Fonctionnement d'une pompe à chaleur : comprendre les différents types
Découvrez comment fonctionnent les différents types de pompes à chaleur. Informez-vous sur les avantages des différents systèmes et quel type de pompe à chaleur convient le mieux en fonction de différentes situations.
Les pompes à chaleur gagnent en popularité auprès des propriétaires en Suisse car elles offrent une solution polyvalente et écoénergétique pour répondre aux besoins de chauffage et de refroidissement, tout en réduisant les émissions de CO2 grâce à l'utilisation de sources de chaleur naturelles. Dans ce guide complet, nous détaillerons le fonctionnement des pompes à chaleur, les différents types et leurs niveaux d'efficacité.
Nous explorerons également les caractéristiques uniques et les avantages des pompes à chaleur : de leur capacité à chauffer et à refroidir votre maison, à leur performance en hiver. Que vous envisagiez d'installer une pompe à chaleur ou que vous soyez simplement curieux de savoir comment elles fonctionnent, cet article vous fournira des informations précieuses sur les différents types de pompes à chaleur.
Comment fonctionne un système de chauffage par pompe à chaleur ?
En résumé, un système de chauffage par pompe à chaleur agit comme un générateur de chaleur utilisant un cycle frigorifique pour transférer la chaleur entre l'extérieur et l'intérieur.
Une pompe à chaleur peut être utilisée pour chauffer ou refroidir un espace :
En mode chauffage, une pompe à chaleur extrait la chaleur de l'air extérieur à basse température et la porte à une température plus élevée, qui est ensuite utilisée pour chauffer votre maison.
En mode refroidissement, le processus est inversé, la pompe à chaleur extrayant la chaleur de la maison et la transférant vers l'extérieur.
Fonctionnement d'une pompe à chaleur étape par étape
Pour mieux comprendre le processus, décomposons-le en plusieurs étapes et expliquons chacune d'elles :
1. Extraction de la chaleur
L'unité extérieure d'une pompe à chaleur contient un évaporateur qui capte la chaleur de l'air ambiant, du sol ou de l'eau (selon le type de pompe à chaleur). Même avec les hivers froids suisses, suffisamment de chaleur est présente dans l'environnement pour être captée et utilisée par la pompe à chaleur.
2. Cycle réfrigérant
La chaleur captée est transférée à un réfrigérant. Lorsque ce réfrigérant absorbe la chaleur, il s'évapore et se transforme en gaz.
3. Compression
Le gaz réfrigérant est ensuite comprimé par le compresseur, un élément clé de la pompe à chaleur. La compression augmente la température et la pression du gaz réfrigérant.
4. Libération de chaleur
Le gaz réfrigérant à haute température circule dans l'unité intérieure, où il traverse un condenseur. Dans le condenseur, la chaleur du réfrigérant est transférée au système de chauffage de la maison, comme un sol chauffant ou des radiateurs. Lorsque le réfrigérant libère sa chaleur, il condense à nouveau en liquide.
5. Expansion
Le liquide réfrigérant liquide ensuite par un détendeur, qui réduit sa pression et sa température. Ce processus ramène le réfrigérant à son état initial, et il retourne dans l'évaporateur, où le cycle recommence.
Ces fonctionnalités peuvent être implémentées dans différents types de pompes, donc les plus courantes sont les pompes à chaleur :
Monobloc
Split
Pompe à chaleur monobloc
Une pompe à chaleur monobloc combine tous les composants dans une seule unité, généralement installée à l'extérieur. Cette configuration simplifie l'installation car aucun raccordement entre des unités intérieures et extérieures n'est nécessaire. Cependant, les systèmes monobloc peuvent générer plus de bruit et nécessitent une isolation supplémentaire contre les intempéries.
Pompe à chaleur split
Dans une pompe à chaleur split, l'évaporateur et le compresseur se trouvent dans une unité extérieure, tandis que le condenseur et d'autres composants sont situés dans une unité intérieure. Cette configuration offre plusieurs avantages, tels qu'une réduction du bruit intérieur, un accès plus facile à l'unité extérieure pour l'entretien et une unité intérieure plus compacte.
La question la plus importante pour les propriétaires reste de savoir si la pompe à chaleur sera suffisamment puissante pour leur foyer.
Comprendre l'efficacité d'une pompe à chaleur
L'efficacité d'une pompe à chaleur est généralement mesurée par son coefficient de performance (COP). Ce ratio compare la quantité de chaleur générée par la pompe à chaleur à la quantité d'électricité qu'elle consomme. Un COP plus élevé indique une pompe à chaleur plus efficace, c'est-à-dire qu'elle produit plus de chaleur avec moins d'électricité. Les pompes à chaleur modernes peuvent atteindre des COP de 3 à 5, signifiant qu'elles peuvent générer 3 à 5 fois plus d'énergie thermique que l'énergie électrique consommée.
Prenons l'exemple d'une maison en Suisse de 150 mètres carrés :
Un système de pompe à chaleur avec un COP de 4 peut générer quatre unités de chaleur pour chaque unité d'électricité consommée. Si la maison nécessite 10'000 kWh d'énergie thermique par an, la pompe à chaleur utiliserait seulement 2'500 kWh d'électricité. En comparaison, un chauffage électrique conventionnel avec un COP de 1 utiliserait 10'000 kWh d'électricité pour produire la même quantité de chaleur. Cela rend les pompes à chaleur nettement plus efficaces et économiques.
Maintenant que nous avons exploré le fonctionnement des pompes à chaleur et discuté de leur efficacité, examinons les différents types de pompes à chaleur et comment ils diffèrent dans leur fonctionnement.
Fonctionnement des différents types de pompes à chaleur
Bien que toutes les pompes à chaleur opèrent selon le processus décrit ci-dessus, elles se distinguent principalement par la source d'où elles extraient l'énergie thermique. Pour vous aider à mieux évaluer quel appareil convient à vos besoins, examinons le fonctionnement des types de pompes à chaleur suivants :
1. Pompe à chaleur air-eau
La pompe à chaleur air-eau est une option populaire et polyvalente pour chauffer et refroidir les maisons en Suisse. Ce type de pompe à chaleur extrait la chaleur de l'air extérieur et la transfère à un système de chauffage à base d'eau, tel qu'un sol chauffant ou des radiateurs. Les pompes à chaleur air-eau sont largement utilisées en raison de leur installation simple, de coûts plutôt abordables et de leur adaptabilité à un large éventail de zones climatiques.
Pour mieux comprendre le fonctionnement des pompes à chaleur air-eau, examinons leurs composants clés :
Unité extérieure : L'unité extérieure contient l'évaporateur, qui capte la chaleur de l'air ambiant. Même durant les hivers froids suisses, l'air extérieur contient suffisamment de chaleur que la pompe à chaleur peut exploiter. Un ventilateur aide à faire circuler l'air extérieur à travers l'évaporateur, facilitant ainsi le transfert de chaleur.
Unité intérieure : L'unité intérieure abrite le compresseur, le condenseur et d'autres composants du système. Elle est connectée au système de chauffage à base d'eau de la maison, transférant la chaleur captée de l'air extérieur à l'eau qui circule dans les radiateurs ou le chauffage au sol.
Cycle de réfrigérant : Comme d'autres types de pompes à chaleur, la pompe à chaleur air-eau fonctionne grâce à un cycle de réfrigérant. La chaleur captée est transférée au réfrigérant dans l'évaporateur, provoquant sa vaporisation en gaz. Le compresseur comprime ensuite le gaz réfrigérant, augmentant sa température. Le gaz chauffé passe par le condenseur, où il libère sa chaleur à l'eau du système de chauffage. Le réfrigérant revient à l'état liquide et circule à travers un détendeur avant de retourner à l'évaporateur pour recommencer le cycle.
2. Pompe à chaleur sol-eau
Les pompes à chaleur sol-eau tirent leur énergie calorifique du sol. Comme la température à une certaine profondeur reste relativement stable tout au long de l'année, la performance et l'efficacité de ce type de pompe à chaleur restent constantes même pendant les mois les plus froids.
Voici comment fonctionne une pompe à chaleur sol-eau :
Échangeur de chaleur géothermique : Un échangeur de chaleur géothermique est employé dans une pompe à chaleur sol-eau, composé d'un réseau de tuyaux souterrains remplis d'une solution antigel. Cette solution a un point de congélation bas, lui permettant de capter la chaleur du sol sans geler. Les tuyaux sont généralement installés dans des tranchées horizontales ou des forages verticaux, en fonction de l'espace disponible et des conditions du sol.
Extraction de chaleur : L'échangeur de chaleur extrait la chaleur du sol, qui maintient une température relativement stable tout au long de l'année. En Suisse, les températures du sol varient typiquement entre 8°C et 12°C, offrant ainsi une source de chaleur constante et fiable pour la pompe à chaleur.
Cycle réfrigérant : Ce cycle est similaire à celui décrit précédemment pour les pompes à chaleur air-eau.
3. Pompe à chaleur eau-eau
Une pompe à chaleur eau-eau extrait l'énergie calorifique d'une source d'eau telle qu'un lac, une rivière ou des eaux souterraines, puis la transfère à un système de chauffage à base d'eau dans votre maison, comme un sol chauffant ou des radiateurs. Les pompes à chaleur eau-eau sont reconnues pour leur haute efficacité et fiabilité, dues aux températures relativement stables des sources d'eau.
Le fonctionnement d'une pompe à chaleur eau-eau inclut :
Échangeur de chaleur source d'eau : Une pompe à chaleur eau-eau utilise un échangeur de chaleur source d'eau, soit une série de tuyaux immergés dans une source d'eau. L'échangeur capte la chaleur de l'eau souterraine, qui conserve une température stable tout au long de l'année.
Extraction de chaleur : L'échangeur de chaleur eau transmet la chaleur captée au réfrigérant dans l'évaporateur de la pompe à chaleur. Les températures des sources d'eau en Suisse se situent généralement entre 6°C et 10°C, constituant une source de chaleur constante et fiable pour la pompe à chaleur.
Cycle réfrigérant : Ce cycle est identique à celui mentionné dans le premier exemple.
Le choix d'une pompe à chaleur adaptée à votre maison dépend donc grandement de son fonctionnement, car l'environnement autour de votre habitation joue un rôle clé dans l'efficacité de votre pompe à chaleur. Sur notre blog, nous avons publié d'autres articles sur les pompes à chaleur, couvrant les coûts des pompes à chaleur, les subventions disponibles et la consommation électrique des différents types de pompes à chaleur.
Peut-on utiliser une pompe à chaleur pour refroidir une maison ?
Pour faire court, oui. Une pompe à chaleur peut également refroidir votre maison. En mode refroidissement, la pompe à chaleur fonctionne en sens inverse, extrayant la chaleur de l'intérieur et la libérant à l'extérieur. Ce processus aide à maintenir une température intérieure agréable pendant les mois d'été chauds.
Il existe deux méthodes principales de refroidissement utilisées par les pompes à chaleur :
Refroidissement actif
Refroidissement passif
Pour mieux comprendre, examinons ces deux méthodes à travers des exemples :
1. Refroidissement actif
En mode de refroidissement actif, le cycle frigorifique de la pompe à chaleur est inversé : l'évaporateur de l'unité intérieure capte la chaleur de l'air intérieur, et le condenseur de l'unité extérieure dissipe la chaleur dans l'environnement extérieur. Ce processus refroidit efficacement l'air intérieur et assure une température agréable dans la maison.
2. Refroidissement passif
Le refroidissement passif, également connu sous le nom de refroidissement naturel, est une méthode utilisant la différence de température entre le sol ou la source d'eau et l'environnement intérieur. Dans ce mode, la pompe à chaleur fait circuler l'eau plus froide du sol ou de la source d'eau à travers le système de chauffage de la maison, sans utiliser le circuit de refroidissement. Ce processus contribue à abaisser la température intérieure et à créer un climat ambiant confortable.
Aperçu des différents types de pompes à chaleur
Nous avons donc vu que vous avez le choix entre ces trois types de pompes à chaleur les plus courants :
Si vous souhaitez en savoir plus sur les inconvénients des pompes à chaleur, nous vous invitons à jeter un coup d'oeil sur cet article : Inconvénients des pompes à chaleur.
Conclusion
Un système de chauffage par pompe à chaleur représente une solution écoénergétique et respectueuse de l'environnement pour le chauffage et le refroidissement des maisons en Suisse. En comprenant le fonctionnement, les différents modèles et types, vous pouvez prendre une décision éclairée lors du choix du système adapté à vos besoins.
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