Les pompes à chaleur sont dites "aérothermique", "géothermique" ou "hydrothermique" en fonction de la source d'énergie dans laquelle à lieu la captation d'énergie.
PAC aérothermique
Une pompe à chaleur "aérothermique" utilise l’air comme source froide. Elle capte l’énergie thermique présente dans l’air extérieur afin de produire de la chaleur à l'intérieur du bâtiment.
Air
L’air est une source d’énergie illimitée mais qui présente des variations importantes de températures en fonction des saisons. Cependant, en Belgique nous bénéficions d’un climat tempéré et l’utilisation d’une pompe à chaleur aérothermique présente de bons résultats pour un investissement financier raisonnable.
En fonction de la température de l’air et de son degré d’humidité, du givre peut se former au niveau des ailettes de l'échangeur, ce qui influence son fonctionnement. Il est donc nécessaire de prévoir le dégivrage de l'évaporateur. En fonction du type d'échangeur utilisé, la phase de dégivrage peut avoir une influence plus ou moins importante sur la performance de la pompe à chaleur.
Il existe deux types d’échangeurs pour puiser l’énergie dans l’air :
Ce type d’échangeur est de grande dimension afin de récupérer suffisamment d’énergie dans l’air. L’air circule entre les ailettes de l’échangeur par convection naturelle. Le fluide frigorigène (ou dans certaines configuration de l’eau glycolée) circule dans des tubes fixés aux ailettes pour capter l’énergie cédée par l’air. Dans le but de garantir un dégivrage naturel, l’échangeur statique doit être orienté entre l’est et l’ouest en passant par le sud, sans entrave à l'ensoleillement ni à la circulation naturelle de l'air.
SPW
Afin de réduire l’encombrement de l’échangeur, on utilise un ventilateur axial permettant de brasser une quantité suffisante d’air pour permettre un échange thermique satisfaisant entre l’air et le fluide frigorigène. Il est nécessaire de prévoir le dégivrage de l'évaporateur, ce qui influence la performance de la pompe à chaleur.
SPW
PAC hydrothermique
Une pompe à chaleur "hydrothermique" (ou "aquathermique") utilise l’eau comme source froide. Elle capte l’énergie thermique présente dans l’eau afin de produire de la chaleur à l'intérieur du bâtiment.
Eau
Afin de pouvoir utiliser l’eau comme source froide, il est nécessaire de vérifier qu’un débit d’eau (ou un volume d'eau) suffisant est disponible et que l’eau présente de bonnes caractéristiques « physico-chimiques ». Sans cette vérification, les performances et la fiabilité de la pompe à chaleur risquent d'être fortement affectées (risque de gel, encrassement, des échangeurs,…).
- Eau souterraine (nappe phréatique)
L’eau d’une nappe phréatique a l’avantage de présenter une température relativement élevée (de 7 à 12°C) et constante tout au long de l’année. Elle représente dès lors une source d’énergie intéressante pour l’utilisation d’une pompe à chaleur. Cependant, sont exploitation engendre des coûts importants car il est nécessaire de réaliser deux puits. Le premier est dédié au pompage de l’eau pour l’acheminer vers l’évaporateur de la pompe à chaleur. Le second est dédié au rejet de l’eau après son passage dans l’évaporateur.
En Région wallonne, le rejet de l'eau dans la nappe phréatique est soumis à un permis d'environnement (avec étude d'incidence) qui sera généralement refusé (
voir la synthèse sur la réglementation wallonne).
SPW
- Eaux de surface (étangs, rivières)
Les eaux de surface présentent une température relativement constante tout au long de l’année mais à des niveaux plus bas que pour une nappe phréatique. Néanmoins, si certaines conditions sont respectées, les eaux de surface représentent une source froide intéressante pour l’utilisation d’une pompe à chaleur.
L’exploitation des eaux de surface peut se faire de manière « statique » ou « dynamique ». En « statique », l’évaporateur est directement noyé dans l’eau. En « dynamique », l’eau est pompée vers l’évaporateur de la pompe à chaleur. L'utilisation de ce type de source étant moins courante (disponibilité d'une eau exploitable à proximité du bâtiment), il est important de faire appel à une société spécialisée dans l'exploitation des eaux de surface pour mener à bien un tel projet.
SPW
PAC géothermique
Une pompe à chaleur "géothermique" utilise le sol comme source froide. Elle capte l’énergie thermique présente dans le sol afin de produire de la chaleur à l'intérieur du bâtiment.
Sol
Le sol présente une température relativement constante tout au long de l’année et constitue dès lors une source d’énergie potentiellement intéressante pour l’utilisation d’une pompe à chaleur.
Le captage horizontal de l’énergie thermique présente dans le sol est réalisé à l’aide d’un réseau de tubes enterré à une profondeur de l'ordre de 80 cm (A cette profondeur, on bénéficie à la fois de l'inertie du sol
en hiver et d'une recharge naturelle aisée en période estivale: apport d’énergie du soleil et de l’eau de pluie).
Le captage horizontal nécessite des travaux de terrassement importants et la surface nécessaire est de 1,5 à 2
fois la surface à chauffer (dépend du type de sol et du fluide circulant dans les tubes). Dès lors, cette solution
est plus appropriée pour des nouvelles constructions disposant d’une surface « libre » suffisante que pour une rénovation (On parle de surface « libre » car la surface utilisée par le capteur horizontal ne doit pas être
recouverte de matériaux imperméables ni de végétation autres qu’un simple gazon).
En fonction du fluide parcourant le réseau de tubes enterré, on distingue deux techniques de « captage sol - horizontal» :
a. Le fluide utilisé est le fluide frigorigène de la pompe à chaleur
Dans ce cas, le capteur est constitué de tubes en cuivre qui sont protégés par une couche en polyéthylène. Ce capteur forme directement l’évaporateur de la pompe à chaleur et par conséquent, il n’y a pas besoin d’un circulateur pour véhiculer le fluide dans le capteur. En théorie, ce type de capteur est très intéressant. En pratique, sa mise en oeuvre nécessite beaucoup de soins. La quantité de fluide frigorigène utilisée est importante ce qui impose certaines règles à suivre. La mise en place des tubes en cuivre(dimensionnement, pose, brasure,…) doit être réalisée par des personnes qualifiées pour éviter tout risque de fuite et afin de garantir l'efficacité de l’installation.
b. Le fluide utilisé est de l’eau glycolée (mélange eau – antigel)
Dans ce cas, le capteur est constitué de tubes en polyéthylène. Un circulateur est nécessaire pour faire circuler l’eau glycolée dans les tubes. Le dimensionnement du capteur (« pas » entre tubes, débit
minimum d’eau glycolée,…) ainsi que sa mise en place sont importants pour assurer de bonnes performances.
SPW
Le captage vertical de l’énergie thermique présente dans le sol est réalisé à l’aide de sondes verticales constituées le plus souvent par des tubes en polyéthylène en double U dans lesquels circule de l’eau glycolée.
Dans ce cas, deux tubes formant chacun un U sont placés dans le puits de forage. L’espace restant est comblé par un mélange de ciment - bentonite (afin d'assurer une stabilité "mécanique" à la sonde ainsi qu'un bon transfert thermique avec le sol). Le nombre de forages et la profondeur de ceux-ci dépend de la surface à chauffer et du type de sol (le potentiel énergétique du sol sera à quantifier par une entreprise spécialisée afin de procéder au dimensionnement des sondes). L’avantage d’un captage vertical par rapport à un horizontal est qu’il nécessite moins de surface au sol (Il faudra cependant prévoir un accès aux engins de forage qui sont de grande dimension). Le prix pour la réalisation des forages représente un montant important.
SPW
Synthèse
Le tableau ci-dessous reprend les avantages et inconvénients pour les différents types de sources froide. Cette liste n'est pas à prendre comme référence mais permet d'attirer l'attention sur certains avantages et inconvénients.
| Type de source froide |
Avantages |
Inconvénients |
| Air "statique" |
Pas de dégivrage
Rapport prix/performance
PAC testée en usine si eau glycolée |
Variation de la T° de l'air
Encombrement de l'échangeur
|
| Air "dynamique" |
Encombrement réduit
Rapport prix/performance
PAC testée en usine |
Variation de la T° de l'air
Dégivrage nécessaire
Utilisation d'un ventilateur
(consommation électrique, bruit,...) |
| Eau (nappe phréatique) |
T° de l'eau élevée (7 à 12°C) et constante
PAC testée en usine |
Prix des forages
Qualité de l'eau à vérifier
Quantité d'eau nécessaire
Pompage de l'eau (entretien et consommation de la pompe) |
| Eau (eaux de surface) "statique" |
T° de l'eau relativement constante
PAC testée en usine si eau glycolé |
Qualité de l'eau à vérifier
Quantité d'eau nécessaire |
Eau (eaux de surface)
"dynamique" |
T° de l'eau relativement constante
PAC testée en usine |
Qualité de l'eau à vérifier
Quantité d'eau nécessaire
Pompage de l'eau (entretien et consommation de la pompe) |
| Sol (évaporation directe - horizontal) |
T° du sol relativement constante
Pas de circulateur
Pas de fluide intermédiaire |
Surface de terrain nécessaire
Quantité importante de fluide frigorigène
PAC non testée en usine |
| Sol (eau glycolée - horizontal |
T° du sol relativement constante
PAC testée en usine |
Surface de terrain nécessaire
Utilisation d'un circulateur (consommation électrique) |
| Sol (eau glycolée - vertical) |
T° du sol élevée (10°C à 20m) et relativement constante
Encombrement réduit
PAC testée en usine |
Prix des forages
Utilisation d'un circulateur (consommation électrique) |
