LE CHAUFFAGE ET LE REFROIDISSEMENT À L'AIDE D'UNE THERMOPOMPE
Si vous étudiez les diverses installations de chauffage et de
refroidissement pour votre nouvelle maison ou si vous
cherchez à réduire votre facture énergétique, il est possible
que vous songiez à faire l'acquisition d'une thermopompe.
La thermopompe peut régulariser la température de votre
maison pendant toute l'année, car elle est une source de
chaleur en hiver et de refroidissement en été. Certains types
de thermopompes peuvent également fournir de l'eau chaude
de consommation.
En règle générale, l'utilisation d'une thermopompe seule ne
peut répondre de façon économique à tous vos besoins en
chauffage. Toutefois, utilisée de pair avec une autre installation
de chauffage, par exemple au mazout, au gaz ou à l'électricité,
une thermopompe peut chauffer votre demeure en
hiver et la refroidir en été de façon fiable et économique. Si
votre maison est déjà équipée d'un système de chauffage au
mazout ou à l'électricité, l'acquisition d'une thermopompe
peut réduire efficacement vos frais d'énergie.
Cependant, avant de procéder à l'achat d'une thermopompe,
il est important d'en examiner tous les avantages et les coûts.
Bien que les thermopompes consomment moins de combustible
que les systèmes de chauffage classiques, elles sont
plus chères à l'achat. Il est donc important de bien comparer
les économies de combustible que vous prévoyez et le coût
initial de l'appareil. En outre, les thermopompes sont plus
économiques si on les utilise toute l'année; en conséquence,
il serait plus profitable d'investir dans une thermopompe si
vous désirez refroidir votre maison l'été et la chauffer en
hiver.
À ces considérations financières s'ajoutent les facteurs
de commodité. Combien faut-il d'espace pour installer
l'appareil ? Votre alimentation en énergie risque-t-elle
d'être interrompue à l'occasion ? Dans l'affirmative, cela se
produira-t-il souvent ? Devrez-vous faire installer un nouveau
réseau de conduites ? Le système devra-t-il être
entretenu fréquemment, et combien vous en coûtera-t-il ?
Pour faire un choix éclairé, il importe que vous connaissiez à
fond tous les aspects du chauffage et du refroidissement des
habitations avant de prendre une décision définitive.
La présente brochure décrit les types les plus courants de
thermopompes et expose les facteurs qui se rattachent au
choix, à l'installation, à l'utilisation et à l'entretien de ces
appareils. Vous y trouverez aussi une brève comparaison
du coût de fonctionnement de différents types de thermopompes
et d'un système de chauffage classique électrique.
Gestion de l'énergie à la maison
Les thermopompes sont des appareils de chauffage et de
refroidissement très efficaces qui sont susceptibles de réduire
considérablement votre facture énergétique. Cependant, il
serait peu judicieux d'investir dans un appareil de chauffage
efficace si votre maison perd de la chaleur en raison d'une
mauvaise isolation des murs, des plafonds, des fenêtres et des
portes ou parce que des ouvertures ou des fissures laissent
passer de l'air.
Il est souvent préférable de réduire les fuites d'air et d'isoler
davantage la maison avant d'acheter un nouveau système de
chauffage ou d'améliorer l'équipement en place. Ressources
naturelles Canada offre aux consommateurs des publications
à ce sujet (voir page 51).
Refroidir sa maison l'été peut être coûteux
Les thermopompes chauffent la maison en hiver et la refroidissent
durant l'été. Pour fonctionner, ces appareils requièrent toutefois de
l'électricité. Si vous ajoutez une thermopompe à votre système de
chauffage, ou si vous remplacez par une thermopompe un système
qui n'est pas alimenté à l'électricité et qui n'est pas muni d'un
appareil de climatisation centrale, vous constaterez une hausse de
vos frais d'électricité.
LA THERMOPOMPE : DE QUOI S'AGIT-IL ET COMMENT FONCTIONNE-T-ELLE?
Une thermopompe est un appareil électrique capable de
transférer la chaleur d'un endroit à un autre. Il ne s'agit pas
là d'une technique nouvelle, car les thermopompes sont
utilisées depuis des décennies au Canada et ailleurs dans le
monde. Les réfrigérateurs et les climatiseurs sont deux types
bien connus de thermopompes.
Figure 1: Cycle de base de la thermopompe
Les thermopompes déplacent la chaleur par l'évaporation et
la condensation d'un fluide frigorigène (figure 1) qu'un
compresseur fait circuler entre deux serpentins. Le frigorigène
est évaporé à basse pression dans l'un des serpentins,
ce qui lui permet d'absorber la chaleur contenue dans l'air
ambiant. Il est ensuite pompé jusqu'à l'autre serpentin, où il
se condense à haute pression et libère la chaleur absorbée au
début du cycle.
Les réfrigérateurs et les climatiseurs sont deux exemples de
thermopompes qui ne fonctionnent qu'en mode refroidissement.
Un réfrigérateur est essentiellement un boîtier isolé
auquel on a raccordé une thermopompe. L'évaporateur est
situé à l'intérieur du boîtier, habituellement dans le congélateur.
La chaleur est absorbée à cet endroit et transférée à
l'extérieur, le plus souvent derrière ou sous l'appareil, où est
situé le condenseur. Les climatiseurs fonctionnent selon le
même principe : ils transportent vers l'extérieur la chaleur
qui se trouve à l'intérieur de la maison.
Par ailleurs, il est possible d'inverser complètement le cycle
d'une thermopompe, de sorte qu'elle puisse régulariser la température
de votre maison pendant toute l'année — en la chauffant
l'hiver, et en la refroidissant et en la déshumidifiant l'été.
Comme le sol et l'air extérieur renferment toujours une certaine
quantité de chaleur, la thermopompe peut servir à chauffer
la maison même par temps froid. En fait, à —18o C, l'air
contient environ 85p. 100 de la chaleur qu'il renferme à 21o C.
Les thermopompes à air — qui extraient la chaleur contenue
dans l'air extérieur pendant l'hiver et évacuent la chaleur de
la maison à l'extérieur l'été — sont celles que l'on retrouve le
plus souvent dans les foyers canadiens. Cependant, des
appareils qui puisent la chaleur dans le sol ou dans les eaux
souterraines sont de plus en plus courants, surtout en
Ontario et dans les provinces de l'Atlantique: il s'agit des
thermopompes terre-air ou eau-air, aussi appelées pompes
géothermiques.
POUR BIEN COMPRENDRE LES THERMOPOMPES
Voici quelques termes que vous rencontrerez fréquemment
au cours de vos recherches sur les thermopompes.
ÉLÉMENTS DE LA THERMOPOMPE
Le fluide frigorigène est une substance 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.
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 l'air réchauffé
ou refroidi dans la maison. C'est habituellement une grande
boîte placée juste au-dessus 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 servent à mesurer la rigueur de la température. On obtient un degré-jour chaque fois que la température
moyenne d'une journée est d'un degré inférieure à
la température de référence, soit 18o C. Par exemple, lorsque
la température moyenne au cours d'une journée est de 12o 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'efficacitéb 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.
Pour obtenir le coefficient de performance de la saison
de chauffage (CPSC), on divise 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, 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 énergétiquesaisonnier (RES) est la mesure
de 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 28o 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.
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.
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 la norme CSA C273.3-M1991.
La CSA a également publié une norme visant l'installation
des thermopompes à air d'appoint (CSA C273.5-1980).
L'Association canadienne de l'énergie du sol a publié, en
collaboration avec la CSA, des normes qui permettent de
déterminer le rendement des pompes géothermiques et
de vérifier si elles sont installées adéquatement. Il s'agit
respectivement des normes CSAC446-1990 et C445-1992.
Les normes régissant le rendement des thermopompes à air
et des pompes géothermiques prévoient des niveaux minimaux
d'efficacité énergétique. Ces niveaux font actuellement
l'objet de règlements dans certaines juridictions canadiennes.
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 ci-dessus). 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 comparables au CPSC ou au 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 des appareils. Dans la section
intitulée « Principaux avantages des pompes géothermiques;
» (voir la page 35), on se sert du CP pour faire une
estimation du 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 seulement pour pouvoir établir
une comparaison avec les thermopompes à air.
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