Comment fonctionne une pompe à chaleur ?

(ves) La pompe à chaleur s’est imposée en tant que jeune technologie de chauffage peu polluante : en Suisse, les nouvelles maisons individuelles sont presque exclusivement équipées de pompes à chaleur, chargées de fournir l’énergie pour le chauffage et la production d’eau chaude. Ce système d’approvisionnement en chaleur, très apprécié, convient également aux bâtiments rénovés. De nos jours, un bien immobilier rénové sur deux est équipé d’une pompe à chaleur, laquelle fait appel à une source d’énergie naturelle située à proximité immédiate. Sa capacité suffit toutefois également pour alimenter en énergie thermique de grands bâtiments résidentiels et commerciaux.

Pompes à chaleur : quel est leur principe ?

Un réfrigérateur extrait la chaleur du compartiment intérieur et l’évacue via un échangeur de chaleur en forme de boucle, situé à l’arrière. La pompe à chaleur fonctionne exactement de manière inverse : elle extrait la chaleur de l’environnement, augmente sa température et la transfère au circuit de chauffage. Pour y parvenir, des procédés physiques bien connus et des appareils techniques éprouvés sont utilisés – dans l’ordre suivant :

• la chaleur ambiante réchauffe un réfrigérant liquide (ammoniac, propane, éthane, CO₂) dans l’évaporateur, qu’une légère augmentation de la température transforme en gaz.
• Un compresseur électrique réchauffe encore la vapeur.
• Dans le condenseur juste après, la chaleur est cédée à l’eau du circuit de chauffage. Le réfrigérant gazeux se liquéfie alors à nouveau et la pompe à chaleur peut recommencer le cycle.
• L’énergie thermique émise est trois à quatre fois supérieure à l’électricité consommée.

Les pompes à chaleur utilisent des basses températures et fonctionnent de la manière la plus efficace lorsqu’elles doivent préparer, pour le circuit de chauffage, des températures de départ comprises entre 30 et 55° C. À noter qu’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 %.

Source d’énergie : différentes offres dans la région

• Géothermie : il est possible d’extraire la chaleur du sol juste en dessous de la surface à l’aide d’une sonde géothermique ou de nappes de tubes. La température initiale est d’environ 10 à 15° C, ce qui explique pourquoi une pompe à chaleur eau glycolée/eau peut atteindre un degré d’efficacité relativement élevé, un coefficient annuel de performance (COP) pouvant aller jusqu’à 5.
• Air : l’air ambiant est la source de chaleur la plus utilisée par les pompes à chaleur. En hiver, la performance diminue de façon analogue aux températures extérieures froides. Le COP d’une pompe à chaleur air-eau est typiquement compris entre 2,7 et 3,5.
• Eau : grâce à sa température presque constante, la nappe phréatique est une bonne source de chaleur stable, généralement légèrement supérieure à celle du sol. L’énergie des eaux de surface telles que les lacs, les ruisseaux et les rivières ou les eaux usées peut également être utilisée à l’aide d’une pompe à chaleur. Le COP est en principe compris entre 4 et 5,5.

Fonction supplémentaire : un refroidissement actif

En option, les pompes à chaleur peuvent être utilisées pour refroidir un bâtiment en été. Grâce à cette fonction d’inversion, il est possible de se passer d’un compresseur ; seule la pompe pour l’entraînement du circuit de chauffage et l’échangeur de chaleur consomment de l’énergie électrique. La fonction de refroidissement d’une pompe à chaleur eau glycolée/eau sert également à la régénération thermique du sol. La quantité de chaleur extraite en hiver peut être partiellement ou totalement « restituée » à la belle saison.

La profondeur des sondes géothermiques répond spécifiquement au besoin d’utiliser le sol, uniquement pour le chauffage ou également pour le refroidissement. Même sans les options de refroidissement et de régénération, le fonctionnement efficace d’un système de chauffage par pompe à chaleur est garanti pendant au moins 30 ans. Conformément aux normes d’urbanisme et, afin de ne pas se priver mutuellement de chauffage, les systèmes voisins doivent respecter une distance minimale de 30 mètres.

Domaine d’utilisation : les points dont il faut tenir compte dans le cadre des transformations

Dans le domaine des bâtiments neufs, les pompes à chaleur sont de loin le système de chauffage favori. Leur part de marché est nettement supérieure à 50 % 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 cas de rénovation, le système de chauffage à faibles émissions est moins souvent utilisé, mais sa part augmente également.
L’une des raisons de l’approche différente entre les nouvelles constructions et les transformations est la suivante : souvent, les systèmes de chauffage existants, équipés d’une chaudière à combustion, ne peuvent pas être remplacés intégralement par une pompe à chaleur. D’une part, les bâtiments mal isolés nécessitent des températures d’alimentation plus élevées. D’autre part, les pompes à chaleur doivent être associées à la diffusion de chaleur de grande surface, c’est pourquoi les systèmes de chauffage par le sol sont généralement plus adaptés que les radiateurs.