La pompe à chaleur pompe quelque part la chaleur à un milieu naturel. C'est un système de chauffage thermodynamique dit à énergie renouvelable. La pompe à chaleur communément appelée PAC soutire les calories présentes dans le milieu naturel tel que l'air, l'eau, la terre ou le sol, et la transmet en l'amplifiant vers un espace à chauffer. L'action motrice d'un compresseur électrique sur un fluide réfrigérant à changement de phase réalise cette opération thermodynamique.
La pompe à chaleur est surtout utilisée en tant que solution de chauffage dans le résidentiel. Nous parlons alors de géothermie (pompe à chaleur eau-eau ou sol-eau) ou d'aérothermie (pompe à chaleur air-eau ou air-air). Dans les applications tertiaire telles que bureaux, la pompe à chaleur est souvent utilisée toute l'année, soit pour le chauffage et pour le rafraichissement en été. L'étendue des puissances de chauffage est large pour les pompes à chaleur puisque une PAC peut fournir 2 kW de chauffage pour un local comme elle peut délivrer 400 kW ou plus pour un immeuble.
Sur le plan de l'efficacité énergétique la pompe à chaleur est caractérisée par son COP ou coefficient de performance. Le COP est le rapport de l'énergie de chauffage produite par l'énergie électrique absorbée. Le Cop est supérieur à 1 dans tous les cas et peut atteindre des valeurs de 3 à 5 dans des conditions les plus favorables de PAC eau/eau.
Nous distinguons différentes catégories de pompe à chaleur:
- La pompe à chaleur air-air
C
'est une géothermie appelée aérothermie. La chaleur est captée dans l'air extérieur et est transférée via un système à réfrigérant, dans l'air du local à chauffer. Ce type de pompe à chaleur se retrouve dans le résidentiel avec des pompes à chaleur multi-split. Ou des systèmes de pompes à chaleur avec unité intérieure plafonnière équipée d'un système de zoning ou de zonification avec réseaux de gaines en circulation vers les différentes pièces. Avec la zonification, les débits d'air sont variables et régulés pièce par pièce, chambre, salon, …, ou bureau par bureau. La PAC pompe à chaleur air-air est, généralement et comparativement aux autres pompes à chaleur, plus simple à installer. De plus, elle bénéficie facilement de l'effet rafraîchissement par simple inversion du cycle thermodynamique (un clic sur la télécommande de la PAC). La pompe à chaleur air/air rentre ainsi dans les systèmes de chauffage compatibles avec la norme BBC ou Bâtiment Basse Consommation. C'est le mode de chauffage électrique qui répond dans la majorité des cas à la réglementation 2012. Si l'avantage est le coût d'installation et les économies d'exploitation, la limite de ce confort dit à vecteur air reste de l'appréciation de chacun du fait de la sensibilité au bruit résiduel et aux effets indésirables et possibles de courants d'air.
- La pompe à chaleur air-eau
C'est aussi une géothermie appelée aérothermie. La chaleur captée dans l'air extérieur est transférée non pas directement par détente directe mais via un circuit d'eau chaude. Ce réseau alimente un circuit bitubes de radiateurs, le plus souvent « basse température », ou un réseau de plancher chauffant, ou bien une série de ventilo-convecteurs, voire d'aérothermes si l'application est plus industrielle. Le régime de température de chauffage étant souvent modéré, de l'ordre de 60°C maximum pour une pompe à chaleur.
- La pompe à chaleur sol-eau et la pompe à chaleur eau-eau
Nous sommes dans les systèmes dits de géothermie ou d'aquathermie. La chaleur soutirée du milieu naturel, le sol ou l'eau de nappe est transférée via une pompe à chaleur à un circuit d'eau de chauffage. La pompe à chaleur ou géothermie sur eau de nappe étant un des systèmes de PAC des plus performants sur le plan de l'efficacité énergétique. Les coefficients de performance des pompes à chaleur eau-eau atteignent des valeurs supérieures à 4, de plus durant toute la saison de chauffe, du fait de la constance du régime de température de la nappe. En inversant le cycle, en mode rafraîchissement, les rendements ou coefficients EER (Efficiency Energy Rate) avec une pompe à chaleur eau-eau sont nettement supérieurs aux rendements obtenus avec une technologie pompe à chaleur air-eau.
- Pompe à chaleur sur eau de mer
Cette application « marine » de la géothermie non pas sur nappe mais sur eau de mer, est également mise en œuvre au bord du littoral, avec des stations thermodynamiques de pompes à chaleur sur eau de mer. L'eau réfrigérée obtenue via des échangeurs est envoyée en circuit fermé vers les pompes à chaleur qui fonctionnent ainsi sur boucle d'eau entre 14° et 26°C toute l'année (en région Méditerranéenne).
*Voir la chronique pompe à chaleur sur eau de mer
*Site conseillé également Guide de Pompe à Chaleur
Comparatif chauffage et rendement. La pompe à chaleur représente la solution de chauffage électrique la plus performant comparativement au chauffage électrique direct. Le rendement d'un chauffage électrique direct est toujours de 1 ; effet Joule oblige. Alors que le coefficient de performance annuel sera de l'ordre de 3 pour une pompe à chaleur sol/eau et sera de l'ordre de 2 pour une pompe à chaleur air/eau. Attention à la notion de COP et de COP global annuel, à ne pas confondre avec le COP machine souvent mesuré dans des conditions normatives favorables (+7°C extérieur). Une règle à savoir pour comprendre la variation du COP est la suivante : plus l'écart entre la source chaude et la source froide est important, plus le COP sera mauvais. En revanche, plus cet écart est faible et plus le COP sera important. La solution de la pompe à chaleur en relève de chaudière permet de faire fonctionner la pompe à chaleur à des températures extérieures modérées, donc avec un bon COP > 3 très souvent. Et la chaudière fonctionne durant les périodes les plus froides ; son rendement de production n'étant que meilleur au niveau des enclenchements brûleur. Signalons par ailleurs les pompes à chaleur haute température qui produisent de l'eau chaude jusqu'à 80°C et peuvent ainsi remplacer une chaudière.
Signalons également la chaudière hybride. C'est une pompe à chaleur et chaudière totalement intégrées et imbriquées. La régulation optimisant le mode de production d'eau chaude selon les conditions extérieures, chaudière quand il fait très froid, et pompe à chaleur lorsque les températures sont plus clémentes.
Production d'eau chaude sanitaire. La pompe à chaleur fournit de l'eau chaude pour le chauffage mais également comme une chaudière mixte pour l'eau chaude sanitaire. La pompe à chaleur est dans ce cas équipée d'un module hydraulique et d'un ballon ECS de 200 ou 300 l.
Signalons également les chauffe-eau thermodynamiques qui ressemblent à des chauffe-eau électriques où la résistance électrique aurait été remplacée par un échangeur serpentin d'une PAC intégrée. Le chauffe-eau thermodynamique s'installe en mode split avec une unité extérieure déplacée. Le CET peut être plus simplement monobloc, ou mieux connecté à la VMC. Dans ce cas le COP est meilleur car l'air qui irrigue la PAC intégrée est toujours à température clémente. Sur le plan de l'efficacité le chauffe-eau thermodynamique se positionne comme une solution intermédiaire entre le chauffe-eau électrique classique et le chauffe eau solaire individuel.
Pompe à chaleur gaz. La pompe à chaleur n'est pas exclusivement à fonctionnement électrique. La pompe à chaleur gaz dite à absorption fonctionne également avec des COP de l'ordre de 1,6. La pompe à chaleur gaz ne nécessite que peu d'entretien et permettent également d'atteindre des objectifs basse consommation ou RT 2012. L'énergie gaz bénéficie du coefficient de conversion en énergie primaire de 1 contre 2,58 pour l'électricité. De ce fait, elle présente une étiquette énergétique et environnementale sans augmentation de l'abonnement électrique. Plus d'info sur Wikipedia avec la pompe à chaleur gaz pour le collectif BBC.
La pompe à chaleur piscine. Cette pompe à chaleur fonctionne comme toute pompe à chaleur. Elle a pour objectif de maintenir un niveau de température du bassin. Cette pompe à chaleur peur simultanément réchauffer l'eau de la piscine et produire gratuitement du rafraîchissement sous forme d'eau glacée pour le confort d'été de la maison par exemple.
