Pompes à chaleur : l’efficacité et le confort toute l’année

Pompes à chaleur : l’efficacité et le confort toute l’année

Résultant d’une technologie plutôt mal connue, les pompes à chaleur existent déjà depuis plusieurs décennies et l’on estime à près de 12 millions le nombre de pompes à chaleur installées pour le confort des foyers et de tous types d’établissements.

Qu’est-ce qu’une pompe à chaleur ?

Pour comprendre facilement en quoi consiste une pompe à chaleur nous pouvons comparer leur fonctionnement à celui d’un réfrigérateur. Son rôle est d’extraire la chaleur qu’il contient à l’intérieur et de l’expulser vers l’extérieur. Ainsi, il est possible de maintenir les aliments du réfrigérateur à une température donnée. Les pompes à chaleur suivent un cycle similaire pour refroidir un local et un cycle inversé pour le chauffer, en extrayant l’énergie à échanger depuis différentes sources (air, eau ou sol).
Le réfrigérant, à l’intérieur du circuit de la pompe à chaleur, effectue les transformations suivantes :

• Évaporation : le réfrigérant absorbe la chaleur et s’évapore complètement.
• Compression : le réfrigérant, arrivant de l’évaporateur à l’état gazeux et à basse pression, est soumis à une haute pression.
• Condensation : le réfrigérant, sortant d’un compresseur, passe à l’état liquide, libérant ainsi de la chaleur.
• Expansion : en passant par une vanne d’expansion, le réfrigérant se refroidit et se transforme partiellement en vapeur.

Ce cycle peut s’inverser, car le même appareil peut produire aussi bien de la chaleur que de l’air froid. Les pompes à chaleur ont donc la double fonction de chauffer en hiver et de rafraîchir en été, remplaçant alors les systèmes classiques d’air conditionné et de chauffage par une installation unique.

Types de pompes à chaleur

Il existe différents types de pompes à chaleur en fonction de la source de chaleur du système utilisé pour la distribuer.

1. Pompes à chaleur aérothermiques : Ce sont des pompes qui utilisent l’air extérieur comme source de chaleur (aérothermie) On peut citer les :

1. Pompes à chaleur air-air :  la chaleur est puisée dans l’air extérieur et se mélange au réfrigérant qui le diffuse à l’intérieur de la maison. Cette énergie est libérée dans la pièce via un interaccumulateur, chauffant ainsi la maison.
2. Pompe à chaleur air-eau : dans ce cas, l’air extérieur est aussi utilisé comme source de chaleur, mais la chaleur extraite est transférée vers un circuit hydraulique que l’on peut utiliser pour alimenter des systèmes de chauffage par le biais de ventilo-convecteurs (fancoils), d’un chauffage au sol, de radiateurs et pour fournir de l’eau chaude sanitaire.

Avantages des pompes à chaleur aérothermiques :

• Ce sont les plus courantes car leur coût d’installation est peu élevé.
• Elles fournissent jusqu’à 4 kWh d’énergie thermique pour 1 kWh d’énergie électrique.
• Elles conviennent aux régions dont la température n’est pas trop extrême.

Inconvénients :

• Si l’air extérieur est trop froid, l’efficacité du système est réduite.

2. Pompes à chaleur géothermiques : Ce sont des pompes qui utilisent la terre comme source de chaleur (géothermie). Dans une pompe à chaleur géothermique, la chaleur est extraite de la terre puis elle est convertie en eau chaude. Étant donné que la température du sous-sol reste plutôt stable toute l’année, l’efficacité de ce système est élevée, même durant les hivers les plus froids. On distingue deux types de systèmes :

1. L’interaccumulateur de chaleur horizontal : les tubes sont enterrés à une profondeur spécifique, par exemple à environ 1,5 m en-dessous du niveau du sol. Ce circuit fermé permet de transférer la chaleur de la terre vers la pompe à chaleur. La superficie du terrain nécessaire permettant à ce circuit de fonctionner doit être beaucoup plus grande que l’espace à chauffer, car ce système n’est pas adapté aux petits terrains urbains.
2. L’interaccumulateur de chaleur vertical : un ou plusieurs trous verticaux sont faits dans le sol. On place dans chacun d’eux un tuyau descendant et un tuyau ascendant, créant ainsi un circuit fermé. Le mélange liquide circulant dans les tuyaux extrait la chaleur du sous-sol et la transfère vers la pompe à chaleur. On peut installer ce système dans des terrains à la superficie réduite, car il sera toujours possible de faire des trous pour les tuyaux.

Il faut également distinguer deux types de pompes géothermiques en fonction des moyens d’échanger la chaleur. Les voici :

3. Les pompes à chaleur terre-air : Elles utilisent les propriétés naturelles de la terre pour chauffer et rafraîchir un bâtiment.
4. Les pompes à chaleur terre-eau : Elles utilisent la chaleur contenue dans le sol et fournissent de la chaleur ou de la fraîcheur au bâtiment grâce à la condensation de l’eau. Elles sont plus rares car leur installation est onéreuse.

Avantages des pompes à chaleur géothermiques :

• Leur installation et leur entretien sont très simples.
• Elles fournissent jusqu’à 6 kWh d’énergie thermique pour 1 kWh d’énergie électrique.
• Elles fonctionnent 24h/24 et 365 jours par an.

Inconvénients :

• Le coût de l’installation initiale est élevé.
• Étant donné que l’eau qui descend est plus froide, la température du sol peut être réduite. Ainsi, l’efficacité de ce système peut être altérée à mesure que l’on approche de la fin de la période de chauffage. Si la température du sol diminue trop, on parle d’épuisement du sol.

3. Pompes à chaleur hydroniques : Ce sont des pompes qui utilisent l’eau comme source d’énergie (hydrothermie). On creuse deux puits dans le sol à une distance raisonnable l’un de l’autre. L’eau souterraine est pompée depuis le premier puits vers la pompe à chaleur. La chaleur est alors transférée vers un interaccumulateur de chaleur et l’eau de retour, plus froide, est pompée depuis le second puits. Il est possible d’inverser ce système en été, en utilisant l’eau souterraine la plus froide, provenant du second puits, pour rafraîchir la maison. L’excès de chaleur est emmagasiné dans le premier puits.
Les pompes à chaleur hydroniques eau-eau extraient la chaleur de l’eau souterraine pour produire de la chaleur via des radiateurs à basse température, des ventilo-convecteurs (fancoils) et un chauffage au sol.

Avantages des pompes à chaleur hydroniques :

• Leur système est très écologique.
• Elles permettent de fournir de l’air conditionné ou de chauffer séparément.

Inconvénients :

• Le coût de l’installation initiale est élevé.
• Il faut trouver un terrain disponible pour creuser les puits.
• Il faut disposer d’eau courante souterraine.

Pourquoi opter pour une pompe à chaleur ?

En plus des avantages inhérents à l’installation d’un système de ce type dans une maison (davantage de confort, de repos et d’air pur), les pompes à chaleur possèdent quelques avantages comparé aux systèmes de climatisation classiques :

• Un meilleur rendement énergétique, c’est-à-dire : l’énergie ainsi obtenue est plus élevée que l’énergie consommée lorsqu’elle fonctionne.
• Sans frais mensuels à durée déterminée.
• Un seul système et une seule installation personnalisés pour fournir de la chaleur ou de l’air froid toute l’année.

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