Qu’est-ce qu’une pompe à chaleur?
Si vous mettez une casserole d’eau sur la cuisinière et que vous allumez la plaque, l’eau devient chaude. Si la plaque est assez chaude, l’eau se met à bouillir et à s’évaporer à partir d’environ 100 °C. Si vous ne mettez pas de couvercle sur la casserole, la température de la vapeur d’eau produite est aussi de 100 °C, ce qui est suffisant pour s’ébouillanter. Dans une cocotte-minute fermée, l’eau et la vapeur présentent toutes deux une température supérieure à 100 °C.
Une certaine quantité de chaleur est nécessaire pour chauffer l’eau. Cette quantité de chaleur peut p. ex. être mesurée par un compteur électrique. Si on transmet davantage de chaleur à de l’eau chaude, celle-ci s’évapore. Pour que l’eau s’évapore, il faut trois fois plus de chaleur que pour la chauffer.
Lorsque la vapeur sort de la casserole et se condense p. ex. au niveau de la hotte, elle perd de la chaleur : la vapeur refroidit et se transforme en gouttelettes d’eau quand sa température passe sous la barre des 100 °C ; la hotte devient alors un peu plus chaude. Si vous retournez ce condensat dans la casserole avec une pompe, vous obtenez un circuit fermé et avez ainsi une sorte de pompe à chaleur. C’est aussi simple que cela.
La plaque de cuisson a pour avantage de devenir très chaude. En effet, la chaleur ne s’écoule que dans un seul sens, à savoir du chaud vers le froid. Il s’agit là du 2e principe de la thermodynamique.
La chaleur passe aussi du froid à ce qui est encore plus froid : c’est ainsi que la bouteille de bière fraîche stockée dans la cave peut faire fondre la glace encore plus froide du congélateur. Par conséquent, n’oubliez pas : il ne faut pas confondre chaleur et température !
Et c’est là que ça devient techniquement intéressant. Même s’il fait -20 °C à l’extérieur, la chaleur contenue dans l’air froid peut encore être exploitée : elle peut p. ex. entraîner l’évaporation de neige carbonique ayant une température de -78 °C. Et c’est justement là le principe des pompes à chaleur modernes : l’air froid entraîne l’évaporation d’un liquide caloporteur même à basse température.
Le liquide évaporé se recondense ailleurs, comme l’eau sur la hotte dans l’exemple ci-dessus. Le cas de la hotte est simple, étant donné que cette dernière est plus froide que la vapeur d’eau de la casserole et que la chaleur passe du plus chaud au plus froid. Mais le liquide caloporteur est froid. Alors, comment s’en servir pour atteindre une température de 20 °C dans le salon ? Il existe une petite astuce technique ici : la condensation et donc la dissipation thermique fonctionnent bien quand on modifie la pression. En effet, augmenter la pression rapidement fait également augmenter la température. À la bonne pression, le liquide caloporteur évaporé se condense à environ 20 °C et dégage de la chaleur à cette température élevée.
Nous avons donc à présent tout le principe de la pompe à chaleur et du réfrigérateur : deux surfaces de transfert de chaleur, une pompe pour faire augmenter la pression, un « dispositif d’étranglement » pour réduire la pression. C’est tout ce qu’il faut.
Par ailleurs, afin d’éviter que les pompes ne fonctionnent et ne consomment de l’électricité inutilement, et afin de réguler le débit de la pompe et de prévenir tout risque de gel de l’échangeur de chaleur, le débit est mesuré à l’aide d’un capteur de débit à effet vortex SIKA. Les installations techniques intègrent également un mode réversible destiné au dégivrage des échangeurs de chaleur ; ce mode de fonctionnement aussi doit être régulé.
