La pompe à chaleur (PAC) est un système économique qui permet de chauffer une habitation ou un bâtiment. Cette machine utilise en grande partie une énergie renouvelable, qu’elle puise dans l’air, l’eau ou le sol de son environnement immédiat.
La PAC est idéalement combinée avec d’autres appareils de chauffage, comme des radiateurs à basse température ou un chauffage par le sol. Ce type de dispositif est généralement choisi dans les nouvelles constructions ou les opérations de rénovation énergétique.
Il existe différents types de pompes à chaleur, chacune présentant un certain nombre d’avantages et d’inconvénients. Cet article explique le fonctionnement d’une PAC, les différentes catégories existantes, les atouts et les faiblesses d’un tel système, ainsi que la manière de l’installer.
Comment fonctionne une pompe à chaleur ?
La pompe à chaleur utilise l’énergie renouvelable et gratuite, issue de la nature, pour réchauffer l’habitation ou l’eau sanitaire. Ce système permet de réaliser des économies sur les factures de chauffage, tout en préservant les ressources naturelles d’énergie.
Le fonctionnement d’une PAC consiste à retirer de la chaleur à des sources naturelles telles que la terre, l’air ou la nappe phréatique. Cette énergie peut ensuite être employée dans le réchauffement de l’eau sanitaire de la maison, ou de l’eau utilisée dans les circuits du chauffage central.
Une pompe à chaleur est composée de plusieurs éléments dont :
- Un compresseur, qui fait monter la température en exerçant une pression de gaz, pour chauffer l’habitation,
- Deux échangeurs de chaleur et une pompe électrique, qui permettent de transférer la chaleur générée par le compresseur, vers le système de chauffage de la maison,
- Une tuyauterie remplie d’un liquide spécifique.
Le cycle de l’échauffement passe par le cycle suivant :
- Un fluide frigorigène stocké dans un évaporateur reçoit la chaleur captée et se transforme en gaz en se réchauffant,
- Le compresseur aspire ce gaz et le comprime sous haute pression, jusqu’à atteindre une très haute température,
- Le gaz transmet une partie de sa chaleur au circuit de chauffage, grâce au condenseur, et il est ensuite condensé pour redevenir liquide,
- Enfin, la température dans le liquide frigorigène baisse, sous l’effet d’une chute de la pression, et le cycle recommence.
La performance d’une PAC est mesurée par un coefficient de performance (COP), qui exprime le rapport entre la chaleur fournie par la pompe à chaleur et l’électricité consommée pour transférer cette énergie vers le bâtiment. La pompe est d’autant plus efficace que son COP est élevé.
Les types de pompes à chaleur
Il existe divers systèmes de PAC, qui se différencient par leurs prix, leurs avantages, leur fonctionnement, et la manière de les installer. Les pompes à chaleur sont dites aérothermiques quand elles puisent leur énergie dans l’air, et géothermiques quand elles utilisent le sol ou la nappe phréatique.
Il faut noter que les pompes à chaleur géothermiques sont plus efficaces que les systèmes aérothermiques, mais elles coûtent plus cher, et nécessitent des travaux complexes pour les installer. La solution la plus adaptée doit être choisie en fonction du budget, de l’espace à disposition et du besoin en rendement énergétique.
La pompe à chaleur air-eau
Ce système aérothermique est constitué de deux unités reliées entre elles, une à l’intérieur et l’autre à l’extérieur du bâtiment. L’unité extérieure peut être posée au sol, sur un mur ou sur un toit, son rôle est d’aspirer l’air environnant.
La pompe à chaleur air-eau fonctionne en chauffant l’eau dans le condenseur, et en la renvoyant vers le système de chauffage, (radiateurs ou chauffage au sol).
Ce type de PAC présente des performances basses, à cause de la constante variation de la température de l’air extérieur. Le rendement de ce système est encore moins important durant les périodes froides, tout en consommant plus d’énergie électrique.
La pompe à chaleur air-air
La PAC air-air fait partie des systèmes aérothermiques. Elle utilise l’air extérieur pour fournir l’énergie, elle ne produit pas de l’eau chaude, mais de l’air chaud, qui est propulsé à travers un réseau de bouches. Ce système est réversible, car l’air peut aussi être froid, il est le plus facile à installer, et également le moins cher.
Comme tous les systèmes aérothermiques, la pompe à chaleur air-air est moins performante par temps très froid, et elle consomme plus d’électricité que d’autres dispositifs, ce qui la rend inéligible à la prime énergie.
La pompe à chaleur sol-eau
La PAC sol-eau est un système géothermique, qui présente un meilleur rendement, grâce à la température du sol, qui est constante et positive, même en périodes de grand froid. Cette pompe à chaleur capte la chaleur du sol au moyen d’un système souterrain installé dans le jardin de l’habitation.
La mise en œuvre d’un système de captage horizontal est très simple, il faut juste lui réserver une surface importante. Si la maison ne dispose pas d’assez d’espace, il est possible de choisir une solution de captage vertical, avec de meilleures performances, mais une installation plus coûteuse.
La pompe à chaleur eau-eau
La PAC eau-eau utilise la nappe phréatique pour produire l’énergie, au moyen du forage de deux puits verticaux, un pour capter l’eau et l’autre pour la rejeter. Ce système géothermique est de loin le plus performant, car la température de l’eau souterraine est constamment à 10° C environ.
L’inconvénient majeur de la pompe eau-eau est son prix, puisque son installation nécessite le forage de deux puits.
La pompe à chaleur hybride
Il est possible de combiner une pompe à chaleur air-eau avec une chaudière à condensation au gaz, pour obtenir un système hybride. Cette solution est particulièrement intéressante dans le cadre d’une rénovation, en remplacement d’une vieille chaudière à gaz. Les PAC hybrides sont généralement compatibles avec la tuyauterie existante, ce qui facilite l’installation de pompe à chaleur.
Cette pompe permet d’avoir un rendement de chauffage constant tout au long de l’année, car la chaudière à gaz prend le relais lorsque la température extérieure est très basse.
Avantages de la pompe à chaleur
La popularité des pompes à chaleur est justifiée par les nombreux atouts qu’elles présentent.
La pompe à chaleur est adaptée aussi bien en nouvelle construction qu’en rénovation
Dans le cadre d’une rénovation, les PAC peuvent être raccordées directement à l’installation déjà existante, pour produire l’eau chaude du circuit de chauffage, à part la pompe à chaleur air-eau. Il faut tout de même noter que la pompe à chaleur air-eau est la meilleure solution pour une rénovation. Pour augmenter les performances, il est préférable de combiner la pompe à chaleur avec des radiateurs basse température ou un chauffage au sol.
La pompe à chaleur est également une solution économique et performante pour les nouvelles constructions, qui présentent généralement une bonne isolation. Dans ce cadre, il est possible d’installer une PAC géothermique en même temps que les travaux de construction.
La pompe à chaleur est une solution multi usages
Il est possible d’utiliser une pompe à chaleur comme système de chauffage central, pour l’eau chaude sanitaire, ou pour chauffer l’eau de piscine. Certains petits modèles peuvent être installés pour fournir uniquement l’eau chaude sanitaire.
Certaines pompes à chaleur aérothermiques réversibles peuvent également être employées pour la climatisation en été, notamment les PAC air-air et quelques modèles air-eau. Il est cependant essentiel de prendre en compte le fait que les PAC réversibles ne permettent pas de bénéficier des primes-énergie.
La plupart des pompes à chaleur sont éligibles aux primes-énergie
A part la pompe à chaleur air-air et hybride, les autres systèmes donnent droit aux primes-énergie offertes par les autorités régionales, et permettent de récupérer une partie de l’investissement lié aux travaux d’installation.
Par ailleurs, les logements âgés de plus de 10 ans sont éligibles au taux de TVA réduit à 6%, dans le cadre de travaux de rénovation.
Une énergie gratuite, propre, écologique et renouvelable
Une pompe à chaleur puise jusqu’à 80% de son énergie dans son environnement direct, à savoir l’air, l’eau et le sol. Cette énergie naturelle est complètement gratuite et écologique.
La partie d’électricité consommée par la pompe à chaleur peut également être produite écologiquement en installant des panneaux photovoltaïques.
Inconvénients d’une pompe à chaleur
La pompe à chaleur nécessite un budget important
Une PAC représente un investissement conséquent, et notamment pour les systèmes géothermiques, dont l’installation nécessite la réalisation de travaux importants.
Il faut environ une dizaine d’années pour amortir cet investissement, et commencer à réaliser des économies d’énergie.
Il faut bien isoler le bâtiment avant d’installer une pompe à chaleur
Il est nécessaire d’effectuer une bonne isolation du bâtiment, afin d’obtenir les meilleures performances possibles d’une pompe à chaleur. Plus les déperditions de chaleur sont importantes, et plus la PAC consomme de l’énergie électrique, pour maintenir la température à un niveau constant.
Il est tout de même important de noter que la pompe à chaleur est l’une des meilleures options de chauffage pour les bâtiments bien isolés.
Les systèmes aérothermiques ne sont pas suffisamment performants en hiver
Les pompes à chaleur aérothermiques qui puisent l’énergie dans l’air extérieur ne sont pas toujours aussi performantes quand l’air est trop froid. En dessous de 7° C, le coefficient de performance baisse d’une manière considérable, et la pompe consomme plus d’électricité.
Cet inconvénient peut être évité en installant un chauffage d’appoint pour l’hiver, ou en optant pour une PAC hybride ou géothermique. Cette dernière nécessite un investissement important, mais procure une chaleur constante, ainsi qu’un rendement efficace tout au long de l’année.
Certaines pompes à chaleur produisent des nuisances sonores
Les pompes à chaleur aérothermiques, qui nécessitent l’installation d’une unité extérieure, peuvent être à l’origine de nuisances sonores. Il est alors important d’installer ce dispositif à un endroit adéquat, afin d’éviter ce désagrément.