Principe de fonctionnement d'une pompe a chaleur (PAC)

LE PRINCIPE

L'air, l'eau et le sol stockent une grande quantit? de chaleur, in?puisable et propre. Le sol sous nos pieds, l?eau des nappes, l?air qui nous entoure, emmagasinent chaque jour l??nergie que nous dispense le soleil. Les pompes ? chaleur permettent de r?cup?rer cette ?nergie gratuite et in?puisable pour s?en servir pour le chauffage. La pompe ? chaleur est donc une solution performante pour produire de la chaleur ? partir de l??nergie issue de l?environnement. Il en existe plusieurs sortes, qui puisent la chaleur soit dans l?air (pompes a?rothermiques), soit dans le sol ou l?eau (pompes g?othermiques).

La pompe ? chaleur (PAC), cet appareil capable de capter l' ?nergie thermique de l?environnement ext?rieur et de la restituer ? l?int?rieur d?un b?timent, permet d??conomiser les ?nergies fossiles et de limiter les rejets de gaz ? effet de serre.
Pour effectuer cette op?ration, la PAC consomme de l??nergie ?lectrique. L'int?r?t des pompes ? chaleur r?side dans leur faible consommation d??nergie ?lectrique par rapport ? l??nergie thermique restitu?e. Ce rapport qui correspond au rendement de l'appareil est appel? COP, Coefficient de Performance. Un COP ?gal ? 3 signifie que l??nergie thermique utile restitu?e pour le chauffage est trois fois sup?rieure ? l??nergie ?lectrique consomm?e. Le Coefficient de Performance  permet de comparer les "rendements" des PAC entre elles sous des conditions d?essais identiques.  Le COP n'a de signification qu'? des temp?ratures de source froide et de source chaude donn?es. La source froide est le milieu d'o? l'on extrait l'?nergie et la source chaude le milieu o? on la r?injecte.

Pour comprendre le fonctionnement d'une pompe ? chaleur, une comparaison est souvent faitre avec le r?frig?rateur. Le principe est identique, mais pour produire de la chaleur et non du froid. La pompe ? chaleur pr?l?ve un peu de chaleur ? l'ext?rieur, augmente son niveau de temp?rature et la restitue ? une temp?rature plus ?lev?e ? l'int?rieur. Elle est constitu?e d?un circuit ferm?, ?tanche, dans lequel circule un fluide frigorig?ne (?tat liquide ou gazeux) qui traverse quatre organes: l??vaporateur, le compresseur, le condenseur, et le d?tendeur.
Le frigorig?ne, froid et ? l??tat liquide, traverse l' ?vaporateur dans lequel circule le fluide ext?rieur (air, eau de nappe ou eau ?changeant avec un capteur enterr? dans le sol) qui est plus chaud. Le frigorig?ne va donc r?cup?rer les calories de ce fluide ext?rieur (source froide). En r?cup?rant cette ?nergie, le frigorig?ne se transforme en gaz,  d?o? le nom d??vaporateur.Le gaz ainsi form? est aspir? par le compresseur qui va ?lever sa temp?rature ainsi que sa pression. Dans le condenseur, le gaz chaud transmet une partie de son ?nergie au fluide ? chauffer (la source chaude), et va retourner ? l'?tat liquide mais en restant sous pression. C'est le d?tendeur qui fait chuter la pression et donc le refroidit ? une temp?rature inf?rieur ? celle de la source (source froide).
Il existe des pompes ? chaleur ? d?tente directe dont le fluide frigorig?ne circule directement dans les convecteurs (ou les planchers chauffants) qui jouent le r?le de condensateur et dans le circuit de captage qui devient l'?vaporateur. Quand les des deux syst?mes coexistent on parle de d?tente mixte.

POMPE  "GEOTHERMIQUE"

Comme source froide (ext?rieure), l'eau issue d'une nappe souterraine offre le meilleur rendement annuel. On parle de pompes ? chaleur eau/eau. La nappe doit se situer ? une profondeur raisonnable (inf?rieur ? 100 m?tres) et pr?senter une temp?rature constante (10 ? 12 ?C). Apr?s avoir pr?lev? les calories, l'eau est soit r?inject?e dans la nappe par un second puits soit rejet?e dans un cours d'eau, une retenue ou le r?seau d'eaux pluviales. Ces diff?rents syst?mes n?cessitent des autorisations administratives  nationales et /ou locales ainsi que d'avoir recours ? des sp?cialistes.

Pour les habitations individuelles, la majorit? des pompes ? chaleur "g?othermiques" captent l'?nergie du sol avec des collecteurs enfouis dans le sol afin d'en recueillir la chaleur. Aux profondeurs qui int?ressent les pompes ? chaleur g?othermiques (de l'ordre de un m?tre), l??nergie du sol provient essentiellement du rayonnement solaire et de l'infiltration des eaux de pluie dans le sol. Deux types de captage existent: horizontal ou vertical.

A l' horizontal, un circuit constitu? de boucles de tuyaux de poly?thyl?ne est enterr?, par exemple sous le jardin, sur une surface qui peut occuper environ une fois et demi ? deux fois la surface ? chauffer (par exemple 400 m? pour une habitation de 200 m?). La surface occup?e par les capteurs d?pend de la nature du sol, de la situation g?ographique, de la profondeur, etc... De nombreuses r?gles d'implantation doivent ?tre respect?es: espacement, courbure, pentes, superposition de diff?rents r?seaux, plantation, terrasses, etc... Un fluide caloporteur circule dans ce r?seau ferm? et apporte des calories ? la pompe. Selon le fluide caloporteur pr?sent dans le collecteur, on distingue les fonctionnements avec eau additionn?e de liquide antigel ou par r?chauffement direct. Les capteurs horizontaux peuvent ?quiper une PAC ? d?tente directe, une PAC ? fluides interm?diaires ou une PAC mixte.

Les capteurs verticaux, ?galement appel?s sondes g?othermiques, occupent moins de surface que les capteurs horizontaux, mais sont une solution plus on?reuse. Les capteurs verticaux sont constitu?s de deux tubes de poly?thyl?ne en U install?s dans un forage (jusqu?? 80 m de profondeur). En g?n?ral plusieurs sondes, distantes d'une dizaine de m?tres, sont r?alis?es. Seules les pompes ? chaleur avec fluides interm?diaires sont install?es avec des capteurs verticaux.

POMPE  "AEROTHERMIQUE"

Ces  PAC ont pour source froide l'air ext?rieur, elles r?cup?rent les calories de l?air ambiant qui est une source de chaleur facile ? exploiter mais dont la temp?rature varie beaucoup au cours de l?ann?e et peut descendre tr?s bas en hiver. Les performances des PAC a?rothermiques varient elles aussi largement; un chauffage d'appoint est indispensable. L' efficacit? des ces pompes ? chaleur est am?lior?e en r?cup?rant les calories extraites de la maison par la ventilation m?canique ou/et en faisant circuler le captage de l'air ext?rieur dans un puit (canadien, proven?al).
La pompe ? chaleur existe en un ensemble monobloc install? soit ? l?ext?rieur soit ? l?int?rieur d'un b?timent. Elle existe ?galement en deux modules s?par?s. Dans les deux cas, il faut songer au niveau sonore qui risque de devenir g?nant pour les occupants du logement ou le voisinage.  

REVERSIBILITE

Il est possible d'inverser le sens de fonctionnement d'une pompe ? chaleur et de rafraichir l'habitation. La chaleur puis?e dans le logement est rejet?e ? l?ext?rieur. C?est la r?versibilit?. Ce mode de fonctionnement n?est pas possible avec tous les types de PAC; de plus, il existe d'importantes contraintes li?es aux emetteurs de chaleur..