Pompe à chaleur réversible : définition et fonctionnement

La pompe à chaleur réversible est un outil essentiel pour maintenir le confort intérieur d’une habitation pendant les saisons estivales.

Ces machines sont de plus en plus répandues car l’utilisation de sources d’énergie renouvelables et leurs bonnes performances en font un excellent outil pour améliorer l’efficacité énergétique du bâtiment.

Comment ça marche ? Pourquoi est-ce avantageux ? Voyons tout en détail ! 

Qu’est-ce qu’une pompe à chaleur réversible ?

Une pompe à chaleur est dite réversible lorsqu’elle est capable de répondre à la fois aux besoins de chauffage en hiver et de rafraîchissement en été.

Une pompe à chaleur réversible fonctionne généralement à travers un circuit fermé composé, de manière similaire aux solutions non réversibles, de : 

•  vanne d’expansion ;
• évaporateur ;
• compresseur ;
• condenseur.

Le circuit fermé est parcouru par un fluide frigorigène, capable de passer de l’état liquide à l’état gazeux et vice versa en fonction de la température et de la pression dans laquelle il se trouve.

Contrairement aux solutions classiques, dans les pompes à chaleur réversibles, la grande différence réside dans la présence d’une vanne quatre voies, qui permet l’inversion du cycle de Carnot qui gère le fonctionnement de la pompe à chaleur elle-même.

Le sens de circulation du fluide frigorigène est inversé et une simple vanne permet à la pompe de fonctionner comme une machine frigorifique en été.

Mais voyons ensemble comment fonctionne une pompe à chaleur réversible.

Comment fonctionne une pompe à chaleur réversible ?

En entrant plus en détail sur le fonctionnement de cette machine, nous constatons que, dans le mode de fonctionnement pour le chauffage : 

1. le fluide frigorigène, via la vanne d’expansion, se dilate et se refroidit, atteignant une température inférieure à celle de la source externe ;
2. dans la deuxième phase, le liquide froid passe à travers un échangeur de chaleur, l’évaporateur. Le fluide extrait de la chaleur de la source externe et passe à l’état de vapeur ;
3. le gaz passe ensuite à la troisième phase où le compresseur augmente la pression du gaz, ce qui entraîne une augmentation de la température du fluide. Le fluide atteint ainsi une température plus élevée que celle présente dans la source interne ;
4. dans la quatrième phase, le gaz cède de la chaleur à l’environnement interne grâce au condenseur. En se refroidissant, le fluide frigorigène passe à l’état liquide à haute température. Le fluide revient alors aux conditions de l’étape 1 et arrive à la vanne d’expansion, où il perd considérablement en pression, et donc en température, et le cycle recommence.

Fonctionnement de la pompe à chaleur – phase de chauffage

D’autre part, si elle est configurée comme une machine frigorifique, le fonctionnement est presque inverse : l’installation de vannes de dérivation permet d’inverser le rôle du condenseur et de l’évaporateur tout en maintenant inchangé le sens de rotation du compresseur.

Dans ce cas, le fluide frigorigène absorbe la chaleur de la source interne (1), située à une température plus élevée que le fluide lui-même. À travers deux vannes, il passe par le compresseur (2), où il atteint des températures plus élevées que celles présentes à l’extérieur, puis cède de la chaleur à la source externe via l’échangeur de chaleur (3) qui fonctionne maintenant comme un évaporateur. Grâce à la vanne d’expansion, le fluide se refroidit à nouveau et le cycle recommence (4).

Fonctionnement de la pompe à chaleur – phase de refroidissement

Principales types de pompes à chaleur réversibles

Les pompes à chaleur réversibles à circuit fermé les plus couramment utilisées sont de deux types : 

• pompe à chaleur air-air, où l’énergie est transférée de l’air intérieur vers l’extérieur ou vice versa (selon le type de fonctionnement). C’est le cas de la plupart des climatiseurs disponibles sur le marché, composés d’une unité intérieure et d’une unité extérieure. En hiver, l’unité extérieure agit comme un évaporateur, extrayant la chaleur de l’environnement extérieur, tandis que l’unité intérieure agit comme un condenseur, cédant la chaleur à l’intérieur. En été, le fonctionnement s’inverse, l’unité intérieure, maintenant évaporateur, extrait la chaleur des espaces intérieurs et la cède à l’extérieur, où l’unité extérieure agit comme un condenseur ;
• pompe à chaleur air-eau, où la chaleur prélevée ou cédée à l’air extérieur, selon le fonctionnement, est utilisée pour chauffer ou refroidir l’eau. Ces pompes à chaleur sont largement utilisées pour alimenter des systèmes de radiateurs ou de planchers chauffants.

Pourquoi utiliser une pompe à chaleur réversible ?

Le principal avantage réside certainement dans le fait qu’avec une seule machine, il est possible de répondre aux besoins à la fois de chauffage et de refroidissement. Des solutions standard prévoiraient plutôt une chaudière pour chauffer l’environnement pendant les périodes les plus froides et des climatiseurs en été.

De plus, une pompe à chaleur réversible est généralement caractérisée par d’excellentes performances en toutes saisons, garantissant un confort complet et permettant une économie d’énergie et de coûts sur la facture.

En outre, la solution technique s’avère être durable avec la réduction des émissions polluantes, car elle exploite une source d’énergie renouvelable.