Principe de fonctionnement d’une pompe à chaleur

Water flows from high to low, and heat is transferred from high-temperature objects to low-temperature objects. This is a natural law. However, in real life, for the needs of agricultural irrigation, domestic water, etc., people use water pumps to send water from low to high. Similarly, in today's increasingly tight energy situation, in order to recover the heat from low-temperature hot air that is usually discharged into the atmosphere and low-temperature hot water discharged into rivers, heat pumps are used to transfer heat energy from low-temperature objects to high-temperature objects, and then the high-temperature objects are used to heat water or heat, so that the heat is fully utilized. Le principe de fonctionnement d’une pompe à chaleur est identique à celui d’un système frigorifique. Pour comprendre la pompe à chaleur, il faut donc d’abord comprendre le système frigorifique. Un système frigorifique (à compression) se compose généralement de quatre éléments : le compresseur, le condenseur, le détendeur et l’évaporateur. Its working process is: low-temperature and low-pressure liquid refrigerant (such as Freon) first absorbs heat from a high-temperature heat source (such as room temperature air) in the evaporator (such as the air conditioner indoor unit) and vaporizes into low-pressure steam. Then the refrigerant gas is compressed into high-temperature and high-pressure steam in the compressor, and the high-temperature and high-pressure gas is cooled and condensed into high-pressure liquid by a low-temperature heat source (such as cooling water) in the condenser. Then it is throttled into low-temperature and low-pressure liquid refrigerant by a throttling element (capillary tube, thermal expansion valve, electronic expansion valve, etc.). In this way, a refrigeration cycle is completed. Les performances d’une pompe à chaleur sont généralement évaluées par le coefficient de performance (COP). Le COP est le rapport entre la chaleur transférée d’un corps froid vers un corps chaud et la puissance consommée. Le COP d’une pompe à chaleur se situe habituellement entre 3 et 4 : elle transfère donc 3 à 4 fois plus d’énergie thermique qu’elle n’en consomme. La pompe à chaleur est donc essentiellement un appareil élévateur de température : en fonctionnement, elle consomme une petite quantité d’électricité mais peut prélever 4 à 7 fois cette énergie dans le milieu environnant (eau, air, sol…) pour élever la température à un niveau utilisable. C’est là toute l’économie d’énergie des pompes à chaleur.  L’Europe, les États-Unis et le Japon rivalisent dans le développement de nouvelles pompes à chaleur. Selon certaines sources, leur COP pourrait atteindre 6 à 8. Si cette valeur se généralise, l’énergie sera utilisée bien plus efficacement et la diffusion des pompes à chaleur progressera fortement. La pompe à chaleur géothermique est un type de pompe à chaleur : cette technique de climatisation utilise la terre ou l’eau comme source froide et chaude pour maintenir les bâtiments au chaud en hiver et au frais en été. Elle ne fait que « transférer » de l’énergie entre le sol et le local, avec une très faible consommation électrique pour maintenir la température intérieure souhaitée. En hiver, 1 kilowattheure d’électricité permet d’injecter 4 à 5 kilowatts de chaleur prélevés dans le sol ou dans l’eau. En été, le processus s’inverse : la chaleur du local est transférée au sol ou à l’eau, ce qui rafraîchit l’habitation. L’énergie stockée sous terre sera réutilisée en hiver. Ce cycle se répète et relie le bâtiment à la nature, pour obtenir le confort le plus élevé au moindre coût.