Dans le domaine des technologies de chauffage et de climatisation, les pompes à chaleur se sont imposées comme une solution très performante et respectueuse de l'environnement. Elles sont largement utilisées dans les secteurs résidentiel, commercial et industriel pour assurer à la fois le chauffage et la climatisation. Pour bien comprendre l'intérêt et le fonctionnement des pompes à chaleur, il est essentiel d'en examiner les principes et le concept de coefficient de performance (COP).
Principes de fonctionnement des pompes à chaleur
Concept de base
Une pompe à chaleur est un appareil qui transfère la chaleur d'un endroit à un autre. Contrairement aux systèmes de chauffage traditionnels qui produisent de la chaleur par combustion ou par résistance électrique, les pompes à chaleur déplacent la chaleur d'une zone froide vers une zone chaude. Ce processus est similaire au fonctionnement d'un réfrigérateur, mais inversé. Un réfrigérateur extrait la chaleur de son intérieur et la rejette dans l'environnement extérieur, tandis qu'une pompe à chaleur extrait la chaleur de l'extérieur et la diffuse à l'intérieur.
Le cycle de réfrigération
Le fonctionnement d'une pompe à chaleur repose sur le cycle frigorifique, qui comprend quatre composants principaux : l'évaporateur, le compresseur, le condenseur et le détendeur. Voici une explication détaillée de leur fonctionnement :
- ÉvaporateurLe processus commence avec l'évaporateur, situé dans un environnement plus frais (par exemple, à l'extérieur de la maison). Le fluide frigorigène, une substance à bas point d'ébullition, absorbe la chaleur de l'air ou du sol environnants. En absorbant cette chaleur, il passe de l'état liquide à l'état gazeux. Ce changement de phase est essentiel car il permet au fluide frigorigène de transporter une quantité importante de chaleur.
- CompresseurLe fluide frigorigène gazeux se dirige ensuite vers le compresseur. Ce dernier augmente sa pression et sa température en le comprimant. Cette étape est essentielle car elle porte la température du fluide frigorigène à un niveau supérieur à la température ambiante souhaitée. Le fluide frigorigène, sous haute pression et à haute température, est alors prêt à libérer sa chaleur.
- CondenseurL'étape suivante concerne le condenseur, situé dans un environnement plus chaud (par exemple, à l'intérieur de la maison). Le fluide frigorigène chaud, sous haute pression, y cède sa chaleur à l'air ou à l'eau environnante. En libérant de la chaleur, il se refroidit et repasse de l'état gazeux à l'état liquide. Ce changement de phase libère une grande quantité de chaleur, utilisée pour chauffer l'espace intérieur.
- détendeurEnfin, le fluide frigorigène liquide traverse le détendeur, ce qui réduit sa pression et sa température. Cette étape prépare le fluide frigorigène à absorber à nouveau de la chaleur dans l'évaporateur, et le cycle se répète.
Le coefficient de performance (COP)
Définition
Le coefficient de performance (COP) mesure l'efficacité d'une pompe à chaleur. Il correspond au rapport entre la quantité de chaleur fournie (ou extraite) et la quantité d'énergie électrique consommée. Autrement dit, il indique la quantité de chaleur qu'une pompe à chaleur peut produire pour chaque unité d'électricité consommée.
Mathématiquement, le COP s'exprime comme suit :
COP = Énergie électrique consommée (W) / Chaleur fournie (Q)
Lorsqu'une pompe à chaleur présente un COP (coefficient de performance) de 5,0, elle permet de réduire considérablement les factures d'électricité par rapport au chauffage électrique traditionnel. Voici une analyse et un calcul détaillés :
Comparaison de l'efficacité énergétique
Le chauffage électrique traditionnel a un COP de 1,0, ce qui signifie qu'il produit 1 unité de chaleur pour chaque kWh d'électricité consommé. En revanche, une pompe à chaleur avec un COP de 5,0 produit 5 unités de chaleur pour chaque kWh d'électricité consommé, ce qui la rend beaucoup plus efficace que le chauffage électrique traditionnel.
Calcul des économies sur les coûts d'électricité
En supposant qu'il faille produire 100 unités de chaleur :
- Chauffage électrique traditionnel: Nécessite 100 kWh d'électricité.
- Pompe à chaleur avec un COP de 5,0: Ne nécessite que 20 kWh d'électricité (100 unités de chaleur ÷ 5,0).
Si le prix de l'électricité est de 0,5 € par kWh :
- Chauffage électrique traditionnel: Le coût de l'électricité est de 50€ (100 kWh × 0,5€/kWh).
- Pompe à chaleur avec un COP de 5,0: Le coût de l'électricité est de 10€ (20 kWh × 0,5€/kWh).
Ratio d'épargne
La pompe à chaleur peut permettre d'économiser 80 % sur les factures d'électricité par rapport au chauffage électrique traditionnel ((50 - 10) ÷ 50 = 80 %).
Exemple pratique
Dans des applications pratiques, comme la production d'eau chaude sanitaire, supposons que 200 litres d'eau doivent être chauffés quotidiennement de 15 °C à 55 °C :
- Chauffage électrique traditionnel: Consomme environ 38,77 kWh d'électricité (en supposant un rendement thermique de 90 %).
- Pompe à chaleur avec un COP de 5,0: Consomme environ 7,75 kWh d'électricité (38,77 kWh ÷ 5,0).
Pour un prix de l'électricité de 0,5 € par kWh :
- Chauffage électrique traditionnel: Le coût quotidien de l'électricité est d'environ 19,39 € (38,77 kWh × 0,5 €/kWh).
- Pompe à chaleur avec un COP de 5,0: Le coût quotidien de l'électricité est d'environ 3,88 € (7,75 kWh × 0,5 €/kWh).
Économies estimées pour les ménages moyens : Pompes à chaleur vs Chauffage au gaz naturel
D’après des estimations sectorielles et les tendances des prix de l’énergie en Europe :
| Article | Chauffage au gaz naturel | Chauffage par pompe à chaleur | Différence annuelle estimée |
| Coût énergétique annuel moyen | 1 200 € – 1 500 € | 600 €–900 € | Économies d'environ 300 € à 900 € |
| Émissions de CO₂ (tonnes/an) | 3 à 5 tonnes | 1 à 2 tonnes | Réduction d'environ 2 à 3 tonnes |
Note:Les économies réelles varient en fonction des prix nationaux de l'électricité et du gaz, de la qualité de l'isolation du bâtiment et du rendement de la pompe à chaleur. Des pays comme l'Allemagne, la France et l'Italie affichent généralement des économies plus importantes, notamment grâce aux subventions publiques.
Pompe à chaleur Hien R290 EocForce Série 6-16 kW : Pompe à chaleur air-eau monobloc
Caractéristiques principales :
Fonctionnalités tout-en-un : chauffage, refroidissement et production d'eau chaude sanitaire
Options de tension flexibles : 220–240 V ou 380–420 V
Conception compacte : unités compactes de 6 à 16 kW
Fluide frigorigène écologique : fluide frigorigène vert R290
Fonctionnement ultra-silencieux : 40,5 dB(A) à 1 m
Efficacité énergétique : SCOP jusqu'à 5,19
Performances en températures extrêmes : Fonctionnement stable à –20 °C
Efficacité énergétique supérieure : A+++
Contrôle intelligent et compatible PV
Fonction anti-légionellose : Température maximale de l'eau en sortie : 75 °C
Date de publication : 10 septembre 2025