Comment fonctionne une pompe à chaleur air-eau ?

Fonctionnement pompe à chaleur air-eau selon les différents modèles 

Avant de nous pencher sur le fonctionnement d’une pompe à chaleur air-eau, rappelons ce qu’est une pompe à chaleur. Une pompe à chaleur ou “PAC” est un système de chauffage qui repose sur la thermodynamique. 

Grâce à un mécanisme d’échange de chaleur, une pompe à chaleur récupère les calories d’une source froide pour les transférer à une source chaude. La pompe à chaleur air-eau puise les calories dans l’air extérieur pour les restituer au circuit d’eau de chauffage à l’intérieur du logement. Il s’agit donc d’une pompe à chaleur aérothermique, puisque c’est l’air ambiant qui joue le rôle de source froide. 

D’autres types de pompes à chaleur existent :

• les PAC hydrothermiques comme les PAC eau / eau. Dans cette configuration, la chaleur est récupérée dans l’eau d’une rivière ou d’un plan d’eau ;
• les PAC géothermiques comme les PAC sol / sol ou sol / eau. Cette fois, c’est la chaleur dégagée par le sol qui est utilisée.

Fonctionnement pompe à chaleur air-eau selon la température désirée 

Nous l’avons vu, une pompe à chaleur air-eau peut avoir un fonctionnement réversible ou standard. Mais son fonctionnement peut également varier selon la température d’eau de chauffage que l’on souhaite obtenir. Dans un logement bien isolé et / ou situé dans une zone où le climat est doux, on utilisera une pompe à chaleur air-eau basse température. L’eau de chauffage sera alors chauffée autour de 35°C - 40°C. 

Au contraire, dans des zones où le climat est plus rude et où les températures descendent régulièrement en dessous de 0°C, on installera une pompe à chaleur air-eau haute température capable de chauffer l’eau à 65°C. Le fonctionnement d’une pompe à chaleur air-eau haute température est légèrement différent, notamment au niveau des phases de compression et de condensation.

Le fonctionnement d’une pompe à chaleur air-eau en détail

De quoi est composée une pompe à chaleur air-eau ? 

Avant de rentrer dans le vif du sujet, intéressons-nous aux différents composants d’une pompe à chaleur air-eau pour bien comprendre son fonctionnement. Le dispositif est constitué :

• d’un évaporateur composé de capteurs placés à l’extérieur du logement et parcourus par le fluide frigorigène ;
• d’un ventilateur pour le renouvellement de l’air ;
• d’un compresseur ;
• d’un échangeur thermique ou condenseur ;
• d’un détendeur.

Ces différents composants constituent le cœur du dispositif. La pompe à chaleur air-eau est bien entendu reliée à un circuit d’eau de chauffage qui alimente un plancher chauffant, des radiateurs ou des ventilo-convecteurs. Il existe deux types de montages :

• les installations "multi split" ou “bibloc” qui comportent une unité extérieure et une unité intérieure. Elles sont plus coûteuses et plus volumineuses. Leur principal avantage est de ne pas faire circuler l’eau de chauffage à l’extérieur pendant son fonctionnement et donc d’éviter le gel ;
• les installations “mono split” ou "monobloc" composées d’une seule unité. Elles prennent donc moins de place que les PAC multi split et conviennent donc mieux aux petits logements. Néanmoins, le fonctionnement de ces pompe à chaleur air - eau expose l’eau de chauffage au gel puisque l’échangeur thermique se situe à l’extérieur du logement. 

Le cycle de fonctionnement d’une pompe à chaleur air-eau 

Regardons désormais en détail le rôle des différents composants que nous venons de lister et plus particulièrement le fonctionnement du cycle frigorifique d’une pompe à chaleur. On peut en effet appréhender le fonctionnement d’une PAC air-eau comme un cycle comportant différentes étapes :

• 1ère étape : le fluide frigorigène est mis en contact de l’air extérieur. Sa faible température d’évaporation lui permet de passer à l’état gazeux et de se réchauffer, même lorsque les températures extérieures sont négatives ;
• 2ème étape : le fluide frigorigène, désormais à l’état de gaz, passe dans le compresseur qui le fait monter en pression. Ce procédé a pour effet d’augmenter sa température ;
• 3ème étape : le fluide frigorigène est maintenant à haute pression et suffisamment chaud pour céder ses calories à l’eau de chauffage. Pour ce faire, il passe dans un échangeur thermique, autrement dit un condenseur, qui le met en contact avec le circuit d’eau de chauffage. Cette dernière se réchauffe et peut alors alimenter les radiateurs, le plancher chauffant ou les ventilo-convecteurs. La condensation fait passer le fluide frigorigène de l’état gazeux à l’état liquide ;
• 4ème étape : pour baisser en pression, le fluide frigorigène passe dans un détendeur. Il retrouve alors intégralement son état liquide initial ;

• 5ème étape : le fluide frigorigène est prêt à entamer un nouveau cycle.

Fonctionnement pompe à chaleur air-eau : avantages et inconvénients 

Les avantages du fonctionnement d’une pompe à chaleur air-eau 

Le fonctionnement d’une pompe à chaleur air-eau comporte de nombreux avantages, tant sur le plan économique qu’écologique. Ce n’est pas pour rien que l’Etat a lancé de nombreuses aides pour les pompes à chaleur :

• d’un point de vue économique d’abord, le fonctionnement d’une pompe à chaleur air-eau est très intéressant. En effet, les pompes à chaleur comportent un coefficient de performance (COP) généralement supérieur à 3. Cela veut dire que pour 1 kWh d’énergie consommée, 3 kWh d’énergie thermique sont produits. Les économies d’énergie sont donc au rendez-vous. 

De ce fait, grâce aux aides mises en place par l’Etat, les pompes à chaleur sont amorties en moins de 7 ans en moyenne pour les foyers les plus modestes. De plus, le prix des pompes à chaleur air-eau reste moins élevé que celui des pompes à chaleur géothermiques ou hydrothermiques ;

• d’un point de vue écologique ensuite, les pompes à chaleur air-eau permettent de réduire les émissions de CO2 dans l’atmosphère par rapport à un chauffage à combustible fossile. La pompe à chaleur a besoin d’énergie électrique pour fonctionner, mais, en France, les rejets de CO2 liés à la production d’électricité sont relativement faibles ;

• ainsi, en combinant le remplacement de sa chaudière fioul par une pompe à chaleur air-eau avec des travaux de rénovation énergétique, il est possible de diminuer drastiquement ses émissions de CO2. Une aubaine quand on sait que le secteur résidentiel - tertiaire représente plus de 20 % des émissions de CO2 en France.

Les inconvénients liés au fonctionnement d’une pompe à chaleur air-eau 

Il n’existe surement pas de système de chauffage parfait. Les pompes à chaleur air-eau comportent également leurs lots d’inconvénients :

• les fluides frigorigènes qui permettent aux pompes à chaleur de fonctionner possèdent un effet de serre plus puissant que le CO2, lorsqu’ils passent à l’état gazeux. De ce fait, l’installation d’une pompe à chaleur et son entretien nécessitent l’intervention d’un professionnel assermenté pour la manipulation de ce genre de substance ;
• certaines pompes à chaleur peuvent être assez bruyantes lorsqu’elles fonctionnent. Les nuisances sonores pour le foyer aussi bien que pour le voisinage peuvent donc être préjudiciables. Afin de se prémunir contre ce risque, il est nécessaire d’installer sa pompe à chaleur à l’écart des pièces de vie et de faire réaliser un entretien régulier pour s'assurer qu’aucune pièce mal fixée ne puisse entraîner de vibrations.

FAQ : comment fonctionne une pompe à chaleur air-eau ?

Quel est le fonctionnement d’une pompe à chaleur air-eau ?

Le fonctionnement d’une pompe à chaleur air-eau repose sur l’échange de chaleur entre une source froide et une source chaude. Pour produire de la chaleur, la pompe à chaleur récupère les calories présentes dans l’air extérieur grâce à un fluide frigorigène, qui a la propriété de s’évaporer par faibles températures. Après avoir été compressé, ce fluide atteint une température suffisamment élevée pour chauffer un circuit d’eau de chauffage.

De quoi est constituée une pompe à chaleur air-eau ? 

Pour fonctionner, une pompe à chaleur repose sur un dispositif d’échange de chaleur entre l’air extérieur et le circuit d’eau de chauffage d’un logement. Pour produire et transporter cette chaleur, un circuit contenant un fluide frigorigène navigue entre les différents composants. Les différentes parties d’une PAC air-eau sont :

• l’évaporateur que l’on appelle également capteur thermique ;
• le compresseur ;
• l’échangeur thermique aussi appelé condenseur ;
• le détendeur. 

A l’autre bout du dispositif, on retrouve bien évidemment des appareils de chauffage comme les radiateurs, le plancher chauffant ou les ventilo-convecteurs. Pour mieux comprendre comment elle fonctionne, vous pouvez consulter notre schéma d'une pompe à chaleur air-eau.

Quelle est la consommation d’une pompe à chaleur air-eau ? 

La consommation d’une pompe à chaleur dépend de nombreux facteurs : zone géographique, surface du logement à chauffer, nombre d’habitants, qualité de l’isolation du logement, puissance de la pompe à chaleur. Pour optimiser le fonctionnement d’une pompe à chaleur de prendre en compte tous ces éléments afin d'aboutir au meilleur dimensionnement possible. 

Avant l’installation, l’artisan en charge de votre projet doit réaliser un diagnostic énergétique et évaluer les besoins thermiques de votre logement. Il est donc difficile de donner un chiffre de consommation sans tomber dans la généralité. 

Pour bien comprendre que la consommation d’une pompe à chaleur, il faut s’intéresser au Coefficient de Performance (COP). Le COP d’une pompe à chaleur est très souvent supérieur à 3. C’est-à-dire que pour 3 kWh d’énergie thermique produite, le système a consommé 1 kWh. A titre de comparaison, un système de chauffage électrique utilisant des résistances à un COP de 1.