« Pompe à chaleur » : différence entre les versions
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[[Fichier:Heat Pump.jpg|thumb|Éléments extérieurs de pompes à chaleur à usage résidentiel.]] |
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Le scoot de max la terreur |
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Une '''pompe à chaleur''' (PAC) est un dispositif permettant de transférer de l'[[énergie thermique]] ([[calories]]) d'un milieu à basse température (source froide) vers un milieu à haute température (source chaude). Ce dispositif permet donc d'inverser le "sens naturel" du transfert spontané de l'énergie thermique. |
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Maxime la terreur du 67 qui boit des binouz |
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Selon le but du dispositif de pompage, une pompe à chaleur peut soit être considérée comme un système de [[chauffage]] si l'on souhaite augmenter la température de la source chaude, soit être considérée comme un [[réfrigérateur|système frigorifique]] si l'on souhaite abaisser la température de la source froide. Lorsque le but du dispositif de pompage est à la fois de chauffer et de refroidir, le système est alors considéré comme une [[thermo-frigo-pompe]]. |
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Des pompes à chaleur se retrouvent ainsi dans de nombreuses installations telles que des [[réfrigérateur]]s, des [[Climatisation|climatiseurs]] et divers systèmes de chauffage. |
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== Classifications des pompes à chaleur == |
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L'expression « pompe à chaleur » est générique et regroupe de nombreux dispositifs réalisant la même action (pomper de la chaleur) mais exploitant des phénomènes physiques, des sources d'énergies ou travaillant avec des milieux très différents. On peut classer les pompes à chaleur en fonction de ces trois paramètres : |
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=== Classification en fonction du phénomène physique employé === |
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* [[Réfrigérateur à compression de vapeur|La machine à compression de vapeur]] (la pompe à chaleur "commune", dite thermodynamique) ; |
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* [[Réfrigérateur à absorption de gaz|La pompe à chaleur à absorption de gaz]] ; |
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* [[effet Peltier|La pompe à chaleur à effet Peltier]] ; |
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* [[Froid Stirling|La pompe à chaleur Stirling]] ; |
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* [[Thermoacoustique|La pompe à chaleur thermoacoustique]] ; |
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* [[Réfrigération magnétique|La pompe à chaleur thermomagnétique]]. |
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=== Classification en fonction de la source d'énergie utilisée === |
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* Pompe à chaleur électrique ; |
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* [[Pompe à chaleur gaz naturel|pompes à chaleur gaz naturel]] ; |
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=== Classification en fonction du vecteur d'énergie thermique === |
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Les vecteurs d'énergie thermique les plus couramment rencontrés sont : |
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* Pompe à chaleur air/air - L'énergie thermique est transférée de l'air constituant un milieu à l'air constituant un autre milieu ; |
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* Pompe à chaleur air/eau - L'énergie thermique est transférée de l'air constituant un milieu à l'eau constituant un autre milieu (souvent un circuit caloporteur) ; |
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* Pompe à chaleur eau/air - L'énergie thermique est transférée de l'eau constituant un milieu (souvent un circuit caloporteur) à l'air constituant un autre milieu ; |
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* Pompe à chaleur eau/eau - L'énergie thermique est transférée de l'eau constituant un milieu à l'eau constituant un autre milieu ; |
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Néanmoins l'eau et l'air ne sont pas les seuls vecteurs employés et employables, tout [[Fluide (matière)|fluide]] au sens large peut servir de vecteur énergétique. |
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=== Classification en fonction de la source d'énergie thermique === |
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* Pompe à chaleur aérothermique - L'énergie thermique est pompée de l'air ambiant |
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* Pompe à chaleur géothermique - L'énergie thermique est pompée du sol |
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Pour qualifier intégralement une pompe à chaleur il est donc nécessaire de préciser chacun des aspects de la pompe à chaleur en question. Par exemple, la pompe à chaleur d'un réfrigérateur est, dans la grande majorité des cas, une pompe à chaleur à compression de vapeur (thermodynamique) électrique air/air aérothermique. |
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== Coefficient de performance d'une PAC == |
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Pour caractériser l’efficacité de fonctionnement d'une pompe à chaleur on utilise le rapport du débit d'énergie thermique utile transférée (Puissance thermique) sur le débit d'énergie "payée" (Puissance "payée"). |
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Ce rapport est par convention nommé [[coefficient de performance]] (ou « COP ») et est un nombre sans unité. |
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En fonction du besoin, la puissance thermique utile peut être : |
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- la puissance thermique prélevée à la source froide. On parlera alors de COP froid ; |
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- la puissance thermique fournie à la source chaude. On parlera de COP chaud. |
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En pratique, les pompes à chaleur étant principalement connues du public pour le chauffage, on omet de préciser que le COP mentionné est un COP chaud. |
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La puissance "payée" peut être sous la forme du puissance électrique (dans les cas d'un moteur actionnant une pompe, du courant dans un module Peltier ou du courant du vibrateur dans un pompe à chaleur acoustique), d'une puissance mécanique ou bien d'une puissance thermique (dans le cas d'une pompe à chaleur par absorption fonctionnant au gaz naturel). |
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<math display=block> |
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COP_{chaud} = \frac{P^{chaude}_{utile}}{P_{payee}} \qquad COP_{froid} = \frac{P^{froide}_{utile}}{P_{payee}} |
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</math> |
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Le COP d'une PAC s'apparente à une [[efficacité]]. Il est compris entre 0 et l'infini. |
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Une pompe à chaleur lutte contre le sens naturel du transfert de l'énergie thermique, ce qui explique pourquoi, dans la grande majorité des cas, le COP baisse lorsque la différence de température entre la source chaude et la source froide augmente. |
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Pour la même puissance de chauffe une pompe à chaleur de COP 4 consomme deux fois moins d'énergie qu'une pompe à chaleur de COP 2. |
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Pour un chauffage domestique, comme pour n'importe quelle application de chauffage, le COP chaud peut être calculé de différentes manières selon les règles que l'on décide de s'imposer (définitions de la puissance utile et de la puissance payée). Ainsi, pour faciliter la compréhension et permettre une comparaison équitable, ces règles sont définies par des normes telles que l'EN 14511. |
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== Classification des sources chaudes et froides == |
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Selon les techniques employées, la chaleur pompée à la source froide peut être extraite de différents milieux. Ces calories sont ensuite restituées à la source chaude (gaz, fluide, matériau). |
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En fonction du domaine d'application et pour différencier les cas d'installations les plus classiques un certain nombre de qualificatifs sont utilisés dans le domaine pour faciliter la communication. Voici une liste de ces qualificatifs. |
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=== Pompe à chaleur géothermique === |
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Les PAC utilisant la chaleur du sol sont appelées ''pompe à chaleur géothermique''. Cette appellation peut prêter à confusion avec le chauffage urbain géothermique qui utilise la chaleur à haute température du sous-sol profond, mais c'est un système très différent. |
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Il existe principalement trois types de captages<ref>[http://www.quelleenergie.fr/economies-energie/pompe-chaleur-geothermique/fonctionnement Pompe à chaleur géothermique : Fonctionnement] [[QuelleEnergie.fr]], juin 2011</ref>: |
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* le captage horizontal au sol (faible profondeur et grande surface) ; |
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* le captage vertical au sol (petite surface et grande profondeur, {{unité|100|m}} maximum). |
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* le captage vertical sur nappe phréatique (suivant la profondeur de la nappe). |
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Le captage horizontal au sol est constitué d'un réseau de plusieurs tubes en parallèle, dans lesquels circule un liquide caloporteur ou le fluide frigorifique dans le cas d'une détente directe. Ces tubes sont enterrés en moyenne entre {{unité|60|cm}} et {{unité|1.2|m}} de profondeur suivant le climat, en général sous une pelouse non arborée. |
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Le captage vertical est similaire au captage horizontal dans le principe, mais au lieu d'être à l'horizontal, le capteur est constitué de tubes créant des boucles verticales. Le système demande moins de boucles et de longueurs de tubes mais le forage nécessaire à sa mise en œuvre est plus coûteux que le décaissement du capteur horizontal. Son avantage est qu'il ne dénature pas le sol et permet la plantation d'arbres dans le reste de la propriété. |
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Exemple de dimensions de capteurs pour un PAC eau eau de {{unité|11|kW}} calorifique: |
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* Capteur horizontal : {{nombre|11|boucles}} de {{unité|50|m}} espacées de {{unité|50|cm}} sur {{unité|272|m|3}}. |
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* Capteur vertical : {{nombre|3|puits}} de {{unité|90|m}} |
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Le captage par nappe phréatique nécessite que l'eau pompée soit à une température supérieure à {{tmp|10|°C}}, ce qui est la plupart du temps le cas. La puissance calorifique et le COP obtenus du captage surpassent tous les autres modes, cependant il ne faut pas que l'énergie nécessaire au pompage grève les gains obtenus. L'idéal est d'utiliser une pompe à vitesse variable et de rejeter l'eau dans un second puits, en aval de la nappe phréatique. |
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D'autres contraintes techniques peuvent limiter les températures de fonctionnement : impossible de rejeter de l'eau pure à moins de {{tmp|0|°C}}, phénomène de givrage (source froide) ; haute pression limitée par la résistance mécanique du circuit haute pression (source chaude), limitation du transfert effectif d'énergie entre les sources (dimensionnement et encrassement des échangeurs). |
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Le chauffage au sol dans l'habitat ([[plancher chauffant]]), alternative aux radiateurs traditionnels, permet une performance optimale car il ne nécessite pas une température élevée. Dans le cas de radiateurs, il est préférable que ceux-ci soient dimensionnés pour pouvoir fonctionner à « basse température ». S'ils ne le sont pas, une autre source d'énergie sera nécessaire pour augmenter la température du circuit et assurer leur fonctionnement (voir limitation de la température dans le chapitre précédent). |
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=== Pompe à chaleur marine === |
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La chaleur est dans ce cas pompée dans un grand volume d'eau, comme l'océan, un lac ou une rivière. |
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Ci-dessous une liste d'installations exploitant une pompe à chaleur marine : |
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* [[Monaco]]<ref>Philippe Nunes, ''[http://conseils.xpair.com/actualite_experts/pac-eau-de-mer-geothermie.htm Pompe à chaleur sur eau de mer ou géothermie eau de mer ({{unité|4800|kW}})]'', XPAIR, 2012-08-01</ref> utilise l'équivalent de {{unité|4.8|mégawatts}} de thermies prélevées dans l'eau du « Port Hercule » (Quai Antoine {{1er}}) pour chauffer {{Unité|400000|m|2}}, via 3 échangeurs thermiques à plaques d’une capacité unitaire d’échange de {{unité|1600|kW}} ; |
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* [[La Seyne-sur-Mer]] (France, 83) peut depuis 2009 alimenter {{Unité|54000|m|2}} de bâtiments tertiaires et de logements construits sur les anciens [[chantiers navals]] avec {{unité|4800|kW}} tirés de la mer via des PAC réversibles « eau-eau » à haut-rendement<ref>Philippe Nunes, ''[http://conseils.xpair.com/actualite_experts/pompe_chaleur_eau_mer.htm Pompe à chaleur sur eau de mer pour {{unité|54000|m|2}} à la Seyne/Mer]'' 2010-02-01</ref> ; |
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* Le « ''Quartier de la Divette'' » de [[Cherbourg]] construit une chaufferie collective qui utilisera (été 2013) la chaleur de l'eau du « Bassin du Commerce » pour chauffer de plus de {{nombre|1300|logements}} (évitant {{Unité|1730|t/an}} d'émissions de {{CO2}})<ref>Marie-Jo Sader, ''[http://www.actu-environnement.com/ae/news/pompe-chaleur-eau-mer-immeuble-collectif-17408.php4 De l'eau de mer pour chauffer des habitations]'', Actu environnement</ref>, via {{nombre|2|pompes}} à chaleur de {{unité|1.092|MW}} chacune. Ceci couvrira 84 % des besoins de chauffage du quartier, les chaudières gaz déjà présentes complèteront le système pour les 16 % nécessaires en période froide (équivalent des émissions de 850 voitures), avec 30 % de coûts en moins pour les habitants. |
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* Le projet « ''Smartseille'' » à [[Marseille]] alimentera un écoquartier appelé « îlot Allar », étendu sur {{unité|2.4|hectares}} avec {{unité|58000|m|2}} de plancher. L’eau de mer est puisée ({{unité|425|m{{exp|3}}/h}}) entre {{unité/2|12|et=26|°C}} en bout de quai dans le port industriel de Marseille, puis dirigée vers un échangeur, qui alimentera une boucle d’eau douce tempérée distribuant les calories et les frigories dans les immeubles. La puissance totale du réseau pour cet îlot est de {{unité|2.6|MW}} chaud et de {{unité|3.3|MW}} froid. La livraison des logements et des bureaux de Smartseille est programmée sur trois ans (2016-2018). La thalassothermie sur boucle d’eau tempérée devrait être étendue dans les dix prochaines années à l’ensemble du projet {{nobr|Euromed II}}, soit plus de {{unité|700000|m|2}} et environ {{unité|5|km}} de réseau. Le débit de pompage de l’eau de mer sera alors porté à {{unité|3600|m{{exp|3}}/h}} pour une puissance de {{unité|27|MW}} chaud et {{unité|17|MW}} froid<ref>[http://www.energies-renouvelables.org/newsletter/10-decembre-2015/thalassothermie-au-coeur-de-marseille.asp Écoquartier - Thalassothermie au cœur de Marseille], La lettre des énergies renouvelables du 10 décembre 2015.</ref>. |
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=== Pompe à chaleur air-air === |
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La chaleur est extraite de l'air extérieur pour être restituée à l'air intérieur. Ce montage peut également se trouver sur des systèmes pompant la chaleur de l'air évacué (vicié) d'un local pour la restituer à l'air neuf injecté. C'est le cas de certaines [[VMC double flux]]. |
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D'autres pompes à chaleur utilisent l'air comme source froide (refroidissement de l'air pour chauffer l'eau d'une piscine par exemple) mais le rendement est moindre et dépend de la température de l'air extérieur. Les risques de [[givre|givrage]] du radiateur extérieur peuvent être importants lorsque la température de l'air extérieur est basse et l'[[hygrométrie]] élevée, le rendement devenant alors très faible. |
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Certains modèles sont inversibles (ou, improprement, « réversibles »), c'est-à-dire capables de transférer de la chaleur de la maison vers l'extérieur. Ces machines ont l'avantage de pouvoir servir de [[climatisation]] si les échangeurs de chaleur s'y prêtent : le plancher chauffant a une capacité relativement limitée à devenir plancher rafraîchissant mais les radiateurs ne conviennent pas (question d'aire d'échange et de génération de condensats) : il faut les remplacer par des ventilo-convecteurs nettement plus coûteux et générant d'autres contraintes (alimentation électrique, évacuation des condensats, bruit{{etc.}}). |
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Les pompes à chaleur air-air peuvent utiliser l’air issu d’un [[échangeur air-sol]] pour alimenter l’entrée d’air et améliorer ainsi leur efficacité. Dans la pratique, le débit important d'air brassé réduit très fortement cet intérêt : le puits canadien ou provençal n'est efficace qu'avec un débit et une vitesse d'air limités par la vitesse d'échange thermique entre l'air introduit, la température du sol et la qualité thermique du conduit. |
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En général, un puits canadien sert plutôt à réchauffer un tant soit peu l'air neuf admis dans le bâtiment. Avec de tels débits d'air, il vaut mieux récupérer l'énergie sur l'air rejeté et, éventuellement, réchauffer l'air neuf avec l'énergie récupérée. Il existe des PAC à double flux air-air qui réalisent cet échange tout en assurant les débits d'air et donc le renouvellement d'air contrôlé à l'intérieur du bâtiment. |
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=== Fonctionnement de la PAC === |
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Pour comprendre le fonctionnement d'une pompe à chaleur (PAC), qu'elle soit géothermique (utilisant la chaleur contenue dans le sol), aérothermique (celle contenue dans l'air) ou [[Aquathermie|aquathermique]] (celle contenue dans l'eau de mer, de cours d'eau ou de nappes libres), il est nécessaire d'isoler le fluide caloporteur et d'appliquer le principe de conservation de l'énergie au cours d'un cycle. Ce principe permet de dire que les flux thermiques « entrant » et « sortant » de ce fluide s'équilibrent au cours du cycle en ce sens que le flux thermique émis par le fluide à la source chaude lors de la réaction exothermique dans le condenseur est vu négativement par le fluide caloporteur alors que les deux formes d'énergie qu'il reçoit de l'extérieur, à savoir l'apport d'énergie primaire payante entretenant le cycle et l'apport thermique provenant de la source froide lors de la [[réaction endothermique]] dans l'[[évaporateur]] sont vues positivement par ce même fluide. Ce qui est vu négativement par le fluide caloporteur équilibre ce qui est vu positivement au titre de la loi sur la conservation de l'énergie. |
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Cette technique, connue depuis plus d'une trentaine d'années, a subi de notables évolutions techniques qui lui permettent de rivaliser voire de surpasser en termes de performances les moyens de chauffage « traditionnels ». Une PAC est dite réversible (ou inversible) lorsque le circuit du fluide caloporteur comprend une valve 3 voies permettant d'inverser les fonctions du condenseur et de l'évaporateur ce qui permet dans une faible mesure dans le cas du plancher de rafraîchir les pièces de vie en période estivale. |
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La pompe à chaleur aquathermique (à eau), la plus performante, utilise une source d'eau : puits, rivière, lac, ruisseau, eaux souterraines. Il faut vérifier que cette source est disponible en quantité suffisante, que son utilisation est autorisée (administration des eaux et services sanitaires). pour les climatisations à double effet (chaud et froid) l'impact sur la source est : |
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; l'hiver : le rejet ou retour d'eau plus froid que l'eau pompée à l'[[exhaure]] augmente la capacité de l'eau à retenir l'oxygène mais diminue la température de l'eau ce qui est favorable, ou pas, pour l'environnement et la vie aquatique, selon la température initiale{{refsou}} ; |
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; l'été : la tendance à réchauffer l'eau risque de générer un manque d'oxygénation qui peut avoir un effet néfaste sur la végétation et la vie animale, sauf si la source est très froide comme dans une rivière proche d'un glacier. |
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La pompe à chaleur aérothermique (à air) utilise l'air extérieur, toujours disponible en abondance en rejetant un air plus froid l’hiver (avec le risque de givrage du capteur extérieur si le temps est humide) et plus chaud l'été (ce qui peut être gênant en période de canicule). Le brassage de l'air peut être bruyant surtout si la climatisation est de mauvaise qualité et beaucoup sollicitée. |
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==== Circuit de captage ==== |
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Pour les habitations individuelles ou les petits immeubles, la plupart des pompes à chaleur « géothermiques » captent l'énergie du sol par un circuit constitué de tuyaux de cuivre recouverts de [[Polytéréphtalate d'éthylène|polyéthylène]] pour les installations avec fluide frigorigène ou de polyéthylène pour les installations à eau glycolée. Il existe deux types de captage : |
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; capteurs horizontaux : enterrés entre 60 et {{unité|120|[[centimètre|cm]]}} de profondeur, le circuit est constitué de boucles (par exemple sous le jardin). La surface occupée par les capteurs dépend de la nature du sol, il peut occuper environ deux fois la surface à chauffer, soit par exemple {{unité|400|m{{2}}}} pour une surface à chauffer de {{unité|200|m|2}}. Cet espace peut être planté de gazon ou de petits arbustes, mais ne peut accepter d'arbres aux longues racines. |
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; capteurs verticaux : le circuit comporte un tuyau formant une seule boucle verticale. Il nécessite un forage en profondeur (environ {{unité|80|m}}), ou en faible profondeur (environ {{unité|30|m}}) dans le cas d'un captage à détente directe. Plus coûteux, il présente l'avantage d'occuper moins de surface au sol. Les capteurs verticaux sont également appelés «sondes géothermiques ». |
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Le circuit de captage de la pompe à chaleur à air est généralement absent quand la pompe est extérieure : elle aspire et rejette dans son environnement certains modèles intérieurs ou dans des [[Local technique|locaux techniques]] aspirent et rejettent par des conduits.<br/> |
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Les capteurs distants doivent néanmoins être raccordés par le circuit frigorifique chargé de [[fluide frigorigène]]. |
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Le circuit de captage de la pompe à chaleur à eau est constitué d'une pompe de circulation, d'un point de prélèvement avec crépine et filtre et d'un rejet. |
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==== L'appareil de la PAC ==== |
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[[Image:PompeAchaleur.png|upright=1.2|thumb|Schéma de principe d'une PAC à détente directe : <br/>. 1 : condenseur,<br/>. 2 : détendeur,<br/>. 3 : évaporateur,<br/>. 4 : compresseur.]] |
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L'appareil, qui prélève de la chaleur à la source froide grâce au circuit de captage, dispose de quatre organes principaux (cf. schéma ci-contre) : |
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# le '''condenseur''' (source chaude) : le fluide frigorigène libère sa chaleur au fluide secondaire (eau, air{{etc}}) en passant de l'état gazeux à l'état liquide, |
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# le '''réducteur de pression''' (souvent improprement appelé détendeur) : il réduit la pression du fluide frigorigène en phase liquide. |
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# l''''évaporateur''' (source froide) : la chaleur est prélevée au fluide secondaire pour vaporiser le fluide frigorigène. |
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# le '''compresseur''' : actionné par un moteur électrique, il élève la pression et la température du fluide frigorigène gazeux en le comprimant |
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Il existe deux techniques différentes : |
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; la détente directe : elle se compose d'un seul circuit. Le fluide frigorigène passe directement dans le sol chauffant ou les convecteurs. Le circuit de captage joue le rôle d'évaporateur et le circuit de chauffage celui de condenseur. Cette technique est couramment appelée sol-sol. |
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; les systèmes indirects ou PAC eau glycolée : la PAC possède un circuit séparé pour le captage, la pompe à chaleur et le chauffage. |
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Il existe également des systèmes mixtes : le capteur géothermique contient du fluide frigorigène et les émetteurs de l'eau (PAC sol-eau). |
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Avantages et inconvénients des techniques : |
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Avantages : |
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* L'échange thermique sol-fluide frigorigène est accru, ce qui permet une réduction de la longueur de l’échangeur. |
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* pas d’échangeur supplémentaire eau-fluide frigorigène |
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* pas de pompe de circulation requise puisque pas de circuit eau glycolée |
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* pas de problème de purge en comparaison avec les systèmes indirects |
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Inconvénients : |
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* la charge en fluide frigorigène peut être importante, notamment dans les techniques sol-sol. |
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* pas adapté pour les terrains trop pentus (nécessité de pièges à huile) |
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; Techniques à eau glycolée-eau : |
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Avantages : |
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* adapté aux terrains pentus |
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* fonctionnement en free-cooling |
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Inconvénients : |
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* le rendement est inférieur au rendement des PAC à détente directe : un échangeur supplémentaire eau glycolée-fluide frigorigène est nécessaire ainsi qu'une pompe de circulation. |
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* il existe un danger de pollution des nappes phréatiques dû au glycol. Dans cette optique, les entreprises d'installation devraient utiliser du [[propylène glycol|monopropylène glycol]]. Celui-ci a une viscosité plus grande que le [[éthylène glycol|monéthylène glycol]], est plus coûteux mais est de qualité alimentaire (selon les fabricants, biodégradable à 98 %)<ref>{{pdf}} [http://www.groundmed.eu/uploads/media/2.Mode_de_captage_geothermique_benabdelmoumene_CETIAT.pdf État de l’art des modes de captage géothermique] Sur le site groundmed.eu/, {{date|9|novembre|2010}}</ref>. Cette précaution est parfois négligée par les fabricants de PAC eux-mêmes<ref>[http://www.dimplex.de/fr/professionnel/details-techniques/pompes-a-chaleur/lexique-pompe-a-chaleur/explication-des-termes/e.html Lexique Pompe à chaleur] Sur le site dimplex.de - consulté le 23 avril 2012</ref>. |
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==== Le circuit de chauffage ==== |
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On utilise principalement trois types d'émetteurs de chauffage : |
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* Le [[plancher chauffant]] |
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* Les ventilo convecteurs |
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* Les radiateurs basse température |
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Il est important de retenir que les pompes à chaleur n'offrent une efficacité intéressante qu'à la condition d'être reliées à des émetteurs dimensionnés pour des températures basses. En effet, {{Référence nécessaire|les coefficients de performance annoncés par certaines publicités à des températures d'eau élevées sont fantaisistes}}.<br/> |
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Les radiateurs peuvent parfois être réutilisés s'ils sont adaptés au chauffage à basse température ; ce peut être le cas pour des installations anciennes dimensionnées pour un fonctionnement en [[thermosiphon]] : les dimensions de canalisations et de radiateurs peuvent permettre de chauffer à basse température avec un débit très supérieur à celui du thermosiphon grâce aux accélérateurs modernes.<br/> |
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Il est également possible de redimensionner certains radiateurs en fonction du besoin propre au local concerné afin de compenser la baisse de température par une surface d'émission supérieure. C'est la solution retenue le plus couramment en cas de rénovation d'une installation existante. |
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[[Image:Pompe à chaleur géothermique.jpg|thumb|center|upright=1.5|Fonctionnement d'une pompe à chaleur géothermique à fluides intermédiaires]] |
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=== Cycle thermodynamique === |
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Le fluide circulant dans une pompe à chaleur subit un cycle de transformation composé de quatre étapes : |
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* À la sortie du [[compresseur mécanique|compresseur]], le fluide est sous forme gazeuse à haute pression et sa température est élevée. |
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* Dans le condenseur, le fluide passe à l'état liquide et cède de l'énergie ([[Enthalpie de changement d'état|chaleur latente]]) qui est transférée vers l'extérieur (circuit de chauffage) sous forme de chaleur. |
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* À la sortie du [[condenseur (séparation)|condenseur]], le fluide (liquide) voit sa température fortement diminuer. |
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* Dans le détendeur, l'énergie du fluide (son [[enthalpie]]) reste constante. |
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* À la sortie du [[détendeur]], le fluide est à l'état liquide basse pression. Sa température baisse dès qu'il peut (un tant soit peu) s'évaporer. |
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* Dans l'évaporateur, le fluide récupère de l'énergie sous forme de chaleur en s'évaporant. La pression reste constante et le fluide devient totalement gazeux. |
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* À la sortie de l'[[évaporateur]], le fluide est tempéré (environ {{tmp|5|°C}}) et à faible pression. |
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* Dans le compresseur, le gaz passe à une pression élevée grâce à l'énergie mécanique fournie par le compresseur. Sa température s'élève suivant la [[Loi de Laplace (thermodynamique)|loi de Laplace]]. |
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=== Fluide frigorigène === |
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{{article détaillé|fluide frigorigène}} |
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Les fluides frigorigènes les plus couramment utilisés pour les PAC sont : |
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* le [[R407C]] |
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* le [[R410A]] |
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* le [[1,1,1,2-Tétrafluoroéthane|R134a]], pour chauffe-eau thermodynamique |
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Les plus anciennes fonctionnent encore avec des gaz qui sont maintenant interdits dans les nouveaux équipements, comme le [[Chlorodifluorométhane|R22]] qui ne sera plus commercialisé en Europe à partir de 2015. Ces fluides sont soumis à une récupération obligatoire du gaz dans une bouteille de transfert pour être traité. Ces gaz sont nocifs pour la couche d'ozone. |
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Il existe également des PAC utilisant du [[Dioxyde de carbone supercritique|{{CO2}} supercritique]] comme fluide frigorigène, commercialisées sous le nom générique [[EcoCute]]. Encore peu diffusées en Europe, elles le sont de manière beaucoup plus large au Japon<ref>[[Yomiuri shinbun|Yomiuri Shimbun]], 12 novembre 2009, 13 ver.13S, page 8</ref>. |
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== Utilisation de la pompe à chaleur en thermique du bâtiment == |
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=== Marché en France === |
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En [[2006]], {{nombre|53510|pompes}} à chaleur domestiques ont été installées en France contre seulement un millier en [[1997]], ce qui permet à ce pays de devenir le second marché [[Europe|européen]] pour cet appareil derrière la [[Suède]] mais devant l'[[Allemagne]] et la [[Suisse]]. Cependant, dans les pays nordiques, 95 % des maisons neuves en sont équipées contre seulement 10 % en France où, pourtant, le marché double de valeur d'une année sur l'autre<ref>« ''[http://www.novethic.fr/novethic/site/article/index.jsp?id=110832 Pompes à chaleur : la France rattrape son retard]'' », sur le site Novethic.fr, {{date|24|août|2007}}</ref>. |
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En 2009, le gouvernement français proposait un [[crédit d'impôt]] à hauteur de 40 % sur le matériel, plafonné à une valeur de {{unité|16000|€}} pour un couple marié et {{unité|8000|€}} pour un célibataire ou un couple non marié ; ce plafond s'appréciant sur cinq années consécutives. Ce crédit d'impôt 2009 était exclusivement lié au seul coût du bloc principal de la pompe à chaleur, hors pose. Il couvrait les PAC géothermiques et les PAC air-eau ; depuis le {{date|1|janvier|2009}}, les PAC air/air ne sont plus prises en charge. |
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À partir de janvier 2010, la loi de finances (LFR 2009 article 28 ter) prévoit un maintien du taux de 40 %, mais uniquement pour les PAC géothermiques et thermodynamiques (eau-eau), y compris la pose du capteur géothermique. Le crédit d’impôt applicable aux autres pompes à chaleur (autres que air-air et thermodynamiques) a été ramené de 40 à 25 %. |
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En 2011, l’État réduit le crédit d'impôt pompe à chaleur à 36 % pour les PAC géothermiques (y compris la pose des capteurs en sol) et de 22 % pour les pompes à chaleur aérothermiques autres que air-air. Le marché français de la pompe à chaleur est ainsi assujetti aux diverses lois de finances. Ainsi en France le nombre de PAC air-eau et géothermie passe de {{unité|153000|unités}} en 2008 à {{unité|121000|unités}} en 2009 et à {{unité|63000|unités}} en 2010<ref>[http://conseils.xpair.com/agenda_news/rencontre-pompe-a-chaleur-grenelle-environnement.htm AFPAC - Conférences juillet 2011 premières rencontres de la pompe à chaleur] sur media.xpair.com, consulté le {{date|1|août|2011}}.</ref>{{,}}<ref>{{pdf}} [http://media.xpair.com/pdf/pompe-a-chaleur/marche-2010-perspectives-2011.pdf AFPAC - Marché de la pompe à chaleur de 1976 à 2010], sur le site media.xpair.com, consulté le 20 novembre 2012</ref>. |
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Selon l'AFPAC (Association française de la PAC), sur le premier quadrimestre de 2014, le marché français de la PAC a beaucoup progressé, grâce à la [[RT2012]] : une PAC était installée dans 40 à 50% des maisons neuves ; un groupe de travail associant l’AFPAC et l’AFPG (Association française des professionnels de la géothermie) venait d’être constitué pour relancer la PAC géothermique, réduire le coût des installations et permettre à ce marché de revenir, à terme, à un niveau «naturel » de 15 à {{nombre|20000|pièces}} par an<ref>[http://conseils.xpair.com/actualite_thermpresse/perspectives-geothermie-francaise-vmc.htm Perspectives plutôt favorables pour la géothermie française], site Xpair consulté le 29 avril 2014.</ref>. |
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Dans le scénario « [[association négaWatt|négaWatt]] 2017 »<ref>Comparer [https://negawatt.org/scenario/sankeys/2015-simplifie diagramme 2015 simplifié] et [https://negawatt.org/scenario/sankeys/2050-simplifie diagramme 2050 simplifié] sur negawatt.org L'électricité dévolue au chauffage s'élève à 63,4 [[TWh/a]], tandis que la chaleur renouvelable s'élève à 135,1 [[TWh/a]], ce en [[France]] pour 2050. On y voit la marque des pompes à chaleur.</ref>{{,}}<ref>{{pdf}} [https://negawatt.org/IMG/pdf/170307_fiche_mde.pdf Maîtrise de l'électricité] sur negawatt.org</ref>, les pompes à chaleurs consomment l'électricité beaucoup plus efficacement en 2050, que ne le faisaient les radiateurs électriques. |
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===Installation en Suisse=== |
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Le [[pompe à chaleur système-module]] (PAC système-module) est un standard suisse pour la planification, la construction et la mise en service de pompes à chaleur dont la puissance thermique est inférieure ou égale à environ {{unité|15|kW}}. |
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== Système mixte == |
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Une pompe à chaleur peut être optimisée et même renforcée en la combinant à une autre source d'énergie (par exemple [[photovoltaïque]]), permettant une amélioration des rendements respectifs, comme l'a montré une expérimentation (+ 20 % de rendement à [[Chambéry]] en [[Savoie]]). C'est un des moyens ([[breveté]] en France sous le nom « ''Aedomia'' »<ref>[http://www.batiactu.com/edito/mariage-reussi-pompe-a-chaleur-et-du-photovoltaiqu-33071.php Mariage réussi de la pompe à chaleur et du photovoltaïque], sur le site batiactu.com du18 septembre 2012, consulté le 18 février 2016.</ref>) d'atteindre la « basse consommation » voire le [[bâtiment à énergie positive]]. La chaleur accumulée par les panneaux photovoltaïques peut être récupérée pour améliorer le rendement d'une pompe à chaleur, elle-même alimentée par l'électricité produite. De plus le module photovoltaïque produit plus d'électricité quand il est ainsi refroidi. Un stockage intermédiaire d'[[énergie thermique]] (calories) dans un ballon d'eau chaude est nécessaire, car les pompes à chaleur classiques s'arrêtent (par sécurité) au-dessus de {{tmp|40|°C}}, alors que l'air chauffé par le soleil peut atteindre {{tmp|50|°C}}<ref>Iinterview d'Alain Guiavarch (CEP Mines ParisTech), [http://www.batiactu.com/edito/mariage-reussi-de-la-pompe-a-chaleur-et-du-photovo-33071.php Présentation des résultats du Projet PACAirPV couplant la pompe à chaleur à des capteurs photovoltaïques], sur le site batiactu.com du 18 septembre 2012)</ref>. |
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==Références== |
==Références== |
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Maxime la terreur du 67 qui boit des binouz
Références
Voir aussi
Articles connexes
Liens externes
- Animation sur la pompe à chaleur et la rénovation énergétique
- Vidéo : thermodynamique et pompe à chaleur
- Pompe à chaleur gaz. Exemple de conception pour une école
