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L'air ambiant est naturellement présent partout, disponible en très grande quantité, et peut être utilisé facilement comme source de chaleur. Son utilisation est gratuite et n'est sujette à aucune autorisation particulière (éventuellement un permis de construire pour l'installation de la PAC). Les pompes à chaleur air-eau réhaussent le niveau d'énergie et transmettent la chaleur prise dans l'air ambiant à un système de distribution conventionnel (chauffage au sol, radiateurs) et/ou à un chauffe-eau. Bien moins fréquentes, les pompes à chaleur air-air transmettent cette même chaleur à un système de ventilation.
L'air ambiant est acheminé depuis la prise d'air par un canal de ventilation jusqu'à la pompe à chaleur. Une fois utilisé, cet air, plus froid de quelques degrés, est évacué par un second canal. Le captage d'énergie dans l'air ambiant se base donc sur un échange thermique entre l'air extérieur et le fluide frigorigène de la PAC, dans l'évaporateur de cette dernière. La source d'énergie est inépuisable et constamment renouvelée par les apports solaires quotidiens et saisonniers, au sein de cette formidable machine thermique qu'est l'atmosphère terrestre.
Exemple d’installation air-eau intérieur et extérieur