Schema d’une pompe à chaleur (PAC) et de son fonctionnement

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Dernière mise à jour le : 13 juin 2024 par Rénovation et travaux

La pompe à chaleur chauffe efficacement une maison de façon économique. Il s’agit également d’une solution de chauffage écologique. En fait, elle utilise de l’énergie gratuite, comme l’eau et l’air, mais aussi de d’électricité pour chauffer un intérieur. Avant de choisir une PAC comme équipement de chauffage, il peut être intéressant de comprendre son fonctionnement. Pour ce faire, découvrez le schéma d’une pompe en chaleur et son cycle thermodynamique.

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Fonctionnement d’une pompe à chaleur

Le fonctionnement d’une pompe à chaleur repose sur un cycle thermodynamique. Cet équipement de chauffage puise les calories dans l’air, l’eau ou le sol pour chauffer l’intérieur d’un logement. Après l’extraction des calories, la PAC produit et diffuse la chaleur dans la pièce grâce à un émetteur.

Toutes les pompes à chaleur passent par les étapes suivantes (détaillées ci-dessous) :

Captation de l’énergie,
Evaporation,
Compression,
Condensation et transmission de la chaleur,
Evaporation.

Toutes les pompes à chaleur fonctionnent de la même manière, ce sont essentiellement le type de capteurs et l’implantation des équipements qui va varier en fonction du modèle.

Voici les principales étapes de fonctionnement d’une PAC :

1. L’évaporation (évaporateur)

Après que les calories extraites dans l’environnement extérieur sont transmises au liquide caloporteur grâce à l’évaporateur, la phase d’évaporation commence. Elle correspond à la transformation du fluide frigorigène à l’état liquide à l’état de gaz. Ce fluide assure le transport de la chaleur.

2. La compression (compresseur)

La phase de compression correspond à l’aspiration du fluide frigorigène à l’état de vapeur par le compresseur. Cette opération de le transformer en gaz chaud en augmentant sa température et sa pression.

3. La condensation (condensateur)

Pendant l’étape de condensation, le fluide frigorigène à l’état de vapeur chauffé traverse le condensateur de la pompe à chaleur et redevient liquide. Il transmet ensuite sa chaleur à l’eau du circuit de chauffage de la PAC.

4. L’évaporation (détendeur)

Dans cette nouvelle phase d’évaporation, le liquide frigorigène passe par le détendeur de la PAC. Ce passage va réduire sa pression et sa température jusqu’à ce qu’il s’évapore. Le fluide frigorigène reprend ensuite son cycle thermodynamique.

À noter que le fonctionnement d’une pompe à chaleur réversible n’est pas la même. Ce type d’équipement absorbe les calories dans l’intérieur, puis les rejette à l’extérieur afin de faire baisser la température pendant les saisons estivales. Afin de mieux comprendre le mode de fonctionnement de cet équipement de chauffage, il convient de voir le schéma d’une PAC.

Ce schéma présente le fonctionnement d’une pompe à chaleur.

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Schéma d’une pompe à chaleur air/air

Vous aurez compris qu’une pompe à chaleur permet de mettre en place toute une série de phénomènes qui vont servir à transformer l’énergie extérieure en chauffage.

Voici un schéma de pompe à chaleur air/air qui détaille les différents éléments d’une pompe à chaleur qui permettent ces différentes transformations :

Fonctionnement et éléments qui composent une pompe à chaleur

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Schéma d’une pompe à chaleur air/eau

Une pompe à chaleur air/eau extrait les calories nécessaires à son fonctionnement dans l’air extérieur. Elle les injecte ensuite dans le circuit de chauffage hydraulique de l’habitation, afin de la chauffer.

Comment fonctionne une PAC air eau ?

La pompe à chaleur air eau utilise l’air et l’eau pour fonctionner :

Sa source froide ou sa source de prélèvement de chaleur est l’air. Autrement dit, elle puise les calories de l’air extérieur.
La PAC air/eau utilise ensuite l’eau pour la distribution de la chaleur dans le logement.
Le transfert de l’énergie se fait grâce au fluide frigorigène qui va passer les 4 étapes du cycle thermodynamique.
Ce fluide va passer de l’état de liquide à l’état de gaz, et vice-versa en passant par les quatre organes principaux de la PAC (évaporateur, compresseur, condensateur et détendeur).

Afin de mieux comprendre son fonctionnement, découvrez le schéma d’une pompe à chaleur air eau :

Schéma de fonctionnement d’une PAC air/eau

Schéma d’une PAC air eau

Comme montré sur ce schéma d’une PAC, l’air prélevé par l’unité extérieure de la pompe à chaleur va transférer sa chaleur au fluide frigorigène. Après le passage dans l’évaporateur, ce fluide sera transformé en gaz. Comme sa température ne suffit pas encore pour chauffer un logement, le fluide sous forme de vapeur sera envoyé vers le compresseur où sa pression sera augmentée afin d’augmenter sa température.

Le fluide frigorigène suffisamment chauffé va ensuite transférer sa chaleur à l’eau du circuit de chauffage au niveau du condensateur. Il va ensuite perdre peu à peu sa chaleur et redevenir liquide. Le fluide frigorigène passera ensuite dans le détendeur, ce qui permettra de réduire sa pression et de capter de nouveau la chaleur dans l’air. La distribution de la chaleur est assurée par un plancher chauffant, un radiateur ou un ventilo-convecteur.

À noter que dans une pompe à chaleur monobloc les quatre étapes du cycle thermodynamique du fluide frigorigène se font dans un seul compartiment. Une PAC split comprend, par ailleurs, un module extérieur et un module intérieur.

Si vous souhaitez acquérir une PAC air eau, découvrez le prix d’une pompe à chaleur air eau en suivant ce lien.

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Schéma de pompe à chaleur géothermique et aquathermique

Le principe de fonctionnement d’une pompe à chaleur aérothermique et géothermique est plus ou moins le même. La différence entre les PAC air/air, eau/eau, sol/air, sol/eau réside dans l’énergie qu’elles utilisent pour chauffer le fluide frigorigène et la façon dont elles diffusent la chaleur dans une pièce.

Schéma d’une pompe à chaleur géothermique

La pompe à chaleur géothermique extrait les calories contenues dans le sol grâce à un capteur spécial (horizontal, vertical ou sur eau de nappe). L’énergie captée chauffe ensuite le fluide caloporteur qui passe par l’évaporateur, le compresseur, le condensateur et le détendeur pour chauffer l’intérieur d’une pièce. La diffusion de la chaleur est possible grâce à un plancher chauffant ou un radiateur.

Pour vous aider à comprendre l’implantation d’une pompe à chaleur sol/sol, voici un schéma de pompe à chaleur géothermique avec capteurs horizontaux :

Schéma d’implantation d’une pompe à chaleur géothermique (captage horizontal)

Ce schéma d’une pompe à chaleur géothermique montre clairement qu’une telle PAC sera plus simple à installer dans une construction neuve, puisque l’implantation des capteurs géothermique peut se faire lors du terrassement nécessaire pour les fondations de la maison.

Schéma d’une pompe à chaleur eau eau

La pompe à chaleur eau/eau est un modèle de PAC aquathermique. Elle capte les calories dans l’eau des lacs, des rivières ou dans les nappes phréatiques du sol. Les calories puisées permettent de chauffer le fluide frigorigène qui suit ensuite son cycle thermodynamique pour chauffer un logement ou produire de l’eau chaude sanitaire.

La PAC eau/eau fonctionne uniquement avec un plancher chauffant hydraulique, ou avec un réseau de chauffage hydraulique (radiateurs fonctionnant à l’eau). Voici un schéma d’implantation d’une PAC aquathermique, qui fonctionne en commun avec un plancher chauffant hydraulique :

Schéma d’implantation d’une pompe à chaleur aquathermique, sur plancher chauffant hydraulique.

Comme pour une PAC géothermique, on comprend que la pose d’un tel modèle de PAC sera de préférence réalisée sur un logement neuf, car très difficile à implanter en rénovation.

Si vous souhaitez vous informer sur le prix des différents types de pompes à chaleur, veuillez suivre ce lien. Quoi qu’il en soit, n’oubliez pas que la pose d’une pompe à chaleur doit absolument être confiée à un professionnel.