Les termes thermopompes, pompe à chaleur et pompe de chaleur désignent tous un même type d'appareils dont le rôle est de chauffer l'intérieur d'un bâtiment durant la saison froide, et de le refroidir en été.  Les réfrigérateurs et les climatiseurs fonctionnent sur le même principe que les thermopompes, mais seulement en mode de refroidissement.

En mode chauffage, la thermopompe puise la chaleur contenue à l'extérieur (dans l'air, l'eau ou la terre) et la transfère à l'intérieur du bâtiment.  En mode climatisation cette fonction est inversée, c'est-à-dire que la chaleur contenue dans l'air intérieur est expulsée à l'extérieur afin de refroidir le bâtiment.  Dans des conditions idéales, les thermopompes fournissent jusqu'à 4 fois plus d'énergie qu'elles n'en consomment.

Il existe une dizaine de types de thermopompe sur le marché.  Voyons celui installé dans un système central (fournaise):

Au Québec, les thermopompes air-air sont très populaires.  Elles comprennent les éléments suivants:

-un échangeur de chaleur et un ventilateur installés à l'extérieur;
-un échangeur de chaleur et un ventilateur placé dans le conduit d'air pulsé du système de chauffage et de ventilation;
-un compresseur à l'intérieur ou à l'extérieur.

Toutes ces composantes sont reliées par une tuyauterie qui assure la circulation du réfrigérant.

En hiver le réfrigérant retient une partie de la chaleur de l'air extérieur pour la libérer dasn le conduit d'air pulsé et ainsi chauffer l'air en circulation.  Il peut paraître surprenant que de l'air froid contienne de la chaleur mais dite vous bien qu'il y aura une absence de chaleur théorique qu'à seulement -273°C (zéro)ou absence de mouvement moléculaire.  En fait, à -18°C (0°F), l'air renferme environ 85% de la chaleur qu'il contenait à 21 °C (70°F).

L'efficacité énergitique de ces appareils dépend de la température de l'air extérieur.  En effet, en mode chauffage, elle diminue progressivement jusqu'à  ce qu'un système de chauffage d'appoint prenne la relève pour pallier la baisse de température extérieure.  En raison de la fréquence élevée des cycles de dégivrage, les manufacturiers de thermopompes air-air nous demandent d'ajuster les contrôles pour que le système cèsse de fonctionner à -12°C (10°F).

La climatisation réversible s'effectue en changeant la direction des gaz de l'appareil.  Ainsi, les fonctions des échangeurs s'inversent (revoir:  qu'est ce que la réfrigération ).  Le changement de mode dans une thermopompe s'effectue à l'aide d'une valve inversante solénoïde.

Il existe plusieurs modèles de thermopompe sur le marché:

-thermopompe en toiture;
-thermopompe à l'eau horizontale ou verticale (avec conduits d'air);
-thermopompe centrale (fournaise);
-thermopompe sans conduit d'air...

En ce qui concerne le plus populaire pour les résidences, il s'agit sans doute du thermopompe murale sans conduit d'air.  Il peut être disponible avec deux unités intérieures ou encore avec trois.  En ce cas, il pourra desservir trois zones distinctes et indépendantes l'une de l'autre.

Les thermopompes existent en différentes combinaisons de capacités soient de 9000/Btu/Hr @ 27000 Btu/Hrs.  Certaines seront munies de deux compresseurs pour fin d'économie d'énergie et la plupart se contrôles à l'aide d'une télécommande programmable.

Les thermopompes murales sont relativement nouvelles en amérique du Nord.  Il s'agit d'une technologie japonaise!  Ce genre de thermopompe retrouve des applications résidentielles et commerciales.  Sa grande popularité provient du fait que le système opère sans conduit d'air et est très performant.  En milieu commercial, on retrouve les thermopompes sans conduit d'air surtout dans les bureaux, cabinets de professionnels, et petits commerces.

Avantages:

La principale avantage des thermopompes murales sans conduit d'air provient de la facilité de son installation (qu'un seul trou de 3" de dia.) et de son entretien.  De même, c'est un système très efficace qui apporte confort et est très sécuritaire.

Son agencement avec la décoration intérieure est splendide avec un bruit très minime.  L'unité extérieure est aussi peut bruyante et s'agence volontiers avec tous genres de résidences.   De même, l'unité extérieure requière peut d'espace.  Les sélections  de ventilation pour l'unité intérieure s'effectue sous trois vitesses avec des déflecteurs ajustables ou encore automatiques.

Désavantages:

Bien entendu, il s'agit de son prix de 30% plus élevé comparé à un système central versus sa capacité.  On ne peut installer l'unité murale   n'importe où!  Il faudra prévoir le rajout d'une mini-pompe avec ses conduits de tuyauterie si l'unité intérieure n'est pas installé sur un mur extérieur.
 
 
 

Elle se paie toute seule? Voilà une légende urbaine, colportée par des démarcheurs à l'honnêteté questionnable.  Une thermopompe permet des économie d'énergie de 20 à 40% de la dépense en chauffage, laquelle compte pour environ 60% de la consommation  totale d'énergie d'une habitation.  Cela signifie que pour une facture annuelle d'énergie de 1 500$, on peut s'attendre à économiser de 180$ à 360$ par année.  Mais attention:  si vous n'aviez aucun système de climatisation auparavant, vous devrez soustraire les coûts en consommation d'électricité de se nouveau service.  S'il vous en coûte 100$ pendant la saison chaude, vos économies seront réduites d'autant.  Et il faut encore tenir compte des frais d'entretien et de réparation - en moyenne 100$ par année.  En conclusion, les économies d'énergie sont réelles, mais elles ne suffiront pas à amortir l'achat d'une thermopompe. La meilleure attitude est de considérer les thermopompes de bonne qualité comme des appareils efficaces mais coûteux, qu'on achète avant tout parce qu'ils ajoutent au confort tant en hiver qu'en été.  Et tant mieux s'ils permettent d'économiser l'énergie: l'environnement ne s'en portera que mieux. <<Reproduit avec l'autorisation du magazine Protégez-vous, juillet 2000.>>

 

Figure un

Figure deux

Principe d'opération des thermopompes

Les différences entre un système d'air conditionné et une thermopompe sont:

-la thermopompe utilise une valve de renversement pour changer le sens du réfrigérant en cycle de chauffage;
-deux détendeurs séparés sont requis pour les opérations de refroidissement et de chauffage;
-deux clapets de retenu sont utilisés pour permettre au réfrigérant de circuler dans une direction d'opération;
-un système de dégivrage doit permettre au serpentin extérieur d'éliminer le givre (lorsqu'il fait fonction d'évaporateur).

La figure 1 montre le sens du réfrigérant en mode de refroidissement.  Prenez note que la valve de renversement sera positionnée pour permettre à la décharge du compresseur de circuler vers le serpentin extérieur.  En ce cas, il est utilisé comme condenseur.  Le réfrigérant liquide quitte le condenseur et passe au-travers un clapet anti-retour (extérieur) ce qui permet au réfrigérant liquide de circuler dans une seule direction car il offre moins de résistance au passage du réfrigérant.

Le clapet anti-retour intérieur est donc fermé durant l'opération de refroidissement.  Le détendeur permet donc au serpentin intérieur d'occuper la fonction d'évaporateur.  Le réfrigérant se rend ensuite à la valve de renversement pour retourner au compresseur à l'aspiration.

Ce circuit est le même qu'un air conditionné normal!

La figure 2 démontre le principe de base d'un circuit en mode de chauffage.  La valve de renversement change la direction du gaz réfrigérant!  La décharge du compresseur est maintenant en route vers le serpentin intérieur qui fait office de condenseur.  La chaleur rejetée par le serpentin intérieur est diffusée à l'intérieure.

Le liquide provenant du serpentin intérieur va maintenant traverser le clapet anti-retour et éviter le détendeur intérieur.  C'est donc le clapet anti-retour du serpentin extérieur qui force l'écoulement du réfrigérant et qui le transforme en évaporateur.  Par après, le réfrigérant se rend à la valve de renversement vers le côté aspiration du compresseur.

Ainsi, le compresseur garde toujours la même direction des gaz.

Durant les conditions hivernales en mode chauffage, le serpentin extérieur va opérer avec une température interne de réfrigérant sous 32°F, ce  qui peut causer l'accumulation de givre sur sa surface.  Lorsque cette glace empêche l'échange de chaleur, le système perd de sa capacité.  Un thermostat électro-mécanique ou une sonde électronique localisée sur le serpentin extérieur, enregistre les conditions de température du serpentin et sous son point de consigne, transfert le système en dégivrage.

Le dégivrage s'accomplit en inversant l'opération de la valve de renversement qui revient en mode de refroidissement (transformant ainsi le serpentin extérieur en condenseur).  La conséquence du retour des gaz chauds fait fondre la glace.  Durant cette opération, le ventilateur extérieur ne fonctionne pas!  La sonde de température va enregistrer de nouveau une température convenable et repasser la fonction de l'échangeur en mode évaporateur.

Durant le cycle de dégivrage (pour un système central) c'est le chauffage auxiliaire qui vous réchauffera.  Ce mécanisme entre en fonction avec le dégivrage ou encore si la température extérieure est trop basse pour assurer une efficacité maximale à votre thermopompe.

Votre chauffage auxiliaire à l'électricité ou à l'huile peut aussi être actionné par votre contrôle à température.

Retour sur le lien : climatisseurs et chauffage