Sur quoi repose le principe d’une pompe à chaleur ?

Le fonctionnement d’une pompe à chaleur repose sur le principe d’un cycle thermodynamique pouvant être traduit par un échange thermique entre deux unités. Le procédé peut être différent en fonction du type de pompe à chaleur utilisée : air-air, air-eau, sol-sol, sol-eau, eau-eau et eau glycolée-eau. En effet, chaque pompe fonctionne avec une technologie pouvant lui être propre. Pourquoi ? Tout simplement pour offrir différentes possibilités aux consommateurs. Zoom sur le principe sur lequel repose une pompe à chaleur.

Quel est le principe de la pompe à chaleur ?
Connaître le principe qui se cache derrière une pompe à chaleur

Comprendre le principe d’une pompe à chaleur aérothermique

L’aérothermie fait référence à la conversion des calories présentes dans l’air en chaleur. Le principe d’une pompe à chaleur aérothermique repose alors sur ce que l’on appelle un cycle thermodynamique (échange thermique ou transfert de chaleur). Le procédé peut différer en fonction du modèle de PAC aérothermique.

Quels sont les types de pompe à chaleur aérothermique proposés sur le marché ?

Actuellement, deux types de PAC aérothermique sont disponibles à la vente. Il s’agit de la pompe à chaleur air-air et de la pompe à chaleur air-eau:

Pompe à chaleur air-air Pompe à chaleur air-eau - système de chauffage à éléments séparés ; - généralement constitué de deux unités : un module installé à l’extérieur comprenant un détendeur, un condenseur, un évaporateur et un compresseur ; un module installé à l’intérieur chargé de diffuser l’air dans l’habitation. - un circuit de fluide frigorigène assure la liaison calorifique entre les deux unités. - système de chauffage à éléments séparés ; - deux modèles disponibles : monobloc : une unité extérieure comprenant un compresseur et un module hydraulique est reliée au circuit de chauffage par un réseau hydraulique ; bi-bloc : une unité extérieure comprenant un compresseur et une unité intérieure comprenant un module hydraulique (unités liées entre elles par un circuit de fluide frigorigène).

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

Les deux types de pompe à chaleur aérothermique ne fonctionnent pas de la même manière même s’ils fonctionnent tous les deux suivant le principe d’un cycle thermodynamique par aérothermie. Comment fonctionne une pompe à chaleur aérothermique ? La réponse dans le tableau ci-dessous :

  Pompe à chaleur air-air Pompe à chaleur air-eau
Caractéristiques

- système de chauffage à éléments séparés ;

- généralement constitué de deux unités :

  • un module installé à l’extérieur comprenant un détendeur, un condenseur, un évaporateur et un compresseur ;
  • un module installé à l’intérieur chargé de diffuser l’air dans l’habitation.

- un circuit de fluide frigorigène assure la liaison calorifique entre les deux unités.

- système de chauffage à éléments séparés ;

- deux modèles disponibles :

  • monobloc : une unité extérieure comprenant un compresseur et un module hydraulique est reliée au circuit de chauffage par un réseau hydraulique ;
  • bi-bloc : une unité extérieure comprenant un compresseur et une unité intérieure comprenant un module hydraulique (unités liées entre elles par un circuit de fluide frigorigène).

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

Les deux types de pompe à chaleur aérothermique ne fonctionnent pas de la même manière même s’ils fonctionnent tous les deux suivant le principe d’un cycle thermodynamique par aérothermie. Comment fonctionne une pompe à chaleur aérothermique ? La réponse dans le tableau ci-dessous :

  Pompe à chaleur air-air Pompe à chaleur air-eau
Fonctionnement

L’échange thermique se fait généralement en 5 phases :

  • Aspiration de l’air extérieur ;
  • Transformation du fluide frigorigène à l’état gazeux au contact des calories de l’air ;
  • Élévation de la température du fluide frigorigène devenu gazeux ;
  • Diffusion de la chaleur émise par le fluide frigorigène ;
  • Abaissement de la pression du fluide frigorigène pour préparer un nouveau cycle.

Le transfert calorifique pour la PAC air-eau se fait en 5 phases :

  • Aspiration des calories contenues dans l’air par le fluide frigorigène ;
  • Augmentation de la pression du fluide frigorigène transformé en gaz ;
  • Condensation du fluide frigorigène pour devenir de la vapeur à haute pression alimentant le circuit d’eau ;
  • Diminution de la pression du fluide frigorigène ;
  • Reprise d’un nouveau cycle grâce à la vapeur obtenue au contact de l’air extérieur.

Comprendre le principe d’une pompe à chaleur géothermique

La géothermie fait référence à la conversion des calories présentes dans le sous-sol en chaleur. Bien que le principe d’une pompe à chaleur géothermique est le même suivant les modèles proposés sur le marché, le processus peut tout de même différer suivant la technologie utilisée. Alors, comment ça marche une pompe à chaleur sol-sol, sol-eau, eau-eau ou eau glycolée eau ?

Quels sont les modèles de pompe à chaleur géothermique disponibles ?

Trois principaux types de pompes à chaleur géothermique sont disponibles à la vente. Il s’agit de la pompe à chaleur sol-sol, de la pompe à chaleur sol-eau et de la pompe à chaleur eau-eau :

Types de pompe à chaleur géothermique

Types de pompe à chaleur
géothermique 		Caractéristiques
Sol-sol

- pompe à chaleur puisant les calories en sous-sol pour les convertir en chaleur ;
- puisage des calories par des capteurs enterrés à l’horizontale dans le sol ;
- technologie de détente directe :

  • un circuit de fluide frigorigène installé dans les capteurs, la pompe à chaleur et les émetteurs.
Sol-eau

- pompe à chaleur puisant les calories contenues dans la terre pour les transformer en chaleur ; - puisage des calories présentes dans le sol par des capteurs enfouis horizontalement dans le sol ; - technologie mixte :

  • un circuit de fluide frigorigène dans les capteurs et la pompe à chaleur ;
  • un circuit d’eau dans les émetteurs.
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Eau-eau

- pompe à chaleur puisant les calories contenues dans la nappe phréatique pour les convertir en chaleur ;
- puisage des calories présentes dans l’eau par des capteurs enterrés à la verticale ;
- technologie de fluides intermédiaires :

  • un circuit de fluide frigorigène dans les capteurs ;
  • un circuit de fluide frigorigène dans la pompe à chaleur ;
  • un circuit d’eau dans les émetteurs ;

- se décline en un autre modèle fonctionnant avec de l’eau glycolée au lieu du fluide frigorigène (méthode de captage à l’horizontale ou à la verticale sans nécessité d’un forage pour atteindre la nappe phréatique).

Quels sont les méthodes de captage utilisées par la pompe à chaleur géothermique ?

Trois méthodes de captage sont utilisées pour faire fonctionner une pompe à chaleur géothermique. Il y a le captage vertical, le captage sur nappe phréatique et le captage horizontal :

Captage horizontal Captage sur nappe phréatique Captage vertical

- méthode de captage la plus utilisée ;
- enfouissement des capteurs dans la terre à 0,6 m jusqu’à 1,20 m de profondeur ;
- travaux de terrassement nécessaires ;
- surface de réseau de captage 1,5x à 2x supérieur à la superficie à chauffer ;
- conseillé dans le cadre d’un projet de construction ;
- adapté à un terrain avec une grande superficie.

- méthode de captage adapté aux habitations se trouvant au-dessus d’une nappe phréatique ;
- enfouissement des capteurs jusqu’à une profondeur de 100 m ;
- travaux de forage de puits nécessaires ;
- deux modes de forage possibles :

  • un seul puits : l’eau est puisée dans le forage puis déversée dans un cours d’eau ou un réseau d’eaux de pluie ;
  • deux puits : le second puits servira à transvaser l’eau puisée après utilisation ;

- méthode de captage offrant le meilleur rendement et une performance accrue avec un coefficient de performance de 5 (5 kWh d’énergie thermique obtenue pour l’utilisation d’1 kWh d’électricité).

- méthode de captage recommandé pour les terrains avec une petite surface ; - enfouissement des capteurs jusqu’à une profondeur de 100 m ; - travaux de forage nécessaires ; - méthode recommandée dans le cadre d’un projet de rénovation ; - méthode de captage offrant un meilleur rendement que la méthode de captage à l’horizontale grâce au puisage des calories à une profondeur non affectée par la variation de la température extérieure.

Résumé

Le fonctionnement d’une pompe à chaleur repose sur le principe d’un cycle thermodynamique pouvant être traduit par un échange thermique entre deux unités. Le procédé peut être différent suivant le type de PAC utilisée : air-air, air-eau, sol-sol, sol-eau, eau-eau et eau glycolée-eau. En effet, chaque pompe fonctionne avec une technologie pouvant lui être propre afin de répondre aux besoins des consommateurs.

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