Pompe à chaleur

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Pompe à chaleurToute l'info pro sur la pompe à chaleur. La pompe à chaleur est un équipement de chauffage thermodynamique dit à énergie renouvelable. La PAC prélève les calories présentes dans un milieu naturel l'air, l'eau, la terre ou le sol, pour la transférer en l'amplifiant vers un autre milieu par exemple un immeuble ou un logement, pour le chauffer.

1°) La pompe à chaleur, c'est un réfrigérateur à l'envers!

Par exemple, le réfrigérateur est le système de pompe à chaleur le plus connu. La chaleur y est transférée de l'intérieur du réfrigérateur vers l'extérieur où la chaleur est évacuée. Le terme de pompe à chaleur (ou PAC) est surtout utilisé pour les systèmes de chauffage domestique ou de chauffage de locaux tertiairse comme les bureaux. On parle alors de géothermie ou d'aérothermie. La gamme de puissance de chauffage est large puisque la pompe à chaleur peut ainsi délivrer 2 kW de chauffage pour une pièce comme elle peut délivrer 200 kW ou plus pour un immeuble. Une pompe à chaleur est caractérisée par son rendement COP ou coefficient de performance. 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.

Une pompe a chaleur peut fonctionner uniquement dans un sens pour produire du chauffage (pompe à chaleur ) ou pour produire du froid (climatiseur froid seul) ou bien dans les deux sens (pompe à chaleur réversible). Une pompe à chaleur réversible produira du frais en été et de la chaleur en hiver.

2°) Les pompes à chaleur dites de" géothermie de surface"

On distingue différentes catégories de pompes à chaleur:

La pompe à chaleur air/air (ou aérothermie): C'est une forme d'aérothermie car la chaleur est captée dans l'air extérieur et est transférée directement à l'air du local à chauffer ou refroidir. Cette application de pompe à chaleur se retrouve plus présente dans le résidentiel avec des pompes à chaleur multi-split, ou des systèmes pompe à chaleur avec unité intérieure plafonnière équipée d'un système de zoning comme le procédé d'AIRZONE. Avec la zoning ou zonification, les débits d'air étant variables et régulés pièce par pièce, bureaux par bureaux, .... A noter que la pompe à chaleur air-air est, comparativement aux autres pompes à chaleur, plus simple à mettre en oeuvre et permet de bénéficier de l'effet climatisation par simple inversion de cycle. La pompe à chaleur air-air devient dans le cadre du Bâtiment Basse Consommation, un mode de chauffage électrique BBC répondant dans une majorité des cas à la réglementation thermique RT 2012. Le confort "vecteur air" restant de l'appréciation individuelle de chacun du fait de la sensibilité au bruit résiduel et aux effets possibles de courants d'air.

La pompe à chaleur air/eau, qui fonctionne également en mode "aérothermie". La chaleur est captée dans l'air extérieur et est transférée non pas via une directe mais via un circuit d'eau à eau chaude. Celui-ci alimentant en bi-tubes un circuit de radiateurs le plus souvent basse température, un réseau de plancher chauffant, une série de ventilo-convecteurs, voire d'aérothermes si l'application est plus industrielle.

La pompe à chaleur sol/eau (géothermie) et la pompe à chaleur eau/eau (aquathermie): La chaleur est prélevée dans le milieu naturel qu'est le sol (géothermie horizontale, ou géothermie verticale) ou l'eau de nappe (aquathermie), puis est transmise via une pompe à chaleur à un circuit d'eau de chauffage à eau chaude. L'usage pompe à chaleur avec la géothermie sur eau de nappe est l'un des plus performant sur le plan de l'efficacité énergétique. Les COP de pompe à chaleur eau/eau atteignant des valeurs supérieures à 4 d'autant plus intéressantes que le régime de température de la nappe est constant. De même, en mode climatisation, les coefficients EER avec une pompe à chaleur sur eau de nappe sont excellents et nettement supérieurs aux rendements obtenus avec une technologie pompe à chaleur air-eau.
A noter une autre application de la géothermie non pas sur eau de nappe mais sur eau de mer, avec des stations thermodynamiques de pompes à chaleur sur eau de mer.
. Thème développé dans la chronique pompe à chaleur sur eau de mer
. Site conseillé et blog professionnel intéressant: "Guide de Pompe à Chaleur".
. Dossier chauffage pompe à chaleur: "Géothermie et Aérothermie".


3°) C'est le COP annuel qui est important pour un chauffage pompe à chaleur!

La pompe à chaleur est le système de chauffage électrique le plus performant comparativement au chauffage électrique direct. Le COP annuel sera de l'ordre de 3 pour une pompe à chaleur sol/eau alors qu'il sera de l'ordre de 2 pour une pompe à chaleur air/eau. Les valeurs ci-avant de COP étant à entendre en COP global annuel, à ne pas confondre avec le COP machine pompe à chaleur souvent mesuré dans des conditions normatives certes mais favorables. Exemple par +7°C extérieur! En termes de rendement ou de Cop, plus l'écart entre la source chaude et la source froide est important, plus le Cop sera mauvais. A contrario, plus cet écart est faible et plus le Cop sera important. Par exemple par +7°C, le COP machine sera de 4 pour produire de l'eau chaude à 45°C. Il sera de 2, pour la même pompe à chaleur qui produira de l'eau à 55°C par du -5°C extérieur. C'est une différence fondamentale de la pompe à chaleur qui un générateur qui fonctionne sur la base d'un cycle frigorifique, foncièrement différent d'une chaudière. Néanmoins, l'association de ces deux générateurs est un des meilleurs compromis technique et économique à long terme quand il s'agit de produire de l'eau chaude jusqu'à 65°C et plus, notamment dans les cas de rénovations thermiques. C'est le mode "pompe à chaleur en relève de chaudière". Ainsi dans des contextes extrêmes, soit avec des températures extérieures très basses, une pompe à chaleur en relève de chaudière donnera la meilleure performance énergétique . La chaudière n'étant utilisée que pour subvenir aux pointes de chauffage. Notons tout de même que des pompes à chaleur haute température produisent de l'eau chaude jusqu'à 65°C et 80°C, et peuvent ainsi substituer une chaudière et venir en remplacement dans le cas d'une rénovation thermique.

Notons que la combinaison pompe à chaleur + chaudière est totalement intégrée dans la chaudière hybride, encore appelée par symétrie "pompe à chaleur hybride". Ces bi-générateurs intègrent en mode monobloc une pompe à chaleur et un corps de chaudière (gaz, la plupart du temps; sinon fioul). La régulation optimisant le mode de production d'eau chaude selon les conditions extérieures, soit chaudière par exemple par temps très froid, soit pompe à chaleur par temps plus clément. Cela conduit ainsi à l'optimisation du rendement chaudière et du COP de la pompe à chaleur.

Pour une pompe à chaleur quelle qu'elle soit, le bilan thermique devant, nous le rappelons, être effectué avec le coefficient de performance COP global annuel, c'est à dire en tenant compte des scénarios de températures source froide et source chaude, des auxiliaires consommateurs d'électricité (résistance de dégivrage, ...). Le COP global ou le COP saisonnier est la base de la nouvelle normalisation des pompes à chaleur. Le COP machine dit instantané aujourd'hui fixé pour une pompe à chaleur air-eau à +7°C est insuffisant. Il ne peut donner qu'une performance ponctuelle et en aucun cas annuelle. Or c'est bien celle-ci qui intéresse les utilisateur et qui impacte sur la facture énergétique.

Enfin la production d'eau chaude sanitaire peut être également fournie par la pompe à chaleur qui n'est pas exclusivement dédiée au chauffage des locaux. En parallèle citons les chauffe-eau thermodynamiques qui sont des sortes de cumulus électriques pour lesquels la résistance électrique est remplacée par l'échangeur serpentin condenseur d'une pompe à chaleur intégrée. Ce type de chauffe-eau se situant comme une solution thermique intermédiaire entre le chauffe-eau électrique classique (cumulus) et le CESI (chauffe eau solaire individuel). Ce type de chauffe-eau thermodynamique se présentant en mode split (unité extérieure déplacée) ou monobloc, voire en unité mixée et connectée à la VMC (système ALDES).

4°) Pompe à chaleur électrique mais aussi pompe à chaleur gaz!

N'oublions pas de préciser que la pompe à chaleur n'est pas forcément à fonctionnement électrique. La pompe à chaleur gaz fonctionne également avec des COP de l'ordre de 1,6 avec la technologie dite à absorption. Ce type de PAC ne nécessite que peu d'entretien et permettent également d'atteindre les objectifs BBC basse consommation à partir de l'énergie gaz sans augmentation de l'abonnement électrique. La pompe à chaleur gaz bénéficie du coefficient de conversion en énergie primaire du gaz de 1 contre 2.58 pour l'électricité et la pompe à chaleur électrique. De ce fait elle présente une étiquette énergétique et environnementale très favorable à la performance énergétique de bâtiments basse consommation. Voir chronique pompe à chaleur gaz pour le collectif BBC dans Wikipedia.

Par ailleurs, la pompe à chaleur piscine est une PAC qui a l'avantage de réchauffer l'eau de piscine et simultanément de produire gratuitement du froid sous forme d'eau glacée pour le confort de la maison par exemple. Ce mode de fonctionnement de la pompe à chaleur piscine est intéressant sur le plan de l'efficacité énergétique, surtout en mi saison où les besoins thermiques sont simultanés: chauffage de l'eau de piscine et rafraichissement de la construction.

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