Pompe à chaleur : d'où provient le gain ?

[ddj]

Bonjour,

Je me permet de lancer le sujet car je n'arrive pas à trouver d'explication sur l'origine du gain d'energie que procure une PAC.
Toutes les explications sur le fonctionnement d'une PAC que j'ai trouvé se contentent d'expliquer le mécanisme général mais ne rentre pas dans le détail.

Cette page permet d'aborder les PAC sous un autre angle : https://fr.wikipedia.org/wiki/Coeffi...de_performance

Toutefois je ne suis pas sûr de comprendre d'où provient le gain calorique faramineux que produit une PAC même avec un COP de 2.
Ok l'énergie "gratuite" est récupérée dans l'environnement, air ou eau principalement, mais comment peut-elle représenter 80% de l'énergie nécessaire au réchauffement de l'environnement chaud ???
Dans le cas spécifique d'un plancher chauffant dont on souhaite chauffer l'eau à 30°, comment est-ce que le gain d'energie dans l'environnement froid à 7° peut représenter 80% de l'énergie pour chauffer l'eau à 30° ?

Le fluide frigorigène à l'état gazeux est à environ à -50°, lorsqu'il se réchauffe dans l'environnement froid à 7°, le gaz va stocker des calories et lorsque celui-ci sera compressé il va libérer les calories qu'il a stocké. La différence de calorie gagnées entre l'entrée et la sortie de l'échangeur représente le gain.
Est-ce que la PAC repose uniquement sur ce principe ?

Merci d'avance pour votre aide.
-----

[titijoy3]

Bonsoir,

oui, la PAC repose uniquement sur le principe du transport de calories par le changement d'état d'un corps,dans le cas de la PAC, un fluide frigorigène,

étant donné que les calories sont prélevées à un endroit et restituées à un autre, on ne paie que le transport..

[f6bes]

Bonjour,

Je me permet de lancer le sujet car je n'arrive pas à trouver d'explication sur l'origine du gain d'energie que procure une PAC.
Toutes les explications sur le fonctionnement d'une PAC que j'ai trouvé se contentent d'expliquer le mécanisme général mais ne rentre pas dans le détail.

Cette page permet d'aborder les PAC sous un autre angle : https://fr.wikipedia.org/wiki/Coeffi...de_performance

Toutefois je ne suis pas sûr de comprendre d'où provient le gain calorique faramineux que produit une PAC même avec un COP de 2.
Ok l'énergie "gratuite" est récupérée dans l'environnement, air ou eau principalement, mais comment peut-elle représenter 80% de l'énergie nécessaire au réchauffement de l'environnement chaud ???
Dans le cas spécifique d'un plancher chauffant dont on souhaite chauffer l'eau à 30°, comment est-ce que le gain d'energie dans l'environnement froid à 7° peut représenter 80% de l'énergie pour chauffer l'eau à 30° ?

Le fluide frigorigène à l'état gazeux est à environ à -50°, lorsqu'il se réchauffe dans l'environnement froid à 7°, le gaz va stocker des calories et lorsque celui-ci sera compressé il va libérer les calories qu'il a stocké. La différence de calorie gagnées entre l'entrée et la sortie de l'échangeur représente le gain.
Est-ce que la PAC repose uniquement sur ce principe ?

Merci d'avance pour votre aide.

Bjr à toi, Tu compliques inutilement la vie pour compfrendre le " comment ça marche".
Par exemple en appuyant simplement sur un bouton je peux mettre en service des tonnes d'eau en mouvement.
Le gain est dans ce cas énorme.
Bien sur entre mon action "appui sur un bouton" et la mise en service des tonnes d'eau ( condute forcée) , il y a de la
mécanique qui consomme de l'énergie.
La pompe à chaleur n'est que la partie mécanique qui puise les calories dehors et les restitueent à l'intérieur. Pour cela il faut un
compresseur qui consomme de l'énergie. Cette énergie ne sert qu'à "transporter" les calories sous une certaine forme.

C'est le rapport entre la quantité de calories récupérées et la consommation de la "mécanique" qui fait le COP.
Bonne soirée

[cornychon]

Bonjour,

Pour connaitre le principe de fonctionnement de la PAC, il faut rentrer dans des explications un peu "chiante" pour beaucoup d'entre nous.

La PAC soutire de la chaleur dans l’air froid extérieur (chaleur solaire), pour la restituer intégralement à l’intérieur de la maison.

OUI MAIS ! Pour que ce soit possible, il faut augmenter le niveau de température de la chaleur extérieure. C’est le rôle du compresseur.
Lorsque la température extérieure est de -10°C, pour pomper la chaleur, la température de l’échangeur est en gros à -15°C.
Cette chaleur à -15°C, passe à environ 50°C dans l’échangeur intérieur. A l’aide d’un ventilateur, l’échangeur à 50°C, transmet la chaleur à l’air ambiant de la maison qui se trouve à environ 20°C.

En gros, lorsque le compresseur transmet 1000 W, il consomme 300 W.
Pour plus de détails, voir page 9 du lien ci-dessous.

Des explications un peu plus complexes, sur principe de fonctionnement de la pompe à chaleur :

Page 5 : Principe de fonctionnement d’une PAC


Voir page 6, le cycle thermodynamique idéal du fluide qui circule dans la pompe à chaleur
https://environnement.brussels/sites...2-princ-fr.pdf

Page 9, diagramme de Mollier
Voir le COP en fonction de la température de condensation (température de l’échangeur intérieur) et la température d’évaporation (Température de l’échangeur extérieur)

Le principe de la PAC, est basé sur le cycle de Carnot.
https://fr.wikipedia.org/wiki/Cycle_de_Carnot

[A voir en vidéo sur Futura]

[Ciscoo]

Bonjour


Une autre manière d'expliquer tout cela... en simplifiant un peu parfois...

Dans la pratique, lorsque tu chauffes de l'eau, elle se met à bouillir progressivement. Petit à petit, elle s'évapore, autrement dit, elle passe de l'état liquide à l'état gazeux. Si on mesure précisément la température de cette eau et la pression de l'air, on peut en conclure :
1) que l'eau pure s'évapore naturellement à 100 °C à pression atmosphérique
2) qu'il y a plus d'énergie dans la vapeur d'eau à 100 °C que dans l'eau liquide à 100°C (Tu as payé le combustible consommé nécessaire pour chauffer cette eau de 15 °C à 100°C, mais aussi celui pour faire passer cette eau de l'état liquide à l'état gazeux).

Imagines que tu veuilles avoir de l'eau liquide à 105 °C. Comment peux-tu faire ? Naturellement, elle passera à l'état de vapeur à 100 °C si tu fais ça dans une casserole... Et bien, tu utilises une cocotte minute. Une partie de l'eau commence à bouillir à 100°C, s'évapore, fait monter la pression dans la cocotte, et il faut chauffer l'eau liquide à plus de 100°C dans la cocotte pour faire s’évaporer l'eau liquide restante. 101°C, la pression monte...102°C... la pression monte... Tout cela ne se fait pas gratuitement. L'eau qui dans la cocotte minute passe à l'état de vapeur te "pique" de la chaleur, produite par le combustible que tu payes...

Imagine que tu veuilles maintenant faire le contraire, avoir beaucoup de vapeur d'eau dès 80°C et pas seulement à 100°C. Comment peux-tu faire ? Il faut chauffer cette eau de 20°C à 80°C, mais elle ne se mettra pas à bouillir à 80°C si tu fais cela dans une casserole dans ta cuisine... Une solution, utiliser une casserole étanche et un compresseur, qui, d'un côté, aspire de l'air pour faire baisser la pression au-dessus de l'eau (Il fait baisser la pression au-dessus de ta casserole étanche), et de l'autre côté, rejette cet air (de plus en plus chargé de vapeur d'eau). Et si la pression baisse assez dans ta casserole étanche, tu arriveras à faire bouillir l'eau dedans à 80 °C. Mais ce n'est toujours pas gratuit : Il faut donner de l'énergie à cette eau (le combustible que tu payes) et l'électricité qui fait tourner le compresseur.

Imagines maintenant que tu veuilles beaucoup de vapeur d'eau à 5 °C. Et bien, tu procèdes toujours de la même manière, mais il faut que ta casserole soit super étanche (la tuyauterie aussi) et que ton compresseur soit super bon. Est-ce que tu as encore besoin de combustible pour chauffer cette eau à 5°C. Et bien non, puisque l'air de la cuisine est à 20°C et suffit pour réchauffer cette eau à 5°C. Tu es en train de climatiser ta cuisine puisque ta casserole étanche lui prends des calories. Mais ce n'est toujours pas totalement gratuit : Il faut que tu payes l'électricité qui fait tourner le compresseur.

Et quand on mesure la quantité A d'énergie prise dans l'air et celle nécessaire B pour faire tourner le compresseur, on constate que A est bien plus grand que B parce qu'on sait faire des compresseurs efficaces. Donc on a beaucoup d'énergie gratuite A en en payant peu, la B.

En résumé : plus on fait baisser la pression au-dessus de l'eau, plus elle s'évaporera facilement. Si la pression baisse beaucoup, on peut faire bouillir cette eau en prenant directement de la chaleur dans l'air. On climatise…

Attention, tout n'est pas aussi simple :
1) Si tu veux climatiser ta cuisine à 20°C, il faut forcément régler la pression assez bas pour que l'eau s'évapore à une température inférieure à 20°C, par exemple 17°C. Si elle ne s'évapore qu'à 20°C, cela ne fonctionnera pas car ta casserole n'arrivera pas à prendre des calories dans l'air de ta cuisine, elle aussi à 20°C. Si tu prends une casserole étanche trop petite, elle n'arrivera pas non plus à prendre assez de calories dans l'air, et il faudra faire baisser la pression, et donc faire évaporer l'eau par exemple à 15 °C au lieu de 17 °C. Par conséquent, il te faudra faire tourner davantage ton compresseur, et tu payeras plus d'énergie.
Conclusion : Plus on veut prendre de la chaleur à l'air ambiant à une température basse, plus c'est difficile, plus cela coûte en énergie (la durée de fonctionnement du compresseur) ou en matériel (la taille de la casserole étanche, les caractéristiques du compresseur).

2) Avec l'eau, on ne peut pas descendre en dessous de 0°C, puisqu'alors on aurait de la glace... Donc, on ne fait pas de froid négatif, en-dessous de 0°C, avec de l'eau.

3) Avec l'eau, pour avoir des températures d’ébullition vers 5, 10 ou 15°C, il faut toujours travailler à des pressions très très basses et cela nécessite des circuits spéciaux, avec une très bonne étanchéité. Et cela n'est pas évident de maintenir la qualité de cette étanchéité à si basse pression dans le temps.

4) 1 L d'eau liquide, une fois à l'état de vapeur, prend beaucoup de place, donc il faut un compresseur pouvant déplacer de gros volumes de vapeur. Cela coûte cher.

Conclusion : On ne travaille pas avec de l'eau dans les circuits des PAC, des climatisations... On utilise d'autres fluides.

[ErwinGud]

Ouais bon, l'eau bout a 82° au sommet du Mt Blans ou a 69° au sommet de l'Everest, jusqu'ici tous va bien, non?

[Ciscoo]

Bonjour

Bonjour
1) que l'eau pure s'évapore naturellement à 100 °C à pression atmosphérique

Plus précisément, "à une pression atmosphérique au niveau de la mer" comme on dit dans le langage courant. Ici, je sous-entendais à 1 atm.

@ plus

[ErwinGud]

Non, c'est normé, tu vas dans des mers en dessous du niveau moyen ?

ça existe : https://www.futura-sciences.com/plan...ue-618/page/4/

Ensuite tu a la notion de Normo M3, si cela te parle....

[cornychon]

@ Ciscoo et ErwinGud

Bonjour,

Je ne veux pas commenter les explications que vous donnez.

En revanche, dans ma réponse #4, j’invite ceux qui nous lisent, à voir la page 6 du lien.

C’est une représentation schématique du cycle thermodynamique

Rappel:

Voir page 6, le cycle thermodynamique idéal du fluide qui circule dans la pompe à chaleur
https://environnement.brussels/sites...2-princ-fr.pdf

[/url]

Pour plus d’explications, voir les trois liens ci-dessous :

Puissance frigorifique :

Le diagramme enthalpique (Mollier).
https://www.youtube.com/watch?v=v20PORVRIp0

- Calcul de la puissance frigorifique
https://www.youtube.com/watch?v=Q_itGohIgCE

1 Tracé du cycle frigorifique diagramme ENTHALPIQUE du R-448 A
https://www.youtube.com/watch?v=xND-n5_QsNM

Pour bien comprendre, il faut s'accrocher.......

[Ciscoo]

Bonsoir

Non, c'est normé, tu vas dans des mers en dessous du niveau moyen ?

A quoi correspond ce non ?

@ plus

[Ciscoo]

@ Ciscoo et ErwinGud

Bonjour,

.... représentation schématique du cycle thermodynamique

il faut s'accrocher.......

Dans un premier temps, on peut essayer de faire simple avec de l'eau (car tout le monde a déjà fait chauffer de l'eau sur une gazinière, a déjà utilisé une cocotte-minute...). Ensuite, si on a envie de comprendre ça en détail, on peut effectivement passer par le cycle thermodynamique...

@ plus

P.S : Et il existe des machines qui le font réellement avec de l'eau.

[cornychon]

Dans un premier temps, on peut essayer de faire simple avec de l'eau (car tout le monde a déjà fait chauffer de l'eau sur une gazinière, a déjà utilisé une cocotte-minute...). *
Ensuite, si on a envie de comprendre ça en détail, on peut effectivement passer par le cycle thermodynamique...

@ plus

P.S : Et il existe des machines qui le font réellement avec de l'eau.

Bonjour,

Il n’est pas possible, de faire le moindre rapprochement, entre la cocotte-minute, version moderne du digesteur de Denis Papin, et le cycle de Carnot !

Je croyais que l’eau n’était pas exploitable dans les cycles de compression !

Mais comme tu le dis, s’il existe des catégories de PAC qui fonctionnent avec l’eau comme liquide frigorigène, merci de donner un exemple clairement caractérisé, identifié.
Je suis vraiment preneur !
.

[agitateur]

Ls notions d'enthalpie, d'entropie, et plus globalement de thermodynamique, ne sont pas propres à des fluides frigorigènes.
Carnot et Mollier, puisque tu les cites, ne sont qu'un bout de bout de l'iceberg visible de la discipline.

Il n'y a nul besoin, d'ailleurs, d'appeler au terme de thermo pour justifier quoi que ce soit dans un forum habitat et PAC.

[cornychon]

Bonjour,

Les notions d'enthalpie, d'entropie, et plus globalement de thermodynamique, ne sont pas propres à des fluides frigorigènes.

Lorsque j'ai commencé à travaillé, nous parlions de "chaleur latente de vaporisation, de solidification, de fusion". Ca s'applique à tous les corps purs
On préfère aujourd'hui celle d' "enthalpie de changement d'état" »

Carnot et Mollier, puisque tu les cites, ne sont qu'un bout de bout de l'iceberg visible de la discipline.

Il est bien évident que Carnot et Mollier, ne sont pas les seuls à avoir fait avancer les connaissances en thermodynamique....

Il n'y a nul besoin, d'ailleurs, d'appeler au terme de thermo pour justifier quoi que ce soit dans un forum habitat et PAC.

Le terme thermo, qui signifie chaleur, entre dans la composition d'un certain nombre de mots scientifiques. Si on supprime thermo,
Le mot thermostat devient "stat"
Le mot thermomètre devient "mètre"
Le mot thermostatique devient "statique"

Tout ceci n'est pas gérable !!!!

[Ciscoo]

Bonjour

Bonjour,

Il n’est pas possible, de faire le moindre rapprochement, entre la cocotte-minute, version moderne du digesteur de Denis Papin, et le cycle de Carnot !

Si, si... Et la question ici n'est pas "Ou puis-je trouver les valeurs thermophysiques permettant de calculer ce gain ,", mais "D'où vient le gain ?". Et ma réponse est "De la taille des échangeurs, de l'efficacité des compresseurs, des fluides choisis..."

Je croyais que l’eau n’était pas exploitable dans les cycles de compression !
Mais comme tu le dis, s’il existe des catégories de PAC qui fonctionnent avec l’eau comme liquide frigorigène, merci de donner un exemple clairement caractérisé, identifié.
Je suis vraiment preneur !
.

Si je me souviens bien, il y avait une brève sur ce sujet dans un des n° de la revue Chaud Froid Performance d'il y a 4 ou 5 années. Il s'agissait de matériel allemand... Je recherche le nom de la société correspondante et je le met sur le forum.

@ plus

[titijoy3]

Bonjour

Si, si... Et la question ici n'est pas "Ou puis-je trouver les valeurs thermophysiques permettant de calculer ce gain ,", mais "D'où vient le gain ?". Et ma réponse est "De la taille des échangeurs, de l'efficacité des compresseurs, des fluides choisis..."
@ plus

de quel gain parle t'on, et que compare t'on ?

je crois que ddj parle de l'écart de consommation par rapport à la quantité de chaleur restituée entre par exemple un convecteur électrique résistif et un système à compression et fluide frigorigène, lui expliquer que dans un cas on transforme une énergie en chaleur, et que dans le deuxième cas on ne fait que transporter les calories d'un point à un autre suffit, que le fluide soit de l'eau ou autre chose ne change pas grand chose..

le rendement du fluide, du compresseur et des échangeurs, c'est un autre sujet

après, si on tient vraiment à polémiquer, on peut toujours étaler ses connaissances en étayant à coups d'articles téchnico-scientifiques..

[cornychon]

L’origine de cette discussion

Bonjour,
Je me permet de lancer le sujet car je n'arrive pas à trouver d'explication sur l'origine du gain d'energie que procure une PAC.
Toutes les explications sur le fonctionnement d'une PAC que j'ai trouvé se contentent d'expliquer le mécanisme général mais ne rentre pas dans le détail.

De quel gain parle t'on, et que compare-t-on ?
:

Bonjour,

Une PAC en mode chauffage, est une sorte d’usine à gaz, qui pour faire simple, lorsqu’elle prélève 1 kWh au compteur EDF, restitue 3 kWh sous forme de chaleur dans la maison.

C’est une constatation et non une explication.

Pour éclaircir les mécanismes, qui conduisent à un gain proche de trois, il est préférable de donner des liens qui donnent de bonnes explications scientifiques, que raconter des histoires hors sujet, qui ne veulent rien dire, et reposent sur rien.

[Tam]

Bonjour ici, pour éviter les confrontations d'ego habituelles, il suffirait que l'auteur de cette question intéressante vienne faire un retour après toutes les explications données.

[Positron1]

Salut,
Le pauvre ddj doit être ébloui parmi tant de savoir!
Alors qu'un simple exemple lui suffirait peut-être, le pompe à vélo chauffe, c'est la compression de l'air, et l'air rejeté se refroidi, c'est simple, c'est mécanique, faut'il expliquer que c'est le frottement des molécules

[SK69202]

Alors qu'un simple exemple lui suffirait peut-être, le pompe à vélo chauffe, c'est la compression de l'air, et l'air rejeté se refroidi, c'est simple, c'est mécanique, faut'il expliquer que c'est le frottement des molécules

Mais le grand truc qui manque, c'est de laisser la pompe à vélo se refroidir avant de rejeter l'air, ça permet de voir la condensation sur le corps de pompe.

[Tam]

Je me permet de lancer le sujet car je n'arrive pas à trouver d'explication sur l'origine du gain d'energie que procure une PAC.

Allo Ddj, dernièrement vous avez posté un message tous les 3 ans, allez-vous être plus actif suite à votre question ?

[cornychon]

Bonjour,

La PAC est un copier-coller frauduleux, de la Pompe à main en fonte.

Le type qui a inventé la PAC, a copié le principe de la pompe à mains en fonte.

La Pompe à main en fonte, pompe l’eau qui se trouve au fond du puits, pour la remonter à la surface,

La Pompe à chaleur, pompe la chaleur à l’extérieur de la maison, pour la mettre dans la maison.

Il suffirait de remplacer le compresseur, par une pompe à main en fonte, pour chauffer la maison.



Une pompe à main :
https://www.pompes-direct.com/pompag...onte/3025.html

[Positron1]

Re,
Pomper!!!??? ça me rappelle une émission de TV, ils se réchauffaient en pompant !! était ce déjà la pompe à chaleur ?

[Kissagogo27]

Hello, puisque ça digresse a fond ^^ on a des systèmes a changement de phases dans des appareils qu'une majorité de personnes ont a la maison ^^

des pc ^^ les caloducs, petit résumé https://mirroir-cm.tech-masters.fr/articles-28-1.html

[Ciscoo]

Bonjour à tous

Bonjour ici, pour éviter les confrontations d'ego habituelles, il suffirait que l'auteur de cette question intéressante vienne faire un retour après toutes les explications données.

Tout à fait d'accord avec toi.

J'ai répondu dans ce fil en essayant de faire simple (avec de l'eau) (1):
* en ne disant pas juste "on constate que A est bien plus grand que B" (ce qui n'apporterait pas beaucoup d'informations au lecteur),
* sans pour autant négliger les difficultés techniques (importance de la taille des échangeurs, du rendement du compresseur...) (cela reviendrait à dire que c'est une machine miraculeuse, solution à tous les problèmes de climatisation, de chauffage, de froid commercial), (Quoi que donnent les calculs thermodynamiques, si la technologie ne suit pas, par exemple si les compresseurs sont mauvais, avec un taux de compression très faible...) (2)
* sans pour autant partir avec des calculs compliqués de thermodynamique (3),

Et résultat... Que d'embrouilles pour rien... Du calme, du calme...

@ plus

P.S :
(1) Pour faire simple, je n'ai expliqué que ce qui se passe du coté de l'évaporateur, pas du coté de la condensation...
(2) Et encore, je n'ai pas parlé de l'ozone, des notions d'énergie grise, d'énergie primaire, d'énergie finale, de COP instantané, de COP annuel, de la maintenance bientôt obligatoire...
(3) qui ne pourraient que donner le rendement maximal, pas la réalité

[cornychon]

Re,
Pomper!!!??? ça me rappelle une émission de TV, ils se réchauffaient en pompant !! était ce déjà la pompe à chaleur ?

Il y a 50 ans les Shadoks pompaient.
https://www.youtube.com/watch?v=3BfcBSEqDIk

[leidier]

Quel est celui qui a la plus grosse, après moult discussions le jury a attribué le premier prix à :
La seule chose plus dangereuse que l'ignorance est l'arrogance.
Avec un COPA de 10 dégivrages inclus.
Courage ddj

[alexvillon]

Quel est celui qui a la plus grosse, après moult discussions le jury a attribué le premier prix à :
La seule chose plus dangereuse que l'ignorance est l'arrogance.
Avec un COPA de 10 dégivrages inclus.
Courage ddj

Bonjour,
je pense que le COPA est bien > à 10. J'ai cherché sur Wiki, je n'ai rien trouvé pour le prouver scientifiquement

[cornychon]

Quel est celui qui a la plus grosse, après moult discussions le jury a attribué le premier prix à :
La seule chose plus dangereuse que l'ignorance est l'arrogance.
Avec un COPA de 10 dégivrages inclus.
Courage ddj

Bonjour,

Cette réponse est bien loin de la conduite à tenir sur le forum ! !

« La courtoisie est de rigueur. On peut critiquer les idées, mais pas les personnes. »

En dire plus, n’aurait rien de constructif. Il n’est pas question d’alimenter une discussion polémique, arrogante, dévastatrice !

Je tiens à remercier Ciscoo, agitateur, f6bes, titijoys. Vos manières de voir les choses sont tout à fait respectables, vous avez une conduite exemplaire.

[ddj]

Bonjour, bonsoir,

Merci particulièrement à Cornychon et Ciscoo.
J'ai mis un peu de temps à répondre car je n'ai pas eu le temps de faire des recherches supplémentaires pour alimenter le fil.

Je ne comprends toujours pas l'origine du gain. Tout ce que je lis ici j'ai pû le trouver sur internet en farfouillant.
Je pensais en postant ici qu'un exemple ou une explication plus approfondie ressortirait.

Je suis toujours étonné par le gain de calories provoqué par la source froide d'autant plus que plus le liquide frigorigène est chaud plus il demande d'énergie pour atteindre l'état liquide (en gros deux fois plus de pression entre -10° et 10°)
Est-ce que quelqu'un pourrait démontrer par le calcul d'où provient le gain de calorie (c'est à dire après le captage dans la zone froide) et sa quantité par rapport à un capteur qui serait à la température d'évaporation du liquide frigorigène ?

Merci pour votre aide.