|
Aspect scientifique
Au delà d'un appareil de chauffage, une pompe à
chaleur est également le siège de beaucoup de réactions physiques. Bien
qu'il ne soit pas strictement nécessaire de les comprendre, il est très
intéressant d'en saisir les bases.
a) Pourquoi le fluide se réchauffe et se refroidit ?
Lorsqu'il passe à travers l'échangeur, le fluide
(plus froid que l'air), se charge naturellement en calories (par
définition, la chaleur se déplace du corps le plus chaud vers le plus
froid). Cependant, les pompes et les fluides sont optimisés pour que le
fluide s'évapore dans... l'évaporateur. Pourquoi ? Car l'évaporation est
endothermique. Cela signifie que lorsqu'un fluide s'évapore, il
emmagasine de l'énergie, sans changer de température. Cette énergie,
c'est la chaleur latente d'évaporation (exprimée en joules par
kilogramme, J.kg-1). Cette énergie est ensuite restituée lors de la
condensation, dans le condenseur. Au contraire, la condensation est
exothermique (rejette de la chaleur). Le fait que la pompe à chaleur
fonctionne sur un cycle de température correspondant aux températures
d'évaporations et condensations du fluide, permet de transporter de
l'énergie sans augmentation de température. Par conséquent, la
différence de température nécessaire entre l'air et le fluide est
réduite ; une pompe à chaleur peut donc fonctionner avec des
températures extérieures relativement basses.
b) Le rendement
Le rendement d'une pompe à chaleur est défini par son
COP. Finalement, c'est le rapport entre l'énergie absorbée par le
compresseur, et l'énergie restituée sous forme de chauffage. Soient Q1,
Q2, et W les quantités d'énergie mises en jeu.
Q1 ou Qfroid : Énergie "quittant" l'air extérieur
Q2 ou Qchaud : Énergie transmise à l'eau/air de
chauffage
W : Énergie électrique fournie au compresseur
Soit n le rendement, défini par la formule :
Avec Qchaud <0, et W>0
c) Diagramme de Clapeyron
Voici le cycle d'un fluide frigorigène dans un diagramme de
Clapeyron.
d) Équation des gaz parfaits
Il existe une
relation, qui s'applique aux gaz parfaits. Un gaz parfait est un modèle
thermodynamique qui permet de décrire théoriquement le comportement des
gaz, lorsque l'on fait varier leurs pression, température, et volume. On
a ainsi l'équation des gaz parfaits :
PV = nRT
P : pression absolue
(en Pascal, Pa)
V : volume (en mètre
cube, m3)
n : quantité de gaz
mise en jeu (en mole, mol)
R : constante des gaz
parfaits (sans unité) R = 8,314 472 J.K-1.mol-1
T : température
absolue (en Kelvin, K, avec x °C = x - 273,15 K )
Cette relation permet
-entre autre- de s'apercevoir que pour une quantité de gaz donnée (comme
par exemple dans un circuit de pompe à chaleur), pression, volume, et
température sont directement liés (nR devient constant).
RETOUR HAUT DE PAGE
|