Même s’il y a différents types de conception, les pompes à chaleur reposent essentiellement sur un même principe. Le fluide frigorigène, qui circule à l’intérieur des pompes à chaleur, joue un rôle important. Il stocke l’énergie thermique dans l’évaporateur, par exemple celle qui provient des sondes géothermiques, des nappes phréatiques, de la chaleur résiduelle ou de l’air ambiant. Ce faisant, il s’évapore. Il est ensuite comprimé dans un compresseur et envoyé dans le condenseur. Il s’y condense, à savoir qu’il redevient liquide, et transmet la chaleur qui en résulte à l’eau du circuit de chauffage via l’échangeur de chaleur. Le fluide frigorigène circule ensuite par un détendeur, où la pression et donc la chaleur sont fortement réduites. Le circuit recommence ensuite avec l’absorption de la chaleur ambiante.
Ces dernières années, les pompes à chaleur se sont imposées comme une alternative aux générateurs de chaleur à énergies fossiles et sont devenues la nouvelle norme pour l’approvisionnement en chaleur, en particulier dans les nouveaux bâtiments. Néanmoins, elles peuvent être utilisées dans presque tous les projets de rénovation et sont adaptables en termes de dimensions. Des solutions compactes existent pour les maisons individuelles et les immeubles d’habitation; elles peuvent également être mises à l’échelle et installées dans les complexes ou pour l’exploitation d’un réseau thermique. Les pompes à chaleur peuvent utiliser de nombreuses sources d’énergie renouvelables, de la chaleur résiduelle (p. ex. issue des processus industriels ou des stations d’épuration) à l’air ambiant, en passant par les sondes géothermiques, les nappes phréatiques, l’eau de rivière et l’eau de mer. Le facteur décisif pour une exploitation la plus écologique possible est le mix énergétique avec lequel la pompe à chaleur est alimentée. L’association avec l’énergie photovoltaïque est une option fréquemment utilisée pour faire fonctionner la pompe à chaleur avec de l’électricité renouvelable.
La pompe de circulation de la pompe à chaleur peut en outre être utilisée pour approvisionner les immeubles en froid. Cette fonction appelée «free cooling» gagne de plus en plus en importance compte tenu du changement climatique, qui risque d’entraîner une augmentation du nombre de journées chaudes. Dans le processus de free cooling, l’eau froide est pompée dans le circuit dans lequel circule l’eau de chauffage à une température de départ plus élevée. Au lieu de dégager de la chaleur, l’eau absorbe la chaleur des pièces et les refroidit. Le free cooling est bien moins énergivore qu’une installation de climatisation par exemple. De nos jours, il est principalement utilisé dans les zones commerciales. À l’avenir, les logements pourront de plus en plus être refroidis de cette manière pour assurer le confort des habitants pendant les chaudes journées d’été.
La condition préalable à la fonction de refroidissement d’une pompe à chaleur est une source d’énergie appropriée, comme des sondes géothermiques ou l’eau de mer, capable de garantir le faible niveau de température requis. De plus, l’énergie frigorifique doit pouvoir être distribuée efficacement dans les bâtiments, par exemple via le circuit au sol ou le système d’éléments de construction thermoactifs (TABS). Les radiateurs sont en revanche inadaptés à cette technique.
Le fluide frigorigène, qui véhicule l’énergie thermique, joue un rôle essentiel dans le circuit des pompes à chaleur. Les exigences en la matière sont donc élevées. Un fluide frigorigène doit tout d’abord avoir des propriétés thermodynamiques appropriées. Cela suppose qu’il s’évapore à basse température et que la plage de température entre l’évaporation et la condensation correspond au besoin en chaleur. Plus la différence de température entre l’évaporateur et le condenseur est petite, plus la pompe à chaleur est efficace. Les différents fluides frigorigènes ont des applications diverses: ils sont adaptés à des températures plus ou moins élevées, ainsi qu’à des installations plus ou moins grandes. Le choix du fluide frigorigène se fait donc toujours en fonction des besoins.
Il importe que les fluides frigorigènes ne polluent pas l’environnement en cas de fuite. À cet égard, les fluides frigorigènes naturels tels que l’ammoniac, le dioxyde de carbone et le propane sont nettement plus écologiques que les fluides frigorigènes synthétiques.
Ces derniers contiennent souvent des hydrofluorocarbures (HFC) ayant un effet très néfaste sur le climat lorsqu’ils s’échappent du système, car ils restent longtemps stables dans l’atmosphère. Un exemple: 2 kilogrammes de fluide frigorigène R-404A produisent le même effet de serre que 6,5 tonnes de CO2 lorsqu’ils sont libérés. Le potentiel de nuisance des fluides frigorigènes est mesuré par le GWP (Global Warming Potential ou potentiel de réchauffement global). Comme indiqué dans le tableau, l’impact climatique potentiel des fluides frigorigènes naturels est plusieurs fois inférieur à celui des fluides frigorigènes synthétiques.
Les fluides frigorigènes naturels possèdent également des propriétés désavantageuses. Le propane, par exemple, est hautement inflammable. L’ammoniac est moins inflammable, mais toxique. Ces inconvénients peuvent être contrebalancés par des concepts techniques appropriés.
Ces pompes à chaleur sont situées dans une cellule hermétique, régulièrement soumise à un contrôle d’étanchéité. En cas de fuite, les capteurs détectent les concentrations élevées et coupent immédiatement le courant pour minimiser le risque d’inflammation. En cas d’urgence, l’air contaminé provenant de la cellule peut être neutralisé grâce à un système de purification spécial. Des installations de ventilation spéciales (ventilation d’urgence ou ventilation tempête) font également partie du concept de sécurité. Ces mesures demandent un certain investissement, mais rendent les fluides frigorigènes naturels inoffensifs pour l’environnement.
«La manipulation des fluides frigorigènes naturels est bien maîtrisée», explique notre spécialiste Christoph Bleuler. «Il faut prendre des précautions, mais ne pas avoir de crainte.»
Nous misons déjà depuis de nombreuses années sur des fluides frigorigènes naturels en raison de leurs propriétés écologiques et thermodynamiques. Aujourd’hui, nous les exploitons dans plus de la moitié des installations de notre portefeuille. Nous disposons d’un vaste savoir-faire dans l’utilisation de fluides frigorigènes naturels et sommes impatients de les intégrer dans nos futurs projets – pour un cadre de vie agréable et un environnement sain.
