Les chauffe-eau thermodynamiques

Les chauffe-eau thermodynamiques
En quelques mots
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Les pompes à chaleur retirent de l’énergie de l’air pour chauffer votre maison.
Elles fonctionnent comme un frigo, mais à l’envers.
Les chauffe-eau thermodynamiques produisent uniquement de l’eau chaude.
Ils peuvent avoir une grande efficacité énergétique.
D’autres pompes à chaleur peuvent aussi chauffer et/ou refroidir votre maison.
Déplacer quelque chose est en règle générale plus simple que de le fabriquer. Et c'est
exactement ce que font les pompes à chaleur. Une pompe à chaleur est un appareil capable
de porter de la chaleur d'une température donnée à une autre température plus élevée. Elle
transporte de l'énergie thermique (lisez : de la chaleur) d'une manière efficace d'un point A à
un point B plutôt que de produire directement de la chaleur.
La fonctionnalité de cet appareil est également décrite dans son nom : comme celui-ci
l'indique, une pompe à chaleur... pompe la chaleur pour la porter d'une température donnée
à une température supérieure et inverse ainsi le processus naturel qui veut que la chaleur a
tendance à diminuer (pensez à une tasse de thé chaud qui refroidit après quelque temps).
Cela pourrait aussi être comparé à une pompe à eau disposée entre deux bassines d'eau se
trouvant toutes les deux à une hauteur différente, mais reliées entre elles. Logiquement,
l'eau s'écoulerait du bassin supérieur vers le bassin inférieur. Avec une pompe, le processus
est inversé.
Comme un frigo, mais à l'envers
Nous possédons à vrai dire tous une pompe à chaleur à la maison puisqu'un frigo est en fait
aussi une pompe à chaleur. Les frigos extraient la chaleur de l'espace clos et la rejettent
autour. Une pompe à chaleur, par contre, extraie la chaleur de l'air froid et la restitue dans
un espace ou dans un ballon d'eau chaude. Si vous voulez aussi un refroidissement, la
plupart des pompes à chaleur actuelles peuvent aussi retirer la chaleur de l'espace et la
diffuser à l'extérieur de différentes manières, selon le type de pompe à chaleur (voir plus
loin).
Une pompe à chaleur est composée d'un circuit fermé dans lequel s'écoule un liquide spécial
(fluide réfrigérant). Cette substance adopte un état liquide ou gazeux en fonction de la
température et de la pression. Le circuit fermé est composé d'un évaporateur, d'un
compresseur, d'un condensateur et d'une vanne d'expansion.
Lors du fonctionnement d'une pompe à chaleur, le fluide réfrigérant subit les modifications
suivantes :
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Évaporation : le fluide réfrigérant accumule la chaleur et s'évapore totalement ;
Compression : le fluide réfrigérant, qui se trouve à présent à l'état gazeux et à basse
pression, est comprimé par le compresseur jusqu'à être sous haute pression ;
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Condensation : le fluide réfrigérant passe, sous l'effet du condensateur, de l'état
gazeux à l'état liquide et libère sa chaleur dans l'environnement ;
Expansion : le fluide réfrigérant passe par la vanne d'expansion et refroidit. Tout le
processus recommence ensuite avec l'évaporation.
Chauffe-eau thermodynamique : uniquement de l'eau chaude
Nous avons abordé ci-avant quelques principes généraux des pompes à chaleur. Mais
qu'entend-on exactement par un chauffe-eau thermodynamique ?
Un chauffe-eau thermodynamique est en réalité tout simplement un type spécifique de
pompe à chaleur en ce sens qu'il produit uniquement de l'eau chaude et n'a donc aucune
fonction de chauffage ou de refroidissement. Cet appareil puise de préférence la chaleur
dans l'air extérieur et la stocke ensuite dans un ballon d'eau chaude fermé. Le ballon peut
alors fournir de l'eau pour différentes activités domestiques comme la douche, la vaisselle…
En hiver, le rendement sera un peu plus faible pendant les journées les plus froides dans la
mesure où l'écart de température entre la source de chaleur et la chaleur à la sortie sera
plus grand.
Quelques marques proposent toutefois des chauffe-eau thermodynamiques capables
d'extraire la chaleur de l'air intérieur ou de l'air de ventilation. Cela assure normalement un
meilleur rendement (écart de température plus faible entre la source et la sortie), mais
présente aussi d'autres inconvénients. L'espace où se trouve l'appareil serait ainsi nettement
plus froid.
La température de l'eau contenue dans le ballon peut atteindre 55°C (parfois même 65°C). Il
n'est donc normalement pas nécessaire de prévoir une résistance électrique supplémentaire
pour obtenir une température suffisamment élevée. Les chauffe-eau thermodynamiques
n'activeront probablement la résistance électrique qu'en période de fortes demandes d'eau
chaude - par exemple lorsque plusieurs personnes veulent prendre successivement un bain pour pouvoir répondre à cette demande. Cette fonction peut toutefois être désactivée le cas
échéant car cela peut très vite faire grimper la facture énergétique.
Dernière chose intéressante à savoir : les chauffe-eau thermodynamiques sont compatibles
avec la quasi-totalité des appareils de chauffage, que ce soit pour de l'eau chaude
supplémentaire ou pour chauffer de l'espace.
Grande efficacité énergétique = grandes économies d'énergie
Les chauffe-eau thermodynamiques utilisent surtout l'air ambiant comme source de chaleur
et n'ont besoin que de très peu d'électricité pour fonctionner. De quoi en faire des appareils
à grande efficacité énergétique.
L'efficacité des pompes à chaleur est indiquée par le coefficient de performance (COP), à
savoir le résultat de la division de la sortie de chaleur par l'apport d'électricité nécessaire. Le
résultat dépendra de différents facteurs, comme la consommation, la température
intérieure et extérieure et la température demandée pour l'eau chaude. Un test effectué
précédemment par Test-Achats a calculé pour la Belgique un COP compris entre 1,7 et 2,7
pour une consommation moyenne de 100 litres d'eau chaude à 55°C par jour. Cela signifie
que pour une consommation de 1kWh d'électricité, la pompe à chaleur émet entre 1,7 et
2,7 kWh de chaleur utilisable pour chauffer l'eau. À titre de comparaison, un chauffe-eau
électrique produit seulement 0,8 kWh de chaleur utilisable pour 1kWh d'électricité. De quoi
rendre un chauffe-eau thermodynamique 2 à 3 fois plus efficace. Et ce rendement augmente
encore à mesure que la consommation augmente.
𝐶𝑂𝑃 =
𝑆𝑜𝑟𝑡𝑖𝑒 𝑑𝑒 𝑐ℎ𝑎𝑙𝑒𝑢𝑟 (𝑘𝑊ℎ)
𝐴𝑝𝑝𝑜𝑟𝑡 𝑑′ é𝑙𝑒𝑐𝑡𝑟𝑖𝑐𝑖𝑡é(𝑘𝑊ℎ)
Il y a toutefois un "mais". Comme déjà indiqué ci-avant, il peut arriver que lorsque la
température atteint 65°C, la résistance électrique se mette automatiquement en marche.
Or, cela a une grande influence sur le rendement, cela peut ramener le COP en dessous de 1.
Il est donc recommandé de désactiver l'allumage automatique de la résistance électrique en
réglant la température demandée de l'eau chaude sur 45-55°C, ce qui est du reste largement
suffisant.
Autres types de pompes à chaleur
Outre les chauffe-eau thermodynamiques, il existe encore toute une série d'autres types de
pompes à chaleur. Vous trouverez une liste des plus courantes ci-après :
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Air/air
Une pompe à chaleur air/air extrait la chaleur de l'air extérieur et la restitue dans l’air des
différentes pièces de la maison. La source de chaleur comme le support de diffusion de la
chaleur sont donc de l'air. En été, ce processus peut être inversé pour la plupart des
appareils, avec possibilité d'insuffler de l'air froid dans les pièces. Une manière de
transformer votre appareil en climatiseur.
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Air/eau
Une pompe à chaleur air/eau fonctionne selon le même principe que toute autre pompe à
chaleur, mais l'émission de chaleur se fait par l’eau plutôt que par l’air. La chaleur est donc
extraite de l'air extérieur et ensuite envoyée vers les systèmes fonctionnant à l'eau, comme
le chauffage par le sol ou les radiateurs. Pour le refroidissement (plutôt rare en Belgique), la
chaleur est retirée des tuyaux d'eau et émise à l'extérieur.
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Sol/eau
Les pompes à chaleur sol/eau utilisent l'énergie stockée dans le sous-sol. Elles retirent la
chaleur du sol à travers un système de tuyaux verticaux (jusqu'à 100 m de profondeur) ou
horizontaux (le plus souvent à une profondeur d'environ 1,5 m). La chaleur est alors le plus
souvent restituée dans la maison à travers un système à base d'eau. Ces pompes à chaleur
sont les plus efficaces en ce sens qu'elles utilisent une température du sol constante tout au
long de l'année, soit environ 12°C en Belgique. Comme elles nécessitent d'importants
travaux de forage, elles sont aussi naturellement plus chères que les autres variantes. Ces
mêmes travaux de forage ne les rendent du reste pas possibles partout.
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Eau/eau
Une pompe à chaleur eau/eau extrait la chaleur de la nappe phréatique (ou des eaux usées).
Comme pour une pompe à chaleur sol/eau, elle peut donc bénéficier d'une température
d'eau constante (env. 12°C), même en hiver. Les inconvénients sont les mêmes.
Chauffe-eau thermodynamique
refroidissement
Chauffe-eau thermodynamique
contre
pompes
à
chaleur
pour
chauffage
et
Pompe à chaleur pour chauffage et
refroidissement
N'utilise pratiquement que de l'air comme Utilise l'air, le sol et la nappe phréatique
source de chaleur.
comme sources de chaleur.
Se compose le plus souvent d'un seul Se compose le plus souvent d'un appareil
appareil intérieur.
intérieur et extérieur.
Ne produit que de l'eau chaude.
Triple fonction : chauffage, production d'eau
chaude et refroidissement.