In the heat source system, the absorbed environmental heat flows to the evaporator. There it encounters the liquid refrigerant. This refrigerant evaporates even at very low temperatures. This allows the heat pump to absorb heat from the environment even in frosty conditions. The refrigerant absorbs heat from the environment and becomes gaseous.
Comment fonctionne une pompe à chaleur ?
Demander une offreLa pompe à chaleur puise l'énergie nécessaire au chauffage dans l'environnement. C'est pourquoi elle est considérée comme un système de chauffage plus écologique. Mais comment fonctionne une pompe à chaleur ?
Une pompe à chaleur (PAC) fonctionne de la même manière qu'un réfrigérateur, mais en sens inverse. Alors qu'un réfrigérateur extrait l'énergie thermique des aliments, c'est-à-dire de l'intérieur du réfrigérateur, et la transmet à l'extérieur, une pompe à chaleur fait l'inverse : elle extrait l'énergie thermique de l'environnement extérieur au bâtiment et la rend utilisable pour chauffer l'intérieur. Outre l'air intérieur ou extérieur, une pompe à chaleur est capable d'exploiter l'énergie thermique des eaux souterraines et de la terre. Et comme la température de la chaleur obtenue est généralement insuffisante pour chauffer un bâtiment ou l'eau chaude sanitaire, on utilise des procédés thermodynamiques pour augmenter la température.
Important facts at a glance:
- A heat pump extracts up to three quarters of the energy it needs from the environment (air, ground, or water) and only one quarter from electricity.
- The core components are the evaporator, compressor, condenser, and expansion valve, which work together in a closed circuit.
- Heat pumps function reliably even at very low outdoor temperatures and can be used to cool rooms in addition to heating them.
Structure and operating principle of the heat pump
Regardless of the tapped environmental energy source, the heat pump system consists of three parts:
Heat source system: extracts energy from the environment
Heat pump: Makes environmental heat usable
Heat distribution and storage system: distributes and stores heat in the building
Les sujets en un coup d'œil
- Structure et principe de fonctionnement de la pompe à chaleur
- Le processus du cycle de réfrigération au cœur du principe de la pompe à chaleur
- L'exemple d'une pompe à chaleur air/eau : comment ça marche ?
- Vidéo : le principe de fonctionnement d'une pompe à chaleur
- Est-ce que la pompe à chaleur consomme beaucoup d'électricité ?
- Un système réversible : chauffage et rafraîchissement
Structure et principe de fonctionnement de la pompe à chaleur
Quelle que soit la source d'énergie exploitée, le système se compose de trois parties :
- Le fluide frigorigène : il extrait les calories de l'environnement
- La pompe à chaleur : elle rend les calories de l'environnement utilisables
- Le système de distribution et de stockage de la chaleur : il distribue et stocke la chaleur dans le bâtiment
Ce n'est qu'en interaction que les composants d'une pompe à chaleur permettent l'utilisation de l'énergie environnementale. Le processus commence par le fluide frigorigène. Dans les pompes à chaleur géothermiques, un mélange d'eau et d'antigel circule - la saumure, qui se réchauffe. Les pompes à chaleur air/eau, quant à elles, aspirent l'air extérieur par l'intermédiaire d'un ventilateur. L'eau glycolée et l'air extérieur passent ensuite dans la pompe à chaleur elle-même. Dans ce que l'on appelle le cycle de réfrigération, la pompe augmente le niveau de température avant que la chaleur ne soit transférée au système de distribution composé de planchers chauffants ou de radiateurs, ou qu'elle ne soit temporairement stockée dans un ballon tampon ou d'eau chaude sanitaire.
Le principe du cycle de réfrigération au cœur du fonctionnement de la PAC
Quelle que soit la source de chaleur utilisée pour produire de la chaleur, le processus du cycle de réfrigération, qui comporte quatre étapes, fait toujours partie du mode de fonctionnement des pompes à chaleur.
The refrigerant, now in gaseous form, enters the compressor. This requires electricity and greatly increases the pressure of the gas. The increase in pressure also raises the temperature of the gas to the level required for heating. The compressor is the central component that uses electrical energy to convert environmental heat into usable heating energy.
Interesting fact: This principle can be observed not only in the functioning of heat pumps. If the opening of a bicycle pump is closed and the air is compressed, the cylinder of the air pump heats up.
The hot, gaseous refrigerant flows into the condenser. There, it releases heat to the heating system by warming the heating water. During this process, the gas cools down and becomes liquid again. The released heat energy is then distributed to the rooms via the heating distribution system (e.g., underfloor heating). Some of it can also be stored in a buffer or hot water tank for later use.
The refrigerant, which is now liquid again but still under pressure, is passed through an expansion valve (also known as a pressure relief valve). This causes the pressure to drop significantly, the refrigerant cools further, and the entire heat pump process begins again.
Le fluide frigorigène, essentiel au bon fonctionnement de la pompe à chaleur
Ces processus se déroulent dans un circuit fermé à l'intérieur de la pompe à chaleur. Pour transporter la chaleur, on utilise un liquide (fluide frigorigène) qui s'évapore à très basse température. L'énergie thermique, provenant par exemple de la terre ou de l'air extérieur, est utilisée pour évaporer ce liquide. Même des températures de -20°C sont suffisantes pour fournir de l'énergie. La vapeur froide du fluide frigorigène, par exemple -20 °C, est ensuite fortement comprimée. Ce faisant, elle se réchauffe jusqu'à atteindre une température de 100°C. La vapeur du fluide frigorigène est condensée et libère la chaleur vers l'installation de chauffage. Par la suite, la pression du fluide frigorigène liquide est fortement réduite. Cela fait redescendre la température du liquide au niveau initial. Le processus peut recommencer depuis le début.
Bon à savoir : les pompes à chaleur Viessmann de dernière génération utilisent le propane (R290), un fluide frigorigène naturel dont les propriétés n'ont rien à envier aux fluides frigorigènes classiques.
Refrigerant: Essential for the heat pump to function
A special refrigerant is essential for a heat pump to function. A key feature is its extremely low boiling point. This allows the liquid to turn into a gas even at very low temperatures – sometimes as low as minus 20 °C. This is why a heat pump works reliably even in winter when outside temperatures are low.
Incidentally, the latest generation of Viessmann heat pumps use the natural refrigerant propane (R290), which is in no way inferior to conventional refrigerants in terms of its properties.
L'exemple d'une pompe à chaleur air/eau : comment ça marche ?
La façon la plus simple d'expliquer ce processus est d'utiliser l'exemple d'une pompe à chaleur aérothermique (PAC air/eau). Elle peut être constituée d'une ou deux unités. Dans les deux cas, un ventilateur intégré aspire activement l'air ambiant et le dirige vers un échangeur de chaleur. L'échangeur de chaleur est traversé par un fluide frigorigène qui change d'état physique à très basse température. Au contact de l'air ambiant, le fluide frigorigène se réchauffe et se transforme progressivement en vapeur. Un compresseur est utilisé pour augmenter la chaleur résultante jusqu'à la température requise. Cela comprime la vapeur et augmente à la fois la pression et la température de la vapeur du fluide frigorigène.
Un deuxième échangeur de chaleur (condenseur) transfère ensuite l'énergie de la vapeur chauffée vers le circuit de chauffage (chauffage par le sol, radiateurs, ballon tampon et/ou ballon d'eau chaude sanitaire). Au cours de ce processus, le fluide frigorigène, encore sous pression, se refroidit et se liquéfie à nouveau. Avant de pouvoir retourner dans le circuit, le fluide frigorigène est d'abord détendu dans une vanne d'expansion. Une fois qu'il a retrouvé son état initial, le cycle de réfrigération peut recommencer.
Le principe de fonctionnement d'une pompe à chaleur
Est-ce que la pompe à chaleur consomme beaucoup d'électricité ?
La compression nécessite du courant électrique
Le compresseur est un élément essentiel du circuit de réfrigération de la PAC. En effet, sans compression, les températures de sortie sont trop basses pour pouvoir chauffer un bâtiment à une température confortable, surtout les jours de grand froid avec des températures négatives à deux chiffres.
Dans la pratique, plusieurs compresseurs sont utilisés, notamment des compresseurs à piston ou des compresseurs à spirale (Scroll), qui sont tous entraînés électriquement. La consommation d'énergie pour la compression dépend de nombreux facteurs. Il s'agit notamment de la demande de chaleur, de la technologie du compresseur et, enfin et surtout, de la différence de température entre la source de chaleur et l'installation de chauffage. En règle générale : plus le différentiel de température entre la source de chaleur et la température de départ est élevé, plus le compresseur doit travailler.
Schéma de fonctionnement du processus de compression
Heat pump for heating and cooling
The heat pump functions reliably even at very low outdoor temperatures. Water-to-water and brine-to-water heat pumps are particularly efficient at supplying heat, as the ground and groundwater maintain constant temperatures throughout the year. However, air-to-water heat pumps also operate at temperatures below freezing. Viessmann heat pumps, such as the Vitocal 250-A, remain reliable even at low outdoor temperatures (below -10 °C).
Thanks to their reversible function, heat pumps can also cool in summer
The operating principle of a heat pump is reversible. This means that rooms can not only be heated, but also cooled with a heat pump, provided that the technical requirements are met. There are two different cooling methods:
- Natural cooling: The heat pump remains switched off. The cooler temperature of the environmental heat source (ground, groundwater) is used to cool the rooms via a heat exchanger.
- Active cooling: The function of the heat pump is actively reversed so that the heat is transported from the rooms to the outside. This mode of operation is similar to that of a refrigerator.
You can read about the detailed process of the cooling functions in our guide to natural and active cooling.
Reversing the function of the heat pump for cooling
The principle of operation of the heat pump is reversible. For this reason, rooms can not only be heated, but also cooled - if the technical requirements are met. A distinction must be made between Natural and Active Cooling. While in the latter the function of the heat pump is actively reversed, it remains switched off in passive or natural cooling.
FAQ – Frequently asked questions about how heat pumps work
The power consumption of a heat pump depends, among other things, on its efficiency (annual performance factor) and the required heating capacity. Most of the heating energy comes from the environment; the electricity is mainly needed to operate the compressor.
Yes, most modern heat pumps can generate hot water for the household in addition to heating rooms. There are also standalone hot water heat pumps specifically designed for hot water production, which efficiently heat drinking water all year round. These can either use exhaust air from the house (e.g., from the basement or laundry room) or extract heat from the outside air. You can find out more about this special type of heat pump in our guide to hot water heat pumps.
Yes, Viessmann offers heat pumps that reach high flow temperatures (e.g., 70 °C) and can therefore also be used in well-insulated existing buildings with conventional radiators.
You can read more about this in our guide to heat pumps in older buildings.
The combination of a heat pump and a PV system is ideal. The solar power generated during the day can be used directly to operate the heat pump, which further reduces operating costs and increases independence.
A geothermal heat pump uses the heat stored in the ground. There are two main methods used for this:
- Ground probes: These are drilled vertically up to 100 meters deep into the ground. They require little space and are particularly efficient.
- Ground collectors: These are laid horizontally and over a large area at a shallow depth. They are cheaper to install but require a larger garden area.
The most suitable method depends on the conditions of your property. You can find more details in our guides to ground collectors and geothermal probes.
Comparer les tarifs d'électricité pour la pompe à chaleur
En règle générale, le fonctionnement de la pompe à chaleur repose sur l'électricité. De nombreux fournisseurs d'énergie proposent des tarifs pour les pompes à chaleur avec des conditions spéciales pour les propriétaires de PAC. Ces tarifs peuvent être moins chers que l'électricité domestique traditionnelle, mais ils sont soumis à certaines conditions. Le fournisseur d'électricité est par exemple autorisé à couper l'alimentation électrique de la pompe à chaleur pendant des périodes dites de blocage. De plus, un compteur électrique supplémentaire est nécessaire pour l'électricité de la pompe à chaleur. Il convient donc de vérifier au préalable si un tel tarif entre en ligne de compte et s'il est plus avantageux. Il faut toutefois tenir compte du fait que si le courant provient d'énergies renouvelables, le bilan écologique d'une pompe à chaleur peut encore être amélioré (avec des panneaux solaires photovoltaïques par exemple).
Un approvisionnement en chaleur assuré même en hiver
Même lorsque les températures extérieures sont très basses, le fonctionnement de la pompe à chaleur est fiable. L'approvisionnement en chaleur est d'autant plus efficace avec les pompes à chaleur eau/eau et eau glycolée/eau. En effet, le sol et la nappe phréatique présentent des températures constantes tout au long de l'année. Mais les pompes à chaleur air/eau fonctionnent également avec des températures négatives. En cas de températures extérieures extrêmes, un thermoplongeur électrique apporte un soutien temporaire - si nécessaire.
Un système réversible : chauffage et rafraîchissement
Le principe de fonctionnement de la pompe à chaleur est réversible. C'est pourquoi les pièces du logement peuvent être chauffées, mais aussi rafraîchies - si les conditions techniques sont réunies. Il faut toutefois distinguer le rafraîchissement passif (= naturel) et actif (Natural Cooling et Active Cooling).
FAQ – Questions fréquemment posées sur le fonctionnement des pompes à chaleur
La consommation électrique d’une pompe à chaleur dépend, entre autres, de son rendement (facteur de performance annuel) et de la capacité de chauffage requise. La plupart de l’énergie de chauffage provient de l’environnement ; l’électricité est principalement nécessaire pour faire fonctionner le compresseur.
Oui, la plupart des pompes à chaleur peuvent produire de l’eau chaude pour le ménage en plus de chauffer les pièces. Il existe également des pompes à chaleur autonomes spécialement conçues pour la production d’eau chaude, qui chauffent efficacement l’eau potable tout au long de l’année. Celles-ci peuvent soit utiliser l’air évacué de la maison (par exemple, du sous-sol ou de la buanderie), soit extraire la chaleur de l’air extérieur.
Oui, Viessmann propose des pompes à chaleur qui atteignent des températures de débit élevé (par exemple, 70 °C) et peuvent donc également être utilisées dans des bâtiments existants bien isolés avec des radiateurs conventionnels.
La combinaison d’une pompe à chaleur et d’un système PV est idéale. L’énergie solaire générée pendant la journée peut être utilisée directement pour faire fonctionner la pompe à chaleur, ce qui réduit encore les coûts d’exploitation et augmente l’indépendance.
Une pompe à chaleur géothermique utilise la chaleur stockée dans le sol. Il existe deux principales méthodes utilisées pour cela :
Sondes au sol : Celles-ci sont percées verticalement jusqu’à 100 mètres de profondeur dans le sol. Elles nécessitent peu d’espace et sont particulièrement efficaces.
Collecteurs de sol : Ceux-ci sont posés horizontalement et sur une grande surface à une faible profondeur. Ils sont moins chers à installer mais nécessitent un espace de jardin plus grand.
La méthode la plus appropriée dépend des conditions de votre propriété.
