Lexique

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Le coefficient de performance, ou COP

(parfois CP), d'une pompe à chaleur est le quotient de la chaleur fournie par le travail fourni ou Q est la chaleur utile fournie par le compresseur et W est le travail mécanique absorbé par le compresseur. (Nota: COP est sans unité, par conséquent dans cette équation, chaleur et travail doivent être exprimés dans la même unité.)

D'après la première loi de la thermodynamique, dans un système réversible, on peut montrer que Qchaud = Qfroid + W et W = Qchaud - Qfroid, où Qchaud est la chaleur reçue par le réservoir froid et Qfroid la chaleur fournie par le réservoir chaud.
Ainsi, en remplaçant par W,

Pour une pompe à chaleur fonctionnant avec une efficacité théorique maximum (i.e. efficacité de Carnot), on peut montrer que  et , où Tchaud et Tfroid sont respectivement la température du réservoir chaud et du réservoir froid.

De même, ces équations utilisent la température absolue, comme l'échelle Kelvin. Par exemple, pour une différence de température de 20° et une température chaude de 300 K (25 °C), le COPchauffagemaximum est de 15. C'est la limite absolue qu'aucun appareil ne pourra jamais dépasser. En pratique, un COP de 5 est déjà excellent (et bien suffisant, Cf. infra).

On observe que COPrefroidissement = COPchauffage - 1.

COPchauffage s'applique aux pompes à chaleur et COPrefroidissement s'applique aux climatiseurs et aux réfrigérateurs. Pour les appareils de chauffage, consulter l'article sur l'efficacité énergétique.

Conditions de fonctionnement

Le COP dépend évidemment de la qualité de l'appareil et, on l'a vu, de la différence de température, mais il est également sensible à d'autres conditions. Le givrage est par exemple un obstacle pratique qui impose des adaptations techniques ayant un effet négatif sur le COP dès que la température du côté froid s'approche de 0 °C.

Exemple

Une pompe à chaleur avec un COP de 3,5 apporte 3,5 unités de chaleur pour chaque unité d'énergie consommées (e.g. 1 kW consommés produit 3,5 kW de puissance thermique). Sur ces 3,5 unités, 2,5 sont extraites de la source froide (chaleur puisée par les capteurs implantés en extérieur) et 1 est l'énergie de fonctionnement de l'appareil.

En sens inverse, pour apporter une chaleur de 1, une pompe à chaleur a besoin de consommer une énergie de 1/COP et extrait le reste : l'énergie "gratuite" est de 1 - 1/COP. Cette énergie gratuite permet à une PAC d'être plus économique que la meilleure des chaudières, dans la mesure où le rapport de prix entre l'électricité dont la PAC a besoin et celui de l'énergie de la chaudière est inférieur au COP ; avec un COP supérieur à 3, cette condition est en pratique remplie. À partir de cette valeur, en effet, le système compense les pertes qui ont eu lieu au cours de la production électrique (pertes de production, de transport, etc. qui font qu'environ un tiers de l'énergie primaire seulement est disponible sous forme d'électricité chez le consommateur).

La proportion d'énergie gratuite implique en outre que l'augmentation du COP présente un intérêt surtout quand il est bas (proche de 1), mais la rentabilité des gains de performances est fortement décroissante : trois appareils de COP respectif 2, 3 et 4 fournissent respectivement 50%, 67% et 75% d'énergie gratuite, ce qui veut dire qu'on gagne 50% (par rapport à un radiateur électrique par exemple) en adoptant le premier, seulement 17 % de plus en adoptant le second, et enfin 8 % supplémentaire avec le troisième. Par exemple le doublement du COP entre un appareil très bas de gamme (COP de 2,5, soit 60% d'énergie gratuite) et un très haut de gamme (COP de 5, soit 80% d'énergie gratuite) se traduit seulement par une économie supplémentaire de 20 % sur la facture de référence.

En réfrigération, ce qui compte c'est la chaleur extraite et, comme vu plus haut, COPrefroidissement = COPchauffage - 1. Un réfrigérateur fonctionnant avec un COPrefroidissement de 2 extrait 2 unités de chaleur pour chaque unité d'énergie consommée (e.g. un système d'air conditionné consommant 1 kW retire 2 kW de chaleur à un bâtiment).

Les différents systèmes

Certaines PAC ont pour source froide l'air extérieur ou rejeté par la ventilation (air-air ou air-eau), d'autres un circuit d'eau (eau-eau, plus rarement eau-air). La source chaude est définie par le deuxième terme et consiste soit en un circuit d'eau, soit en l'air du volume habitable.

Pompe à chaleur géothermique

Les PAC utilisant la chaleur du sol sont appelées pompe à chaleur géothermique. Cette appellation peut prêter à confusion avec le chauffage urbain géothermique qui utilise la chaleur à haute température du sous-sol profond, mais c'est un système très différent. Un capteur de sol est souvent constitué d'un circuit d'eau glycolée enterré en moyenne à soixante-dix centimètres de profondeur, en général sous un jardin. Ces systèmes sont utilisés pour transférer de l'énergie du sol vers une habitation, pour les besoins en chauffage l'hiver. Ces systèmes sont économiques par rapport au prix d'installation d'une PAC et plus performants.

Le chauffage au sol dans l'habitat (plancher chauffant), alternative aux radiateurs traditionnels, est une bonne source chaude car il ne nécessite pas une température élevée. Dans le cas opposé, les radiateurs doivent être sur-dimensionnés pour pouvoir fonctionner à « basse température ». S'ils ne le sont pas, une autre source d'énergie sera nécessaire pour augmenter la température du circuit et assurer leur fonctionnement (voir limitation de la température dans le chapitre précédent).

Pompe à chaleur à air/air

D'autres pompes à chaleur qui utilisent l'air comme source froide (refroidissement de l'air pour chauffer de l'eau de piscine par exemple)  le rendement légèrement inférieur compense aisément l'absence de coûts élevés liés aux impétrants. Les risques de givrage existent bel et bien lorsque la température de l'air extérieur est basse et l'hygrométrie élevée mais les techniques modernes tel le ZOUBADAN de MITSUBISHI ELECTRIC n'en n'a cure. L'investissement est revanche être bien moins important.

Les systèmes vendus au grand public ont une puissance thermique de 15 à 20 kW ce qui est équivalent à la gamme basse de puissances des chaudières au gaz ou au fioul.

Certains modèles sont inversibles (ou, improprement: "réversibles"), c'est-à-dire capables de transférer de la chaleur de la maison vers l'extérieur. Ces machines ont l'avantage de pouvoir servir de climatisation si les échangeurs de chaleur s'y prêtent : le plancher chauffant a une capacité relativement limitée à devenir plancher rafraîchissant mais les radiateurs ne conviennent pas (question d'aire d'échange et de génération de condensats) : il faut les remplacer par des ventilo-convecteurs nettement plus coûteux et générant d'autres contraintes (alimentation électrique, évacuation des condensats).

Les pompes à chaleur air/air peuvent utiliser l’air issu d’un puits canadien (ou puits provençal) pour alimenter l’entrée d’air et améliorer ainsi leur efficacité. Dans la pratique, le débit d'air brassé réduit très fortement cet intérêt : le puits canadien ou provençal n'est efficace qu'avec un débit et une vitesse d'air limités.

En général, un puits canadien sert plutôt à réchauffer un tant soit peu l'air neuf admis dans le bâtiment. Avec de tels débits d'air, il vaut mieux récupérer l'énergie sur l'air rejeté et, éventuellement, réchauffer l'air neuf avec l'énergie récupérée. Il existe des PAC à double flux air-air qui réalisent cet échange tout en assurant les débits d'air et donc le renouvèlement d'air contrôlé à l'intérieur du bâtiment.

Une pompe à chaleur traditionnelle fonctionne uniquement en mode tout ou rien, c'est-à-dire qu'elle s'arrête lorsque la température souhaitée est atteinte et redémarre dès que l'installation demande de la chaleur. Par contre, une pompe à chaleur inverter adapte sa puissance en fonction des besoins thermiques de l'installation. Pour cela, elle fait varier la vitesse du moteur du compresseur.

Avantages et inconvénients des différents types de pompes
Voici un rapide résumé des avantages et inconvénients des différents types de pompe à chaleur, pour en savoir plus, visitez chaque chapitre ou le comparatif pompes à chaleur.

Ces différents modèles présentent des avantages et inconvénients

Pompe à chaleur air air :
Moins chère, facile à installer, compatible avec votre installation actuelle, utilisable en appartement, peut chauffer et climatiser.
Les pompes de moins bonne qualité peuvent être bruyantes.

Pompe à chaleur air eau :
Assez performant : possible sans chauffage d'appoint pour les systèmes les plus performants.
Moins chère que sol eau ou eau eau, utilisable en appartement, peut chauffer, climatiser et chauffer l’eau sanitaire.
Compatible uniquement avec radiateurs basse température et/ou plancher chauffant.

Pompe à chaleur sol :
Bonne performance, peut fonctionner en autonomie sans chauffage d’appoint, permet de chauffer l’eau chaude sanitaire et dans certains cas de rafraîchir, technologie bien maitrisée.
Compatible uniquement avec radiateurs basse température et/ou plancher chauffant.
Nécessité d’un « grand jardin » si capteurs horizontaux, surcoût du forage si capteurs verticaux.

Pompe à chaleur eau :
Bonne performance, peut fonctionner en autonomie sans chauffage d’appoint, permet de chauffer l’eau chaude sanitaire et dans certains cas de rafraîchir.
Compatible uniquement avec radiateurs basse température et/ou plancher chauffant.
Nécessite d’avoir un point d’eau ou une nappe à proximité (dans ce cas forage nécessaire).

Fonctionnement de la PAC

La pompe à chaleur géothermique

aussi appelée géothermie domestique, utilise la chaleur contenue dans le sol pour alimenter un réseau de chauffage comme un plancher chauffant ou des radiateurs.
Ce principe, connu depuis de nombreuses années, a subi de notables évolutions techniques qui lui permettent de rivaliser avec les moyens de chauffage « traditionnels ». Une PAC dite réversible (ou inversible) permet notamment au plancher de devenir rafraîchissant en période estivale.

La pompe à chaleur à eau « traditionnelle »

utilise une source d'eau : puits, rivière, lac, ruisseau, eaux souterraines, il faut vérifier que cette source est disponible en quantité suffisante, que son utilisation est autorisée (administration des eaux et services sanitaires) et que le rejet ou retour d'eau refroidie s'effectue dans des conditions acceptables pour l'environnement. Néanmoins, un échangeur est conseillé entre la source d'eau brute et le circuit « source froide » pour des questions de corrosion et d'encrassement.

La pompe à chaleur à air utilise l'air extérieur

toujours disponible en abondance et sans problèmes de rejet.Le zéro absolut étant situé à -273°C la marge est énorme et le système unique  ZUBADAN de MITSUBISHI ELECTRIC permet de capter de l'énergie jusqu'à -15°C sans appoint électrique et sans perte de puissance. A -25°C cette technologie unique fournit encore 65% de sa puissance !!!

Circuit de captage

Pour les habitations individuelles ou les petits immeubles, la plupart des pompes à chaleur « géothermiques » captent l'énergie du sol par un circuit constitué de tuyaux de polyéthylène. Il existe deux types de captage :

capteurs horizontaux : enterré à environ un mètre sous la surface, le circuit est constitué de boucles (par exemple sous le jardin). La surface occupée par les capteurs dépend de la nature du sol, il peut occuper environ deux fois la surface à chauffer, soit par exemple 400 m² pour une surface à chauffer de 200 m². Cet espace peut être planté de gazon ou de petits arbustes, mais ne peut accepter d'arbres aux longues racines.

capteurs verticaux : le circuit comporte un tuyau formant une seule boucle verticale. Il nécessite un forage en profondeur (environ 80 m), ou en faible profondeur (environ 30 m) dans le cas d'un captage à détente directe. Plus coûteux, il présente l'avantage d'occuper moins de surface au sol. Les capteurs verticaux sont également appelés « sondes géothermiques ».
Le circuit de captage de la pompe à chaleur à air est généralement absent quand la pompe est extérieure: elle aspire et rejette dans son environnement; certains modèles intérieurs ou dans des locaux techniques aspirent et rejettent par des conduits. Les capteurs distant doivent néanmoins être raccordés par le circuit frigorifique chargé de fréon.

Le circuit de captage de la pompe à chaleur à eau est constitué d'une pompe de circulation, d'un point de prélèvement avec crépine et filtre et d'un rejet.

L'appareil de la PAC

Schéma de principe d'une PAC à détente directeL'appareil, qui prélève de la chaleur à la source froide grâce au circuit de captage, dispose de quatre organes principaux.:

le condenseur (source chaude) : le fluide frigorigène libère sa chaleur au fluide secondaire (eau, air...) en passant de l'état gazeux à l'état liquide,

le détendeur : il réduit la pression du fluide frigorigène en phase liquide.

l'évaporateur (source froide) : la chaleur est prélevée au fluide secondaire pour vaporiser le fluide frigorigène.

le compresseur : actionné par un moteur électrique, il élève la pression et la température du fluide frigorigène gazeux en le comprimant
Il existe deux technologies différentes :

la détente directe : elle se compose d'un seul circuit. Le fluide frigorigène passe directement dans le sol chauffant ou les convecteurs. Le circuit de captage joue le rôle d'évaporateur et le circuit de chauffage celui de condenseur.

les fluides intermédiaires : la PAC possède un circuit séparé pour le captage, la pompe à chaleur et le chauffage. Ce système est un peu plus coûteux mais plus performant, notamment pour le rafraîchissement, et il contient bien moins de fluide frigorigène.
Il existe également des systèmes mixtes.

Le circuit de chauffage

On utilise principalement trois types d'émetteurs de chauffage :

• Le plancher chauffant
• Les ventilo-convecteurs
• Les radiateurs basse température

Il est important de retenir que les pompes à chaleur n'offrent une efficacité intéressante qu'à la condition d'être reliées à des émetteurs dimensionnés pour des températures basses. En effet, les coefficients de performance annoncés par certaines publicités à des températures d'eau élevées sont fantaisistes. Les radiateurs peuvent parfois être ré-utilisés s'ils sont adaptés au chauffage à basse température ; ce peut être le cas pour des installations anciennes dimensionnées pour un fonctionnement en thermosiphon : les dimensions de canalisations et de radiateurs peuvent permettre de chauffer à basse température avec un débit très supérieur à celui du thermosiphon grâce aux accélérateurs modernes. Il est également possible de redimensionner certains radiateurs en fonction du besoin propre au local concerné afin de compenser la baisse de température par une surface d'émission supérieure. C'est la solution retenue le plus couramment en cas de rénovation d'une installation existante.

Fonctionnement d'une pompe à chaleur géothermique à fluides intermédiaires

Cycle thermodynamique
Le fluide circulant dans une pompe à chaleur subit un cycle de transformation composé de quatre étapes :

À la sortie du compresseur, le fluide est sous forme gazeuse à haute pression et sa température est élevée.
Dans le condenseur, le fluide passe à l'état liquide et cède de l'énergie qui est transférée vers l'extérieur (circuit de chauffage) sous forme de chaleur.
À la sortie du condenseur, le fluide (liquide) voit sa température fortement diminuer.
Dans le détendeur, l'énergie du fluide (son enthalpie) reste constante.
À la sortie du détendeur, le fluide est à l'état liquide basse pression. Sa température baisse dès qu'il peut (un tant soit peu) s'évaporer.
Dans l'évaporateur, le fluide récupère de l'énergie sous forme de chaleur en s'évaporant. La pression reste constante et le fluide devient totalement gazeux.
À la sortie de l'évaporateur, le fluide est tempéré (environ 5 °C) et à faible pression.
Dans le compresseur, le gaz est comprimé et passe donc d'une basse pression à une pression plus élevée grâce à l'énergie mécanique fournie par le compresseur. Sa température s'élève suivant la loi de Mariotte.
Fluide frigorigène
Article détaillé : fluide frigorigène.
Les fluides frigorigènes les plus couramment utilisés pour les PAC sont :

le R407C
le R410A
Les plus anciennes fonctionnent encore avec des gaz qui sont maintenant interdits comme le R22. Ces fluides sont soumis à une récupération obligatoire du gaz dans une bouteille de transfert pour être traitée. Ces gaz étaient nocifs pour la couche d'ozone.

La notion de pollution intérieure

désigne les formes de pollution touchant les milieux clos tels que les habitations ou les lieux de travail. De nombreuses sources de polluants plus ou moins toxiques contribuent à former un environnement dangereux pour l'homme sur le long terme. La pollution de l'air intérieur est le problème le plus étudié.

Si aujourd'hui les polluants, présents dans l'air extérieur, commencent, ainsi que leurs effets à être connus et quantifiés, il n'en est pas de même pour la pollution de l'air en milieux fermés où nous passons l'essentiel de notre temps.

Enjeux

Dans les pays riches, les gens passent en moyenne 80% à 90% de leur temps dans les bâtiments et des habitacles de véhicules, Chaque jour nous respirons en moyenne 15 000 litres d'air. Les personnes les plus fragiles développent souvent des maladies respiratoires (asthme, allergies, cancers) plus ou moins dues à cette pollution.
Ceci explique l'intérêt croisant des environnementalistes, des autorités sanitaires et du monde médical pour cette pollution discrète, qui fait de plus en plus l'objet d'études sanitaires et scientifiques.

Aux États-Unis cette pollution à le nom d'indoor pollution et est prise en compte par les autorités depuis plusieurs décennies.

Ce qu'on sait

Initialement, la médecine galénique s'est intéressée à la circulation de l'air à l'intérieur des espaces clos mais ensuite ce domaine a été longtemps occulté par celui de la pollution de l'air ambiant, extérieur. Au dix-neuvième siècle, Raspail avait pourtant mis l'accent sur la pureté de l'air qui était menacée par une mauvaise circulation de l'air et divers produits, notamment les peintures au plomb. Il a affirmé : "L’air pur est le pain de la respiration"[1].

Sources connues de pollution intérieure

Voici quelques sources de pollution intérieure :

les aérosols, dont spores de moisissures
le tabagisme
poussière, fibres et particules (d'origines biologique ou minérales ou provenant des fumées (cuisson, tabagisme...)
les microbes (bactéries, virus..)
les émanations, dont de formaldéhyde et autres composés organiques volatils provenant des peintures, colles, vernis, et les pesticides qui s'évaporent du bois qui en a été imprégné, ou ceux qui ont été utilisés par les usagers (bombes insecticides ou acaricides par exemple, ou produits antiparasitaires utilisés sur les animaux domestiques)....
la cuisson électrique et/ou au gaz des aliments (grillades, fritures, notamment les cuissons à haute température (au four, en friture) sont sources de nombreux micro-polluants [réf. nécessaire]
selon le « Plan Particules », intégré dans le deuxième Plan National Santé Environnement (PNSE 2), le chauffage domestique au bois a également un impact négatif sur la qualité de l'air intérieur, du fait des émissions de benzène notamment[2].
le radon
les produits ménagers, désinfectants chlorés notamment libèrent des substances chimiques toxiques dégradant la qualité de l'air intérieur du logement, même s'ils contribuent par ailleurs quand ils sont bien utilisés à assainir certaines parois.
Nanoparticules : par leur finesse et parce qu'elles se comportent comme des gaz elles pénètrent facilement les habitations à partir de l'extérieur

Actions

Il n'y a pas encore de consensus sur des indices de qualité de l'air intérieur[3]. L'OMS travaille à des valeurs guides pour l'Europe[4] [5]. Dans plusieurs pays, des agences et des conseillers et/ou des Observatoires de la qualité de l'air intérieur ont été mis en place sur le thème de l'air intérieur (on a ainsi montré qu'en France, 1/3 des logements étaient mal ou insuffisamment aérés [6].
En France, des conseils Médicaux en Environnement Intérieur (CMEI) ont été créés sous l'égide de la direction générale de la santé et intégrés dans le Plan National Santé Environnement (PNSE) pour aider et conseiller le public ou les aménageurs (65 CMEI en France mi-2006)[7]. Des programmes tels que Phyt'air cherchent à utiliser les plantes pour améliorer l'air intérieur. Le Grenelle de l'environnement a prévu un nouveau plan santé-environnement développant ces aspects. Air intérieur : création d'une une cellule d'appui

Dans le cadre du Grenelle de l’environnement et du PNSE 2 (second Plan National Santé Environnement), l'INERIS et le Centre scientifique et technique du bâtiment (CSTB) ont en Juillet 2009 créé une cellule d'appui à la gestion des situations d’urgence concernant l’air intérieur (avec un coordonnateur et deux ingénieurs d’ astreinte 24h sur 24), à l'attention des autorités nationales, territoriales et municipales gérant des établissements recevant du public et pour les cas où les premières réactions sont déterminantes[8].

Un dossier de presse du ministère de l'écologie présente une synthèse des mesures proposées par le groupe de travail Air de la deuxième version du Plan National Santé Environnement (PNSE 2); ce groupe cible particulièrement le chauffage domestique au bois comme ayant un impact sur la qualité de l'air intérieur, du fait des émissions de benzène notamment. Suit un chapitre sur la qualité de l’air intérieur, et la création d’indices de mesure[2]

Étude réalisée

En mars 2009, l’Association Santé Environnement France a lancé une étude sur la qualité de l’air dans dix crèches en France. Trois molécules ont été analysées, au rang desquelles le Benzène et le Formaldéhyde qui sont des cancérigènes avérés et les Phtalates qui engendrent des troubles de la fertilité. Toutes se retrouvent dans le mobilier ou dans les matériaux utilisés pour la construction de la crèche. Or, dans une majorité de crèches, les taux de benzène et de formaldéhyde dépassent les valeurs de référence de l’Organisation Mondiale de la Santé. Lire dans son intégralité le point de vue des médecins de l'ASEF sur l'air interieur des crèches[1]

Le cas particulier des pesticides

Pour combler une lacune de connaissance et certains besoins en toxicologie, expologie et biomonitoring humain (BMH), une étude « EXPOPE » Initiée en par l’INERIS a en France, avec une université [9] porté sur plus de 130 enfants franciliens de 6 et 7 ans vivant en pavillons ou appartements, avec ou sans jardin et animaux domestiques. Les chercheurs ont recherché 31 pesticides (insecticides, herbicides et fongicides choisis comme indicateurs pour leur utilisation, leur toxicité et/ou leur rémanence) dans l’air intérieur, les poussières, sur la peau des mains et dans l’urine des enfants. Parallèlement un questionnaire a permis d’évaluer le degré d’exposition directe des enfants.
Résultats : au moins un pesticide était présent dans 94 % des foyers (insecticide en général). L’alpha-HCH, le propoxur et le lindane (insecticide utilisé depuis 1938 pour traiter planches et charpentes, interdit en 1998 en France, mais très rémanent) étaient les plus fréquents.

L’origine de ces molécules (jusqu’à plusieurs centaines de nanogrammes par m3, taux relativement faibles comparés à ceux de formaldéhyde (qui se compte plutôt en µg/m3), mais pour des produits pour lesquels il n’y avait pas encore de valeur-seuil ou de norme, et dont certains peuvent agir comme perturbateur endocrinien, c'est-à-dire à très faibles doses) a rarement pu être précisée : 87 % des familles avaient néanmoins utilisé au moins un pesticide dans l’année (insecticide le plus souvent) et plus de 25 % ont signalé l'intervention d'un professionnel de la désinsectisation dans l’immeuble ou la maison. Le lindane et l’alpha-HCH étaient plus fréquents dans l’habitat ancien . Des variations saisonnières sont observées, également liées au type d’habitat et à la présence de plantes d’intérieur. Les maisons contenaient plus de propoxur que les immeubles. Divers métabolites et produits de dégradation de pesticides ont été détectés dans les urines. On ne peut aujourd'hui faire la part des sources externes et intérieures et de certains transferts (sol (pédologie)|terre sous les chaussures, etc.).

L’étude ne visait qu’à vérifier si des pesticides étaient présents dans l’air intérieur et si les enfants y étaient exposés (on sait qu’ils sont plus sensibles à ces produits que l’adulte) et non à mesurer leur impact sur la santé.

Facteurs de risque

Le manque d'aération ou le manque d'entretien des installations d'aérations
une ou des source(s) extérieure (proche) de polluants
apports réguliers ou occasionnels de polluants via les habits, chaussures ou objets contaminés
travaux intérieurs (peinture, ponçage, décapage, désinfection...)

Panneaux solaires thermiques

Le capteur solaire thermique (ou capteur héliothermique) est un dispositif conçu pour recueillir l'énergie provenant du soleil et la transmettre à un fluide caloporteur. Par analogie au capteur photovoltaïque qui produit de l'électricité un capteur solaire thermique peut également être désigné par capteur photothermique. Tout comme la transmission de la lumière, la chaleur utilise une onde électromagnétique propulsée par des photons lesquels sont des quantas d'énergie résultant de l'interaction électrons-protons.

Catégories

Il existe différents types de capteurs solaires thermiques selon la nature du fluide caloporteur utilisé et le niveau de température qu'ils permettent d'atteindre.

On distingue généralement les capteurs à air des capteurs à eau. Les capteurs à eau se répartissent en trois familles :

les capteurs non-vitrés (ou capteurs moquette), d'une structure très simple (réseau de tubes plastiques noirs) utilisés essentiellement pour le chauffage de l'eau des piscines en été.
les capteurs plans vitrés : le fluide (eau, souvent avec anti-gel) passe dans un serpentin derrière une vitre. Ils sont peu coûteux, fonctionnent avec un bon rendement, mais seulement pendant l'été.
les collecteurs à tubes sous vides : le fluide caloporteur circule à l'intérieur d'un double tube sous vide. Le vide étant un isolant presque parfait, ils fonctionnent aussi bien en été qu'en hiver, mais sont aussi plus onéreux.
 Efficacité, rendement [modifier]
En 2008 la plupart des capteurs solaires thermiques approchent des rendements d'absorption optique de 80%[1]. Les différences de performances et les progrès réalisés se font essentiellement sur la réduction des pertes par convection (isolement par le vide) et par rayonnement (optimisation des corps noirs et des verres). La géométrie des capteurs à tube permet également une surface d'absorption indépendante de l'angle d'incidence transversal du rayonnement solaire. Ces progrès permettent de produire de l'énergie lorsque les conditions d'ensoleillement sont dégradées.

Dans les capteurs thermiques à eau, l'eau circule dans des tubes munis d'ailettes. Pour obtenir un meilleur rendement, l'ensemble est placé dans une boîte vitrée isolante afin d'obtenir un effet de serre. Avec un ensoleillement important, et si les besoins en énergie sont modérés, un simple réseau de tubes à ailettes peut suffire. Les ailettes, qui forment ce qu'on appelle l'absorbeur, sont chauffées par le rayonnement solaire et transmettent leur chaleur à l'eau qui circule dans les tubes.

Les premiers absorbeurs étaient peints en noir afin de capter un maximum d'énergie lumineuse. Mais le noir a l'inconvénient d'avoir un rayonnement important, ce qui finit par échauffer la vitre et provoquer des pertes à travers celle-ci. C'est pourquoi on préfère utiliser des absorbeurs traités au chrome, ce qui donne un corps noir dont le rayonnement est beaucoup plus faible. On parle de surfaces sélectives, elles absorbent bien le rayonnement solaire visible (où se situe la grande partie de l'énergie provenant du Soleil, corps noir à haute température) mais réémettent peu dans l'infrarouge (rayonnement de l'absorbeur, corps noir à relativement basse température).

De nombreuses autres innovations techniques ont permis d'augmenter le rendement des panneaux thermiques, telles que :

des vitres traitées pour empêcher le rayonnement, qui laissent passer jusqu'à 95% de la lumière grâce à leur faible teneur en oxyde de fer
des tubes transparents "sous vide" pour éviter les déperditions thermiques convectives de l'absorbeur
des assemblages tubes-ailettes parfaitement solidaires réalisés par soudure aux ultra-sons et par laser...
Les capteurs solaires à eau sont utilisés pour le chauffage et/ou pour produire de l'eau chaude sanitaire (ECS) dans un chauffe-eau solaire.

Dans les capteurs thermiques à air, c'est de l'air qui circule et qui s'échauffe au contact des absorbeurs. L'air ainsi chauffé est ensuite ventilé dans les habitats pour le chauffage ou dans des hangars agricoles pour le séchage des productions.

En France, le "Plan Soleil", lancé en 2000 par l'ADEME pour les chauffe-eau solaires et la production de chaleur, incite les particuliers à s'équiper en solaire grâce à des aides de l'État.

Applications

Les panneaux solaires thermiques sont employés sous toutes les latitudes pour plusieurs utilisations : chauffage des piscines, chauffage de l'eau sanitaire, chauffage des locaux, climatisation solaire...

 Chauffage et eau chaude combinés, couverture de 60 % des besoins (bâtiments neufs) [modifier]
Trois conditions doivent être réunies à la construction pour obtenir la couverture solaire totale des besoins:

Orientation optimale du bâtiment par rapport à l'ensoleillement (dans l'hémisphère nord, orientation Sud), qui permet le placement optimal de panneaux thermiques en quantité suffisante.
Très bonne isolation thermique du toit, des murs extérieurs et de TOUTES les ouvertures et fenêtres.
Place suffisante faite à un gros réservoir saisonnier d'eau bouillante placé au sol au centre de la maison.
Les expériences faites en Suisse allemande sont bonnes, avec un recul d'environ 25 ans.

Eau chaude solaire

Le chauffe-eau solaire est la principale utilisation des panneaux solaires thermiques du fait de sa rentabilité et de la faible évolution saisonnière des besoins d'eau chaude, souvent aussi important en été qu'en hiver. Les économies procurées permettent d'amortir l'installation bien avant sa fin de vie.

L'énergie solaire captée dans la journée est stockée sous forme d'eau chaude dans un ballon de quelques centaines de litres (pour une maison). Sous la latitude de Paris, une autonomie de plusieurs jours, en été, est possible avec une surface de capteurs suffisante (1 à 2 m² par personne), et un volume du ballon de l'ordre de 80 à 100 litres par utilisateur. Afin de compenser les insuffisances d'ensoleillement, un appoint est nécessaire. On utilise dans la plupart des cas une résistance électrique raccordée au réseau, avec une régulation adaptée.

Dans les régions chaudes, les capteurs solaires utilisés sont souvent rudimentaires : un réservoir peint de couleur sombre, un long tuyau déroulé sur un toit...

En France, pour les installations thermiques solaires de plus de 50m², un télé-suivi des installations est imposé par l'ADEME en contrepartie des subventions versées. Ce suivi permet de garantir les résultats solaires (GRS) en impliquant dans le projet le constructeur des panneaux, le bureau d'étude ayant conçu l'installation, l'installateur et l'entreprise en charge de la maintenance. Ce suivi est impératif car le dysfonctionnement d'une installation solaire thermique est indolore puisqu'en cas d'arrêt, la production d'eau chaude est assurée par l'appoint.

Chauffage solaire

En combinant une isolation et une ventilation performante, une conception bioclimatique permettant de capter et redistribuer les apports solaire passivement, et le recours à une installation solaire active pour l'eau chaude sanitaire et le complément de chauffage, il est possible de couvrir près de 80 % des besoins de chauffage et 60 % des besoins thermiques d'eau chaude sanitaire, gratuitement. Une telle couverture est néanmoins obtenue moyennant un investissement élevé (mais il existe des aides financières), et une adaptation de l'architecture du projet.

Chauffage solaire par air

Le choix d'un chauffage solaire par air nécessite une adaptation de l'architecture. Un système de chauffage solaire passif peut ne comporter qu'une grande verrière que l'on occulte par un rideau extérieur lorsque le besoin de chauffage ne se fait pas sentir ou en l'absence de rayonnement solaire pendant la période froide.

Le système de captage peut être une grande surface vitrée placée devant un mur sombre qui emmagasinera la chaleur ou encore un panneau dans lequel circule l'air qui traversera un réservoir empli de galets.

Plancher solaire direct

Un plancher solaire est constitué d'une dalle chauffée par un réseau de tuyaux noyés dans le sol. La forte épaisseur de cette dalle lui donne une grande inertie thermique permettant de stocker les calories captées par les panneaux solaires placés à l'extérieur du local et orientés plein sud, dans l'hémisphère nord. L'énergie solaire est transportée par un fluide caloporteur antigel qui circule dans les panneaux et dans le plancher.

Le plancher solaire direct (PSD) est une solution dont la rentabilité est sans doute inférieure à celle d'un chauffe-eau solaire mais qui permet de réaliser des économies de chauffage suffisantes pour amortir l'installation avant qu'elle ne nécessite une opération de maintenance lourde.

Attention toutefois à ne pas dépasser des températures de l'ordre de cinquante à cinquante cinq degrés Celsius. Au-dessus de cette température des troubles de santé peuvent apparaître au niveau de la circulation sanguine, principalement au niveau des jambes. Ce système doit-être de préférence utilisé avec un système de régulation qui permet de limiter la température émise dans le plancher.

Climatisation solaire

Article détaillé : Climatisation solaire.
La chaleur captée par les panneaux solaires est dirigée vers une machine à absorption. Cette solution est efficace et silencieuse, elle est plus écologique qu'une climatisation classique (réduction des émissions de CO2). La technique reste marginale principalement en raison de son coût actuel, elle se trouve en phase de développement et il n'y a qu'une cinquantaine d'installations en Europe (dont les caves viticoles de Banyuls et les bureaux du CSTB à Sophia Antipolis). Une entreprise française, SUN POWER SYSTEM, développe à Perpignan, la fabrication en série de systèmes solaires combinés permettant le chauffage, la climatisation et l'eau chaude sanitaire.

Pourquoi ventiler?

Pourquoi aérer

Il est nécessaire de renouveler l'air intérieur d'une pièce habitée, d'un habitacle de véhicule, d'un élevage, d'une serre, tout d'abord parce que la respiration animale (ou végétale, la nuit) y diminue la quantité de dioxygène disponible, augmente la quantité de gaz carbonique et d'humidité ; Ce renouvellement est particulièrement important dans les enceintes totalement fermées (station spatiale, véhicule spatial, sous-marin, certains avions, etc.).

La présence d'humains ou d'animaux voire de certaines plantes génère des odeurs qui peuvent être désagréables (sueur, flatulences, etc.) ; d'autant plus que la promiscuité et la température sont élevées.
L'activité humaine génère aussi de l'humidité (expiration, transpiration générant de la condensation sur les parois froides, condensations qui favorisent les moisissures );
L'air intérieur se charge rapidement de particules, gaz et microbes (éventuellement pathogènes ; Cf. flore bactérienne ou fongique), virus, etc. notamment dans certains endroits (toilettes, cuisines, salle de bain, locaux poubelle, etc.) ;
Certaines activités humaines génèrent des gaz ou des odeurs (cuisine, cheminées).

L'« Institut de la Terre » (Earth Institute) de L'université de Columbia estime[1] qu'environ 1.5 million de personnes meurent chaque année dans le monde parce qu'elles sont exposées aux fumées, gaz et goudrons de foyer non fermé pour le chauffage ou la cuisine dans l'intérieur de leur logement (maison, hutte, tente, bidonville..)

Les produits d'entretien, désinfectants ou produits divers utilisés pour la rénovation ou le travail peuvent être sources d'émanations gênantes à toxiques.
Certaines activités génèrent des émanations dangereuses (risque toxique, corrosif, microbien ou d'explosion, avec dans le pire des cas Embrasement généralisé éclair ..) ;
Les aménagements et matériaux modernes, notamment les colles de matières plastiques (moquettes, certains sols plastiques ou de linoléum, divers objets en plastique ou outils électroménagers, émettent des produits organiques volatils (POV), qui à long terme peuvent être toxiques (notamment cancérigènes ou reprotoxiques) ;
Du radon peut s'accumuler dans les lieux fermés particulièrement dans les sous-sols et demi sous-sols d'où le radon s'infiltre dans les locaux occupés.
La prolifération d'acariens peut générer des allergies chez les personnes allergiques (par contact avec leurs excréments).
 Mauvaise aération fréquente [modifier]
En théorie, on estime que l'air d'une maison ancienne se renouvelle en ½ h, que celui d'une maison moderne non isolée se renouvelle en 1 h, et que sans ventilation, l'air d'une maison bien isolée se renouvelle en 10 heures, mais ce n'est pas toujours le cas en réalité.

Le sondage du Baromètre Santé-Environnement de 2007 en France a montré que 5,1 % des Français disent avoir bouché les orifices d’aération durant les 12 derniers mois.
Huit personnes sur dix (84,1 %) disent aérer quotidiennement leur logement en hiver et 60,5 % se disent équipées d’une ventilation mécanique contrôlée (VMC). Concernant l’entretien des appareils de chauffage et conduits d’aération : 69,2 % des personnes possédant une cheminée disent l'avoir fait ramoner au cours de l’année précédente, et 70,8 % de celles équipées d’appareils de chauffage utilisant une source combustible ont fait appel à un professionnel qualifié au cours des douze derniers mois pour vérifier leur état.
Une étude récente[2] a porté sur la ventilation de 567 logements jugés représentatifs des 24 millions de résidences principales du pays. 50 % de ces logements dataient d’avant 1967, avant 1969 et 1982, dates des premières réglementations imposant une aération permanente minimale.
L’étude a montré que près de 20% des logements réalisés après 1975 ne respectaient aucune de ces deux réglementations. De plus il s’est avéré que la ventilation mécanique contrôlée (VMC) n’était pas plus efficace que la ventilation passive naturelle (ces 2 modes d’aération constituant l’aération de 70% environ du parc étudié) avaient la même efficacité dans 56% des logements étudiés, en particulier ceux construits de 1969 à 1982, qui présentaient un débit total minimal insuffisant et ne respectant pas la loi..
Le taux de CO2 et le débit de renouvellement d’air nocturne ont été mesurés dans les chambres à coucher. Dans les logements datant d’après 1982 les débits étaient moindres et homogènes, et à peu près similaires pour tous les systèmes de ventilation sur l’ensemble du parc étudié (VMC ou sans aucun dispositif).
L’OQAI a aussi montré que le fait d’ouvrir la nuit une porte ou une fenêtre d’une chambre y améliorait fortement le débit de renouvellement d’air nocturne, quel que soit le système de ventilation présent. Et des études antérieures avaient déjà montré qu'aérer une chambre la nuit avait peu d’effet sur les taux de formaldéhyde généré par les sources habituelles d'une maison, il faut donc parallèlement en diminuer les sources en utilisant des écomatériaux.
L'OQAI conduit aussi des études (en cours) sur les origines du formaldéhyde, et sur la relation entre ventilation, pollution et humidité.

Ces problèmes ont souvent été exacerbés par l'isolation croissante des logements et par le temps croissant que nous passons dans les locaux et les habitacles de véhicules :

L' isolation thermique se développe pour économiser l'énergie en évitant les fuites de chaleur dans les bâtiments à faible hauteur. Dans les édifices élevés, (à plusieurs étages) la ventilation mécanique est d'autant plus nécessaire que les vitres y sont souvent scellées.
La climatisation en circuit fermé se développe ; mais un minimum d'air extérieur doit être introduit dans le bâtiment.
L' isolation phonique plus fréquente et souvent nécessaire, diminue aussi le renouvellement d'air qui se faisait naturellement dans les maisons anciennes, mal isolées ou avec cheminées.
Enfin, les systèmes de climatisation consistant à évacuer les calories à l'extérieur peuvent être responsables de bulles de chaleur auto-entretenues (le climatiseur renvoie la chaleur à l'extérieur, ce qui réchauffe l'environnement et l'habitat s'il est mal isolé, ce qui force le climatiseur à fonctionner en entretenant un cercle vicieux), notamment dans les quartiers urbains denses ou les cours fermées. La climatisation contribue au phénomène d'îlot de chaleur urbain

Solution

Dans les pays où ces problèmes ont été pris en compte, des normes de construction fixent un débit minimal, en général on estime que la moitié de l'air d'une pièce doit être renouvelé par heure. S'il n'y a pas de circulation d'air spontanée, il faut avoir recours à une ventilation mécanique contrôlée (VMC).

Le principal problème consiste à concilier isolation et renouvellement d'air. En effet, un renouvellement spontané suppose une circulation d'air avec l'extérieur, et donc une fuite de chaleur (l'air chaud sort) ou d'air frais. Sans précaution, l'isolation phonique est également fortement diminuée. (Les sons pénètrent par les ouvertures permettant le passage de l'air). Il existe des entrées d'air dites « acoustiques » (ECA) permettant de laisser passer l'air tout en arrêtant les sons.

Pour le problème thermique, il existe plusieurs solutions :

Le « puits canadien » (ou « puits provençal ») prélève l'air entrant à l'extérieur en le faisant passer dans un long tuyau situé sous terre jouant le rôle d'échangeur thermique passif (comme la température sous quelques dizaines de centimètres sous terre est globalement constante, l'air s'y réchauffe en hiver et se rafraîchit en été ; on perd de l'énergie par l'air sortant, mais on en dépense moins pour mettre l'air entrant à la température visée ;
La ventilation mécanique à double flux : un échangeur de chaleur permet à l'air entrant de s'approcher de la température de l'air sortant ;
La surventilation nocturne : dans les entreprises, on utilise un flux d'air modéré durant la journée, et on utilise un flux d'air important la nuit ; il y a trois avantages :
L'électricité est en général moins chère la nuit ;
Le bruit de la ventilation ne gêne personne ;
En hiver, l'arrivée d'air froid ne gêne personne, il a le temps d'être réchauffé le matin à l'arrivée des employés ; en été, on prélève l'air au moment où il est le plus frais.
On peut aussi faire varier la ventilation en fonction du taux d'humidité utilisé ou du taux de CO2, le confort à une température donnée dépendant beaucoup du taux d'humidité et du CO2. On sait qu'un fort taux de CO2 diminue la vigilance et le rendement du personnel jusqu'à 15%.

Principe PAC

Le principe de fonctionnement d'une PAC est exactement celui d'un réfrigérateur.

Alors qu'un réfrigérateur transfère la chaleur pour rafraîchir son atmosphère intérieure, la PAC transfère la chaleur de l’air extérieur pour l'injecter à l’intérieur de la maison. Car l’air, même froid, contient de la chaleur.

On définit deux milieux : la source froide (d'où l'on extrait l'énergie) et la source chaude (où on la réinjecte). La température réelle des sources n'intervient pas dans cette définition, bien que le dispositif soit surtout intéressant dans le cas où la source chaude a une température plus élevée que la source froide[1]

Un circuit frigorifique transfère l'énergie grâce au changement d'état (liquide / gaz) du fluide utilisé (cf. enthalpie). Le moto-compresseur assure la compression du fluide dans le condenseur (source chaude) afin que le changement d'état souhaité se produise à une température élevée. La pression du fluide est alors réduite au moyen d'un « détendeur » (terme impropre car on agit sur la phase liquide, incompressible : l'expression réducteur de pression est plus adéquate) avant d'entrer dans l'évaporateur (source froide) pour que le changement d'état voulu se produise à basse température. L'inversibilité du cycle peut être obtenue au moyen d'une vanne à quatre voies qui permet de choisir l'échangeur (voir ci-dessus) vers lequel la phase gazeuse est dirigée et, corollairement, l'échangeur alimenté par la phase liquide. Cette vanne (si elle existe) permet donc de choisir quelle source sera froide (ou chaude).

La température de la source froide doit nécessairement être supérieure à la température d'évaporation du fluide et celle de la source chaude inférieure à celle de condensation du fluide pour que ces changements d'état se produisent. Dans le cas contraire, les changements d'état ne se produiraient pas et l'efficacité du circuit frigorifique ne serait qu'au mieux de 1 ou 0.

Coefficient de performance d'une PAC

On définit l'efficacité ? d'une PAC par le rapport de l'énergie « utile » (la chaleur restituée à la source chaude) sur le travail, énergie fournie à la PAC :
 
L'efficacité peut être inférieure à 1 s'il rend moins de chauffage qu'il n'en consomme en énergie. Généralement une bonne partie de l'énergie est restituée en chauffage si l'appareil est situé dans le volume chauffé. Un chauffage à résistance électrique simple a une efficacité de 1.

Dans le cas d'une machine frigorifique (par exemple un réfrigérateur), l'énergie « utile » est la chaleur prise à la source froide :

L'efficacité d'une pompe à chaleur décroît avec l'écart de température entre sources et est limitée par la deuxième loi de la thermodynamique.

En outre, des contraintes techniques limitent les températures de fonctionnement : impossible de rejeter de l'eau pure à moins de 0°C, phénomène de givrage (source froide) ; haute pression limitée par la résistance mécanique du circuit 'haute pression' (source chaude) ; transfert effectif d'énergie à chaque source (dimensionnement et encrassement des échangeurs).
 
Le cycle de Carnot est le cycle ditherme présentant la meilleure efficacité. Les températures T sont exprimées en Kelvin. T[K]= T[°C] + 273,15 soit par exemple T = 290,15 K pour 17 °C.

Les pompes à chaleur sont décrites par le rapport entre la puissance thermique de leur machine et sa consommation électrique. On lui donne par convention le nom de coefficient de performance, dit couramment le « COP ». Le COP est le nombre de kWh produit pour 1 kwh consommé. Ainsi une pompe à chaleur ayant un COP égal à 3 produit 3 kWh de chaleur par Kwh consommé. Pour obtenir 120 kWh de chaleur, il faudra consommer 40 kWh avec une pompe à chaleur de COP égal à 3 mais consommer seulement 30 kWh avec une pompe à chaleur de COP égal à 4. Une pompe à chaleur de COP égal à 5 coutera 1/5 d'énergie et produira donc 4/5 (soit 80%) d'énergie gratuite alors qu'une pompe à chaleur de COP égal à 3 coutera 1/3 d'énergie et ne produira que 2/3 (soit 66%) d'énergie gratuite. Avec une pompe à chaleur de COP égal à 5, 80% de l'énergie produite est gratuite alors qu'avec une pompe à chaleur de COP égal à 3 seulement 66% de l'énergie est gratuite.

Un système de COP double n'est pas deux fois plus économique à l'usage. La proportion d'énergie gratuite est fonction de l'inverse du COP et n'augmente que comme l'inverse du carré du COP, c'est-à-dire de plus en plus lentement. La rentabilité des gains de performances est fortement décroissante : quatre appareils de COP respectif 2, 3, 4 et 5 fournissent respectivement 50 %, 67 %, 75 % et 80 % d'énergie gratuite, ce qui veut dire qu'on gagne 50 % (par rapport à un radiateur électrique par exemple) en adoptant le premier, seulement 17 % de plus en adoptant le second, 8 % supplémentaires avec le troisième, et enfin 5 % de plus avec le dernier. Entre une PAC de COP 3 et une autre de COP 5, le gain n'est que de 13 % sur la facture de référence, sans PAC, alors que la différence de prix est bien plus grande.

Le COP de toute pompe à chaleur augmente avec la température de la source froide et diminue avec celle de la source chaude, il peut atteindre 5 à 7 en été pour de l'eau de piscine (air à 25 °C pour de l'eau à 28 °C) mais inférieur à 3 en hiver (les valeurs normalisées données par les fabricants sont pour un air à 7 °C et de l'eau de chauffage à 35 °C). Le COP n'a de signification qu'à températures de source froide et de source chaude données ; il ne peut jamais être égal à 1, même pour les très basses températures extérieures (< -15 °C)[2].

Calcul du COP chaleur : pour un chauffage domestique, le maximum théorique est de l'ordre de 15 (en pratique, le COP brut des machines actuellement en vente est de 3 à 5). Précisons que l'énergie absorbée par tout le système doit également comprendre l'énergie absorbée par ses satellites (ventilateurs, pompes, ...) pour que le COP calculé soit "réaliste".

VMC simple flux

Le système est mis en dépression par un extracteur d'air constituant le cœur du dispositif. Il s'agit d'un ventilateur placé généralement dans les combles, aspirant l'air par des conduits aboutissant dans les pièces humides. La dépression ainsi créée assure que l'air humide ou chargé d'odeurs ne circule pas dans le reste de la construction. Cette mise en dépression force également l'air extérieur à entrer dans la construction par des ouïes disposées dans les pièces non humides. La circulation de l'air est ainsi à sens unique.

Le contrôle du volume d'air renouvelé par heure se fait manuellement par les occupants : en général, la bouche ou trappe par laquelle l'air est aspiré peut être ouverte plus ou moins grand à l'aide d'un clapet ; le débit d'air entrant peut aussi parfois être réglé par un volet sur les ouïes.

Dans les immeubles, on équipe généralement chaque cage d'escalier d'un circuit de VMC, avec un extracteur par circuit.

VMC simple flux hygroréglable

La VMC simple flux Hygroréglable fonctionne sur le même principe que la VMC simple flux classique cependant elle est équipée soit sur le caisson (hygro A) soit sur le caisson et les bouches d'aspirations (hygro B) de capteur d'humidité permettant de faire varier le débit nominal (la vitesse d'aspiration).

VMC double flux

Une VMC double flux est une ventilation permettant d'insuffler de l'air frais dans les pièces sèches (salon, chambres, ...) et de l'extraire dans les pièces humides (cuisine, salle de bain, ...) de la maison, formant ainsi un circuit.

Contrairement aux VMC simple-flux, les double-flux ne mettent pas la maison en dépression limitant l'entrée des poussières extérieures et facilitant les feux dans les foyers non pourvus d'une entrée d'air frais comme dans le cas des poêles.

Une VMC double flux a l'avantage de pouvoir s'accoupler à un échangeur thermique (ou récupérateur sur air vicié) permettant l'hiver de préchauffer l'air entrant à l'aide de l'air sortant et, pour une maison climatisée, l'été de rafraîchir cet air.

VMC double flux hygroréglable

La VMC double flux Hygroréglable associe le principe de fonctionnement de la VMC double flux classique à un système permettant de faire varier le débit d'air aspiré et/ou insufflé en fonction de l'hygrométrie.

L'échangeur thermique et la VMC double flux

En hiver, la VMC double flux associée à un échangeur thermique permet de récupérer environ 60% de l'énergie qui serait perdue par le renouvellement de l'air avec une VMC simple flux, cela représente environ 400 W, quand il fait -7°C dehors, c’est-à-dire un petit convecteur de salle de bain. L'air entrant est alors à 12°C au lieu de -7°C, ce qui rafraîchit beaucoup moins l'atmosphère des pièces. S'il fait 0°C dehors, l'air entrant sera à 15°C. De même, en été, la VMC double flux va permettre de rafraîchir l'air entrant, si la température de la maison est plus basse que celle extérieure, et éventuellement permettre d'économiser l'énergie nécessaire à la climatisation.
L'hiver lorsque les températures sont fortement négatives l'échangeur thermique peut être pris en glace, l'air sortant chargé en humidité gèle au contact de l'air entrant. La VMC doit alors être muni d'un système adapté sous peine de la rendre temporairement inutilisable. L'admission de l'air via un tube souterrain du type puits provençal, ou au travers d'une batterie hydraulique (lac...) permet d'avoir une arrivée d'air à température positive toute l'année et d'optimiser son fonctionnement pendant les périodes les plus froides.

Une entrée d'air unique

La centralisation de l'entrée d'air d'une VMC double flux permet d'y adapter un puits provençal afin l'hiver de préchauffer et l'été de rafraîchir l'air entrant grâce à la géothermie.

L'avantage également est de pouvoir plus facilement filtrer l'air entrant.

Une installation plus complexe

En revanche, ce système est plus onéreux à l'installation, du fait de l'installation du double réseau de conduits (air frais insufflé et air vicié aspiré) ainsi que par le coût supérieur de l'extracteur avec échangeur de chaleur qui est statique ou composé d'un disque mobile. Il faut prévoir également le coût de l'isolation des gaines et le raccordement des caissons au réseau d'eau usées (évacuation des condensats).

Avantages et inconvénients

VMC simple flux :

La maison étant en dépression, il est dangereux d'utiliser un chauffe-eau au gaz ou un poêle qui n'est pas raccordé à une prise d'air et un refoulement extérieurs.
L'air qui rentre dans le bâtiment est de l'air froid en hiver, non préchauffé par l'air sortant, de plus il ne peut être que peu filtré.
VMC double flux :

Solution plus chère, et qui peut s'avérer économique à long terme (climats froids avec une saison très froide longue).
Moins de problème en cas d'utilisation d'un poêle ou d'un chauffe-eau au gaz car les débits sont idéalement réglés de manière à produire une légère surpression dans le bâtiment.
Afin de maximiser l'efficacité de l'échangeur thermique, il est important de rendre le bâtiment étanche à l'air. On peut effectuer une mesure de l'étanchéité de la maison en la mettant sous pression. Un ordre de grandeur pour une habitation passive est de 0,6 renouvellement par heure à 50 Pa[1].