Bien comprendre le fonctionnement d'une pompe à chaleur

Le principe de fonctionnement d’une pompe à chaleur

Les pompes à chaleur font partie d’une grande famille. Si chacune a ses spécificités, elles reposent toutes sur le même principe de fonctionnement. Voici quelques explications…

Qu’est-ce qu’une pompe à chaleur ?

La pompe à chaleur est un système de chauffage thermodynamique dont le principe repose sur la transformation de l’énergie en chaleur. Elle est en effet capable de récupérer les calories présentes à l’état naturel dans son environnement, à savoir :

l’air, pour les modèles aérothermiques ;
le sol ou l’eau pour les modèles géothermiques.

Cet équipement se compose d’une unité extérieure, placée au plus près de la source d’énergie renouvelable captée, et d’une unité intérieure qui assure la diffusion de la chaleur dans le circuit de chauffage et/ou d’eau chaude sanitaire.

Le cycle thermodynamique : comment la PAC chauffe une maison ?

Le processus thermodynamique correspond aux transformations physiques successives du fluide frigorigène, véritable vecteur de chaleur entre l’unité extérieure (source froide) et l’unité intérieure (source chaude). Ce réfrigérant circule en circuit fermé à travers les composants de la pompe à chaleur tels que le compresseur, le détendeur et les échangeurs de chaleur (évaporateur et condenseur).

Au cours de son parcours, le réfrigérant change d’état d’état (liquide, gazeux), absorbant la chaleur de l’environnement extérieur et la transférant à l’unité intérieure. Une fois le cycle complet, le réfrigérant retourne à son état initial, prêt à entamer un nouveau cycle.

Le circuit frigorigène : comment opère-t-il au sein de la PAC ?

Pour bien comprendre le fonctionnement d’une pompe à chaleur air-eau, il suffit de suivre le parcours du fluide frigorigène dans son circuit frigorifique. Ce procédé thermodynamique repose sur 4 éléments clés, qui transforment l’énergie captée à la source froide (air extérieur) en chaleur utile pour votre maison. Grâce à la pompe de circulation, ce fluide évolue en boucle fermée, jusqu’à ce que la température intérieure demandée soit atteinte.

L’évaporateur capte la chaleur de l’environnement pour la transmettre au fluide frigorigène qui passe alors de l’état liquide à l’état gazeux.
Le compresseur augmente la pression du fluide devenu gaz pour élever sa température.
Le condenseur achemine la chaleur obtenue au circuit de chauffage et/ou d’eau chaude ce qui fait revenir le gaz à l’état liquide.
Le détenteur réduit la pression et refroidit le fluide frigorigène pour le préparer à un nouveau cycle.

Résultat : une chaleur douce, renouvelable et économique est diffusée dans votre logement.

La PAC réversible : comment ça marche ?

Lorsque la pompe à chaleur est réversible, le fonctionnement thermodynamique s’inverse. Alors qu’en hiver, elle récupère la chaleur extérieure pour la diffuser dans votre intérieur ; en été, elle absorbe la chaleur présente dans votre maison pour la rejeter à l’extérieur.

Selon la configuration, ce procédé permet de rafraîchir votre maison de 2 manières :

par un refroidissement actif, avec une PAC air-air réversible qui fonctionne alors comme une climatisation ;
par un rafraîchissement doux, de quelques degrés, avec une PAC air-eau ou à géothermie, à condition d’être associée à un plancher chauffant ou des émetteurs basse température de type ventilo-convecteur.

Les systèmes de pompe à chaleur et leur fonctionnement

Vous l’aurez compris : toutes les pompes à chaleur ne fonctionnent pas selon le même principe. Selon les modèles, elles puisent l’énergie thermique dans l’air, le sol ou l’eau, ce qui influence leur efficacité énergétique et leur adaptation à votre logement. Tour d’horizon des principales technologies…

Les pompes à chaleur aérothermiques	Les pompes à chaleur géothermiques	La pompes à chaleur à hydrothermie
Elles utilisent l’air comme source de chaleur. Il existe 2 types de pompes à chaleur aérothermiques : les pompes à chaleur air-air et les pompes à chaleur air-eau, avec des variantes dans leur fonctionnement. La pompe à chaleur air-air La PAC air-air capte les calories de l’air extérieur et les restitue à l’intérieur sous forme d’air chaud, grâce à un système de ventilation (split, console, ventilo-convecteurs ou caissette). Son rendement varie en fonction de la température extérieure : plus il fait froid, plus ses performances diminuent. En zone froide, un chauffage d’appoint est souvent nécessaire. Facile à poser et moins coûteuse que les autres modèles, la pompe à chaleur air-air reste mieux adaptée aux climats doux. Elle offre aussi l’avantage de faire office de climatisation en été, avec une régulation précise de la température ! La pompe à chaleur air-eau Le transfert de chaleur est ici indirect… Il se fait par l’intermédiaire du circuit d’eau. Pour son installation, vous devez donc disposer d’un réseau de chauffage hydraulique : plancher chauffant à très basse température ou radiateurs à basse ou haute température. Il vous faudra aussi prévoir un ballon d’eau chaude sanitaire si vous souhaitez produire votre eau chaude avec la PAC. Météosensible comme sa consœur, mais plus difficile à mettre en œuvre et plus coûteuse, la pompe à chaleur air-eau vous offre un système de chauffage réversible avec un excellent confort thermique.
La PAC sol-sol (captage horizontal) Ce système géothermique utilise un réseau de capteurs horizontaux enterrés à faible profondeur, dans lequel circule directement le fluide frigorigène. Celui-ci capte la chaleur de la terre et la transfère à un plancher chauffant à basse température, sans passer par un échangeur de chaleur. Ce type de pompe à chaleur dite à détente directe présente un bon rendement, mais impose des règles strictes de pose et une maintenance régulière. En outre, elle nécessite une grande surface de terrain et un volume important de fluide, dont l’impact environnemental est élevé, en cas de fuite. La PAC sol-eau (captage horizontal) Dans ce modèle, un fluide caloporteur (eau + glycol) circule dans des capteurs enterrés pour prélever les calories du sol. Cette énergie est transmise à un échangeur thermique, qui chauffe le fluide frigorigène de la pompe à chaleur. Le système fonctionne donc avec 2 circuits distincts. La PAC sol-eau alimente un réseau de chauffage central compatible : plancher chauffant, radiateurs ou ventilo-convecteurs. Elle peut également produire de l’eau chaude sanitaire, mais ne permet pas rafraîchir votre logement. Ce système est aujourd’hui un peu désuet. La PAC eau glycolée-eau (captage horizontal ou vertical) La PAC eau glycolée-eau fonctionne avec 3 circuits distincts : un circuit de captage (eau glycolée), un circuit frigorifique intermédiaire et un circuit de chauffage. Elle puise l’énergie thermique du sol grâce à des capteurs enterrés (horizontaux ou verticaux), puis la transfère à vos radiateurs ou à votre plancher chauffant. Elle permet aussi de produire de l’eau chaude sanitaire, voire du rafraîchissement. Cette technologie de pompe à chaleur est aujourd’hui la plus utilisée dans le secteur du bâtiment. Elle est en effet plus performante, offre une meilleure durée de vie et nécessite moins d’entretien.
À la fois considérée comme hydrothermique et géothermique, cette pompe à chaleur prélève la chaleur dans l’eau souterraine : nappe phréatique ou rivière. Tout comme la précédente, elle assure le transport de la chaleur via l’eau glycolée et limite l’usage du gaz frigorigène, néfaste pour le climat lorsqu’il s’échappe de l’appareil.

Les pompes à chaleur aérothermiques

Les pompes à chaleur géothermiques

La pompes à chaleur à hydrothermie

Elles utilisent l’air comme source de chaleur. Il existe 2 types de pompes à chaleur aérothermiques : les pompes à chaleur air-air et les pompes à chaleur air-eau, avec des variantes dans leur fonctionnement.

La pompe à chaleur air-air

La PAC air-air capte les calories de l’air extérieur et les restitue à l’intérieur sous forme d’air chaud, grâce à un système de ventilation (split, console, ventilo-convecteurs ou caissette). Son rendement varie en fonction de la température extérieure : plus il fait froid, plus ses performances diminuent. En zone froide, un chauffage d’appoint est souvent nécessaire.

Facile à poser et moins coûteuse que les autres modèles, la pompe à chaleur air-air reste mieux adaptée aux climats doux. Elle offre aussi l’avantage de faire office de climatisation en été, avec une régulation précise de la température !

La pompe à chaleur air-eau

Le transfert de chaleur est ici indirect… Il se fait par l’intermédiaire du circuit d’eau. Pour son installation, vous devez donc disposer d’un réseau de chauffage hydraulique : plancher chauffant à très basse température ou radiateurs à basse ou haute température. Il vous faudra aussi prévoir un ballon d’eau chaude sanitaire si vous souhaitez produire votre eau chaude avec la PAC.

Météosensible comme sa consœur, mais plus difficile à mettre en œuvre et plus coûteuse, la pompe à chaleur air-eau vous offre un système de chauffage réversible avec un excellent confort thermique.

La PAC sol-sol (captage horizontal)

Ce système géothermique utilise un réseau de capteurs horizontaux enterrés à faible profondeur, dans lequel circule directement le fluide frigorigène. Celui-ci capte la chaleur de la terre et la transfère à un plancher chauffant à basse température, sans passer par un échangeur de chaleur.

Ce type de pompe à chaleur dite à détente directe présente un bon rendement, mais impose des règles strictes de pose et une maintenance régulière. En outre, elle nécessite une grande surface de terrain et un volume important de fluide, dont l’impact environnemental est élevé, en cas de fuite.

La PAC sol-eau (captage horizontal)

Dans ce modèle, un fluide caloporteur (eau + glycol) circule dans des capteurs enterrés pour prélever les calories du sol. Cette énergie est transmise à un échangeur thermique, qui chauffe le fluide frigorigène de la pompe à chaleur. Le système fonctionne donc avec 2 circuits distincts.

La PAC sol-eau alimente un réseau de chauffage central compatible : plancher chauffant, radiateurs ou ventilo-convecteurs. Elle peut également produire de l’eau chaude sanitaire, mais ne permet pas rafraîchir votre logement. Ce système est aujourd’hui un peu désuet.

La PAC eau glycolée-eau (captage horizontal ou vertical)

La PAC eau glycolée-eau fonctionne avec 3 circuits distincts : un circuit de captage (eau glycolée), un circuit frigorifique intermédiaire et un circuit de chauffage. Elle puise l’énergie thermique du sol grâce à des capteurs enterrés (horizontaux ou verticaux), puis la transfère à vos radiateurs ou à votre plancher chauffant. Elle permet aussi de produire de l’eau chaude sanitaire, voire du rafraîchissement.

Cette technologie de pompe à chaleur est aujourd’hui la plus utilisée dans le secteur du bâtiment. Elle est en effet plus performante, offre une meilleure durée de vie et nécessite moins d’entretien.

À la fois considérée comme hydrothermique et géothermique, cette pompe à chaleur prélève la chaleur dans l’eau souterraine : nappe phréatique ou rivière. Tout comme la précédente, elle assure le transport de la chaleur via l’eau glycolée et limite l’usage du gaz frigorigène, néfaste pour le climat lorsqu’il s’échappe de l’appareil.

Pourquoi l’installer ? Les avantages d’une PAC…

La pompe à chaleur est un système de chauffage efficace qui vous offre de nombreux avantages et peu d’inconvénients. En voici les principaux…

Une énergie disponible et renouvelable

Avec comme principale source d’énergie l’air, le sol ou l’eau, la pompe à chaleur vous inscrit dans une démarche éco-responsable. Elle ne requiert qu’un minimum d’électricité pour fonctionner et vous évite de consommer des énergies d’origine fossile à effet de serre. Atout supplémentaire, l’installation d’une pompe à chaleur est aisée car l’énergie qu’elle utilise se trouve partout.

Un appareil polyvalent : chauffage, chauffe-eau, climatisation

La pompe à chaleur est un équipement polyvalent qui va bien au-delà du simple chauffage. Certains modèles aérothermiques réversibles assurent aussi la climatisation. D’autres, comme les pompes à chaleur air-eau ou géothermiques, permettent le rafraîchissement de votre maison ou la production d’eau chaude sanitaire.

Un rendement énergétique plus élevé qu’une chaudière

Les pompes à chaleur se distinguent des autres systèmes de chauffage par leur efficacité énergétique très élevée. Vous en aurez un bon aperçu grâce au coefficient de performance (COP). Il traduit le rapport entre la quantité de chaleur produite et l’énergie électrique consommée par le compresseur.

Le COP vous permet de comparer le rendement d’une pompe à chaleur à celui d’autres systèmes. Par exemple, un appareil est considéré comme performant lorsque cet indicateur dépasse 4, soit 4 kWh de chaleur produits pour 1 kWh d’électricité consommée.

Des économies réelles sur vos factures de chauffage

En utilisant une source d’énergie gratuite, disponible localement et renouvelable, l’installation d’une pompe à chaleur vous fait économiser sur vos factures de chauffage (et d’eau chaude sanitaire le cas échéant). C’est une solution de chauffage à la fois écologique et économique !

Un prix d’installation réduit grâce aux aides

Prime Énergie Sonergia, MaPrimeRénov’, Éco-PTZ et TVA à 5,5 %… Tous ces dispositifs dédiés à la transition énergétique vous permettent de réduire le prix d’installation de votre pompe à chaleur. Avant de faire votre choix entre PAC air-air, air-eau ou eau-eau, pensez toutefois à vous renseigner sur les dispositifs et leurs conditions d’éligibilité.

Les aides par type de PAC en bref

	Prime Énergie Sonergia	MaPrimeRénov’	Éco-PTZ	TVA à 5,5 %
PAC air-air
PAC air-eau
PAC géothermique

Les aides financières mobilisables

Prime Énergie Sonergia

Accessible à tous, sans plafond de revenus, la prime énergie CEE (Certificats d’Économie d’Énergie) est une aide financière majeure pour réduire le coût de vos travaux de rénovation. Le montant de la prime dépend de plusieurs facteurs : votre habitation, votre situation personnelle et la nature de vos travaux. Une condition supplémentaire est posée : que vos travaux soient réalisés par un artisan RGE (Reconnu Garant de l’Environnement).

MaPrimeRénov’

Délivrée par l’Anah (Agence nationale de l’habitat), cette aide financière propose deux types de prise en charge selon la nature des travaux. Le premier concerne les travaux spécifiques et peut s’additionner à la Prime Énergie Sonergia. Le second couvre les travaux de rénovation d’ampleur et intègre automatiquement la prime CEE. Dans un souci de résultat, ce parcours bénéficie d’un accompagnement technique, administratif et financier.

Éco-PTZ

L’éco-prêt à taux zéro est un dispositif de financement proposé par l’État. Ouvert à tous, sans plafond de revenus, il est cumulable avec la Prime Énergie Sonergia et MaPrimeRénov’. Grâce à lui, vous pouvez financer vos travaux sans payer d’intérêts.

TVA à 5,5 %

Avec son taux préférentiel, la TVA à 5,5 % réduit encore le coût de vos travaux. Elle vous permet d’acheter vos matériaux et vos équipements à prix réduit et de faire baisser le coût de la main d’œuvre que vous employez. À ne pas laisser passer !

Aides locales

Pour réduire davantage le budget de vos travaux, vous pouvez aussi trouver un appui financier auprès des collectivités locales. Pour connaître les aides proposées par votre commune ou votre région, consultez l’outil de l’agence nationale pour l’information sur le logement (ANIL) : toutes y sont recensées !

Le recours à un professionnel certifié RGE (Reconnu Garant de l’Environnement) est une des conditions d’éligibilité aux aides financières. Avant de choisir votre artisan, assurez-vous donc qu’il détienne cette certification !

Steffi, référente conformité réglementaire

Le fonctionnement d’une PAC en bref
Une PAC utilise une énergie gratuite, disponible et renouvelable pour fonctionner. Elle puise dans la chaleur de l’environnement pour couvrir vos besoins en chauffage. Certaines PAC peuvent fournir de l’eau chaude sanitaire et refroidir votre intérieur en été. Leur fonctionnement varie en fonction de l’énergie qu’elles utilisent : air, sol, eau. Dotées d’un très bon rendement, elles vous font économiser sur vos factures de chauffage. Les PAC sont éligibles à de nombreuses aides financières.

Le fonctionnement d’une PAC en bref

Une PAC utilise une énergie gratuite, disponible et renouvelable pour fonctionner.
Elle puise dans la chaleur de l’environnement pour couvrir vos besoins en chauffage.
Certaines PAC peuvent fournir de l’eau chaude sanitaire et refroidir votre intérieur en été.
Leur fonctionnement varie en fonction de l’énergie qu’elles utilisent : air, sol, eau.
Dotées d’un très bon rendement, elles vous font économiser sur vos factures de chauffage.
Les PAC sont éligibles à de nombreuses aides financières.

Nos équipes répondent à vos questions

Est-ce que la pompe à chaleur consomme beaucoup d’électricité ?

La consommation d’énergie électrique d’une pompe à chaleur est très faible, à condition que votre logement ait un bon niveau d’isolation thermique et que la puissance de l’appareil soit bien dimensionnée. En moyenne, une PAC avec un COP de 4 consomme 1 kWh d’électricité pour produire 4 kWh d’énergie, ce qui la rend très économique et écologique !

Quels sont les inconvénients de la pompe à chaleur ?

Le principal inconvénient des pompes à chaleur air-air et air-eau (les plus répandues) est leur sensibilité à la météo : leur rendement est dégressif par temps froid. Selon votre lieu d’habitation, un appoint électrique ou un chauffage d’appoint peut alors s’avérer indispensable

Autre inconvénient, les émissions sonores qui peuvent provenir de leur unité extérieure lorsqu’elle n’est pas bien installée.

Comment fonctionne une pompe à chaleur air-eau en hiver ?

Par temps froid, la pompe à chaleur air-eau continue d’utiliser la chaleur présente dans l’air extérieur. Cette énergie thermique est transmise au compresseur, dont le rôle est d’augmenter la pression, et donc la température. Elle est ensuite transférée au circuit de chauffage à l’aide d’un fluide caloporteur. Le système chauffe ainsi un plancher chauffant ou des radiateurs basse température. Lorsque la température extérieure chute, un appoint électrique peut prendre le relais.

Pompe à chaleur : comment fonctionne-t-elle ?

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