Pompes à chaleur électriques les principes de fonctionnement

Temps de lecture: 8 min , Dernière mise à jour: 03/10/2023
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Les pompes à chaleur électriques ont connu un grand succès ces dernières années en raison d'un crédit d'impôt qui était très favorable remplacé par des aides toujours aussi favorables. Actuellement, tous les modèles pouvant servir de climatisation sont éligibles aux aides. Aujourd'hui, les entreprises aux mauvaises pratiques étant nombreuses à sévir, il faut donc redoubler d'attention pour faire le bon choix, car il existe plusieurs types de pompes à chaleur qui n’offrent pas les mêmes performances. Le système choisi doit être adapté au bâtiment, aux besoins, au terrain ainsi qu'à la région. Une pompe à chaleur n'est pas une énergie renouvelable, car elle fonctionne avec un apport électrique extérieur.

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La pompe à chaleur

Jusqu’à une certaine température, elle restitue plus d’énergie qu’elle n’en consomme et permet donc de réaliser des économies significatives. Dans une maison en bois, RT 2012 ou couplée à une isolation thermique efficiente et à un chauffe-eau économique type solaire ou thermodynamique, les consommations sont basses surtout si l'on ajoute des panneaux solaires photovoltaïques ou une éolienne dans le jardin. La pompe à chaleur air-eau (PAC air-eau) peut être reliée à un système de chauffage central existant, mais la pompe à chaleur géothermique est le seul système vraiment efficace, mais coûteux en termes d'investissement/amortissement.

Ce système existe en deux variantes : le captage horizontal et le captage vertical. Ce dernier ne nécessite que quelques m2 en surface et un forage de 100 m de profondeur qui posent toutefois des problèmes de pollution des nappes phréatiques et de taux acceptable de fer dans les eaux de forage. La version horizontale nécessite une surface de terrain deux fois supérieure à la surface habitable à chauffer afin de pouvoir installer le réseau de captage par tuyaux enterrés qui interdisent toute plantation.

L’installation d’un plancher chauffant basse température au moment de l’installation de la pompe à chaleur est un avantage au niveau du confort et du coût d'exploitation, mais les travaux lourds le réservent à une construction ou une rénovation importante. La pompe à chaleur peut servir à chauffer une piscine. Un avantage important est lié au raccordement d'une pompe à chaleur qui doit être réalisé par un plombier chauffagiste certifié et possédant les garanties décennales. 

Fonctionnement pompe à chaleur 

La pompe à chaleur appelée PAC est constituée d'un circuit fermé et étanche dans lequel circule un fluide frigorigène à l'état liquide ou gazeux selon les éléments qu'il traverse. Les éléments constitutifs de la pompe à chaleur sont au nombre de quatre : l'évaporateur, le compresseur, le condenseur, et le détendeur. L’énergie est récupérée dans un évaporateur qui contient du fluide frigorigène. Au contact de la chaleur, celui-ci se transforme en vapeur. Le compresseur électrique aspire alors ce fluide, le comprime et en augmente la température. Ce fluide chaud est transféré à un condenseur. Il cède sa chaleur à l’eau du circuit de chauffage ou chauffe l’air du local en se condensant. Le fluide à l’état liquide chute en pression et en température lorsqu’il traverse le détendeur. Le fluide revient alors dans l’évaporateur où il recommence un nouveau cycle.

Pour simplifier, la pompe à chaleur prélève un peu de chaleur présente dans l’environnement (sol, air environnant ou eau d'une nappe phréatique), augmente son niveau de température et restitue une chaleur à une température plus élevée dans le logement.
Son fonctionnement est d'autant plus efficace que la différence entre la température du milieu dans lequel est puisée la chaleur et celle des émetteurs de chaleur (ventilo-convecteurs, système gainable, radiateurs ou plancher chauffant) est réduite.

Les fluides frigorigènes

Les fluides frigorigènes sont pour la plupart nocifs pour l'environnement. Les substances qui détruisent la couche d'ozone sont interdites ou en cours d'élimination. C'est le cas du R22, le fluide frigorigène le plus employé, et ce, pendant des décennies. L'industrie étudie en permanence des fluides frigorigènes pour les rendre moins polluants. Actuellement les produits sont remplacés par d'autres fluides frigorifiques comme les HFC (R407C, R410A, R 4017A) qui seraient inoffensifs pour la couche d'ozone, mais qui restent malheureusement de puissants gaz à effet de serre.

La France est le deuxième marché européen (en volume) de la pompe à chaleur, derrière la Suède. La pompe à chaleur est un système électrique qui a connu un très grand succès ces dernières années en raison des nombreuses campagnes de publicité d'EDF qui ont convaincu les utilisateurs potentiels.

Le professionnel QUALIPAC

Il est indispensable de s'adresser à un professionnel QUALIPAC.

Les pompes à chaleur, objets de purs fantasmes (appareils qui restituent sur le papier plus d'énergie qu’ils n’en consomment) ont été victimes de leur engouement. En effet, de nombreuses Pompes à Chaleur (PAC) ont été installées de 2005 à 2008 et ont généré pour certaines de nombreuses contre-références. Pour éviter des défauts de pose, de matériel défectueux ou inapproprié, il est indispensable de faire appel à un installateur labellisé Qualipac

Les pompes à chaleur doivent s'installer dans des locaux très bien isolés.

Les pompes à chaleur restent un chauffage d'origine électrique principalement nucléaire, qui entraîne de gros appels de puissances en périodes de pointe, ce qui se ressent sur l'abonnement et sur le réseau électrique. Mais attention, les pompes à chaleur ne sont pas des chauffages parfaits contrairement à ce qu'avancent les vendeurs, il existe des avantages, mais aussi des inconvénients pour les pompes à chaleur. Leur installation demande une étude sérieuse adaptée à chaque cas et doit être effectuée dans des logements très bien isolés.

Il existe plusieurs types de pompes à chaleur qui n’offrent pas de performances suffisantes : il est heureux que toutes les pompes à chaleur dont les performances thermiques étaient très insuffisantes ne bénéficient plus de crédit d'impôt. Il s'avère que le seul système de pompe à chaleur électrique efficace est le système thermodynamique (appelé géothermique) malheureusement encore coûteux en termes d'investissement et d'amortissement.

Il est donc primordial de s'assurer que le système choisi est parfaitement adapté à votre logement, à votre environnement, à votre terrain et à votre climat.

Le coefficient de performance

Le Coefficient de Performance ou COP caractérise la capacité de l’appareil à restituer de la chaleur et permet de comparer les performances des appareils entre eux sous des conditions d’essais identiques, car normalisés (EN14511). Le COP (Coefficient de Performance) d’une machine correspond au rapport entre l’énergie thermique utile restituée pour le chauffage (Q2) et l’énergie électrique nécessaire pour faire fonctionner la pompe à chaleur (W).

C’est l’équivalent d’un rendement, mais appliqué à une pompe à chaleur. Soit : COP = Q2/ W. Un COP égal à 3 signifie que l’énergie thermique utile restituée pour le chauffage est 3 fois supérieure à l’énergie électrique consommée et donc facturée.

Le coefficient SCOP encore théorique est celui qui se rapproche le plus de la réalité.

Les déchets (fluides frigorigènes)

Quels risques ? Des amendes allant jusqu'à 2 ans de prison et 300000 € d'amende.

La règlementation française sur les déchets à été enfin clarifiée (juillet 2011). Monsieur Éric Gaucher, rapporteur en charge des déchets au ministère de l'Écologie, avait défini ainsi la notion de déchet : « un produit usagé est un déchet dès lors que son détenteur s'en défait ». Il faut noter que la notion de « détention » n'est pas assimilable à la propriété.

Attention donc également à la récupération des fluides frigorigènes (si une fuite de fluide frigorigène devient récurrente, l'exploitant de l'installation devient un producteur de déchets qui ne respecte pas la règlementation).

La sanction administrative peut aller jusqu'à 150000 € d'amende, mais comme le fait est qualifié de délit, l'exploitant est aussi passible de 2 ans de prison et de 300000 € d'amende.

La durée de vie d'une pompe à chaleur

Comme une chaudière à combustible classique, selon les fabricants, la pompe à chaleur a une durée de vie de l'ordre de 10 à 15 ans. Les capteurs enterrés auraient une durée de vie plus longue. La pratique et le recul donnent une idée véritable de la longévité de ces différents matériels (la durée de vie est l'équivalent du gros électroménager 5 à 10 ans).

Selon le type de pompe à chaleur, différentes sortes d'émetteurs équipent l'installation.

Exemple : Un plancher chauffant.

II est formé de tubes noyés dans une dalle de béton. Sa surface diffuse une chaleur douce et régulière (jamais supérieure à 28°C), qui apporte une grande sensation de confort. Dans les tubes circule l'eau du circuit de chauffage (PAC à fluides intermédiaires ou mixtes) ou du fluide frigorigène (PAC à détente directe). Le dimensionnement des tubes et leur pose sont différents selon le fluide qui y circulera.




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