Le Chauffage par Pompe à Chaleur
L’Aérothermie et la Géothermie sont des systèmes de chauffage par pompes à chaleur (PAC), représentant aujourd’hui les technologies les plus sollicitées pour chauffer une habitation, en raison de leurs performances très intéressantes utilisant une grande part d’énergie renouvelable.
La pompe à chaleur est en quelque sorte un « réfrigérateur inversé » utilisant les propriétés thermodynamiques d’un circuit frigorifique.
Les équipes d’ADPE maîtrisent cette technologie, et vous apportent leur expertise dans le dimensionnement, l’installation, la maintenance et le dépannage de tous types de pompes à chaleur.
Les différents types de pompes à chaleur
Il existe 2 grandes familles de pompes à chaleur. Si l’énergie est puisée dans l’air extérieur, on parle d’Aérothermie. Si elle puisée dans le sol, on parle de Géothermie.
La géothermie et l’aérothermie sont des procédés performants permettant de produire de la chaleur à partir des ressources naturelles de l’environnement.
L’air, l’eau ou encore la terre emmagasinent ainsi une grande quantité de chaleur, inépuisable et propre, sans cesse renouvelée par le soleil et l’eau de pluie. C’est cette énergie, prélevée gratuitement dans la nature, qui permet de chauffer votre logement pour un coût d’utilisation modeste.
AEROTHERMIE : 2 technologies pour des applications différentes
L’aérothermie Air / Eau puise les calories dans l’air extérieur, et restitue la chaleur sur le circuit de chauffage central de la maison.
Ce système est adapté à tous types d’émetteurs à eau : plancher chauffant, radiateurs ou ventilo-convecteurs.
Il peut être réversible et apporter un léger rafraîchissement en été dans le cas d’un plancher rafraîchissant.
Il peut aussi s’adapter à des radiateurs existants et venir remplacer une chaudière avec une PAC Air / Eau Haute Température.
L’aérothermie Air / Air puise également les calories sur l’air au moyen d’un groupe extérieur, mais les restitue dans la maison au moyen d’unités intérieures soufflantes traitant directement l’air de la maison.
Ce système est adapté pour les habitations démunies de chauffage central (en remplacement de convecteurs électriques par exemple), ou lorsqu’on souhaite une vraie climatisation en été (technologie réversible).
GEOTHERMIE : 3 solutions de captage dans le sol
Le capteur horizontal, disposé en serpentin, est enterré à 80 cm de profondeur. Il est composé de tubes sous pression en polyéthylène ou en cuivre gainé de PVC dans lesquels circulent de l’eau glycolée ou du fluide frigorigène.
Ce système nécessite une surface de terrain de 1,5 à 2 fois la surface habitable à chauffer.
Il s’agit d’un principe de géothermie de surface : la régénération du sol se fait principalement pas les éléments extérieurs : soleil, pluie, vent.
Pour ces raisons, la zone de captage doit être recouverte par des matériaux perméables (terre, pelouse, graviers…)
Le captage vertical utilise la technologie des sondes géothermiques.
Le principe consiste à récupérer la chaleur en profondeur par l’intermédiaire de boucles d’eau fermées en contact avec le sol.
Les sondes géothermiques sont des tubes en polyéthylène haute densité dans lesquels circule de l’eau glycolée. Ces tubes sont insérés dans des forages pouvant atteindre une profondeur de 100 à 150 m en moyenne.
Un ciment bentonitique est introduit dans les forages autour des tubes pour favoriser le contact avec le sol et assurer un échange optimal.
Le captage sur nappe acquifère récupère la chaleur dans l’eau de nappe phréatique grâce à un puits ou un forage d’une profondeur de 6 à 30 m en général.
Ce système en circuit ouvert nécessite la réalisation d’un 2ème puits de rejet en aval du sens d’écoulement de la nappe, pour restituer l’eau prélevée dans le sol après lui avoir prélevé des calories.
La température de l’eau de nappe étant constante et relativement élevée (en général entre 9 et 12°C), c’est le système de géothermie le plus performant, mais c’est aussi celui qui nécessite le plus de précautions car il présente une part d’incertitude quant à la présence d’eau en quantité et en qualité suffisantes.
Comment fonctionne une pompe à chaleur ?
Le procédé de la pompe à chaleur a fait l’objet d’un brevet déposé en 1913 par un ingénieur suisse, M. Zoelly. La pompe à chaleur est un système thermodynamique, qui fonctionne sur le même principe qu’un réfrigérateur, mais produit l’effet inverse : de la chaleur ! Cette production de chaleur nécessite très peu d’énergie électrique et l’utilisation d’un fluide frigorigène dont le changement d’état permet de transférer les calories d’une source naturelle extérieure vers l’intérieur de votre logement.
Le circuit frigorifique de la pompe à chaleur est composé de 4 éléments principaux :
- L’évaporateur : c’est l’échangeur qui permet de capter les calories dans le milieu extérieur (sol, air, eau).
- Le compresseur : il permet de comprimer et de faire circuler le fluide frigorigène dans le circuit.
- Le condenseur : c’est un échangeur permettant de restituer l’énergie prélevée au niveau de l’évaporateur et du compresseur, vers le circuit d’émission de chaleur (plancher chauffant, radiateurs ou ventilo-convecteurs).
- Le détendeur : il fait chuter la pression du fluide frigorigène après le condenseur pour le ramener à l’état initial avant d’entrer dans l’évaporateur.
C’est grâce aux propriétés thermodynamiques exceptionnelles du fluide frigorigène que d’importants échanges de chaleurs sont mis en jeu, assurant à la pompe à chaleur ses performances si intéressantes. En effet, lorsqu’il traverse l’évaporateur, le fluide frigorigène se trouve dans des conditions de pression et de température qui lui permettent de s’évaporer au contact du milieu extérieur. L’évaporation de ce fluide donne lieu à un transfert d’énergie (Q1) très important, et totalement gratuit.
Lorsqu’il traverse le compresseur, le fluide frigorigène subit une élévation de pression et de température. Ses propriétés thermodynamiques sont ainsi modifiées avant d’entrer dans le condenseur.
Le compresseur a besoin d’énergie électrique pour fonctionner. Cette quantité d’énergie électrique (Q2), est la seule part d’énergie payante nécessaire au fonctionnement du système.
En traversant le condenseur, le fluide frigorigène se retrouve au contact du circuit des émetteurs de chauffage. Ses nouvelles propriétés thermodynamiques obtenues après le passage dans le compresseur lui permettent de se condenser au contact du circuit d’eau de chauffage. La condensation de ce fluide donne lieu à un transfert d’énergie (Q3) vers le circuit de chauffage.
Le fluide frigorigène circule ensuite à travers le détendeur, qui joue le rôle inverse du compresseur, en faisant chuter sa pression et sa température pour le ramener à l’état initial avant d’entrer dans l’évaporateur.
Un bilan énergétique du système permet d’obtenir la formule suivante : Q3 = Q1 + Q2
Ainsi la pompe à chaleur permet de couvrir 100 % des besoins de chauffage d’un logement en consommant environ 25% d’énergie électrique seulement. Les 75% restants sont puisés gratuitement dans l’environnement tout en le préservant.
Bien sûr, ces données peuvent varier selon la source d’énergie extérieure (sol, air ou eau) et les conditions de fonctionnement.
La notion de Coefficient de Performance (COP) permet de mesurer l’efficacité de la pompe à chaleur. C’est le rapport entre la quantité d’énergie restituée sur le circuit de chauffage (Q3), et la quantité d’énergie payante consommée par le compresseur (Q2).
COP = Q3 / Q2.
Plus le COP est élevé, plus la consommation est faible.