Le fonctionnement d’une pompe à chaleur
Une pompe à chaleur capte les calories dans l’air (aérothermie) ou dans le sol (géothermie) à l’évaporateur, et les transmet au circuit de chauffage au travers d’un échangeur, le condenseur.
Ce transfert est possible grâce aux propriétés du fluide frigorigène qui par son changement d’état (gazeux ou liquide) permet cette opération via le compresseur et le détendeur.
Le compresseur aspire du gaz en basse pression (froid) et le refoule en haute pression (chaud).
Le gaz chaud cède sa chaleur en se condensant pour passer à l’état liquide, c’est cette chaleur qui est récupérée pour chauffer la maison.
Le gaz liquide arrive sur un détendeur qui vaporise ce gaz et lui permet de passer de haute pression à basse pression.
Le gaz absorbe les calories de l’air ou de l’eau pour se vaporiser et retourner à l’état gazeux au compresseur.
Ainsi le cycle se perpétue et le gaz absorbe les calories d’un côté et les transfère de l’autre.
Économique, écologique…
La Pompe à Chaleur est une réponse pertinente à tous les enjeux économiques et écologiques actuels. Elle peut subvenir aux besoins de chauffage et de production d’eau chaude sanitaire. Dans certaines conditions, elle peut également apporter du rafraîchissement l’été lors des « grandes chaleurs », qui deviennent de plus en plus fréquentes. Cette technologie est adaptée aux constructions neuves comme aux rénovations. La pompe à chaleur s’installe à l’extérieur la plus-part du temps, mais peut aussi trouver sa place à l’intérieur (air/eau et eau/eau) en fonction des contraintes techniques, esthétiques ou environnementales.
Performante
Côté performances, un excellent bilan énergétique, avec des étiquettes Energie jusqu’à A+++. « Remplacer une chaudière au fioul par une PAC permet de substituer à 4 kWh de combustible fossile, 1 kWh d’électricité et 3 kWh de chaleur renouvelable gratuite prélevée sur l’environnement (air, sol, nappe phréatique) ». Avec son vecteur eau, la pompe à chaleur est capable de venir s’installer sur n’importe quel circuit de chauffage sans modification importante du réseau.
Dimensionnement d’une pompe à chaleur
Le dimensionnement de la PAC est crucial et nécessite une étude thermique approfondie.
Trop puissante, une PAC effectue des cycles courts et démarre souvent avec des risques de surcharges électriques, d’où une durée de vie écourtée.
Pas assez puissante, elle givre rapidement (évaporateur extérieur) et ne chauffe pas assez : l’appoint prend la relève trop fréquemment.
La PAC, moyenne ou haute température, couvre la totalité des besoins et l’appoint (électrique ou chaudière conservée) ne fonctionne qu’en cas de froid polaire persistant ou de problème technique.
Une PAC air-eau doit disposer d’une puissance égale ou légèrement supérieure à 70 % ou 80 % des déperditions de la maison à la température de base suivant les technologies. En fonctionnement simultané avec l’appoint électrique, elle doit couvrir 120 % des déperditions. Cette puissance doit être délivré à la température de départ adapté aux émetteurs du logement.
Formule : P = V x DT x G
Pour estimer rapidement la puissance nécessaire d’une pompe à chaleur P, il faut multiplier le volume du logement V en m3, par le coefficient de construction G ainsi que l’écart de température entre la température de base extérieure et la température intérieure DT.
Utilisation d’antigel dans les circuits de chauffage ou de refroidissement
L’antigel le plus fréquemment utilisé dans le domaine du chauffage est le mono propylène pour ses propriétés.
L’eau pure gèle à 0 °C, tandis qu’un mélange avec un mono propylène glycol permet de repousser cette valeur à -25°C.
Il est donc fréquent, suivant les fabricants de pompes à chaleur, d’avoir recours à un mélange eau / glycol pour protéger les échangeurs du gel, soit en mode rafraichissement soit en mode captage pour les pompes à chaleur géothermiques.
L’inconvénient du glycol est qu’il se détériore au fil du temps. De ce fait il a une durée de vie limitée et il devra être remplacée plusieurs fois sur la durée de vie de la pompe à chaleur. Les règlements sanitaires départementaux interdisant son rejet à l’égout, ce dernier devra être récupéré pour être recyclé ce qui présente un coût important.
Le coefficient de performance (COP)
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 électrique consommée par le compresseur. Ce rapport est le coefficient de performance (COP) de la pompe à chaleur géothermique. Le COP ou coefficient de performance est de l’ordre de 5 sur les modèles de pompe à chaleur géothermiques installés actuellement (cela signifie que pour 1 kW d’électricité consommée, la maison recevra 5 kW de chaleur).
Les systèmes les plus performants ont des COP de 7, souvent en géothermie.
Les systèmes à air, un peu moins performants, ont des COP variant de 2 à 5,20.
Quels type de tuyauterie ?
L’acier est un alliage de fer et de carbone, auquel on donne, par traitement mécanique ou thermique, des propriétés variées (malléabilité, résistance), très largement utilisé en résidentiel pour les applications de radiateurs dans les années 80, il cède aujourd’hui sa place au PER ou au cuivre. Il est cependant utilisé dans les gros diamètres car son coût est bien inférieur à celui du cuivre. En revanche les raccordements sont moins aisés.
Le PER (Polyéthylène Réticulé haute densité) est un matériau plastique souvent utilisé en plomberie et en chauffage pour les plafonds climatiques et planchers chauffants. Le diamètre le plus couramment utilisé est le ø 25 mm ce qui limite son utilisation pour les pompes à chaleur. Il a l’avantage d’avoir un excellent rendu une fois posé mais présente des inconvénients en utilisation chauffage à cause des raccords qui réduisent les sections de passage de l’eau et créent de la perte de charge (phénomène qui n’est pas perceptible en utilisation plomberie).
Le cuivre est un métal qui conduit bien la chaleur. Il résiste à l’air et à l’eau mais se patine lentement en présence de carbonate. Très largement utilisé dans les pompes à chaleur car disponible dans beaucoup de diamètres. Il a aujourd’hui un coût élevé. Il reste cependant notre matériau préféré pour une qualité irréprochable.
Le multicouche est une solution de raccordement en eau pour tous les éléments sanitaires de la maison. Ce produit combine certains des avantages du PER et du cuivre grâce à sa composition faite de plusieurs matériaux.