Pompe à chaleur et chauffe-eau thermodynamique : étude à la loupe

La pompe à chaleur et le chauffe-eau thermodynamique sont tous 2 des équipements à énergie renouvelable très performants ! Le premier assure les besoins en chauffage et eau chaude sanitaire, le second veille à fournir toute l’eau chaude et le confort dont votre famille a besoin ! Tuco vous révèle leurs similitudes et leurs différences, et comment les combiner pour décupler leur potentiel.

Qu’est-ce qu’une pompe à chaleur ?

La pompe à chaleur (PAC) produit du chauffage et de l’eau chaude sanitaire, en grande partie gratuitement, grâce à son fonctionnement thermodynamique. Ce procédé ingénieux lui confère la capacité de prélever de l’énergie thermique depuis un environnement extérieur (source froide) pour la transférer au circuit de chauffage (source chaude). La PAC se caractérise donc par sa technologie avancée et son rendement énergétique inégalable !

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Le principe de fonctionnement d’une PAC

Le principe de fonctionnement d’une pompe à chaleur est le même pour tous les modèles ! Son aptitude à extraire les calories de l’air, de l’eau ou du sol repose principalement sur l’utilisation d’un fluide caloporteur, contenu dans un circuit fermé. En effet, ce fluide a la particularité de pouvoir passer facilement de l’état liquide à l’état gazeux, même à basse pression. Or, chaque fois qu’un liquide se vaporise, il absorbe de l’énergie. Et inversement, chaque fois qu’un gaz se liquéfie, il libère de l’énergie.

C’est ainsi que se déroule le cycle thermodynamique d’une pompe à chaleur :

1. La source froide (air, sol ou eau) est aspirée à travers un échangeur de chaleur, appelé évaporateur, où le fluide caloporteur circule. À son contact, le fluide se réchauffe et se vaporise.
2. Le gaz basse pression est ensuite comprimé par un compresseur, ce qui élève considérablement sa pression et sa température, puis il est dirigé vers un second échangeur de chaleur, le condenseur.
3. Dans le condenseur, le gaz à haute pression cède ses calories au circuit de chauffage (plancher chauffant, radiateur, etc.). En libérant sa chaleur, il se condense.
4. Le gaz redevenu liquide passe enfin par un détendeur, pour être renvoyé à basse pression vers l’évaporateur et entamer un nouveau cycle.

Les différents modèles de pompe à chaleur

La gamme des pompes à chaleur comprend une grande diversité de modèles, parmi lesquels on distingue :

• La PAC air/air, qui utilise l’air extérieur comme source froide et l’air intérieur comme source chaude. La chaleur est diffusée dans chaque pièce par une unité intérieure, telle qu’un split, une console ou une cassette ;
• La PAC air/eau, qui prélève également les calories de l’air extérieur, mais qui les transmet directement à votre circuit de chauffage (plancher chauffant ou radiateurs) ;
• La PAC eau glycolée/eau, qui puise son énergie dans le sol à l’aide de capteurs horizontaux, de forages verticaux ou de corbeilles géothermiques. Le chauffage est ensuite distribué par vos émetteurs de chaleur ;
• La PAC eau/eau, qui tire profit de la chaleur naturelle des eaux souterraines, telles que les nappes phréatiques, pour chauffer votre maison avec vos radiateurs ou votre plancher chauffant.

Son rendement, ses atouts, ses faiblesses et son prix

Plusieurs coefficients permettent de mesurer l’efficacité d’une pompe à chaleur. Le Coefficient de performance énergétique (COP) est l’un des indicateurs le plus souvent mis en avant par les fabricants. Il reflète le rendement du chauffage et permet d’évaluer la quantité d’énergie gratuite que la PAC est en mesure de fournir. Par exemple, un COP de 4 signifie que la PAC produit 3 kWh gratuits pour 1 kWh consommé.

Voici un résumé des rendements, avantages, inconvénients et prix de chaque type de pompe à chaleur.

PAC Air/Air

• Cop entre 2 et 3
• avantages :prix, facilité d’installation, option réversible (climatisation), faible entretien ;
• inconvénients : consommation (comparée aux autres modèles), bruit et confort ;
• Un prix compris entre 4500 et 12 000 €.

PAC Air/Eau

• Cop entre 3 et 5
• avantages : faible consommation, polyvalence (chauffage, eau chaude et raffraichissement), églibilité aux aides financière ;
• inconvénients : rendement dégressif selon la température extérieure, bruit, entretien obligatoire ;
• Un prix compris entre 8000 et 18 000 €.

PAC eau glycolée/eau et Eau/Eau

• Cop entre 4 et 5,5
• avantages : rendement stable et élevé toute l’année, fonctionnement silencieux, installation discrète, éligibilité aux aides financières
• inconvénients : mise en œuvre complexe, prix, démarches administratives, entretien obligatoire
• Un prix compris entre 16 000 et 31 000 €.

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Qu’est-ce qu’un ballon thermodynamique ?

Véritable combinaison d’un cumulus électrique et d’une pompe à chaleur, le chauffe-eau thermodynamique (CET) est l’appareil de production d’eau chaude sanitaire le plus performant du marché. Tuco vous dévoile le secret de son fonctionnement, ses avantages et ses inconvénients, sans oublier son prix pour vous aider à mieux préparer votre budget !

Le principe de fonctionnement d’un cumulus avec pompe à chaleur

Le ballon thermodynamique se compose d’un réservoir de stockage d’eau sanitaire et d’une mini pompe à chaleur intégrée. Son fonctionnement est astucieux : il capte les calories présentes dans l’air et les convertit en chaleur, utilisant ainsi le même cycle thermodynamique que celui d’une pompe à chaleur air/air (comme expliqué précédemment).

Petite subtilité : le condenseur (serpentin) est placé en partie basse du chauffe-eau. Cette disposition stratégique permet une meilleure homogénéisation de la température de l’eau à l’intérieur de la cuve, grâce à la montée naturelle de la chaleur.

Les différents modèles de ballon d’eau chaude thermodynamique

Il existe principalement 3 types de ballon thermodynamique :

1. Le chauffe-eau thermodynamique sur air ambiant, qui puise sa source d’énergie dans la pièce où il est installé (ou une pièce adjacente).
2. Le chauffe-eau thermodynamique sur air extérieur monobloc ou split (avec 1 unité intérieure et 1 unité extérieure) qui capte l’air neuf et extrait l’air refroidi à l’extérieur de votre logement.
3. Le chauffe-eau thermodynamique sur air extrait de la VMC, qui récupère la chaleur extraite des pièces de service (WC, cuisine et salle de bain) par votre système de ventilation, habituellement perdue.

Son efficacité, ses qualités, ses défauts et son prix

À l’instar des pompes à chaleur, l’efficacité énergétique d’un ballon thermodynamique est évaluée par son COP. Cette donnée varie en réalité assez peu selon les modèles, elle est généralement comprise entre 2 et 4. Pour rappel, un COP de 3 signifie que le chauffe-eau restitue gratuitement 2 kWh de chaleur pour chaque kWh d’électricité consommé.

En revanche, les économies d’énergie annuelles peuvent varier selon la configuration retenue. Effectivement, plus la température de l’air prélevé est basse, moins sa performance est élevée. C’est pourquoi un CET sur air ambiant ou sur air extrait, dans de bonnes conditions d’installation et d’utilisation, procurera toujours de meilleurs résultats !

Le tableau ci-après vous présente les avantages, inconvénients et prix de chaque technologie de chauffe-eau thermodynamique.

PAC avec ECS intégrée ou ballon ECS thermodynamique indépendant ?

Est-il préférable de prévoir la pose d’une pompe à chaleur avec production d’eau chaude ou d’une pompe à chaleur avec ballon thermodynamique indépendant ? Si les 2 solutions sont possibles, il est utile de connaître leurs avantages et inconvénients pour prendre la bonne décision.

Pompe à chaleur avec production d’eau chaude intégrée ou séparée

La pompe à chaleur avec ballon d’eau chaude intégré ou déporté est une solution tout-en-1 qui offre des perspectives intéressantes :

• Elle est économique à l’achat. Vous n’investissez pas dans 2 appareils distincts ;
• Elle permet un gain de place. Vous limitez l’encombrement de vos pièces intérieures ;
• Elle est performante. Vous profitez du haut rendement de la PAC pour produire votre eau chaude ;
• Elle est pratique et simple à installer.

En revanche, en cas de panne, vous n’aurez ni chauffage ni eau chaude ! De plus, s’il s’agit d’une PAC air/eau, les économies d’énergie peuvent s’avérer moins importantes en hiver. Enfin, il y a un risque de surdimensionnement de l’appareil en été, puisqu’il ne sera utilisé que pour de l’eau chaude, alors que sa puissance a été calculé pour produire du chauffage.

Pompe à chaleur air-eau et chauffe-eau thermodynamique

Opter pour 2 systèmes indépendants, pour le chauffage et l’eau chaude, présente plusieurs avantages :

• Vous bénéficiez d’un confort constant, sans risque de manquer d’eau chaude ;
• Vous avez la flexibilité de pouvoir éteindre complètement la pompe à chaleur en été, ce qui permet des économies d’énergie supplémentaires ;
• La durée de vie de la pompe à chaleur est améliorée, car la production d’eau chaude génère des pics de fonctionnement qui sollicitent le système de chauffage. En revanche, le ballon thermodynamique est spécifiquement conçu pour absorber ces variations sans entraîner une usure prématurée ;
• Vous obtenez des aides financières pour les 2 équipements. De plus, un éco-prêt à taux zéro de 25 000 € est disponible pour un bouquet de travaux, au lieu de 15 000 € pour une action seule.

Néanmoins, avec cette solution, le coût d’achat du matériel, de la main-d’œuvre et de l’entretien sont globalement plus élevés. Elle requiert également davantage d’espace à l’intérieur de votre logement.

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(1) Prix constatés sur différents sites de fabricants et d’installateurs de pompes à chaleur et de chauffe-eaux thermodynamiques.

Foire aux Questions

Comment fonctionne une pompe à chaleur thermodynamique ?

Une pompe à chaleur thermodynamique fonctionne en exploitant les calories présentes dans l’air extérieur, le sol ou l’eau souterraine. Pour ce faire, elle utilise un fluide frigorigène qui joue un rôle crucial dans le transfert de l’énergie. En effet, tout au long de son cycle thermodynamique, le fluide passe de l’état liquide à l’état gazeux grâce à un compresseur et un détendeur, ce qui permet de générer de l’énergie gratuite. Ce fonctionnement repose également sur la présence d’un évaporateur chargé d’absorber la source de chaleur et d’un condenseur qui la restitue au réseau de chauffage de votre maison.

Chaudière ou pompe à chaleur thermodynamique ?

Le choix entre ces 2 systèmes de chauffage dépend de plusieurs facteurs. L’installation d’une chaudière est souvent plus facile à réaliser et moins coûteuse à l’achat. En revanche, elle se révélera moins économique et plus polluante qu’une pompe à chaleur sur le long terme. En effet, le rendement énergétique d’une PAC peut dépasser les 400 % et n’émet aucun gaz à effet de serre, contrairement au gaz ou au fioul. Elle est également plus écologique qu’une chaudière à bois-bûches ou à granulés qui, malgré leur efficacité et le prix attractif de leur combustible, rejette une petite quantité de polluants, sous la forme de particules fines.

Quels sont les inconvénients d’un chauffe-eau thermodynamique ?

Malgré ses multiples avantages, le chauffe-eau thermodynamique comporte quelques inconvénients à prendre en considération. Tout d’abord, sa performance peut être affectée par les variations de température et d’humidité ambiante. Ensuite, l’appareil est plus encombrant qu’un cumulus électrique. Enfin, son prix d’achat est plus élevé qu’un appareil classique.