PAC au gaz naturel à absorption : une pompe à chaleur aux performances thermiques durables

Utilisant les principes de la thermodynamique, la PAC au gaz naturel à absorption permet d'améliorer les performances énergétiques d'un bâtiment. Cumulant les avantages thermiques, économiques et écologiques, cette pompe à chaleur utilise des ressources énergétiques complémentaires. D'un côté, elle capte les calories présentes dans l'environnement naturel. De l'autre côté, elle utilise le gaz naturel. Alimenté par ces deux sources, le circuit de la PAC profite des changements thermodynamiques d'un fluide frigorigène. Se transformant de l'état liquide à l'état gazeux, ce dernier assure la production thermique nécessaire au système de chauffage. Intervenant dans l'étape de compression du circuit, la consommation de gaz naturel se trouve maîtrisée sans que le confort thermique n'en pâtisse.

Les grands principes de la PAC à absorption au gaz naturel

Fonctionnant par aérothermie ou par géothermie, les pompes à chaleur à absorption au gaz naturel captent les apports énergétiques d'une source naturelle.

Récupérant les calories tantôt de l'air, tantôt de la terre, elles utilisent les changements d'état d'un fluide pour pourvoir les besoins thermiques des bâtiments des entreprises et des collectivités comme les équipements scolaires, sportifs ou culturels.

Le fonctionnement d'une pompe à chaleur

Rythmé en 5 étapes, son fonctionnement repose sur le principe de l'utilisation calorifique d'une source naturelle. Mis en contact avec la chaleur captée dans l'air ou dans la terre, un fluide frigorigène passant dans un circuit produit un dégagement thermique alimentant le circuit de chauffage.

Le cycle commence lorsque les capteurs de la PAC transmettent les calories de l'air, de la terre ou d'une nappe d'eau au fluide afin de le transformer en vapeur.
Une opération de compression sur ce fluide transformé en gaz naturel permet d'augmenter sa température.
La chaleur produite se trouve récupérée par le circuit de chauffage, ce qui a pour effet de baisser la température du fluide transformé en gaz naturel et de lui redonner sa forme liquide.
Une opération de réduction de pression permet de refroidir brutalement le liquide frigorigène.
Revenu en début de cycle, le fluide à basse température peut à nouveau récupérer la chaleur de la source naturelle.

Les spécificités du processus d'absorption

Dans ce cycle utilisant les calories du milieu ambiant, le gaz naturel entre en scène durant l'étape de compression du fluide frigorigène.

Deux types de pompes à chaleur existent. Le premier utilise un moteur à combustion au gaz naturel pour augmenter la pression du fluide. Son principe de fonctionnement repose sur la compression mécanique. Le deuxième ne nécessite aucun compresseur car cette opération est assurée par la composition particulière du fluide. Son principe de fonctionnement repose sur la compression thermochimique. Le compresseur se trouve remplacé par un brûleur à gaz naturel.

Dans le phénomène d'absorption, le circuit nécessite un fluide frigorigène, l'ammoniac, auquel s'ajoute un absorbant, l'eau. Dans ce cycle, le brûleur à gaz naturel produit une condensation de l'ammoniac dans le générateur. La chaleur libérée se diffuse dans le système de chauffage. En captant les calories de l'environnement ambiant (air, sol ou nappe phréatique), l'ammoniac se transforme ensuite en vapeur pour être absorbé par l'eau. Cette réaction exothermique diffuse également sa température au système de chauffage. Ensuite, la solution eau-ammoniac retourne en début de cycle dans le générateur.

L'efficacité de la pompe à chaleur à absorption réside dans ses 3 sources de chaleur. La condensation de l'ammoniac, l'absorption de l'ammoniac par l'eau et la récupération de la chaleur du brûleur assurent la production thermique du bâtiment.

Des besoins thermiques parfaitement couverts

Afin de couvrir la totalité des besoins thermiques d'un édifice, la PAC à absorption peut nécessiter d'être couplée à une chaudière à gaz naturel. En effet, si la première couvre l'essentiel de la production de chaleur, la deuxième intervient en appoint durant les conditions climatiques difficiles.

Dans le cas de l'aérothermie, la PAC à absorption en-dessous d'une température extérieure de 7 °C perd en rentabilité. Ainsi, le choix d'une chaudière à coupler avec la pompe à chaleur permet de préserver les économies de gaz naturel faites dans des conditions optimales de fonctionnement.

Les avantages de cette PAC

Grâce à son fonctionnement utilisant les ressources naturelles, les PAC au gaz naturel à absorption affichent de nombreux avantages. Aux niveaux thermiques, économiques et écologiques, leurs performances apportent des bénéfices multiples.

Le confort thermique

Sur le plan du confort, la PAC à absorption se caractérise par son adaptabilité. Pouvant se connecter à différents émetteurs de chaleur, elle permet différentes solutions de chauffage. Déterminant la température de l'eau à injecter dans le circuit, le nature des émetteurs conditionne les performances de l'installation. Pour un plancher chauffant, l'eau ne dépassera jamais 35°C. Pour les ventilo-convecteurs, l'eau circule à 40°C et pour les radiateurs basse température entre 45° et 50°C⁽¹⁾.

Couplée au plancher chauffant ou aux ventilo-convecteurs, la PAC à absorption bénéficie d'un avantage supplémentaire. En effet, cette solution rend le système convertible. En période estivale, elle permet le rafraîchissement du bâtiment.

Des rendements intéressants

Dans des proportions variant légèrement entre aérothermie et géothermie, les PAC à absorption possèdent des rendements respectivement de 140% et de 150%. Là où la traditionnelle chaudière à condensation possède un rendement de 100%⁽²⁾.

Selon une expérimentation menée par l'ADEME (Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie) en 2015, différents bâtiments équipés de PAC à absorption ont permis de relever les performances de ce type d'équipement. En moyenne, le COP (coefficient de performance) s'élève à 1,36⁽³⁾. Ainsi, pour une unité de gaz naturel consommé, le système de production thermique restitue 1,36 unité énergétique.

Comparée à la chaudière à condensation, la PAC à absorption permet des économies de l'ordre de 40% pour la production de chauffage et d'eau chaude sanitaire⁽³⁾.

Une solution écologique

Au-delà des rendements intéressants permis par la PAC au gaz naturel à absorption, cette solution technologique réduit l'émission de gaz à effet de serre. À l'heure des grands enjeux environnementaux, elle permet d'engager les bâtiments collectifs vers la transition écologique.

Ainsi, sur cette même campagne d'instrumentation, l'ADEME souligne non seulement une baisse de 40% en termes de production de CO₂ mais également la part de 25% d'énergies renouvelables dans la production de chauffage et d'eau chaude sanitaire⁽³⁾.