POMPE A CHALEUR Aérothermie - Géothermie FORBAT

SOMMAIRE 1 – Rappel Théorique . La réfrigération . Propagation de la chaleur . La température . La quantité de chaleur . Notion de poids et de masse . La pression . Chaleur latente / Sensible . La température d’équilibre 2 – Fonctionnement Climatisation 3 – Fonctionnement Chauffage 4 – Les différentes types de P.A.C . Air / Air . Air / Eau . Eau / Eau . Eau glycolé / Eau 5 – Dimensionnement 6 – Mise en service

1 - Rappels Théorique . Qu’est-ce la réfrigération ? C’est l’extraction de l’énergie contenu dans l’air. Exemple : Le réfrigérateur pompe la chaleur contenu à l’intérieur du frigo et la rejette à l’extérieur. . Comment se propage la chaleur ? - Par Conduction dans les matériaux - Par Convection (ex: Convecteur) - Par rayonnement (Rayonnement solaire) La chaleur se propage toujours du milieu le + chaud vers le milieu le + froid . La température 2 échelles de température : - Le degré Celsius (°C) - Le degré Kelvin (°K) Ex : 0 °C = 273 °K 100 °C = 373°C -273°C = 0°K

1 - Rappels Théorique 1 kg d’eau à 10°C 1 kg d’eau à 11°C . La Quantité de chaleur 1 kg d’eau à 10°C 1 kg d’eau à 11°C Il faut apporter 1 Kcal L’unité de quantité de chaleur est le Kcal 1 Kcal = 1000 Calories = 1,16 Wh = 1 Frigorie = 4,18J

1 - Rappels Théorique . Exemple : Ballon d’eau En combien de temps une résistance de puissance 3 kw mettra pour élever la température de l’eau dans un cumulus de 25°C à 55°C Ballon 300 L eau à 25°C Ballon 300 L eau à 55°C - Détermination de l’énergie nécessaire 300 * (55-25) = 9 000 kcal comme 1 kcal = 1,16 wh Il faut apporter : 9000 * 1,16 = 10 440 Wh - Détermination du temps nécessaire 10440 / 3000 = 3,48 heures

1 - Rappels Théorique . Notion de poids et de masse Le poids s’exprime de la façon suivante : P = mg P : Poids en N m : Masse en Kgs g : Accélération de l’apesanteur en N/kg (sur terre g = 9,81 N/kg) Ex : 1 m3 d’air à 20°C au niveau de la mer à une masse de 1,293 kg . La Pression Le pression s’exprime de la façon suivante : P = F/S F : Force en N S : Surface en m² P : Pascal Plusieurs unité de pression : 100 000 pascal = 1 bar Ex : Pression atmosphérique 1013 hpascal ou 1,013 bar ou 1013 mbar

1 - Rappels Théorique . Pression relative et Pression absolue Pression absolu = Pression relative + 1 bar Pression absolu : Tiens compte de la pression atmosphèrique Pression relative : Pression lue au manomètre

1 - Rappels Théorique . Chaleur latente / Sensible : Qu’est ce ? La chaleur Sensible, c’est la quantité de chaleur qui est ajouter ou retirer sans changement d’état La chaleur latente, c’est la quantité de chaleur qu’il faut ajouter ou retirer pour changer l’état d’un corps sans changement de sa température. Ex : Passage de l’eau liquide de 100°c à vapeur 100°C 1 kg d’eau à 0°C 1 kg d’eau à 100°C Vapeur à 100°C 1 kg de glace à 0°C 80 Kcal Chaleur latente 100 Kcal Chaleur sensible 539 Kcal Chaleur latente

1 - Rappels Théorique . Exemple Une chaudière à condensation rejette 12 litres de condensat par jour soit 0,5 litre par heure. La puissance restituée par les condensat est de : 0,5*539 = 269,5 Kcal Soit 1,16*269,5 = 312,62 Wh Remarque : Pour une meilleur condensation, il faut que le retour chauffage soit le + froid possible.

1 - Rappels Théorique Eau à 100°C Chauffage . Température d’équilibre : Effet de la pression sur la température d’ébullition de l’eau Exemple : Une casserole sur le feu au niveau de la mer (pression 1013 mbar) Eau à 100°C Chauffage Au niveau de la mer la température de vaporisation de l’eau est de 100°C

1 - Rappels Théorique Eau à 120°C, pression 2 bars Chauffage Exemple : La cocotte minute au niveau de la mer Eau à 120°C, pression 2 bars Chauffage Dans une cocotte minute, la température d’évaporation de l’eau est de 120°C sous 2 bars. On peut s’apercevoir que la température d’évaporation de l’eau varie dans le même sens que la pression.

1 - Rappels Théorique Exemple : Les œuf dur Temps de cuisson d’un œuf dur au niveau de la mer : 9 minutes. Au sommet du mont blanc ce temps de cuisson sera égal / + élevé ou – élevé ? Remarque à 4810 m, la température d’ébullition de l’eau est de 84°C et 0,55 bar. On peut s’apercevoir une nouvelle foi que la température d’évaporation de l’eau varie dans le même sens que la pression.

1 - Rappels Théorique . Température d’équilibre : Effet de la pression sur la température d’ébullition des fluides caloporteurs. Au niveau des fluides caloporteurs (R410, R407, R22 …), le principe reste le même, ces fluides vont s’évaporer à une température d’équilibre qui dépend de la pression. Température réelle du milieu Evaporation Température d’équilibre du fluide caloporteur Condensation Température réelle du milieu

1 - Rappels Théorique 2°C 42°C 60°C R22 R407C R410A R404 . Exemple : Remplir le tableau grâce la rêgle de la page 13 Température d’équilibre 2°C 42°C 60°C R22 R407C R410A R404 R407C = R134 + R32 + R125 (Non homogène, si fuite nécessite de changer toute la charge) R410A = R32 + R125 (homogène)

1 - Rappels Théorique . Informations environnementales 1 Français rejette 8 tonnes de CO² dans l’atmosphère 1 Indien rejette 3 tonnes de CO² dans l’atmosphère 1 Américain rejette 21 tonnes de CO² dans l’atmosphère 1 kg de R22 représente un équivalent de 1,6 tonne de CO² 1 kg de R407C représente un équivalent de 1,7 tonne de CO² 1 kg de R410A représente un équivalent de 1,9 tonne de CO² 1 kg de R404 représente un équivalent de 3,8 tonne de CO² Remarque : Le chlore contenu dans le R22 détruit la couche d’ozone.

2 – Fonctionnement climatisation Température Extérieur 32°C Température Intérieur 20°C 42°C 2°C Compresseur Vapeur BP Vapeur HP Surchauffe = T° sortie évaporateur – T° équi. Condenseur Evaporateur 60°C 9°C Détendeur Liquide HP Liquide BP Sous-refroidissement = T° équi. HP – T° sortie condenseur

3 – Fonctionnement chauffage Température Intérieure 20°C Température Extérieure 5°C 42°C 2°C Compresseur Vapeur BP Vapeur HP Surchauffe = T° équi. BP – T° sortie évaporateur Condenseur Evaporateur 60°C 9°C Détendeur Liquide HP Liquide BP Sous-refroidissement = T° équi. HP – T° sortie condenseur

3 – Fonctionnement chauffage Les cycles de dégivrage permettent de dégivrer l’échangeur extérieur lors de formation de givre (lorsque la température d’équilibre devient négative). Dans cette configuration, la PAC fonctionne en mode climatisation pour faire fondre le givre accumulé sur l’échangeur extérieure. Les cycles de dégivrage peuvent représenter jusqu’à 7% à 17% du temps total de fonctionnement. Remarque : Le COP commencera à diminuer à partir de 7°C, car à cette température, les cycles de dégivrage commence à apparaître.

4 – Les différentes types de PAC . Pompe à chaleur Air / Air (Split système) Compresseur Gaz BP Gaz HP Evaporateur Détendeur Liquide HP Condenseur Liquide BP Exemple de fournisseur : DAIKIN / AIRMAT / AJITECH / MITSUBISHI / HITASHI / FUDJI

4 – Les différentes types de PAC . Pompe à chaleur Air / Eau ou Air / Eau glycolé (Monobloc) Compresseur Gaz BP Gaz HP Plancher chauffant ou Unité intérieur Détendeur Liquide HP Condenseur Evaporateur Liquide BP Exemple de fournisseur : DAIKIN / AIRMAT / AJITECH / MITSUBISHI / HITASHI / FUDJI

4 – Les différentes types de PAC . Pompe à chaleur Eau / Eau ou Eau glycolé/ Eau Compresseur Gaz BP Gaz HP Captage horizontal vertical Plancher chauffant Détendeur Liquide HP Evaporateur Condenseur Liquide BP Exemple de fournisseur : VIESSMANN / CIAT

5 - Dimensionnement . Déperditions D = V x G x (T° intérieure souhaitée – T° extérieure de base) D : Déperdition en W V : Volume G : Coefficient d’isolation (RT 2000 : 0,75 / RT 2005 : 0,72 / Maison mal isolée : 1) T° extérieure de base : Les 5 jours ayant les + basses température Ex : TOURS T°ext de base = - 7°C . C.O.P : Coefficient opérationnel de performance COP = PC / Pélec Avec PC = Pélec + Pfrigo PC : Puissance chauffage Pélec : Puissance électrique absorbée Pfrigo : Puissance frigo

5 - Dimensionnement . Exercice Déterminer la déperdition pour une maison de 120 m² ayant un G de 0,75. Hauteur sous plafond : 2,5 m T° intérieure souhaitée : 21°C T° ext de base : - 2°C D = 120 x 2,5 x 0,75 x (21 – (-2)) D = 5 175 W

5 - Dimensionnement . Exemple PAC Air / Air En prenant comme exemple la maison précédente, déterminer la PAC Air / Air nécessaire en prenant comme un COP de 4. Tout en sachant que dans ce cas de figure les déperditions sont majorés de 20%. Soit PC = 1,2 x D (La puissance de chauffage est égal à la puissance PAC) PC = 1,2 x 5175 PC = Ppac = 6 210 W Ppac = Pelec + Pfrigo et COP = Ppac / Pelec Pelec = Ppac / COP Pelec = (6210 / 4) Pelec = 1552,5 W Pfrigo = Ppac – Pelec Pfrigo = 6210 – 1552,5 Pfrigo = 4567,5 W

5 - Dimensionnement . Exemple PAC Air / eau En prenant comme exemple la maison précédente, déterminer la PAC Air / Eau nécessaire en prenant comme un COP de 4. Tout en sachant que dans ce cas de figure les déperditions sont minorés de 20%. Soit PC = 0,8 x D (La puissance de chauffage est égal à la puissance PAC) PC = 0,8 x 5175 PC = Ppac = 4 140 W Ppac = Pelec + Pfrigo et COP = Ppac / Pelec Pelec = Ppac / COP Pelec = (4140 / 4) Pelec = 1035 W Pfrigo = Ppac – Pelec Pfrigo = 4140 – 1035 Pfrigo = 3105 W

5 - Dimensionnement . Exemple PAC Eau / Eau En prenant la maison précédente, déterminer la PAC Eau / Eau (géosolaire) nécessaire en prenant comme un COP de 4,5 et le sol est argileux humide 20 W/m². Les diamètres des tubes seront de 20 mm. Tout en sachant que dans ce cas de figure les déperditions sont majorés de 20%. Soit PC = 1,2 x D (La puissance de chauffage est égal à la puissance PAC) Nbre de m² au sol = Pfrigo/20 = 4 657,5/20 = 232,88 m² Nbre de mL = 232,88 x 3 = 698,6 mL soit 700 mL Recalcul du Nbre de m² au sol = 700/3 = 234 m² de décapage

5 - Dimensionnement . Exemple PAC Eau / Eau En prenant la maison précédente, déterminer la PAC Eau / Eau géothermie nécessaire en prenant comme un COP de 4,5 et la puissance au mL est de 50 W/mL. Tout en sachant que dans ce cas de figure les déperditions sont majorés de 20%. Soit PC = 1,2 x D (La puissance de chauffage est égal à la puissance PAC) Profondeur du puit nécessaire : Profondeur = Pfrigo / 50 (Pfrigo = 6210 – 6210/4,5) Profondeur = 4830 /50 Profondeur = 96,6 mL

5 - Dimensionnement . Exemple PAC Eau / Eau En prenant la maison précédente, déterminer la PAC Eau / Eau aquathermie nécessaire en prenant comme un COP de 5 et la puissance au mL est de 50 W/mL. Les diamètres des tubes seront de 25 mm. Tout en sachant que dans ce cas de figure les déperditions sont majorés de 20%. Soit PC = 1,2 x D (La puissance de chauffage est égal à la puissance PAC) Le débit du puit se calcul de la manière suivante : Débit (en m3) = Pfrigo / 4,64 Débit (en m3) = 4,83 / 4,64 Débit (en m3) = 1,04 m3 / H