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Pompe à Chaleur - principe de fonctionnement

 

Une pompe à chaleur est un système thermodynamique dont le principe de fonctionnement est basé sur un phénomène physique "le changement d'état". Lorsque le fluide frigorifique s’évapore pour devenir un gaz, il absorbe de l’énergie, s'il se condense pour redevenir un liquide, il dégage alors de l’énergie. La température d'évaporation du liquide étant plus basse que la température de l'air extérieur (aérothermie) ou du sol ou d'une nappe d'eau souterraine (géothermie), celui-ci absorbera les calories pour les restituer ensuite dans l’unité de condensation situé dans le local.

 

Si la pompe à chaleur est réversible, son mode de fonctionnement sera inversé en été.

 

Une pompe à chaleur est notamment constituée de 4 éléments :

 

L'évaporateur (c'est la partie froide de la machine) :

 

Dans l'évaporateur, le fluide frigorigène en s’évaporant, récupère de l'énergie contenu dans l’air extérieur, le sol, l’eau. La pression reste constante et le fluide devient totalement gazeux.

 

Le compresseur :

 

Le compresseur en créant une dépression, aspire ses vapeurs et les expédie à haute pression vers le condenseur. Cette compression nécessitera un apport supplémentaire d'énergie. L'énergie nécessaire sera de l'ordre du tiers de celle prélevée. Si l'évaporateur puise dans un milieu extérieur 3 kW de chaleur, il faudra consommer environ 1 kW électrique pour effectuer la compression et le condenseur délivrera alors au niveau du condenseur environ 4 Kw de chaleur.

 

Le condenseur (c'est la partie chaude de la machine) :

 

Ce composant permet d'évacuer l'énergie contenue dans le fluide frigorigène. Le fluide s'y condense en restituant l'énergie qu'il véhicule. Cette énergie peut être cédée directement dans l’air ou dans un circuit d’eau alimentant des émetteurs (radiateurs, plancher chauffant, ventilo-convecteurs….)

 

Le détendeur :

 

En sortie du condenseur, le fluide frigorigène est un liquide chaud.  Afin de le renvoyer dans l'évaporateur pour qu'il permette à nouveau de chauffer le local, on procède à une détente  pour le faire chuter en température. (ce procédé est l’inverse de la compression)

 

 

-Les pompes à chaleur peuvent être « basse température » en produisant de l’eau entre 35° et 50°.

             C’est à cette plage de température que les COP sont les plus élevés. Associé à un plancher chauffant, une

             PAC basse température offre une solution de chauffage très économique. Il faut néanmoins préciser que les

             planchers chauffants ne pouvant dissiper plus de 116Watts par m2, ils ne conviennent que pour des locaux

             bien isolés.

 

-Les pompes à chaleur peuvent être « haute température » en produisant de l’eau à une température

             supérieure à 55°. Elles sont principalement employées en rénovation, sans renforcement de l’isolation, et en

             remplacement d’une chaudière. Elles s'avèrent beaucoup plus énergivores que les PAC "basse

             température".

 

Il est important de noter que le COP donné par les fabricants est pour une température extérieure de +7°. Or le rendement d'une pompe à chaleur affichant un COP de 4 dans des conditions théoriques de laboratoire diminue de manière significative lorsque l'hiver arrive. Entre la période de demi-saison et l'époque hivernale, le COP d'une PAC peut passer par exemple de 3 à 2 et même nécessiter le complément d'un chauffage d'appoint.

De même, plus la température de l’eau du circuit de chauffage est élevée, plus le COP de la PAC diminue.

 

Aujourd’hui les pompes à chaleur sont essentiellement à technologie « inverter » . Cette technologie permet, en fonction des besoins de faire varier la puissance de 30 à 100% et ainsi fait économiser 30% d'énergie électrique. Elle assure également une meilleure régulation de la température des locaux. Auparavant, les compresseurs délivraient 100% de leur puissance ou étaient à l'arrêt. Cela entraînait une série de marche/arrêt du compresseur, cycles préjudiciables à son rendement et à sa durée de vie.  

 

Principe de la PAC