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Les pompes à chaleur peuvent être définies comme une « machine thermique qui, en utilisant un gaz réfrigérant dans un cycle thermodynamique fermé, transfère la chaleur de l’environnement naturel — air, eau ou sol — vers un bâtiment ou des applications industrielles, en inversant le flux naturel de la chaleur, de manière à la faire circuler d’une température plus basse vers une plus élevée ».
En conséquence, les pompes à chaleur sont des équipements capables de transférer la chaleur entre deux milieux à des températures différentes. Autrement dit, de « pomper » la chaleur entre eux, ce qui leur confère plusieurs avantages :
- Ce sont des équipements capables de chauffer des espaces en tirant profit de la chaleur disponible dans un milieu extérieur (air, eau ou sol) à température plus basse, et, en inversant leur cycle de fonctionnement, de rafraîchir ces espaces en évacuant la chaleur vers un milieu extérieur à température plus élevée.
- En captant la chaleur disponible dans des sources externes, elles utilisent de l’énergie provenant de sources renouvelables : l’air (aérothermie), l’eau (hydrothermie) ou le sol (géothermie).
- Avec l’énergie d’alimentation, elles transportent une quantité bien plus importante d’énergie thermique. Cet effet « multiplicateur » les rend hautement efficaces.
- Elles permettent l’utilisation de sources de chaleur résiduelle disponibles dans notre environnement pour chauffer ou refroidir l’air, qu’il s’agisse des systèmes de climatisation eux-mêmes (par exemple, la ventilation), ou de processus issus de l’activité humaine (eaux usées, procédés industriels, etc.).
COMMENT FONCTIONNE UNE POMPE À CHALEUR ?
Pour effectuer ce transfert de chaleur, les pompes à chaleur exploitent la capacité élevée des fluides frigorigènes à céder de la chaleur lorsqu’ils passent de l’état gazeux à l’état liquide, et à absorber de la chaleur lors du processus inverse. Pour ce faire, les propriétés thermodynamiques de ce fluide sont modifiées dans un cycle thermodynamique fermé. Ainsi, en faisant varier l’état et les propriétés physiques du fluide, on parvient à transférer la chaleur dans la direction souhaitée, en chauffant ou en refroidissant un espace.
Ce cycle est appelé « cycle frigorifique à compression », et il est composé de quatre étapes principales :
- Évaporation : absorption de chaleur (refroidissement) par évaporation du fluide à basse pression dans un échangeur thermique appelé Évaporateur.
- Compression : augmentation de la pression et de l’énergie du gaz grâce à un compresseur.
- Condensation : libération de chaleur (chauffage) par condensation du gaz à haute pression dans un autre échangeur thermique appelé Condenseur, où le fluide est liquéfié.
- Détente : réduction de la pression via un détendeur ou un dispositif de détente, transformant le liquide en un mélange liquide-vapeur.
QUELS SONT LES COMPOSANTS D’UNE POMPE À CHALEUR ?
Ces processus sont assurés par les principaux composants : évaporateur, compresseur, condenseur et détendeur. À ceux-ci s’ajoute, dans le cas des pompes à chaleur réversibles, la vanne d’inversion ou à 4 voies, qui permet d’inverser le sens du cycle frigorifique : l’échangeur intérieur servant d’évaporateur en mode froid devient condenseur en mode chauffage, et vice-versa pour l’échangeur extérieur.
Échangeur intérieur <-> côté installation (espace à climatiser)
Échangeur extérieur <-> côté source (air, eau ou sol)
Ainsi, les pompes à chaleur réversibles disposent d’une fonctionnalité unique que ne propose aucune autre technologie de climatisation : un seul appareil peut fournir du chauffage, de l’eau chaude sanitaire (ECS) ou du rafraîchissement, selon le cycle activé.
CONSIDÉRATIONS POUR L’INSTALLATION
La technologie des pompes à chaleur a fortement évolué au cours de la dernière décennie. Elles sont plus efficaces grâce à l’amélioration de leurs composants et de leur conception. Elles offrent une plus grande capacité de régulation et une meilleure interopérabilité avec d’autres systèmes. Cela a entraîné une plus grande variété d’options de sélection et de fonctionnement. Par conséquent, les exigences en matière de sélection, de montage et d’exploitation sont également plus complexes.
Il est essentiel que la sélection et le montage de la pompe à chaleur soient réalisés correctement pour garantir son bon fonctionnement selon les spécifications de l’installation, tout en répondant aux besoins et attentes du client. Cela requiert l’intervention d’un professionnel certifié, disposant des moyens techniques appropriés pour couvrir les aspects frigorifiques, mécaniques, électriques et de régulation.
Un installateur qualifié, en lien étroit avec le fabricant, aura une connaissance approfondie de l’équipement et disposera de la documentation technique ainsi que de formations dispensées par le fabricant. Il pourra ainsi garantir une installation optimale, exploitant tout le potentiel de la pompe à chaleur et prolongeant sa durée de vie utile tout en assurant une performance maximale.
AVANTAGES DES POMPES À CHALEUR
Les pompes à chaleur offrent de nombreux avantages liés à leur technologie avancée :
- Confort : elles assurent un environnement sain et maintiennent une température constante grâce à leur grande capacité de régulation. De nombreux modèles disposent également de filtres garantissant une excellente qualité de l’air.
- Efficacité : elles multiplient l’énergie consommée par l’énergie captée dans les sources gratuites externes.
- Économie : seule une petite partie de l’énergie thermique produite correspond à l’énergie absorbée, ce qui réduit considérablement les coûts d’exploitation.
- Fiabilité : il s’agit d’une technologie mature et éprouvée, largement utilisée dans les secteurs les plus exigeants (tertiaire, industrie).
- Simplicité : ces équipements nécessitent très peu d’entretien. Le circuit frigorifique étant fermé, ils ne requièrent pas de recharge de gaz.
- Durabilité : elles utilisent des énergies renouvelables, ce qui réduit les émissions de CO₂ indirectes grâce à leur haute efficacité.
- Polyvalence : elles fournissent chauffage, rafraîchissement et eau chaude, même avec un seul appareil. Grâce à leurs nombreuses variantes, elles répondent à presque tous les besoins de climatisation ou de production d’ECS.
CONCLUSION
La pompe à chaleur, le meilleur choix pour climatiser. La pompe à chaleur capte l’énergie du milieu naturel (air, eau ou sol) et la transfère à l’intérieur des bâtiments pour les chauffer. Il est essentiel d’optimiser la conception des éléments du circuit frigorifique (y compris la sélection du fluide frigorigène) afin de maximiser les performances et minimiser les coûts de chauffage. L’idéal est d’avoir une pompe à chaleur conçue spécifiquement pour chaque usage : chauffage de ventilo-convecteurs, chauffage de piscines, besoins en haute température, etc. Ce n’est qu’ainsi que l’on pourra garantir un rendement maximal.
Les informations présentées dans cet article ont été fournies par l’Association des Fabricants d’Équipements de Climatisation –AFEC –, qui a lancé, avec le soutien de 21 de ses entreprises associées, un Plan de Promotion de la Pompe à Chaleur afin de promouvoir l’utilisation et la connaissance de ces technologies fiables, éprouvées et très efficaces, fonctionnant à partir d’énergies renouvelables.
Borealis Énergie Thermique conçoit et fabrique des équipements de climatisation et de réfrigération orientés vers les économies d’énergie, la réduction des coûts d’installation et l’intégration industrielle et architecturale. Spécialistes également en pompes à chaleur géothermiques, et en déshumidificateurs pour piscines couvertes.
