Pour bien comprendre les thermopompes

Section 3 - Le chauffage et le refroidissement à l'aide d'une thermopompe

Voici quelques termes que vous rencontrerez fréquemment au cours de vos recherches sur les thermopompes.

Éléments de la thermopompe

Le frigorigène est une substance liquide ou gazeuse qui circule dans la pompe afin d'absorber, de transporter et de libérer la chaleur.

Le robinet inverseur détermine le sens de l'écoulement du frigorigène à l'intérieur de la thermopompe et change le mode de la thermopompe du chauffage au refroidissement ou vice versa.

Un serpentin est un tube ou un ensemble de tubes montés en boucle où s'effectue le transfert de chaleur. Il est parfois muni d'ailettes qui augmentent la surface servant à l'échange de chaleur.

L'évaporateur est un serpentin dans lequel le frigorigène puise la chaleur environnante. Lorsque le frigorigène atteint le point d'ébullition, il se transforme en vapeur à basse température. À son passage du robinet inverseur au compresseur, l'accumulateur retient tout le liquide qui ne s'est pas transformé en gaz. Il est à noter que les thermopompes ne sont pas toutes munies d'un accumulateur.

Le compresseur comprime les molécules du gaz frigorigène, ce qui a pour effet d'en augmenter la température.

Le condenseur est un serpentin dans lequel le frigorigène libère de la chaleur et se liquéfie.

Le détendeur abaisse la pression créée par le compresseur, ce qui provoque une baisse de température. Le frigorigène devient un mélange à basse température de vapeur et de liquide.

La chambre de distribution est un caisson qui fait partie intégrante de l'installation et sert à distribuer dans la maison l'air réchauffé ou refroidi. C'est habituellement une grande boîte placée juste au-dessus ou à côté de l'échangeur de chaleur.

Autre termes

Un Btu/h (de l'anglais British thermal unit per hour) est l'unité servant à mesurer le rendement calorifique des systèmes de chauffage. Un Btu correspond à la quantité de chaleur que dégage une chandelle du genre de celles qui servent à décorer les gâteaux d'anniversaire. Si cette quantité d'énergie était libérée en une heure, elle équivaudrait à un Btu/h.

Les degrés-jours de chauffage servent à mesurer la rigueur de la température. On obtient un degré-jour chaque fois que la température moyenne d'une journée est inférieure d'un degré à la température de référence, soit 18 °C. Par exemple, lorsque la température moyenne au cours d'une journée est de 12 °C, la valeur attribuée à cette journée est de 6 degrés-jours. Pour calculer le total annuel, on fait la somme des totaux quotidiens.

Un kilowatt (kW) correspond à 1 000 watts, soit la quantité d'énergie qu'exigent dix ampoules de 100 watts chacune.

La tonne est l'unité de mesure de la puissance d'une thermopompe. Elle équivaut à 3,5 kW ou à 12 000 Btu/h.

Le coefficient de performance (CP) sert à mesurer l'efficacité des thermopompes. Pour le calculer, on divise la quantité de chaleur que la pompe transmet par la quantité d'électricité qu'elle consomme à une température donnée. Plus le CP est élevé, plus la thermopompe est efficace. Cette valeur est comparable au rendement en régime permanent des systèmes de chauffage au mazout et au gaz.

On obtient le coefficient de performance de la saison de chauffage (CPSC) en divisant la quantité totale de chaleur (en Btu) produite par une thermopompe durant toute une saison de chauffage par la quantité totale d'énergie (en wattheures) consommée durant la même période. Cette valeur est semblable au rendement saisonnier des systèmes de chauffage à combustible et comprend l'énergie utilisée pour le chauffage supplémentaire. Pour déterminer la saison de chauffage dans le calcul du CPSC, on se sert de données météorologiques représentatives des conditions climatiques à long terme.

Le rendement énergétique (RE) mesure la puissance frigorifique d'une thermopompe en régime permanent. On le calcule en divisant cette puissance (en Btu/h) par la quantité d'électricité consommée (en watts) à une température donnée. Plus le RE est élevé, plus l'appareil est efficace.

Le rendement énergétique saisonnier (RES) mesure la puissance frigorifique d'une thermopompe durant toute une saison de refroidissement. Pour le calculer, on divise la capacité totale de refroidissement fournie pendant la saison (en Btu) par la quantité d'énergie consommée par la thermopompe (en wattheures) durant cette période. Le RES est calculé d'après une température estivale moyenne de 28 °C.

Le point d'équilibre est la température à laquelle la quantité de chaleur fournie par une thermopompe équivaut aux pertes de chaleur de la maison. C'est le point auquel la thermopompe répond à tous les besoins de chauffage de la maison. Sous ce point, il faut de la chaleur supplémentaire d'une autre source.

Le point d'équilibre économique est la température à laquelle le coût de l'énergie calorifique fournie par une thermopompe équivaut au coût de la chaleur produite par un système de chauffage supplémentaire. Sous ce point, il n'est pas rentable d'installer une thermopompe.

Homologation et normes

L'Association canadienne de normalisation (CSA) procède à des essais afin de vérifier la sécurité des systèmes électriques de toutes les thermopompes. Une norme de rendement prescrit les tests à effectuer afin de déterminer la puissance calorifique, la puissance frigorifique et le rendement des thermopompes, de même que les conditions dans lesquelles ces tests doivent être exécutés. Les essais de performance des thermopompes à air sont régis par les normes CSA C273.3 et C656. La CSA a également publié une norme visant l'installation des thermopompes à air d'appoint (CSA C273.5-1980).

L'industrie a publié, en collaboration avec la CSA, des normes qui permettent de déterminer le rendement des pompes géothermiques et de vérifier si elles sont conçues et installées adéquatement. Il s'agit respectivement des normes CSA C13256-1-01 et C448 Série-F02. Des normes prévoyant des niveaux minimums d'efficacité énergétique pour les thermopompes à air et les pompes géothermiques sont en place dans certaines provinces et sont stipulées dans le Règlement sur l'efficacité énergétique du Canada.

Terminologie associée au rendement

On utilise des termes différents pour exprimer le rendement des divers types de thermopompes. Par exemple, les thermopompes à air se voient attribuer des coefficients saisonniers de chauffage et de refroidissement. Le coefficient de chauffage correspond au CPSC et celui de refroidissement, au RES (voir les définitions qui précèdent). Cependant, dans leurs catalogues, certains fabricants indiquent encore le CP et le RE des appareils. Ces coefficients sont obtenus en régime permanent à des conditions de température données, et ils ne sont pas les mêmes que le CPSC ou le RES.

Pour les systèmes géothermiques, on calcule uniquement le CP et le RE. Cette fois encore, ces coefficients sont mesurés à une température donnée et ne peuvent être utilisés directement pour exprimer le rendement annuel des appareils. Dans la section intitulée « Principaux avantages des pompes géothermiques », on se sert du CP pour estimer le CPSC dans diverses régions du Canada. Habituellement, les CPSC ne servent pas à exprimer le rendement des pompes géothermiques; si on y a eu recours dans le présent document, c'est pour pouvoir établir une comparaison avec les thermopompes à air.

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