Découvrez le principe de fonctionnement d’une PAC Air/Air
Prenons l’exemple d’une pompe à chaleur air/air pour identifier les éléments qui constituent le circuit frigorifique.
Identifiez les composants d’une PAC air/air
Voici le fonctionnement simplifié d’une pompe à chaleur air/air de type monosplit, présentée ici en mode chauffage.
On distingue ici deux “blocs” :
L’un placé à l’extérieur, appelé unité extérieure,
L’autre placé à l’intérieur, appelé unité intérieure.
L’association de ces deux unités forme l’ensemble de la pompe à chaleur.
Qu’est-ce que le PAC monosplit ?
Faisons à présent un zoom sur ce qu’il se passe dans l’unité intérieure, nous verrons ensuite l’unité extérieure.
L’unité intérieure
Dans l’unité intérieure, on retrouve :
Un échangeur,
Un ventilateur.
Pour voir tout ça de manière plus concrète, je vous propose une présentation en vidéo :
L’unité extérieure
Dans l’unité extérieure, on retrouve les principaux éléments du schéma précédent, à savoir :
Le compresseur,
La vanne 4 voies,
Un échangeur,
Un ventilateur,
Le détendeur.
Et voici une explication en vidéo pour plus concret :
Ok, j’ai à présent identifié les éléments du circuit. Mais comment cela fonctionne concrètement ?
Excellente question ! Le circuit frigorifique est le support dans lequel circule le fluide frigorigène. Et on parle de cycle frigorifique pour définir le processus de transfert de chaleur. Ce cycle repose sur quatre étapes clés, qui permettent au fluide de capter et de restituer la chaleur tout en changeant d’état.
Imaginons que l’unité intérieure soit installée dans le salon de votre client. Voyons cela en détail !
Découvrez les étapes du cycle frigorifique
1ère étape du cycle frigorifique – La compression
Le réseau frigorifique fonctionne en circuit fermé, permettant au fluide frigorigène de circuler en continu à travers les différents composants du système. Ce circuit comprend une entrée et une sortie au niveau du compresseur. L’entrée du fluide dans le compresseur est techniquement appelée « aspiration du compresseur », tandis que la sortie est désignée sous le terme de « refoulement du compresseur ».
Entrée du fluide dans le compresseur | Sortie du fluide depuis le compresseur |
« Aspiration du compresseur » | « Refoulement du compresseur » |
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Le compresseur, “par dépressions”, aspire le fluide frigorigène, qui est alors à l’état gazeux. | Le fluide frigorigène est “comprimé, il ressort “ en haute pression, à haute température, et reste à l’état gazeux. |
Cette compression entraîne :
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Le mode de fonctionnement du passage dans la vanne 4 voies
En sortie du compresseur, le fluide frigorigène rencontre la vanne 4 voies. Elle joue un rôle clé en modifiant le sens de circulation du fluide, ce qui détermine le mode de fonctionnement de l’installation (mode chaud ou mode froid).
La vanne 4 voies est alimentée par les réseaux d’aspiration et de refoulement du compresseur, ainsi que par deux échangeurs (intérieur et extérieur). En fonction du mode sélectionné, elle ajuste la circulation du fluide en s’ouvrant et se fermant de manière à diriger celui-ci vers l’échangeur approprié.
En mode chauffage (mode chaud) | En mode climatisation (mode froid) |
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Le fluide frigorigène en sortie du compresseur est dirigé vers l’échangeur situé à l’intérieur. | Le fluide frigorigène passe dans la vanne 4 voies, qui le redirige vers l’échangeur du groupe extérieur. |
Le fluide est toujours chaud, à l’état gazeux, et en haute pression. | Le fluide reste à haute pression et haute température, toujours à l’état gazeux. |
2ème étape du cycle frigorifique – La condensation
En mode chauffage (mode chaud) | En mode climatisation (mode froid) |
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Le fluide frigorigène chaud arrive dans l’unité intérieure, où un ventilateur intégré permet un échange thermique entre l’air ambiant (plus frais) du salon et l’échangeur de l’unité intérieure, à travers lequel circule le fluide chaud. | Le fluide chaud circule dans l’échangeur du groupe extérieur. L’air ambiant “extérieur”, plus frais que le fluide, absorbe les calories du fluide, ce qui provoque la condensation du fluide frigorigène. |
Un échange thermique s’opère : le fluide chaud cède ses calories à l’air ambiant plus frais, provoquant les effets suivants :
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Le fluide frigorigène, toujours sous haute pression, entre en contact avec l’air frais via l’échangeur. Ce contact entraîne une diminution de sa température, provoquant sa condensation. Cela signifie qu’en sortie de l’unité intérieure, le fluide frigorigène se trouve désormais à l’état liquide. | À la sortie, le fluide est entièrement à l’état liquide tout en restant à haute pression. |
3ème étape du cycle frigorifique – La détente
En mode chauffage (mode chaud) | En mode climatisation (mode froid) |
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Le fluide frigorigène poursuit son chemin et retourne vers le groupe extérieur. À son entrée dans le groupe extérieur, il passe par le détendeur. | Le fluide frigorigène traverse le détendeur, où il subit une légère chute de pression. |
Le détendeur réduit brutalement la pression du fluide frigorigène, entraînant deux conséquences majeures :
| Cette baisse de pression entraîne également une diminution de sa température. Le fluide est alors composé de 80 % de liquide et 20 % de gaz, en basse pression et basse température. |
Le cycle n’est pas encore terminé. Pour que le compresseur fonctionne correctement, il doit aspirer un fluide entièrement à l’état gazeux.
En effet, si le fluide frigorigène revient sous forme liquide au compresseur, il risque d’entraîner une perte d’huile, ce qui entraînera un défaut de lubrification et pourra endommager le compresseur. Il est donc essentiel de transformer les 80 % de fluide frigorigène liquide restants en vapeur avant son admission dans le compresseur.
Pour cela, le fluide se dirige vers le second échangeur de l’installation ! Et il se transforme à l’état gazeux dans notre 4ème et dernière étape.
4ème étape du cycle frigorifique – L’évaporation
En mode chauffage (mode chaud) | En mode climatisation (mode froid) |
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En sortie du détendeur, le fluide frigorigène est très froid (température négative) et poursuit son chemin en direction de l’échangeur. Le ventilateur du groupe extérieur force l’air extérieur à circuler sur l’échangeur. | Le fluide circule ensuite dans l’échangeur de l’unité intérieure. L’air chaud du salon passe au contact de la batterie, permettant au fluide de capter les calories de l’air ambiant. |
Étant donné que l’air extérieur est plus chaud que le fluide frigorigène, un transfert thermique s’opère. Le fluide frigorigène, plus froid, circule à l’intérieur de l’échangeur et se réchauffe grâce aux calories cédées par l’air extérieur. | |
Processus d’échange thermique Cet échange thermique permet au fluide frigorigène de gagner en température sans modifier sa pression. Lorsque le fluide se réchauffe sans changement de pression, “il s’évapore” il passe de l’état liquide/gazeux à 100 % à l’état gazeux. | Ce processus refroidit l’air du salon tandis que le fluide augmente en température, s’évapore, et revient entièrement à l’état gazeux. |
En sortie de l’échangeur, le fluide frigorigène :
| Le fluide est alors à basse pression, avec une augmentation de sa température. |
À ce stade, le fluide a récupéré ses propriétés physiques et chimiques initiales, lui permettant de recommencer un nouveau cycle frigorifique.
Décryptez une fiche technique
En résumé
Une PAC air/air comprend deux unités : une extérieure (compresseur, vanne 4 voies, échangeur, ventilateur, détendeur) et une intérieure (échangeur, ventilateur).
Le cycle frigorifique se fait en 4 étapes : compression, condensation, détente, évaporation.
En compression, le fluide gazeux est comprimé : il devient chaud et sous haute pression.
En condensation, le fluide cède sa chaleur et devient liquide.
En détente, sa pression et sa température chutent brutalement.
En évaporation, le fluide capte des calories et redevient entièrement gazeux.
Découvrez dans le chapitre suivant le principe de fonctionnement d’une PAC air/eau.
