Comment fonctionne une pompe à chaleur : la chaleur ne se produit pas, elle se déplace
Une chaudière brûle du gaz pour produire de la chaleur. Une pompe à chaleur ne produit pas de chaleur : elle la prend dans l’air extérieur, même en hiver, et l’amène à l’intérieur. L’électricité ne sert qu’à la déplacer, c’est pourquoi la machine fournit plus d’énergie thermique qu’elle ne consomme d’énergie électrique. Combien de plus, c’est le COP qui le dit, et sur nos machines il se lit à l’écran.
Le transport est assuré par un fluide frigorigène qui circule dans un circuit fermé et passe par quatre étapes. Nous les expliquons avec une Kita Air qui chauffe un bâtiment industriel.
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Les quatre étapes du fluide frigorigène
1. Évaporation. Dans la batterie à ailettes de l’unité extérieure, le fluide entre plus froid que l’air. Il s’évapore, comme l’eau qui bout, et en s’évaporant il absorbe la chaleur de l’air que le ventilateur fait passer à travers. Cela fonctionne aussi sous zéro : il suffit que le fluide soit plus froid que l’air.
2. Compression. Le compresseur aspire le gaz et le comprime : la pression et la température montent, jusqu’à le rendre bien plus chaud que l’air du bâtiment.
3. Condensation. Le gaz chaud arrive à l’unité intérieure et cède sa chaleur à l’air que le ventilateur souffle vers le bas, là où l’on travaille. En cédant sa chaleur, il redevient liquide.
4. Détente. Le liquide retourne à l’unité extérieure et passe dans le détendeur : il perd de la pression, se refroidit et est prêt à s’évaporer de nouveau. Sur nos machines, le détendeur est toujours électronique. Il est commandé par la carte électronique de la machine, qui lit les sondes et fait entrer dans la batterie exactement le fluide qui peut s’évaporer, instant après instant. Un détendeur mécanique ne suit pas avec la même précision les variations de température et de charge.
Sur le schéma, le compresseur est dessiné en haut pour plus de clarté. Dans la machine, il se trouve dans l’unité extérieure, avec la batterie et le détendeur.
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En été, le cycle s'inverse
La même machine rafraîchit. Les deux batteries échangent leur rôle : celle de l’intérieur prend la chaleur du bâtiment, celle de l’extérieur la rejette. Pourquoi un climatiseur qui chauffe aussi en hiver n’est pas une pompe à chaleur, nous l’avons expliqué dans le conseil sur le climatiseur.
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Pourquoi elle rend moins quand il fait plus froid
Le compresseur fournit d’autant plus d’effort que l’écart est grand entre la température à laquelle le fluide s’évapore dehors et celle à laquelle il se condense dedans. Avec un air à -7 °C, l’écart est plus grand qu’à +7 °C, et le COP baisse. C’est la loi que Carnot a écrite il y a deux siècles : aucune machine réelle n’atteint sa limite, mais la tendance est la même.
C’est pourquoi une pompe à chaleur ne se juge pas sur son COP nominal, mais sur ce qu’elle fait en hiver. Ce qui compte, c’est la batterie et le compresseur :
- une grande batterie, qui fait évaporer le fluide près de la température de l’air, comme expliqué dans le conseil sur les ailettes ;
- un compresseur conçu pour de grands écarts, comme expliqué dans le conseil sur les compresseurs scroll.
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Le dégivrage : seulement quand il faut
En hiver, la batterie extérieure travaille sous zéro et l’humidité de l’air s’y dépose sous forme de givre. Tant qu’il y a peu de givre, la machine chauffe normalement. Quand la batterie est pleine, l’air ne passe plus et la machine doit faire fondre la glace, en prenant de la chaleur au bâtiment.
Beaucoup de pompes à chaleur dégivrent à heure fixe, toutes les X minutes, ou dès que la batterie descend sous une certaine température. Elles dégivrent donc aussi quand la batterie est presque propre, et chaque dégivrage inutile, c’est de la chaleur retirée au bâtiment et du temps pendant lequel la machine ne chauffe pas.
Les nôtres dégivrent seulement quand c’est vraiment nécessaire : quand la batterie est pleine de givre et que l’échange de chaleur avec l’air est descendu sous un certain seuil. C’est la carte électronique qui le mesure, pas une horloge. C’est notre système de dégivrage, breveté. Plus d’espace entre les ailettes signifie aussi plus de givre avant d’atteindre ce seuil, donc moins de dégivrages, comme expliqué dans le conseil sur le dégivrage.
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Questions fréquentes
Comment fonctionne une pompe à chaleur, simplement ?
Elle ne produit pas de chaleur : elle la prend dans l’air extérieur et l’amène à l’intérieur avec un fluide qui s’évapore, est comprimé, se condense et se détend dans un circuit fermé. L’électricité sert seulement à le faire circuler.
Une pompe à chaleur fonctionne-t-elle sous zéro ?
Oui : il suffit que le fluide dans la batterie extérieure soit plus froid que l’air. Quand il fait plus froid, l’écart de température grandit et le COP baisse.
Pourquoi une pompe à chaleur rend-elle moins par temps froid ?
Le compresseur force d’autant plus que l’écart est grand entre la température d’évaporation dehors et celle de condensation dedans : avec de l’air à -7 °C, l’écart est plus grand qu’à +7 °C.
La même pompe à chaleur rafraîchit-elle l’été ?
Oui : le cycle s’inverse et les deux batteries échangent leur rôle. Celle de l’intérieur prend la chaleur des pièces, celle de l’extérieur la rejette dehors.
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