Pompe a chaleur

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Une pompe à chaleur (PAC) est une machine thermodynamique servant à chauffer un local ou un système à l'aide d’une source de chaleur externe dont la température est inférieure à celle du local ou du système à chauffer.

C’est donc un système de chauffage qui transfère des calories d’un milieu à basse température vers un milieu où la température doit être plus élevée.

L’écoulement naturel de la chaleur s’effectuant toujours du chaud vers au froid, on peut conclure que la pompe à chaleur est aussi un outil qui permet de réaliser l’écoulement de chaleur inverse du sens naturel, c’est–à–dire de passer du froid au chaud. Bien entendu on ne pourra éviter une dépense d'énergie pour réaliser ce transfert inverse.

L’énergie requise pour assurer le transfert doit être inférieure à l’énergie calorifique nécessaire pour que le système ait un quelconque intérêt.

1 THEORIE DE FONCTIONNEMENT

1.1 Rappels de thermodynamique

1.1.1 Notions fondamentales

1.1.1.1 Système thermodynamique
1.1.1.2 Variables et équations d’états
1.1.1.3 Évolution d’un système
1.1.1.4 Gaz parfaits / Gaz réels

1.1.2 Énergie, travail et chaleur

1.1.2.1 Énergie
1.1.2.2 Travail
1.1.2.3 Chaleur

1.1.3 Le premier principe

1.1.4 L’enthalpie

1.1.5 Le second principe

1.1.6 Thermodynamique des systèmes ouverts

1.1.6.1 Premier et second principes pour un système ouvert
1.1.6.2 Application à la détente de JOULE-KELVIN
1.1.6.3 Application au compresseur à piston

1.1.7 Quelques propriétés des corps purs

1.1.7.1 Les différents états d’un corps pur
1.1.7.2 Diagramme d’équilibre d’un corps pur
1.1.7.3 Chaleur latente ou enthalpie de transition de phase
1.1.7.4 Formule de Clapeyron
1.1.7.5 Application à l’équilibre liquide - gaz d’un gaz réel
1.1.7.6 Les diagrammes thermodynamiques

1.1.7.6.1 Généralités
1.1.7.6.2 Le diagramme entropique
1.1.7.6.3 Le diagramme enthalpique

1.2 Principe de fonctionnement de la Pompe À Chaleur (PAC)

1.2.1 Les machines thermiques

1.2.1.1 Généralités et classification
1.2.1.2 Les machines génératrices d’énergie thermique

1.2.1.2.1 Généralités
1.2.1.2.2 Machine ditherme, tritherme

1.2.2 Les Coefficients de Performance d’une pompe à chaleur

1.2.2.1 Définition
1.2.2.2 COP d’une PAC ditherme idéale
1.2.2.3 COP d’une PAC tritherme idéale

1.2.3 Les Technologies des pompes à chaleur

1.2.3.1 Les phénomènes de transfert thermique
1.2.3.2 Les différents types de PAC

1.2.4 Cycles de fonctionnement d’une PAC

1.2.4.1 Généralités
1.2.4.2 Cycles à compression mécanique de vapeur

1.2.4.2.1 Le cycle idéal
1.2.4.2.2 Quelques grandeurs caractéristiques du cycle idéal

1.2.4.2.2.1 Bilan des échanges de chaleur et de travail
1.2.4.2.2.2 Le Coefficient de performance théorique
1.2.4.2.2.3 Bilan global

1.2.4.2.3 Cycle réel à compression mécanique de vapeur liquéfiable

1.2.4.2.3.1 Ecarts par rapport au cycle théorique
1.2.4.2.3.2 Le cycle réel

1.2.4.3 Cycle à compression thermique de vapeur

1.2.4.3.1 Introduction
1.2.4.3.2 Le cycle à absorption

1.2.4.4 Cycle thermodynamique à air

1.2.5 Caractéristiques réelles de la PAC à compression mécanique

1.2.5.1 Chaleur et puissance calorifiques produites au condenseur
1.2.5.2 Chaleur et puissance calorifiques extraites à l’évaporateur
1.2.5.3 Travail et puissance absorbées par le compresseur

1.2.6 COP d’une PAC réelle à compression mécanique de vapeur

1.2.6.1 Le coefficient de performance réel
1.2.6.2 Les facteurs influents du COP
1.2.6.3 Le COP global
1.2.6.4 Le coefficient d’exploitation
1.2.6.5 Le rendement de cycle

1.3 Les fluides frigorigènes

1.3.1 Terminologie et nomenclature

1.3.1.1 Les composés inorganiques
1.3.1.2 Les composés organiques

1.3.1.2.1 Les corps purs
1.3.1.2.2 Les mélanges
1.3.1.2.3 Protection de l’environnement

1.3.2 Critères de choix

1.3.3 Les fluides thermodynamiques utilisés dans les cycles de PAC

2 TECHNOLOGIE ET CLASSIFICATION DES PAC

2.1 Technologie des PAC

2.1.1 Le système à compression

2.1.1.1 L’ évaporateur et le condenseur : l’échangeur de chaleur
2.1.1.2 Le compresseur
2.1.1.3 Le détendeur

2.1.2 Le système à absorption

2.1.3 Critères de choix.

2.2 Classification des PAC

2.2.1 Les PAC air / air

2.2.1.1 Procédé air extrait / air :
2.2.1.2 Procédé air extérieur / air :

2.2.2 Les PAC air / eau

2.2.2.1 Procédé air extrait / eau & plancher (hiver / été)
2.2.2.2 Procédé air extérieur / eau & ventilo-convecteurs
2.2.2.3 Procédé air extérieur / eau & plancher (hiver / été) :

2.2.3 Les PAC eau / eau

2.2.3.1 Procédé eau / eau & plancher (hiver / été) :
2.2.3.2 Procédé eau / eau & ventilo-convecteurs (hiver / été) :

2.2.4 Les PAC eau /air

2.2.5 Les PAC géothermiques

2.2.5.1 Procédé à détente directe ou « sol-sol »
2.2.5.2 Procédé avec fluide intermédiaire ou « eau glycolée-eau »
2.2.5.3 Procédé mixte ou « sol-eau »
2.2.5.4 Procédé sur capteurs enterrés & plancher (hiver / été)
2.2.5.5 Procédé sur capteurs enterrés & ventilo-convecteurs (hiver / été)
2.2.5.6 Procédé sol / air

2.3 Critères Économiques

2.3.1 Les primes et la subvention de l'ANAH

2.3.2 Des aides d'EDF

2.3.3 Des incitations fiscales

2.3.4 Coûts à titre indicatif

2.3.4.1 Prix en € TTC

3 LIMITES DE FONCTIONNEMENT DES PAC

3.1 Limites liées aux fluides frigorigènes
3.2 Limites liées à la source et au milieu
3.3 Limites liées aux températures minimales et maximales de fonctionnement

4 APPLICATIONS DE LA PAC

4.1 Impacts sur l’environnement

4.1.1 La couche d’ozone
4.1.2 L’effet de serre

4.2 Applications pédagogiques

4.2.1 Dimensionnement et choix

4.2.2 Régulation de puissance

4.2.2.1 Régulation tout ou rien TOR
4.2.2.2 Variation de vitesse

5 BIBLIOGRAPHIE ET LIENS INTERNET

5.1 Bibliographie
5.2 Liens hypertexte

6 ANNEXES

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