Introduction à la pompe à chaleur

 

 

Pour comprendre la pompe à chaleur, il faut revenir à des notions simples de physique:

 

En physique, le froid n'existe pas,  seule existe la chaleur jusqu'au zéro absolu, soit environ -273.15°C. On ne peut pas obtenir de température plus basse.

 

Le froid est donc une grandeur relative...On devrait dire, il fait plus ou moins chaud!

 

Ainsi, il est  faux de croire que la pompe à chaleur fait du ''chaud'' avec du ''froid''.

 

Sans toujours en être conscients, nous sommes entourés de pompes à chaleur: Un réfrigérateur, un climatiseur, un ballon thermodynamique, ces appareils communs aujourd'hui sont des pompes à chaleur. Dans leur fonctionnement, ces appareils transfèrent de la chaleur d'un milieu vers un autre.

 

La pompe à chaleur prend  la chaleur dans un milieu dont elle abaisse la température pour la transférer dans un autre milieu dont elle fait augmenter la température. Il n'y a pas de création de chaleur!!!

 

Chauffer ou climatiser avec une pompe à chaleur c'est donc la même chose, tout dépend du côté ou l'on se place!!!

 

 

  

 

Différents types de pompes à chaleur:

 

En fonction des milieux de puisage et de restitution de la chaleur, les pompes à chaleur sont de types:

 

                   Air-air, air-eau, eau-eau, sol-eau, eau-air, etc.......

 

Pompes à chaleur air-air, la chaleur puisée dans l'air extérieur est restituée à l'air du local à chauffer en chauffage ou l'inverse en climatisation.

Ce sont des climatiseurs.

 

Pompes à chaleur air-eau, les plus utilisées en chauffage central.

La chaleur puisée dans l'air extérieur  est  restituée dans  l'eau de chauffage circulant dans les radiateurs ou dans le plancher chauffant.

Ces machines sont réversibles sous conditions, (on parlera de rafraîchissement plutôt que de climatisation).

Il existe des modèles pour chauffage seul ou chauffage et eau chaude sanitaire.



Les pompes à chaleur  de type air-air ou air-eau -dites aérothermiques  sont les plus fréquentes. Facilité d'installation et coût limité.

 

La géothermie, soit une pompe à chaleur sol-eau,  devient très marginale car relativement coûteuse, elle est à réserver aux régions aux hivers très froids comme l'Alsace ou aux régions de montagne aux hivers longs et rigoureux...

 

 

 

Principe de fonctionnement de la pompe à chaleur:

         

 

 

Toutes les pompes à chaleur  fonctionnent selon le même principe, peu importe  la marque. Elles comportent toutes les mêmes organes de base.

 

Comme les voitures par exemple, elles  se ressemblent tout en étant différentes.

 

Un fluide frigorigène (abusivement appelé ''gaz'' dans le langage commun) parcourt un circuit fermé en 4 étapes  dans  les 4 organes principaux d'un cycle frigo (schéma ci-dessus).

Le fluide frigorigène  transporte la chaleur comme le fait l'eau dans un système de chauffage central avec une chaudière

 

Le fluide frigo n'est   pas un consommable, toute perte de fluide traduit une fuite de l'installation qu'il faut réparer obligatoirement avant de recharger (obligation réglementaire).

 

 

Les 4 étapes et les 4 organes (le schéma ci-dessus représente une installation de chauffage):

 

1) L'aspiration-compression: Le compresseur aspire le fluide frigorigène à l'état gazeux  et le comprime.

La compression d'un gaz augmente sa température. Plus la compression est forte, plus  l'augmentation de la température est forte.

 

 2) La condensation: A la sortie du compresseur, le fluide frigorigène gazeux comprimé et donc  très chaud  arrive dans le premier échangeur appelé "condenseur" dans lequel il cède une partie de sa chaleur à l'eau du chauffage dans le cas d'une pompe air-eau, par ex.

En cédant sa chaleur, le fluide frigorigène gazeux se refroidit jusqu'à devenir liquide, c'est la définition de la condensation.

 

3) La détente: A la sortie du condenseur, le fluide frigorigène redevenu liquide mais encore sous haute pression  passe dans le détendeur. 

La détente est l'inverse de la compression: A la sortie du détendeur, la pression du fluide frigorigène baisse fortement  et donc  sa température chute fortement aussi.

 

4) La vaporisation (évaporation):  A la sortie du détendeur, le fluide frigorigène toujours  liquide mais à basse pression et donc   basse température  arrive dans le second échangeur appelé "évaporateur" ou le milieu ambiant  est l'air extérieur dans la cas d'une pompe air-eau, par ex.

La température du fluide est alors plus basse que celle de l'air extérieur. Dans ces conditions, le fluide frigorigène prélève maintenant de la chaleur dans l'air extérieur, bout et se vaporise (redevient gaz).

C'est dans cette étape qu'il y a pompage de chaleur...

 

A la sortie de l'évaporateur, tout le fluide frigorigène est sensé être redevenu gazeux ce qui permettra au compresseur de l'aspirer pour recommencer le cycle.

 

5)1) Retour à l'aspiration-compression... Le cycle recommence tant que le compresseur fonctionne, commandé par la régulation de l'installation.

 

 

L'intérêt énergétique et économique de la pompe à chaleur:

 

Au final, l'utilisateur de la pompe à chaleur  ne paie que l'énergie nécessaire au fonctionnement du compresseur et non la chaleur prélevée dans l'environnement qui est gratuite!!!

 

Aucun autre système de chauffage ne restitue plus d'énergie calorifique qu'il ne consomme d'énergie électrique ou fossile  (Voir plus loin sur ce site, la mesure des performances des pompes à chaleur).

Toutes les affirmations  contraires des vendeurs de radiateurs électriques même les plus "sophistiqués" sont mensongères!

 

 

Mesure de performance d'une pompe à chaleur:            Coefficients de performance COP et SCOP

 

Le COP, appelé coefficient de performance. c'est le résultat de la division de la valeur de la puissance thermique restituée par la pompe à chaleur par la valeur de la puissance électrique absorbée par le compresseur à la température extérieure de +7°C (réglementation).

 

Le SCOP, appelé coéfficient saisonnier de performance, c'est la même approche avec l'énergie récupérée pendant une saison de chauffage et l'énergie consommée.

 

Cette approche saisonnière est plus réaliste car elle prend en compte la variation des températures extérieures pendant la saison de chauffage et les peforamnces des machines aux différentes températures extérieures.

 

Comparaison entre pompe à chaleur et radiateurs électriques:

 

Pompe à chaleur de COP = 4,  performance moyenne aujourd'hui:

           Puissance thermique restituée             10 kw

           Puissance électrique consommée sera 2.5 kw. 

 

Radiateurs électriques de tous types même les plus "performants":

            Puissance thermique restituée     10 kw

            Puissance électrique consommée  sera 10 kw.

 

 

La différence de puissance éléctrique consommée  entre ces 2 solutions montre un net avantage pour la pompe à chaleur avec  7.5 kw non payés pour une puissance totale de 10 kW.

Sans commentaires!....

 

Principales marques installées: