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Questions - Réponses
Sciences
Comment fonctionne une pompe à chaleur?
Réponse de Martin Reeve
Fondation Juvene
Bonjour Tania,
Le fonctionnement d'une pompe à chaleur est complexe et nous allons essayer de vous l'expliquer de la façon la plus simple possible.
Fonctionnement
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Une pompe à chaleur (pac) est une machine qui permet de prélever de la chaleur (des calories) dans l'environnement (eau, air, terre) pour chauffer des maisons. En fonctionnement inversé, la pac permet de refroidir les logements (climatisation) en prélevant la chaleur à l'intérieur des locaux pour la rejeter à l'extérieur.
La pompe à chaleur dispose d'un circuit fermé dans lequel on place un liquide dit "frigorigène". Celui-ci a la propriété, même à des températures en-dessous de zéro, de bouillir, de s’évaporer et de prélever de la chaleur.
La pac fonctionne un peu comme un frigo. A l'intérieur du frigo le liquide frigorigène passe dans un circuit fermé et s'évapore en prélevant la chaleur qui s'y trouve. Evaporé sous forme de gaz, il est ensuite comprimé (c'est ça le bruit que fait le frigo) et augmente fortement en température. Le gaz chaud passe ensuite dans un condenseur (sorte de radiateur à l'arrière du frigo) où sa chaleur est évacuée dans l'air. Refroidit et redevenu liquide, il passe ensuite dans un détenteur (décompresseur) ce qui abaisse encore fortement sa température et le met dans un état proche de l'évaporation. Le fluide peut maintenant repartir prélever de la chaleur dans le frigo, et le cycle peut recommencer. Selon l'endroit où l'on se place on obtient soit un chauffage (derrière le frigo) soit une climatisation (dans le frigo).
Pour comprendre l'effet du compresseur sur la température du gaz, il suffit de songer à la pompe à vélo qui s'échauffe fortement après avoir comprimé de l'air.
Pour comprendre les deux modes de la pompe à chaleur on peut à nouveau utiliser l'exemple du frigo :
Comme une image vaut mieux qu'un long discours, voici deux liens sur des schémas explicatifs :
Intérêt écologique
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Une pompe à chaleur a besoin d'énergie (généralement électrique) en particulier pour faire fonctionner le compresseur. En mode chauffage, un modèle efficace est capable de récupérer trois à cinq unités d'énergie dans l'environnement pour seulement une unité d'électricité. Selon le point de vue, c'est soit un chauffage électrique très économe, soit une source d'énergie renouvelable qui nécessite une part d'électricité pour fonctionner.
Pour prétendre être à 100% écologique, la source d'électricité de la pac devrait être à 100% renouvelable. En effet, si l'électricité provient par exemple d'une centrale au charbon, le bilan écologique global de la pompe à chaleur devient beaucoup moins intéressant. En effet, la production d'électricité dans ce type de centrale gaspille beaucoup d'énergie et pollue énormément.
Pour le chauffage, les pacs à forages verticaux qui vont rechercher la chaleur sous la terre ont généralement un bon coefficient de performance(3-5 unités de chaleur prises dans l'environnement pour 1 unité d'électricité), les modèles qui récupèrent la chaleur dans l'air sont moins performants. En effet, dans ce dernier cas, lorsque la température extérieure passe en dessous de zéro, il n'y a plus beaucoup de chaleur à récupérer et la pompe à chaleur fonctionne pratiquement comme un simple chauffage électrique.
Pour la climatisation, on essaie de nos jours de concevoir des bâtiments qui n'ont plus besoin de consommer de l'énergie pour être frais en été. Grâce à une bonne isolation et des protections solaires efficaces, l'aération naturelle, notamment par l'ouverture des fenêtres devrait être suffisante.
22 février 2012
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