Chauffage, cycle frigorifique et COP
Un chauffage thermodynamique consomme moins d'énergie qu'il n'en fournit
L'énergie mécanique nécessaire au déplacement du fluide frigorigène et à ses changements d'état est apportée par un compresseur, lui-même fonctionnant à l'électricité.
Pour réaliser ce transfert de calories, seul le compresseur et les ventilateurs (ou pompes) du système sont raccordés électriquement. Comme les calories prélevées dans le milieu naturel sont gratuites et qu'une grande partie de l'électricité fournie au compresseur est transformée en chaleur, un chauffage thermodynamique consomme moins d'énergie qu'il n'en fournit. Ce phénomène est défini par le Coefficient de Performance ou COP. C'est le rapport entre la puissance nominale de chauffage et la puissance absorbée par la pompe à chaleur.
Si nous appelons :
E l'évaporateur, et PE, la puissance en kW absorbée à l'évaporateur,
C le condenseur, et PC, la puissance en kW évacuée à l'évaporateur,
P, le compresseur, et PP la puissance en kW apportée ou consommée par le compresseur
par exemple, nous avons :
PE, la puissance en kW absorbée à l'évaporateur = 2 kW
PP la puissance en kW consommée par le compresseur = 1 kW
PC, la puissance en kW évacuée au condenseur = donc 2 + 1 = 3 kW
C'est la puissance récupérée dans la pièce à chauffer.
Le COP, coefficient de performance de la machine = PC/PP = 3 !
Le fonctionnement de la PAC est réversible grâce à une vanne quatre voies : l'évaporateur devient condenseur et vice-versa. En été, la pompe à chaleur devient un climatiseur : elle absorbe alors la chaleur pour refroidir les pièces et l'évacue dans l'air extérieur, l'eau ou le sol.
Dans ce cas, la pompe à chaleur est dite « réversible ».
Rendement de la pompe à chaleur ou COP (coefficient de performance)
Le coefficient de performance ou COP d'une pompe à chaleur correspond à la puissance thermique fournie en kW , divisée par la puissance électrique absorbée par le dispositif également en kW.
En utilisant 1 kWh d'électricité pour faire fonctionner la pompe à chaleur, vous pouvez récupérer gratuitement jusqu'à 3 ou 4 kWh naturellement présents dans l'environnement tout en le préservant.
Ce passage de 1 à 3 est appelé COP (coefficient de performance de la pompe à chaleur), c'est pour ainsi dire le rendement.
Oui le rendement d'une PAC, pompe à chaleur, est bien supérieur à 1, il est dans cet exemple de COP égal à 3 !
Autrement dit en terme de consommation, vous vous chauffez avec 3 kWh et n'en payez qu'un ! ou bien votre facture de chauffage est divisée par 3 ! La réponse est: "pas toujours", car avec l'énergie électrique rentrent en ligne de compte les tranches horaires, l'abonnement souscrit, etc ...
Attention comme pour les rendements, il y a différents types de COP :
Le COP de la pompe à chaleur : comme défini ci-dessus.
Soyons vigilants sur les conditions de déclaration de ce COP machine, qui dépend de la température du milieu extérieur et de la température fournie au système de chauffage. Exemple, pour 20°C intérieur dans une maison, si l'extérieur est à 5°C, le COP d'une PAC air/eau sera de 2,9 et passera à 3,5 par exemple par +10°C extérieur.
Le COP de l'installation : c'est le COP étendu à l'ensemble de l'installation incluant généralement les consommations des auxiliaires tels que pompes de circulation de l'eau dans le système de distribution de chauffage dans les conditions nominales de fonctionnement.
Le COP annuel de l'installation : c'est le COP annuel de l'installation dans la durée, tenant compte des variations de températures extérieures, des conditions d'utilisation intérieure, …, en continu.
Comparatif du coefficient de performance entre types de pompe à chaleur
Le rendement ou COP en géothermie sera meilleur qu'en aérothermie.
Pour fixer les idées, un COP de pompe à chaleur eau/eau (géothermie sur nappe) sera supérieur de +60% par rapport à un COP de pompe à chaleur air/eau (aérothermie).
PAC EAU / EAU PAC AIR / EAU
C.O.P. Hiver 3, 40 (+ 60%) 2,10
E.E.R Eté (en cas de fonctionnement clim) 4,30 (+ 40%) 3,00
Comparatif Aérothermie et Géothermie
AEROTHERMIEG EOTHERMIE
POMPE A air extérieur/eau air extérieur/air sol / sol eau glycolée/eau CHALEUR ou air extrait/air neuf ou sol/eau ou eau/eau
Coût Investissement Investissement Investissement Investissement de 80 € à110 € de 60 € à 90 € TTC par m² de 70 à 100 € TTC - systèmes à capteurs
par m² (chauffé (chauffé et rafraîchi) par m² chauffé, hors horizontaux, de 85 € TTC
et rafraîchi) ECS et rafraîchissement par m² chauffé
(option chauffage) Fonctionnement Fonctionnement Fonctionnement à 135 € TTC par m² de 2,5 € TTC par m² / an de 2 ,5 € TTC par m² / an de 2 ,3 € TTC par m² / an chauffé à 3,7 € TTC par m² / an à 3,7 € TTC par m² / an à 3,5 € TTC par m² / an. (option chauffage et rafraîchissement)
Pac seule Pac seule PAC seule - systèmes à capteurs 12 000 € TTC 6 000 € TTC 12 000 € TTC (sol/sol) verticaux de 145 à
14 000 € TTC 185 € TTC par m²
(sol/eau) chauffé
- systèmes sur eau de
nappe, 80 à 130 € TTC
, par m² chauffé
Fonctionnement de 2 ,3 à 3,5 € TTC par m² / an.
PAC seule
15 000 € TTC
Appoint Toujours intégré au Toujours nécessaire Pas nécessaire Pas nécessaire
système, peu ou pas
utilisé dans les systèmes
les plus performants,
nécessaire pour les autres
Eau chaude Préchauffage et Non conçu pour produire Production possible Production possible
sanitaire production possibles de l'eau chaude sanitaire chauffe eau thermo-
dynamique
dédié à l'ECS
Rafraîchis- Possible (sauf si les Possible et bien maîtrisé Pas possible sur Possible (sauf si les sement émetteurs sont des plancher chauffant émetteurs sont
radiateurs) et bien ,possible avec des des radiateurs)
maîtrisé unités et bien maîtrisé
à détente directe Avantages Système simple, coût Utilisable en appartement Système simple, Adaptée aux climats
limité à chauffage individuel coût limité pour du rigoureux Utilisable en apparte- Couplage avec la VMC géothermique peu de fluide
ment à chauffage Pour les PAC adaptée aux climats frigorigène,
individuel air extrait/air neuf rigoureux confiné dans la PAC Peu de fluide frigorigène, Existence obligatoire Adaptation
confiné dans la PAC d'un avis technique du possible à un Adaptation possible à un CSTB (pompe sol/sol) réseau de
réseau de chauffage chauffage
central existant central existant Inconvénients Exiger des modèles N'assure pas la Systèmes à capteurs Système plus
particulièrement production d'eau horizontaux seulement coûteux
performants dans chaude sanitaire Quantité importante de qu'une PAC
les climats rigoureux Nécessite le fluide frigorigène sol/sol ou sol/eau Vérifier le niveau de passage d'un Mise en œuvre Pour les PAC à
bruit développé par réseau de gaines (surtout pour la capteurs verticaux
la PAC de soufflage de pompe sol/sol) ou sur eau de nappe :
l'air (dans un faux- Exiger une solide exiger une solide plafond ou des combles, expérience de expérience de
accessibles pour les l'installateur l'installateur et
besoins de l'entretien) pour la PAC sol/sol, du foreur N 'assure pas la totalité technologie de plancher Démarches et
du chauffage pour les PAC spécifique autorisations à
air extrait/air neuf envisager Coût élevé des forages
COP annuel 2,1 2 3 3,4
chauffage