Fonctionnement des pompes à chaleur aérothermiques en période de grand froid

Comment fonctionnent les pompes à chaleur aérothermiques ?

Les pompes à chaleur aérothermiques fonctionnent en captant les calories présentes dans l'air extérieur pour les transformer en chaleur. Ce processus repose sur un cycle thermodynamique qui implique plusieurs composants clés :

1. Unité extérieure : Cette unité capte les calories de l'air ambiant grâce à un ventilateur. Elle contient un évaporateur où un fluide frigorigène, initialement très froid, absorbe la chaleur de l'air. Ce fluide passe ensuite à l'état gazeux.
2. Compresseur : Le fluide frigorigène gazeux est ensuite compressé, ce qui augmente sa température. Cette compression est essentielle pour élever la température du fluide bien au-dessus de celle de l'air extérieur.
3. Condenseur : Le gaz chaud est dirigé vers le condenseur, où il libère sa chaleur en se condensant pour redevenir liquide. Cette chaleur est alors transférée au circuit de chauffage ou à l'eau chaude sanitaire.
4. Détendeur : Le fluide frigorigène liquide passe par un détendeur, où sa pression et sa température diminuent. Il est alors prêt à recommencer un nouveau cycle de captation de chaleur.

Il existe deux types principaux de pompes à chaleur aérothermiques :

• Pompe à chaleur air-air : Ce type de PAC souffle l'air chauffé directement dans le logement via des unités intérieures appelées splits. Elle est idéale pour les systèmes de chauffage et de climatisation réversible.
• Pompe à chaleur air-eau : Ce type de PAC transfère la chaleur au circuit d'eau de chauffage central, qui alimente ensuite les radiateurs ou le plancher chauffant. Elle peut également produire de l'eau chaude sanitaire.

Ce fonctionnement permet aux pompes à chaleur aérothermiques de fournir un chauffage efficace et économique, en utilisant une source d'énergie renouvelable et gratuite.

Jusqu’à quelle température les pompes à chaleur peuvent-elles fonctionner ?

Par son fonctionnement, (captage des calories de l'air extérieur) la performance des pompes à chaleur aérothermiques dépend fortement des températures de la région. En général, ces systèmes sont conçus pour fonctionner efficacement dans une plage de températures spécifique. Voici les principales informations à retenir :

1. Coefficient de performance (COP) : Le COP est un indicateur clé de l'efficacité d'une pompe à chaleur. Il mesure la quantité de chaleur produite par rapport à l'énergie électrique consommée. Un COP élevé signifie que la PAC est très efficace. Cependant, le COP diminue avec la baisse des températures, ce qui rend la PAC moins performante en période de grand froid.‍
2. Impact de la baisse des températures : Lorsque les températures extérieures chutent en dessous de -5°C, les pompes à chaleur doivent travailler plus dur pour capter les calories de l'air. Cela entraîne une augmentation de la consommation électrique et une diminution du coefficient de performance (COP), ce qui signifie que la PAC devient moins efficace. Par exemple, un modèle standard peut perdre jusqu’à 30 % de son rendement à -5°C.‍
3. Plage de fonctionnement standard : La plupart des pompes à chaleur aérothermiques fonctionnent normalement jusqu’à des températures extérieures de -5°C à -7°C. Dans cette plage, elles maintiennent un bon rendement énergétique et une consommation électrique raisonnable.‍
4. Modèles adaptés aux climats extrêmes : Pour les régions où les hivers sont particulièrement rigoureux, il existe des modèles de PAC capables de fonctionner jusqu’à -20°C, voire -28°C. Ces modèles sont spécialement conçus pour résister aux températures très basses et continuer à fournir du chauffage, bien que leur efficacité diminue par grand froid.

Bien que les pompes à chaleur aérothermiques puissent fonctionner à des températures très basses, leur efficacité diminue avec la baisse des températures. Il est donc important de choisir un modèle adapté à son climat et d’envisager des solutions complémentaires pour optimiser leur performance en période de grand froid.

Quel est l’impact du froid sur les pompes à chaleur ?

Le froid a un impact important sur le fonctionnement et l'efficacité des pompes à chaleur aérothermiques. Voici les principaux effets à considérer :

1. Givrage et fonction de dégivrage : En hiver, lorsque les températures extérieures sont très basses, la pompe à chaleur peut givrer. Le givre se forme sur l'unité extérieure, notamment au niveau des bouches d’évacuation, ce qui peut réduire son efficacité. Heureusement, la plupart des PAC sont équipées d’une fonction de dégivrage qui s’active automatiquement ou manuellement pour éliminer le givre. Pendant cette opération, la consommation électrique peut temporairement augmenter, mais elle revient à la normale une fois le cycle de dégivrage terminé.
2. Diminution du coefficient de performance (COP) : Le COP, qui mesure l'efficacité énergétique de la PAC, diminue avec la baisse des températures. Par exemple, un modèle qui a un COP de 4 à +7°C peut voir ce chiffre chuter à 2 ou moins à -7°C. Cela signifie que la PAC produit moins de chaleur pour la même quantité d'électricité consommée, rendant le système moins économique.
3. Augmentation de la consommation électrique : Pour compenser la diminution des calories disponibles dans l'air froid, la pompe à chaleur doit fonctionner plus intensément. Cela entraîne une augmentation de la consommation électrique, ce qui peut se traduire par des factures d'énergie plus élevées. Cette hausse de consommation est temporaire et revient à la normale lorsque les températures remontent.

Quelles solutions pour les régions froides ?

Dans les régions où les hivers sont particulièrement rigoureux, il est indispensable de choisir des solutions adaptées pour qu'une pompes à chaleur soit efficace. Voici quelques options à considérer :

1. Choix d’un modèle adapté aux climats extrêmes : Pour les régions où les températures peuvent descendre bien en dessous de 0°C plusieurs nuits par an, il est important d’opter pour des modèles de PAC spécialement conçus pour fonctionner à des températures extrêmes, allant jusqu’à -20°C ou -28°C. Ces modèles sont équipés pour maintenir un rendement acceptable même dans des conditions climatiques difficiles. Aujourd'hui, la majorité des pompes à chaleur reste efficace jusqu'a -7/-10°. Au delà, il faut un modèle plus puissant. ‍
2. Association avec un chauffage d’appoint : Une autre solution pour éviter de pousser la pompe à chaleur à sa puissance maximale en période de grand froid et donc d'augmenter significativement la consommation d'électricité, il peut être, dans les régions les plus froides, recommandé de l'associer à un chauffage d’appoint qui vient prendre le relai les jours les plus froids de l'année. Des solutions comme les poêles à bois, les cheminées ou les poêles à granulés sont idéales pour compléter la PAC et maintenir un confort thermique optimal sans surconsommer d'électricité.
3. Option de la PAC hybride : La pompe à chaleur hybride combine une PAC air-eau avec une chaudière à condensation (gaz ou fioul). Ce système permet de prioriser l'utilisation de la PAC pour le chauffage, tout en ayant la chaudière comme appoint lorsque les températures deviennent trop basses (en dessous de -10°). Cette solution garantit un confort thermique constant tout en optimisant les coûts énergétiques.‍
4. Conseils pour une installation efficace : L’emplacement de l’unité extérieure est très importante pour garantir l’efficacité énergetique de la pompe à chaleur. Il est recommandé de l’installer dans un endroit abrité mais bien ventilé, à l’abri des vents dominants et des chutes de neige ou de glace. Évitez de placer l’unité en hauteur, où les températures sont plus froides. Un bon emplacement permettra également de réduire les risques de givrage et de prolonger la durée de vie de l’appareil.
5. Option de la pompe à chaleur géothermique : Une autre solution pour les régions les plus froide et d'installer une PAC Géothermique. Contrairement aux PAC aérothermiques, les pompes à chaleur géothermiques puisent leur énergie dans le sol ou les nappes phréatiques (pac hydrothermique). Leur rendement est donc moins impacté par les températures extérieures, car la température des sous-sols et des points d’eau souterrains reste stable toute l’année, aux alentours de 10 à 14°C. Bien que l’installation soit plus coûteuse et complexe, cette technologie est idéale pour les régions froides.

Dans les régions froides, il est important de choisir des solutions adaptées telles que l’association avec un chauffage d’appoint, les PAC hybrides, les modèles conçus pour les climats extrêmes, et les pompes à chaleur géothermiques. Une installation optimisée garantira également une performance maximale de votre système de chauffage.

Quels conseils pour l’installation et l’entretien des pompes à chaleur ?

Pour garantir une performance optimale et une longue durée de vie à votre pompe à chaleur, il est essentiel de suivre quelques conseils clés concernant l’installation et l’entretien :

1. Installation par un professionnel qualifié : Confier l’installation de votre pompe à chaleur à un professionnel qualifié et certifié RGE (Reconnu Garant de l’Environnement) est indispensable. Ce professionnel réalisera une étude thermique de votre habitation pour déterminer la puissance de PAC adaptée à vos besoins et choisir le meilleur emplacement pour l’unité extérieure. Une installation bien pensée contribue grandement à l’efficacité et à la durabilité de la PAC.
2. Choix de l’emplacement de l’unité extérieure : L’emplacement de l’unité extérieure joue un rôle déterminant dans la performance de la pompe à chaleur. Il est recommandé de l’installer dans un endroit abrité mais bien ventilé, à l’abri des vents dominants et des chutes de neige ou de glace. Évitez de placer l’unité en hauteur, où les températures sont plus froides. Un bon emplacement contribue à réduire les risques de givrage et à prolonger la durée de vie de l’appareil.
3. Entretien régulier : Un entretien régulier est essentiel pour maintenir l’efficacité de la pompe à chaleur. Cet entretien, obligatoire tous les deux ans, permet de vérifier la pression de l’appareil, l’étanchéité des liaisons frigorifiques, et de remplacer les pièces défectueuses si nécessaire. Un bon entretien prolonge la durée de vie de la PAC et garantit son fonctionnement optimal.
4. Vérification des filtres et des bouches d’aération : en plus de l'entretien, il est important de vérifier régulièrement les filtres et les bouches d’aération de l’unité intérieure pour éviter toute obstruction. Des filtres encrassés peuvent réduire l’efficacité de la PAC et augmenter la consommation électrique. Nettoyez ou remplacez les filtres selon les recommandations du fabricant.
5. Surveillance des performances : Surveillez régulièrement les performances de votre pompe à chaleur. Si vous constatez une baisse de rendement ou une augmentation inhabituelle de la consommation électrique, il peut être nécessaire de faire intervenir un professionnel pour un diagnostic et une éventuelle réparation.

En suivant ces conseils, vous assurerez une bonne performance et une longue durée de vie à votre pompe à chaleur, même en période de grand froid.

Quelle solution de chauffage pour les grands froids : PAC vs chaudière à condensation (gaz) ?

Lorsqu'il s'agit de choisir une solution de chauffage pour les périodes de grand froid, deux options se distinguent souvent : la pompe à chaleur (PAC) et la chaudière à condensation au gaz. Pour illustrer cette comparaison, prenons l'exemple de la PAC Alfea Excellia S d'Atlantic et d'une chaudière à condensation.

Exemple avec la PAC Alfea Excellia S - Atlantic

Prix : 8 956 € TTC

Performance à -7°C :

• Température de chauffage de l'eau : 55°C
• Efficacité énergétique saisonnière (ETAS) : 0,856

Il est important de noter que les températures de -7°C ne sont pas constantes tout au long de l'année ni même de la journée. De plus, chauffer l'eau à 55°C est généralement nécessaire pour les maisons mal isolées ou équipées de radiateurs nécessitant des températures élevées. En dehors de ces conditions extrêmes, la PAC fonctionne avec un ETAS bien plus élevé, souvent autour de 135%.

Exemple avec une chaudière à condensation

Prix : 3 898 € TTC

Performance :

• Efficacité énergétique saisonnière (ETAS) : 94%

Comparaison des solutions

1. Coût initial : La chaudière à condensation est nettement moins chère à l'achat (3 898 € TTC) comparée à la PAC (8 956 € TTC).
2. Efficacité énergétique : En période de grand froid (-7°C), la PAC a un ETAS de 0,856, ce qui est inférieur à celui de la chaudière à condensation (94%). Cependant, en conditions normales, la PAC atteint un ETAS de 135% minimum, ce qui la rend bien plus efficace sur l'ensemble de l'année.
3. Durabilité et écologie : La PAC utilise des énergies renouvelables (l'air extérieur et l'électricité), ce qui réduit considérablement l'empreinte carbone par rapport à une chaudière à gaz, même si cette dernière est plus efficace en période de grand froid.

En conclusion, bien que la chaudière à condensation soit plus performante en période de grand froid et moins coûteuse à l'achat, la PAC offre une solution plus écologique et économique sur le long terme, surtout si l'on prend en compte les périodes où les températures sont plus clémentes (la majorité du temps en France). Le choix dépendra donc de vos priorités en termes de coût initial, d'efficacité énergétique et d'impact environnemental.

Conclusion

Les pompes à chaleur aérothermiques représentent une solution de chauffage écologique et économique, même dans les régions où les hivers sont rigoureux. En choisissant des modèles adaptés et en suivant des conseils d'installation et d'entretien appropriés, il est possible de maintenir leur efficacité et de réaliser des économies d'énergie. Les solutions telles que l'association avec un chauffage d'appoint, l'utilisation de PAC hybrides ou géothermiques, et une installation optimisée par un professionnel qualifié sont essentielles pour garantir un confort thermique optimal tout au long de l'année à moindre frais.

Si vous hésitez encore, sachez que les pompes à chaleur sont le mode de chauffage le plus développé dans les pays nordiques. En effet, ces pays sont pionniers dans la décarbonation des bâtiments et ont réussi à s'affranchir des énergies fossiles pour chauffer leurs logements notamment grâce au pompe à chaleur. Les stratégies nordiques récentes ont été centrées sur la substitution des énergies renouvelables (biomasse, électricité) aux énergies fossiles, ce qui leur permet d'afficher un bilan carbone au mètre carré record et une faible dépendance aux importations d'énergies fossiles. Cette approche renforce leur résilience face aux chocs énergétiques actuels et fait des pompes à chaleur une solution éprouvée et fiable, même dans les climats les plus froids.