TPE pompes à chaleur géothermiques

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Bonjour à tous !

Nous sommes 3 élèves de 1ère S qui faisons un TPE sur les pompes à chaleur géothermiques. Notre problématique est "Dans quelle mesure la PAC géothermique allie-t-elle performance et écologie ?"

Nous avons déjà avancé mais nous nous posons quelques questions sur son fonctionnement précis.
Tout d'abord, le compresseur a besoin d'électricité, mais est-ce pareil pour le détenteur (ou détendeur ??) ?

Dans le cas de la pompe à chaleur sur nappe phréatique, nous ne comprenons pas vraiment si cela fonctionne pareil, par exemple y a-t-il encore un fluide frigorigène ou pas ? De l'eau est-elle prélevée ?
Et quelle est la différence entre un fluide frigorigène et de l'eau glycolée ?

Nous avons appris qu'il existe des PAC à 1, 2 ou 3 circuits, mais pourquoi y-a-t-il différents systèmes ? Quelle est la différence ?

D'autre part, nous avons parfois trouvé que au bout de quelques années, environ 30 ou 40, le sol devenait trop froid pour que le PAC fonctionne encore. Est-ce tout le temps le cas ? Combien de temps faut-il attendre pour que l'utilisation soit à nouveau possible ?

Et enfin à propos du bruit, est-ce discret ou non ? Nous trouvons des données assez contradictoires...

Merci beaucoup de prendre un peu de temps pour nous lire et répondre, cela nous aiderait vraiment car nous sommes un peu bloqués...
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[invitec27b7f8c]

Notre problématique est "Dans quelle mesure la PAC géothermique allie-t-elle performance et écologie ?

Ici, elle va vite devenir :
Dans quelle mesure la PAC géothermique n'allie-t-elle pas performance et écologie ?

[invitec27b7f8c]

Pour ne pas dire que des boutades :

Dans le cas de la pompe à chaleur sur nappe phréatique, nous ne comprenons pas vraiment si cela fonctionne pareil, par exemple y a-t-il encore un fluide frigorigène ou pas ? De l'eau est-elle prélevée ?

Sur nappe : Le principe, c'est que la nappe remplace avantageusement les capteurs verticaux ou horizontaux .
Tout le reste est identique .

D'autre part, nous avons parfois trouvé que au bout de quelques années, environ 30 ou 40, le sol devenait trop froid pour que le PAC fonctionne encore. Est-ce tout le temps le cas ?

C'est le cas si les capteurs ne sont pas suffisamment dimensionnés et/ou pas assez profonds .

[inviteea72be2c]

Bonjour,

Je ne connais pas de liens où le principe de la pompe à chaleur est bien expliqué. Je vais donc essayé en quelques mots.

La pompe à chaleur fonctionne comme un climatiseur. Donc intéressons-nous d'abord au principe de fonctionnement d'un climatiseur.

La production de froid est obtenue par:

- Détente d'un gaz. (C'est à dire par chute de pression.)
Expérience: Gonfler une roue de voiture et dégonfler là en mettent le doigt sur la valve. Vous allez avoir la main froide rapidement. Si vous regonflez la roue et que vous la dégonflez très rapidement en enlevant l'obus de la valve, votre main va devenir froide encore plus rapidement.

- Evaporation. (C'est à dire le passage de liquide à gazeux)
Expérience:
*Mettez de l'eau à T° ambiante sur votre main. Vous allez sentir une petite sensation de froid.
*Mettez de l'essence à T° ambiante sur votre main. Vous allez sentir une sensation de froid plus importante qu'avec l'eau. (Par hygiène ne trempez pas votre main dans l'essence car cela enlève le sébum de la peau.)

Si vous réalisez cette expérience avec de l'éther la sentation de froid sera très importante.

Conclusion:
1- Plus la vitesse d'évaporation est importante, plus il y a production de froid.
2- Plus la chute de pression est importante et rapide plus la production de froid est importante.

Les différents éléments:
Prenez un de vos schéma de pompe à chaleur ou l'image ci-dessous et essayer de comprendre les explications suivantes en les lisant doucement avec votre schéma. Pour arriver à comprendre, je vous invite à inscrire sur votre schéma à l'entrée et à la sortie de chaque élément, si la pression est haute ou basse (HP ou BP) et si le fuide frigorigène est liquide ou gazeux. Vous pouvez également inscrire chaud ou froid.

1- Compresseur (Pour pouvoir faire chuter la pression du gaz il faut d'abord le mettre en pression. Comme notre expérience sur la roue de la voiture. Une pompe de vélo devient très chaude quand on gonfle une roue. La compression chauffe le fluide frigorigène comme la pompe de vélo chauffe l'air quand on gonfle une roue.)
2- Condenseur ="Radiateur = échangeur" (Un liquide étant incompressible le fluide frigorigène est à l'état gazeux dans le compresseur, sinon ce dernier se casserait. Nous voulons que notre fluide frigorigène soit "liquide" pour pouvoir réaliser une évaporation, comme dans l'expérience des liquides sur notre main. On va donc refroidir le gaz frigorigène dans le condenseur en fournissant de la chaleur. Quand l'eau est à 120°C, elle est à l'état gazeux. Si on la refroidie à 80°C elle devient liquide. Il s'agit d'un exemple car les températures de changement d'état pour le fluide frigorigène sont différentes. Dans la maison on refroidie le fluide frigorigène par l'eau froide que l'on veut chauffer par exemple pour la douche ou le chauffage de l'habitation. L'eau va chauffer mais refroidir le fluide frigorigène en lui absorbant de la chaleur.)
3- Détendeur thermostatique. (Le détendeur va jouer le rôle de la valve dans l'expérience du dégonflage de la roue. Si on appuie légèrement sur la valve, cela correspond dans notre système à une petite ouverture du détendeur. Quand on appuyait légèrement sur la valve de la roue, on avait une faible production de froid. A l'inverse quand on appuie en grand sur la valve ou que l'on enlève l'obus de la valve, la production de froid était importante. Le détendeur ouvert en grand correspond donc à un appui important sur la valve.) Le détendeur thermostatique régule le débit du fluide frigorigène mécaniquement en fonction de la température du fluide frigorigène en sortie évaporateur grâce à une capsule.
4- Un filtre est placé sur le circuit. Il joue également le rôle de réservoir de liquide frigorigène. Sur mon image ci-dessous le filtre n'est pas représenté.
5- L'évaporateur =" Radiateur = échangeur" (C'est l'élément où va se dérouler l'évaporation du fluide frigorigène. C'est là que la production de froid se fait. Le fluide frigorigène est très froid grâce à la détente précédente. On va donc réchauffer le fluide frigorigène dans l'évaporateur, en refroidissant par exemple la maison en été, ou en refroidissant le sol en hiver, ou en refroidissant les nappes fréatiques. Il est impératif de refroidir le fluide frigorigène car après l'évaporateur, le fluide frigorigène retourne dans le compresseur. Et un liquide n'est pas compressible...)

Le système fonctionne en circuit fermé.

Il est également possible de faire tourner le compresseur à l'envers pour que l'évaporateur devienne condenseur, et le condenseur évaporateur. Cela est la climatisation réversible ou la Pac réversible.

J'espère n'avoir pas été trop embrouillant.

Pour répondre à votre question "Pourquoi une Pac est écologique?" Avec une Pac l'énergie électrique pour faire tourner le compresseur est plus faible que l'énergie électrique nécessaire à chauffer une résistance électrique qui chaufferait l'eau de la maison à la même température.
Autrement dit, avec une Pac, on récupère davantage d'énergie qu'elle en consomme.

Par contre une Pac utilise encore des gaz très polluants pour l'atmosphère et la couche d'ozone. Quand il y a une fuite sur un circuit c'est la cata... Puis avec les microfuites au niveau des joints, une partie du gaz fini toujours dans l'atmosphère.
Personnellement je pense que l'on verra dans quelques années des Pac fonctionnant avec du CO2 comme fluide frigorigène. Je suis persuadé que l'état accordera des crédits d'impôts pour remplacer les Pac que l'on installe partout actuellement par des Pac au C02. L'avenir nous dira si je me trompe...

En espérant vous avoir aidé.

Bonne année 2009

[A voir en vidéo sur Futura]

[inviteea72be2c]

Désolé je n'avais pas mit l'image schématisant le principe d'un climatiseur ou d'une pompe à chaleur.

[invitec27b7f8c]

Pour répondre à votre question "Pourquoi une Pac est écologique?" Avec une Pac l'énergie électrique pour faire tourner le compresseur est plus faible que l'énergie électrique nécessaire à chauffer une résistance électrique qui chaufferait l'eau de la maison à la même température.
Autrement dit, avec une Pac, on récupère davantage d'énergie qu'elle en consomme.

Et si on parlait "énergie primaire" ?
Il faut bien savoir que pour 1 kwh mis dans une centrale électrique, il n'y en à plus que 0.29 à la sortie sous forme d'électricité ...
Bilan énerétique france
(Celui des US est plus parlant)

Par contre une Pac utilise encore des gaz très polluants pour l'atmosphère et la couche d'ozone.

Inexact !
Les gaz actuellement utilisées ne sont plus nocifs pour la couche d'ozone, ce qui fait dire aux fabricants qu'ils sont "verts" ...
Sauf que ce sont de très puissants gaz à effet de serre
(de 2000 à 10.000 fois plus que le co2)

[inviteea72be2c]

Merci RARA63 pour ta remarque car tu as entièrement raison. Les fluides réfrigérant sont de très puissants gaz à effet de serre et non des destructeurs de la couhe d'ozone.