Comment fonctionne une Pompe à chaleur (PAC) ?
L’échelle de température Celsius prend pour Zéro le point de changement d’état de l’eau en solide. Nous avons alors tendance à croire qu’en dessous de ce point, il n’y plus de chaleur.
L’échelle Kelvin a pour zero : – 273°C.
Zero degré Kelvin = – 273 °Celsius.
C’est le zéro absolu. C’est la température la plus basse que l’on ait atteint.
En conclusion tant que l’on sait descendre la température d’une matière d’un degré, c’est qu’on lui a enlevé de la CHALEUR !
Pour absorber cette chaleur disponible, on utilise une machine frigorifique ou pompe à chaleur.
La pompe à chaleur est une machine qui transfère les calories contenues dans un milieu vers un autre milieu. Elle ajoute à ces calories ce qu’elle puise en énergie sur le réseau électrique.
La pompe à chaleur est un système de chauffage absolument autonome si elle est combinée avec un système de chauffage basse température.
Le chauffage par le sol est donc tout indiqué pour cette application. Ce n’est donc pas un appoint de chauffage. Il ne faudra pas venir greffer à ce système un autre type de chauffage pour obtenir une température de confort, néanmoins un système complémentaire peut être installé pour réduire l’effet d’inertie du chauffage par le sol
Le système de pompe à chaleur est constitué d’un fluide qui circule dans les échangeurs de la pompe. Ce fluide en phase liquide, en s’évaporant et donc à plus basse température, va absorber la chaleur d’un environnement plus chaud que lui tel que le sol, l’air ou l’eau. A la sortie de cet échangeur, il sera sous forme de vapeur. Cette vapeur contiendra, la chaleur absorbée. Elle sera ensuite comprimée. C’est à ce moment qu’intervient la « pompe » ou compresseur. Il va concentrer cette chaleur en augmentant la pression de la vapeur. Ceci est un phénomène physique.
Grâce à un second échangeur, cette vapeur chaude sous pression va, en libérant sa chaleur au système de chauffage de l’habitation, se condenser et le fluide va passer de l’état gazeux à l’état liquide. Ce fluide, sous haute pression, est de nouveau disponible pour s’évaporer en passant par un détendeur. Le cycle est bouclé et peut recommencer à l’infini.
Pour la compression, il est nécessaire de fournir une quantité d’énergie mécanique. Cette énergie mécanique est produite par un moteur électrique (c’est un compresseur). Le compresseur frigorifique étant refroidit par les gaz aspirés cède la chaleur du moteur dans le fluide réfrigérant. On retrouve donc, dans la source de chauffage, la quantité de chaleur absorbée gratuite ainsi que l’énergie électrique absorbée par le moteur.
La pompe à chaleur fonctionne donc comme un frigo, en prélevant la chaleur d’un milieu à un autre.
Si on utilise l’air comme source de calories, la pompe à chaleur est une «Pompe à chaleur Air/Eau».
L’atmosphère terrestre est un réservoir d’air infini qui contient une quantité d’énergie intarissable. C’est donc de l’air qui traverse l’échangeur extérieur contenant le fluide réfrigérant qui sera bien plus froid que l’air. Si celui-ci entre, par exemple, à -10° C, il en ressortira encore plus froid. Il aura cédé une quantité de chaleur au fluide réfrigérant circulant dans l’échangeur.
Comment cette chaleur absorbée passe t’elle dans l’habitation ?
La pompe à chaleur (PAC) est un système frigorifique. Le fluide frigorigène qui circule dans le circuit à plusieurs particularités :
– Il s’évapore à basse température (comme notre corps qui régule sa température en transpirant)
– La température va changer en fonction de la pression. Plus la pression augmente, plus la température augmente. C’est la relation «pression – température».
– Le fluide qui s’est évaporé, en absorbant de la chaleur dans l’échangeur extérieur sera comprimé par la compresseur afin de relever le niveau de pression et donc de température.
– L’effort de compression variera en fonction de la température de la source froide (le milieu où la chaleur est prélevée) et de la température de la source chaude (le système de chauffage de l’habitation) que l’on désire atteindre. Plus l’écart de température entre la source chaude et la source froide est important, plus l’effort de compression est important et moins le rendement de la PAC sera bon.
C’est la raison pour laquelle on préfèrera un système de chauffage «basse température».
Si on utilise l’eau en tant que source de calories on parle d’une Pompe à chaleur Eau/Eau.
La source froide (le sol extérieur où est déployé le capteur en horizontal dans lequel circule l’eau) n’aura pas un meilleur rendement qu’un capteur Air, car le sol se refroidira de manière régulière jusqu’à la fin de l’hiver. Tandis que l’air retrouvera des températures moyennes assez élevées en fin d’hiver, le sol mettra beaucoup plus longtemps pour se réchauffer. Néanmoins, si la captation se fait verticalement, via une sonde géothermique, le rendement ( COP ) sera supérieur grâce à la constante de température. Il est donc faux de croire qu’une pompe à chaleur Eau/Eau sera meilleure que les autres si son moyen de capatation est horizontal. De nouveau, tout dépend de la température de la source froide et de la source chaude.
Il est donc facile de comprendre que toutes les PAC confondues (Air/Air, Eau/Eau, Sol/Sol, Sol/Eau, Air/Eau etc.) travaillant sur des sources de températures identiques de captation et un même moyen de chauffage auraient toutes le même rendement, hormis quelques différences de consommation pour le fonctionnement de certains auxiliaires en fonction des différentes PAC. Il n’est pas rare de voir que certaines sources d’informations concluent que la PAC Eau/Eau est la plus performante. Ceci est vrai, si on considère que cette PAC absorbe les calories dans une nappe phréatique ou en tous cas dans une source à une température constante proche de 13°C.
