Pompes à chaleur : comment ça marche, quel entretien ?
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 ?
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Car les énergies fossiles n’ont plus la côte :
L’écologie climatique conditionne les décisions de nombreux gouvernements (notamment en Europe), pour se passer des chaudières à gaz et au fioul 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 des énergies fossiles. Depuis l’été 2021 en France par exemple, les PAC sont une des solutions privilégiées pour remplacer les chaudières à combustion 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 significativement 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.
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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 ou du fioul, certains pays fournissent une aide financière pour les travaux de conversion. Certaines aides sont très intéressantes car elles réduisent significativement le coût de l’installation.
Comment fonctionne une PAC ?
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 :
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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.
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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 :
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La PAC air-eau : elle se compose d’un bloc externe qui ventile l’air ambiant pour réchauffer le fluide. Le système va ensuite alimenter un circuit de chauffage à eau classique (par radiateur ou au sol), et permet aussi d’avoir de l’eau chaude sanitaire.
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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.
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La PAC air-air (ou même eau-air) : elle va chauffer l’intérieur grâce à des splits internes qui ventilent de l’air chaud. Son avantage principal est de pouvoir être réversible, pour assurer une climatisation en été avec le même matériel.
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.
Une question de rendement
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 !
Notez que nos manifolds Si-RM350 et Si-RM450 peuvent également calculer l’EER, un autre indice similaire qui décrit le rapport entre la capacité de refroidissement réelles (en BTU) et la consommation d’énergie (en Watts) : un EER de 10 signifie que pour 1 Wh consommé, le système produit 10 BTU/h.
D’autres indices de rendement plus spécifiques existent aussi pour apporter une évaluation de rendement moins théorique : le SCOP (Seasonal Coefficient of Performance) et le SEER (Seasonal Energy Efficiency Ratio). Ces deux indicateurs sont plus réalistes car ils prennent en compte plusieurs températures extérieures de référence d’une saison donnée :
SCOP (Seasonal Coefficient of Performance) ou FPS (Facteur de Performance Saisonnier)
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Mode de fonctionnement : Chauffage
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Période de mesure : Saison de chauffage complète
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Calcul : Quantité totale de chaleur produite sur une saison / Quantité totale d'énergie consommée sur la même période
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Détails techniques :
- Températures de référence : Le SCOP est calculé en utilisant quatre points de fonctionnement prédéfinis : -7°C, +2°C, +7°C, et +12°C
- Climats de référence : Trois climats européens sont utilisés pour le calcul : climat chaud (Athènes), climat tempéré (Strasbourg), et climat froid (Helsinki)
- Norme européenne : Le SCOP est défini selon la norme ErP (Energy-related Products), qui prend en compte la performance saisonnière de l'appareil
SEER (Seasonal Energy Efficiency Ratio) ou « rendement de rafraîchissement saisonnier »
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Mode de fonctionnement : Refroidissement
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Période de mesure : Saison de refroidissement complète
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Calcul : Quantité totale de refroidissement fournie sur une saison / Quantité totale d'énergie consommée sur la même période
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Détails techniques :
- Températures de référence : Le SEER est calculé en utilisant des températures extérieures moyennes comprises entre 13°C et 46°C
- Conditions de mesure : Le SEER prend en compte les variations de température extérieure pendant la saison de refroidissement, en prenant en compte une température intérieure constante de 20°C et une température extérieure de référence dépendant de la région concernée.
- Étiquette énergie : Les appareils de climatisation et de pompe à chaleur air-air affichent le SEER sur leur étiquette énergie, permettant aux consommateurs de comparer facilement les performances énergétiques
Entretien des PAC : quels contrôles effectuer ?
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 pour les PAC de 4 à 70 kW (et tous les 5 ans pour les PAC de plus de 70 kW). 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.
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Fuite de fluide frigorigène :
Un problème qui va totalement neutraliser le fonctionnement de la PAC. Un détecteur de fluide frigorigène comme notre Si-RD3 est indispensable pour localiser la fuite. En cas de fuite, il faut vider le circuit pour le réparer, puis vérifier l’étanchéité par un tirage au vide, effectué à l’aide d’une sonde vacuomètre comme la Si-RV3 ou la Si-RV4.
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Mesure de haute et basse pression :
Cette mesure permet aussi de détecter une fuite lorsque l’écart (Delta) entre la pression de surchauffe et la pression de sous-refroidissement est trop faible. Elle permet surtout de vérifier le bon rendement de la PAC, et le fonctionnement du compresseur et du détendeur. Un manomètre numérique comme nos manifolds, Si-RM350, Si-RM450, Si-RM3 ou Si-RM13 est nécessaire pour effectuer cette double mesure simultanément.
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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 (une surchauffe trop élevée peut indiquer un manque de fluide, un sous refroidissement trop bas peut indiquer une surcharge de fluide ou un problème de condenseur). Nos manifolds numériques intègrent des thermomètres à capteur CTN haute réactivité pour effectuer cette opération en même temps que les mesures de pression. Son application permet alors de calculer automatiquement la cohérence des mesures sur plus de 130 fluides frigorigènes différents en fonction de leurs propriétés thermiques pré-enregistrées.
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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 nos manifolds Si-RM350, Si-RM450, Si-RM3 et Si-RM13, qui servira aussi aux autres opérations de mise en service. -
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. Les mesures de haute pression / basse pression et de températures en simultané permettent de réaliser un diagnostic rapide du circuit pour notamment vérifier que la charge est correcte, ce qui conditionne le rendement de l’installation.
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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 ou les remplacer si nécessaire.Plus d’informations sur les pompes à condensats :
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Débits d’air entrant dans l’unité extérieure et les unités intérieures :
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. 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.
Pour aller plus loin : nos webinaires
Les techniques de mesures sur bouche pour parfaire sa maîtrise de la circulation de l’air dans les bâtiments :
- Les enjeux de la maîtrise de l’air intérieur
- Aération et ventilation : ce qu’il faut savoir
- Les méthodes de mesure sur bouche
- Les meilleurs outils pour la mesure sur bouche
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