Pompes à chaleur à capteurs horizontaux ou verticaux

La pompe à chaleur, abrégée en PAC, est un système de chauffage et de rafraîchissement particulièrement avantageux puisqu’il s’appuie sur le captage de la chaleur naturelle du sol, mais aussi de l’eau ou de l’air.

La pompe à chaleur (PAC) est un système thermodynamique qui puise des calories dans une source de chaleur externe (l’air, l’eau ou le sol) pour la transmettre à l’intérieur de l’habitation. Les pompes à chaleur s’appuient sur une technologie connue depuis longtemps puisqu’il s’agit du phénomène inverse du réfrigérateur.

Une pompe à chaleur type est constituée d’un circuit fermé et étanche dans lequel circule un fluide frigorigène à l’état liquide ou gazeux selon les organes qu’il traverse. Ces organes sont au nombre de quatre : l’évaporateur, le compresseur, le condenseur, et le détendeur. La chaleur prélevée à l’extérieur est transférée au fluide frigorigène qui se vaporise. Le compresseur électrique aspire le fluide frigorigène vaporisé ce qui a pour effet d’élever la température du fluide frigorigène. Ce dernier cède sa chaleur à l’eau du circuit de chauffage ou directement à l’air du lieu à chauffer. A la fin du processus, le fluide frigorigène se condense et revient à l’état liquide tandis que le détendeur abaisse la pression du liquide frigorigène qui amorce ainsi sa vaporisation.

En résumé, la PAC prélève un peu de chaleur à l’extérieur, augmente son niveau de température avant de la restituer dans le logement. En été, la PAC peut aussi être utilisée pour rafraîchir le logement si le modèle est réversible. Dans ce cas, le système adopte la même propriété rafraîchissante qu’un frigo.

Attention : Une PAC pour fonctionner consomme de façon non négligeable de l’énergie électrique. A ce titre, elle est considérée comme un système de chauffage électrique économique mais pas à proprement parlé comme un système de chauffage écologique strict n’utilisant que de l’énergie renouvelable. Cette restriction n’empêche évidemment pas l’efficacité : Une PAC consomme en effet de 2 à 3,5 fois moins d’électricité qu’un chauffage électrique classique.

Précisions

Deux grandes familles de PAC sont distinguées par les professionnels :

• les PAC géothermiques : elles puisent la chaleur dans le sol ou l’eau d’une nappe par l’intermédiaire d’un réseau de capteurs ou de forages ;
• les PAC aérothermiques : elles puisent la chaleur directement dans l’air ambiant (extérieur ou intérieur).

Les premières sont les plus souvent utilisées par les particuliers notamment pour leur fiabilité et leur longévité dans le temps.

On parle selon les cas de modèles air / air, air / eau, sol / sol, sol / eau, eau / eau ou eau glycolée / eau. Le premier terme désigne l’origine du prélèvement de la chaleur, le second le mode de distribution de la chaleur. Pour la PAC eau glycolée / eau, la chaleur est puisée dans le sol grâce à des capteurs enterrés contenant de l‘eau glycolée.

Les trois différents systèmes de PAC

Il existe trois grands systèmes technologiques de PAC que l’on distingue selon la nature des fluides circulant dans les capteurs et les émetteurs de chauffage.

• PAC à détente directe : cette technologie repose sur un seul circuit de circulation. Un fluide frigorigène circule en circuit fermé dans la pompe, les capteurs et les émetteurs de chaleur (plancher chauffant principalement).
• PAC mixtes : cette technologie repose sur deux circuits de circulation. D’un côté un fluide frigorigène circule des capteurs et de la pompe à chaleur, d’un autre côté, de l’eau chaude circule dans les émetteurs de chaleur (plancher chauffant ou radiateur).
• PAC à fluides intermédiaires : cette technologie repose sur trois circuits de circulation. D’une part, le circuit frigorifique de la pompe à chaleur, ensuite le circuit des capteurs où circule de l’eau additionnée d’antigel et enfin, le circuit qui alimente en eau chaude les émetteurs.

NB : Les PAC géothermiques peuvent adoptées indifféremment les trois technologies. Les PAC aérothermiques sont quant à elles toujours à détente directe ou mixtes.

Pour quelles utilisations ?

Les PAC sont principalement utilisées pour assurer le chauffage des logements mais elles peuvent aussi selon les modèles prendre en charge le chauffage de l’eau sanitaire et le rafraîchissement du logement en été (modèles réversibles). Selon les utilisations, les émetteurs de chaleur peuvent être de différents types :

Plancher chauffant basse température : Dans des tubes noyés dans une dalle de béton sous le plancher du logement circule l’eau du circuit de chauffage (PAC à fluides intermédiaires ou mixtes) ou du fluide frigorigène (PAC à détente directe). Ces tubes diffusent une chaleur douce et régulière (jamais supérieure à 28 ° C). Une solution principalement utilisée dans le cadre des constructions neuves.

Radiateurs basse température : De l’eau entre 45 et 50 ° C circule dans un réseau de chauffage central alimenté par une PAC mixte ou à fluides intermédiaires. La chaleur est douce et très agréable. Une solution souvent utilisée dans le cadre d’une rénovation.

Autres radiateurs : Les radiateurs d’une précédente installation de chauffage central peuvent parfaitement être utilisés avec une PAC. Il peut s’agir de ventilo-convecteurs à eau ou encore de ventilo-convecteurs à détente directe.

Pour le chauffage de l’eau sanitaire, les systèmes utilisés peuvent être soit un chauffe-eau fonctionnant avec la PAC du chauffage en hiver et une résistance électrique en été, soit un système indépendant muni d’une pompe à chaleur autonome. Dans ce deuxième cas, l’installation peut fonctionner toute l’année.

En ce qui concerne le rafraîchissement d’un logement l’été, seuls les systèmes dits réversibles peuvent prendre en charge cette fonction. La température peut être descendue de l’ordre de 3 à 4 °C de moins qu’à l’extérieur. Il ne s’agit donc pas d’une climatisation mais bien d’un rafraîchissement.

Quelles performances ?

Une PAC consomme de l’énergie électrique pour pomper la chaleur du sol et l’augmenter afin d’obtenir du chauffage dans un logement. Pour 1 kWh d’électricité consommé, les PAC restituent pour la plupart 2 à 4 kWh de chaleur. Le rapport entre la quantité de chaleur produite et l’énergie électrique consommée est mesuré par un coefficient appelé COP. Par exemple, quand une PAC consomme 1 kWh d’électricité pour en restituer 3 kWh de chaleur, on dit que son COP est de 3.

Le COP est mesuré par le fabricant au cours d’un essai à une température donnée. Si l’essai est réalisé dans le sud de la France par exemple, le COP sera différent à l’usage dans le nord de la France plus froid l’hiver. Si l’essai est fait dans le nord pour une utilisation dans le sud, le COP sera à l’inverse supérieur. Sachant cela, mieux vaut opter pour un maximum de confort sans trop dépenser pour un COP supérieur à 3.

Avertissement : Les pompes à chaleurs sont des appareils plutôt sophistiqués. Leur conception, leur dimensionnement et leur pose exigent un savoir-faire spécifique. Toutes les PAC doivent faire l’objet du marquage Eurovent.