Pompe à Chaleur (PAC)

1. Pompe à Chaleur (PAC)

2. La chaleur s’écoule naturellement d’un milieu chaud vers un milieu froid. Les machines thermiques « génératrices », grâce à un moteur électrique, permettent de transférerla chaleur d’unesource froide vers une source chaude. Dans les machines « frigoriques » la zone utile est une enceinte froide (réfrigérateur) de laquelle transfère la chaleur vers l’extérieur où il fait plus chaud. Dans une « Pompe à chaleur », la zone utile est une enceinte chaude (maison) qui reçoit la chaleur de l’extérieur où il fait plus froid

3. Qf Qc W Source froide Source Chaude Source Chaude Source froide Réfrigérateur Pompe à Chaleur Sens naturel Source chaude (Tc) Source Froide (Tf) Génératrice thermique travail Il faut du travail pour faire passer la chaleur de la source froide vers la source chaude

4. Pour comprendre le fonctionnement d’une PAC, quelques rappels de thermodynamique Température: Mesure indirecte du degré d'agitation microscopique des particules [K] Chaleur: Transfert d'agitation thermique entre particules [J] Pression: Elle est due aux nombreux chocs des molécules sur les parois du récipient [Bar] Volume: Espace dans lequel on confine un gaz [m3] Enthalpie:[J/kg] L'enthalpie représente l'énergie d'un corps. Elle augmente avec sa pression et sa température. Elle se mesure en joules par kilogramme. Elle est représentée par la formule : H = U + pV (U énergie interne, p pression, et V volume

5. Solide Liquide Gaz Les changements d’états de la matière Sublimation Fusion Evaporation Solidification ou Cristalisation Liquéfaction ou Condensation liquide Condensation solide

6. T(°C) Echauffement de la vapeur vaporisation 100 Fusion Echauffement du liquide 0 Echauffement du solide Temps (s) Les changements d’états de la matière

7. Diagrammes enthalpiques Pression (Bar) Enthalpie (kJ/kg)

8. Pression (Bar) Enthalpie (kJ/kg) Etats du fluide frigogène Liquide Gazeux Liquide et gazeux

9. Isotherme Isotherme 0°C

10. Isobare Isobare 10 Bar

11. Ln P(bar) C(point critique) Isentrope Liquide saturé vapeur saturée LIQUIDE Courbe de saturation VAPEUR LIQUIDE + VAPEUR Isotherme Courbe d’égal titre vapeur h (kJ/kg) Diagramme enhalpique

12. 3 Tracé d’un cycle Condensation 6 5 Sur-refroidissement 4 Détente Compression 7 1 Evaporation 2 Surchauffe

13. Tracé d’un cycle Fluidecaloporteur chaud Tr + DTr milieu à chauffer Fluide caloporteur à chauffer (air, eau) Tr condenseur Zone de travail à haute pression Circulation du frigorigène (aspiration des vapeurs, refoulement dans le condenseur détente du frigorigène liquide) W apport d’énergie motrice Zone de travail à basse pression milieu extérieur (source froide) évaporateur Ti - DTi Ti fluide frigoporteur à refroidir (air ou eau) Ti fluide frigoporteur refroidi (air ou eau)

14. Cycle +60°C Compression -5°C Intérieur Source chaude +19°C Condensation Evaporation Extérieur Source froide +3°C +18°C -15°C Détente

15. 2èmeprincipe Source Froide (Tf) Source chaude (Tc) Sens naturel Qc Qf Génératrice thermique W travail Coefficient de performance 1er principe Qf - Qc+W = 0 W =Qc - Qf

16. Coefficient de performance La machine est d’autant plus efficace que Tf / Tc est proche de l’unité donc que la température froide est proche de la température chaude. Dans la réalité les COP des machines réelles sont voisins de la moitié des valeurs idéales attendues.

17. Coefficient de performance

19. : cycle réel : cycle idéal Sous refroidissement Log P (Pa) désurchauffe condensation LIQUIDE 4 3 2’’ 2 Log PC 3’’ compression détente LIQUIDE + VAPEUR VAPEUR 1’’ Log PF 5 4’’ 6 1 évaporation surchauffe à l’aspiration h (kJ/kg)

20. Constitution d’une PAC Réseau chauffage Source de chaleur Condenseur Régulation Evaporateur Compresseur Source VIESSMANN

21. Les différentes phases du cycle

22. 19° 35° -5° 11°

23. Facteur de performance saisonnier Le SFP évalue la performance théorique annuelle de la PAC. C’est le rapport des quantités d’énergie fournies et apportées en un an calculées sur la base d’un COP instantané à différentes températures Qdemandée à la PAC durant la période de chaufe (kWh/an) P(Text) puissance à apporter pour une source froide Text (kW) t(Text) durée de la température Text (h/an) COP(Text) coefficient de performance poutr la température Text

24. Coefficient Annuel COPA Le COPA évalue la performance annuelle de toute l’installation, auxiliaires compris. C’est l’indice le plus important dans l’examen d’une installation. Toutes les quantités d’énergie produites et injectées sont comparées. Ce n’est pas une valeur théorique mais une mesure réelle sur le site

25. Le procédé à détente directe

26. Le procédé avec fluide intermédiaire

27. Le moyen terme ou procédé mixte

28. Les avantages et inconvénients

29. Source de chaleur Pour pompe à chaleur sol/eau Captage sur source ou sur nappe Captage en nappe Captage par forage

30. Capteurs extérieurs

31. Planchers chauffants

32. Pour pompe à chaleur air/eau Air extérieur

33. Géothermie

34. Les différents types de géothermie

35. Ressources mondiales de la géothermie La géothermie basse énergie La géothermie moyenne énergie La géothermie haute énergie

36. Ressources géothermiques en France