L’installation d’une pompe à chaleur à air peut vous offrir un certain nombre d’avantages. Cette section examine comment les pompes à chaleur à air peuvent améliorer l’empreinte énergétique de votre foyer.

Efficacité d’une thermopompe

Le principal avantage de l’utilisation d’une pompe à chaleur ou thermopompe à air est la grande efficacité qu’elle peut offrir en matière de chauffage par rapport aux systèmes classiques tels que les fours, les chaudières et les plinthes électriques. À 8 °C, le coefficient de performance (COP) des pompes à chaleur à air se situe généralement entre 2,0 et 5,4. Cela signifie que, pour les unités dont le COP est de 5, 5 kilowattheures (kWh) de chaleur sont transférés pour chaque kWh d’électricité fourni à la pompe à chaleur. Plus la température de l’air extérieur baisse, plus les COP sont faibles, car la pompe à chaleur doit fonctionner avec une plus grande différence de température entre l’espace intérieur et extérieur. À -8 °C, les COP peuvent varier de 1,1 à 3,7.

Une pompe à chaleur à air comporte trois cycles :

• Le cycle de chauffage : Fournir de l’énergie thermique au bâtiment
• Le cycle de refroidissement : L’élimination de l’énergie thermique du bâtiment
• Le cycle de dégivrage : Élimination du givre
  sur les serpentins extérieurs

Aujourd’hui, les pompes à chaleur aérothermiques représentent l’une des technologies les plus prometteuses pour le chauffage et la climatisation de nos maisons. Elles permettent une réduction significative de notre consommation d’énergie.

Une pompe à chaleur extrait la chaleur de l’air froid extérieur et la transfère à l’intérieur de notre maison. Pour ce faire, un compresseur situé à l’intérieur de l’appareil utilise l’électricité pour augmenter la température de la chaleur extraite de l’air extérieur. La pompe à chaleur peut également fournir un refroidissement en transférant l’air chaud intérieur vers l’extérieur. L’énergie fournie par l’air extérieur est gratuite : les consommateurs ne paient que l’électricité utilisée par le compresseur.

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Le cycle de chauffage

Composants du cycle de chauffage d’une pompe à chaleur à air. Au cours du cycle de chauffage, la chaleur est extraite de l’air extérieur et ” pompée ” à l’intérieur.

Tout d’abord, le réfrigérant liquide passe par le dispositif d’expansion, se transformant en un mélange liquide/vapeur à basse pression. Il se dirige ensuite vers le serpentin extérieur, qui fait office de serpentin d’évaporation. Le réfrigérant liquide absorbe la chaleur de l’air extérieur et bout, devenant une vapeur à basse température.

Cette vapeur passe par la vanne d’inversion jusqu’à l’accumulateur, qui recueille le liquide restant avant que la vapeur n’entre dans le compresseur. La vapeur est alors comprimée, ce qui réduit son volume et la fait chauffer.

Enfin, le robinet inverseur envoie le gaz, qui est maintenant chaud, vers le serpentin intérieur, qui est le condenseur. La chaleur du gaz chaud est transférée à l’air intérieur, ce qui entraîne la condensation du réfrigérant en liquide. Ce liquide retourne dans le dispositif d’expansion et le cycle se répète. Le serpentin intérieur est situé dans le conduit, près de la chaudière.

La capacité de la pompe à chaleur à transférer la chaleur de l’air extérieur vers la maison dépend de la température extérieure. Lorsque cette température baisse, la capacité de la pompe à chaleur à absorber la chaleur diminue également. Pour de nombreuses installations de pompes à chaleur à air, cela signifie qu’il existe une température (appelée point d’équilibre thermique) à laquelle la capacité de chauffage de la pompe à chaleur est égale à la perte de chaleur de la maison. En dessous de cette température ambiante extérieure, la pompe à chaleur ne peut fournir qu’une partie de la chaleur nécessaire pour maintenir le confort de l’espace habitable, et un complément de chaleur est nécessaire.

Il est important de noter que la grande majorité des pompes à chaleur à air ont une température minimale de fonctionnement, en dessous de laquelle elles ne peuvent pas fonctionner. Pour les modèles plus récents, cette température peut varier entre -15°C et -25°C. En dessous de cette température, un système d’appoint doit être utilisé pour fournir du chauffage au bâtiment.

Le cycle de refroidissement

Composants du cycle de refroidissement d’une pompe à chaleur à air. Le cycle décrit ci-dessus est inversé pour refroidir la maison pendant l’été. L’unité extrait la chaleur de l’air intérieur et la rejette à l’extérieur.

Comme dans le cycle de chauffage, le réfrigérant liquide passe par le dispositif d’expansion, se transformant en un mélange liquide/vapeur à basse pression. Il se dirige ensuite vers le serpentin intérieur, qui fait office d’évaporateur. Le réfrigérant liquide absorbe la chaleur de l’air intérieur et bout, devenant une vapeur à basse température.

Cette vapeur passe par la vanne d’inversion vers l’accumulateur, qui recueille le liquide restant, puis vers le compresseur. La vapeur est alors comprimée, ce qui réduit son volume et la fait chauffer.
Enfin, le gaz, qui est maintenant chaud, passe par le robinet inverseur jusqu’au serpentin extérieur, qui fait office de condenseur. La chaleur du gaz chaud est transférée à l’air extérieur, ce qui entraîne la condensation du réfrigérant en liquide. Ce liquide retourne dans le dispositif d’expansion, et le cycle se répète.

Pendant le cycle de refroidissement, la pompe à chaleur déshumidifie également l’air intérieur. L’humidité contenue dans l’air qui passe au-dessus du serpentin intérieur se condense sur la surface du serpentin et est recueillie dans un bac situé au bas du serpentin. Une évacuation des condensats relie ce bac à l’évacuation de la maison.

Le cycle de dégivrage

Si la température extérieure tombe près ou en dessous du point de congélation lorsque la pompe à chaleur fonctionne en mode chauffage, l’humidité de l’air passant sur le serpentin extérieur se condense et gèle sur celui-ci. L’importance de l’accumulation de givre dépend de la température extérieure et de la quantité d’humidité dans l’air.

Cette accumulation de givre diminue l’efficacité du serpentin en réduisant sa capacité à transférer la chaleur au réfrigérant. À un moment donné, le givre doit être éliminé. Pour ce faire, la pompe à chaleur passe en mode dégivrage. L’approche la plus courante est la suivante :

D’abord, la vanne d’inversion fait passer l’appareil en mode refroidissement. Cela envoie du gaz chaud vers le serpentin extérieur pour faire fondre le givre. En même temps, le ventilateur extérieur, qui souffle normalement de l’air froid sur le serpentin, est arrêté afin de réduire la quantité de chaleur nécessaire pour faire fondre le givre.

Pendant ce temps, la pompe à chaleur refroidit l’air dans les conduits. Le système de chauffage réchauffe normalement cet air lorsqu’il est distribué dans la maison.
L’une des deux méthodes suivantes est utilisée pour déterminer quand l’unité passe en mode dégivrage :

Les commandes de dégivrage à la demande surveillent le débit d’air, la pression du réfrigérant, la température de l’air ou du serpentin et le différentiel de pression à travers le serpentin extérieur pour détecter l’accumulation de givre.
Le dégivrage par temps et température est déclenché et arrêté par une minuterie à intervalle prédéfini ou par un capteur de température situé sur le serpentin extérieur. Le cycle peut être lancé toutes les 30, 60 ou 90 minutes, en fonction du climat et de la conception du système.

Les cycles de dégivrage inutiles réduisent les performances saisonnières de la pompe à chaleur. Par conséquent, la méthode de dégivrage à la demande est généralement plus efficace, car elle ne lance le cycle de dégivrage que lorsqu’il est nécessaire.

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