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Comment fonctionne une pompe à chaleur ?

L'utilisation de la chaleur ambiante par les pompes à chaleur est en vogue. Comment fonctionne une pompe à chaleur et quels sont les types d'installation existants ?

Grâce à sa température quasiment constante, la nappe phréatique est adaptée comme source de chaleur.
Grâce à sa température quasiment constante, la nappe phréatique est adaptée comme source de chaleur.

(Ves) La pompe à chaleur s'est établie comme système de chauffage : En Suisse, environ deux tiers des nouvelles maisons individuelles construites sont équipées de pompes à chaleur. De plus, près d'un bâtiment sur deux faisant l'objet d'une rénovation en est équipé. Dans les nouveaux et les grands bâtiments résidentiels, la part de marché de la pompe à chaleur dépasse 50 %.

Principe de fonctionnement d'une pompe à chaleur

Un réfrigérateur prélève la chaleur à l'intérieur et la dégage dans l'environnement. La pompe à chaleur fonctionne exactement de manière inverse : elle prélève la chaleur dans l'environnement et la dégage dans le système de chauffage à une température supérieure. La chaleur environnante chauffe d’abord le fluide de travail dans l'évaporateur (ammoniac, propane, éthane, CO2) lequel s'évapore ensuite. Cette vapeur est encore chauffée davantage par compression. Dans le condenseur, la chaleur est cédée à l'eau du circuit de chauffage. Ainsi, le fluide de travail se liquéfie et le cycle recommence. Les températures de départ comprises entre 30 et 55 °C dans le circuit de chauffage peuvent être couvertes à l'aide d'une pompe à chaleur. Avec une unité d'électricité, une pompe à chaleur peut, en fonction de la source de chaleur, produire de deux à cinq unités calorifiques. En abaissant la température de l'eau de chauffage de 5° C, l'efficacité (coefficient de performance) d'une pompe à chaleur augmente d'environ 10 %.

Sources de chaleur possibles 

  • Terre : Le sol peut être utilisé avec une sonde géothermique ou des nappes de tubes. Le coefficient de performance (COP) d'une pompe à chaleur utilisant la terre se situe en moyenne entre 3,5 et 5.

  • Air : L'air ambiant est la source de chaleur la plus utilisée par les pompes à chaleur. En hiver, la performance diminue en raison des températures extérieures froides. Le COP d'une pompe à chaleur à air est typiquement compris entre 2,7 et 3,5.

  • Eau : Grâce à sa température quasiment constante, la nappe phréatique est adaptée comme source de chaleur. Même l'eau de surface issue des lacs, des rivières et des fleuves ainsi que les eaux usées peuvent être utilisées. Le COP d'une pompe à chaleur fonctionnant sur la nappe phréatique est en principe compris entre 4 et 5,5.

Utilisation comme système de rafraîchissement

En été, les pompes à chaleur peuvent être utilisées à titre optionnel pour la réfrigération d'un bâtiment, grâce a une fonction inversion et à un by-pass (sans mise en service du compresseur). Cela permet également la régénération du sol qui est chargé en énergie solaire au cours des six mois de la période estivale.

Sous la surface terrestre, il règne à partir d'une profondeur de 15 mètres une température principalement déterminée par les conditions géologiques et géothermiques et qui est à peu près constante indépendamment des saisons. À une profondeur de 200 m, il règne une température de 15 à 17 °C.

Cette géothermie est dans le cas d’une utilisation durable, une source d'énergie renouvelable peu polluante pour l'environnement.

Les pompes à chaleur dans les transformations

Dans le domaine des bâtiments neufs, les pompes à chaleur sont de loin le système de chauffage favori. Leur part de marché représente près de 60 % pour les nouvelles constructions de bâtiments résidentiels (petits et grands). Et deux maisons individuelles neuves sur trois sont équipées d'une pompe à chaleur. En rénovation, le système de chauffage à faibles émissions est moins utilisé, comme le montre la statistique de la branche de Wüest Partner : en l'an 2017, les pompes à chaleur qui ont été installées après une transformation ont atteint une part comprise entre 30 (pour les BHC) et 60 % (pour les MI). 

La raison de cet écart entre les constructions neuves et les transformations : les systèmes de chauffage existants ne sont pas toujours aisément remplaçables par une pompe à chaleur. D'une part, le bâtiment devrait être bien isolé ; d'autre part, il convient d'organiser une émission de chaleur sur une grande surface dans les locaux chauffés. Indépendamment de la source d'énergie, les pompes à chaleur conviennent le mieux pour les températures d'eau de chauffage comprises entre 30 °C et maximum 55 °C. Les chauffages par le sol et les radiateurs occupant toute la hauteur du mur sont parfaitement adaptés aux températures de départ basses dans le circuit de chauffage. Afin d'assurer une exploitation aussi efficace que possible de la pompe à chaleur, il convient en outre d'observer ce qui suit : un abaissement de la température de chauffe de 5 °C augmente le coefficient de performance (COP) d'environ 10 %. 

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