POMPE A CHALEUR

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Une pompe à chaleur (PAC) est un mécanisme aérodynamique qui permet le transfert de chaleur d’un milieu émetteur vers une zone réceptrice de calories.

Selon les besoins et le sens du transfert, la PAC fonctionne suivant un cycle frigorifique ou se comporte comme un radiateur. Ce principe particulier de la PAC est utilisé par divers appareils.

Le climatiseur et le réfrigérateur sont entre autres des pompes à chaleur. Par ailleurs, les spécialistes de la thermique du bâtiment ont recours au principe de la PAC pour assurer la climatisation de locaux.

POMPE A CHALEUR COMBINEE Le système de la pompe a chaleur peut être combiné à une source d’énergie photovoltaïque en vue d’améliorer leurs rendements respectifs. Dénommé « Aedomias », ce procédé breveté favorise la baisse de la consommation énergétique et permet d’atteindre les performances d’un « bâtiment à énergie positive ». Les panneaux photovoltaïques accumulent une quantité de chaleur qui est alors récupérée pour accroître le rendement de la PAC.

Lorsqu’elle est refroidie par ce procédé, l’unité photovoltaïque produit une quantité plus importante d’énergie électrique qui sert à l’alimentation de la PAC. Pour éviter les pertes de calories, il s’avère parfois nécessaire d’utiliser un dispositif intermédiaire de stockage comme le ballon d’eau chaude. En effet, l’air chaud obtenu sous l’action du soleil peut atteindre 50 °C tandis que les PAC ordinaires s’arrêtent par mesure de sécurité au dessus de 40 °C. DEUX MILIEUX POUR LE TRANSFERT DE CHALEUR. En général, on distingue deux zones pour le transfert de chaleur : une zone froide (d’où la chaleur est extraite) et une zone chaude (qui reçoit la chaleur). Cette distinction ne tient pas compte de la température initiale desdites zones.

L’énergie thermique transférée par un circuit frigorifique procède du passage de l’état liquide à l’état gazeux du fluide emmagasiné qui y circule. Plusieurs PAC ont l’eau pour source froide. L’air rejeté par la ventilation ou l’air extérieur constitue la source froide pour d’autres pompes. A l’intérieur d’une pompe à chaleur, un régulateur gère les demandes d’énergies selon les besoins de l’usager. Les pompes à chaleur se distinguent suivant la source utilisée pour transférer la chaleur. DIFFERENTES SORTES DE POMPES A CHALEUR La pompe a chaleur à air ou aérothermique utilise l’air extérieur et rejette de l’air froid dans l’atmosphère.

Ce système est prisé entre autres pour chauffer de l’eau de piscine. Toutefois, sa durée de fonctionnement et son rendement s’avèrent restreints. En raison de l’hygrométrie importante et de la basse température de l’air extérieur, les risques de givrage sont parfois très élevés. L’investissement nécessité par une pompe à chaleur aérothermique est relativement faible. Les modèles les plus répandus sur le marché ont une puissance thermique de l’ordre de 20 kW. Ce qui correspond au bas de gamme des chaudières au fioul ou au gaz. Lorsqu’ils sont inversibles, ces PAC permettent aussi de transférer de la chaleur de la maison vers l’extérieur et se comportent ainsi en véritables climatiseurs d’appoints.

Le caractère inversible des planchers chauffants est limité du fait de l’inadaptation de leurs radiateurs. Outre la génération de condensats, la surface d’échange est inappropriée. Pour palier cette difficulté et permettre aux planchers chauffants d’être totalement inversibles, il faut remplacer leurs radiateurs par des ventilo-convecteurs qui s’avèrent plus chers, un peu plus bruyants et nécessitent l’évacuation des condensats. Les PAC air/air ont la capacité de se servir de l’air provenant d’un puits provençal (ou puits canadien) pour l’alimentation de l’entrée d’air. Théoriquement, ce procédé améliore considérablement leur efficacité. Mais en réalité, cette efficacité est assurée seulement pour une vitesse et un débit d’air brassé limités.

Des PAC à double flux air/air permettent d’accroître les capacités. Pour répondre à d’importants besoins de chauffage, la pompe à chaleur air/air montre des limites du fait de la température extérieure plus froide et du caractère très bruyant du brassage d’air. On lui préfère la pompe a chaleur à eau ou aquathermique jugée très performante. Celle-ci utilise une source d’eau comme un ruisseau, un lac, une rivière, un puits ou même une source souterraine. Mais avant d’utiliser ce type de PAC, il faut s’assurer que son usage est autorisé par les autorités, généralement les responsables des services sanitaires et de l’administration des eaux. L’eau rejetée étant plus froide que l’eau pompée, la teneur en oxygène augmente.

Ce qui est particulièrement bénéfique à la vie aquatique et à l’environnement. La pompe a chaleur géothermique (dont la source émettrice est le sol), récupère la chaleur suivant 3 modes de captage : horizontal au sol, vertical au sol et vertical sur nappe phréatique. Avec la technique du captage horizontal au sol, un fluide frigorifique ou un liquide caloporteur circule à l’intérieur de tubes en parallèles mis en réseau et enterrés entre 60 et 120 cm de profondeur dans une zone non boisée. Similaire à la technique précédente, le captage vertical au sol nécessite des tubes reliés en boucles verticales. Plus couteux, ce procédé qui nécessite un forage pouvant atteindre 100 m de profondeur, ne dénature pas le sol et ne proscrit pas la plantation d’arbres. Avec le captage vertical sur nappe phréatique (jugé plus efficace), il faut que l’eau pompée ait une température supérieure à 10 °C. Pour un meilleur rendement, la vitesse de la pompe a chaleur doit être variable et l’eau doit être rejetée dans un deuxième puits (forage) en aval de la nappe phréatique.

FONCTIONNEMENT D'UNE POMPE A CHALEUR Le fonctionnement classique d’une PAC se fait selon la loi du tout ou rien. La PAC démarre quand l’installation requiert de la chaleur et s’arrête dès que la température sollicitée est obtenue. Une PAC à variateur électronique (dénommée « Inverter » dans le commerce) déploie la puissance nécessaire aux besoins thermiques de l’installation. Cette PAC fait fluctuer la vitesse du moteur de son compresseur. Pour clarifier le fonctionnement de la PAC, il est intéressant de procéder à l’isolation du liquide caloporteur et de considérer le principe de la conservation d’énergie au cours d’un cycle. Selon ce principe, l’ensemble des flux thermiques entrants est équilibré par l’ensemble des flux thermiques sortants. Le flux émis à la source chaude est considéré négativement par le fluide caloporteur. Toutefois, l’apport thermique de la source froide qui est reçu par le liquide caloporteur, est considéré positivement à l’instar de l’apport d’énergie payante.

Cela dit, ces deux formes d’énergies analysées positivement par le liquide caloporteur sont équilibrées par le flux émis à la source chaude. Des améliorations techniques notables ont été apportées à la PAC qui s’avère souvent plus efficaces que les systèmes traditionnels de chauffage. De plus, lorsqu’elle est inversible (avec une valve à 3 voies dans le circuit du liquide caloporteur), la pompe a chaleur permet l’inversion des fonctions de l’évaporateur et du condensateur et peut servir de système de climatisation.