Les différents types de PAC

La pompe à chaleur ou P.A.C. fonctionne à l’électricité et permet de valoriser une source d’énergie naturelle : terre, air ou nappe d’eau souterraine afin de la restituer dans l’habitat.
Pour les particuliers, l’installation est prévue pour une géothermie très basse température, le sol ayant une température annuelle quasi constante, entre 10 et 15 degrés, à une profondeur d’un mètre en moyenne. Pour le Sud de la France, la différence de température entre le sol et l’air étant trop faible, on privilégie l’installation de pompe à chaleur aérothermique. Certaines PAC proposent la réversibilité, c’est-à-dire qu’elles fournissent du chauffage en hiver mais peuvent aussi délivrer du froid en été. C’est une fonctionnalité très attrayante, mais dont il ne faut pas abuser !

Quelle pompe à chaleur installer dans votre logement ?

Les pompes à chaleur géothermiques nécessitent la pose de capteurs souterrains. Il existe deux types de réseaux géothermiques : le système horizontal et le système vertical :

• Le système horizontal

Un réseau de tuyaux est enterré à faible profondeur dans un jardin par exemple. La superficie de ce réseau est de 1,5 à 2 fois la superficie à chauffer. On utilise donc la chaleur solaire que capte la terre, c’est un plan Géosolaire.
Les contraintes de ce système qui doit être enterré est qu’il faut un terrain étendu, peu pentu, non arboré, et une terre de bonne qualité.

• Le système vertical

Comme son nom l’indique, ce système puise la chaleur en profondeur dans la terre. Pour ce faire 2 sondes, séparées l’une de l’autre d’environ 10 m, sont installées sous terre de 30 m à 100 m de profondeur (celles-ci peuvent descendre jusqu’à 1500 m). En ce qui concerne les rejets d’eau, il est possible d’avoir un petit puit ou un système fermé remettant l’eau sous terre.
Dans le cas de l’eau, la fourchette thermique se situe en France entre 50 et 90° Celsius. Ce système peut être installé sur un terrain ayant peu de surface au sol, ou accidenté. Hélas, le coût du forage est parfois élevé.

Les PAC géothermiques

Parmi tous les types de pompes à chaleur existantes, les PAC géothermiques sont les plus performantes. Les procédés mis en œuvre sont maintenant au point, robustes et fiables.

• La géothermie multidirectionnelle

Voici un nouveau type d’installation : le forage multidirectionnel, qui est adapté dans le cadre d’une construction neuve ou d’une rénovation. Pour l’instant très peu exploité, il va se développer dans les années à venir.
Cette solution apporte un rendement similaire au forage vertical pour un coût semblable au forage horizontal, une aubaine. Le principe est simple, le forage est effectué par des tiges flexibles au bout desquelles sont situées les têtes de forage. Ces têtes se ré-orientent pour éviter les éventuels obstacles. Elles sont capables de se déplacer dans les 3 dimensions offrant une grande facilité d’utilisation.

Les PAC aérothermiques

Une PAC aérothermique capte les calories de l’air extérieur pour restituer de la chaleur en hiver et du frais en été. Elle est donc réversible, comme par exemple les pompes air/air qui pulsent l’air chauffé à l’intérieur en hiver et l’air refroidi en été.
Il existe aussi des pompes air/eau, qui captent les calories de l’air extérieur transmettant leur chaleur à un circuit hydraulique. On peut ainsi l’utiliser pour un plancher chauffant, ou pour un réseau de radiateurs à eau classique.
Le cycle thermodynamique d’un fluide frigorigène permet de transférer des calories entre un milieu extérieur et un milieu intérieur. Certains systèmes de PAC sont dit réversibles, c’est-à-dire qu’on chauffera en hiver et qu’on climatisera en été.
En mode chauffage, les calories seront récupérées à l’extérieur et restituées dans l’habitacle à chauffer. En mode climatisation, le cycle sera inversé, on récupère les calories dans l’habitacle pour les rejeter à l’extérieur.

Ce cycle thermodynamique est possible grâce à 4 organes principaux :

1. L’évaporateur : C’est un échangeur entre le fluide frigorigène et le milieu où l’on récupère les calories. Le fluide frigorigène arrive dans l’évaporateur à très basse température : on va donc avoir une différence de température entre le milieu et le fluide ce qui va permettre d’avoir un transfert de chaleur (calories) du chaud (milieu) vers le froid (gaz R410A). Le fluide frigorigène va chauffer jusqu’à évaporation complète, il est ensuite recueilli dans le compresseur.
2. Le compresseur : C’est l’organe qui va permettre au fluide d’avancer dans le circuit frigorifique. Le fluide arrive sous forme de gaz , il va être aspiré et comprimé. La compression augmente la température du fluide. En sortie le gaz sera donc à haute pression et sa température sera plus élevée que celle du milieu où l’on rejette les calories.
3. Le condenseur : Comme l’évaporateur, c’est un échangeur, cette fois-ci qui va permettre de transférer la chaleur du fluide vers le milieu. Le fluide va refroidir jusqu’à condensation (passe de l’état gazeux à l’état liquide). puis progresse vers le détendeur.
4. Le détendeur : Le détendeur sert à faire chuter la pression du fluide. Avec la chute de pression, la température du fluide diminue. On se retrouve dans les mêmes conditions de température et de pression qu’à l’entrée de l’évaporateur. Un nouveau cycle peut avoir lieu.

En mode chauffage, les PAC sont caractérisées par le coefficient de performance ou COP. Ce coefficient est le rapport entre l’énergie fournie au compresseur et l’énergie produite pour chauffer.

L’intérêt des PAC est qu’en exploitant le mieux possible le cycle thermodynamique du fluide frigorigène, on arrive à obtenir des COP allant de 2 à 5.C’est à dire que pour 1 kW d’électricité consommé par le compresseur, 2 à 5 kW de chaleur seront restitués au milieu intérieur, alors qu’avec un chauffage électrique par exemple, on utilise 1 kW d’électricité pour fournir 1 kW de chaleur.
Depuis quelques années, les constructeurs de pompes à chaleur ont mis en place le système INVERTER.

Les labels pour le matériel & les installateurs de PAC ?

L’AFPAC a créé un label qualité pour les installations de pompes à chaleur, qui sera ensuite repris dès début 2010 par l’Ademe.

Principe de l’Inverter pour la pompe à chaleur

Il consiste en la variation de la vitesse d’un compresseur en modifiant la fréquence du moteur. En effet, la différence entre les équipements conventionnels et ceux qui comprennent la technologie Inverter est la possibilité de faire varier la vitesse du compresseur en fonction de la température du logement. Les machines traditionnelles s’arrêtent dès qu’est atteinte la température désirée, les inverter abaissent simplement la vitesse du compresseur jusqu’à un niveau minimum.
Le cycle marche-arrêt du compresseur extérieur n’existe plus. Celui-ci fonctionne en permanence mais à vitesse régulée. Ce point est très important, puisque la majeure partie de la consommation électrique se produit en phase de démarrage. Les machines Inverter évitent ces pics de consommation.
On fera des économies d’énergie allant jusqu’à 75 %. De plus les PAC ne rejettent pas de CO2 ce qui permet d’agir contre l’effet de serre.
Le fluide frigorigène utilisé est le R410-A, c’est un HFC (Hydrofluorocarbure), il ne contient plus de chlore et n’est donc plus néfaste pour la couche d’ozone. Ce fluide possède les propriétés thermodynamiques permettant d’avoir le cycle d’écrit ci-dessus (température d’évaporation et de condensation très basse)