Une pompe à chaleur est un dispositif qui peut fournir du chauffage, du refroidissement et de l’eau chaude pour des applications résidentielles, commerciales et industrielles. Toute installation de pompe à chaleur peut fournir du chauffage et du refroidissement en parallèle. Selon le service utilisé principalement, l’appareil est appelé pompe à chaleur, unité de climatisation ou machine de refroidissement/réfrigération.
Les pompes à chaleur transforment l’énergie de l’air, du sol et de l’eau en chaleur utile. Cette transformation s’effectue par le biais du cycle frigorifique.
Évaporation
Une pompe à chaleur a toujours une source de chaleur extérieure et une sortie intérieure. Les sources extérieures peuvent être l’air ambiant, l’air vicié, la roche, les eaux souterraines, l’eau, etc. L’énergie provenant de ces sources est infinie et donc renouvelable. Cette énergie représente environ 75 % de l’énergie utilisée pour faire fonctionner la pompe à chaleur.
Le fluide contenu dans les tuyaux souterrains absorbe la chaleur du sol. L’échangeur de chaleur extérieur, l’évaporateur, utilise l’énergie thermique de la source extérieure pour faire bouillir le réfrigérant (le liquide de la pompe à chaleur) et le transformer en gaz.
Il est essentiel de comprendre cela : Le sol a une température stable d’environ 10-12°C tout au long de l’année. Cette température est suffisante pour chauffer le réfrigérant car son point d’ébullition est très bas. Cela signifie qu’il n’a besoin que d’une très faible température pour se réchauffer.
Compression
Le réfrigérant arrive ensuite au cœur de la pompe à chaleur : le compresseur. Le compresseur comprime le réfrigérant - qui est à l’état gazeux - à une pression élevée, ce qui entraîne une augmentation de la température.
Il faut bien comprendre cela : La haute pression réchauffe le gaz (pensez à une pompe à vélo qui se réchauffe lorsque vous l’utilisez (la pompe)).
Pour faire fonctionner le compresseur, il faut de l’énergie supplémentaire : de l’électricité, du gaz ou de l’énergie thermique. Cette énergie représente 25 % de l’énergie totale nécessaire pour faire fonctionner la pompe à chaleur. Si l’on utilise de l’électricité verte, par exemple au moyen de panneaux photovoltaïques, la pompe à chaleur utilise 100 % d’énergies renouvelables et est donc neutre en CO2.
Condensation
Du côté du refoulement du compresseur, la vapeur maintenant chaude et hautement pressurisée passe par le deuxième échangeur de chaleur, appelé condenseur. Cet échangeur de chaleur permet au réfrigérant de libérer la chaleur dans le système de chauffage de la maison (soufflerie d’air, chauffage par le sol ou radiateurs), ce qui entraîne la condensation du réfrigérant, c’est-à-dire son passage de l’état gazeux à l’état liquide.
La sortie intérieure peut être un système à air (comme les climatiseurs typiques) ou un système hydronique (à base d’eau), où la pompe à chaleur est connectée à un système de chauffage par le sol ou à des radiateurs. Pour la fourniture d’eau chaude sanitaire, l’unité intérieure dispose (également) d’un réservoir de stockage d’eau chaude dont le contenu peut aller jusqu’à plusieurs centaines de litres.
Expansion
Le réfrigérant condensé passe ensuite par un dispositif de réduction de la pression, le détendeur. Le réfrigérant liquide maintenant à basse pression entre alors dans un autre échangeur de chaleur, l’évaporateur, dans lequel le fluide absorbe de la chaleur et bout. À partir de là, le cycle recommence.
