Cycle frigorifique et coefficient de performance

L'énergie mécanique nécessaire au déplacement du fluide frigorigène et à ses changements d'état, est apportée par un compresseur, lui-même fonctionnant à l'électricité.

Pour réaliser ce transfert de calories, seul le compresseur et les ventilateurs (ou pompes) du système sont raccordés électriquement. Comme les calories prélevées dans le milieu naturel sont gratuites et qu'une grande partie de l'électricité fournie au compresseur est transformée en chaleur, un chauffage thermodynamique consomme moins d'énergie qu'il n'en fournit. Ce phénomène est défini par le Coefficient de Performance ou COP. C'est le rapport entre la puissance nominale de chauffage et la puissance absorbée par la PAC.

source MITSUBISHI

Si nous appelons :
E l'évaporateur, et PE, la puissance en kW absorbée à l'évaporateur,
C le condenseur, et PC, la puissance en kW évacuée à l'évaporateur,
P, le compresseur, et PP la puissance en kW apportée ou
consommée par le compresseur,
par exemple, nous avons :
PE, la puissance en kW absorbée à l'évaporateur = 2 kW
PP la puissance en kW consommée par le compresseur = 1 kW
PC, la puissance en kW évacuée au condenseur = donc 2 + 1 = 3 kW
C'est la puissance récupérée dans la pièce à chauffer.
Le COP, coefficient de performance de la machine = PC/PP = 3 !

Le fonctionnement de la PAC est réversible grâce à une vanne quatre voies : l'évaporateur devient condenseur et vice-versa. En été, la pompe à chaleur devient un climatiseur : elle absorbe alors la chaleur pour refroidir les pièces et l'évacue dans l'air extérieur, de l'eau ou le sol.
Dans ce cas, la pompe à chaleur est dite « réversible ».

Rendement de la pompe à chaleur ou COP (coefficient de performance)

Le coefficient de performance ou COP d'une pompe à chaleur correspond à la puissance thermique fournie en kW , divisée par la puissance électrique absorbée par le dispositif également en kW.
En utilisant 1 kWh d'électricité pour faire fonctionner la pompe à chaleur, vous pouvez récupérer gratuitement jusqu'à 3 ou 4 kWh naturellement présents dans l'environnement tout en le préservant.

Ce passage de 1 à 3 est appelé COP (coefficient de performance de la pompe à chaleur) , c'est pour ainsi dire le rendement.

Oui le rendement d'une PAC, pompe à chaleur, est bien supérieur à 1, il est dans cet exemple de COP = 3 !
Autrement dit, en termes de consommation, vous vous chauffez avec 3 kWh et n'en payez qu'un ! ou bien votre facture de chauffage s'il est en électrique direct, par exemple avec des convecteurs, est divisée par 3 !

Attention comme pour les rendements, il y a différents type de COP :

Le COP de la pompe à chaleur : comme défini ci-dessus. Soyons vigilants sur les conditions de déclaration de ce COP machine, qui dépend de température du milieu extérieur et de la température fournie au système de chauffage. Exemple, pour 20°C intérieur dans une maison, si l'extérieur est à 5°C, le COP d'une PAC air/eau sera de 2,9 et passera à 3,5 par exemple par +10°C extérieur.

Le COP de l'installation : c'est le Cop étendu à l'ensemble de l'installation incluant généralement les consommations des auxiliaires tels que pompes de circulation de l'eau dans le système de distribution de chauffage dans les conditions nominales de fonctionnement.

Le COP annuel de l'installation : c'est le COP annuel de l'installation dans la durée, tenant compte des variations de températures extérieures, des conditions d'utilisation intérieure, …, en continu.


Comparatif du coefficient de performance entre types de pompe à chaleur
Le rendement ou COP en géothermie sera meilleur qu'en aérothermie.

Pour fixer les idées, un COP de pompe à chaleur eau/eau (géothermie sur nappe) sera supérieur de +60% par rapport à un COP de pompe à chaleur air/eau (aérothermie).

Comparatif géothermie et aérothermie