Types de pompes à chaleur :de quoi s'agit-il, comment fonctionnent-elles et laquelle vous convient le mieux ?
Un environnement confortable joue un rôle essentiel dans la façon dont nous passons nos journées, et l'un des moyens d'y parvenir consiste à utiliser des climatiseurs et des pompes à chaleur. Nous connaissons tous très bien les climatiseurs, mais la plupart des gens ne savent pas qu'un climatiseur est également un type spécifique de pompe à chaleur et il existe de nombreux autres systèmes qui peuvent être utilisés dans le même but de chauffer ou de refroidir votre maison.
À l'heure actuelle, nous ne pouvons tout simplement pas nous passer d'un chauffage et d'un refroidissement appropriés. C'est une exigence fondamentale de penser au contrôle de la température lors de la conception de bâtiments résidentiels ou commerciaux. Malheureusement, cela a un inconvénient car ces exigences peuvent avoir une énorme empreinte énergétique. Alors que certains climatiseurs peuvent être énergivores, il existe différentes formes de chauffage et de refroidissement qui peuvent être bénéfiques pour créer une maison économe en énergie.
Voyons quels sont ces autres types de pompes à chaleur, comment elles fonctionnent et comment vous pouvez en choisir une adaptée à vos besoins.
Que sont les pompes à chaleur ?
En termes simples, une pompe à chaleur est un appareil qui sert à transférer la chaleur d'un endroit à un autre. Il peut être utilisé à la fois pour le chauffage et le refroidissement. Il peut soit prendre la chaleur de l'intérieur et l'éjecter à l'extérieur (refroidissement), soit prendre la chaleur de l'extérieur et l'injecter à l'intérieur (chauffage).
Maintenant, il existe plusieurs façons d'atteindre cette fonction ; passons en revue cela en détail :
L'efficacité des pompes à chaleur est bien supérieure à celle des résistances électriques. Mais il ya un hic. Cette efficacité diminue à mesure que le gradient de température ou la différence entre les températures extérieure et intérieure commence à augmenter.
L'utilisation du terme « pompe à chaleur » peut amener la plupart des gens à penser que ces appareils ne peuvent que chauffer un espace intérieur et non le refroidir. Mais comme nous l'avons défini précédemment, ils peuvent effectuer les deux tâches, souvent via un seul appareil. Ceci est réalisé grâce à l'utilisation d'une "vanne d'inversion" dans le cas des climatiseurs. Grâce à ce mécanisme, les serpentins du condenseur et de l'évaporateur peuvent être interchangés, c'est-à-dire que le condenseur peut devenir l'évaporateur et l'évaporateur peut devenir le condenseur, selon les besoins.
Comment fonctionnent les pompes à chaleur ?
Le fonctionnement d'une pompe à chaleur consiste à déplacer un fluide appelé réfrigérant dans différents composants appelés évaporateur, condenseur, compresseur et détendeur. Le réfrigérant est le principal moyen par lequel la chaleur est retirée ou ajoutée dans la pièce. Il peut absorber la chaleur de son environnement et la refroidir lorsqu'il est combiné à d'autres composants tels que des évaporateurs ou un condenseur. Dans le cycle suivant, nous verrons comment une pompe à chaleur peut être utilisée pour refroidir un espace. Le même processus peut être inversé pour obtenir un arrangement de chauffage.
Le réfrigérant passe à travers une soupape de détente, qui convertit le réfrigérant précédemment liquide en gaz. Pendant cette détente, le réfrigérant se refroidit. Il est ensuite exécuté à travers une série de serpentins dans l'évaporateur, qui sont soufflés avec un ventilateur. De l'air frais est ainsi injecté dans la pièce, et la chaleur est absorbée par le réfrigérant, qui se transforme en gaz chaud.
Il passe ensuite dans le compresseur, où il est comprimé et converti en un gaz à haute température et haute pression. Le réfrigérant est introduit à travers un réseau de serpentins dans le condenseur et soufflé par des ventilateurs pour évacuer la chaleur stockée et l'éjecter dans l'atmosphère extérieure. Le réfrigérant, qui est maintenant un liquide à ce stade, subit à nouveau le même processus pour continuer à obtenir de l'air froid.
Comment fonctionne la pompe à chaleur en mode refroidissement ?
Le réfrigérant liquide est pompé à travers le serpentin intérieur (évaporateur) et l'air de l'intérieur de votre pièce est soufflé dessus. Le réfrigérant absorbe l'énergie thermique et l'air froid qui en résulte est renvoyé dans la maison. Le réfrigérant s'évapore alors sous forme gazeuse.
Le fluide frigorigène gazeux est ensuite envoyé au compresseur qui le met sous pression. La mise sous pression du réfrigérant gazeux le chauffe. Le réfrigérant gazeux chaud est ensuite envoyé vers le serpentin extérieur (condenseur). Le ventilateur de l'unité extérieure souffle de l'air extérieur sur le serpentin. Le réfrigérant transfère sa chaleur à l'air extérieur car l'air extérieur est plus froid que le réfrigérant. Au fur et à mesure que le réfrigérant refroidit, il se condense en un liquide.
Le réfrigérant liquide est envoyé au détendeur de l'unité intérieure, ce qui réduit sa pression pour le refroidir davantage. Le réfrigérant liquide froid est maintenant prêt à être pompé vers le serpentin de l'évaporateur et le cycle peut recommencer.
Comment fonctionne une pompe à chaleur en mode chauffage ?
En mode refroidissement, il n'y a pas de différence significative entre un climatiseur et une pompe à chaleur. Cependant, en mode chauffage, la caractéristique la plus distinctive de la pompe à chaleur entre en jeu :la vanne d'inversion. La vanne d'inversion inverse le flux du réfrigérant de sorte que la pompe à chaleur libère de l'énergie dans la maison. Ainsi, le serpentin de l'unité extérieure joue le rôle d'évaporateur et le serpentin de l'unité intérieure joue le rôle de condenseur.
Le processus global reste le même. Tout d'abord, le réfrigérant liquide est pompé à travers le serpentin extérieur (évaporateur) et l'air extérieur est soufflé dessus. Ensuite, une fois que le réfrigérant a absorbé l'énergie thermique, l'air froid résultant est soufflé à l'extérieur. Le réfrigérant liquide s'évapore ensuite dans un gaz.
Le réfrigérant gazeux passe à travers le compresseur, qui le met sous pression pour le chauffer. Le réfrigérant gazeux est ensuite envoyé au serpentin intérieur (condenseur). Le ventilateur intérieur souffle de l'air intérieur froid sur le réfrigérant gazeux. Étant donné que l'air intérieur est plus froid que le réfrigérant gazeux, le réfrigérant perd de la chaleur dans l'air intérieur. L'air chaud qui en résulte est soufflé dans la maison.
Pendant ce temps, le réfrigérant se condense en un liquide et est ensuite pompé vers le détendeur, le dépressurisant pour le refroidir davantage. Enfin, le réfrigérant liquide froid est pompé vers le serpentin extérieur (évaporateur), de sorte que le cycle peut recommencer.
1. Type de pompe à chaleur :Pompes à chaleur air-air
Comme on le voit, les pompes à chaleur air-air fonctionnent en utilisant l'air comme dissipateur de chaleur et comme source de chaleur. Des exemples courants de tels systèmes sont les climatiseurs résidentiels et commerciaux. Ces systèmes sont également réversibles, ce qui signifie qu'ils peuvent être utilisés pour le chauffage ou le refroidissement.
Les pompes à chaleur air-air sont des systèmes de climatisation économes en énergie, avec une installation et des coûts initiaux moins chers que les autres systèmes de pompe à chaleur. Ils peuvent fournir un chauffage et un refroidissement suffisants dans les zones climatiques et conviennent donc à une utilisation dans de grandes parties du pays.
Il y a cependant un inconvénient à ces pompes à chaleur. Leur efficacité diminue à mesure que la différence de température entre la température intérieure et extérieure augmente. Dans des conditions de froid extrême ou de chaleur extrême, les pompes à chaleur air-air peuvent avoir des difficultés à fonctionner comme souhaité. Dans les climats glaciaux, cela peut particulièrement être un problème et entraver les opérations de climatisation. Cependant, la fonction de protection contre le gel de certaines pompes à chaleur peut considérablement aider à empêcher vos tuyaux de geler par temps de froid extrême à faible coût.
Il existe plusieurs types de pompes à chaleur air-air. Voyons chacun d'eux ci-dessous :
a) Pompe à chaleur mini-split (pompe à chaleur sans conduit)
Les pompes à chaleur mini-split gagnent rapidement en popularité auprès des consommateurs résidentiels et, en fait, commerciaux, en raison de leur facilité d'installation, de leur flexibilité et de leur efficacité énergétique. En fait, ils peuvent être rendus encore plus économes en énergie lorsqu'ils sont associés à un contrôleur AC intelligent. Ces types de pompes à chaleur ne nécessitent pas un vaste réseau de conduits ou d'évents et conviennent aux rénovations où des structures plus anciennes doivent être équipées d'un système de climatisation moderne.
Ces systèmes se composent de deux parties, une unité intérieure et une unité extérieure. L'unité extérieure abrite le condenseur, qui éjecte la chaleur indésirable à l'extérieur, tandis que l'unité intérieure projette de l'air frais ou chaud dans la pièce.
Une unité extérieure mini-split peut également être utilisée pour alimenter plusieurs unités intérieures, ce qui donne lieu à ce que l'on appelle des mini-splits multizones. Grâce à cette méthode, les unités individuelles peuvent être contrôlées indépendamment dans ce que l'on appelle le "zonage".
Mode de protection contre le gel (FP) dans le contrôle Cielo Breez Smart AC
Le mode Freeze Protection est une fonction unique et innovante pour ceux qui ont des maisons dans des climats extrêmement froids. Avec la protection contre le gel, vous pouvez maintenir une température confortable dans l'espace intérieur même lorsqu'il n'est pas utilisé.
Le climatiseur peut fonctionner en mode de chauffage à faible puissance, garantissant que la pièce ne devient pas insupportablement et glaciale. Ce mode est idéal lorsque vous n'occupez pas l'espace, mais que vous ne voulez pas non plus qu'il gèle ou qu'il devienne vraiment froid
b) Pompe à chaleur d'air d'échappement
Une variante moins connue des pompes à chaleur air-air est la pompe à chaleur à air extrait, qui utilise l'air extrait d'un processus séparé et en extrait la chaleur. Les exigences pour un tel type de pompe à chaleur sont qu'elle doit être située à proximité d'un système d'évacuation avec un débit constant et des températures constantes.
2. Type de pompe à chaleur :Pompes à chaleur sous-marines/souterraines
Comme discuté ci-dessus, un inconvénient des pompes à chaleur air-air est la variation de température observée dans l'environnement. Parmi les différents types de pompes à chaleur, les pompes à chaleur souterraines ou sous-marines éliminent ce problème car le sol a une température quasi constante tout au long de l'année. Ainsi, les pompes à chaleur souterraines ou sous-marines fournissent de l'air frais ou chaud efficace toute l'année. De plus, l'efficacité de la pompe à chaleur pour ce type est bien supérieure à celle des autres types, en raison de leur faible consommation d'énergie.
a) Pompes à chaleur à source d'eau
Les pompes à chaleur sous-marines utilisent une source d'eau comme moyen d'échange de chaleur. Mais une condition préalable est, bien sûr, qu'une source d'eau soit située à proximité. Ces pompes à chaleur peuvent également fonctionner comme des pompes à chaleur réversibles, absorbant la chaleur de l'eau pour chauffer l'environnement intérieur et libérant également la chaleur absorbée de l'intérieur vers la masse d'eau.
Ceci est réalisé grâce à une série de bobines ou de boucles placées sous le plan d'eau. Le réfrigérant, dans certains cas, l'eau elle-même, est pompé à travers ces serpentins, puis acheminé à l'intérieur de la maison pour fournir du chauffage ou de la climatisation.
Comme mentionné précédemment, les températures sous-marines restent stables tout au long de l'année, et les pompes à chaleur à source d'eau peuvent également être utilisées à bon escient dans des climats extrêmes sans perte de performances.
Même si les systèmes sous-marins ne nécessitent pas de préparation approfondie en creusant le sol (comme c'est le cas avec les systèmes géothermiques), ils sont toujours coûteux au départ par rapport aux systèmes air-air.
Une autre distinction dans les systèmes sous-marins peut être faite, à savoir les systèmes en boucle ouverte et en boucle fermée. Un système en boucle fermée contient un réfrigérant qui est constamment recyclé dans le réseau de canalisations. Le réfrigérant n'a pas besoin d'être réapprovisionné encore et encore. Les systèmes à boucle ouverte, quant à eux, prélèvent l'eau de la source d'eau et la pompent à l'intérieur de la maison. Cette eau est ensuite éjectée vers la source d'eau. La même quantité d'eau n'est pas pompée en continu dans le réseau. Les pompes à chaleur sur source d'eau sont donc le bon choix pour les maisons rurales à proximité de plans d'eau.
b) Pompes à chaleur géothermiques
Aussi connus sous le nom de pompes à chaleur géothermiques, ces systèmes utilisent la chaleur du sol au lieu de l'eau pour chauffer ou refroidir un espace intérieur. Le sol est également une source de chaleur à température quasi constante tout au long de l'année et peut dépendre des besoins de chauffage et de refroidissement. Comme pour les pompes à chaleur sous-marines, un réfrigérant passe à travers des serpentins et des boucles qui sont placés sous terre. Ce réfrigérant est ensuite pompé à l'intérieur de la maison, où la chaleur est échangée.
En été, cela signifie que le réfrigérant transporte du réfrigérant frais à l'intérieur de la maison, où il absorbe la chaleur de l'espace intérieur et se réchauffe, tandis que la maison se refroidit. L'inverse est vrai pendant les hivers lorsque le réfrigérant éjecte de la chaleur dans la pièce tout en se refroidissant.
Les conduites souterraines peuvent être posées dans un certain nombre de configurations. Ils peuvent être placés en boucles horizontales sous le sol ou peuvent être forés verticalement à de plus grandes profondeurs dans des tuyaux. Ces tuyaux en forme de U sont reliés par le bas, formant un réseau interconnecté.
3. Type de pompe à chaleur :Pompes à chaleur hybrides
Dans les climats très froids, une pompe à chaleur peut rencontrer des problèmes en raison de la différence de température énorme entre la température extérieure et la température intérieure souhaitée. Cela est particulièrement vrai pour les systèmes air-air, qui peuvent cesser de fonctionner à des températures proches du point de congélation, nécessitant l'utilisation de fours, qui représentent une dépense supplémentaire.
De plus, même si les pompes à chaleur géothermiques et sous-marines peuvent fonctionner dans une plage de températures plus large, elles sont meilleures pour le refroidissement que pour le chauffage.
Pour lutter contre ce problème, vous pouvez utiliser des pompes à chaleur hybrides. Ces systèmes sont une combinaison de deux types différents de pompes à chaleur, chacune adaptée à des conditions et des exigences climatiques différentes. Un exemple d'un tel agencement est celui des pompes à chaleur solaires. Ils utilisent l'énergie solaire comme source d'énergie pour alimenter des systèmes de chauffage supplémentaires ou peuvent être utilisés directement pour fournir du chauffage en exploitant l'énergie du soleil.
En bref – Quel type de pompe à chaleur vous convient le mieux ?
Quel que soit le système que vous choisissez parmi les différents types de pompes à chaleur, assurez-vous d'avoir une image complète de la zone climatique dans laquelle vous vous trouvez, de votre budget, de vos besoins et bien sûr de l'emplacement de votre pompe à chaleur. Si vous rénovez un ancien bâtiment existant, vous seriez mieux placé pour opter pour une pompe à chaleur mini-split. Mais si vous habitez à proximité d'un grand plan d'eau dans une zone rurale, une pompe à chaleur géothermique ou sous-marine pourrait valoir le coup d'œil.
Outre les préférences personnelles et les limites géographiques, il est important de garder un œil sur les coûts d'installation et de fonctionnement. Comme indiqué précédemment, un système géothermique sera coûteux à installer, mais les coûts d'exploitation peuvent être extrêmement faibles, par rapport à une pompe à chaleur sans conduit. Mais d'un autre côté, un système sans conduit sera beaucoup moins cher à acheter et à installer, avec des temps d'installation minimaux également.
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