Quels sont les avantages et inconvénients des pompes à chaleur ?

Avantages :

  • Très faible consommation
  • Ecologique (p. ex. faibles émissions de CO2)
  • Permet de chauffer et de refroidir
  • Sans entretien
  • Durée de vie de plus de 20 ans
  • La cheminée est superflue
  • Aucun puits de pétrole nécessaire
  • Peut être adapté aux processus industriels pour réutiliser la chaleur résiduelle

 

Inconvénients :

  • Gros investissement
  • Radiateurs de plus grandes dimensions ou chauffage par le sol requis
  • Le chauffage s’effectue à basse température et nécessite donc plus de temps
  • Une pompe à chaleur avec capteur horizontal requiert une grande surface ; une position spécifique est requise dans les autres systèmes 
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Comment fonctionne une pompe à chaleur ?

Une pompe à chaleur fonctionne exactement comme un réfrigérateur. Celui-ci se refroidit grâce à un évaporateur qui se trouve dans le compartiment congélateur et dans lequel circule un fluide frigorigène. Les denrées alimentaires dans le réfrigérateur cèdent leur chaleur à l’évaporateur et la chaleur quitte le réfrigérateur via un condenseur situé à l’arrière (= grille métallique noire). La pompe à chaleur extrait la chaleur de l’environnement selon le même principe. Grâce au soleil, une énorme quantité de chaleur est stockée dans la terre, l’eau ou l’air, à tout moment et n’importe où – même en hiver. C’est précisément cette chaleur qui sert à chauffer les habitations.

Tous les types de pompes à chaleur absorbent la chaleur à basse température, laquelle est ensuite délivrée à haute température. La plupart des pompes à chaleur fonctionnent en évaporant un fluide frigorigène à basse température et en condensant la vapeur à haute température. Le point d’ébullition doit donc être abaissé dans le premier cas et augmenté dans le second cas. Le point d’ébullition peut être augmenté en faisant monter la pression au moyen d'un compresseur (pompe) ; le point d’ébullition peut être abaissé en faisant descendre la pression au moyen d’une valve d’expansion. Ce processus d’évaporation, de compression, de condensation et d’expansion constitue un circuit fermé pour le fluide frigorigène qui s’écoule de façon circulaire.

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Absorption de chaleur à partir de l’environnement

Le fluide frigorigène dans l’évaporateur est à basse pression. La température de l’environnement et de l’évaporateur doit être supérieure à celle du fluide frigorigène et de son point d’ébullition. (Le point d’ébullition peut être inférieur à 0 °C à basse pression). La différence de température permet de faire circuler la chaleur environnante vers le fluide frigorigène et de le chauffer rapidement. Le fluide frigorigène passe alors à l’état gazeux.

Hausse de pression dans le compresseur

Le fluide frigorigène gazeux est aspiré par le compresseur qui le comprime en le chauffant fortement (comme dans une pompe à vélo). Il est possible ainsi d’augmenter sensiblement la température du fluide frigorigène. Le rendement est optimal avec une source de chaleur la plus chaude possible et une température de service la plus froide possible, mais fortement réduit lorsqu’il existe une grande différence de température. Dès qu’il atteint la pression souhaitée, le fluide frigorigène est acheminé vers le condenseur. Du fait de la hausse de pression, le point d’ébullition augmente également de façon à condenser le fluide frigorigène dans le condenseur.

Transmission de la chaleur au chauffage

Dans le condenseur, l’énergie prélevée lors de l'évaporation, ainsi que l’énergie thermique de la compression, sont transmises à l’eau. Cette eau peut servir ensuite à réchauffer l’habitation.

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Adaptée à toutes les installations de chauffage ?

Les pompes à chaleur peuvent être combinées à n’importe quelle installation de chauffage, aussi bien lors d’une nouvelle construction que lors d’une rénovation. De préférence des systèmes fonctionnant à basse température tels que le chauffage par le sol ou le chauffage mural, mais également d’anciennes installations avec des radiateurs, se combinent parfaitement à des pompes à chaleur.

Quelle est la consommation d'une pompe à chaleur ?

Comme seul le compresseur utilise de l’énergie dans ce processus, une pompe à chaleur atteint un rendement moyen d’au minimum 4. Ce qui signifie que qu’1/4 seulement de la chaleur doit être acheté (sous la forme d’électricité) et que 3/4 sont prélevés gratuitement de la nature. Autrement dit, pour chaque euro d’électricité que vous investissez dans une pompe à chaleur, vous recevez en retour 4 euros de chaleur. Par conséquent, vous ne dépendez plus de votre fournisseur que pour 1/4 de votre énergie ! Alors que les chaudières fonctionnent à un rendement moyen de 95 %, la pompe à chaleur le fait à environ 400 %.

Un chauffage écologique

La pompe à chaleur fonctionne sans combustion, permettant ainsi d’éviter toute pollution locale. Le chauffage au moyen d’une pompe à chaleur permet par exemple de réduire les émissions de CO2.

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Est-ce qu'une pompe à chaleur nécissite beaucoup d'entretien ?

Les pompes à chaleur ne requièrent aucun entretien et ont une durée de vie théorique d’au minimum 17 ans, mais dans la pratique elles durent souvent plus de 20 ans.

Ceci est une nouvelle technologie ?

La première pompe à chaleur a été utilisée au début du 20e siècle, mais sans succès. Au 20e siècle, lorsque la crise de l’énergie est survenue dans les années 70, la pompe à chaleur est apparue comme une alternative économe en énergie. De nombreuses recherches ont alors été menées pour développer d’autres variantes. C’est ainsi qu’est apparue la pompe à chaleur à accumulation à gaz qui fonctionne au gaz naturel. Suite à la forte baisse des prix de l’énergie en 1985, la plupart des recherches ont été interrompues. L’industrie de la pompe à chaleur n’est plus apparue comme rentable. En 1990, les politiciens ont commencé à comprendre que non seulement les réserves limitées d'énergie posaient problème, mais également que l’environnement n’était plus en mesure de faire face à la hausse de la pollution.

Cela a relancé le débat sur les sources d’énergie alternatives et par conséquent la recherche sur les pompes à chaleur. L’un des problèmes était notamment le fluide frigorigène utilisé. Les fluides utilisés étaient toxiques et contribuaient à la dégradation de la couche d’ozone et/ou à l’effet de serre. En ce moment, la commercialisation de certains projets est en bonne voie si bien que le prix de revient des installations diminue. Ceci, combiné à une augmentation des prix de l’énergie, permet de réduire le délai d’amortissement.

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Pompe à chaleur eau/eau

Une pompe à chaleur eau/eau extrait l’énergie de l’eau dans le sol (eau souterraine). Il existe différentes possibilités.

1) Pompage de l'eau de rivière ou de mer

S’il y a un cours d’eau dans les environs, vous pouvez en extraire l’eau, puis la faire circuler dans le système de pompe à chaleur via un échangeur de séparation et la restituer. Il est nécessaire pour cela de prévoir un bon filtre. Le rendement est relativement élevé, étant donné qu’en général une rivière ou un cours d’eau plus important ne gèle pas totalement et que la température ne descend pas sous les 4 °C. De plus, la source ne peut pas s’épuiser du fait qu’elle est renouvelée en continu.

Conclusion : Ce système ne peut s’appliquer que dans des cas exceptionnels étant donné que l’habitation doit se trouver à proximité d’un cours d’eau. Si tel est le cas, ce système constitue alors un bon choix. En Belgique, il est parfois interdit.

2) Echangeur de chaleur sous-terrain vertical 

Dans ce cas, un puits doit être foré. Le débit nécessaire dépend de la taille de la surface à chauffer. Dans le puits, l’eau s’écoule par les tuyaux. L’eau absorbe la chaleur des couches profondes, puis est pompée de nouveau vers le haut. Du fait de la grande profondeur, la température est indépendante des saisons. Pour ce type de système, un permis est nécessaire pour le forage du puits.

Conclusion : Ce type de système est peu encombrant, mais requiert un permis. Le prix de revient de l’installation est sensiblement supérieur à celui des systèmes décrits précédemment.  

3) Puiser la chaleur des eaux souterraines

Dans ce cas, deux puits sont forés. L’un des puits sert à pomper les eaux souterraines d’où provient la chaleur, tandis que l’autre est destiné au déversement de l’eau froide (le déversement libre des eaux usées n’est pas autorisé en Belgique à cause du grand gaspillage de l’eau). Ce système a un rendement supérieur au précédent, mais le prix de revient de l’installation est bien entendu plus élevé en raison des deux puits à forer. Ce système offre de grands avantages lorsque l’on souhaite également refroidir l’habitation. En hiver, les eaux souterraines sont chaudes ; comme la chaleur en ait extraite, elles se refroidissent. Ces eaux souterraines refroidies sont stockées dans l’autre puits afin de pouvoir les utiliser en été pour refroidir l'habitation. De ce fait, les eaux souterraines se réchauffent de nouveau, et la chaleur peut de nouveau être stockée et utilisée en hiver.

Conclusion : C’est l’un des systèmes qui offre le meilleur rendement, mais le prix de revient de l’installation est assez élevé.

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Quels types de pompes à chaleur existent ?

Pompe à chaleur air/eau

Dans les pompes à chaleur air/eau, l’énergie est extraite de l’air extérieur, puis portée à une température supérieure. La chaleur est ensuite transmise à l’eau. Ce système est idéal pour le chauffage d’une habitation. Généralement, l’eau ne doit être chauffée qu’à 38 °C, ce qui permet d’atteindre un rendement très élevé grâce à la température peu élevée du condenseur. En outre, certaines pompes à chaleur air/eau permettent également de refroidir, et d’améliorer ainsi le confort dans l’habitation. Aucune source au sol n’est nécessaire, réduisant ainsi l’investissement.

Conclusion : Ce système est adapté au chauffage (et au refroidissement) d’une habitation, qu’il s’agisse d’un bâtiment existant ou d’un nouveau bâtiment.


Quelle est la superficie au sol requise?

En fonction de la puissance de la pompe à chaleur et du type de sol, il est possible d’évaluer la surface dont a besoin le capteur. La chaleur provenant des couches inférieures est négligeable comme source de chaleur pour les couches supérieures. La quantité de chaleur utilisable et, par conséquent, la superficie requise dépendent en grande partie des caractéristiques thermophysiques du sol et de l’énergie de rayonnement. Pour l’exprimer simplement, les caractéristiques de stockage et le pouvoir caloporteur sont plus importants lorsque le sol contient plus d’eau, que les matières minérales sont plus nombreuses et que les pores sont plus petits. L’eau possède une capacité thermique relativement élevée. De ce fait, lorsque l’on installe une pompe à chaleur avec un capteur, une surface plus restreinte est requise dans les sols humides. Un moyen d’obtenir un sol plus humide est de creuser plus profondément. Mais cette opération augmente bien entendu les coûts d’installation. De plus, il faut tenir compte de l’épuisement du sol. Au terme d’un chauffage hivernal complet, le sol va refroidir. D’où l’impossibilité de prélever une quantité aussi importante. Le pouvoir de captage (qe) du sol se situe entre 10 et 35 W/m².

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Quel échangeur de chaleur dois-je choisir ?

Echangeur de chaleur air extérieur

Avantages :

  • Encombrement au sol limité 
  • Utilisable presque partout
  • Disponible de façon illimitée
  • Inépuisable
  • Rendement saisonnier élevé dans les systèmes inverter
  • Faibles coûts d’investissement

Inconvénients :

  • Dégivrage nécessaire
  • Possibilité d’avoir périodiquement des températures de la source très basses

 

Echangeur de chaleur eaux souterraines

Avantages :

  • Encombrement au sol limité
  • Température de la source constante
  • Température de la source relativement élevée
  • Inépuisable
  • Possibilité de « Natural Cooling »

Inconvénients :

  • Profondeur non réalisable partout
  • Coûts d’investissement élevés
  • Système ouvert
  • Energie nécessaire au pompage de l’eau
  • Permis environnemental nécessaire
  • Séparation garantie fluide frigorigène - eaux souterraines
  • Le forage, le puits de retour et le colmatage demandent une attention supplémentaire
  • Nécessité d'avoir des connaissances géohydrauliques approfondies

 

Echangeur de chaleur souterrain vertical

Avantages :

  • Encombrement au sol limité
  • Utilisable presque partout
  • Disponible de façon illimitée
  • Peu de variations de la température de la source
  • Température de la source  relativement élevée
  • Système fermé 
  • Possibilité de « Natural Cooling »

Inconvénients :

  • Baisse de la température de la source pendant la saison froide
  • Etanchéité nécessaire en raison du glycol présent dans le système

 

Echangeur de chaleur souterrain horizontal

Avantages :

  • Utilisable presque partout
  • Disponible de façon illimitée
  • Système fermé
  • Possibilité de « Natural Cooling »

Inconvénients :

  • Vaste encombrement au sol
  • Température variable de la source
  • Attention à l’épuisement du sol
  • Baisse de la température de la source pendant la saison froide
  • Etanchéité nécessaire enraison du glycol présent dans le système


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Comment fonctionne une pompe à chaleur ?

Mode monovalent

Dans ce système, toute la maison est chauffée exclusivement par la pompe à chaleur. Il n’y a pas de chauffage d’appoint, mais il est très important que la pompe à chaleur soit correctement dimensionnée. Il convient de veiller à ce qu’il y ait toujours suffisamment de chaleur disponible, car une pompe à chaleur surdimensionnée devient rapidement trop chère. Il faut tenir compte également des besoins constants en eau chaude sanitaire. La pompe à chaleur eau/eau est particulièrement adaptée à ce mode de fonctionnement. 

Mode mono-énergétique

La pompe à chaleur couvre la majeure partie des besoins thermiques, mais un appoint électrique est utilisé lorsqu’il fait très froid. La puissance de la pompe à chaleur atteint environ 80 % des pertes calorifiques totales, mais la part de la pompe à chaleur dans le chauffage annuel s’élève entre 92 et 98 %. Les investissements nécessaires sont moindres. 

Mode bivalent parallèle

En mode chauffage, la pompe à chaleur est complétée par un générateur de chaleur complémentaire (chaudière fioul/gaz). La puissance de chauffage de la pompe à chaleur est calculée pour couvrir 50 à 70 % des besoins thermiques de la maison. La contribution de la pompe à chaleur au chauffage annuel se situe entre 72 et 90 %. Ce mode de fonctionnement est avant tout bon marché en cas de rénovation d’un chauffage existant. 

Mode bivalent alternatif

La pompe à chaleur peut garantir le chauffage complet de la maison jusqu’à une température extérieure minimale déterminée. Lorsque la température extérieure est trop basse, la pompe à chaleur est mise à l’arrêt et le chauffage de la maison est assuré par un autre chauffage. Ce mode de fonctionnement est caractéristique avant tout des pompes à chaleur air/eau car celles-ci ont un
faible rendement lorsque la température extérieure est basse.

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Pouvez-vous obtenir des primes ?

Primes de la Région bruxelloise :

Vous trouverez toutes les informations et les conditions relatives aux primes pour Bruxelles à l’adresse : www.environnement.brussels

Primes de la Région wallonne :

Vous trouverez toutes les informations et les conditions relatives aux primes pour la Wallonie à l’adresse : http://energie.wallonie.be

Primes de la Région Flamande :

Vous trouverez toutes les informations et les conditions relatives aux primes pour la Flandre à l’adresse : www.energiesparen.be

Administrateurs de réseau (Infrax et Eandis) :

Plus d'informations sur :

> Eandis

> Infrax

Plus de questions

Les pompes à chaleur sont-elles utilisables dans toutes les habitations ?

Les pompes à chaleur fonctionnent de manière optimale dans les habitations ayant une faible température de chauffage, qui sont donc très bien isolées et fonctionnent avec un chauffage par le sol et des radiateurs surdimensionnés. Une faible température de service est inversement proportionnelle à un rendement élevé. La présence d’un système de chauffage par le sol plutôt que de radiateurs est donc un élément qui plaide également en faveur d’une pompe à chaleur. La température d’un système de chauffage par le sol (38 °C) est inférieure à la température nécessaire à la plupart des radiateurs (75 °C). En chauffant par le sol, la pompe à chaleur doit moins réchauffer et donc moins consommer d’électricité. Le rendement qu’elle atteint est donc plus élevé. Un juste calcul de la puissance nécessaire de la pompe à chaleur est extrêmement important. Cela signifie que la pompe à chaleur fournit exactement la chaleur requise. Lorsque la puissance est trop élevée, la pompe à chaleur se met en route et s’arrête plus souvent, ce qui n’est pas bon pour le compresseur. Une pompe à chaleur aura un meilleur rendement et s’usera moins vite si elle est tout le temps en fonctionnement.

Quelle tension faut-il utiliser ?

Généralement, les pompes à chaleur fonctionnent avec 3 x 380 V. Il est possible toutefois d’utiliser un transformateur qui effectuera la commutation nécessaire.

Quels câbles doit prévoir l’électricien ?

Cela dépend du poids de la pompe. Pour la plupart des pompes à chaleur courantes, un câble 5G2,5 et un fusible retardé de 25 A (type D) suffisent.

Un système ouvert est-il aussi écologique qu’un système fermé à boucles ?

Tout à fait. Dans un système ouvert, la chaleur est transférée à basse température via le circuit d’eau du puits depuis ou vers la terre. Aucun polluant n’entre en contact avec l’eau ; tous les composants de la pompe à chaleur sont en cuivre ou en acier inoxydable.

Quel est le prix d’une pompe à chaleur géothermique ?

Le type de pompe à chaleur est déterminé par les possibilités géologiques, les valeurs d’isolation, les pertes calorifiques de l’habitation, et l’utilisation ou la non-utilisation de la préparation d’eau chaude sanitaire ou du refroidissement. Sur la base des réponses fournies, il est possible de calculer le prix du circuit primaire. Chaque maison ou bâtiment requiert une pompe à chaleur spécifique et un circuit primaire dont les prix diffèrent.

Quelle est la durée de vie des boucles géothermiques et des sondes terrestres ?

La plupart des tuyaux ont une durée de vie de 75 à 100 ans. Ils résistent aux produits chimiques et offrent une bonne conduction thermique.

Quel est le facteur confort d’une pompe à chaleur ?

Lorsqu’une pompe à chaleur est reliée à un chauffage par le sol et/ou mural, le facteur confort est très élevé. Une pompe à chaleur peut aussi bien réchauffer
que refroidir avec une consommation exceptionnellement faible. En utilisant le chauffage par rayonnement et le refroidissement des plafonds, des sols et/ou
des murs, le mouvement de l’air est réduit au minimum, ce qui confère une sensation très agréable.

Les boucles géothermiques ont-elles des répercussions sur mon jardin ?

Non si les boucles horizontales sont placées à la longueur et à la profondeur prescrites. Si elles sont placées au-dessus du niveau de la nappe phréatique, le terrain en surface risque de geler entièrement. Les sondes terrestres verticales sont avantageuses en ce sens qu’elles peuvent être installées dans un espace restreint, ce qui occasionne peu de dommages et de façon temporaire uniquement.

Qu’est-ce qu'un refroidissement « passif » ?

Certaines pompes à chaleur assurent un refroidissement passif en plus du chauffage et de la production d’eau chaude. La chaleur du sol qui, en hiver, est transférée au chauffage par le sol est ensuite prélevée dans la pièce en été et restituée dans le sol. La pompe à chaleur n’intervient pas, d’où la notion de « refroidissement passif ».

Que signifie COP ?

Le « coefficient de performance » ou COP indique quelle proportion de l’énergie fournie par la pompe à chaleur provient de l’énergie prélevée. Si le COP d’une pompe à chaleur est par exemple de 4,2, cela signifie qu’elle fournit 4,2 kW de chauffage pour 1 kW d’électricité utilisé. Plus le COP est élevé, meilleure est la performance énergétique de la pompe à chaleur.

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