Il y a de la chaleur… dans le sol, l’eau et l’air
Notre environnement : le sol sous nos pieds, l’eau des nappes, l’air qui nous entoure, stockent chaque jour l’énergie que nous dispense le soleil.
Récupérer cette énergie gratuite et inépuisable et s’en servir pour le chauffage, c’est possible grâce aux pompes à chaleur.
Ce sont des équipements qui permettent d’économiser les énergies fossiles tout en limitant nos rejets de gaz à effet de serre. Il en existe plusieurs types, qui puisent la chaleur soit dans l’air (pompes aérothermiques), soit dans le sol ou l’eau des nappes phréatiques (pompes géothermiques).
Quel type de pompe à chaleur?
Comment savoir vers quel type de pompe à chaleur s’orienter quand on veut s’équiper ? Tous les procédés ne conviennent pas forcément à votre situation. En préalable, selon votre situation le guide qui suit va vous aider à « débroussailler le terrain »… Vous voulez en savoir plus ? Retrouvez tout au long de ce guide des informations techniques utiles pour faire de bons choix.
Vous faites construire:
Le terrain autour de votre maison s’y prête.
Vous pouvez faire installer tout type de PAC (Pompe à chaleur).
- Une PAC géothermique à capteurs enterrés horizontaux s’il y a assez de place dans le jardin.
- Une PAC géothermique à capteurs enterrés verticaux sous réserve des démarches administratives nécessaires.
- Une PAC sur eau de nappe si celle-ci s’y prête et sous réserve des démarches nécessaires.
- Une PAC aérothermique. Dans les climats rigoureux, il sera peut-être nécessaire de faire installer un appoint de chauffage selon le modèle de PAC aérothermique envisagé.
Attention au voisinage, certaines sont plus bruyantes que d’autres.Vous faites construire:
Le terrain est petit (moins de 200m2) et/ou planté d’arbres, le sol est rocheux…
De nombreuses PAC sont envisageables, sauf la PAC géothermique à capteurs horizontaux.
- Une PAC géothermique à capteurs enterrés verticaux sous réserve des démarches administratives nécessaires.
- Une PAC sur eau de nappe si celle-ci s’y prête et sous réserve des démarches nécessaires.
- Une PAC aérothermique. Dans les climats rigoureux, il sera peut-être nécessaire de faire installer un appoint de chauffage selon le modèle de PAC aérothermique envisagé.
Attention au voisinage, certaines sont plus bruyantes que d’autres.
Vous faites remplacer un chauffage existant:
Vous avez les mêmes possibilités que dans une construction neuve, à quelques restrictions près.
- Au préalable, faites vérifier l’état de l’isolation de votre maison (parois et ouvertures) et engagez des travaux de remise à niveau si nécessaire (des aides fiscales vous y aideront) : une bonne isolation permet en effet de limiter les consommations d’énergie et ce quel que soit le système de chauffage utilisé.
- l’installation d’un plancher chauffant nécessite une rénovation lourde, il ne sera peut-être pas possible d’installer une PAC fonctionnant avec se type de d’émetteur de chaleur.
- si vous choisissez une PAC aérothermique et si vous habitez une région au climat rigoureux, il sera peut-être nécessaire de faire installer un appoint de chauffage selon le modèle de PAC aérothermique envisagé.
Certaines PAC permettent la réutilisation du réseau de chauffage central déjà en place.
Le principe de base
La pompe à chaleur ou PAC est constituée d’un circuit fermé et étanche dans lequel circule un fluide frigorigène à l’état liquide ou gazeux selon les organes qu’il traverse. Ces organes sont au nombre de quatre : l’évaporateur, le compresseur, le condenseur, et le détendeur.
Pour simplifier, on peut dire que la pompe à chaleur prélève un peu de chaleur du sol du jardin, de l’air environnant ou de l’eau d’une nappe, augmente son niveau de température et restitue une chaleur à une température plus élevée dans le logement.
Son fonctionnement est d’autant plus efficace que la différence entre la température du milieu où est puisée la chaleur et celle des émetteurs de chaleur du logement est réduite.
Les fluides frigorigènes sont pour la plupart nocifs pour l’environnement. Ceux qui détruisent la couche d’ozone sont maintenant interdits ou en cours d’élimination. C’est le cas du R22, qui a longtemps été le fluide frigorigène le plus employé. Ils sont remplacés par des fluides comme les HFC (R407C, R410A, R417A), inoffensifs vis à vis de la couche d’ozone. Mais ces fluides restent de puissants gaz à effet de serre.
Schéma de principe de la pompe à chaleur
Schéma de principe de la pompe à chaleur
1 : la chaleur prélevée à l’extérieur est transférée au fluide frigorigène qui se vaporise.
2 : le compresseur électrique aspire le fluide frigorigène vaporisé.
3 : la compression élève la température du fluide frigorigène.
4 : le fluide frigorigène cède sa chaleur à l’eau du circuit de chauffage ou directement à l’air du lieu à chauffer.
5 : le fluide frigorigène se condense et revient à l’état liquide.
6 : le détendeur abaisse la pression du liquide frigorigène qui amorce ainsi sa vaporisation.
Ses applications
A partir du principe de base de la pompe à chaleur, différents systèmes existent, avec des performances et des possibilités d’application différentes. On peut regrouper les PAC destinées au chauffage des particuliers en deux grandes familles :
- les PAC géothermiques qui puisent la chaleur dans le sol ou l’eau d’une nappe par l’intermédiaire d’un réseau de capteurs ou de forages;
- les PAC aérothermiques qui la puisent directement dans l’air ambiant, extérieur ou intérieur au logement.
On parle selon les cas de modèles air/air, air/eau, sol/sol, sol/eau, eau/eau ou eau glycolée/eau. Le premier terme désigne l’origine du prélèvement, le second le mode de distribution de la chaleur. Seule exception : la PAC eau glycolée / eau qui puise la chaleur dans le sol (avec des capteurs enterrés contenant de l‘eau glycolée).
Le chauffage, mais aussi…
Les pompes à chaleur sont avant tout des systèmes de chauffage. Elles peuvent également remplir d’autres fonctions.
Pour l’eau chaude sanitaire, un appoint ou une installation indépendante sont nécessaires.
On peut obtenir de l’eau chaude sanitaire de deux façons avec une pompe à chaleur :
- avec la PAC qui assure le chauffage de la maison. L’eau du ballon est chauffée en récupérant une partie de la chaleur du fluide frigorigène. Quand la PAC ne fonctionne pas, une résistance électrique chauffe l’eau sanitaire ;
- avec un chauffe-eau thermodynamique. C’est un système indépendant muni d’une pompe à chaleur autonome. Il peut donc fonctionner toute l’année.
Le rafraîchissement d’un bâtiment en été.
En inversant le cycle du fluide frigorigène, la pompe à chaleur puise des calories dans le logement et les rejette à l’extérieur.
Les PAC munies de ce dispositif sont dites « réversibles ». Elles assurent une baisse modérée de la température, de l’ordre de 3 à 4° C de moins qu’à l’extérieur. Il s’agit donc d’une fonction de rafraîchissement et non de climatisation.
Par ailleurs, certains climatiseurs individuels réversibles assurent une fonction « chauffage ». Ils ne sont en général pas adaptés aux besoins de chauffage d’hiver car ils ne sont pas dimensionnés pour cela.
Performances et certifications
Des coefficients à connaître : COP et EER
Les performances des pompes à chaleur s’expriment par des coefficients qui rendent compte de leur efficacité en fonction de l’énergie qu’elles consomment.
Pour 1 kWh d’électricité consommé, les PAC restituent pour la plupart 2 à 4 kWh de chaleur. Par exemple, si une PAC consomme 1 kWh d’électricité et restitue 3 kWh de chaleur, on dit que son COP est de 3.
Le rapport entre la quantité de chaleur produite et l’énergie électrique consommée (par le compresseur) est le coefficient de performance (COP) de la pompe à chaleur. Il traduit la performance énergétique d’une pompe à chaleur en mode chauffage.
Le COP est mesuré par le fabricant ; il est valable pour une température d’essai donnée. Dans la pratique, quand le milieu est plus froid que cette température d’essai, l’efficacité énergétique de la pompe à chaleur diminue et devient inférieure au COP annoncé. À l’inverse, elle est supérieure à ce COP quand le milieu est plus chaud que la température d’essai.
On conseille donc l’installation d’une pompe à chaleur présentant le COP le plus élevé possible et en tout cas supérieur à 3.
L’appellation EER (coefficient d’efficacité frigorifique) traduit l’efficacité d’un système thermodynamique quand il produit du froid.
Des consommations annexes
Le compresseur de la pompe à chaleur est le principal consommateur d’électricité, mais il n’est pas le seul. Les PAC sont le plus souvent équipées d’auxiliaires qui fonctionnent à l’électricité (circulateurs, organe de dégivrage, ventilateurs, etc.). Enfin, les ventilo-convecteurs sont eux aussi équipés de ventilateurs. Il faut tenir compte de ces consommations annexes pour estimer la performance réelle du système de chauffage.
En résumé
Les pompes à chaleur sont avant tout des systèmes de chauffage. Même si certaines peuvent faire du rafraîchissement, la finalité essentielle de ces systèmes doit être la production de chaleur.
Les pompes à chaleurs sont des appareils sophistiqués. Le dimensionnement de l’équipement et son installation exigent le savoir-faire spécifique d’un professionnel compétent et expérimenté.
Il est conseillé de choisir une pompe à chaleur présentant le COP le plus élevé possible et en tout cas supérieur à 3.
Pour que l’installation conserve ses performances et dure longtemps, il faut la faire surveiller et entretenir par un spécialiste tous les ans.
En fin de vie, la pompe à chaleur doit être démontée par un spécialiste qui récupérera le fluide frigorigène pour le recycler ou le détruire.