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Les pompes à chaleur sont très en vogue ces derniers temps, notamment en Europe, où certains pays s'efforcent d'interdire l'installation de poêles et chaudières à combustibles fossiles au profit d'options plus écologiques, notamment les pompes à chaleur à haut rendement énergétique. (Les fours chauffent l'air et le distribuent par des tuyaux dans toute la maison, tandis que les chaudières chauffent l'eau pour produire de l'eau chaude sanitaire ou de la vapeur.) Cette année, le gouvernement américain a commencé à offrir des incitations fiscales pour l'installation de pompes à chaleur, dont le coût initial est généralement plus élevé que celui des fours traditionnels, mais qui sont beaucoup plus efficaces à long terme.
Dans le domaine des véhicules à énergies nouvelles, la capacité limitée des batteries a également incité l'industrie à se tourner vers les pompes à chaleur. Il est peut-être temps de comprendre rapidement ce que signifient les pompes à chaleur et à quoi elles servent.
Quel est le type de pompe à chaleur le plus courant ?
Compte tenu du buzz récent, vous pourriez être surpris d’apprendre que vous utilisez déjà unpompe à chaleurVous en avez probablement plusieurs chez vous et dans votre voiture. On ne les appelle simplement pas pompes à chaleur, mais plutôt « réfrigérateur » ou « climatiseur ».
En fait, ces machines sont des pompes à chaleur, ce qui signifie qu'elles déplacent la chaleur d'un endroit relativement froid vers un endroit relativement chaud. La chaleur circule spontanément du chaud vers le froid. Mais pour la faire passer du froid au chaud, il faut la « pomper ». La meilleure analogie ici est celle de l'eau, qui descend d'elle-même une colline, mais qui doit être pompée vers le haut.
Lorsque vous transvasez la chaleur contenue dans un réservoir froid (air, eau, etc.) vers un réservoir chaud, ce dernier refroidit et le réservoir chaud chauffe. C'est précisément le rôle de votre réfrigérateur ou de votre climatiseur : il déplace la chaleur de l'endroit où elle n'est pas nécessaire vers un autre, sans que vous ne vous souciiez d'un éventuel gaspillage de chaleur.
Comment réaliser un refroidisseur pratique avec une pompe à chaleur ?
L'idée clé qui a produitpompes à chaleur L'invention du refroidissement par vapeur est apparue au début du XIXe siècle, lorsque plusieurs inventeurs, dont Jacob Perkins, ont compris qu'il était possible de refroidir un objet de cette manière sans gaspiller les liquides volatils qui s'évaporaient pour obtenir le refroidissement. Au lieu de rejeter ces vapeurs dans l'atmosphère, avançaient-ils, il serait préférable de les collecter, de les condenser en un liquide, puis de le réutiliser comme fluide caloporteur.
C'est à cela que servent les réfrigérateurs et les climatiseurs. Ils évaporent les réfrigérants liquides et utilisent la vapeur froide pour absorber la chaleur de l'intérieur d'un réfrigérateur ou d'une voiture. Ils compriment ensuite le gaz, qui se condense à nouveau sous forme liquide. Ce liquide est alors plus chaud qu'au départ, de sorte qu'une partie de la chaleur qu'il contient peut facilement (éventuellement à l'aide d'un ventilateur) se diffuser dans l'environnement, que ce soit à l'extérieur ou ailleurs dans la cuisine.
Cela dit : vous connaissez très bien les pompes à chaleur ; c'est juste que vous continuez à les appeler climatiseurs et réfrigérateurs.
Faisons maintenant une autre expérience. Si vous avez un climatiseur de fenêtre, vous pouvez même le faire en vrai. Installez-le à l'envers, c'est-à-dire en installant les commandes à l'extérieur de la fenêtre. Faites-le par temps frais et sec. Que va-t-il se passer ?
Comme on peut s'y attendre, il souffle de l'air froid dans votre jardin et diffuse de la chaleur dans votre maison. Il continue donc de transporter de la chaleur, rendant votre maison plus confortable en la chauffant. Certes, il rafraîchit l'air extérieur, mais cet effet devient minime dès que vous vous éloignez des fenêtres.
Vous disposez désormais d'une pompe à chaleur pour chauffer votre maison. Ce n'est peut-être pas la solution idéale.pompe à chaleur, mais ça fonctionnera. De plus, quand l'été arrive, vous pouvez aussi le retourner et l'utiliser comme climatiseur.
Bien sûr, ne le faites pas. Si vous essayez, il tombera sans doute en panne dès la première pluie et que de l'eau pénètre dans le régulateur. Vous pouvez également vous procurer une thermopompe aérothermique commerciale qui utilise le même principe pour chauffer votre maison.
Le problème, bien sûr, c'est que la vodka est chère, et vous en manquerez vite pour rafraîchir le vin. Même en remplaçant la vodka par un alcool à friction moins cher, vous vous plaindrez vite du prix.
Certains de ces appareils sont dotés de ce que l'on appelle des vannes d'inversion, qui permettent au même appareil de remplir un double rôle : ils peuvent pomper la chaleur de l'extérieur vers l'intérieur ou de l'intérieur vers l'extérieur, fournissant à la fois de la chaleur et de la climatisation, comme décrit ci-dessous.
Pourquoi les pompes à chaleur sont-elles plus efficaces que les radiateurs électriques ?
Les pompes à chaleur sont plus efficaces que les radiateurs électriques car elles ne nécessitent pas d'électricité pour produire de la chaleur. L'électricité utilisée par unpompe à chaleurIl génère certes de la chaleur, mais surtout, il pompe la chaleur de l'extérieur vers votre maison. Le rapport entre la chaleur libérée dans la maison et l'énergie envoyée au compresseur électrique est appelé coefficient de performance, ou COP.
Un simple radiateur électrique qui fournit toute la chaleur générée par l'élément chauffant électrique a un COP de 1. En revanche, le COP d'une pompe à chaleur peut être d'un ordre de grandeur supérieur.
Cependant, le COP d'une pompe à chaleur n'est pas une valeur fixe. Il est inversement proportionnel à la différence de température entre les deux réservoirs où la chaleur est pompée. Cela dit, si vous pompez la chaleur d'un réservoir pas trop froid vers un bâtiment pas trop chaud, le COP sera élevé, ce qui signifie que votre pompe à chaleur est très efficace en termes d'utilisation de l'électricité. En revanche, si vous essayez de pomper la chaleur d'un réservoir extrêmement froid vers un bâtiment déjà chaud, le COP sera réduit, ce qui impactera son efficacité.
Le résultat est celui que vous attendez intuitivement : il est préférable d’utiliser la chose la plus chaude que vous pouvez trouver comme réservoir de chaleur extérieur.
Les pompes à chaleur aérothermiques, qui utilisent l'air extérieur comme réservoir de chaleur, constituent la pire option, car l'air extérieur est très froid pendant la saison de chauffage hivernale. Les pompes à chaleur géothermiques sont encore plus performantes, car même en hiver, le sol à moyenne profondeur reste relativement chaud.
Quelle est la meilleure source de chaleur pour les pompes à chaleur ?
Le problème avec la source terrestrepompes à chaleurIl faut trouver un moyen d'accéder à ce réservoir de chaleur enterré. Si vous avez suffisamment d'espace autour de votre maison, vous pouvez creuser des fossés et enterrer plusieurs tuyaux à une profondeur raisonnable, par exemple quelques mètres. Vous pouvez ensuite y faire circuler un liquide (généralement un mélange d'eau et d'antigel) pour absorber la chaleur du sol. Vous pouvez également percer des trous profonds dans le sol et y installer des tuyaux verticalement. Cependant, tout cela coûte cher.
Une autre stratégie, accessible à quelques privilégiés, consiste à extraire la chaleur d'un plan d'eau voisin en y plongeant un tuyau à une certaine profondeur. On parle alors de pompes à chaleur à eau. Certaines pompes à chaleur utilisent une méthode plus originale : extraire la chaleur de l'air sortant du bâtiment ou de l'eau chaude solaire.
Dans les climats très froids, il est judicieux d'installer une pompe à chaleur géothermique si possible. C'est probablement la raison pour laquelle la plupart des pompes à chaleur en Suède (pays comptant l'un des plus grands nombres de pompes à chaleur par habitant) sont de ce type. Cependant, même la Suède compte un pourcentage important de pompes à chaleur aérothermiques, ce qui contredit l'idée répandue (du moins aux États-Unis) selon laquelle les pompes à chaleur ne conviennent qu'au chauffage des habitations sous des climats doux.
Alors, où que vous soyez, si vous pouvez vous permettre des coûts initiaux plus élevés, la prochaine fois que vous serez confronté à une décision sur la façon de chauffer votre maison, pensez à utiliser une pompe à chaleur plutôt qu'un poêle ou une chaudière traditionnelle.
Date de publication : 19 octobre 2023