POMPE A CHALEUR : L'AEROTHERMIE
APPROCHE TECHNIQUE Pompe à chaleur ou chauffage thermodynamique Un chauffage à énergie renouvelable en expansion ! Pompe à chaleur, aérothermie, comment ça fonctionne ? Chauffage et rafraîchissement Pompe à chaleur et environnement Cycle frigorifique et COP ASPECT REGLEMENTAIRES Pompe à chaleur et réglementation Crédit d'impôt pompes à chaleur Aides financières ADEME, ANAH, Conseils ... TVA à taux réduit 5,5% FOIRE AUX QUESTIONS Les réponses à vos questions Mini lexique aérothermie CONCEVOIR ET REALISER Comparaison des différents concepts de pompes à chaleur Pompe à chaleur Air/Air Pompe à chaleur Air/Eau Installation d'une pompe à chaleur air/eau VMC thermodynamique avec pompe à chaleur Production d'ECS et pompe à chaleur Qualité du matériel, installation, entretien COMBIEN CA COUTE? Prix des pompes à chaleur air / eau SOLUTIONS ET PRODUITS TOSHIBA : pompe à chaleur ESTIA - split système SKV, AvAnt BUDERUS : Pompe à chaleur Logatherm WPL CIAT pompe à chaleur AQUALIS 2, AQUACIAT CALEO DAIKIN Pompe à chaleur air/eau ALTHERMA CHAFFOTEAUX Pac air / eau AEROTOP LES BONNES ADRESSES Liens utiles	Pompe à chaleur ou chauffage thermodynamique Notre environnement, le sol sous nos pieds, l’eau des nappes phréatiques, l’air qui nous entoure, stockent chaque jour l’énergie que nous dispense le soleil. Récupérer cette énergie gratuite et inépuisable et s’en servir pour le chauffage, c’est possible grâce à la pompe à chaleur. La pompe à chaleur permet d’économiser les énergies fossiles comme le fioul ou le gaz et l'énergie électrique directe. Il en existe plusieurs types, qui puisent la chaleur soit dans l’air (pompe à chaleur aérothermique), soit dans le sol (pompe à chaleur géothermale) ou l’eau des nappes phréatiques (pompe à chaleur aquathermale). Le principe est comme celui de votre réfrigérateur. Les calories sont soutirées d’un côté pour être rejetées de l’autre. De la chaleur est puisée à l’intérieur de celui-ci, ce qui en abaisse la température, puis est rejetée à l’extérieur dans l’air de la cuisine. Le petit bruit que vous entendez dans votre frigo est le compresseur électrique qui "comprime" un fluide dit réfrigérant qui a la capacité par ses changements d’état (gazeux/liquide) de transférer l’énergie frigorifique et calorifique. Toutes les pompes à chaleur électriques fonctionnent selon ce même principe. C’est l’environnement extérieur, sol, air ou eau, qui fournit la chaleur et l’intérieur du logement qui la récupère. source ATLANTIC La pompe à chaleur puise donc les calories dans cet environnement abondant et gratuit et les restitue au logement à un coût très économique. La pompe à chaleur munie d’un compresseur électrique permet des économies d’énergies jusqu’à 70% par rapport à une solution classique de chauffage électrique. Bien entendu, par rapport à de simples convecteurs électriques, le coût d’installation est nettement plus important : pompe à chaleur + réseaux de tuyauteries + puits (si géothermie),… Le schéma ci-après montre le principe de fonctionnement d’une pompe à chaleur La pompe à chaleur ou PAC est constituée d’un circuit fermé et étanche dans lequel circule un fluide frigorigène à l’état liquide ou gazeux selon les organes qu’il traverse. Ces organes sont au nombre de quatre : l’évaporateur, le compresseur, le condenseur et le détendeur. Ce principe bien connu des industries frigorifiques est appelé cycle frigorifique. source CIAT Ce principe selon lequel un fluide frigorigène, à l’intérieur d’un circuit frigorifique, lorsqu’il est compressé ou détendu, permet : D'absorber de la chaleur du sol ou de l’air en se vaporisant dans l’évaporateur (l’évaporateur est le dispositif extérieur dans le cas d’une pompe à chaleur). De restituer de la chaleur absorbée en se condensant dans le condenseur (le condenseur est la partie chaude, qui va céder des calories dans la pièce ou l’immeuble à chauffer). Un chauffage à énergie renouvelable en expansion ! La France, de plus en plus consciente et engagée dans la préservation de l’énergie et de l’environnement, connaît une croissance remarquable des ventes de pompes à chaleur comme le montre le tableau ci-dessous : POMPES A CHALEUR 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 Sol/Sol et Sol/Eau 5 100 5 400 6 800 7 800 9 600 9 600 7 900 4 407 Eau Glycolée/Eau et Eau/Eau 2 900 3 600 4 900 5 400 8 850 9 000 11 530 9 942 TOTAL GEOTHERMIE 8 000 9 000 11 700 13 200 18 450 18 600 19 430 14 349 Air Extérieur/Eau 4 400 4 700 5 600 12 000 35 060 51 000     Air/Air Données non représentatives TOTAL AEROTHERMIE 4 400 4 700 5 600 12 000 35 060 51 000 133 000 106 500 TOTAL nombre de ventes de PAC 12 400 13 700 17 300 25 200 53 510 69 600 152 500 120 900 source AFPAC Si la pompe à chaleur n’est pas le système de chauffage universel, ses applications en aérothermie ou géothermie tirent des calories gratuites provenant de l’air, du sol ou de l’eau souterraine. Ces éléments possèdent une quantité de chaleur renouvelée sans cesse grâce au rayonnement solaire et à la capacité thermique du sous-sol. Pour cela, ce mode de chauffage est considéré comme un chauffage à énergie renouvelable et bénéficie de crédit d’impôt à peine inférieur au solaire par exemple. De plus, la consommation électrique qu’induit obligatoirement la pompe à chaleur, ne l’oublions pas, est principalement d’origine nucléaire en France. De ce fait, elle n’est pas émettrice de GES, de gaz à effet de serre…. D’autres inconvénients sont liés à l’énergie nucléaire, cependant nous n’allons pas développer ce débat dans ce dossier. Pompe à chaleur, aérothermie, comment ça fonctionne ? Le sol ou l’eau souterraine possède donc une quantité de chaleur renouvelée sans cesse grâce au rayonnement solaire et à la capacité thermique du sous-sol. De même, l’air est l’élément naturel en abondance dans la nature et est présent autour de chaque bâtiment, de chaque logement. source BUDERUS En géothermie ou en aérothermie et pour simplifier, nous pouvons dire que la pompe à chaleur prélève la chaleur du sol du jardin - ou de l’eau d’une nappe, de l’air environnant - augmente son niveau de température et restitue la chaleur à une température plus élevée dans le logement ou la maison. N’oublions pas que la température du au zéro absolu est le 0° Kelvin qui correspond à -273°C (Celsius). Par conséquent tout ce qui est au-dessus de -173°C contient de l’énergie et de la chaleur. Plus simplement, un sol à 5°C ou de l’air à 5°C, peut céder sa chaleur via un fonctionnement pompe à chaleur, et produire de l’eau chaude à 50°C ou de l’air à 35°C. Opter pour l’aérothermie demande d’installer une pompe à chaleur, soit un groupe frigorifique, la plupart du temps en extérieur comme le montrent les dessins ci-après. Nous verrons plus loin, que la pompe à chaleur peut fonctionner soit seule soit en relève de chaudière existante. De ce fait, et en mode pratique, l’aérothermie est une solution de chauffage particulièrement appropriée pour les réhabilitations dans l’existant : changement de chaudière par exemple, avec travaux d’isolation thermique, etc, … Quelques règles d’installation sont à respecter mais il n’y a pas de lourds travaux de terrassement ou de puits géothermiques à réaliser dans la propriété. La solution aérothermie est ainsi également appropriée à des applications dans l’habitat neuf, ce dernier étant par définition (réglementation) bien isolé. source CIAT Comparativement aux solutions géothermie, l’aérothermie possède disons 2 contraintes principales : Le COP ou rendement est inférieur à des solutions géothermiques PAC sol/eau ou eau/eau L’aérothermie puisant ses calories dans l’air, elle est plus appropriée dans des régions à climat tempéré (disons avec une température extérieure de base supérieure à 0° ou +5°. Tout simplement car le COP en dessous de ces températures entraine des dégivrages sources de pertes de rendement. Chauffage et rafraîchissement source DAIKIN Comme nous l’avons expliqué dans le paragraphe précédent, la pompe à chaleur « pompe » de la chaleur du milieu extérieur et restitue plus de chaleur vers le logement. Si vous inversez dans cette explication « extérieur » et « logement », alors la pompe à chaleur fonctionne comme un climatiseur, puisqu’elle enlève de la chaleur au logement et donc le refroidit et libère la chaleur à l’extérieur. Autre exemple, le climatiseur fonctionne sur le même principe que votre réfrigérateur. D’un côté, il produit du froid (puise des calories) et de l’autre, au dos de votre frigo il évacue du chaud, des calories. Le petit bruit que vous entendez dans votre frigo est le compresseur électrique qui "comprime" un fluide dit réfrigérant qui a la capacité par ses changements d’état (gazeux/liquide) de transférer l’énergie frigorifique et calorifique. En résumé, les pompes à chaleur dites "réversibles" vous permettent de chauffer ou de rafraîchir votre logement selon le confort souhaité en un seul équipement. Il vous suffit de modifier le sens de fonctionnement de la pompe à chaleur grâce à une commande (ou télécommande) qui en fait va inverser le cycle de la PAC (pompe à chaleur). Dans ce cas la PAC est dite réversible. Pompe à chaleur et environnement source BUDERUS Légende : 1 - Les calories sont puisées dans le sol 2 - Rôle de la PAC : récupérer le maximum d’énergie, valoriser cette énergie 3 - Restitution des calories La pompe à chaleur utilise la chaleur de la terre, renouvelée par la pluie, le soleil, le vent pour couvrir les besoins en chauffage et eau chaude sanitaire. La pompe à chaleur géothermique fonctionne avec de l’électricité, qui doit faire tourner son compresseur (L’électricité étant également nécessaire pour faire fonctionner les auxiliaires ; pompes, et/ou ventilateurs, …, utiles au transport et à l’émission de chaud ou de froid dans la pièce et vers l’extérieur). Note importante : Attention sur ce point car ces consommations sont certes faibles, mais continues durant toute la saison de chauffe, voire toute l’année, dans le cas d’une PAC réversible. De ce fait, le COP ou rendement prévu de 3, est réduit dès lors que l’on considère le COP ou rendement global annuel (consommations de ces auxiliaires prises en compte). Les pompes à chaleur utilisent à l’intérieur un fluide réfrigérant ou frigorifique appelé couramment "fréon". Certains fluides dits "HCFC" sont nocifs pour la couche d’ozone et leur émission dans l’atmosphère a un effet destructif. C’est pourquoi la Communauté Internationale, et plus particulièrement la Communauté Européenne, a réglementé leurs utilisations et interdit certains. Désormais, la réglementation interdit d’utiliser des HCFC pour la production de tout équipement de froid ou de conditionnement d’air et les fluides dits "verts" disponibles sur le marché sont les seuls autorisés. Ce sont les R 407C, R 410A, …, qui sont sans effet nocif sur la couche d’ozone. Soyez donc vigilants lorsque vous récupérez du matériel dans une maison ancienne. Toutefois, pour les anciennes installations, achetées avant le 1er janvier 2004, l’interdiction d’utiliser des HCFC, autrement dit anciens fréons, est portée après le 1er janvier /2015 pour les opérations de maintenance et d’entretien. En ces périodes d’économies d’énergie et de sauvegarde de l’environnement, la géothermie avec la pompe à chaleur géothermique est une solution de chauffage et de climatisation qui peut diviser par 3 notre consommation d’électricité pour le chauffage, et qui contribue au développement durable par l’utilisation d’une énergie renouvelable, abondante, gratuite et inépuisable. Cette vision dupliquée conduit la France et d’autres pays dépendants énergétiquement des énergies fossiles, à reconsidérer leur politique énergétique. Les aides et crédits d’impôts sont autant de signaux et d’encouragements pour moins consommer malgré notre cycle de croissante demande. Cycle frigorifique et COP 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 PAC. source MITSUBISHI 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 = 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, (chauffage en électrique direct, par exemple avec des convecteurs) est divisée par 3 ! Attention comme pour les rendements, il y a différents type 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). P.A.C. EAU / EAU P.A.C. 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 AEROTHERMIE GEOTHERMIE POMPE A CHALEUR air extérieur / eau air extérieur / air ou air extrait / air neuf sol / sol ou sol / eau eau glycolée / eau ou eau / eau Coût Investissement de 80 € à110 € TTC par m² (chauffé et rafraîchi) Fonctionnement de 2,5 € TTC par m² / an à 3,7 € TTC par m² / an Pac seule : 12 000 € TTC Investissement de 60 € à 90 € TTC par m² (chauffé et rafraîchi) Fonctionnement de 2 ,5 € TTC par m² / an à 3,7 € TTC par m² / an Pac seule : 6 000 € TTC Investissement de 70 à 100 € TTC par m² chauffé, hors ECS et rafraîchissement Fonctionnement de 2 ,3 € TTC par m² / an à 3,5 € TTC par m² / an. PAC seule : 12 000 € TTC (sol/sol) 14 000 € TTC (sol/eau) Investissement - systèmes à capteurs horizontaux, de 85 € TTC par m² chauffé (option chauffage) à 135 € TTC par m² chauffé (option chauffage et rafraîchissement) - systèmes à capteurs verticaux, de 145 à 185 € TTC par m² 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 système, peu ou pas utilisé dans les systèmes les plus performants, nécessaire pour les autres Toujours nécessaire Pas nécessaire Pas nécessaire Eau chaude sanitaire Préchauffage ou production possibles Non conçu pour produire de l’eau chaude sanitaire Production possible Production possible Rafraîchis- sement Possible (sauf si les émetteurs sont des radiateurs) et bien maîtrisé Possible et bien maîtrisé Pas possible sur plancher chauffant, possible avec des unités à détente directe Possible (sauf si les émetteurs sont des radiateurs) et bien maîtrisé Avantages Système simple, coût limité Utilisable en appartement à chauffage individuel Peu de fluide frigorigène, confiné dans la PAC Adaptation possible à un réseau de chauffage central existant Utilisable en appartement à chauffage individuel Couplage avec la VMC Pour les PAC air extrait/air neuf Système simple, coût limité pour du géothermique adaptée aux climats rigoureux Existence obligatoire d’un avis technique du CSTB (pompe sol/sol) Adaptée aux climats rigoureux peu de fluide frigorigène, confiné dans la PAC Adaptation possible à un réseau de chauffage central existant Inconvénients Exiger des modèles particulièrement performants dans les climats rigoureux Vérifier le niveau de bruit développé par la PAC N’assure pas la production d’eau chaude sanitaire Nécessite le passage d’un réseau de gaines de soufflage de l’air (dans un faux-plafond ou des combles, accessibles pour les besoins de l’entretien) N ’assure pas la totalité du chauffage pour les PAC air extrait/air neuf Systèmes à capteurs horizontaux seulement Quantité importante de fluide frigorigène Mise en oeuvre (surtout pour la pompe sol/sol) Exiger une solide expérience de l’installateur pour la PAC sol/sol, technologie de plancher spécifique Système plus coûteux qu’une PAC sol/sol ou sol/eau Pour les PAC à capteurs verticaux ou sur eau de nappe : exiger une solide expérience de l’installateur et du foreur Démarches et autorisations à envisager Coût élevé des forages COP moyen 2,5 à 3 2,5 à 3 4 4