Tout comprendre sur le fonctionnement d’une pompe à chaleur

Vous souhaitez vous équiper d’une solution de chauffage écologique, économique et performante ? Vous vous intéressez à la pompe à chaleur et souhaitez en savoir un peu plus sur son fonctionnement et les modèles existants ? Soyez bien attentif à ce guide ! Nous vous y expliquons tout ce qu’il faut savoir sur cet équipement innovant (principe, avantages et inconvénients…) afin que vous puissiez faire le bon choix pour votre projet de rénovation énergétique.

 

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La pompe à chaleur, abrégée en PAC, est un équipement dont le rôle principal est de transférer la chaleur d’un milieu à basse température, dite source froide (la nature) vers un milieu à haute température, dite source chaude. Un procédé rendu possible grâce aux propriétés particulières du fluide frigorigène sur la base duquel repose tout le mécanisme du système.

 

 

🤔 Quel est le rôle du fluide frigorigène ?

 

Le fluide frigorigène est le liquide caloporteur qui permet de transporter la chaleur depuis l’extérieur vers l’intérieur du logement. Il circule en circuit fermé et change d’état (liquide ou gazeux) en fonction des variations de température et de pression.

Découvrez en détail dans les paragraphes suivants comment fonctionne une pompe à chaleur.

 

Principe de fonctionnement

Le fonctionnement d’une pompe à chaleur consiste en la répétition de cycles thermodynamiques qui se décomposent en 4 étapes (l’évaporation, la compression, la condensation et la détente) et qui impliquent différents composants comme décrits ci-dessous :

 

• Un évaporateur : l’échangeur de chaleur qui capte les calories présentes dans l’environnement extérieur (air, eau ou sol) et les transmet au fluide frigorigène. Ce dernier s’échauffe et passe à l’état gazeux.
• Un compresseur : le dispositif qui comprime le fluide devenu gazeux, augmentant ainsi sa pression et sa température.
• Un condenseur : un autre échangeur de chaleur qui reçoit le gaz chaud et le refroidit. La chaleur est cédée au circuit de chauffage ou au circuit d’eau chaude sanitaire (ECS). Le fluide frigorigène se liquéfie à nouveau.
• Un détendeur : une vanne qui diminue la pression du liquide et provoque sa vaporisation partielle. Le fluide frigorigène retourne ensuite à l’évaporateur pour recommencer le cycle. Et ainsi de suite jusqu’à atteindre la température de consigne.

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📌 À retenir : une PAC ne produit (crée) pas de la chaleur au sens propre du terme. Elle la pompe et la déplace d’un endroit à un autre.

 

Notion de COP 

Le COP (coefficient de performance) est l’indicateur qui mesure l’efficacité énergétique d’une pompe à chaleur. Il indique combien d’énergie thermique est produite par la PAC pour chaque unité d’énergie électrique consommée. Plus il est élevé, plus la pompe à chaleur est efficace.

 

Le COP dépend du type de PAC considéré et des conditions climatiques (puisque les calories sont prélevées dans la nature). Il n’est donc pas constant, c’est la raison pour laquelle il faut faire la différence entre COP nominal et COP réel. Le premier est celui mesuré dans des conditions standardisées qui correspondent à une température extérieure de 7°C et une température intérieure de 20°C. Le second, en revanche, est celui mesuré dans les conditions réelles d’utilisation qui peuvent varier selon les saisons, les régions, le type de logement, etc. Le COP réel est généralement inférieur au COP nominal, car plus la température extérieure est basse, plus la pompe à chaleur doit fournir un effort pour capter les calories.

 

En général, le COP d’une pompe à chaleur se situe entre 3 et 5, ce qui signifie qu’elle produit entre 3 et 5 kWh de chaleur pour 1 kWh d’électricité consommé. À titre de comparaison, le COP d’un chauffage électrique classique est de 1, et celui d’une chaudière à condensation est d’environ 1,2.

 

Notion de split 

Il existe 2 formats de pompe à chaleur :

 

🔎 Le format monobloc

 

La PAC monobloc se présente en une seule unité à installer à l’extérieur du logement. Tous les composants cités précédemment sont contenus dedans. Elle est généralement plus simple à installer et plus abordable en termes de prix, mais est plus bruyante et légèrement moins performante que la version split.

 

🔎 Le format split

 

La PAC split se présente en 2 ou plusieurs unités (cas de la PAC air-air). Il y a une unité extérieure contenant l’évaporateur et le compresseur qui s’installe à l’extérieur du logement et 1 ou plusieurs unités intérieures contenant le condenseur et le détenteur qui s’installent dans chaque pièce à chauffer. Les unités intérieures et extérieures sont reliées entre elles par des câbles électriques et des conduits isolés à l’intérieur desquels circule le fluide frigorigène.

 

Cette configuration réduit les bruits de fonctionnement et permet une meilleure gestion de l’énergie ainsi qu’une meilleure adaptation aux besoins de chaque habitation.

 

💡 Jusqu’à combien d’unités intérieures peut avoir une PAC air-air ? Une PAC air-air peut avoir jusqu’à 5 unités intérieures. On parle de PAC mono-split s’il n’y a qu’une unité intérieure, de PAC bi-split s’il y en a 2, de PAC tri-split s’il y en a trois et ainsi de suite. 

 

Réversibilité 

Certaines pompes à chaleur aérothermiques sont réversibles : il est possible d’inverser leur cycle thermodynamique pour passer du mode chauffage au mode refroidissement. Ce sont des appareils 2en1 qui s’utilisent toute l’année, en été comme en hiver.

 

Comment ça marche ? Les rôles des échangeurs de chaleur sont inversés. L’évaporateur devient le condenseur, et le condenseur devient l’évaporateur : les calories à l’intérieur du logement sont évacuées à l’extérieur pour rafraîchir le logement.

Nous pouvons distinguer 3 grandes catégories de pompes à chaleur, à savoir : 

 

• Les pompes à chaleur aérothermiques : elles extraient les calories dans l’air extérieur et les restituent soit sous forme d’air chaud (cas des PAC air-air), soit en les transférant au circuit d’eau de chauffage d’un appareil de chauffage hydraulique de type radiateur ou plancher chauffant (cas des PAC air-eau). Comme dit dans les paragraphes précédents, les PAC aérothermiques peuvent être réversibles.

• Les pompes à chaleur géothermiques (PAC sol-eau) : elles captent la chaleur du sol au moyen de capteurs enterrés et la restituent à l’eau de chauffage d’un circuit de chauffage central hydraulique. 

• Les pompes à chaleur hydrothermiques (PAC eau-eau) : elles récupèrent la chaleur de l’eau souterraine et la restituent à l’eau de chauffage d’un circuit de chauffage central hydraulique.

 

Vous l’avez certainement remarqué que dans PAC air-air, le premier « air » fait référence à la source froide dans laquelle les calories sont puisées et le second « air » désigne le mode de transmission de la chaleur. C’est la même chose avec « air-eau », « sol-eau » et « eau-eau ».

 

👉 Bon à savoir : les PAC air-eau, sol-eau et eau-eau sont disponibles en modèles hybrides qui peuvent à la fois produire du chauffage et de l’eau chaude sanitaire (ECS).

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Ci-dessous un tableau récapitulatif des principaux avantages et inconvénients de chaque type de PAC :

 

Type de PAC	Atouts	Points faibles
PAC air-air	Installation simple et peu coûteuse. Réversible. Indépendance de chauffe pour chaque pièce disposant d’une unité intérieure.	Sensible aux variations de température extérieure.  Nécessite un chauffage d’appoint en cas de grand froid. Bruyante et assez encombrante à l’extérieur. Ne produit pas d’ECS. Moins aidée par rapport aux autres PAC, car moins performante. Si le logement n’est pas très bien isolé, elle n’est pas efficace.
PAC air-eau	Installation facile sur un réseau de chauffage existant. Réversible (chauffage et rafraîchissement). Peut produire de l’ECS Éligible à de nombreuses aides financières.	Sensible aux variations de température extérieure. Nécessite un chauffage d’appoint en cas de grand froid. Bruyante et encombrante à l’extérieur. Plus efficace avec un système de chauffage basse température.
PAC géothermique (sol-eau)	Performante quelle que soit la température extérieure. Peu bruyante et discrète à l’extérieur. Peut produire de l’ECS. Éligible à de nombreuses aides financières.	Installation complexe et coûteuse (forage ou terrassement). Nécessite un terrain adapté et une autorisation administrative. Non réversible (ne peut pas rafraîchir).
PAC hydrothermique (eau-eau)		Installation très complexe et coûteuse (forage). Nécessite une ressource en eau suffisante et de bonne qualité. Non réversible (ne peut pas rafraîchir).

 

Quelles sont les aides financières auxquelles une pompe à chaleur est éligible ?

 

Si vous voulez investir dans une PAC air-air ayant un COP ≥ 3,9, vous pourriez bénéficier d’une prime énergie et de la TVA à taux intermédiaire de 10 %. Mais si votre choix porte sur une PAC air-eau, eau-eau ou sol-eau, vous pouvez prétendre séparément ou cumulativement à MaPrimeRénov’, à la prime énergie, à l’éco-prêt à taux zéro, à la TVA réduite de 5,5 % et aux aides des collectivités territoriales. 

 

Dans tous les cas, vous devez confier votre projet à un professionnel RGE (Reconnu Garant de l’Environnement) et remplir les conditions d’éligibilité correspondantes. Renseignez-vous auprès des autorités concernées pour avoir des informations à jour sur le sujet.

 

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❓ Est-ce qu’une pompe à chaleur consomme beaucoup d’électricité ?

 

Une pompe à chaleur a besoin d’électricité pour faire fonctionner ses composants et son mécanisme, mais comme déjà dit, elle produit 3 à 5 fois plus de chaleur qu’elle n’en consomme. Elle reste donc moins énergivore (plus économique) et plus écologique qu’un chauffage électrique classique.

Le choix d’une pompe à chaleur dépend des paramètres suivants :

 

• Le type de logement : maison individuelle ou appartement, neuf ou ancien, isolés ou non, surface et volume à chauffer, etc. Si vous avez une maison individuelle bien isolée avec un grand jardin, vous pouvez investir dans une PAC géothermique alors que, si vous vivez en appartement, il serait mieux adapté d’opter pour une PAC air-air.
• Le climat de la région : températures moyennes et extrêmes, ensoleillement, humidité, etc. Si vous vivez, par exemple, dans une région très froide, la PAC air-air n’est pas la mieux adaptée.
• Le budget disponible : coût d’achat et d’installation de la PAC (et celui du chauffage hydraulique s’il n’y en a pas déjà un), coût de fonctionnement et d’entretien, aides financières possibles, etc.
• Les besoins et les attentes des occupants : confort thermique, production d’ECS, rafraîchissement en été, respect de l’environnement, etc.

 

Demandez toujours l’avis d’un professionnel pour éviter les erreurs et pour être sûr d’installer un équipement adapté à vos besoins et à votre situation.

Exemple d'installation de pompe à chaleur en Essonne (91)

 

En 2023, notre client souhaite remplacer son ancienne chaudière gaz énergivore par une pompe à chaleur air-eau afin de diminuer le montant de sa facture d'énergie.

Ses revenus annuels sont inférieurs à 22 461 €. Notre client peut donc cumuler les montants maximaux de la Prime Effy et de MaPrimeRénov'.

 

Prestation Effy : dépose de l’ancienne chaudière gaz + fourniture et pose d’une pompe à chaleur air-eau (chauffage et eau chaude sanitaire - 11 kw – monophasé – bibloc).

 

Montant des travaux	12 290 €
Prime Effy	- 4 450 €
MaPrimeRénov'	- 5 000 €
Reste à payer	2 840 €
Économies annuelles	800 €*

 

*soit une diminution du montant de la facture d'énergie de l'ordre de 50 %.