[Guide] Comment fonctionne une pompe à chaleur air-eau ?

Comment fonctionnent les pompes à chaleur ?

Avant de nous pencher sur le fonctionnement d’un modèle air-eau, rappelons ce qu’est une pompe à chaleur, aussi appelée “PAC”.

Il s’agit d’un système de chauffage reposant sur le principe de la thermodynamique. Cela signifie que, grâce à un mécanisme d’échange de chaleur, la PAC récupère les calories d’une source froide (l’air, l’eau ou le sol) pour les transférer à une source chaude.

Elle puise donc une partie de son énergie dans une ressource renouvelable, permettant ainsi de produire du chaud de manière plus écologique.

Elle se classe par ailleurs parmi les chauffages les plus économiques, du fait de sa faible consommation d’électricité. En effet, leur très bon niveau de rendement, mesuré par leur coefficient de performance (COP), favorise l’économie d’énergie.

Dans le cas d’une pompe à chaleur air-eau, qui fait partie des pompes à chaleur aérothermiques, c’est l’air ambiant qui joue le rôle de source froide et le circuit de chauffage hydraulique qui joue celui de source chaude.

On distingue un autre modèle de PAC aérothermique, la PAC air-air, qui fonctionne de la même manière, mais diffuse l’air réchauffé par ventilation. Elle ne peut en conséquence pas produire d’ECS, à l’inverse des systèmes air-eau.

Deux autres types de pompes à chaleur existent :

1. le modèle hydrothermique : dans cette configuration, l’appareil puise dans une rivière, un plan d’eau ou une nappe phréatique par exemple ;
2. le modèle géothermique : cette fois, l’équipement puise dans le sous-sol terrestre.

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

Découvrez plus en détail la mécanique des pompes à chaleur air-eau, utilisées pour le chauffage, la production d’ECS, et même pour la climatisation dans le cas des modèles réversibles.

Quels sont les composants d’une pompe à chaleur air-eau ?

Pour fonctionner, les pompes à chaleur sont composées de différents éléments, dans lesquels circule un fluide frigorigène, capable de capter et restituer les calories de l’air en passant du liquide au gazeux, par compression.

Le dispositif intègre ainsi :

• un évaporateur équipé de capteurs placés à l’extérieur du logement et parcourus par le fluide ;
• un ventilateur pour le renouvellement de l’air extrait ;
• un compresseur pour faire monter le gaz en pression et le réchauffer ;
• un échangeur thermique ou condenseur pour transmettre la chaleur à la maison ;
• un détendeur pour abaisser la pression et entamer un nouveau cycle.

Ces différents composants constituent le cœur du dispositif. La pompe à chaleur est bien entendu reliée à un circuit d’eau de chauffage, qui alimente un plancher chauffant, des radiateurs ou des ventilo-convecteurs. Puisqu’elle peut aussi produire de l’ECS, elle sera également reliée au circuit sanitaire.

Il existe deux schémas d’installations pour une PAC air-eau. Selon la configuration choisie, les composants sont séparés dans deux unités ou placés dans un seul appareil :

1. la PAC air-eau “split” ou “bibloc” comporte une unité extérieure et une unité intérieure, reliées par des liaisons frigorifiques. Elle est plus coûteuse et plus volumineuse, mais bénéficie de meilleures performances et donc d’un meilleur rendement. En séparant les composants dans deux unités, cette configuration a aussi l’avantage de ne pas faire circuler l’eau de chauffage à l’extérieur et donc d’éviter le risque de gel ;
2. la PAC air-eau “monobloc” n’est composée que d’une seule unité, placée en extérieur, qui transmet la chaleur au logement par liaisons hydrauliques, reliées aux émetteurs de chauffage. Elle permet ainsi un gain de place, mais expose l’eau de chauffage au gel puisque l’échangeur thermique se situe à l’extérieur.

En configuration monobloc, le schéma reste le même, mais la chaleur produite est directement transmise aux émetteurs ou au circuit d’eau sanitaire par des liaisons hydrauliques, sans passer par l’intermédiaire d’une unité intérieure.

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

Passons au détail du rôle des différents composants que nous venons de lister et plus particulièrement au fonctionnement du cycle frigorifique d’une pompe à chaleur :

1. le fluide frigorigène est mis en contact avec 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 ;
2. le fluide, désormais sous forme de gaz, passe dans le compresseur qui le fait monter en pression. Ce procédé a pour effet d’augmenter sa température ;
3. le fluide 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 de chauffage, qui se réchauffe puis alimente les radiateurs, le plancher chauffant ou les ventilo-convecteurs. La condensation fait passer le fluide du gazeux au liquide ;
4. pour baisser en pression, le fluide passe dans un détendeur. Il retrouve alors intégralement son état liquide initial ;
5. le fluide frigorigène est prêt à entamer un nouveau cycle.

Fonctionnement d’une pompe à chaleur air-eau selon la température désirée

Nous l’avons vu, une pompe à chaleur air-eau peut être réversible ou standard. Mais son fonctionnement peut aussi varier selon la température d’eau de chauffage que l’on souhaite obtenir.

On distingue alors trois modèles différents : la pompe à chaleur air-eau haute température, moyenne température ou basse température :

• pour des travaux de rénovation énergétique, on recommande un appareil haute température, qui chauffe le circuit hydraulique entre 60 et 65 °C. Puisque plus performante, cette PAC est aussi recommandée pour les logements mal isolés ou situés en zone climatique froide ;
• les modèles moyenne température peuvent aussi être adaptés en fonction du bien à rénover, avec une température entre 50 et 60 °C ;
• enfin, la PAC basse température chauffe autour de 35 et 45 °C. Elle est généralement installée dans les logements neufs ayant une isolation performante ou situés en zone climatique tempérée.

Fonctionnement pompe à chaleur air-eau : avantages et inconvénients

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

Des factures réduites

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.

En prime, le prix d’une pompe à chaleur air-eau est bien moins élevé que celui d’un modèle géothermique ou hydrothermique, du fait notamment de sa simplicité d’installation et de l’absence de lourds travaux, qui font vite grimper le devis.

Un chauffage plus écologique

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 (chaudière gaz ou fioul par exemple).

En effet, si la pompe à chaleur a besoin d’énergie électrique pour fonctionner, en France, les rejets de CO2 liés à la production d’électricité sont relativement faibles. Par ailleurs, la faible consommation électrique de cet équipement permet de réduire l’usage de cette énergie, en favorisant celui d’une énergie renouvelable.

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

Un accès aux aides à la rénovation énergétique

Enfin, parce qu’il est économe en énergie et respectueux de l’environnement, le fonctionnement des pompes à chaleur air-eau rend ces appareils de chauffage éligibles aux aides à la rénovation énergétique !

Ainsi, grâce aux aides mises en place par l’État et aux économies réalisées, le prix des pompes à chaleur air-eau est amorti en moins de 7 ans en moyenne pour les foyers les plus modestes.

Parmi les aides à l’installation d’une pompe à chaleur air-eau, on compte :

• MaPrimeRénov’ ;
• la prime CEE, ou prime énergie ;
• une TVA réduite à 5,5 % sur le matériel et sa pose ;
• l’éco-prêt à taux zéro (éco-PTZ) ;
• le prêt avance rénovation (PAR) ;
• des subventions locales, selon la commune.

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

Il n’existe pas de système de chauffage parfait, et les pompes à chaleur air-eau ne font pas exception à la règle, puisqu’elles comportent, elles aussi, leurs lots d’inconvénients.

Tout d’abord, les fluides frigorigènes qui leur permettent de fonctionner possèdent un fort effet de serre 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 ces fluides, qui garantira l’étanchéité du circuit frigorifique.

Par ailleurs, et bien que les modèles actuels soient plus silencieux, 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 chauffage hydraulique d’une habitation.

Pour produire et transporter cette chaleur, un circuit frigorifique contenant un fluide frigorigène s’établit 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) et le détendeur.

À l’autre bout du dispositif, on retrouve bien évidemment des émetteurs de chauffage (radiateur, plancher chauffant ou ventilo-convecteur).

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 de la maison 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, il faut prendre en compte tous ces éléments afin d'aboutir au meilleur dimensionnement possible (choix de la puissance de chauffe).

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

Pour bien comprendre que la consommation d’une pompe à chaleur, on peut cependant s’intéresser au Coefficient de Performance (COP). Le COP d’une pompe à chaleur est très souvent supérieur à 3. Ainsi, pour 3 kWh d’énergie thermique produite, le système ne consomme qu’1 kWh d’électricité. À titre de comparaison, un système de chauffage électrique utilisant des résistances a un COP de 1.