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Pompes à chaleur : comment ça marche, quel entretien ?

Sauermann manifold heat pump

Les PAC (Pompes A Chaleur) sont désormais les nouvelles stars du chauffage ! Ces systèmes ont de nombreux avantages, et beaucoup de gouvernements privilégient leur utilisation via de nouvelles lois et réglementations, notamment motivées par les plans écologiques de lutte contre le réchauffement climatique. Ce point complet apporte l’aide nécessaire pour tout comprendre de cette technologie.

Pourquoi installer une PAC ?

  • Car le gaz n’a plus la côte :
    L’écologie climatique conditionne les décisions de nombreux gouvernements (notamment en Europe), pour se passer des chaudières à gaz au profit des PAC, qui fonctionnent sur une énergie électrique. Objectif : diminuer les rejets de CO2 dans l’atmosphère, et éviter la fluctuation instable, et souvent haussière, des prix du gaz. A partir de l’été 2021 en France par exemple, les PAC seront une des solutions privilégiées pour remplacer les chaudières à gaz au sein des maisons individuelles neuves.

  • Car les PAC ont un excellent rendement :
    L’efficacité énergétique d’une pompe à chaleur est supérieure à celle des meilleures chaudières à condensation. Le rendement diminue toutefois lorsque la température de l’air extérieur passe en dessous de - 7 °C, mais il existe plusieurs astuces d’installation qui permettent de contrer ce problème dans les régions très froides.

  • Car c’est une technologie robuste et éprouvée :
    Le fonctionnement d’une PAC est identique à celui d’un bloc de climatisation, ou même à celui d’un réfrigérateur. Cette technologie est maîtrisée et optimisée depuis longtemps, et pose désormais très peu de problème de maintenance.

  • Car elle profite d’une grande souplesse d’installation :
    Il existe de nombreux types d’installation de PAC pour s’adapter à tout type de bâtiments et d’environnement. Une PAC peut notamment remplacer une chaudière à gaz en préservant le circuit classique de chauffage à eau d’un logement. Elle peut même servir à chauffer une piscine !

  • Car les gouvernements peuvent offrir des aides financières :
    Pour inciter les propriétaires à installer une PAC en remplacement du gaz, certains pays fournissent une aide financière pour les travaux de conversion. Certaines aides sont très intéressantes car elles réduisent significativement le coût d’installation.

Comment fonctionne une PAC ?

Pompes à chaleur : comment ça marche, quel entretien ?

Les températures et puissances mentionnées dans ce schéma sont indicatives, elles peuvent varier.

Une pompe à chaleur récupère la chaleur extérieure pour la réinjecter à l’intérieur d’un bâtiment. Elle est basée sur un circuit de fluide frigorigène qui transporte l’énergie calorifique (thermique) par changement d’état :

  • Etape 1 : A l’extérieur, l’évaporateur récupère la chaleur ambiante pour réchauffer le fluide à très basse température, en état majoritairement liquide à basse pression. Le fluide passe alors à l’état gazeux. Ce gaz est ensuite brusquement comprimé par un compresseur, et monte alors fortement en température.

  • Etape 2 : A l’intérieur, ce gaz chaud entre dans un condenseur qui récupère sa chaleur pour chauffer le logement, par eau ou par air. Il refroidit alors le fluide, qui se condense et repasse à l’état (presque) liquide. Le fluide passe alors par un détendeur qui va brutalement réduire sa pression et donc sa température, retour à l’étape 1 !

Le principe de fonctionnement d’une PAC est donc strictement identique à celui d’une climatisation, mais à l’exact inverse. C’est pourquoi il est possible de s’équiper d’un système de PAC réversible (« inverter »), capable de refroidir en été et de chauffer en hiver. En été, la partie extérieure joue le rôle de condenseur et la partie interne devient l’évaporateur.

Il est alors important de choisir dès le début le bon système de PAC à installer :

Heat pump pompe chaleur entretien maintenance
  • La PAC air-eau : elle se compose d’un bloc externe qui ventile l’air ambiant pour réchauffer le fluide. Le circuit va ensuite alimenter un système de chauffage à eau classique (par radiateur ou au sol), et permet aussi d’avoir de l’eau chaude sanitaire.

  • La PAC eau-eau : elle permet de réchauffer le fluide frigorigène de manière passive en le faisant circuler dans une masse d’eau naturelle (nappe phréatique, lac, rivière, etc.). Plus économe en énergie, et aussi plus adaptée aux hivers très froids.

  • La PAC air-air (ou même eau-air) : elle va chauffer l’intérieur grâce à des splits internes qui ventilent de l’air chaud. C’est un peu moins efficace pour le chauffage et difficilement adaptable pour un système d’eau chaude sanitaire. Mais son avantage principal est de pouvoir être réversible, pour assurer une climatisation en été avec le même matériel.

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Les PAC récupèrent la chaleur de l’air extérieur, et leur rendement commence donc à significativement chuter lors des hivers très froids. A partir de - 7 °C, il faudra dépenser beaucoup plus d’énergie pour récupérer les calories de l’air extérieur afin de réchauffer le fluide frigorigène dans l’évaporateur. Une astuce consiste à placer l’entrée d’air à un endroit éloigné de l’évaporateur, relié par une longue canalisation sous-terraine, qui va réchauffer naturellement l’air par géothermie avant de passer dans l’évaporateur, on appelle ça le puit canadien.

Les rendements des PAC sont définis selon un indice principal : le COP (COefficient de Performance). Par exemple, un COP de 4 signifie que pour 1 kW de puissance électrique consommée, la pompe restituera 4 kW de chaleur. Tout simplement en récupérant 3 kW d’énergie « gratuite » issue de la chaleur extérieure. Vous comprendrez donc que ce COP varie en fonction de la température extérieure !

Entretien des PAC : quels contrôles effectuer ?

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L’un des principaux avantages des PAC est leur fiabilité. Le fluide frigorigène a vocation à durer indéfiniment en l’absence de fuite, qui sont très rares. Un peu comme un réfrigérateur, qui ne nécessite pas de maintenance avant de longues années de fonctionnement. Cependant, un contrôle tous les deux ans est désormais obligatoire pour les PAC dans certains pays, comme en France (tous les ans pour les PAC à forte puissance). Il faut alors vérifier plusieurs choses dans leur ordre d’importance, avec un instrument de mesure majeur pour ce type d’opération : le manifold, déjà largement utilisé pour la climatisation.

  1. Fuite de fluide frigorigène :
    Un problème assez rare, mais qui va totalement neutraliser le fonctionnement de la PAC. Un détecteur de fluide frigorigène comme notre DF 110 est indispensable pour localiser la fuite. En cas de fuite, il faut vider le circuit, et s’assurer de son étanchéité par un tirage au vide, à l’aide d’un vacuomètre, intégré dans notre manifold Si-RM3.

  1. Mesure de haute et basse pression :
    Cette mesure permet aussi de détecter une fuite lorsque l’écart (Delta) de surpression et sous-pression est insuffisant. Elle permet surtout de vérifier le bon rendement de la PAC, et le fonctionnement du compresseur et du détendeur. Un manomètre spécifique comme nos manifolds Si-RM3 ou Si-RM13 est nécessaire pour effectuer cette double mesure simultanément.

  1. Mesure de surchauffe et de sous-refroidissement :
    Un thermomètre à thermocouple comme notre dernier Si-TT3 permet de mesurer précisément ces deux températures par contact avec le tube de fluide frigorigène en cuivre : la température de surchauffe en sortie du compresseur, et du sous-refroidissement en sortie du détendeur. Ces températures doivent rester en cohérence avec les propriétés thermiques de changement d’état du fluide frigorigène présent dans le circuit, pour témoigner du bon fonctionnement de la PAC. Notre manifold numérique Si-RM3 intègre des thermomètres à thermocouple pour effectuer cette opération en même temps que les mesures de pression. Son application permet alors de calculer automatiquement la cohérence des mesures sur 126 fluides frigorigènes différents en fonction de leurs propriétés thermiques pré-enregistrées.

  1. Remplacement de fluide frigorigène :
    Pour la mise en conformité de la PAC, ou pour améliorer son rendement, il faut parfois changer le fluide frigorigène dans son intégralité. Il faut le récupérer pour le recycler, et donc s’assurer que le circuit est bien vide à la fin de l’opération. Ici encore, un vacuomètre est nécessaire, intégré dans notre manifold Si-RM3 et Si-RM13, qui servira aussi aux autres opérations de mise en service.

  2. Mise en service et remplissage de fluide :
    Pour l’installation de la PAC, après la réparation d’une fuite ou un remplacement de fluide, le remplissage du circuit de fluide frigorigène exige aussi un manifold pour toutes les mesures nécessaires de tirage au vide, de pression et de température.

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  1. Contrôle et nettoyage du système thermodynamique :
    L’entretien porte aussi sur tout ce qui accompagne le cœur de la PAC. Pour les systèmes de chauffage à eau, il faudra aussi vérifier le fonctionnement du ballon d’eau chaude, des pompes à eau du système de chauffage, du compresseur, du détendeur et des installations électriques. Un thermomètre infrarouge comme notre Si-TI3 peut notamment détecter les surchauffes anormales des systèmes électriques. Pour les PAC réversibles, il est aussi nécessaire de vérifier le bon fonctionnement des pompes à condensats, les nettoyer (voir notre guide de nettoyage) ou les remplacer si nécessaire (voir nos mini-pompes de relevage pour climatiseurs).

  2. Débits d’air sur l’évaporateur extérieur et les condenseurs air intérieurs :
    Dernière mesure beaucoup plus simple : s’assurer que les unités de ventilation fonctionnent correctement en mesurant les débits d’air ventilé avec un anémomètre à hélice comme notre Si-VV3, ou tout autre appareil multifonction comme l’AMI 310. Une réparation du ventilateur et un nettoyage peuvent être nécessaires (feuilles, mousse, poussière) pour rétablir un bon rendement au niveau des évaporateurs et condenseurs, mais aussi pour réduire leur bruit de fonctionnement.

Pour en savoir plus sur les outils nécessaires à l’entretien d’une PAC, n’hésitez pas à consulter l’ensemble des produits de Sauermann, qui regroupe tous les instruments de mesures et pompes à condensats nécessaires à ce type d’opération.

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