Le fonctionnement d'une pompe à chaleur - le chauffage expliqué simplement
Dans un monde où la longévité et l'efficacité énergétique sont de plus en plus importantes, il est essentiel de comprendre les technologies qui nous aident à faire un pas de plus vers un avenir plus vert. La pompe à chaleur fait partie de ces technologies de chauffage modernes. Mais comment fonctionne-t-elle en réalité ? Comment une pompe à chaleur aérothermique parvient-elle à transformer l'air ambiant en chaleur naturelle pour la maison ? Vous trouverez ici le principe de fonctionnement d'une pompe à chaleur, ses principaux composants et des détails sur son fonctionnement.
Comment l'air devient énergie :
La pompe à chaleur extrait l'énergie thermique de l'environnement - selon le type de pompe à chaleur, air, eau souterraine ou sol - en faisant passer un fluide frigorigène (sous forme liquide) dans un évaporateur. Le fluide frigorigène s'évapore à basse température et absorbe ainsi la chaleur de l'environnement.
Le fluide frigorigène évaporé est transféré de l'évaporateur au compresseur. La compression chauffe fortement le gaz et augmente la pression, ce qui augmente encore la température du fluide frigorigène.
Le gaz chaud comprimé passe ensuite par un condenseur, où il transmet son énergie thermique au système de chauffage (par exemple, chauffage au sol, radiateurs). Pendant ce processus, le fluide frigorigène se condense et retourne à l'état liquide.
Le fluide frigorigène refroidi et liquéfié passe finalement par un détendeur qui abaisse la pression du fluide frigorigène et le renvoie dans l'évaporateur pour recommencer le cycle.
Les principaux composants d'une pompe à chaleur
Une pompe à chaleur est composée de plusieurs éléments qui travaillent ensemble pour transférer l'énergie thermique d'un niveau de température inférieur à un niveau supérieur.
L'évaporateur est chargé d'absorber la chaleur de l'environnement. C'est là que le fluide frigorigène s'évapore à basse température et absorbe la chaleur.
Le compresseur est le cœur de la pompe à chaleur. Il augmente la pression et la température du fluide frigorigène évaporé en le comprimant. La température du fluide frigorigène augmente ainsi et optimise le transfert de chaleur.
Le condenseur est la partie de la pompe à chaleur dans laquelle le fluide frigorigène chaud et comprimé transmet sa chaleur au système de chauffage. C'est là que le fluide frigorigène se recondense sous forme liquide et transmet l'énergie thermique qu'il a absorbée au système de chauffage.
Le détendeur régule la pression du fluide frigorigène avant qu'il ne retourne dans l'évaporateur. Ensuite, le processus d'échange de chaleur recommence.
Le fluide frigorigène est la substance qui circule dans la pompe à chaleur et qui transfère la chaleur. Il change d'état, passant de l'état gazeux à l'état liquide et inversement, en fonction de la pression et de la température dans les différents composants de la pompe à chaleur.
GreenFOX : une technologie de pointe
La pompe à chaleur air-eau GreenFOX est fabriquée au siège de l'entreprise et sur le site de production en Autriche. Grâce à des technologies innovantes et à l'utilisation du fluide frigorigène R290, efficace et écologique, elle atteint des valeurs d'efficacité de pointe. Pour toujours plus de performance écologique, le chauffage optimise la consommation d'énergie grâce à la régulation intelligente GreenMode.
Il permet en outre un fonctionnement à faible émission de C02 tout au long de l'année, la régulation adaptant les besoins de chauffage aux périodes de chauffage les plus économiques & les plus écologiques.
Les fluides frigorigènes dans les pompes à chaleur aérothermiques : fonction et impact environnemental
Le fluide frigorigène d'une pompe à chaleur aérothermique est un fluide qui a la capacité d'absorber la chaleur à température froide et à basse pression et de la restituer à température et pression plus élevées. Il sert de vecteur à l'énergie produite dans le processus de chauffage.
À l'avenir, l'utilisation de fluides frigorigènes artificiels tels que les fluides frigorigènes HFWK ou PFAS, composés principalement de produits chimiques, sera limitée en raison de leur nocivité pour l'environnement lorsqu'ils sont installés dans des pompes à chaleur. À titre de comparaison, en cas de fuite d'un tel fluide frigorigène, l'impact d'un seul kilogramme de liquide est jusqu'à deux mille fois plus nocif que l'émission d'un kilogramme de CO2.
Le R290 (propane) gazeux est une alternative écologique aux réfrigérants synthétiques. Il a un faible GWP (Global Warming Potential) et est considéré comme l'avenir des fluides frigorigènes dans le domaine des pompes à chaleur. La pompe à chaleur GreenFOX utilise le réfrigérant naturel R290, qui permet en outre d'obtenir une température de départ plus élevée de 65 degrés, ce qui augmente considérablement le degré d'efficacité de la pompe à chaleur.
Les pompes à chaleur peuvent-elles aussi refroidir ?
Oui, la plupart des pompes à chaleur sont également capables de refroidir des bâtiments lorsque la température extérieure est élevée.
Les pompes à chaleur peuvent fonctionner en cycle inversé afin d'extraire la chaleur de l'intérieur d'un bâtiment et de le refroidir. Ce processus est appelé "fonctionnement inversé" ou "mode de refroidissement".
La capacité d'une pompe à chaleur à chauffer et à refroidir en fait une solution polyvalente pour la climatisation des bâtiments et permet d'assurer le confort tout au long de l'année, quelles que soient les conditions météorologiques. Le facteur décisif pour le refroidissement est le système hydraulique et l'installation appropriés de la pompe à chaleur.
Différents types de pompes à chaleur
Il existe différents types de pompes à chaleur, qui se distinguent principalement par leurs différentes sources de chaleur & modes de fonctionnement :
Les pompes à chaleur air-eau
extraient la chaleur de l'air et la transmettent via un échangeur de chaleur à l'eau de chauffage préparée qui circule dans le système de chauffage. Elles sont particulièrement adaptées aux régions où les hivers sont doux.
Les pompes à chaleur air-air
utilisent également l'air ambiant comme source de chaleur, mais la chaleur est directement transmise à l'air du bâtiment. Leur fonctionnement est similaire à celui des climatiseurs, mais elles peuvent également fonctionner en mode chauffage.
Les pompes à chaleur eau-eau
extraient la chaleur d'une source d'eau, comme un puits ou un lac, et la transfèrent au système de chauffage du bâtiment. Cette forme nécessite toutefois une source d'eau adaptée à proximité.
Pour les pompes à chaleur sol-eau
la chaleur est extraite du sol, soit par des sondes géothermiques, soit par des capteurs de surface, et transmise au système de chauffage du bâtiment. Elles offrent une source de chaleur constante mais nécessitent un entretien coûteux.
Pompes à chaleur sol-sol (pompes à chaleur géothermiques)
utilisent la température constante en profondeur sous la surface de la terre pour en extraire la chaleur. Elles sont très efficaces, mais nécessitent souvent des coûts d'installation et d'entretien plus élevés.
Comparaison des coûts:
Par rapport à une pompe à chaleur géothermique, les pompes à chaleur aérothermiques nécessitent généralement moins d'installation et d'entretien. L'installation d'une pompe à chaleur monobloc fonctionnant à l'air est en outre la solution la plus économique.
Monobloc vs. Splitbloc
Les pompes à chaleur monobloc et splitbloc sont deux types différents qui se distinguent par leur structure, leur fonctionnement et leur efficacité.
- Dans une pompe à chaleur monobloc, tous les composants importants, tels que l'évaporateur, le compresseur et le condenseur, sont réunis dans un seul boîtier.
- Le fluide frigorigène passe par l'évaporateur, le compresseur et le condenseur dans un circuit fermé à l'intérieur du boîtier.
- Les pompes à chaleur monobloc sont généralement compactes et faciles à installer.
- Elles conviennent bien aux petites installations et aux bâtiments résidentiels ayant des besoins modérés en chauffage et en refroidissement.
- Dans une pompe à chaleur split-block, l'unité d'évaporation (à l'intérieur) et l'unité de compression (à l'extérieur) sont placées dans deux blocs ou unités distincts.
- L'unité d'évaporation est installée à l'intérieur du bâtiment, tandis que l'unité de compression est placée à l'extérieur.
- Les deux unités sont reliées entre elles par des conduites de frigorigène qui permettent la circulation du frigorigène.
- Les pompes à chaleur split-block offrent souvent de meilleures performances et une plus grande flexibilité d'installation, car l'unité extérieure peut être placée plus facilement à différents endroits.
Quels sont les facteurs qui influencent le fonctionnement d'une pompe à chaleur ?
Questions fréquentes et réponses
Vous cherchez des réponses à la question : "Comment fonctionne une pompe à chaleur ?" - nous avons les réponses qu'il vous faut.
Une pompe à chaleur fonctionne de la même manière en été et en hiver.
Elle transforme une partie de l'air extérieur en énergie. Un fluide frigorigène se trouve dans le circuit. Dans le circuit frigorifique, le ventilateur aspire l'air extérieur. Le fluide frigorigène s'évapore sous l'effet de la chaleur de l'air ambiant et devient gazeux. Le fluide frigorigène gazeux s'écoule vers le compresseur, où il est comprimé. Le compresseur comprime la vapeur, ce qui augmente la pression et la température du fluide frigorigène. Le condenseur liquéfie à nouveau la vapeur et transmet la chaleur au système de chauffage. Le cycle recommence ensuite.
Le coefficient de performance annuel (COP) indique le rapport entre la puissance de chauffage délivrée annuellement et l'énergie électrique d'entraînement consommée annuellement par la pompe à chaleur. C'est un indicateur de l'efficacité de l'ensemble de l'installation en fonction du bâtiment.
En bref : un COP de 4, par exemple, signifie que la pompe à chaleur produit 4 kWh de chaleur à partir de 1 kWh d'électricité. Conclusion : plus la valeur est élevée, mieux c'est.
Oui, une pompe à chaleur air-eau peut également être utilisée comme climatiseur en été. En principe, le cycle est inversé et la pompe à chaleur produit du froid au lieu de la chaleur. Avec la pompe à chaleur air-eau ÖkoFEN GreenFOX, il est possible de refroidir jusqu'à 20 °C (au-dessus du point de rosée) en été.
La combinaison d'une pompe à chaleur et d'une installation photovoltaïque est tout à fait judicieuse pendant les intersaisons. C'est en hiver, lorsque la pompe à chaleur fonctionne le plus, que les heures d'ensoleillement sont les plus rares. L'énergie solaire peut servir à la production d'eau chaude, par le biais d'une barre électrique (électricité) ou par une installation solaire (eau chaude).
Les pompes à chaleur sont en principe des systèmes de chauffage très efficaces.
Les pompes à chaleur "font varier" le courant électrique d'un facteur 2,5 à 4. 10 kWh d'électricité permettent ainsi de produire environ 25 à 40 kWh de chaleur.
L'efficacité est évaluée par le coefficient de performance annuel (COP). Celui-ci désigne le rendement de la quantité de chaleur produite et de la consommation d'électricité nécessaire à cet effet. Le COP se base sur des valeurs de mesure réelles et peut être déterminé dès la première année de fonctionnement.
Les mesures suivantes permettent d'augmenter l'efficacité de la pompe à chaleur :
- Systèmes de chauffage de “grande surface” (chauffage mural, chauffage au sol)
- Isolation du bâtiment
- Combinaison avec une installation PV
- Prévoir si possible des conduites de chaleur courtes
Les facteurs les plus importants pour cette question sont les besoins en énergie de chauffage de la maison et la température de départ du chauffage. Il existe des types de bâtiments pour lesquels l'utilisation d'une pompe à chaleur air-eau n'est pas judicieuse. Pour savoir si l'utilisation d'une pompe à chaleur est possible ou quelles mesures d'assainissement sont nécessaires au niveau du bâtiment ou du système d'évacuation de la chaleur (radiateurs ?), il est préférable de se renseigner au préalable auprès de notre service ou d'un installateur de pompes à chaleur qualifié.
Oui. Selon le modèle et la régulation, il est également possible de refroidir avec la pompe à chaleur. Souvent, la fonction de refroidissement est un poste de coût supplémentaire qui peut être commandé en option. Dans le cas de notre pompe à chaleur air-eau GreenFOX, la fonction de refroidissement fait partie intégrante de la régulation et de l'hydraulique du système, sans supplément de prix ! Il faut en tout cas déterminer au préalable si les surfaces de chauffage existantes (radiateurs ?) sont également adaptées au refroidissement.
La consommation d'électricité est influencée par différents aspects. Il s'agit par exemple du type de bâtiment (isolation, surface habitable), de la température de départ, du nombre de personnes, etc.
Pour obtenir une information relativement précise, il faut se référer au COP.
Le COP (coefficient de performance annuel) est calculé à partir de valeurs réelles. On évalue ici le rapport entre l'électricité fournie et l'énergie produite par an. Le TJA ne peut être déterminé qu'après une année de fonctionnement et peut varier chaque année (également en fonction de plusieurs facteurs : météo, besoins en chaleur et en refroidissement, ...).
Exemple : pour un bâtiment existant, d'environ 30 ans, bon standard de construction avec 150 m2 de surface habitable chauffée, il faut environ 20.000 kWh d'énergie par an. Sur la base de nos valeurs empiriques, nous partons d'une consommation annuelle d'électricité d'environ 6.500 kWh d'électricité, ce qui donnerait pour cet exemple type un COP de 3 - Deux tiers des besoins en énergie proviennent de la chaleur ambiante et pour un tiers, il faut apporter de l'électricité.
En principe, l'installation d'une pompe à chaleur air-eau ne nécessite pas beaucoup de travaux. Il existe différentes possibilités de "fondations". On peut soit bétonner, soit utiliser des fondations préfabriquées, comme nos fondations préfabriquées ÖkoFEN en acier inoxydable. La mise en place de la pompe à chaleur devrait se faire en quelques heures. Le temps d'installation dépend de l'hydraulique prévue. En principe, on peut compter 1 à 3 jours de travail.
Oui, une pompe à chaleur efficace avec un réfrigérant respectueux du climat est respectueuse du climat. L'ÖkoFEN GreenFOX 9/14 est remplie avec le réfrigérant R290 (propane) ; celui-ci est considéré comme un réfrigérant naturel.
Le passage à des systèmes de chauffage respectueux de l'environnement bénéficie actuellement de subventions particulièrement intéressantes. Grâce au soutien financier des différents cantons, le montant actuel de la subvention peut aller jusqu'à 10 000 CHF! Vous trouverez ici les informations sur les subventions pour les pompes à chaleur ou les chauffages à pellets dans votre canton: www.oekofen.com/fr-ch/programmes-de-soutien-suisse/
Une pompe à chaleur aérothermique est un appareil de chauffage et de refroidissement qui utilise l'énergie thermique de l'air ambiant pour chauffer ou refroidir des pièces.
Voici une explication de base sur le fonctionnement d'une pompe à chaleur aérothermique :
Absorption de la chaleur ambiante : la pompe à chaleur aérothermique extrait l'énergie thermique de l'air ambiant, même à basse température. Même par temps froid, l'air contient encore suffisamment d'énergie thermique qui peut être utilisée.
Évaporation du fluide frigorigène : Dans la pompe à chaleur se trouve un circuit fermé qui contient un réfrigérant. Ce fluide frigorigène a un point d'ébullition bas et s'évapore déjà à basses températures lorsqu'il est exposé à la chaleur de l'air ambiant.
Compression du fluide frigorigène : la vapeur de fluide frigorigène évaporée est comprimée par un compresseur, ce qui augmente la pression et la température.
Libération de la chaleur : la vapeur de réfrigérant comprimée et chauffée libère l'énergie thermique accumulée dans le système de chauffage ou le réservoir d'eau chaude pour chauffer la pièce ou fournir de l'eau chaude.
Condensation du fluide frigorigène : Une fois la chaleur dissipée, le fluide frigorigène se recondense à l'état liquide, libérant ainsi l'énergie thermique.
Détente du fluide frigorigène : le fluide frigorigène liquide passe par un détendeur qui réduit la pression et la température afin de fermer le circuit et de renvoyer le fluide frigorigène dans l'évaporateur.
Ce cycle se répète continuellement tant que le système de chauffage ou de refroidissement est actif. Une pompe à chaleur peut utiliser l'énergie récupérée dans l'air ambiant pour chauffer la maison. En été, le principe peut être inversé pour refroidir la maison.
Il est important de noter qu'une pompe à chaleur aérothermique voit son efficacité diminuer lorsque la température extérieure baisse, car l'énergie thermique est limitée dans l'air froid. Dans de tels cas, des systèmes de chauffage complémentaires peuvent être nécessaires pour répondre aux besoins de chauffage.
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Quel est le niveau sonore d'une pompe à chaleur en fonctionnement ?
Le fonctionnement silencieux d'une pompe à chaleur est essentiel pour que les propriétaires et les voisins puissent l'utiliser sans être dérangés. De plus, le niveau sonore a une influence sur l'emplacement réglementaire du chauffage. Pour tout savoir sur le niveau sonore des pompes à chaleur et les valeurs limites, cliquez ici :
Volume sonore d'une pompe à chaleur
Coûts d'une pompe à chaleur air-eau
Coûts d'acquisition, coûts d'exploitation, coûts d'entretien et de service : vous pouvez compter sur ces coûts d'investissement ou sur les coûts courants sur l'année si vous envisagez d'acheter une pompe à chaleur air-eau.