Le principe de la pompe à chaleur est simple à comprendre. Elle prélève des calories à l’extérieur, dans l’air, l’eau ou le sol, puis les transforme pour assurer le confort thermique des logements. La ressource naturelle utilisée et le système de diffusion ne sont pas les mêmes selon les types d’appareil. La PAC fonctionnera seule ou pourra nécessiter l’utilisation d’un circuit de chauffage central. Découvrez, dans cet article, le fonctionnement des différents types de pompe à chaleur : air-air, air-eau, sol-eau, eau-eau.
Quel est le principe de fonctionnement d'une pompe à chaleur ?
Une pompe à chaleur fonctionne en utilisant un fluide frigorigène pour extraire la chaleur de l'environnement extérieur (air extérieur, eau, sol), puis en amplifiant cette chaleur via un processus de compression. La chaleur ainsi obtenue est transférée à l'intérieur pour chauffer ou rafraîchir soit l'air, soit l'eau de votre circuit dechauffagepar exemple. Cela permet un chauffage efficace en utilisant moins d'électricité.
Il existe des pompes à chaleur géothermiques air ou sol, des pompes à chaleur aérothermiques, air-air et des pompes à chaleur aquathermiques, air-eau.
💡 À retenir :
Découvrez en vidéo comment fonctionne une pompe à chaleur ?
L'expertise de Sébastien, chauffagiste dans le 44 :
"Le fonctionnement d’une pompe à chaleur repose sur un principe simple, mais très technique dans les détails. On pense souvent qu’il suffit que l’unité extérieure capte les calories de l’air ou du sol pour les restituer à l’intérieur, mais la clé de l’efficacité réside dans la gestion précise du cycle thermodynamique. Un des aspects les moins connus, même chez certains installateurs, est l’importance de l’équilibrage entre la température de sortie et celle de retour. Si cet écart est mal calibré, la PAC va travailler trop dur, consommer davantage d’énergie et s’user plus vite. Une erreur classique que j’ai rencontrée, c’est une mauvaise régulation de ce différentiel, causant un arrêt prématuré de la machine en pleine saison de chauffage. Un bon professionnel ajustera cet équilibre au degré près, en fonction de votre installation et des conditions extérieures. Une intervention experte à ce niveau prolonge la durée de vie de la PAC et optimise vos économies d’énergie."
Fonctionnement de la pompe à chaleur air-air
👆 En bref
La pompe à chaleur air-air va prélever les calories contenues dans l'air extérieur. L'air froid extérieur va donc être pompé par l'unité extérieure, puis va passer dans un réseau de tubes contenant un fluide frigorigène qui a la propriété de capter la chaleur et de la transporter jusqu'à l'évaporateur de la pompe à chaleur. Ce dernier va transformer le fluide en gaz, qui va ensuite être compressé pour augmenter encore sa température. Enfin, l'air réchauffé est diffusé via des ventilo-convecteurs placés un peu partout dans la maison. Vous pouvez alors climatiser votre maison. C'est l'équipement le moins cher à l'installation et il peut être posée rapidement (1 à 2 jours).
La pompe à chaleur air-air représente une solution de chauffage et de climatisation très prisée dans la construction moderne. Non seulement elle est efficace, mais elle offre également une installation abordable et rapide. Voici comment elle fonctionne.
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En mode chauffage
En mode climatisation
Intéressé par la PAC pour vous chauffer à moindre coût en hiver et rafraîchir agréablement votre maison en été ?
Etape 1 : prélever les calories dans l'air extérieur
La pompe à chaleur air-air commence son processus en prélevant les calories contenues dans l'air extérieur. Même lorsque l'air est froid, il contient encore de l'énergie thermique qui peut être exploitée. L'unité extérieure de la pompe est responsable de cette extraction, et l'air froid extérieur est alors pompé dans le système.
Etape 2 : transporter la chaleur
Après avoir été aspiré par l'unité extérieure, l'air passe dans un réseau de tubes contenant un fluide frigorigène. Ce fluide spécial a la propriété unique de capter la chaleur. La chaleur prélevée est alors transportée jusqu'à l'évaporateur de la pompe à chaleur, un élément clé dans le fonctionnement du système.
Etape 3 : transformer et compresser l'énergie captée
Dans l'évaporateur, le fluide frigorigène se transforme en gaz, augmentant encore sa capacité à porter de la chaleur. Le compresseur joue ensuite un rôle essentiel en compressant ce gaz, ce qui augmente encore sa température. C'est cette étape qui permet d'obtenir une température suffisante pour chauffer efficacement l'habitation.
Etape 4 : diffuser l'air réchauffé
Une fois que le gaz comprimé a atteint la température désirée, il est prêt à être utilisé pour chauffer la maison. L'air réchauffé est diffusé via des ventilo-convecteurs placés stratégiquement dans différentes parties de l'habitation. Ce système de diffusion assure une répartition uniforme de la chaleur.
Ses avantages et son installation
L'un des grands avantages de la pompe à chaleur air-air est sa polyvalence. En été, elle peut également être utilisée pour climatiser la maison, rendant le système utile toute l'année.
En ce qui concerne l'installation, elle est relativement simple et rapide. C'est l'équipement le moins cher à installer, et la pose peut être effectuée en seulement 1 à 2 jours par des professionnels qualifiés.
Fonctionnement de la pompe à chaleur air-eau
👆 En bref
C'est le même fonctionnement qu'une pompe à chaleur air-air, sauf qu'ici, la pompe à chaleur air-eauprend place dans une installation de chauffage central. Elle s'installe soit en construction neuve, soit en rénovation dans le cadre d'un remplacement de chaudière. Couplée avec un ballon d'eau chaude, elle vous permet de fournir de l'eau chaude sanitaire et elle va bien entendu assurer le chauffagevia des radiateurs à eau ou encore un plancher chauffant hydraulique. C'est l'une des pompes à chaleur les plus installées chez les particuliers et qui offrent le meilleur rapport coût / bénéfice. Vous pouvez carrément diviser vos factures de chauffage par 3 et du coup rentabiliser très rapidement cette pompe à chaleur.
La pompe à chaleur air-eau se distingue comme une solution de chauffage innovante et écologique qui séduit de plus en plus les propriétaires. Comparée à la pompe à chaleur air-air, elle fonctionne sur un principe similaire, mais elle est intégrée dans un système de chauffage central. Voici un aperçu détaillé de son fonctionnement, de ses avantages et de son installation.
La PAC air-eau est éligible aux aides de l'Etat, c'est très intéressant pour s'équiper à moindre coût
Etape 1 : Prélever les calories de l'air extérieur
Comme son nom l'indique, la pompe à chaleur air-eau utilise l'air extérieur comme source d'énergie pour chauffer l'eau de votre système de chauffage central. Tout comme une pompe à chaleur air-air, la pompe à chaleur air-eau va capter la chaleur de l'air extérieur grâce à une unité extérieure.
Etape 2 : Convertir et transporter la chaleur
Cette chaleur est ensuite transportée à travers un fluide frigorigène vers un échangeur de chaleur où elle réchauffe l'eau du circuit de chauffage.
Etape 3 : distribuer la chaleur dans le logement
L'eau chaude est ensuite dirigée vers des radiateurs à eau, un plancher chauffant hydraulique ou couplée avec un ballon d'eau chaude pour fournir de l'eau chaude sanitaire.
Avantages & installation
La pompe à chaleur air-eau est particulièrement appréciée pour les avantages suivants:
Coût / Bénéfice: C'est l'une des pompes à chaleur les plus installées chez les particuliers et qui offrent le meilleur rapport coût/bénéfice.
Économies Notables: La possibilité de diviser vos factures de chauffage par 3, permettant une rentabilisation rapide de cet équipement.
Polyvalence: Elle assure à la fois le chauffage et la fourniture d'eau chaude sanitaire.
Eligibilité aux aides de l'Etat : MaPrimeRénov', la prime énergie, les aides de l'Anah, l'éco-prêt à taux zéro.
La pompe à chaleur air-eau peut être installée soit en construction neuve, soit en rénovation dans le cadre d'un remplacement de chaudière. La mise en place nécessite l'intervention d'un professionnel qualifié pour garantir l'efficacité et la conformité du système.
Fonctionnement de la pompe à chaleur sol-eau
👆 En bref
La pompe à chaleur sol-eau assure le chauffage et la production d'eau chaude sanitaire dans votre logement. Elle appartient à la famille des pompes à chaleur dites "géothermiques". La géothermie désigne en fait tout simplement la chaleur qui est naturellement présente dans la croûte terrestre. Les calories sont directement puisées dans le sol grâce à des capteurs horizontaux ou verticaux, selon les préconisations de l'étude de sol de votre terrain. C'est le type de pompe à chaleur le plus efficace, mais aussi le plus coûteux à installer, car elle nécessite des travaux de forage (capteurs verticaux) ou de terrassement (capteurs horizontaux) dans votre jardin.
Schéma de fonctionnement d'une pompe à chaleur sol-eau
La pompe à chaleur sol-eau, une technologie géothermique, offre une solution de chauffage et de production d'eau chaude sanitaire écologique et hautement efficace pour votre logement. Bien que son installation puisse être plus coûteuse, elle promet une performance élevée en utilisant la chaleur naturellement présente dans le sol. Voici un examen détaillé de son fonctionnement et de ses avantages.
Pour comprendre ce qu'est la géothermie
La géothermie désigne la chaleur stockée dans la croûte terrestre. Cette source d'énergie renouvelable peut être exploitée à grande échelle, comme c'est le cas avec les réseaux de chaleur en Islande, ou à une échelle plus locale, comme les pompes à chaleur géothermiques dans les maisons individuelles.
Etape 1 : Capter la chaleur du sol
La chaleur est extraite du sol grâce à des capteurs horizontaux ou verticaux. Le choix entre ces deux méthodes dépend de l'étude de sol de votre terrain et des spécificités géologiques.
Etape 2 : Convertir l'énergie
Les calories extraites sont transférées via un fluide frigorigène à un échangeur thermique. Cela permet de chauffer l'eau utilisée dans le système de chauffage central de la maison.
Etape 3 : Distribuer l'énergie dans la maison
La chaleur est ensuite distribuée dans votre maison via un système de radiateurs, de plancher chauffant, ou de ballon d'eau chaude pour le chauffage et la production d'eau chaude sanitaire.
Avantages & inconvénients
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Efficacité thermique élevée: C'est le type de pompe à chaleur le plus efficace, car elle utilise une source de chaleur constante.
Coûts d'installation: Les travaux de forage (capteurs verticaux) ou de terrassement (capteurs horizontaux) nécessaires rendent l'installation plus coûteuse.
Écologique: Utilise une énergie renouvelable et réduit les émissions de CO2.
Nécessité d'une étude de sol: L'étude de sol doit être soigneusement effectuée pour déterminer la meilleure méthode de captage.
Économies sur le long terme: Malgré les coûts initiaux élevés, elle offre une rentabilité à long terme grâce aux économies sur les factures de chauffage.
Demandez une étude préalable de votre terrain et habitation, pour savoir si la géothermie est adaptée à vos besoins
La pompe à chaleur fonctionne sur le principe de l’aquathermie. Le chauffage par aquathermie est assez similaire à la géothermie : il s'agit ici de puiser les calories présentes sous terre, dans l’eau des nappes phréatiques, des lacs ou des rivières pour produire du chauffage et de l’eau chaude sanitaire. Ce type de pompe à chaleur peut ainsi alimenter un plancher chauffant, un chauffe-eau ou des radiateurs à eau (d'un chauffage central). Comme pour la pompe à chaleur sol-eau, cette PAC nécessite des travaux de forage pour placer les capteurs.
La pompe à chaleur eau-eau, exploitant le principe de l'aquathermie, constitue une solution de chauffage innovante et écologique. Puisant l'énergie dans l'eau souterraine, elle offre une alternative attrayante pour chauffer les habitations et fournir de l'eau chaude sanitaire. Examinons de plus près comment elle fonctionne, ses avantages et les considérations à prendre en compte pour son installation.
Pour comprendre ce qu'est l'aquathermie
L'aquathermie est une forme de géothermie qui utilise la chaleur contenue dans l'eau des nappes phréatiques, des lacs ou des rivières. Cette chaleur peut être utilisée pour chauffer l'eau du système de chauffage central, alimenter un plancher chauffant, un chauffe-eau ou des radiateurs à eau.
Etape 1 : extraire la chaleur d'une eau souterraine
Des capteurs immergés dans l'eau souterraine recueillent les calories présentes dans l'eau. Cette extraction nécessite des travaux de forage.
Etape 2 : convertir et transporter la chaleur
La chaleur récupérée est convertie par un échangeur thermique en énergie utilisable, qui est alors transportée à travers un fluide frigorigène.
Etape 3 : distribuer la chaleur dans le logement
La chaleur est ensuite dirigée vers le système de chauffage central, que ce soit un plancher chauffant, un chauffe-eau ou des radiateurs à eau, pour fournir du chauffage et de l'eau chaude sanitaire.
Avantages & Installation
Efficacité thermique : La pompe à chaleur eau-eau offre une haute efficacité, car l'eau souterraine maintient une température relativement constante toute l'année.
Écologie : Cette méthode de chauffage est respectueuse de l'environnement car elle utilise une source d'énergie renouvelable.
Économies : Bien que l'installation puisse être coûteuse, les économies à long terme sur les factures de chauffage peuvent être significatives.
Pour son installation, la PAC eau-eau va nécessiter :
Travaux de forage : Comme pour la pompe à chaleur sol-eau, la pompe à chaleur eau-eau nécessite des travaux de forage pour placer les capteurs.
Étude hydrogéologique : Une étude préalable de la qualité et de la disponibilité de l'eau souterraine est indispensable pour s'assurer que le site est approprié pour ce type d'installation.
Comment bien choisir une pompe à chaleur ?
Faites un bilan thermique avant une installation de chauffage. Il va déterminer la puissance de votre pompe à chaleur aérothermique. Pensez à faire des travaux d'isolation au préalable si nécessaire. Une pompe à chaleur ne remplacera pas une mauvaise isolation thermique.
Le COP (Coefficient de Performance) représente le rapport entre les kWh produits et l’énergie électrique consommée. Ce COP vous permettra de choisir la PAC la plus adaptée à votre logement, selon vos souhaits.
Le climat de votre région : si la température extérieure passe régulièrement sous la barre des O°C en hiver, la pompe à chaleur aérothermique risque de ne pas suffire à couvrir vos besoins en chauffage. Il faudra donc prévoir un chauffage d'appoint (idéalement un poêle à bûches pour ne pas dépendre d'une seule énergie).
Contactez un professionnel qualifié qui pourra vous conseiller.
Le conseil Habitatpresto:
Contactez un chauffagiste RGE QualiPac
Seul un professionnel qualifiépourra vous renseigner au mieux selon vos besoins en chauffage, la configuration et superficie de votre habitation, ainsi que votre budget. En plus, en faisant appel à une entreprise RGE QualiPac pour la fourniture et la pose de votre pompe à chaleur,vos travaux sont éligibles aux aides de l'État telles que MaPrimeRénov, la prime énergie, les aides de l'Anah ...
FAQ utile
Quels sont les inconvénients de la pompe à chaleur ?
Les inconvénients d'une pompe à chaleur incluent un coût initial élevé, une efficacité réduite par temps très froid, et un bruit pouvant gêner dans certaines installations, notamment pour les modèles air-air. De plus, elle nécessite un entretien régulier pour optimiser ses performances et éviter les pannes. Malgré ces défauts, elle reste une solution économique et écologique pour le chauffage à long terme.
Quels sont les défauts d'une pompe à chaleur ?
Les principaux défauts d'une pompe à chaleur sont sa sensibilité aux températures très basses, ce qui peut réduire son efficacité, et le bruit qu'elle peut produire, surtout avec une unité extérieure. De plus, sa performance dépend beaucoup de la qualité de l'isolation du bâtiment. Un dimensionnement incorrect peut aussi entraîner une consommation énergétique excessive.
Quand la pompe à chaleur se met en route ?
Une pompe à chaleur se met en route automatiquement en fonction des besoins de chauffage ou de climatisation, détectés par un thermostat. Elle démarre lorsqu'elle détecte que la température intérieure est en dessous (ou au-dessus en mode climatisation) de la température souhaitée. Cela permet de maintenir une température confortable tout en optimisant la consommation énergétique.
Comment fonctionne une pompe à chaleur en hiver ?
En hiver, la pompe à chaleur extrait les calories de l'air extérieur, même à basse température, pour les transformer en chaleur et chauffer l'intérieur du logement. Les modèles performants peuvent fonctionner même lorsque les températures extérieures sont très basses, bien qu'un appoint électrique soit parfois nécessaire en cas de grand froid. Cela permet de maintenir une efficacité thermique, mais la consommation énergétique peut augmenter.
Comment se déclenche une pompe à chaleur ?
La pompe à chaleur se déclenche automatiquement lorsque le thermostat détecte une différence entre la température ambiante et la température cible programmée. Le système démarre alors pour ajuster la température intérieure en fonction de la consigne. Ce processus est entièrement automatique et se produit dès que le besoin de chauffage ou de climatisation est identifié.
Est-ce qu'une pompe à chaleur fonctionne en permanence ?
Non, une pompe à chaleur ne fonctionne pas en permanence. Elle s'active uniquement lorsque le thermostat indique que la température ambiante est en dehors de la plage de confort définie. Une fois la température souhaitée atteinte, la pompe à chaleur s'arrête jusqu'à ce qu'un nouveau besoin de chauffage ou de climatisation soit détecté. Cela permet d'économiser de l'énergie.
Est-ce qu'une pompe à chaleur consomme plus quand il fait froid ?
Oui, une pompe à chaleur consomme plus d'énergie quand il fait très froid. En effet, plus la température extérieure est basse, plus la pompe doit travailler pour extraire les calories de l'air. Cela peut diminuer son coefficient de performance (COP) et entraîner une consommation électrique plus importante, notamment si un système d'appoint est utilisé en cas de gel sévère.
Cycle thermodynamique : Ensemble des processus de compression, condensation, détente et évaporation qui permettent à la pompe à chaleur de produire de la chaleur ou du froid. Comprendre ce cycle est fondamental pour diagnostiquer d'éventuelles pannes ou optimiser l'efficacité énergétique.
Fluide frigorigène : Substance chimique qui transporte les calories entre les différentes parties du système en changeant d'état (gaz/liquide). Ce fluide est crucial pour le transfert thermique dans une pompe à chaleur.
Compresseur : Dispositif qui comprime le fluide frigorigène sous forme gazeuse, augmentant ainsi sa température avant de passer dans le condenseur. La performance globale de la pompe à chaleur dépend du bon fonctionnement de ce composant.
Évaporateur : Composant dans lequel le fluide frigorigène, en s'évaporant, absorbe la chaleur de l'air extérieur (ou de l'eau, selon le type de PAC). Il est essentiel pour capter l'énergie environnementale utilisée pour chauffer ou refroidir un espace.
Condenseur : Composant où le fluide frigorigène cède sa chaleur à l'air ou à l'eau du circuit de chauffage, passant de l'état gazeux à liquide. Un bon entretien du condenseur est nécessaire pour une transmission efficace de la chaleur.
Détendeur : Dispositif qui abaisse la pression du fluide frigorigène après le passage dans le condenseur. Il joue un rôle crucial dans la régulation de la température du fluide pour assurer le bon fonctionnement du cycle.
Coefficient de Performance (COP) : Mesure de l'efficacité de la pompe à chaleur, c'est le rapport entre l'énergie produite et l'énergie consommée. Plus le COP est élevé, plus le système est performant.
Pompe à chaleur aérothermique : Système qui prélève des calories dans l'air extérieur pour chauffer ou refroidir un espace. Ce type de PAC est très utilisé pour les habitations résidentielles.
Pompe à chaleur géothermique : Système qui exploite l'énergie thermique du sol pour chauffer un bâtiment. Ce type de PAC est très performant mais nécessite des installations plus complexes.
Pompe à chaleur air-eau : Pompe à chaleur qui transfère la chaleur de l'air extérieur à un circuit d'eau pour chauffer un logement ou produire de l'eau chaude sanitaire. Connaître ce type de système permet de mieux choisir les solutions adaptées à vos besoins énergétiques.
Pompe à chaleur réversible : Système capable de fonctionner en mode chauffage en hiver et en mode climatisation en été. Cela permet de rentabiliser l'installation tout au long de l'année.
Thermostat d'ambiance : Appareil permettant de réguler la température intérieure en ajustant le fonctionnement de la pompe à chaleur selon les besoins. Il est essentiel pour optimiser le confort thermique et économiser de l'énergie.
Vanne 3 voies : Composant qui permet de choisir entre chauffer l'eau pour le chauffage ou pour l'eau chaude sanitaire. Il assure la gestion du circuit de distribution de la chaleur.
Cycle de dégivrage : Procédé activé lorsque l'unité extérieure accumule du givre en mode chauffage. Connaître ce cycle est important pour comprendre pourquoi la PAC peut temporairement arrêter de chauffer pour éliminer le givre.
Module hydraulique : Partie d'une pompe à chaleur air-eau qui contient tous les éléments pour distribuer la chaleur dans un système de chauffage central (circulateur, vase d’expansion, résistances, etc.). Sa bonne gestion est cruciale pour une installation efficace.
Ballon tampon : Réservoir intermédiaire qui stocke la chaleur produite pour éviter les démarrages/arrêts fréquents du compresseur. Cela améliore l'efficacité de la PAC et prolonge la durée de vie des composants.
Inverter : Technologie permettant de moduler la puissance de la pompe à chaleur en fonction de la demande réelle, plutôt que de fonctionner en tout-ou-rien. Cela permet de réaliser des économies d’énergie et d’améliorer la durabilité du compresseur.
Tuyauterie calorifugée : Tubes isolés thermiquement qui transportent le fluide caloporteur entre l’unité extérieure et l’intérieur. Un bon calorifugeage est essentiel pour minimiser les pertes de chaleur et maximiser les performances du système.
Émissions sonores : Niveau de bruit produit par l’unité extérieure ou intérieure de la pompe à chaleur. Connaître ces niveaux est crucial pour respecter les réglementations et assurer le confort des occupants, surtout dans les zones résidentielles.
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