Une pompe à chaleur permet d’utiliser pour le chauffage (y compris celui de l’eau sanitaire) l’énergie solaire emmagasinée dans le sol, l’air ou l’eau. Elle peut fournir la totalité de la chaleur nécessaire à un bâtiment, indépendamment du cycle jour/nuit et de la saison. Les pompes à chaleur reposent sur une technologie à maturité, se caractérisent par une exploitation demandant peu de temps (absence de commande de combustible) et constituent une alternative valable et peu encombrante au chauffage au mazout (absence de réservoir de mazout et de cheminée).

Principe

Une installation de chauffage par pompe à chaleur se compose d’une pompe à chaleur, d’un circuit de captage de chaleur et d’un circuit de distribution de chaleur.

Pompe à chaleur avec chauffe-eau sanitaire

La chaleur du sol, de l’air ou de l’eau est captée à basse température. La pompe à chaleur amène ensuite la température à un niveau utile pour le chauffage d’un bâtiment. Elle fonctionne comme un réfrigérateur – même technique, mais utilisation inverse. Alors que le réfrigérateur soustrait de la chaleur aux aliments pour la céder à l’air ambiant, la pompe à chaleur soustrait de la chaleur à l’environnement pour la céder à l’eau de chauffage.

De cette manière, la pompe à chaleur peut fournir la totalité de la chaleur nécessaire à un bâtiment sur toute l’année. Si l’installation est efficace, chaque unité d’énergie électrique produit 4 à 5 unités de chaleur.

Chaque unité d’énergie électrique produit 4 à 5 unités de chaleur.

Diverses sources de chaleur sont envisageables. Le plus souvent, la chaleur est puisée dans le sol. Si cela est impossible, l’air (ambiant ou rejeté) peut être utilisé comme source.

Mode de fonctionnement

Les quatre composants principaux de la pompe à chaleur sont le compresseur, le condenseur, le détendeur et l’évaporateur. Le fluide caloporteur circule en circuit fermé et change constamment d’état. À l’état liquide, il soustrait de la chaleur à l’environnement et se vaporise. À l’état gazeux, il est aspiré par le compresseur (électrique) et comprimé pour le porter à la température utile. Il passe ensuite dans le condenseur, où il redevient liquide. À cette occasion, il restitue de la chaleur, par exemple à l’eau de chauffage.

 

Le rendement d’une pompe à chaleur s’exprime au moyen du coefficient de performance instantané ou annuel. Déterminé sur banc d’essai, le coefficient de performance instantané est le rapport de la puissance de chaleur produite sur la puissance électrique consommée.

Le coefficient de performance annuel est le rapport de la chaleur produite en une année sur l’énergie électrique consommée par la pompe à chaleur, ce qui tient compte de la variabilité des conditions d’exploitation.

Source de chaleur – sol

Collecteur géothermique (Source: Bundesverband WärmePumpe)

Le sol est un bon fournisseur de chaleur, car il peut stocker la chaleur du soleil pendant une période prolongée. Sa chaleur peut être captée par des collecteurs géothermiques ou des sondes géothermiques, au moyen d’un liquide à bas point de congélation circulant en circuit fermé.

Les collecteurs géothermiques sont enterrés horizontalement à une profondeur d’environ 1,5 m. Ils nécessitent une surface 1,5 à 2,5 fois la surface habitable, selon la qualité d’isolation du bâtiment.

Dans les systèmes à évaporation directe, le fluide caloporteur s’évapore directement dans le collecteur géothermique. Ils atteignent des coefficients de performance plus élevés.

Extrémité d’une sonde géothermique

 

 

 

Les sondes géothermiques sont le plus souvent des tubes plastiques en U, de 50-100 m, placés dans des forages verticaux. La profondeur et le nombre de forages dépendent de la puissance de chauffage du bâtiment et des caractéristiques du sol.

Les forages pour sondes géothermiques sont soumis à une autorisation, dans le cadre de la loi modifiée du 10 juin 1999 relative aux établissements classés (commodo). Les formulaires de demande d’autorisation sont disponibles auprès de l’Administration de l’Environnement. Les sondes géothermiques dont la puissance de captage est inférieure à 15 kW bénéficient d’une procédure simplifiée.

Sondes géothermiques (Source: Bundesverband WärmePumpe)

Pour chaque demande d’autorisation, l’Administration de la Gestion de l’Eau émet un avis relatif à la protection des eaux souterraines. Sur le site web SIG Eau Luxembourg, la rubrique Eaux souterraines / PAC donne un aperçu des zones d’utilisation des eaux souterraines dans lesquelles les forages profonds sont interdits ou soumis à des restrictions.

Source de chaleur – air

Pompe à chaleur air/air (Source: Bundesverband WärmePumpe)

Une pompe à chaleur air/air est plus simple à installer qu’une pompe à chaleur géothermique. Un ventilateur dirige l’air sur l’évaporateur, qui lui soustrait sa chaleur. Inconvénient : lorsque la température extérieure diminue, le besoin en chaleur du bâtiment augmente. Les coefficients de performance atteints sont nettement inférieurs à ceux des pompes à chaleur géothermiques, ce qui se traduit par une augmentation de la consommation d’électricité, donc des coûts d’exploitation, et une dégradation du bilan des émissions.

Conseils pratiques

L’efficacité d’une pompe à chaleur dépend de plusieurs conditions. Il convient que le bâtiment d’habitation possède une bonne isolation thermique; c’est le cas des nouvelles constructions à performance énergétique élevée ou des bâtiments existants après rénovation énergétique. Il importe également que les températures du circuit de distribution de chaleur soient basses (température de départ inférieure ou égale à 35°C), car le rendement de la pompe à chaleur augmente lorsque diminue la différence de température entre la source de chaleur et l’eau de chauffage. Ainsi, les systèmes de chauffage à basse température sont particulièrement adaptés, c’est-à-dire le chauffage de surface par le sol ou les murs. Un bâtiment existant, dont le besoin de chaleur est élevé, doté d’un système de chauffage à haute température de départ, devra recourir souvent au réchauffement électrique, ce qui fait grimper la consommation d’électricité.

Il convient d’utiliser les pompes à chaleur aussi bien pour le chauffage que pour la production d’eau chaude sanitaire. Une alimentation séparée en eau chaude sanitaire n’apporte aucun avantage.