Le fonctionnement de la pompe à chaleur expliqué simplement
Qu'est-ce qu'une pompe à chaleur ? La pompe à chaleur est un système de chauffage écologique qui, grâce à sa technologie efficace, permet d'utiliser l'énergie de notre environnement. Si vous cherchez une explication facile à comprendre sur la technologie des pompes à chaleur, vous êtes à la bonne adresse avec notre guide Bosch. Nous vous expliquons brièvement et clairement comment fonctionne et est construite une pompe à chaleur, quel principe de fonctionnement schématique est utilisé par le chauffage par pompe à chaleur et comment fonctionnent les différents types de pompes à chaleur.
Comment fonctionne un chauffage par pompe à chaleur ?
L'environnement offre des sources d'énergie inépuisables que le chauffage par pompe à chaleur peut exploiter. Pour expliquer les choses simplement, les pompes à chaleur puisent de l'énergie dans l'air ambiant, le sol ou la nappe phréatique, rendent la chaleur ainsi obtenue utilisable pour le chauffage et l'eau chaude sanitaire et la transportent dans les pièces d'habitation. Grâce à cette énergie environnementale gratuite, la pompe à chaleur permet d'obtenir facilement et efficacement un grand confort thermique dans la maison. Schématiquement, la technique de la pompe à chaleur repose sur le même principe, même si le type de source d'énergie captée diffère.
Le fonctionnement d'une pompe à chaleur peut être comparé au principe d'un réfrigérateur – à la différence que ce n'est pas du froid qui est produit, mais de la chaleur. Alors qu'un réfrigérateur extrait la chaleur de son espace intérieur et la rejette à l'extérieur pour refroidir les aliments, la pompe à chaleur extrait à l'inverse la chaleur de l'environnement extérieur à la maison et chauffe ainsi vos pièces d'habitation.
Comment fonctionne le chauffage avec une pompe à chaleur ? Dans cette vidéo, le principe de fonctionnement de la pompe à chaleur est expliqué de manière simple et compréhensible à l'aide d'une animation :
Structure et principe de la pompe à chaleur expliqués simplement
La structure d'une pompe à chaleur se compose de trois éléments avec lesquels le système de pompe à chaleur fonctionne :
- La source de chaleur (air, terre, nappe phréatique), à partir de laquelle l'énergie est extraite de l'environnement.
- La pompe à chaleur, qui permet d'utiliser la chaleur de l'environnement prélevée grâce à la technologie des pompes à chaleur.
- Le système de distribution et de stockage de la chaleur, qui distribue ou stocke la chaleur dans les pièces d'habitation.
Mais que fait exactement une pompe à chaleur pour que la chaleur de l'environnement soit transformée en énergie de chauffage utilisable ? À l'intérieur de la pompe à chaleur, un principe technique en quatre étapes se déroule en continu dans un processus en circuit fermé. Dans le circuit répétitif de la pompe à chaleur , l'évaporation, la compression, la condensation et la détente d'un fluide frigorigène ont lieu afin de produire de la chaleur de chauffage. Le fluide frigorigène liquide absorbe l'énergie thermique de l'environnement et doit être porté à un niveau de température utilisable par le système de chauffage. Pour ce faire, on utilise de l' électricité. Plus la différence de température entre la source d'énergie et la chaleur utile nécessaire est élevée, plus la puissance d'entraînement électrique doit être importante.
Examinons de plus près le principe de la pompe à chaleur :
1. L'évaporation : au niveau de ce que l'on appelle l'évaporateur, la chaleur de l'environnement est transférée au circuit de la pompe à chaleur. Un fluide frigorigène est responsable de l'absorption et du transport de l'énergie thermique. Il absorbe la chaleur de l'environnement à l'état liquide, ce qui lui permet de s'évaporer et de devenir gazeux.
2. La compression : le fluide frigorigène gazeux est comprimé dans un compresseur fonctionnant à l'électricité, ce qui entraîne une forte augmentation de la pression et de la température. Cette partie du principe de fonctionnement d'une pompe à chaleur peut également être observée sur une pompe à air de vélo, qui se réchauffe lorsque l'on gonfle l'air. D'où l'expression "pomper" en relation avec une pompe à chaleur.
3. La condensation : lors de la troisième étape, le fluide frigorigène comprimé et chauffé transmet sa chaleur au circuit de chauffage, se refroidit ainsi et redevient liquide. Cela se passe au niveau du condenseur à l'aide d'un échangeur thermique. La chaleur est ensuite stockée dans le réservoir d'eau chaude sanitaire et le ballon tampon de la pompe à chaleur.
4. La détente : lors de la dernière étape, la pression du fluide frigorigène liquide est à nouveau abaissée dans un détendeur, ce qui lui permet de continuer à refroidir jusqu'à ce qu'il atteigne sa température initiale. Le cycle de la pompe à chaleur peut alors recommencer. Vous avez peut-être déjà remarqué que les liquides refroidissent lorsqu'ils sont sous pression et que la pression diminue, comme c'est le cas pour les bombes aérosols. L'aérosol devient sensiblement froid lorsque vous vaporisez pendant une période prolongée.
Nous allons maintenant examiner le fonctionnement des types de pompes à chaleur, qui se distinguent par la source de chaleur exploitée.
Fonctionnement d'une pompe à chaleur air-eau
Dans une pompe à chaleur air-eau, l'énergie thermique de l' air extérieur sert de source de chaleur. Elle peut être exploitée simplement en installant l'appareil et ne nécessite donc que peu de travaux de construction. Le fonctionnement de la pompe à chaleur air-air suit le même schéma que celui de tous les types de pompes à chaleur : un fluide frigorigène absorbe la chaleur de l'environnement. Dans une pompe à chaleur air-eau, l' air ambiant est aspiré par un ventilateur , transmis à un échangeur thermique et transformé en énergie de chauffage dans le circuit de la pompe à chaleur par l'évaporation, la compression, la condensation et la détente d'un fluide frigorigène. La température de la source d'énergie est un facteur déterminant. La température de l'air n'est pas constante, mais varie en fonction de la saison. Il en résulte des différences de température que le système de pompe à chaleur doit compenser. Plus l'air extérieur aspiré est froid, plus la température doit être élevée dans le circuit frigorifique afin que l'énergie puisse être utilisée pour le chauffage et la production d'eau chaude sanitaire.
Bon à savoir : les pompes à chaleur pour eau sanitaire utilisent également l'air comme source de chaleur, non pas l'air extérieur, mais l'air chaud ambiant déjà présent dans le bâtiment. Avec la chaleur d'échappement des installations techniques, il est possible de fournir de l'eau chaude sanitaire dans la maison. C'est pourquoi on parle aussi de pompe à chaleur à eau chaude. Le chauffage avec une pompe à chaleur pour eau sanitaire ne fonctionne pas. Il en va de même pour les pompes à chaleur air-air qui utilisent l'air vicié des pièces intérieures pour récupérer la chaleur des systèmes de ventilation dans les nouvelles constructions à haute efficacité.
Comment fonctionne une pompe à chaleur géothermique ?
Le fonctionnement d'une pompe à chaleur géothermique repose sur le principe de la géothermie. Celle-ci désigne l'énergie thermique stockée dans le sol. La pompe à chaleur eau glycolée-eau utilise l'énergie thermique du sol comme source de chaleur. Le fonctionnement d'une pompe à chaleur eau glycolée-eau est rendu possible par des sondes ou des capteurs géothermiques, qui extraient la chaleur du sol et la transforment en énergie utilisable pour le chauffage et la production d'eau chaude sanitaire dans le circuit de la pompe à chaleur. Pour exploiter l'énergie géothermique, des travaux de terrassement ou des forages profonds sont nécessaires. Selon la profondeur du forage, la chaleur proche de la surface ou la chaleur profonde peut être exploitée . La température de la source de chaleur est déterminante pour l'efficacité et le fonctionnement d'une pompe à chaleur. La température du sol est relativement constante tout au long de l'année. C'est pourquoi la pompe à chaleur géothermique fonctionne de manière particulièrement efficace.
Fonctionnement d'une pompe à chaleur eau-eau
Une pompe à chaleur eau-eau utilise l'énergie thermique de la nappe phréatique comme source de chaleur. Pour fonctionner, la pompe à chaleur sur eau souterraine a besoin de deux puits : un puits d'extraction, qui prélève l'eau souterraine, et un puits d'injection, qui restitue l'eau utilisée dans le sol. Comme pour tous les types de pompes à chaleur, le fonctionnement de la pompe à chaleur eau-eau repose sur un circuit fermé de fluide frigorigène. Dans ce cas, le fluide frigorigène absorbe l'énergie thermique de la nappe phréatique et la rend utilisable pour le chauffage des locaux dans le circuit de la pompe à chaleur. Dans les eaux souterraines, les températures sont constamment élevées. C'est pourquoi la pompe à chaleur eau-eau est considérée comme la pompe à chaleur la plus efficace.
Comment fonctionne une pompe à chaleur en hiver ?
Malgré des températures extérieures plus basses, une pompe à chaleur fonctionne de manière fiable même en hiver, car les températures dans le sol et dans la nappe phréatique sont constantes, quelle que soit la saison. Même lorsque les températures extérieures dans l'air sont inférieures à 0 °C, le fonctionnement de la pompe à chaleur en hiver est possible et économique grâce à sa grande efficacité. Si des températures extrêmement négatives jusqu'à -20 °C surviennent, une résistance électrique s'enclenche temporairement en soutien. Ainsi, même lorsque les températures extérieures sont très basses, la pompe à chaleur peut encore fournir suffisamment de chaleur sans perdre de son efficacité. Il est également possible d'utiliser une pompe à chaleur en tant que système hybride en combinaison avec une chaudière à gaz , qui prend en charge la charge de pointe en hiver.
Vous cherchez des conseils pour réduire vos coûts de chauffage ? Que vous viviez dans un appartement en location ou dans votre propre maison, notre guide du chauffage économique vous explique comment réduire facilement vos coûts de chauffage et économiser de l'énergie.
Une pompe à chaleur peut-elle aussi refroidir ?
Ce qui est génial avec une pompe à chaleur, c'est qu'elle est le seul système de chauffage qui, dans son fonctionnement, peut à la fois chauffer et refroidir. De cette manière, vous pouvez utiliser votre pompe à chaleur de manière judicieuse tout au long de l'année et renoncer à une climatisation supplémentaire dans votre maison. Vous pouvez rafraîchir vos pièces en été avec une pompe à chaleur si l'appareil dispose d'une fonction de pompe à chaleur réversible et si cela est planifié en conséquence dès le départ. De nombreux modèles peuvent également être équipés ultérieurement d'une fonction de refroidissement. . Il est important que le système de chauffage soit parfaitement adapté à la climatisation par pompe à chaleur. Les chauffages muraux ou au sol sont les mieux adaptés au refroidissement par pompe à chaleur.
Le refroidissement avec une pompe à chaleur fonctionne comme la production de chaleur, mais avec un circuit frigorifique inversé. La chaleur du chauffage est alors évacuée vers l'extérieur, ce qui refroidit le système de chauffage. L'effet de refroidissement d'une pompe à chaleur réversible n'est toutefois pas aussi puissant que celui d'un climatiseur.
Bon à savoir : une pompe à chaleur fonctionne-t-elle aussi avec des radiateurs normaux ? Apprenez-en plus dans notre guide sur les radiateurs à pompe à chaleur.
FAQ sur le fonctionnement d'une pompe à chaleur
Qu'est-ce qu'une pompe à chaleur ?
Comment fonctionne une pompe à chaleur expliquée simplement ?
À quoi ressemble une pompe à chaleur ?
Comment fonctionne une pompe à chaleur pour la maison ?