Fonctionnement d’une pompe à chaleur : guide complet et conseils

Fonctionnement d’une pompe à chaleur : guide complet et conseils

Une pompe à chaleur est un système de chauffage performant, économique et écologique. Elle permet aussi bien de chauffer son logement en hiver que d’assurer la production d’eau chaude sanitaire toute l’année ou encore le rafraichissement en été, et ce grâce aux énergies renouvelables et en émettant très peu de C02.

Mais en pratique, savez-vous comment fonctionne une pompe à chaleur ? Quels sont ses avantages par rapport à d’autres systèmes de chauffage ? Et d’ailleurs concrètement, qu’est-ce qu’une pompe à chaleur ? Qu’entend-on par « énergies renouvelables » ? Peut-elle fonctionner dans tous les logements ?

Suivez-le guide pour tout savoir sur le fonctionnement d’une pompe à chaleur !

Qu’est-ce qu’une pompe à chaleur ?

Une pompe à chaleur est un système thermodynamique qui capte l’énergie présente dans l’air, le sol ou l’eau souterraine pour produire de la chaleur nécessaire à un logement. Cette chaleur permet de répondre à trois besoins : le chauffage, la production d’eau chaude sanitaire et le rafraîchissement.

La diffusion de chaleur peut se faire de deux manières différentes :

• par insufflation d’air via un système de ventilation mécanique contrôlée ;
• en circulant via le réseau de radiateurs de votre logement (vos radiateurs) ou un système de plancher chauffant.

Sur le marché, il existe de nombreux types de pompes à chaleur. Toutes n’ont pas le même usage, et ne sont pas forcément destinées aux mêmes logements.

Les pompes à chaleur les plus courantes

La plus connue est la pompe à chaleur air-air qui fonctionne à partir des calories contenues dans l’air extérieur, et qui diffuse un air chaud ou un air froid dans un logement.

Celle qui est souvent considérée comme la plus performante est la pompe à chaleur air-eau. Elle utilise les calories de l’air pour chauffer (via un circuit d’eau) des radiateurs, un plancher chauffant et l’eau d’un ballon d’eau chaude sanitaire.

Une pompe à chaleur plus confidentielle

La pompe à chaleur eau-eau prélève les calories de l’eau des nappes phréatiques. C’est une solution plus rare qui nécessite de disposer d’un point d’eau naturel, mais aussi de différentes autorisations permettant de modifier les sous-sols et d’accéder à une nappe phréatique.

La pompe à chaleur à usage plus spécifique

La pompe à chaleur géothermique puise la chaleur au niveau du sol. Ce système est davantage destiné à des grands bâtiments de bureaux neufs et souvent utilisé pour remplacer les chaudières gaz ou fioul de chaufferies existantes.

Une pompe à chaleur qui combine 2 sources d’énergie

La pompe à chaleur hybride est une combinaison d’une pompe à chaleur air-eau et d’une chaudière à condensation (gaz ou fioul). Elle est performante, mais pas vraiment optimale d’un point de vue environnemental. Pourquoi ? De par son usage, même minime, d’énergie fossile (gaz ou fioul), ce qui augmente son impact carbone.

Les pompes à chaleur eau-eau et géothermiques étant plus spécifiques, l’arbitrage se fait plus classiquement entre les PAC air-eau et air-air. Alors comment choisir ?

Les critères de choix sont nombreux : besoin (chauffage, rafraichissement, les deux), localisation géographique, type de logement, budget… Habituellement on se tournera plus volontiers vers une pompe à chaleur air-eau si on possède déjà un chauffage central et / ou si on souhaite produire de l’eau chaude, et on ira plus vers une PAC air-air pour un remplacement de radiateurs électriques ou une climatisation intégrée.

Quel est le principe de fonctionnement d’une pompe à chaleur ?

On dit souvent qu’une pompe à chaleur fonctionne comme un frigidaire inversé. Le principe de la pompe à chaleur est qu’elle transfère la chaleur puisée dans les calories naturellement présentes dans l’air, dans l’eau ou dans la terre, vers une zone plus froide (l’intérieur de votre logement). Pour ce faire, la pompe à chaleur va fonctionner avec un réfrigérant (fluide frigorigène). Ce dernier circule en boucle dans votre appareil.

Mais techniquement, comment ça marche ? Le réfrigérant (fluide frigorigène) change d’état selon la pression à laquelle il est soumis. Lorsque la pression augmente, le réfrigérant (fluide frigorigène) devient gazeux, ce qui lui permet d’aspirer les calories captées à l’extérieur - dans l’air, la terre ou l’eau. Lorsque sa pression diminue, il se condense et libère les calories (c’est-à-dire la chaleur) qu’il a aspirées. C’est grâce à ces changements d’état que le réfrigérant (fluide frigorigène) - également appelé fluide caloporteur - produit l’énergie qui va permettre de chauffer ou refroidir votre habitation. 

Extraction d’énergie, circuit et diffusion de chaleur : zoom sur le fonctionnement interne d’une pompe à chaleur

Le fonctionnement d’une pompe à chaleur est composé de cycles en quatre étapes :

1. La récupération de l’énergie thermique à l’extérieur (dans l’air, dans l’eau ou dans le sol).
2. L’augmentation de la température de l’énergie renouvelable capturée.
3. La diffusion de la chaleur obtenue dans le logement.
4. La remise à niveau de la pression du fluide frigorigène. 

Avec quel type de réfrigérant (fluide frigorigène) fonctionne une pompe à chaleur ?

R410a, R32, R290, R744… Il existe de nombreux types de réfrigérants (fluides frigorigènes) pouvant être utilisés par les pompes à chaleur. Mais la réglementation (la F-Gas en Europe) tend à bannir progressivement les fluides à fort potentiel de réchauffement global comme le R410a. Il est donc particulièrement important de se tourner vers des fluides dont le potentiel de réchauffement global sont conformes aux seuils indiqués dans la réglementation F-Gas comme le R32 ou les réfrigérants naturels comme le R290 ou le R744 (CO2). Très engagé en la matière, Panasonic propose depuis longtemps des solutions au R32 et surtout au R290. Les pompes à chaleur fonctionnant avec ce réfrigérant sont plus efficaces et ont un impact carbone très réduit.

Quels sont les avantages d’une pompe à chaleur ?

Ils sont nombreux ! Le premier d’entre eux est l’efficacité énergétique : une pompe à chaleur consomme peu d’électricité pour fonctionner. Pour 1 kWh d’électricité consommée elle produit 3 à 4 kwh de chaleur grâce à son COP élevé. Cette efficacité permet de réduire considérablement les factures de chauffage, avec des économies allant de 30 à 60 %.

En exploitant des énergies renouvelables, (air, eau, sol) elles limitent les émissions de CO2 et donc le recours à des combustibles fossiles.

Les pompes à chaleurs sont polyvalentes : certains modèles peuvent faire du chaud, du froid voir de l’eau chaude sanitaire : on peut alors répondre à tous ses besoins avec un seul appareil. Elles sont également autonomes (leur usage nécessite peu d’interventions) et s’avèrent simples à installer).

Comparé à un autre système de chauffage, la pompe à chaleur devient de plus en plus incontournable. L’option d’acquérir une chaudière gaz peut rester séduisante d’un point de vue prix mais la solution reste fortement impactante pour l’environnement. Quant au chauffage électrique, il sera nécessairement moins efficace : il transforme directement l’électricité en chaleur avec un rendement de 100% (COP=1) contre une PAC dont le COP peut aller jusqu’à 5. Son coût d’exploitation est donc plus élevé même si l’investissement de départ est moindre. Il reste enfin d’autres type de chauffage comme le bois mais ces derniers entrainent d’autres types de contraintes (place, gestion du combustible etc.).

En résumé

·       Une pompe à chaleur vous permet de réduire massivement l’empreinte carbone grâce à l’utilisation d’une énergie renouvelable (moins d’émission de CO2).

·       Elle s’intègre facilement à une installation de chauffage existante : une pompe à chaleur air-eau se raccorde sans difficulté à un circuit d’eau chaude déjà équipé de radiateurs, d’un plancher chauffant ou des deux.

·       Elle est autonome (pas de combustible à stocker et pas d’odeur).

·       Avec une pompe à chaleur, pas besoin d’un conduit d’évacuation puisqu’elle ne produit aucun déchet (liquide ou gaz).

·       L’entretien ou le contrôle par un professionnel se fait seulement une fois par an.

·       La pompe à chaleur représente une alternative performante aux systèmes gaz, fioul et électriques.

·       Certaines pompes à chaleur comme l’Aquarea de Panasonic sont compatibles avec d’autres sources d’énergies propres et renouvelables telles que des panneaux solaires.  

·       Enfin, elles sont pilotables à distance.

 BON À SAVOIR : Un fonctionnement même en cas de températures négatives !

Malgré d’excellentes performances, il a longtemps été reproché aux pompes à chaleur air-eau de ne plus fonctionner en dessous de -5°C extérieur. Ce qui rendait indispensable un chauffage d’appoint dans certaines régions. Cette critique n’a aujourd’hui plus de raison d’être. Des innovations de pointe comme la technologie T-CAP de Panasonic permet de s’affranchir totalement des chauffages d’appoint. Les pompes à chaleur Aquarea de Panasonic fonctionnent jusqu’à -20°C à l’extérieur. La gamme Aquarea T-CAP fonctionne elle jusqu’à -28°C.

Le COP c’est quoi ?

Le COP (Coefficient de Performance) est un indicateur d'efficacité énergétique utilisé pour évaluer les performances des pompes à chaleur. Il mesure le rapport entre l'énergie thermique produite par la PAC et l'énergie électrique consommée pour son fonctionnement. Ainsi, si une pompe à chaleur consomme 1 kWh d'électricité et produit 4 kWh de chaleur, son COP est de 4. Cela signifie qu'elle est quatre fois plus efficace qu'un radiateur électrique classique. Un COP élevé indique une meilleure performance énergétique. Plus le COP est grand, moins la PAC consomme d’électricité pour produire de la chaleur. Les valeurs de COP varient généralement entre 3 et 7 selon le type de pompe à chaleur et les conditions extérieures (température de l'air ou du sol).

La pompe à chaleur Aquarea Haute performance de Panasonic possède un COP de 5,33. Ce dernier indique que pour 1 kWh d’énergie consommée, la pompe à chaleur Aquarea est capable de restituer jusqu’à 5,33 kWh de chauffage.

En conclusion : du fait de son fonctionnement même, une pompe à chaleur est idéale pour concilier économies, écologie, et confort. Les solutions dernier cri permettent de profiter de systèmes fiables quelque soient les températures extérieures, ne nécessitant que peu d’entretien et pilotables à distance. L’investissement initial est également compensé par de nombreuses aides gouvernementales et est rapidement rentabilisé.

En savoir plus : Panasonic - système de chauffage et climatisation