Tout comprendre sur le fonctionnement d’une pompe à chaleur

Sommaire

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 le fonctionnement des modèles existants ? On vous dit tout sur le mécanisme de la pompe à chaleur et sur l’efficacité de son principe de fonctionnement !

 

Estimez le montant des aides que vous pouvez obtenir pour l’achat et l’installation de votre pompe à chaleur !

Je calcule mes aides

Simulation gratuite en 2 minutes

Quel est le principe de fonctionnement des pompes à chaleur ?

Un équipement de chauffage thermodynamique

Toutes les pompes à chaleur (PAC) fonctionnent selon le même principe thermodynamique : récupérer l'énergie d'un milieu naturel (la source chaude) pour la distribuer dans un logement (la source froide).

 

Le procédé thermodynamique des pompes à chaleur est rendu possible grâce aux propriétés particulières du fluide frigorigène qu’elles utilisent et sur la base duquel repose tout le mécanisme du système. 

 

Ce liquide caloporteur permet en effet 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 subies dans le circuit frigorifique de la pompe à chaleur.

🔎 À noter : ce système de chauffage ne produit donc pas vraiment de chaleur, mais augmente la température de calories existantes, ce qui lui permet non seulement d'être écologique, mais aussi très économique par sa faible consommation d'électricité.

 

Schéma du circuit frigorifique d’une pompe à chaleur

Le fonctionnement d’une pompe à chaleur repose donc sur l’échange de chaleur entre une source froide et une source chaude. 

 

Ce transfert de chaleur s’exerce par la répétition de cycles thermodynamiques, au cours desquels le fluide frigorigène passe par 4 étapes, dans les 4 composants du système :

 

  • l’évaporation : un évaporateur capte les calories présentes dans l’environnement extérieur et les transmet au fluide frigorigène. Ce dernier s’échauffe et passe à l’état gazeux ;
     

  • la compression : le gaz passe dans un compresseur, ce qui a pour effet d’augmenter sa pression et sa température ;
     

  • la condensation : un condenseur (ou échangeur thermique) reçoit le gaz chaud et cède sa chaleur au circuit de chauffage ou au circuit d’eau chaude sanitaire (ECS) du logement. Refroidi, le fluide frigorigène se liquéfie à nouveau ;
     

  • la détente : une vanne (le détendeur) 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 !

Schéma du circuit frigorifique d'une pompe à chaleur

🔎 À noter : la source de prélèvement des calories dépend du modèle de la PAC. L'énergie peut être extraite du sol, de l’air ou de l’eau selon la technologie utilisée.

 

La PAC fonctionne à partir d'énergie renouvelable : elle vous fait économiser jusqu'à 70 % d'énergie selon le modèle !

J'installe ma pompe à chaleur

Simulation gratuite en 2 minutes

Comment fonctionne une pompe à chaleur air-eau ?

Cette PAC fait partie des pompes à chaleur aérothermiques : elle puise directement les calories de l’air extérieur et chauffe votre logement par l’eau, via son circuit de chauffage central. Comme une chaudière, elle peut également assurer la production d’eau chaude sanitaire (ECS).

 

Les composants d’une pompe à chaleur air-eau sont donc répartis sur 2 unités :

 

  • une unité de ventilation placée en extérieur, qui intègre l'évaporateur et le compresseur ;

  • un module hydraulique en intérieur, qui intègre l'échangeur thermique et le détendeur.

 

Ces 2 unités sont reliées par des liaisons frigorifiques, et le module hydraulique est raccordé à votre circuit de chauffage central. In fine, la chaleur produite est donc distribuée dans votre logement par des radiateurs à eau ou par un plancher chauffant hydraulique, ou à votre circuit d’eau chaude.

Schéma de fonctionnement d'une PAC air-eau

🔎 À noter : dans certains modèles dits monoblocs, les unités intérieures et extérieures sont raccordées par des liaisons hydrauliques. Le fluide frigorigène ne circule donc que dans l’unité extérieure, ce qui simplifie l’installation et améliore les performances du système.

Comment fonctionne une pompe à chaleur air-air ?

La PAC air-air est également de type aérothermique. Elle puise donc dans l’air, avec la particularité de chauffer le logement par l’air également, comme le ferait un radiateur électrique.

 

Elle fonctionne donc indépendamment d’un circuit de chauffage central et ne produit pas d’ECS. En revanche, elle est souvent qualifiée de climatisation réversible pour sa capacité à inverser son cycle thermodynamique. Cela lui permet d'agir comme un climatiseur pour rafraîchir votre logement en plus de le chauffer.

 

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.

 

Elle se compose donc d’au moins 2 unités :

 

  • l’unité de ventilation extérieure ;

  • une ou plusieurs unités intérieures, appelées des splits ou des ventilo-convecteurs, qui soufflent l’air dans votre habitation.

Schéma de fonctionnement d'une PAC air-air réversible

🔎 À noter : si l’appareil n’a qu’un seul split, on parle de PAC air-air monosplit. À l’inverse, le modèle multisplit désigne un équipement avec plusieurs ventilo-convecteurs, pour chauffer plusieurs pièces. Il existe également des modèles gainables, avec une seule unité intérieure camouflée et raccordée par des gaines à plusieurs bouches de ventilation discrètes.

Comment fonctionne une pompe à chaleur géothermique ?

Pour fonctionner, ce type de PAC utilise la géothermie : c’est donc dans le sol que les calories sont prélevées ; soit directement dans la terre (PAC sol-eau), soit dans un point d’eau souterrain comme une nappe phréatique (PAC eau-eau).

 

Une pompe à chaleur géothermique se compose alors :

 

  • d’un réseau de capteurs (sondes) enfouis sur votre terrain, qui peuvent être installés horizontalement ou verticalement selon la méthode de captage choisie. Ces capteurs sont parcourus par du fluide frigorigène, qui récupère la chaleur naturellement présente sous terre ;
     

  • d’un module hydraulique intérieur, raccordé à votre circuit de chauffage central pour alimenter vos émetteurs de chaleur (radiateurs ou plancher chauffant).

Schéma de fonctionnement d'une PAC géothermique

🔎 À noter : la température varie moins sous terre qu’en extérieur. La PAC géothermique offre donc une performance élevée toute l’année, sans être impactée par températures négatives. Plus les capteurs sont enfouis profondément et moins l’efficacité de l’appareil est impactée par les variations de température.

Le fonctionnement d’une pompe à chaleur est-il efficace ?

Le COP (coefficient de performance) est l’indicateur qui mesure l’efficacité énergétique d’une pompe à chaleur. Il renseigne donc sur le rendement énergétique du système et indique combien d’énergie thermique est produite par la PAC pour chaque unité d’énergie électrique consommée.

 

Plus le coefficient de performance est élevé, et plus la pompe à chaleur est efficace !

 

Le COP dépend essentiellement de 2 éléments : le type de PAC considéré et sa puissance calorifique (en kW), ainsi que les 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. Le modèle géothermique est par ailleurs moins impacté par cet élément.

💡 L’astuce : il est possible d’opter pour la pompe à chaleur hybride dans les régions les plus froides. Ce modèle alterne entre l’utilisation de la PAC et de la chaudière à condensation à laquelle il est associé pour assurer un confort optimal et un fonctionnement économique, quelle que soit la température.

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.

 

Concrètement, cette efficacité énergétique se traduit par d’importantes économies de chauffage :

 

  • jusqu'à 40 % pour une pompe à chaleur aérothermique (air-eau ou air-air) ;

  • et jusqu'à 70 % pour une pompe à chaleur géothermique !

🎬 Découvrez dès maintenant le témoignage de notre client !


 

J'installe ma pompe à chaleur

Simulation gratuite en 2 minutes

Comment optimiser le fonctionnement de votre pompe à chaleur ?

Pour assurer un fonctionnement économique et écologique à votre pompe à chaleur, vous devez porter une attention particulière à son installation et à son entretien. On fait le point !

 

Confier la pose de votre PAC à un professionnel pour un équipement durable

Il est essentiel d’adapter le dimensionnement d’une pompe à chaleur aux spécificités du foyer qu’elle doit chauffer. Autrement, votre investissement risque de ne pas être rentabilisé : si elle est trop ou pas assez puissante, elle sera en surconsommation électrique et s’usera prématurément.

 

De fait, la puissance de votre pompe à chaleur doit être optimisée pour répondre à vos besoins (usage et nombre d’habitants), mais aussi correspondre à la taille et à l’isolation thermique de votre logement.

 

La meilleure solution pour dimensionner votre PAC est donc de confier le projet de son installation à un professionnel. Il étudiera précisément les caractéristiques de votre foyer et pourra vous conseiller sur les réglages les plus adaptés pour garantir votre confort thermique et vos économies de chauffage !

👉 De nombreux critères entrent en compte dans le choix d'une pompe à chaleur. Sa dimension est l'un des plus importants ! Jamy vous explique pourquoi :

 

 

💡 L’astuce : seul un artisan certifié RGE (label reconnu garant de l’environnement) peut rendre votre projet éligible aux aides financières pour la rénovation énergétique afin de réduire le prix de votre pompe à chaleur.

Je trouve mon artisan RGE

Simulation gratuite en 2 minutes

Entretenir votre pompe à chaleur pour optimiser ses performances

L’entretien de votre pompe à chaleur est obligatoire : il doit être réalisé par un professionnel, à raison d’une fois tous les 2 ans.

 

Cette maintenance permet de s’assurer de l'étanchéité du circuit frigorifique, car le fluide frigorigène est un gaz à effet de serre (GES) dangereux pour l’environnement (c’est pour cette raison qu’il circule dans des liaisons hermétiquement scellées).

 

En outre, entretenir votre PAC permet d’optimiser ses performances énergétiques et d'allonger sa durée de vie. Lors de sa visite, l’artisan procède au nettoyage des composants et vérifie les réglages du système. Les risques de panne sont réduits et vous conservez votre chauffage aussi longtemps que possible !

🔎 À noter : correctement entretenue, une PAC aérothermique profite d’une durée de vie moyenne de 17 ans. Pour une PAC géothermique, la longévité est d'au moins 20 ans pour le module intérieur et environ 40 ans pour le réseau de capteurs enfouis.

Quelle pompe à chaleur choisir pour votre logement ?

Le choix d’une pompe à chaleur dépend de plusieurs paramètres, à savoir :

 

  • le type de logement : maison individuelle ou appartement, neuf ou ancien, isolé 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 ou air-eau ;
     

  • 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 plus 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 modèles aérothermiques sont en principe moins onéreux ;
     

  • les besoins et les attentes des occupants : confort thermique, production d’ECS, rafraîchissement en été, respect de l’environnement, etc. Toutes les PAC n’offrent pas les mêmes usages, ni les mêmes performances !

💡 Notre conseil : 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.

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 (un chauffage d’appoint peut être nécessaire en cas de grand froid)

  • Bruyante en extérieur pour certains modèles

  • Ne produit pas d’ECS

  • Moins subventionnée par rapport aux autres PAC, car moins performante

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

  • Assez sensible aux variations de température extérieure

  • Bruyante en extérieur pour certains modèles.

  • Plus efficace avec un système de chauffage basse température

PAC géothermique

  • Performante quelle que soit la température extérieure

  • Ne fait pas de bruit et n’est pas visible en 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)

 

En utilisant une énergie renouvelable, la pompe à chaleur soulage la planète et votre portefeuille !

Je calcule mes aides

Simulation gratuite en 2 minutes

FAQ sur le fonctionnement d’une pompe à chaleur

Camille Grau

Rédactrice web

Diplômée d'un Master en Rédaction Professionnelle, je me suis rapidement spécialisée dans les sujets liés à la transition énergétique. Ma mission ? Vous éclairer sur la rénovation pour optimiser vos économies et soulager la planète !

Les articles les + récents

Le magazine de la rénovation >