Principe de fonctionnement d'une Pompe à Chaleur (PAC)
Le schéma ci-dessous (cliquer sur l'image pour un zoom) détaille une PAC dans ces élements principaux et son fonctionnement simplifié dans le mode de chauffage. Une PAC est composée principalement de :
- Un compresseur
- Un condenseur
- Un détendeur
- Un évaporateur
Bien entendu, on retrouve les autres élements tels que régulateur, vase d'expansion, filtres, soupape, vannes, ...).
La PAC reprend en fait le même principe qu'un réfrigérateur, celui du cycle de Carnot. Selon que l'on veut générer du froid ou du chaud, on utilise une PAC en mode directe ou inversé.
Le cycle de Carnot (qui est un des principes de base de la Thermodynamique) est basé sur la propriété des gaz de se transformer d'un état (vapeur) à l'autre (liquide), et vice versa, avec des échanges de température (energie), des variations de pression ou de volume.
Dans une PAC, le gaz est appelé frigorigène. Il est le vecteur thermique à l'intérieure d'une PAC. Dans une PAC, le frigorigène est dans un circuit fermé, donc à volume constant. A volume constant, la température du frigorigène augmente avec la pression, et de même diminue avec elle. Selon les valeurs de température et de pression, le frigorigène est dans l'état vapeur ou dans l'état liquide.
Si l'on prend la figure simplifiée d'une PAC et de son fonctionnement, le Compresseur sert à augmenter la pression du frigorigène dans son état vapeur. Cela se fait tout simplement avec l'apport électrique. Le Compresseur, est l'élement d'une PAC qui consomme le plus en énergie électrique. Ensuite, le Condenseur sert à transformer le frigorigène à l'état liquide. Cela se fait grâce à un échangeur thermique (une échangeur à plaque, un échangeur à ailettes, ...). Dans notre cas, l'échangeur va récupérer la chaleur du liquide frigorigène vers le circuit de chauffage dans l'habitation. Ensuite le liquide frigorigène passe dans un Détendeur qui lui fait baisser la pression. Enfin, ce liquide à basse pression va passer à l'état de vapeur en récupérant de la chaleur du circuit de captage à travers l'Evaporateur qui est aussi un échangeur. Le cycle du frigorigène est bouclé, et peut donc reprendre depuis le début.
Les deux caractéristiques principales d'une PAC sont :
- sa puissance en kW.
- sa coefficient de performance, noté COP. Le COP est le rapport entre l'énergies fournie à l'habitation et l'énergie électrique consommée par la PAC. Selon le type de PAC, un COP se situe autour de 4, avec des variations selon les conditions du circuit de captage et le type de PAC. Dans certaines situations très favorables, certaines PAC peuvent atteindre un COP de 6 à 7.
Un COP = 4, veut dire que pour 4kWh fournie à l'habitation, la PAC n'a en fait consommé qu'un 1/4 = 1 kWh en énergie électrique primaire. Ainsi, financièrement cela se traduirait par une réduction de 75% de la facture de chauffage. En pratique, un COP réaliste moyenné sur l'année se situe plutôt autour des 3.
Si l'on inverse le cycle montré dans la figure ci-dessous, la PAC génèrera du froid au lieu de la chaleur dans l'habitation. La majorité des PACs Basse Température, qui sont idéales pour les planchers chauffant/rafraichissant sont réversibles.
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