Découvrez le principe de fonctionnement d’une PAC Air/Eau
Comprenez le fonctionnement d’une PAC air/eau
Dans notre exemple précédent, nous avons étudié le fonctionnement d’une pompe à chaleur air/air. Nous avons vu que les échanges de calories se faisaient exclusivement via des échangeurs en contact direct avec l’air, à savoir :
Un échangeur situé dans le groupe extérieur, échangeant directement avec l’air extérieur.
Un échangeur situé dans l’unité intérieure, à l’intérieur du volume à traiter.
Le principe de fonctionnement d’une pompe à chaleur air/eau est similaire, à une différence près : un échange de calories a lieu avec de l’eau à un moment donné.
Pourquoi cet échange avec de l’eau ?
Bonne question ! L'échange avec de l'eau permet de chauffer cette eau ou de la refroidir, selon le mode choisi.
Mais comment cela fonctionne-t-il ?
Voyons cela de plus près :
Le groupe extérieur est équipé de composants identiques à ceux d’une pompe à chaleur air/air :
Le compresseur
La vanne 4 voies
Un échangeur
Un ventilateur
Le détendeur.
Cependant, l’unité intérieure diffère puisqu’elle comporte :
Un échangeur à plaques,
Des équipements hydrauliques.
Découvrez les composants de l’unité intérieure
Avant d’aborder le fonctionnement de l’échange thermique au sein du module hydraulique, j’aimerais vous présenter d’abord ses principaux composants hydrauliques :
l’échangeur à plaque,
le vase d’expansion (réservoir d’expansion),
la résistance électrique,
la pompe de circulation.
L’échangeur à plaque
Un échangeur à plaques est un dispositif thermique utilisé dans les modules hydrauliques des pompes à chaleur pour transférer la chaleur entre deux fluides sans qu'ils se mélangent.
Composé de plusieurs plaques métalliques minces (généralement en acier inoxydable) empilées avec des canaux pour permettre la circulation des fluides.
Les plaques sont pressées ensemble avec un joint ou brasées pour assurer l’étanchéité.
Un fluide chaud (issu du circuit de la PAC) transfère son énergie thermique à un fluide plus froid (circuit de chauffage, ECS...) par conduction thermique à travers les plaques.
Voici une vidéo explicative pour mieux en comprendre le principe :
Le réservoir d’expansion
Le réservoir d'expansion, ou vase d'expansion, joue un rôle essentiel dans le module hydraulique d’une pompe à chaleur (PAC) en compensant les variations de volume de l’eau dues aux changements de température.
Fonction principale :
Lorsque l'eau chauffe, son volume augmente.
À l’inverse, lorsque l’eau refroidit, son volume diminue, et le vase d’expansion permet de maintenir une pression suffisante dans le circuit.
En résumé, le réservoir d’expansion assure la stabilité du circuit hydraulique en absorbant les variations de volume d’eau liées aux cycles de fonctionnement de la PAC.
La résistance électrique
La résistance électrique du module hydraulique est un élément de secours, conçu pour garantir la continuité du chauffage lorsque la PAC ne peut pas assurer seule la puissance nécessaire. Toutefois, son utilisation doit rester ponctuelle, car elle est bien moins efficiente qu’une pompe à chaleur.
La pompe de circulation
La pompe de circulation du module hydraulique d’une pompe à chaleur (PAC) a pour rôle d’assurer la bonne circulation du fluide caloporteur (eau ou mélange eau-glycol) dans le circuit de chauffage.
La pompe fait circuler l’eau entre le module hydraulique et les émetteurs de chaleur (radiateurs, plancher chauffant, ventilo-convecteurs…).
Cela permet d’acheminer efficacement l’énergie thermique produite par la PAC vers les zones à chauffer.
Découvrez les étapes du cycle frigorifique
Comme ce que nous avons fait pour la PAC air/air, analysons le fonctionnement et le circuit frigorifique, d’une installation air/eau à travers un exemple concret.
1ère étape du cycle frigorifique – La compression
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Le fluide frigorigène est compressé, ce qui le porte à une haute pression et une haute température. |
À ce stade, il est à l’état gazeux. |
Passage dans la vanne 4 voies :
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Le fluide passe dans la vanne 4 voies, qui le redirige vers l’échangeur de l'unité intérieure (le module hydraulique). |
Le fluide reste à haute pression et haute température, toujours à l’état gazeux. |
2ème étape du cycle frigorifique – La condensation
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Le fluide chaud circule dans l’échangeur du module hydraulique. Cet échangeur est alors en contact avec de l’eau « froide ». Le fluide chaude cède alors ses calories à l’eau froide du module hydraulique. L’eau du module hydraulique chauffe, tandis que le fluide frigorigène lui, condense. |
À la sortie de l'échangeur, le fluide est entièrement à l’état liquide, avec une diminution de sa température, tout en restant à haute pression. |
3ème étape du cycle frigorifique – La détente
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Le fluide frigorigène quitte l'échangeur en direction du détendeur. Il le traverse, et subit alors une chute brutale de pression. Cette baisse entraîne également une diminution de sa température. |
Le fluide est alors composé de 80 % de gaz et 20 % de liquide, en basse pression et basse température. |
4ème étape du cycle frigorifique – L’évaporation
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Le fluide circule ensuite dans l’échangeur de l’unité extérieure. L’air extérieur, plus chaud que le fluide, cède à son tour des calories au fluide frigorigène. |
Le fluide frigorigène augmente de température, s’évapore et revient entièrement à l’état gazeux. Il est alors à basse pression, avec une augmentation de sa température. |
Le fluide frigorigène retrouve ainsi ses propriétés physiques et chimiques initiales, lui permettant de recommencer un nouveau cycle frigorifique.
Quel est l'objectif du chauffage de cette eau ?
L'eau chauffée dans le module hydraulique circule ensuite vers les émetteurs de chaleur, tels que les radiateurs, qui diffusent cette chaleur dans les pièces où ils sont installés. C’est ainsi que le chauffage des habitations est assuré.
Comprenez le fonctionnement de la production d’eau chaude sanitaire et le rôle de la vanne 3 voies
La production d’eau chaude sanitaire avec un module hydraulique
Un module hydraulique ne se limite pas uniquement au chauffage d’un bâtiment ; il peut également assurer la production d’eau chaude sanitaire (ECS).
Dans ce cas, son fonctionnement est similaire à un module de chauffage, à une différence près : il intègre un ballon de stockage ECS.
Ce ballon est alimenté en eau froide, qui est ensuite chauffée par l’intermédiaire du circuit de chauffage. L’eau est portée à la température souhaitée et maintenue à ce niveau pour répondre aux besoins en eau chaude sanitaire.
Chauffage du ballon ECS : le rôle de la vanne 3 voies
Le chauffage de l’eau sanitaire est assuré par une vanne 3 voies motorisée, qui permet de gérer la circulation de l’eau en fonction des besoins.
Quel est son fonctionnement ?
Comme son nom l’indique, cette vanne dispose de trois orifices :
Orifice d’entrée : reçoit l’eau chaude en sortie de l’échangeur à plaques du module hydraulique.
Orifice de sortie vers le ballon ECS : dirige l’eau chaude dans un circuit dédié au chauffage du ballon.
Orifice de sortie vers le circuit de chauffage : envoie l’eau chaude vers les émetteurs de chaleur (radiateurs, plancher chauffant, etc.).
Dans ce type d’installation, la vanne 3 voies donne toujours la priorité à la production d’ECS.
Lorsqu’il y a une demande en eau chaude sanitaire (exemple : utilisation d’une douche), la vanne oriente l’eau chaude en priorité vers le ballon ECS pour assurer la montée en température de l’eau sanitaire.
Une fois la demande satisfaite et le ballon remonté à la température programmée, la vanne redirige l’eau chaude vers le circuit de chauffage pour alimenter les émetteurs thermiques.
Et en été, lorsqu’il n’y a pas de chauffage ?
Bonne question ! Après une douche par exemple, la PAC produit l’eau chaude et une fois que l'eau est en température, la PAC s’arrête. Ainsi, la vanne 3 voies assure une gestion intelligente de l’énergie, optimisant à la fois le confort thermique du bâtiment et la disponibilité en eau chaude sanitaire.
Décryptez une fiche technique
En résumé
La PAC air/eau chauffe via un échange entre le fluide frigorigène et l’eau du module hydraulique.
Les composants clés de la PAC air/eau sont l’échangeur à plaques, la vase d’expansion, la résistance électrique, la pompe de circulation.
Le cycle frigorifique se fait en 4 étapes : compression, condensation (avec l’eau), détente, évaporation (avec l’air extérieur).
La chaleur est diffusée via les émetteurs (radiateurs, planchers chauffants) alimentés par l’eau chauffée.
La production d’eau chaude sanitaire est gérée avec une vanne 3 voies qui donne la priorité au ballon ECS.
Vous êtes désormais presque un spécialiste des PAC ! Voyons dans le dernier chapitre de cette partie, les dernières spécificités des PAC air/air et Air/Eau à connaître.
