Tout savoir sur la pompe à chaleur air-eau

Les pompes à chaleur air-eau reprennent le principe de fonctionnement du réfrigérateur, mais en l’inversant : en pratique, pour chauffer un bâtiment, la pompe à chaleur air/eau se contente d’extraire l’énergie thermique de l’environnement extérieur et de la transformer en chauffage.

Ces systèmes utilisent un ventilateur qui dirige l’air vers un évaporateur, d’où il est ensuite converti en énergie pour chauffer la pièce.

Aujourd’hui, ces systèmes écologiques et rentables sont principalement utilisés dans les maisons neuves, mais ils peuvent également être installés dans des bâtiments plus anciens.

Toutefois, il n’est jamais inutile de rafraîchir un peu ses connaissances, alors apprenons-en plus sur cette technologie que malheureusement de nombreux professionnels dénigrent encore et dans laquelle l’Europe investit massivement en raison de la transition énergétique des combustibles fossiles vers les énergies renouvelables.

Premièrement, il faut savoir que la pompe à chaleur air-eau est la technologie plus courante, la plus utilisée et la plus facile à trouver sur le marché. Mais, on peut ensuite utiliser un autre système, celui des pompes à chaleur géothermiques, que l’on appelle techniquement « eau-eau ».  Toutes deux exploitent les énergies naturelles de l’environnement, mais de manière différente :

• la pompe à chaleur air-eau exploite l’énergie de l’air ;
• la géothermie exploite l’énergie du sol.

Mais aujourd’hui, nous allons nous concentrer sur la pompe à chaleur air-eau car c’est le système le plus fréquent pour de nombreuses raisons.

Comment fonctionne une pompe à chaleur air-eau?

Tout d’abord, précisons qu’elle est appelée « air-eau » parce qu’elle extrait ou transfère la chaleur de l’air, tout en la transférant à l’eau. Il s’agit d’une technologie mature qui a fait l’objet de recherches dans le monde entier depuis environ 50 ans et c’est une technologie très rentable, très verte et très prometteuse.

Un système de chauffage par pompe à chaleur air-eau permet d’économiser à la fois de l’énergie et de l’argent, l’investissement initial étant amorti en quelques années. Mais comment cela fonctionne-t-il exactement ? Une pompe à chaleur air-eau transfère la chaleur de l’air à l’eau du système pour le chauffage et l’eau chaude de la maison. Si la pompe à chaleur est réversible, il est également possible d’inverser son fonctionnement pour rafraîchir les pièces domestiques pendant la saison estivale. L’indice d’efficacité énergétique du refroidissement est exprimé par l’EER (Energy Efficiency Ratio), qui indique le rapport entre l’énergie thermique du refroidissement et l’énergie électrique utilisée.

Pompe à chaleur air-eau : Quelle est sa puissance ? Quelle est sa consommation ?

La performance de chauffage d’une pompe à chaleur est mesurée par le coefficient de performance (COP), qui indique le rapport entre l’énergie thermique délivrée pour le chauffage et l’énergie électrique utilisée. Le COP d’une pompe à chaleur air-eau dépend de nombreux facteurs, notamment

• La température extérieure : la température à l’extérieur de la maison influe sur les performances d’une pompe à chaleur air/eau. En particulier, plus la température extérieure est basse, plus le COP est faible, c’est-à-dire qu’il faut fournir plus d’électricité pour obtenir le même confort domestique en termes de chauffage ;
• Température de l’eau : un autre élément qui influence le COP est la température à laquelle on veut chauffer l’eau, qui va d’un minimum de 35°C, nécessaire pour un système de chauffage à basse température, à un maximum d’environ 60°C, nécessaire pour alimenter des radiateurs à l’ancienne ;

Les paramètres suivants permettent de calculer la puissance nécessaire pour assurer un confort optimal au sein d’un logement : Energie thermique annuelle *(20°C – Temp.design) / Degrés jour / Heures de fonctionnement du chauffage. A noter que l’on entend par « température de design » la température statistiquement minimale d’une zone donnée et par degrés jour la somme des seuls écarts positifs entre la température moyenne journalière et la température requise pour le confort intérieur, fixée à 20°C.

Les différents composants et éléments d’une pompe à chaleur air-eau

Sans entrer dans des détails trop complexes, il faut savoir que la pompe à chaleur a besoin d’un circuit frigorifique qui se compose de 4 éléments :

Le compresseur

Le compresseur est généralement utilisé pour comprimer le réfrigérant afin d’obtenir la pression et les températures souhaitées. Il existe différents types de compresseurs, tels que les compresseurs centrifuges, les compresseurs à vis, les compresseurs à piston et les compresseurs à spirale. Dans certains cas, un compresseur pompe le réfrigérant entre deux serpentins d’échange de chaleur. Dans l’un des serpentins, le réfrigérant est évaporé à basse pression et absorbe la chaleur de son environnement. Le fluide frigorigène est ensuite comprimé lorsqu’il se déplace vers l’autre bobine et se condense à haute pression.

Le condenseur

Un condenseur est une unité qui condense une substance de sa forme gazeuse à son état liquide par le biais d’un processus de refroidissement. Dans les systèmes de pompe à chaleur, le réfrigérant joue le rôle de condenseur.

La chaleur latente libérée au cours du processus de refroidissement est transférée à à l’eau environnants par un serpentin. La chaleur est transmise comme le fait par exemple un chauffe-eau. Les condenseurs sont fabriqués dans différentes conceptions et tailles en fonction de la taille et de l’application de la pompe à chaleur.

Le détendeur

Le détendeur agit comme un dispositif de réduction de la pression. Lorsque le réfrigérant haute pression et moyenne température entre dans le détendeur, sa pression et sa température sont bien régulées pour atteindre les niveaux souhaités.

Le détendeur couramment utilisé dans les pompes à chaleur est le tube capillaire en cuivre. Le réfrigérant quitte ensuite le détendeur à basse pression et à basse température. Il sort partiellement à l’état liquide et partiellement à l’état gazeux. Ce processus est important pour garantir que la pompe à chaleur ne surchauffe pas.

L’évaporateur

L’évaporateur peut se trouver à l’extérieur ou à l’intérieur d’un serpentin, selon le mode de fonctionnement de la pompe à chaleur. En hiver, l’évaporateur est généralement situé à l’extérieur de la pièce et exposé à l’atmosphère à des températures très basses. En été, c’est le serpentin de l’unité intérieure qui fait office d’évaporateur. L’évaporateur est constitué d’un serpentin en cuivre, tout comme le condenseur.

Par temps froid, le réfrigérant à basse pression et température pénètre dans le serpentin de l’évaporateur, et la température du serpentin descend en dessous de la température atmosphérique. La température du réfrigérant étant inférieure à la température extérieure, il absorbe la chaleur de l’atmosphère. Un ventilateur est utilisé pour faciliter ce processus, et la chaleur générée est utilisée pour chauffer l’air intérieur d’une maison.

Pendant l’été, le mélange liquide-gazeux froid et à basse pression du réfrigérant s’évapore tout en absorbant la chaleur de l’air intérieur. Le fluide frigorigène se déplace ensuite vers le compresseur pour libérer la chaleur. Par conséquent, l’air intérieur est refroidi à mesure qu’il perd de la chaleur au profit du réfrigérant. Cela signifie que votre maison est maintenue en permanence à la température ambiante souhaitée.

Autrement dit, Le compresseur sert à élever la température et le gaz surchauffé passe par le condenseur qui va transférer la chaleur.

Ensuite, le détendeur modifie la température du fluide sans affecter la quantité de chaleur dans le circuit et, enfin, le gaz plus froid provenant de la source froide atteint l’évaporateur.

Dans les pompes à chaleur air-eau, le compresseur et l’évaporateur se trouvent souvent dans l’unité extérieure, tandis que dans la partie intérieure se trouve un échangeur qui transfère la chaleur transportée par le gaz réfrigérant à l’eau du système.

Avantages du refroidissement, du chauffage et de la production d’eau chaude avec les pompes à chaleur air-eau

Les pompes à chaleur air-eau utilisent l’énergie propre et gratuite de l’air pour produire de l’eau chaude sanitaire (ECS) et assurer le chauffage ou le rafraîchissement des locaux. Les avantages de cette technologie de chauffage sont nombreux :

Technologie écologique

Les pompes à chaleur air-eau constituent une solution durable et respectueuse de l’environnement, car leur fonctionnement repose sur le transfert de chaleur à partir d’une source d’énergie propre et renouvelable, à savoir l’air extérieur. L’impact sur l’environnement peut ainsi être réduit au minimum ;

Économie d’énergie

Il est possible de combiner les pompes à chaleur air-eau avec un système de plancher, de mur ou de plafond rayonnant, ou d’utiliser cette technologie avec des radiateurs et des ventilo-convecteurs afin de maximiser et d’optimiser les économies d’énergie ;

Économies d’argent

Par rapport à d’autres systèmes de chauffage, le choix d’une pompe à chaleur air-eau pour produire de l’énergie thermique garantit une réduction significative des coûts par rapport aux systèmes traditionnels utilisant des combustibles ;

Entretien minimal

Les pompes à chaleur air/eau nécessitent très peu d’entretien par rapport à d’autres systèmes de chauffage. Cela signifie que vous n’aurez pas à vous soucier des coûts d’entretien trop fréquents ou coûteux.

Comment dimensionner une pompe à chaleur air-eau?

Avant de dimensionner une pompe à chaleur air-eau, il est nécessaire de vérifier le bilan thermique du bâtiment dans lequel elle sera installée. A ce stade, vous pouvez choisir d’installer une pompe monovalente, c’est-à-dire que la pompe sera le seul générateur de chaleur, ou une pompe bivalente, si le système de chauffage comporte également un générateur d’appoint.

En général, il est recommandé d’installer d’une pompe monovalente dans les nouveaux bâtiments, surtout s’ils sont bien isolés et situés dans des zones climatiques qui ne sont pas particulièrement froides. En revanche, il est préférable de choisir une pompe bivalente surtout dans les bâtiments qui ont besoin d’être modernisés en termes d’efficacité énergétique et qui ont donc des exigences plus élevées.

Pour conclure

La pompe à chaleur air-eau est un système de chauffage qui exploite l’énergie contenue dans l’air pour produire de la chaleur ou refroidir des pièces. Elle constitue une alternative écologique aux systèmes de chauffage traditionnels, car elle utilise une énergie renouvelable, en exploitant la chaleur déjà présente dans la nature. Sans oublier également, qu’elle est  synonyme de confort été comme hiver, notamment si le modèle est réversible ce qui est très souvent le cas.

FAQ et questions fréquentes sur les pompes à chaleur air-eau

Qu’est-ce qu’une pompe à chaleur air-eau ?

Ce sont des systèmes de chauffage et de refroidissement qui utilisent l’air extérieur pour chauffer ou refroidir l’eau d’un système de chauffage.

Puis-je utiliser la pompe à chaleur air-eau toute l’année ?

Tout à fait. Une pompe à chaleur air-eau peut assurer le chauffage en hiver et le refroidissement en été, en fonction de vos besoins et de votre zone climatique.

Qu’en est-il du rendement énergétique d’une pompe à chaleur air-eau ?

Elles sont généralement très efficaces, surtout si on les compare aux systèmes de chauffage traditionnels. Leur efficacité varie en fonction de la température extérieure.

Une pompe à chaleur air-eau fonctionne t-elle dans une zone climatique très froide ?

Oui, les pompes à chaleur air-eau sont fonctionnent même à des températures largement en dessous de zéro. Toutefois, l’efficacité diminue en cas de températures extrêmement froides,voire polaires.