Les 5 types de pompes à chaleur pour le chauffage et la climatisation de la maison

Si vous envisagez un système de pompe à chaleur plutôt qu'une fournaise (ou une chaudière) et un climatiseur traditionnels pour chauffer et climatiser votre maison, vous aurez le choix entre plusieurs types de pompes à chaleur. Les pompes à chaleur diffèrent des systèmes de chauffage/refroidissement traditionnels car elles sont conçues pour déplacer la chaleur de l'extérieur vers l'intérieur (ou vice versa) plutôt que pour générer de la chaleur. Pour cette raison, ils sont considérablement plus économes en énergie que les systèmes à combustion, mais ils ont des limites car ils peuvent ne pas très bien fonctionner dans des climats extrêmement chauds ou froids.

Dans ce principe général de transfert de chaleur, les différents types de pompes à chaleur varient dans leur conception, certaines utilisant l'air extérieur comme source de chaleur et d'autres utilisant la terre elle-même ou un plan d'eau comme chaleur la source.

1. Pompes à chaleur aérothermiques

Le principe de fonctionnement d'une thermopompe aérothermique est assez similaire au fonctionnement d'un climatiseur central, d'un climatiseur de fenêtre ou encore d'un réfrigérateur. Tous ces appareils transfèrent de la chaleur par le principe par lequel un liquide en expansion dans un gaz se refroidit (de la même manière que la sueur s'évaporant de votre peau refroidit), tandis que le même gaz se réchauffe lorsqu'il est comprimé de nouveau dans un liquide. Des boucles de tuyaux remplies d'un réfrigérant chimique et entraînées par des compresseurs et des détendeurs mécaniques contrôlent comment et où le liquide se dilate en un gaz et est comprimé à nouveau dans un liquide.

La différence entre un climatiseur ou un réfrigérateur standard et un pompe à chaleur aérothermique est que la pompe à chaleur est réversible de sorte que le mécanisme peut soit transférer la chaleur intérieure vers l'extérieur (le cycle de refroidissement) soit transférer la chaleur extérieure vers l'intérieur (lorsqu'il fonctionne comme un appareil de chauffage). Un climatiseur conventionnel, par contre, est une simple pompe à chaleur unidirectionnelle conçue pour absorber uniquement la chaleur intérieure et l'expulser à l'extérieur.

Les pompes à chaleur à air sont la forme la plus courante de pompe à chaleur pour les systèmes de chauffage/refroidissement résidentiels. À l'origine, certaines pompes à chaleur aérothermiques, en particulier les systèmes minisplit, étaient principalement des systèmes de refroidissement et n'étaient pas très efficaces pour fournir de la chaleur dans les régions à sous-gel prolongé températures. Cependant, les systèmes de thermopompe à air d'aujourd'hui offrent une alternative viable aux fournaises électriques ou systèmes de chauffage par plinthes à des températures allant jusqu'à zéro degré Fahrenheit. En mode chauffage, les thermopompes à air peuvent être environ 50 % moins chères que le chauffage d'une maison avec des plinthes électriques ou avec une fournaise électrique à air pulsé. Les pompes à chaleur aérothermiques sont également un peu plus efficaces que systèmes de climatisation traditionnels à éliminer l'humidité d'une maison.

Les thermopompes à air avec un système de soufflage à air pulsé coûtent généralement de 4 000 $ à 8 000 $ à installer. C'est considérablement plus que le coût moyen de remplacement d'une fournaise à air pulsé, mais les économies d'énergie permettront de récupérer rapidement l'investissement supplémentaire. Comparativement à une fournaise électrique à air pulsé, les thermopompes économisent de 30 à 70 % sur les coûts d'exploitation et s'amortissent en cinq à 12 ans.

Pompes à chaleur minisplit sans conduit

Une forme très populaire de pompe à chaleur aérothermique à usage résidentiel est généralement décrite comme une pompe sans conduit ou système minisplit. Ces systèmes fonctionnent au moyen de deux unités mécaniques: une unité extérieure de compresseur/condenseur et une ou plusieurs unités de traitement d'air intérieures contenant un évaporateur. Les appareils de traitement de l'air sont généralement des boîtes rectangulaires qui reposent sur un mur ou un plafond. Des tuyaux en plastique transportent le réfrigérant du compresseur au système de traitement de l'air, qui peut être distant d'une distance pouvant atteindre 50 pieds. Pompes à chaleur minisplit intègrent également une conduite d'évacuation pour permettre à l'humidité condensée de s'écouler à l'extérieur, et ils nécessitent une connexion par câble électrique pour alimenter le ou les appareils de traitement d'air intérieurs et le compresseur extérieur.

En mode refroidissement, la chaleur est absorbée à l'intérieur de la maison lorsque le réfrigérant se dilate à l'intérieur des serpentins de l'unité de traitement d'air. Ensuite, cette chaleur est libérée lorsque le réfrigérant s'écoule vers l'unité extérieure et est comprimé. Ceci est assez similaire à la façon dont une norme climatiseur de fenêtre fonctionne, sauf que les composants du compresseur et de l'évaporateur peuvent être éloignés les uns des autres. Les minisplits sont également beaucoup plus silencieux que les climatiseurs de fenêtre. Une pompe à chaleur minisplit est réversible afin que pendant les journées froides, les unités puissent absorber la chaleur de l'air extérieur et la restituer à l'intérieur.

Les systèmes Minisplit sont excellents pour la rénovation dans une maison sans conduits existants, comme une maison avec un chaudière à vapeur ou à eau chaude et radiateurs. Cela vous permet d'ajouter la climatisation à une maison où il est peu pratique d'ajouter des conduits pour un système à air pulsé, et il a l'avantage supplémentaire de fournir une source de chaleur pour soulager la charge sur la chaudière ou le four.

Ces systèmes offrent une grande flexibilité, car un seul compresseur/condenseur extérieur peut servir jusqu'à quatre unités de traitement d'air intérieur, chacune fonctionnant comme une zone distincte avec son propre thermostat et manette. Le tube qui déplace le réfrigérant entre les composants extérieurs et intérieurs ne nécessite qu'un trou de 3 pouces dans le mur, et puisqu'il n'y a pas de conduits pour irradier l'énergie thermique, ceux-ci sont systèmes très efficaces qui sont jusqu'à 30 pour cent plus efficaces que les climatiseurs centraux à air pulsé, qui perdent une quantité considérable d'énergie aux conduits traversant les murs ou greniers.

En revanche, les minisplits peuvent être plus coûteux à installer qu'un compresseur de climatiseur central qui utilise de l'air pulsé conduits, et ils nécessitent un installateur qualifié pour choisir la bonne taille et positionner les appareils de traitement d'air intérieur correctement. Un système trop volumineux ou dont les appareils de traitement d'air sont mal placés coûtera cher à exploiter.

Selon les statistiques nationales, un système minisplit coûte environ 30 % plus cher à installer qu'un système à conduits traditionnel pour les nouvelles constructions, bien que cela puisse être plus abordable pour les installations de rénovation, où l'installation de nouveaux conduits peut être très compliqué. La moyenne nationale est d'environ 3 000 $ à 4 000 $ pour une unité minisplit de base de 12 000 BTU avec un seul appareil de traitement de l'air intérieur. Prévoyez de dépenser environ 1 000 $ de plus pour chaque appareil de traitement d'air intérieur supplémentaire. Une enquête nationale montre une moyenne de 5 600 $ pour l'installation professionnelle d'un système minisplit.

Bien que cela puisse sembler coûteux, sur la durée de vie du système, vous pouvez très bien récupérer le coût plus élevé grâce à des économies d'énergie.

Pompes à chaleur pour fenêtres

Une entrée relativement nouvelle dans le monde des pompes à chaleur est la pompe à chaleur fenêtre, qui ressemble et fonctionne beaucoup comme un climatiseur de fenêtre, avec une différence importante: il est réversible, il peut donc refroidir ou chauffer une pièce. Les plus petites unités coûtent entre 500 $ et 700 $, tandis que les unités plus grandes avec des cotes BTU aussi élevées que 25 000 peuvent coûter près de 2 000 $. Ces unités peuvent être une bonne option pour les habitants d'appartements qui recherchent une unité à la fois pour refroidir et chauffer une pièce ou pour les propriétaires qui recherchent un moyen de fournir un refroidissement et un chauffage auxiliaires pour une nouvelle pièce ou une pièce finie grenier. De nombreux fabricants de premier plan fabriquent maintenant ces unités de fenêtre de chauffage/refroidissement, notamment Amana, LG, Comfort Aire et General Electric. Ils sont souvent commercialisés sous le nom de « climatiseurs chaud/froid », mais la conception est celle d'une pompe à chaleur à air classique.

2. Pompes à chaleur géothermiques

Les pompes à chaleur géothermiques fonctionnent généralement en faisant circuler une solution d'antigel/réfrigérant qui traverse une vaste boucle de canalisation enterrée dans le sol sous la ligne de gel. Il existe une variété de méthodes pour faire fonctionner ce tube en fonction de la logistique du chantier. Comme pour les systèmes de pompe à chaleur aérothermique, l'antigel absorbe et libère sa chaleur grâce à un cycle de détente/compression dicté par un compresseur mécanique, un détendeur et un évaporateur. Le système capte la chaleur d'un côté et la restitue de l'autre. Pendant la saison de chauffage d'hiver, le système absorbe la chaleur de la terre et la restitue à l'intérieur; le processus est inversé pendant la saison de refroidissement d'été.

Il existe plusieurs variantes dans la façon dont ces systèmes sont raccordés. Les systèmes en boucle fermée utilisent généralement un antigel circulant dans un système scellé de tubes, mais il existe également des systèmes en boucle ouverte qui utilisent les eaux souterraines ou l'eau des lacs/étangs comme fluide de circulation à travers les eaux enterrées tubes. De tels systèmes ne sont possibles que lorsque les réglementations locales et la qualité de l'eau le permettent.

Les pompes à chaleur géothermiques coûtent considérablement plus cher à installer que les autres types de pompes à chaleur, car elles nécessitent des travaux d'excavation importants pour faire passer la tuyauterie souterraine. Attendez-vous à dépenser 15 000 $ à 25 000 $ pour installer une nouvelle pompe à chaleur géothermique avec des tubes souterrains. Cependant, ils coûtent beaucoup moins cher à exploiter de manière continue, ce qui entraîne des économies à long terme. De plus, certains de ces systèmes peuvent également chauffer l'eau pour systèmes de planchers radiants ou pour les robinets à la maison.

3. Pompes à chaleur à eau

Une autre forme de pompe géothermique est celle qui utilise un plan d'eau, comme un lac ou un grand étang, comme source de chaleur. Un système fermé et scellé de tuyauterie remplie de réfrigérant est bouclé à au moins 8 pieds sous la surface d'un plan d'eau approprié, et ce lac ou étang fournit la source de chaleur utilisée par le système. Comme les systèmes géothermiques, un compresseur et un évaporateur changent le réfrigérant à l'intérieur de la tuyauterie du gaz au liquide pour le transférer la chaleur — de l'eau et dans la maison pour la saison de chauffage et de la maison dans l'eau pendant le refroidissement saison.

Les systèmes de source d'eau peuvent être moins chers à installer car il n'y a pas besoin d'excavation étendue pour enterrer la tuyauterie dans la terre, mais ils sont soumis à de nombreuses réglementations car garder la tuyauterie remplie de réfrigérant scellée et isolée de l'eau est essentiel.

4. Pompes à chaleur hybrides

Il existe des systèmes de chauffage/refroidissement résidentiels qui comprennent à la fois une thermopompe et des composants traditionnels de CVC à air pulsé. En plus d'une fournaise à air pulsé, le système comprend une unité de thermopompe extérieure (généralement du type à source d'air) qui gère les fonctions de chauffage et de refroidissement pendant les périodes de faible demande. Pendant les périodes très froides ou très chaudes, le système CVC traditionnel est activé.

Une bonne option dans les climats extrêmes est un système hybride dans les situations où un système de pompe à chaleur uniquement peut ne pas être en mesure de gérer les tâches à tout moment. Ils sont également une bonne option lorsque la fournaise traditionnelle doit être électrique plutôt qu'au gaz naturel. Le chauffage avec une fournaise électrique seule peut être une proposition coûteuse.

5. Pompes à chaleur à absorption

Il existe une autre conception de pompe à chaleur moins courante qui ne rentre pas dans la catégorie des sources d'air, les deux types géothermiques ou la catégorie hybride. Connue sous le nom de pompe à chaleur à absorption, cette conception utilise un cycle d'absorption ammoniac-eau pour fournir le chauffage et le refroidissement. De la même manière qu'une pompe à chaleur standard, le réfrigérant ammoniac est condensé dans un serpentin pour libérer sa chaleur, puis sa pression est libérée par un mécanisme de détente pour absorber la chaleur. Lorsque le système absorbe la chaleur de l'intérieur de votre maison, il fournit un refroidissement; lorsqu'il libère de la chaleur à l'intérieur de votre maison, il fournit du chauffage.

La différence de conception est que dans la pompe à chaleur à absorption, l'ammoniac évaporé n'est pas directement pressurisé par un compresseur mais est plutôt absorbé dans l'eau avant d'être comprimé par un relativement pompe de faible puissance. Pour libérer l'ammoniac dissous de l'eau à l'autre extrémité du cycle, le système nécessite une source de chaleur, telle qu'un brûleur à gaz ou une source de chaleur électrique.

Ces systèmes sont relativement rares pour toutes les maisons d'habitation, sauf les plus grandes. Ils n'ont de sens que pour les maisons de plus de 4 000 pieds carrés.