Types de pompes à chaleur: faire le choix

Bien que les pompes à chaleur fonctionnent selon le même principe, il en existe différents types, en fonction de l'endroit d'où elles tirent leur énergie. Nous passons en revue les systèmes que vous pouvez choisir.

 

Système air-eau

Principe

Pompes à chaleur air-eau transforment l’air extérieur en eau chaude pour le chauffage central de manière économe en énergie. L’unité extérieure capte l’énergie thermique de l’air ambiant et peut ainsi chauffer l’eau jusqu’à une température moyenne de 35 à 55 °C. Selon le type d’appareil, cela peut même atteindre 60 à 65 °C, ce qui est particulièrement utile lors de rénovations avec des radiateurs existants. L’eau chauffée est ensuite acheminée vers l’unité intérieure, qui la distribue aux éléments de chauffage raccordés, au chauffage par le sol ou au circuit sanitaire.

Son fonctionnement le rend idéal pour le chauffage par le sol et par les murs, car l'eau de la pompe à chaleur est chauffée à une température relativement basse, tout comme le chauffage par le sol distribue l'eau à la même basse température. L'unité extérieure est placée dans un endroit abrité ou peut être montée sur un mur. L'unité intérieure (si vous n'avez pas un systeme monobloc) est idéalement située dans le local technique.

Les pompes à chaleur air-eau sont également utilisées pour la production d’eau chaude sanitaire au moyen d’un chauffe-eau intégré ou séparé, ainsi que pour le chauffage de l’eau des piscines, puisqu’elles peuvent être raccordées aisément aux conduites d’eau.

Avantages

• Large champ d’application: Convient aussi bien aux nouvelles constructions qu’aux rénovations.
• Installation simple: Aucune excavation ni forage n’est nécessaire, contrairement aux systèmes géothermiques. L’installation est donc généralement moins coûteuse et plus rapide.
• Compatibilité: Peut souvent être raccordée sans grands travaux aux installations de chauffage existantes.
• Statut de permis:
  
  • Flandre: Pour la plupart des appareils (< 20 kW), aucune déclaration ni permis n’est requis. Des normes acoustiques et des règles de placement (comme la distance par rapport à la limite de propriété) s’appliquent toutefois.
  • Wallonie: Généralement pas de permis nécessaire, sauf si l’unité extérieure est visible depuis la rue ou placée contre la façade. Dans ce cas, une déclaration urbanistique ou un permis peut être requis.
  • Bruxelles: Obligation de permis plus fréquente, surtout lorsque l’unité extérieure est visible depuis l’espace public ou à moins de 2 m de la limite de propriété. Si l’unité est placée discrètement à l’arrière, cela peut être exempté de permis.
• Option de refroidissement: Certains modèles peuvent également refroidir activement en été (pas passivement, comme en géothermie).

Inconvénients

• Efficacité réduite par temps froid: L’air est une source d’énergie accessible, mais moins stable et efficace que le sol ou les eaux souterraines. Or, lorsque la demande de chaleur est la plus forte (en hiver), la température extérieure est la plus basse et le rendement diminue.
• Chauffage d’appoint nécessaire: En cas d’hiver rigoureux, un système de secours est souvent indispensable. Celui-ci est généralement assuré par un élément électrique intégré ou une configuration hybride avec une chaudière à condensation.
• Perte de rendement à haute température: Plus la température de l’eau souhaitée est élevée (par exemple pour des radiateurs classiques), plus l’efficacité chute rapidement.

 

Système air-air

Principe

Une pompe à chaleur air-air fonctionne selon le même principe qu’une pompe à chaleur air-eau, mais au lieu de chauffer de l’eau, elle réchauffe directement l’air de l’habitation.

Une unité extérieure capte la chaleur de l’air ambiant grâce à un fluide frigorigène qui est réchauffé par compression. L’unité intérieure aspire l’air de la pièce, le chauffe via l’échangeur de chaleur, puis le renvoie dans la pièce. Le processus peut également être inversé pour rafraîchir en été.

Ce type de pompe à chaleur est intéressant dans les habitations sans installation de chauffage central classique ou sans système basse température, ou encore comme remplacement/complément d’un chauffage électrique ou d’une climatisation. Avec un système multi-split, plusieurs unités intérieures peuvent être raccordées à une seule unité extérieure, permettant de réguler chaque pièce séparément.

Avec ce système, l'unité extérieure est placée au sol, montée sur une façade ou montée sur un toit plat.

Avantages

• Relativement peu coûteuse par rapport aux autres pompes à chaleur.
• Installation simple sans travaux de terrassement ni de forage.
• Flexible: utilisable en construction neuve, en rénovation ou en complément d’un système de chauffage existant.
• Chauffage et refroidissement rapides, idéal pour les pièces individuelles.
• Statut de permis: similaire aux règles pour les systèmes air-eau ; généralement, aucun permis n’est requis pour les petits appareils, mais des normes acoustiques et des règles de placement s’appliquent (en Flandre, à Bruxelles et en Wallonie).

Inconvénients

• Moins efficace par temps froid: un chauffage d’appoint peut être nécessaire. Les appareils modernes continuent de fonctionner jusqu’à -10 à -15 °C, mais avec un rendement réduit.
• Incompatible avec les radiateurs ou le chauffage par le sol, car il n’y a pas de circulation d’eau de chauffage.
• Confort dépendant de la circulation de l’air: la chaleur peut être distribuée de manière inégale selon l’emplacement des unités.
• Climat intérieur: une utilisation prolongée peut assécher l’air.

 

Système géothermique

Principe

Avec une pompe à chaleur géothermique ou sol-eau, la chaleur est puisée dans le sol. Un réseau de tuyaux horizontaux ou verticaux est installé sous terre, dans lequel circule un mélange d’eau et d’antigel. Celui-ci capte la chaleur du sol, dont la température reste relativement constante grâce à l’énergie solaire stockée tout au long de l’année.

Le compresseur, l’évaporateur et le condenseur dans la pompe amènent l’eau à une température plus élevée. Un échangeur thermique délivrera la chaleur au système de chauffage dans la maison.

Refroidissement

Une pompe à chaleur géothermique peut également être utilisée comme système de refroidissement selon le principe du refroidissement passif. La température plus fraîche du sol est directement exploitée pour rafraîchir l’habitation, sans que le compresseur ne doive fonctionner. Seules les pompes de circulation consomment de l’électricité, ce qui rend ce système particulièrement économe en énergie.

Un refroidissement actif est également parfois possible: le circuit frigorifique de la pompe à chaleur fonctionne alors en sens inverse, comme pour une pompe à chaleur air-eau réversible. Le compresseur transfère activement la chaleur de l’habitation vers le sol, ce qui permet un refroidissement plus puissant mais avec une consommation d’énergie plus élevée.

Captation horizontale

Dans une installation horizontale, les tuyaux sont enterrés à 1,20 m de profondeur. À cette profondeur, le sol est suffisamment chaud et il n’y a pas de risque de gel autour des tuyaux. Le champ de captage couvre généralement une superficie de 1,5 à 2 fois plus grande que la surface habitable à chauffer – selon l’isolation et le type de sol. Le captage horizontal nécessite donc un grand jardin ou terrain. Si le champ est trop petit, le sol peut s’épuiser et le rendement diminue. Comme les conduites sont remplies d’un mélange eau-glycol, le gel du fluide en lui-même est rarement un problème.

Captation verticale

Lorsque l’espace disponible est insuffisant pour des conduites horizontales, on peut opter pour un captage vertical. Des forages de 50 à 150 m de profondeur (et parfois plus, selon les besoins en chaleur et la nature du sol) sont réalisés. Dans ces forages, des conduites en forme de U sont installées pour capter la chaleur des couches plus profondes et plus stables du sol.

L’avantage réside dans la température du sol plus élevée et plus constante, garantissant un rendement meilleur et plus stable tout au long de l’année. Cela implique toutefois un coût plus élevé en raison des forages et des études/permits de sol obligatoires.

En résumé

• Avantages: rendement très élevé, source de chaleur stable, possibilité de refroidissement passif, longue durée de vie, adapté aussi bien aux nouvelles constructions qu’aux rénovations.
• Inconvénients: coût d’investissement élevé, travaux de terrassement ou de forage nécessaires, permis et étude de sol obligatoires, besoin d’un terrain adapté ou d’une capacité de forage suffisante.

 

Système eau-eau

Principe

Une pompe à chaleur eau-eau puise la chaleur des nappes phréatiques, des eaux de surface ou des couches aquifères profondes. À quelques dizaines de mètres de profondeur, l’eau souterraine conserve une température constante d’environ 10 à 12 °C, ce qui rend ce système particulièrement stable et efficace.

La chaleur est transmise au circuit frigorifique de la pompe via un échangeur thermique, qui élève ensuite la température. L’eau chauffée est distribuée dans l’habitation pour le chauffage central, l’eau chaude sanitaire ou le chauffage de piscine.

Comme les systèmes géothermiques, une pompe à chaleur eau-eau peut aussi rafraîchir : soit passivement, en utilisant la température plus basse de l’eau souterraine, soit activement, en inversant le fonctionnement du compresseur.

Système ouvert

Avec un système ouvert, l’eau est pompée d’un étang ou d’une rivière voisine, traverse le système de pompe à chaleur puis est restituée dans l’étang ou la rivière - avec un système de filtration adéquat. Cela n’est autorisé que là où l’eau souterraine est suffisamment abondante et de bonne qualité.

Système fermé

Dans un système fermé, deux forages profonds (25–150 m) sont généralement réalisés:

• Puits de pompage: d’où l’eau souterraine est prélevée.
• Puits de rejet: où l’eau utilisée est réinjectée dans le sol.

Les puits doivent être parfaitement étanches pour éviter tout contact avec l’air extérieur, ce qui pourrait entraîner oxydation ou dépôts calcaires.

Avantages

• Rendement le plus élevé de tous les types de pompes à chaleur grâce à la température constante de l’eau souterraine.
• Indépendant de la température extérieure: rendement annuel très stable.
• Possibilité de rafraîchissement passif ou actif en été.
• Très longue durée de vie.

Inconvénients

• Coût d’investissement le plus élevé en raison des forages profonds et de la complexité de l’installation.
• Obligation de permis et réglementation stricte concernant le prélèvement d’eau souterraine.
• Intéressant uniquement là où l’eau souterraine est disponible en quantité et de bonne qualité.
• Rarement utilisé dans les habitations privées; plus courant dans les grands bâtiments ou les applications industrielles.

 

Autres types

Une pompe à chaleur sur air de ventilation

Une pompe à chaleur sur air de ventilation récupère la chaleur de l’air extrait par un système de ventilation. Cette chaleur est utilisée pour produire de l’eau chaude sanitaire ou pour contribuer au chauffage. Comme de l’air de ventilation chaud est disponible en continu, ce système peut rester efficace même en hiver. Il est souvent installé dans des habitations bien isolées équipées d’une ventilation double flux (type D).

• Avantages: installation compacte, utile en combinaison avec une ventilation mécanique, coût relativement faible.
• Inconvénients: puissance limitée, généralement seulement pour l’eau chaude sanitaire ou un petit appoint de chauffage ; moins adapté comme système de chauffage principal.

Pompes à chaleur au gaz

En plus des pompes à chaleur électriques à compression, il existe aussi des pompes à chaleur au gaz. Dans ce cas, la compression n’est pas entraînée par l’électricité, mais par le gaz naturel ou le biogaz grâce à une compression thermique.

• Avantages: intéressant dans les bâtiments déjà raccordés au gaz, peut fournir des températures plus élevées, utilisable aussi dans des bâtiments moins bien isolés.
• Inconvénients: coût d’investissement plus élevé, moins courant dans le résidentiel, reste dépendant des combustibles fossiles (sauf avec du biogaz).

Pompes à chaleur basse et haute température
En plus de la manière dont elles puisent la chaleur, les pompes à chaleur sont aussi classées selon la température qu’elles peuvent fournir à l’eau de chauffage :
- Pompes à chaleur basse température (BT) : fournissent de l’eau à 35 - 55 °C, idéales pour le chauffage par le sol, par les murs ou pour des radiateurs basse température. Ce sont les systèmes les plus courants et les plus efficaces.
- Pompes à chaleur haute température (HT) : peuvent produire jusqu’à 65 - 75 °C et alimenter des radiateurs classiques. Elles sont surtout utiles en rénovation lorsque le système de diffusion de chaleur n’est pas remplacé. Leur rendement est cependant un peu inférieur à celui des systèmes BT.
Seules les pompes à chaleur air-eau, sol-eau et eau-eau existent en versions BT et HT (les BT étant de loin les plus répandues). Les pompes à chaleur air-air et sur air de ventilation n’existent qu’en BT, tandis que les pompes à chaleur à absorption gaz peuvent généralement atteindre la HT.