Le fonctionnement d’une pompe à chaleur (PAC) varie d’une technologie à l’autre, mais s’appuie sur le même principe d’utilisation d’une énergie renouvelable. On vous aide à comprendre comment marche cet appareil de chauffage économique et performant !
En résumé :
- Pour fonctionner, les pompes à chaleur reposent sur un principe d’échange de chaleur. Elles puisent leur énergie dans une source froide renouvelable (l’air, l’eau ou le sol) puis la distribuent à une source chaude (la maison). Elles ont aussi recours à l’électricité, mais leur consommation électrique est faible.
- Le système utilise un fluide frigorigène. Il permet de récupérer et de transmettre les calories au logement, en passant de l’état liquide à gazeux dans le circuit frigorifique de la PAC.
- Il existe plusieurs technologies de pompes à chaleur (aérothermiques, géothermiques ou hybrides), basées sur le même principe de fonctionnement. Cependant, la source d’extraction des calories et la méthode de distribution de chaleur varient selon les modèles.
Quel est le principe de fonctionnement d’une pompe à chaleur ?
Basé sur un principe thermodynamique, le fonctionnement d’une pompe à chaleur consiste à :
- récupérer des calories énergétiques dans un milieu naturel (source froide) ;
- les réchauffer dans son circuit frigorifique à l’aide d’un fluide frigorigène ;
- les distribuer dans le logement (source chaude).
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Un système alimenté en énergie renouvelable (EnR)
Bien qu’elles utilisent de l’électricité, la principale source d’énergie d’une pompe à chaleur est renouvelable. Cela favorise une faible consommation énergétique, des économies de chauffage et un impact environnemental réduit. Les pompes à chaleur peuvent en effet avoir recours à :
- l’aérothermie : on parle de PAC air-eau ou air-air, voire de climatisation réversible ;
- la géothermie : on parle de PAC eau-eau, sol-eau ou sol-sol.
Le saviez-vous ?
Il est possible d’associer sa PAC à des panneaux solaires pour limiter davantage son impact environnemental et vos factures d’électricité.
Le fluide frigorigène pour faire marcher les pompes à chaleur
Pour réchauffer les calories puisées en milieu naturel, les pompes à chaleur utilisent un fluide frigorigène, un liquide caloporteur qui circule dans le circuit frigorifique de la PAC. Selon sa température et sa pression, ce fluide passe de l’état liquide à gazeux. Cela lui permet de capter l’énergie thermique, de la chauffer puis de la transmettre au réseau de chauffage de l’habitation.
Bien qu’il soit très performant, le fluide frigorigène est un gaz à effet de serre (GES) lorsqu’il est à l’état de vapeur. Pour préserver l’environnement, il doit donc être exclusivement manipulé par un professionnel. C’est l’une des raisons pour lesquelles les pompes à chaleur sont réglementées et doivent être :
- installées par un installateur qualifié, qui détient au moins le label RGE et au mieux la certification QualiPAC ;
- entretenues tous les deux ans par un professionnel, qui s’assurera de la bonne étanchéité du circuit de la PAC.
Un confort thermique optimal
Certaines pompes à chaleur sont réversibles : elles inversent leur mode de fonctionnement pour servir au rafraîchissement de l’habitation en plus de produire du chauffage. Le modèle air-air est même qualifié de climatisation réversible !
Le cycle de fonctionnement d’une pompe à chaleur
Quel que soit son type, une pompe à chaleur intègre différents composants dans son cycle frigorifique, qui permettent d’assurer son fonctionnement :
- un évaporateur : placé en extérieur, il assure la récupération des calories ;
- un compresseur : il compresse le fluide frigorigène et augmente ainsi sa température pour le faire passer à l’état de gaz ;
- un condenseur (ou échangeur thermique) : il assure l’échange de chaleur entre les sources chaudes et froides, pour chauffer la maison ;
- un détendeur : il abaisse la pression et la température du gaz puis le guide à nouveau vers l’évaporateur pour entamer un nouveau cycle.
Ce processus, qui permet de produire du chaud, du froid ou de l’eau chaude sanitaire selon le mode activé, est le même pour tous les modèles de pompes à chaleur. Néanmoins, selon leur technologie, la chaleur n’est pas extraite du même milieu et n’est pas non plus distribuée au logement de la même manière.
Le saviez-vous ?
Il existe aussi des pompes à chaleur au gaz.
Comment fonctionnent les différents types de pompes à chaleur ?
Toutes les pompes à chaleur fonctionnent sur un même principe thermodynamique. On fait le point sur les différences entre chaque modèle !
Comment fonctionne une pompe à chaleur aérothermique ?
L’aérothermie consiste à puiser dans l’air pour produire de l’énergie thermique, par le biais d’un groupe de ventilation placé en extérieur. C’est au niveau du procédé de distribution de chaleur que diffèrent les pompes à chaleur air-eau et air-air.
L’idéal pour la rénovation
Faciles à installer en remplacement d’un chauffage existant (chaudière ou radiateurs), les systèmes aérothermiques sont les plus adaptés pour la rénovation énergétique.
Le fonctionnement d’une pompe à chaleur air-eau
Comme une chaudière, la PAC air-eau chauffe les logements par un réseau de chauffage central hydraulique. Par conséquent, ce modèle permet également de produire de l’eau chaude sanitaire (ECS).
Une fois aspirées par l’évaporateur, les calories montent en température grâce au compresseur puis sont transmises à l’unité intérieure hydraulique de la PAC air-eau via son échangeur thermique.
La chaleur produite est alors cédée à l’eau du circuit de chauffage pour alimenter les émetteurs de chaleur de l’habitation ou ses points de distribution d’ECS. La PAC peut être associée à des radiateurs à eau ou un plancher chauffant, voire à des ventilo-convecteurs et planchers chauffants compatibles avec l’émission de froid pour les modèles réversibles.
Le saviez-vous ?
En rénovation, il est possible de conserver le réseau d’émetteurs existants s’ils sont compatibles avec les réglages de la PAC et sa température d’eau de chauffage, qui peut être haute, moyenne ou basse température.
Le fonctionnement d’une pompe à chaleur air-air
La PAC air-air puise aussi dans l’air ambiant via son groupe extérieur et se compose des mêmes éléments qu’un équipement air-eau. Cette fois-ci cependant, la chaleur est distribuée par l’air, à l’image de radiateurs électriques.
De l’air chaud est donc soufflé dans la pièce, par le biais d’unités intérieures appelées “splits” et qui peuvent être murales ou consoles. Selon la taille et la configuration de la maison, l’installation peut être :
- monosplit (une seule unité intérieure) : parfaite pour un petit espace ou pour ne chauffer qu’une pièce ;
- multisplit (plusieurs unités intérieures) : idéale pour chauffer différentes pièces ;
- gainable : optimale pour chauffer plusieurs pièces de manière discrète (des grilles de ventilations sont gainées sur une unité intérieure, cachée dans les combles ou un faux-plafond).
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Comment fonctionne une climatisation réversible ?
En mode climatisation, le fonctionnement est le même que pour un appareil non réversible, mais les rôles du compresseur et de l’échangeur thermique sont inversés. Cela permet d’évacuer l’air chaud hors du logement, pour abaisser sa température sans produire d’air froid.
Pas de place en extérieur ?
Il existe des pompes à chaleur sans unité extérieure pour faciliter l’installation en appartement ou dans les zones protégées par exemple. Bien qu’efficace, le rendement de ces systèmes est moins bon que celui d’un modèle classique.
Comment fonctionne une pompe à chaleur géothermique ?
On parle de PAC géothermique pour les appareils ayant recours à l’énergie du sol ou de l’eau des nappes phréatiques pour fonctionner. Il peut s’agir d’un système sol-eau, sol-sol ou eau-eau.
Ici encore, l’équipement utilise un évaporateur, un compresseur, un condenseur et un détendeur pour capter et restituer les calories. Cependant, il les récupère par le biais de capteurs ou de sondes, enfouis dans le sol grâce à un terrassement ou à un forage du terrain.
Couplés à une performance énergétique accrue, ces lourds travaux expliquent le faible taux d’installation et le prix élevé de la pompe à chaleur géothermique, en comparaison à celui des modèles aérothermiques.
Pour info
La PAC géothermique est celle au meilleur rendement car la température des sols est constante, tandis que celle de l’air varie et peut limiter le fonctionnement d’une PAC aérothermique si le modèle n'est pas adapté au grand froid.
Pompe à chaleur hybride : comment ça marche ?
La pompe à chaleur hybride (ou chaudière hybride) associe une PAC air-eau et une chaudière à condensation, généralement au gaz. Concrètement, un régulateur intelligent permet d’alterner entre l’activité de la chaudière ou celle de la pompe à chaleur, pour :
- favoriser le fonctionnement le plus économique des deux ;
- garantir votre confort thermique ;
- vous garantir de réaliser des économies de chauffage.
FAQ sur le fonctionnement des pompes à chaleur
Est-ce que le fonctionnement d’une PAC joue sur sa performance ?
Le rendement d’une pompe à chaleur varie en effet selon sa technologie. Il est généralement plus élevé pour les modèles géothermiques, qui puisent dans une source dont les températures ne varient pas, et parmi les systèmes aérothermiques, les modèles air-eau ont tendance à afficher de meilleurs rendements que ceux air-air.
Pour vous assurer un bon rendement, référez-vous au COP (Coefficient de Performance) de l’appareil : il indique la quantité d’énergie produite par une PAC pour la consommation d’1 kWh d’électricité. Plus le COP est élevé, meilleure sera la performance : par exemple, avec un COP 3, jusqu’à 3 kWh d’énergie thermique sont produits pour 1 kWh électrique consommé.
Le fonctionnement d’une PAC influence-t-il son prix ?
La technologie d’une PAC joue bel et bien sur son prix. Toutefois, la puissance de l’appareil ou la taille de la maison (100 m², 120 m², 200 m²) influent également sur le devis de l’installation.
À titre d’information, il faut compter en moyenne 60 à 130 €/m² pour installer une PAC aérothermique, contre 80 à 200 €/m² pour la pose d’une PAC géothermique.
Heureusement, ces appareils de chauffage sont éligibles aux aides à la rénovation du fait de leur haute performance énergétique. Pensez à vérifier votre éligibilité aux aides pour réduire le devis, mais attention aux arnaques : par exemple, les offres de pompes à chaleur pour 1 € n’existent plus en 2024 !
Comment optimiser le fonctionnement d’une pompe à chaleur ?
Pour allonger la durée de vie d’une PAC et lui garantir des performances optimales, il est essentiel de bien réaliser son entretien. Obligatoire tous les deux ans, l’opération est recommandée annuellement et doit être réalisée par un chauffagiste professionnel.
D’autres conseils peuvent favoriser un fonctionnement optimal. Par exemple, équiper le groupe extérieur des modèles aérothermiques d’une protection ou favoriser l’achat d’un appareil Inverter.
