Fonctionnement d'une pompe à chaleur

Le fonctionnement d'une pompe à chaleur est très similaire à celui d'un réfrigérateur. Alors qu'un réfrigérateur extrait l'énergie thermique des aliments, autrement dit de l'intérieur du réfrigérateur, puis la conduit vers l'extérieur, une pompe à chaleur fait le contraire : elle extrait l'énergie thermique de l'environnement à l’extérieur du bâtiment et la rend utilisable pour le chauffage à l'intérieur. En plus de l'air intérieur et extérieur, une pompe à chaleur est capable de capter l'énergie thermique de l'eau souterraine et du sol. Comme la température de cette chaleur est généralement insuffisante pour chauffer un bâtiment ou l'eau chaude, le procédé thermodynamique est utilisé.
 

Le processus du cycle frigorifique en détail

Quelle que soit la source de chaleur utilisée pour produire de la chaleur, le cycle frigorifique, qui se déroule en quatre étapes, fait toujours partie du fonctionnement de la pompe à chaleur

1. Évaporation

Pour évaporer un liquide, il faut fournir de l'énergie. On peut aisément observer ce phénomène avec l'eau. Lorsqu’une casserole d'eau est chauffée à 100 degrés Celsius (apport d'énergie thermique), l'eau commence à s'évaporer. Si l’on ajoute encore de l'énergie thermique, la température de l'eau n'augmente plus. Au lieu de cela, l'eau est complètement convertie en vapeur

2. Compression d'un gaz

Si un gaz, par exemple de l'air, est comprimé (la pression augmente), la température augmente également. On peut en faire l'expérience en obturant l'ouverture d'une pompe à vélo et en comprimant l'air - le cylindre de la pompe se réchauffe

3. Condensation

Comme il est impossible de perdre de l'énergie, lorsque la vapeur d'eau se condense, l'énergie thermique précédemment utilisée pour l'évaporation est à nouveau libérée

4. Détente

Si la pression d'un liquide sous pression est soudainement réduite, la température chute fortement. Cela peut être observé, par exemple, avec une bouteille de gaz liquéfié dans un réchaud à gaz de camping. Si le robinet est ouvert, de la glace peut se former sur le robinet de la bouteille de gaz liquéfié même en été. (la pression est réduite ici d'environ 30 bars à 1 bar.)
 

Répétition continue du processus

Ces processus se déroulent à l'intérieur de la pompe à chaleur dans un circuit fermé. Un liquide (réfrigérant), utilisé pour le transport de la chaleur, s'évapore déjà à très basse température. Pour évaporer ce liquide, on utilise de l'énergie thermique provenant par exemple du sol ou de l'air extérieur. Même des températures de moins 20 degrés Celsius suffisent. La vapeur froide du réfrigérant, par exemple -20 degrés Celsius, est ensuite comprimée très fortement. Elle chauffe jusqu'à une température de 100 degrés Celsius. Cette vapeur de réfrigérant est condensée et transfère la chaleur au système de chauffage. La pression du réfrigérant liquide est alors fortement réduite. La température du liquide chute au niveau initial. Le processus peut recommencer à zéro
 

Explication du procédé avec pour exemple une pompe à chaleur air/eau

La façon la plus simple d'expliquer ce processus est d'utiliser une pompe à chaleur air/eau comme exemple : Une pompe à chaleur air/eau peut être composée d'une ou deux unités. Dans les deux cas, un ventilateur intégré aspire activement l'air ambiant et le dirige vers un échangeur de chaleur. L'échangeur de chaleur lui-même est parcouru par un réfrigérant qui modifie son état physique à très basse température. Au contact de l'air ambiant, le réfrigérant se réchauffe et passe progressivement à l'état de vapeur. Un compresseur est utilisé pour augmenter la chaleur obtenue à la température souhaitée. Celui-ci comprime la vapeur et augmente à la fois la pression et la température de la vapeur du réfrigérant.

Un autre échangeur de chaleur (condenseur) transfère ensuite l'énergie de la vapeur chauffée au circuit de chauffage (chauffage par le sol, radiateur ou tampon chauffant ou réservoir d'eau chaude). Le réfrigérant, qui est encore sous pression, refroidit et se condense à nouveau. Avant de pouvoir retourner dans le circuit, le réfrigérant est d'abord détendu dans une vanne de détente. Une fois qu'il a atteint son état initial, le processus du cycle frigorifique peut recommencer à zéro.

L'image présente de manière schématique le processus de compression en tant que partie intégrante du fonctionnement de la pompe à chaleur

La compression nécessite un courant électrique

Le compresseur est un composant essentiel du circuit frigorifique. Sans compression, les températures initiales sont trop basses pour chauffer un bâtiment à une température agréable - surtout par temps très froid avec des températures négatives à deux chiffres.

Dans la pratique, différents compresseurs sont utilisés, notamment des compresseurs à piston et des compresseurs Scroll qui sont entraînés électriquement. La consommation d'énergie pour la compression dépend de nombreux facteurs. Cela inclut les besoins en chauffage, la technologie des compresseurs ainsi que la différence de température entre la source de chaleur et le système de chauffage. En principe, plus la différence de température entre la source de chaleur et la température de départ est élevée, plus le compresseur doit fonctionner.

L'électricité de la pompe à chaleur améliore l'éco-bilan d'une pompe à chaleur

Depuis quelques années, les fournisseurs d'électricité réfléchissent également des tarifs spéciaux pour les pompes à chaleur avec des conditions améliorées. Le bénéfice pour les propriétaires d'installations est double. D'une part, ces tarifs réduisent les coûts de chauffage au minimum. D'autre part, l'électricité est généralement produite à partir d'énergies renouvelables. Elle est en quelque sorte "propre", ce qui améliore encore l’éco-bilan d'une pompe à chaleur.