Pompe à Chaleur (PAC).

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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 transférer la chaleur d’une source 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 Génératrice thermique
Source chaude (Tc) Sens naturel Source Froide (Tf) Qf Qc W Génératrice thermique travail Il faut du travail pour faire passer la chaleur de la source froide vers la source chaude Pompe à Chaleur Source froide Source Chaude Réfrigérateur Source froide 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 Les changements d’états de la matière
Sublimation Fusion Evaporation Solide Liquide Gaz Solidification ou Cristalisation Liquéfaction ou Condensation liquide Condensation solide

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

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

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

9 Isotherme Isotherme 0°C

10 Isobare Isobare 10 Bar

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

12 Tracé d’un cycle Condensation Détente Compression Evaporation 6 5 4 7
Sur-refroidissement 4 Détente Compression 7 3 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) Ti - DTi évaporateur Ti fluide frigoporteur à refroidir (air ou eau) Ti fluide frigoporteur refroidi (air ou eau)

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

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

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

18

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

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

21 Les différentes phases du cycle

22 19° 11° -5° 35°

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