La pompe à chaleur (PAC)

Les calories présentes dans le sol et l’eau souterraine sont une énergie toujours disponible, gratuite et sans cesse renouvelée. La pompe à chaleur (PAC) permet de prélever cette chaleur omniprésente et de l’amener à un niveau de température plus élevé dans les logements afin de les chauffer.

Une pompe à chaleur se compose de 4 éléments principaux :

  • Un compresseur,
  • Un échangeur pour capter l’énergie à l’extérieur (évaporateur),
  • Un deuxième échangeur pour la restituer à l’intérieur (condenseur),
  • Un détendeur.

 

Le fonctionnement d’une pompe à chaleur peut être illustré par la figure suivante et résumé par les quatre étapes décrites ci-après qui constituent le cycle thermodynamique.

 

 

Schéma de fonctionnement d'une pompe à chaleur (PAC)

 

> Compression

Le compresseur aspire le fluide frigorigène qui se trouve sous forme de gaz à basse température. Durant cette compression, la température du gaz s’élève en même temps que sa pression. A la sortie du compresseur, ce gaz est donc chaud et à pression élevée.

> Diffusion de la chaleur au condenseur

Le gaz chaud va être dirigé vers un échangeur (appelé condenseur) dans lequel circule un fluide à réchauffer (eau du réseau de chauffage par exemple). Le gaz chaud va donc transmettre une partie de son énergie au fluide à réchauffer dont la température va augmenter. Ce faisant, le gaz frigorigène va se condenser, c’est-à-dire qu’il va passer de l’état gazeux à l’état liquide (d’où le nom de condenseur).

> Détente

Le fluide frigorigène à l’état liquide, qui est toujours à pression élevée, va être ensuite détendu au travers du détendeur, c’est-à-dire que la pression va chuter abaissant ainsi la température du frigorigène qui reste à l’état liquide. A la sortie du détendeur, la température du frigorigène, beaucoup plus basse, est inférieures à la température de la source de récupération.

> Récupération de la chaleur de l’environnement par l’évaporateur

Une fois devenu froid et liquide, le gaz frigorigène traverse un deuxième échangeur (appelé évaporateur) dans lequel circule le fluide extérieur (eau de nappe ou eau échangeant avec un capteur enterré dans le sol) qui est plus chaud que le gaz frigorigène. Ce dernier récupère alors l’énergie de ce fluide extérieur. Il entre en ébullition et se transforme à nouveau en gaz (d’où le nom d’évaporateur). Le gaz ainsi formé est aspiré par le compresseur pour un nouveau cycle.

 

Ainsi, la pompe à chaleur permet de couvrir 100% des besoins de chauffage d’un logement en consommant seulement 25% d’énergie électrique, les 75% restants étant puisés dans l’environnement tout en le préservant (ces chiffres peuvent varier suivant le matériel, la source d’énergie extérieure – air, eau ou sol – et les conditions de fonctionnement).

La performance énergétique d’une pompe à chaleur se traduit par le rapport entre la quantité de chaleur produite par celle-ci et l’énergie consommée par le compresseur. Ce rapport est le coefficient de performance (COP) de la pompe à chaleur. Plus la valeur du COP est élevée, plus le système est efficace.

En utilisant l’énergie gratuite, disponible dans l’environnement, les pompes à chaleur permettent de limiter le recours aux énergies traditionnelles et les émissions de certains polluants ayant un impact important sur l’effet de serre. 1kWh de chaleur produit par le biais d’une pompe à chaleur génère environ 4 fois moins de dioxyde de carbone (CO2) qu’1 kWh de chaleur produit par une chaudière combustible. De plus, pour le même confort, une pompe à chaleur peut faire chuter considérablement les émissions de certains autres polluants comme les oxydes d’azote (NOx) et le dioxyde de soufre (SO2) notamment.

L’un des atouts majeurs des pompes à chaleur réside dans leur faible consommation d’énergie électrique au regard de l’énergie thermique restituée : pour 1 kWh d’énergie électrique consommé, 3 à 4 kWh d’énergie thermique sont restitués au bâtiment, soit
2 à 3 kWh d’énergie renouvelable et gratuite récupérés, transférés et utilisés pour le chauffage.

La pompe à chaleur est un système réversible capable de produire de la chaleur, mais aussi de rafraîchir le logement en été et de fournir l’eau chaude sanitaire (ECS).

Il existe plusieurs types de pompes à chaleur géothermiques (PACg) en fonction du mode de captage :

  • Les PAC à détente directe pour lesquelles il n’y a qu’un seul circuit : le fluide frigorigène circule en circuit fermé dans la pompe à chaleur, les capteurs et les émetteurs de chaleur ;
  • Les PAC mixtes pour lesquelles il y a deux circuits, le circuit du fluide frigorigène des capteurs et de la pompe à chaleur et le circuit d’eau chaude des émetteurs ;
  • Les PAC à fluides intermédiaires pour lesquelles il y a trois circuits, le circuit frigorifique de la pompe à chaleur, le circuit des capteurs dans lequel circule de l’eau additionnée d’antigel et le circuit des émetteurs dans lequel circule l’eau chaude.

 

PAC Captage horizontal Captage vertical Captage sur nappe
Sol/sol PAC à détente directe    
Sol/eau PAC
mixte
   
Eau glycolée/eau PAC à fluides
intermédaires
 
Eau/eau     PAC à fluides
intermédiares

 

Pour en savoir plus : www.afpac.org

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