Comment fonctionne une pompe à chaleur ? Le principe

Qu’est-ce qu’une pompe à chaleur ? Les pompes à chaleur transfèrent la chaleur d’un endroit à un autre. Les pompes à chaleur à air déplacent la chaleur entre l’air intérieur d’une maison et l’air extérieur d’une maison, tandis que les pompes à chaleur géothermiques (connues sous le nom de pompes à chaleur géothermiques) transfèrent la chaleur entre l’air intérieur d’une maison et le sol extérieur d’une maison. Nous nous concentrerons sur les pompes à chaleur à air, mais le fonctionnement de base est le même pour les deux.

La pompe déplace la chaleur, elle n’en produit pas (mais ca fonctionne quand même !)

Un point très important à comprendre pour répondre à la fameuse question « comment fonctionnent les pompes à chaleur » réside dans le fait que les pompes à chaleur ne produisent pas de chaleur – elles déplacent la chaleur d’un endroit à un autre. 

Une chaudière crée de la chaleur qui est distribuée dans toute la maison, mais une pompe à chaleur absorbe l’énergie thermique de l’air extérieur (même par temps froid) et la transfère à l’air intérieur. 

En mode refroidissement, la pompe à chaleur et le climatiseur fonctionnent de manière identique, absorbant la chaleur de l’air intérieur et la restituant par l’intermédiaire de l’unité extérieure.

Pour déterminer quel type de système convient le mieux à votre maison, il faut tenir compte de plusieurs facteurs importants, notamment la taille de la maison et le climat local. Un concessionnaire Carrier local possède l’expertise nécessaire pour évaluer correctement vos besoins particuliers et vous aider à prendre la bonne décision.

Comment une pompe à chaleur se présente t elle ?

Un système typique de pompe à chaleur à air se compose de deux éléments principaux, une unité extérieure (qui ressemble à l’unité extérieure d’un système de climatisation à split) et une unité intérieure de traitement de l’air (le split). L’unité intérieure et l’unité extérieure contiennent toutes deux plusieurs sous-composants importants.

L’unité extérieure de la pompe à chaleur – L’unité extérieure contient un serpentin de cuivre et un ventilateur. Le serpentin fonctionne comme un condenseur (en mode refroidissement) ou un évaporateur (en mode chauffage). Le ventilateur souffle de l’air extérieur sur le serpentin pour faciliter l’échange de chaleur.

L’unité intérieure de la pompe à chaleur –  Comme l’unité extérieure, l’unité intérieure, communément appelée unité de traitement de l’air ou split pour ceux qui ne sont pas académiciens, contient un serpentin et un ventilateur. Le serpentin agit comme un évaporateur (en mode refroidissement) ou un condenseur (en mode chauffage). Le ventilateur est chargé de déplacer l’air à travers le serpentin puis dans les conduits de la maison.

Le liquide réfrigérant – Le réfrigérant est la substance qui absorbe et rejette la chaleur lorsqu’elle circule dans le système de pompe à chaleur.

Le Compresseur –  Le compresseur met le réfrigérant sous pression et le fait circuler dans le système.

La soupape d’inversion –  Partie du système de pompe à chaleur qui inverse le flux de réfrigérant, permettant au système de fonctionner dans la direction opposée et de passer du chauffage au refroidissement.

La soupape d’expansion –  La soupape d’expansion agit comme un dispositif de dosage, régulant le débit du réfrigérant lorsqu’il passe dans le système, permettant une réduction de la pression et de la température du réfrigérant.

Comment fonctionne une pompe à chaleur en mode climatiseur (refroidissement) ?

L’une des choses les plus importantes à comprendre concernant le fonctionnement d’une pompe à chaleur et le processus de transfert de la chaleur est que l’énergie thermique souhaite naturellement se déplacer vers des zones où la température est plus basse et la pression plus faible. 

Les pompes à chaleur s’appuient sur cette propriété physique, en mettant la chaleur en contact avec des environnements plus frais et à plus faible pression afin que la chaleur puisse se transférer naturellement. C’est ainsi que fonctionne une pompe à chaleur.

Fonctionnement de la pompe à chaleur en mode climatisation :

1. Évaporation du liquide de refroidissement au contact de l’air de la maison – Le réfrigérant liquide est pompé à travers un dispositif d’expansion au niveau du serpentin intérieur, qui fonctionne comme l’évaporateur (le liquide pour s’évaporer “prends” des calories autour de lui : il refroidit donc l’air). L’air de la maison est soufflé sur les serpentins, où l’énergie thermique est absorbée par le réfrigérant. L’air frais qui en résulte est soufflé dans les conduits de la maison. Le processus d’absorption de l’énergie thermique a provoqué le réchauffement du réfrigérant liquide et son évaporation sous forme de gaz.

2. Compression du liquide de refroidissement – Le réfrigérant devenu gazeux à l’étape 1 passe maintenant dans un compresseur, qui le met sous pression. Le processus de pressurisation du gaz le fait chauffer (une propriété physique des gaz comprimés). Le réfrigérant – sous forme gazeuse – chaud et pressurisé se déplace dans les tuyaux jusqu’au serpentin de l’unité extérieure.

3. Condenser le gaz réfrigérant en évacuant une partie de la chaleur à l’extérieur  – Un ventilateur situé dans l’unité extérieure fait circuler l’air extérieur sur les serpentins, qui servent de serpentins de condensation en mode refroidissement. L’air extérieur de la maison étant plus froid que le gaz réfrigérant chaud et comprimé contenu dans le serpentin, la chaleur est transférée du réfrigérant à l’air extérieur. Au cours de ce processus, le réfrigérant se condense pour revenir à l’état liquide en se refroidissant. Le réfrigérant liquide chaud est pompé à travers le système jusqu’à la vanne d’expansion des unités intérieures.

4. Refroidir le réfrigérant redevenu liquide –  Le détendeur (vanne d’expansion) réduit la pression du réfrigérant liquide chaud, ce qui le refroidit considérablement (il restitue alors les calories qu’il a “piqué” dans votre maison. À ce stade, le réfrigérant est à l’état liquide et froid, prêt à être pompé vers le serpentin évaporateur de l’unité intérieure pour recommencer le cycle.

Comment fonctionne une pompe à chaleur en mode chauffage ?

Une pompe à chaleur en mode chauffage fonctionne de la même manière qu’en mode refroidissement, sauf que le flux de réfrigérant est inversé par la bien nommée vanne d’inversion. 

L’inversion du flux signifie que la source de chauffage devient l’air extérieur (même lorsque les températures extérieures sont basses) et que l’énergie thermique est libérée à l’intérieur de la maison. Le serpentin extérieur a maintenant la fonction d’un évaporateur et le serpentin intérieur celle d’un condenseur. Bref c’est tout pareil, sauf que ca tourne dans l’autre sens, en quelque sorte.

Les principes physiques du processus sont les mêmes. L’énergie thermique est absorbée dans l’unité extérieure par le réfrigérant liquide froid, le transformant en gaz froid. Une pression est ensuite appliquée au gaz froid, le transformant en gaz chaud. Le gaz chaud est refroidi dans l’unité intérieure par le passage d’air, ce qui réchauffe l’air de la maison et condense le gaz en liquide chaud. Le liquide chaud est libéré de la pression lorsqu’il entre dans l’unité extérieure, ce qui le transforme en liquide froid et renouvelle le cycle.

Comment fonctionne une pompe à chaleur – résumé 

Une pompe à chaleur est un système de refroidissement et de chauffage polyvalent et efficace. Grâce à une vanne d’inversion, une pompe à chaleur peut modifier le flux de réfrigérant et chauffer ou refroidir une maison. L’air est soufflé sur un serpentin d’évaporation, transférant l’énergie thermique de l’air au réfrigérant. Cette énergie thermique circule dans le réfrigérant jusqu’à un serpentin de condensation, où elle est libérée lorsqu’un ventilateur souffle de l’air sur le serpentin. Grâce à ce processus, la chaleur est pompée d’un endroit à un autre.

Un expert local de Carrier HVAC peut vous aider à évaluer vos besoins en matière de chauffage et de refroidissement et vous recommander le système de pompe à chaleur approprié.