la pompe à chaleur
Parmi les solutions capables de chauffer un logement, on ne saurait passer sous silence les matériels du type pompe à chaleur ayant particulièrement le vent en poupe en cette période mouvementée conernant les combustibles fossiles.Beaucoup de gens parlent donc de pompe à chaleur mais assez peu de monde sait exactement de quoi il retourne à ce sujet. Entre l'utilisateur désireux de réduire sa facture énergétique et le vendeur aux dents longues prêt à en découdre pour emmener un juteux contrat de toute évidence plus intéressant pour lui que pour son client, nous allons essayer de dépatouiller le vrai du faux de cette technologie.
Pour ce faire, nous allons donc commencer par définir ce qu'est une pompe à chaleur afin d'être en mesure d'établir des éléments de comparaison fiables.
Définition
Une pompe à chaleur est une machine thermodynamique à transfert d'énergie tout à fait comparable dans son principe à un climatiseur à la différence près que dans le cas d'une pompe à chaleur, la partie qui nous intéresse le plus est la zone chaude de la machine puisque le but est de chauffer.
Considérons d'abord le schéma de base de fonctionnement d'une machine thermodynamique à transfert d'énergie :
On peut y apercevoir deux zones distinctes, ces deux zones étant séparables en deux zones :
1 - zone haute pression vapeur
Cette zone correspond à la tuyauterie de sortie du compresseur. Le fluide frigorigène est à ce moment là sous forme de gaz à forte pression et très chaud et il va entrer dans le condenseur. C'est dans le condenseur que l'on va récupérer la chaleur de ce fluide afin de la transférer au fluide de chauffage de l'habitation.
2 - zone haute pression liquide
Cette zone correspond à la sortie du condenseur, le fluide ayant à ce moment là changé d'état, c'est à dire qu'il est passé de l'état gazeux à l'état liquide. C'est le changement d'état qui permet le plus gros transfert de chaleur vers l'extérieur (nous pouvons à ce moment parler de réaction exothermique)
Le fluide est donc toujours sous une forte pression mais à une température beaucoup plus basse, prêt à entrer dans le détendeur qui va ,comme son nom l'indique, détendre le fluide à une pression beaucoup plus basse permettant la suite du cycle.
C'est la zone froid du système de transfert, c'est donc la partie utilisable dans le cas d'une climatisation ou tout besoin de refroidir. Cette zone se décompose aussi en deux zones distinctes :
1 - zone basse pression liquide
Cette zone correspond à la sortie du détendeur, le fluide étant encore quasiment tout liquide mais à une pression beaucoup plus basse, va entrer dans la zone d'évaporation, dans une évaporateur. C'est à cet endroit que le fluide va chercher à repasser de l'état liquide à l'état gazeux. Cette réaction, dite endothermique, nécessite un gros apport de chaleur donc va refroidir l'ambiance située autour.
2 - zone basse pression vapeur
Cette zone correspond à la sortie de l'évaporateur, le fluide étant à cet endroit impérativement sous forme totalement gazeuse, à l'entrée du compresseur qui va reprendre le cycle à l'infini. La tuyauterie à cet endroit est très froide et doit être isolée pour éviter des condensations trop importantes.
Maintenant que la définition de la machine de base a été réalisée, nous pouvons envisager l'utilisation de la partie chaude de l'installation. Bien sûr, il faut se mettre d'accord sur ce que l'on entend sur "partie chaude".
Car si vous utilisez un chauffage avec régulièrement de l'eau dépassant les 60 °C de température de départ, oubliez ce que vous avez lu jusque là et retournez à votre bonne chaudière. Et pourquoi cela ??
Eh bien tout simplement car les fluides frigorifiques ne peuvent, dans des conditions de rendement intéressantes, atteindre ces températures élevées.
Par contre, si vous avez un ou plusieurs circuits basse ou moyenne température (planchers chauffants ou radiateurs surpuissants), alors cela devient envisageable.
Mais avant de rentrer dans trop de technique, posons les bonnes questions :
- combien y a t'il de pompes à chaleur utilisables ?
Le particulier a le choix entre plusieurs systèmes lui permettant de se chauffer à l'aide d'une pompe à chaleur. En fonction du type utilisé pour l'échange de chaleur intervenant dans l'évaporateur et dans le condenseur, on peut déjà dégager les systèmes suivants :
Éliminons rapidement les deux premières solutions et intéressons nous aux deux dernières :
L'air extérieur va donc passer au travers de l'échangeur évaporateur et va se refroidir en cédant sa chaleur au fluide frigorifique. Si vous avez suivi jusque là, vous aurez tôt fait de vous poser la question : "plus il fait froid et plus j'ai besoin de chauffage et moins l'air est capable de donner sa chaleur ?" OUI mais cela peut se contourner.
la zone rouge
C'est la zone chaud du système de transfert, c'est donc la partie utilisable dans le cas d'une pompe à chaleur. Cette zone se décompose en deux zones distinctes :1 - zone haute pression vapeur
Cette zone correspond à la tuyauterie de sortie du compresseur. Le fluide frigorigène est à ce moment là sous forme de gaz à forte pression et très chaud et il va entrer dans le condenseur. C'est dans le condenseur que l'on va récupérer la chaleur de ce fluide afin de la transférer au fluide de chauffage de l'habitation.
2 - zone haute pression liquide
Cette zone correspond à la sortie du condenseur, le fluide ayant à ce moment là changé d'état, c'est à dire qu'il est passé de l'état gazeux à l'état liquide. C'est le changement d'état qui permet le plus gros transfert de chaleur vers l'extérieur (nous pouvons à ce moment parler de réaction exothermique)
Le fluide est donc toujours sous une forte pression mais à une température beaucoup plus basse, prêt à entrer dans le détendeur qui va ,comme son nom l'indique, détendre le fluide à une pression beaucoup plus basse permettant la suite du cycle.
la zone bleue
C'est la zone froid du système de transfert, c'est donc la partie utilisable dans le cas d'une climatisation ou tout besoin de refroidir. Cette zone se décompose aussi en deux zones distinctes :
1 - zone basse pression liquide
Cette zone correspond à la sortie du détendeur, le fluide étant encore quasiment tout liquide mais à une pression beaucoup plus basse, va entrer dans la zone d'évaporation, dans une évaporateur. C'est à cet endroit que le fluide va chercher à repasser de l'état liquide à l'état gazeux. Cette réaction, dite endothermique, nécessite un gros apport de chaleur donc va refroidir l'ambiance située autour.
2 - zone basse pression vapeur
Cette zone correspond à la sortie de l'évaporateur, le fluide étant à cet endroit impérativement sous forme totalement gazeuse, à l'entrée du compresseur qui va reprendre le cycle à l'infini. La tuyauterie à cet endroit est très froide et doit être isolée pour éviter des condensations trop importantes.
Principales caractéristiques de la pompe à chaleur
Maintenant que la définition de la machine de base a été réalisée, nous pouvons envisager l'utilisation de la partie chaude de l'installation. Bien sûr, il faut se mettre d'accord sur ce que l'on entend sur "partie chaude".
Car si vous utilisez un chauffage avec régulièrement de l'eau dépassant les 60 °C de température de départ, oubliez ce que vous avez lu jusque là et retournez à votre bonne chaudière. Et pourquoi cela ??
Eh bien tout simplement car les fluides frigorifiques ne peuvent, dans des conditions de rendement intéressantes, atteindre ces températures élevées.
Par contre, si vous avez un ou plusieurs circuits basse ou moyenne température (planchers chauffants ou radiateurs surpuissants), alors cela devient envisageable.
Mais avant de rentrer dans trop de technique, posons les bonnes questions :
- combien y a t'il de pompes à chaleur utilisables ?
Le particulier a le choix entre plusieurs systèmes lui permettant de se chauffer à l'aide d'une pompe à chaleur. En fonction du type utilisé pour l'échange de chaleur intervenant dans l'évaporateur et dans le condenseur, on peut déjà dégager les systèmes suivants :
air - air |
matériel utilisant l'air à la fois pour refroidir le condenseur ainsi que réchauffer l'évaporateur. C'est le matériel le plus utilisé dans ce que l'on appelle la climatisation réversible, en général posé en split-system, c'est à dire deux parties bien distinctes avec des tuyauteries de liaison reliant les deux. |
eau - air
|
matériel utilisant l'eau pour réchauffer l'évaporateur et l'air pour refroidir le condenseur. Ce système n'est quasiment pas utilisé, il ne présente que peu d'intérêt. |
air - eau |
matériel utilisant l'air pour réchauffer l'évaporateur et l'eau pour refroidir le condenseur. C'est ce que certains appellent l'aérothermie. C'est aujourd'hui le système le plus utilisé en relève de chaudière car le plus simple à installer |
eau - eau |
matériel utilisant l'eau à la fois pour réchauffer l'évaporateur et refroidir le condenseur. C'est le système le plus performant mais aussi le plus compliqué à installer. Le concept de pompe à chaleur dite "géothermique" utilise quasiment toujours ce type de fonctionnement. |
Éliminons rapidement les deux premières solutions et intéressons nous aux deux dernières :
LA POMPE A CHALEUR AIR - EAU
Les pompes à chaleur air - eau, plus communément appelées "aérothermie" sont parmi les matériels les plus courants sur le marché et aussi les plus faciles à installer de part leur mode de fonctionnement.
L'air extérieur va donc passer au travers de l'échangeur évaporateur et va se refroidir en cédant sa chaleur au fluide frigorifique. Si vous avez suivi jusque là, vous aurez tôt fait de vous poser la question : "plus il fait froid et plus j'ai besoin de chauffage et moins l'air est capable de donner sa chaleur ?" OUI mais cela peut se contourner.
La seule difficulté réelle est de bien la définir mais cela fera l'objet d'une rubrique à part.
LA POMPE A CHALEUR EAU - EAU
Les pompes à chaleur eau - eau ne présentent pas de différences essentielles dans leur constitution. Elles fonctionnent en utilisant de l'eau au niveau de l'évaporateur et c'est donc le type d'évaporateur qui change.
Le gros avantage de ce type de pompe vient du fait que, comme on utilise de l'eau de forage ou de rivière ou de captage ou encore d'un circuit géothermique de surface, la stabilité de température est beaucoup plus grande et permet donc de conserver des coefficients de performance plus stables.