Pompes à chaleur (PAC)

Principe

Une pompe à chaleur (PAC) est un équipement dont le but est de valoriser la chaleur gratuite présente dans l'environnement : celle présente dans l'air extérieur, les rivières, le sol. En effet, tout corps, même "froid" contient une quantité importante d'énergie qui peut être récupérée. Pratiquement, grâce à un fluide décrivant un cycle thermodynamique, la pompe à chaleur retire de la chaleur à une source dite "froide" et la rejette dans une source dite "chaude". Ce transfert fait appel à un processus forcé, puisque chacun sait que la chaleur se déplace de façon naturelle d'une zone chaude vers une zone froide. C'est pourquoi, la PAC doit être entraînée par un compresseur qui lui amènera l'énergie nécessaire à son fonctionnement. C'est avant tout un système de chauffage, mais elle permet également de répondre à des besoins d'eau chaude sanitaire et aussi de climatisation : on parle dans ce dernier cas de PAC réversibles.

Explications

Il existe 2 familles de pompes à chaleur :

• PAC Aérothermique
  La PAC Air/Air fonctionne par deux unités. L'unité extérieure permet de puiser les calories de l'air, et le ventilo-convecteur les restitue dans la maison avant tout pour le chauffage mais également le rafraichissement l'été dans le cas d'une PAC réversible.
  La PAC Air/Eau permet de chauffer l'eau d'un circuit de chauffage grâce à l'air récupéré à l'extérieur, mais également d'assurer le rafraichissement de l'habitation en été et la production d'eau chaude sanitaire (sous certaines conditions).
  Ainsi, on utilise une technologie de PAC mixte, comportant un circuit pour le fluide frigorigène des capteurs et un circuit pour l'eau chaude des émetteurs de chaleur.
  Seule contrainte : un chauffage d'appoint est nécessaire en cas de climat rigoureux, notamment à partir de – 5°C et que la pompe s'arrête.
• PAC Géothermique
  Les PAC Eau/Eau permettent de capter la chaleur du sol et de la restituer soit directement dans un plancher chauffant en circuit fermé (PAC détente directe), soit dans l'eau circulant dans les différents émetteurs de chauffage (PAC à procédé mixte).
  Selon la surface extérieure et le terrain, 2 types de capteurs existent pour la géothermie :
  • Capteurs horizontaux : les plus répandus et moins onéreux, ils sont disposés horizontalement à faible profondeur, et nécessitent toutefois une surface de terrain suffisante.
  • Capteurs verticaux : système plus coûteux mais avec emprise sur le sol réduite, les capteurs sont disposés verticalement dans des forages préalablement réalisés.
    Leur installation fait l'objet de démarches administratives et est soumise à des autorisations.

Ces PAC peuvent être réversibles : en inversant le cycle du fluide frigorigène, la pompe à chaleur puise des calories dans le logement et les rejette à l'extérieur. Elles assurent une baisse modérée de la température, de l'ordre de 3 à 4 °C de moins qu'à l'extérieur. Il s'agit donc d'une fonction de rafraîchissement et non de climatisation. L'installation d'un système réversible incite à la consommation d'électricité tout au long de l'année pour les besoins d'un certain confort thermique alors qu'une pompe à chaleur uniquement dédiée au chauffage n'en utilise que l'hiver.

La pompe à chaleur permet de couvrir jusqu'à 70 % des besoins de chauffage d'un bâtiment. Les 30 % restant (différent selon la source d'énergie et le mode de fonctionnement utilisé) correspondent à la consommation d'énergie électrique utile au fonctionnement de la pompe.
En effet, chaque pompe à chaleur a besoin d'un apport en électricité (ou gaz pour certains modèles) pour fonctionner, mais celui-ci reste minime au regard de l'énergie thermique diffusée, soit un gain écologique et économique.

Le Coefficient de Performance (COP) de l'équipement permet d'évaluer son rendement en comparant la consommation d'énergie électrique à la production d'énergie thermique. En moyenne, il varie entre 2 et 3 c'est-à-dire que pour 1 kW consommé, la PAC restitue 2 à 3 kW d'énergie.

L'avantage de ce système est qu'il s'adapte pratiquement à tous les modes de chauffage existants (radiateur, plancher-chauffant, ventilo-convecteur, unité murale ou console, etc.)

Mise en oeuvre

• Etude par des professionnels qualifié RGE (Reconnu Garant de l'Environnement) de l'installation actuelle et de la mise en place d'une PAC à la place du sytème de chauffage actuel
• Voir s'il est possible de combiner la production d'eau chaude sanitaire à l'installation de chauffage
• Etude des devis
• Choix de la période de travaux pour éviter que les clients soient dérangés
• Prévoir un contrat de maintenance avec l'installateur

Coûts

Les tarifs sont très variables d'une installation à une autre en fonction du sytème existant, de la surface à chauffer, des élements annexes à rajouter (ventilo convecteur, plancher chauffant, forage,..).
D'où l'intérêt d'évaluer les économies potentielles sur vos consommations d'énergie, pour chaque système étudié, pour connaître le retour sur investissement.

Bénéfices

Bénéfices économiques  

Réduction des consommations électriques à évaluer en fonction du COP (Coefficient de Performance) de la PAC : la PAC avec un COP de 3 restituent 3 kW de chauffage pour 1kW d'électricité consommée.

Bénéfices environnementaux 

• Energie gratuite et renouvelable si la PAC est alimentée par une source d'énergie renouvelable
• Réduction des émissions de gaz à effet de serre et protection de la couche d'ozone
  
  

Contraintes

• Coût élevé / Retour sur investissement sur environ 5 ans
• Période de travaux importante hors période de froid ; pour les hôtels de bord de mer, difficulté de prévoir les travaux en pleine saison d'été
• Coût écologique des gaz frigorigènes reconnus responsables du réchauffement climatique et la destruction de la couche d'ozone :
  Les sociétés françaises Aldes et Sanden ont développé et commercialisent une pompe à chaleur révolutionnaire : à la différence des modules classiques, cette pompe à chaleur utilise un fluide naturel, du CO₂, non inflammable et non toxique. En cas de fuite, ce n'est qu'un composant de l'air qui retourne à son milieu. Mieux, ce composant ne nécessite pas d'appoint électrique et offre d'excellentes performances écologiques : une production d'énergie « gratuite » 3 fois supérieure aux chauffe-eau solaires traditionnels.
• Impact sonore : la pompe à chaleur est une technologie qui émet un fond bruyant. Une PAC émet entre 50 et 60 décibels à 1 mètre et environ 40 dB à 5 mètres. La PAC devra être posée sur un silent block (plots antivibratiles).