Qu’est-ce qu’une pompe à chaleur ? Comment ça marche?

Les pompes à chaleur fonctionnent de la même manière que les réfrigérateurs ou les climatiseurs, qui prélèvent l’air chaud d’un espace et l’envoient dans un autre. En hiver, une pompe à chaleur transfère la chaleur de l’extérieur vers l’intérieur et, en été, elle inverse ce processus.

Alors que les températures mondiales moyennes continuent d’augmenter, la demande de climatisation devrait presque quadrupler d’ici 2050, aggravant la crise climatique. L’utilisation de pompes à chaleur à la place peut réduire considérablement les émissions de gaz à effet de serre (GES) des bâtiments. Dans cet article, nous discutons de la façon dont les pompes à chaleur sont l’option la plus durable, ainsi que d’autres avantages, coûts et conseils d’achat pour les acheteurs.

Comment fonctionnent les pompes à chaleur

Il existe deux principaux types de pompes à chaleur, et les deux peuvent fonctionner comme des radiateurs ou des refroidisseurs et des chauffe-eau.

Pompes à chaleur géothermiques

Une pompe à chaleur géothermique (ou « géothermique ») envoie un mélange d’eau, d’antigel et/ou de réfrigérant à travers un réseau de tuyaux enterrés sous la ligne de gel. Lorsque le liquide passe à travers les tuyaux, il agit comme un échangeur de chaleur, absorbant la chaleur de la Terre. Le liquide est ensuite aspiré dans un compresseur, qui le chauffe davantage, créant une vapeur. Un ventilateur dans la pompe à chaleur distribue ensuite l’air chaud à travers des conduits ou des tubes dans tout le bâtiment.

En été, une pompe à chaleur géothermique inverse le processus, extrayant l’air chaud de la maison et le stockant dans le sol.

Pompes à chaleur à air

Une pompe à chaleur air-eau extrait la chaleur de l’air plutôt que du sol. Un ventilateur dans une unité extérieure aspire l’air de l’atmosphère et le fait passer sur des serpentins d’échange de chaleur qui contiennent un réfrigérant liquide avec un point d’ébullition extrêmement bas.

Lorsque le réfrigérant bout, il est alimenté par un compresseur, qui le chauffe davantage. La vapeur comprimée passe ensuite à travers un serpentin similaire dans l’unité intérieure, la chauffant. Un ventilateur libère ensuite la chaleur du réfrigérant dans l’air et la fait circuler dans la maison.

Lorsque le réfrigérant se refroidit, il passe à travers un détendeur (l’opposé d’un compresseur) et retourne à son état liquide. Le réfrigérant est ensuite envoyé dans le serpentin extérieur pour recommencer le processus.

Comme pour une pompe à chaleur géothermique, une vanne d’inversion à l’intérieur de la pompe à chaleur permet au même processus d’agir comme un climatiseur en été.

Durabilité des pompes à chaleur

Plus de la moitié de toute la consommation d’énergie dans les résidences et les bâtiments commerciaux est consacrée au chauffage/climatisation et au chauffage de l’eau. C’est pourquoi les bâtiments commerciaux et résidentiels contribuent à 34 % des émissions mondiales de gaz à effet de serre (GES), dont 13 % de toutes les émissions de GES aux États-Unis.

La capacité des pompes à chaleur à réduire ces émissions dépend de nombreux facteurs, notamment la source d’électricité utilisée pour faire fonctionner les pompes à chaleur. En 2021, 40 % de l’électricité aux États-Unis provenait de sources de combustibles non fossiles, donc dans une grande partie des États-Unis, une pompe à chaleur électrique sera plus propre que la combustion de combustibles fossiles dans votre sous-sol. Plus sûr aussi : entre 2010 et 2015, 2 244 Américains sont morts d’une intoxication involontaire au monoxyde de carbone (CO), qui résulte de la combustion incomplète de combustibles fossiles. La plupart des décès causés par le CO surviennent en hiver.

Utilisez vos propres panneaux solaires sur le toit pour faire fonctionner votre pompe à chaleur, et vous avez presque éliminé les émissions de GES et de monoxyde de carbone potentielles créées pour chauffer et refroidir votre maison.

Coûts et efficacité

L’achat d’une thermopompe peut être plus rentable que l’achat d’une fournaise au gaz et d’un système de climatisation.

L’entreprise de rénovation domiciliaire Modernize estime que le coût initial moyen d’une pompe à chaleur à air se situe entre 3 500 $ et 5 200 $, certaines coûtant plus de 1 800 $ selon la complexité de l’installation. Les guides de prix des fournaises indiquent que le coût moyen d’une fournaise au gaz est de 3 980 $, avec une fourchette de 1 690 $ pour une fournaise de base (avant l’installation) à 6 910 $ pour l’installation d’un modèle à haut rendement.

Le coût initial d’une pompe à chaleur géothermique peut être beaucoup plus élevé, de 10 000 $ à 30 000 $ pour la plupart des systèmes, compte tenu du creusement et de la tuyauterie qui doivent être effectués.

Gardez à l’esprit que les pompes à chaleur remplacent non seulement les systèmes de chauffage, mais également les systèmes de refroidissement – vous obtenez une offre deux en un, avec le potentiel d’économiser des milliers de dollars. (La moyenne nationale pour un nouveau système de climatisation central est d’environ 5 600 $, plus l’installation.)

Efficacité énergétique

Les pompes à chaleur à air sont capables de « fournir jusqu’à trois fois plus d’énergie thermique à une maison que l’énergie électrique qu’elle consomme » selon la région, selon le Département américain de l’énergie. Cela peut être plus du triple de l’efficacité d’une nouvelle fournaise au gaz naturel, la plus efficace de toutes les fournaises à combustible fossile. (Une ancienne fournaise peut être aussi peu efficace qu’une nouvelle.) Les pompes à chaleur géothermiques sont encore plus efficaces, réduisant la consommation d’énergie de 44 % par rapport aux pompes à chaleur à air.

Les coûts d’exploitation

En raison de leur efficacité accrue, le coût de fonctionnement annuel d’une thermopompe est presque toujours inférieur à celui d’une fournaise au gaz, selon les besoins de chauffage de la maison, le prix de l’électricité et le prix du gaz naturel.

Dans tous les États sauf quatre (Alaska, Hawaï, Michigan et Nouveau-Mexique), il en coûte moins cher de chauffer une maison avec une pompe à chaleur à air qu’avec une fournaise à gaz à haut rendement. Dans l’État où l’écart de coût est le plus drastique (Maine), les économies sur 15 ans d’une pompe à chaleur par rapport à une fournaise au gaz s’élevaient à plus de 13 000 $. C’est le prix de votre prochain système de chauffage.

Bien que l’efficacité et le coût de fonctionnement d’une thermopompe et d’un climatiseur central soient comparables, les coûts de fonctionnement d’un climatiseur de fenêtre ont tendance à être plus élevés lorsqu’il est utilisé pour refroidir plusieurs pièces d’une maison.

Coûts énergétiques stables

Les climatiseurs et les systèmes CVC sont les appareils les plus gourmands en électricité de votre maison, représentant 12 % des dépenses énergétiques moyennes des ménages aux États-Unis. (Dans le Sud, ce montant peut atteindre 27 %.) Avec l’augmentation continue des températures moyennes due au changement climatique, ces dépenses ne feront qu’augmenter. Fonctionnant à l’électricité, les pompes à chaleur peuvent aider à réduire au minimum ces augmentations de coûts.

Les coûts des combustibles fossiles – le principal moteur de l’inflation – sont historiquement beaucoup plus volatils que les coûts de l’électricité, qui sont souvent soumis à la réglementation des services publics par l’État. (Bien sûr, sur les marchés où l’électricité est produite à partir de combustibles fossiles, les deux coûts sont liés.) Comme indiqué ci-dessus, le réseau électrique américain est déjà alimenté à 40 % par des sources non fossiles. À mesure que de plus en plus d’énergie renouvelable à moindre coût et à prix stable entrera dans le réseau américain, les avantages économiques des pompes à chaleur électriques seront de plus en plus clairs, permettant aux consommateurs et aux entreprises américains de compter sur des coûts de chauffage et de refroidissement stables à un moment où leurs besoins énergétiques domestiques peuvent être en hausse.

Motivations financières

Les incitations fédérales et étatiques peuvent réduire encore plus le coût des pompes à chaleur. La Loi sur la réduction de l’inflation de 2022 prévoit des crédits d’impôt pour l’achat et l’installation d’une thermopompe jusqu’à 2 000 $. Vous pouvez également rechercher des incitations gouvernementales nationales et locales disponibles dans votre région. Votre service public d’électricité local peut également offrir des incitations à changer.