Découvrez les particularités techniques des pompes à chaleur Air/Air et Air/Eau
Comprenez les spécificités du fonctionnement du cycle thermodynamique
Vous l’avez vu, la pompe à chaleur (PAC) repose sur un cycle thermodynamique. Celui-ci est un petit peu plus complexe que ce que je vous ai expliqué : il engendre des particularités de fonctionnement essentielles à connaître. Une méconnaissance de ces éléments peut compromettre considérablement son efficacité.
Voyons donc dans ce chapitre, les spécificités.
1. Le cycle de dégivrage
L’une des spécificités des pompes à chaleur réside dans le cycle de dégivrage. En hiver, il n’est pas rare d’observer la formation de glace sur le groupe extérieur. Ce phénomène est normal.
Lorsque la PAC est en mode chauffage, le fluide frigorigène chaud est acheminé vers l’unité intérieure pour chauffer l’espace. Une fois ce transfert effectué, le fluide revient vers le groupe extérieur à une température souvent négative.
En contact avec l’air extérieur (proche de 0 °C ou en dessous), un phénomène de condensation se produit sur l’échangeur du groupe extérieur. Les températures extérieures étant froides, l’eau formée gèle au contact de la surface froide, créant un bloc de glace.
Bien que ce processus fasse partie du fonctionnement “normal” de la PAC, il peut entraîner des dysfonctionnements. La glace formée sur l’échangeur extérieur empêche l’échange thermique entre l’air et le fluide frigorigène, rendant indispensable le cycle de dégivrage.
Quel est le processus de dégivrage ?
Le dégivrage est assuré par la vanne 4 voies. Lorsque la couche de glace devient trop importante et empêche le bon fonctionnement de la PAC, le système initie un cycle de dégivrage.
Durant ce cycle, le fluide frigorigène chaud est dirigé vers le groupe extérieur (comme en mode climatisation), le fluide est tellement chaud qu’il fait fondre la glace presque instantanément. Une fois la glace totalement fondue, le cycle normal de chauffage reprend.
Notez que ce cycle de dégivrage comporte quelques conséquences :
Formation de glace au sol
Lors du dégivrage, l’eau issue de la fonte de la glace s’écoule sur le sol. Par températures négatives, cette eau peut se transformer en glace, créant une “patinoire” autour de la PAC. Si l’appareil est situé dans une zone de passage, cela représente un risque important de glissades ou de chutes.
Impact économique
Le cycle de dégivrage consomme de l’énergie pour chauffer le groupe extérieur au lieu de chauffer l’intérieur du bâtiment. Cela entraîne une baisse des performances énergétiques et une augmentation des coûts de fonctionnement.
Est-il possible de limiter ces effets indésirables du dégivrage ?
Absolument ! Il existe plusieurs moyens d'atténuer ces inconvénients, en voici quelques-uns :
Un dimensionnement approprié
Le dimensionnement correct de la PAC est important. Il s’agit du processus qui consiste à déterminer la puissance optimale de la pompe à chaleur nécessaire pour répondre aux besoins de chauffage ou de refroidissement d'une maison, tout en assurant son efficacité énergétique et son bon fonctionnement.
Une PAC sous-dimensionnée fonctionne à haut régime, ne dispose pas d’assez de fluide frigorigène, ni d’une surface d’échange suffisante, ce qui augmente les risques de givre.
Une PAC sur-dimensionnée engendre des cycles courts et fréquents, provoquant une usure prématurée du compresseur et une consommation énergétique accrue.
Choix de l’emplacement
L’emplacement du groupe extérieur joue un rôle clé. Privilégiez une zone bien ventilée, à l’abri de l’humidité excessive et bénéficiant d’une bonne exposition. Cela réduira les risques de condensation et de formation de glace.
2. La condensation
3. Bruit émis par l’appareil
L’installation d’une pompe à chaleur implique la mise en place d’une unité extérieure, qui contient les principaux composants nécessaires à son fonctionnement.
Cette unité en fonctionnement génère du bruit, ce qui peut être une source de nuisance, notamment en milieu résidentiel. Il est donc essentiel de consulter la fiche technique de l’appareil afin de vérifier son niveau sonore et privilégier un modèle à faible émission acoustique, surtout en cas de voisinage proche.
De plus, l’emplacement de l’unité extérieure doit être soigneusement étudié, car son positionnement peut amplifier les nuisances sonores en fonction de la configuration du site et de la réverbération du bruit sur les surfaces environnantes.
4. L'électricité
La pompe à chaleur nécessite une alimentation électrique pour fonctionner. L’électricité permet d’alimenter les différents dispositifs de régulation, tels que le moteur de vanne 4 voies, le détendeur et le moteur du ventilateur, dont la consommation énergétique reste relativement faible.
En revanche, le compresseur, élément central du système, requiert une quantité significative d’énergie. Il est donc essentiel de vérifier, pour chaque appareil, les caractéristiques électriques requises, notamment la tension d’alimentation ainsi que l’intensité de fonctionnement, en prenant en compte les valeurs nominales et maximales.
5. Les régimes de températures des pompes à chaleur air/eau
L’une des principales caractéristiques permettant de définir la pompe à chaleur adaptée à l’habitation réside dans le régime de température pour laquelle elle doit fonctionner.
Lorsque votre client souhaite changer son mode de production de chauffage, il faudra :
vous renseigner sur le régime de températures,
le type d’émetteur de chauffage de l’habitation.
6. Les fluides frigorigènes et leur impact environnemental
Dans le fonctionnement d’un système thermodynamique, la présence d’un fluide frigorigène est essentielle, comme nous l’avons évoqué en début de chapitre. Toutefois, ces fluides présentent une contrainte majeure : leur impact environnemental.
L’utilisation d’une pompe à chaleur est souvent considérée comme une solution écologique, car elle fonctionne à l’électricité et permet de convertir une faible quantité d’énergie en une quantité de chaleur bien supérieure grâce aux propriétés thermodynamiques du fluide frigorigène. Cependant, bien que ce fluide ne présente aucun danger lorsqu’il circule en circuit fermé, il devient extrêmement nocif s’il est libéré dans l’atmosphère.
Une fuite au sein du système, une mauvaise manipulation lors de l’installation ou un entretien défectueux peuvent entraîner le rejet du fluide frigorigène dans l’air, générant ainsi une quantité importante de gaz à effet de serre.
Pour quantifier cet impact, le GIEC (Groupe d'Experts Intergouvernemental sur l'Évolution du Climat) a mis en place l’indicateur GWP (Global Warming Potential), ou PRG (Pouvoir de Réchauffement Global) en français.
Le GWP permet d’évaluer et de comparer l’effet des différents gaz à effet de serre sur le réchauffement climatique par rapport au dioxyde de carbone (CO₂) sur une période donnée. Concrètement, cela signifie que chaque fluide frigorigène est exprimé en tonnes équivalent CO₂ (tCO₂e) afin de mesurer son impact.
Par exemple, les fluides les plus fréquemment utilisés dans les équipements résidentiels sont :
Le R-410A, avec un GWP de 2 088, ce qui signifie que 1 kg de R-410A rejeté équivaut à 2 088 kg de CO₂.
Le R-32, avec un GWP de 675, soit un impact environ trois fois moindre que le R-410A.
Pour mieux illustrer cette valeur, 2 088 kg de CO₂ correspondent aux émissions générées par un vol aller-retour Paris - New York en classe économique (estimées entre 1 500 et 2 000 kg de CO₂ par passager).
Retenez les avantages et inconvénients de la pompe à chaleur
Avantages | Inconvénients |
Economies d’énergie : - Le principal avantage d’une pompe à chaleur est sa bonne performance énergétique, ce qui permet de chauffer ou de rafraîchir un logement à moindre coût. En effet, elle consomme peu d’énergie par rapport à la chaleur qu’elle restitue, ce qui la rend particulièrement efficace et économique. | Coût de mise en oeuvre : - Bien que son utilisation soit financièrement avantageuse sur le long terme, l’installation d’une pompe à chaleur représente un investissement initial important. En raison de son principe de fonctionnement relativement complexe, l’équipement est coûteux à l’achat. - De plus, sa mise en place requiert des compétences spécifiques. Pour une pompe à chaleur air/eau, le technicien doit maîtriser plusieurs domaines, tels que la réfrigération, le chauffage, la plomberie et l’électricité. Cette expertise multidisciplinaire justifie un coût de main-d'œuvre élevé. Ainsi, le cumul du prix du matériel et du coût de l’installation en fait une solution onéreuse à l’acquisition. |
Réduction de l’empreinte carbone : - Grâce à ses performances énergétiques et à sa capacité à restituer plus d’énergie qu’elle n’en consomme, la pompe à chaleur contribue à une réduction de la consommation d’énergie primaire. Cela permet à ses utilisateurs de diminuer leur impact environnemental et leur empreinte carbone. | Bruit émis par l’appareil : - Le niveau sonore de l’appareil constitue un paramètre à considérer lors du choix de l’implantation de l’unité intérieure. Son installation peut ainsi impacter la complexité globale du projet et, par conséquent, entraîner une augmentation des coûts d’installation. |
Polyvalence (chauffage et refroidissement) : - La pompe à chaleur est un système réversible, capable de produire du chauffage en hiver et de la climatisation en été. Elle peut également être utilisée pour la production d’eau chaude sanitaire. - Grâce à cette polyvalence, elle constitue une solution multifonction adaptée aux différents besoins des utilisateurs. | Consommation électrique : - La consommation électrique de l’appareil peut entraîner une modification de l’abonnement du client auprès de son fournisseur d’électricité. Si une augmentation de puissance s’avère nécessaire, le client devra souscrire un abonnement plus coûteux que son contrat initial. |
Modification esthétique de l’habitat : - Certaines habitations peuvent être situées dans une zone protégée, notamment sous l’autorité des Architectes des Bâtiments de France (ABF) ou d’autres réglementations locales. - L’installation d’une unité extérieure de pompe à chaleur modifiant l’aspect esthétique du bâtiment, il est donc recommandé de déposer une déclaration préalable de travaux auprès de la mairie. - En l’absence de cette démarche, et en cas de non-conformité à la législation en vigueur, vous pourriez être contraint de procéder à une mise en conformité, voire au retrait complet de l’installation. De plus, des sanctions financières, telles qu’une amende, peuvent être appliquées. |
En résumé
Intégrez le cycle de dégivrage comme une phase normale mais énergivore à limiter par un bon dimensionnement.
Prévoyez une évacuation adaptée des condensats en mode rafraîchissement (gravité ou pompe).
Choisissez un emplacement adapté pour limiter le bruit de l’unité extérieure.
Vérifiez les besoins électriques et l’impact sur l’abonnement du client.
Gérez les fluides frigorigènes avec précaution pour limiter leur impact environnemental.
Félicitations, vous avez terminé cette seconde partie dédiée à la PAC. Continuez votre découverte de la CVC dans la troisième partie ! Nous allons y aborder les émetteurs et des régimes de chaleur. Mais d'abord, testez vos connaissances avec le quiz !
