’unité extérieure de l’appareil, elles sont transmises à l’évaporateur. Comme son nom l’indique, ce dispositif assure l’évaporation du fluide caloporteur grâce à la chaleur récupérée dans le sol, l’eau ou l’air. Le fluide s’évapore et passe à l’état gazeux avant d’être transféré vers le compresseur.
Le compresseur d’une PAC
Le fluide frigorigène arrive sous forme de gaz dans le compresseur de la pompe à chaleur qui le comprime. Le gaz frigorigène basse pression devient du gaz haute pression et augmente également de température. Toujours à l’état gazeux, mais à haute pression, le fluide frigorigène passe vers le condenseur.
Bon à savoir. Le compresseur est l’élément le plus énergivore d’une PAC. En effet, la pompe à chaleur a besoin d’une source d’énergie (électricité, gaz…) pour fonctionner.
Le condenseur d’une pompe à chaleur : comment fonctionne-t-il ?
Le condenseur d’une pompe à chaleur assure la condensation du gaz frigorigène à haute pression et à haute température. Le gaz passe ainsi de l’état gazeux à l’état liquide. Cette transformation permet le transfert de la chaleur et sa diffusion dans la maison. Le fluide frigorigène ou caloporteur passe ensuite dans le détendeur.
Le détendeur
Le détendeur est le dernier élément du circuit d’une pompe à chaleur. Il réduit la pression du fluide caloporteur. À basse pression, le fluide frigorigène repasse dans l’évaporateur. Le cycle thermodynamique de la pompe à chaleur reprend alors pour assurer la production de chaleur.
À noter qu’une pompe à chaleur est également constituée d’une unité extérieure qui récupère les calories et d’une unité intérieure qui diffuse la chaleur.
De manière générale, le fonctionnement d’une PAC est plus ou moins le même pour les différents modèles. La différence entre les types pompes à chaleur réside dans le mode d’extraction et le mode de diffusion de la chaleur.
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Fonctionnement d’une pompe à chaleur aérothermique
La pompe à chaleur aérothermique regroupe les PAC air/eau et les PAC air/air. Elle puise de l’énergie dans l’air pour produire de la chaleur. Le fonctionnement d’une pompe à chaleur aérothermique repose sur le principe de l’aérothermie. Il n’est pas tout à fait le même pour les modèles air/air et air/eau.
Comment fonctionne une pompe à chaleur air/eau ?
Le fonctionnement d’une pompe à chaleur air/eau suit un cycle thermodynamique. Cet équipement de chauffage :
- Récupère la chaleur dans l’air extérieur,
- Transmets les calories dans son circuit pour les valoriser,
- Restitue la chaleur produite au réseau d’eau alimentant le système de chauffage de la maison ou à l’eau du bassin pour les pompes à chaleur de piscine.
Lors de l’installation d’une pompe à chaleur, elle est généralement couplée à un plancher chauffant ou à un radiateur qui assure la diffusion de la chaleur dans la maison.
Bon à savoir. Les pompes à chaleur air/eau peuvent être utilisées pour le chauffage et la production d’eau chaude sanitaire (ECS).
Comment fonctionne une pompe à chaleur air/air ?
Le fonctionnement de la pompe à chaleur air/air se diffère surtout de celui de la PAC air/eau par la diffusion de la chaleur. L’air chaud produit est souvent diffusé grâce à des ventilo-convecteurs. De plus, les PAC air/air sont, dans la majorité, réversibles. En d’autres termes, ils permettent à la fois de chauffer et de rafraîchir une maison.
Une pompe à chaleur air/air réversible s’équipe d’une vanne d’inversion de cycle. Ce dispositif inverse le sens de circulation du fluide frigorigène au sein du circuit de la PAC. Cela va inverser le rôle de l’évaporateur et du condenseur. Ce type d’équipement peut également être constitué d’un ventilateur ou d’un circulateur. En mode chauffage, la pompe à chaleur air-air prélève de la chaleur dans l’air ambiant, puis la diffuse dans un milieu intérieur. En mode climatisation, la PAC air/air récupère la chaleur dans le milieu intérieur pour ensuite la rejeter à l’extérieur.
Bon à savoir. Les pompes à chaleur aérothermiques sont plus abordables que les PAC géothermiques qui sont, cependant, plus performantes.
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Comment marche une pompe à chaleur géothermique ?
Le fonctionnement d’une pompe à chaleur géothermique se repose sur le principe de la géothermie. Ce type de PAC puise des calories dans le sol ou dans la nappe phréatique aquifère pour produire de la chaleur. Il existe en plusieurs modèles, dont les pompes à chaleur sol/sol, les pompes à chaleur sol/eau et les pompes à chaleur eau/eau.
Une pompe à chaleur géothermique se compose de capteurs verticaux ou horizontaux enterrés dans le sol à une certaine profondeur pour récupérer de l’énergie. Elle est également constituée d’échangeurs thermiques contenant une grande quantité de fluide frigorigène qui récupère et transfert la chaleur. La diffusion de la chaleur se fait par un système de chauffage central comme un plancher chauffant ou un radiateur.
À noter que les pompes à chaleur eau/eau peuvent aussi récupérer des calories dans une source d’eau située à proximité de la maison ou du bâtiment à chauffer.
