Rapport De Stage En Energie Renouvelable

hénomène la chaleur est-elle captée ? Même lorsque la source est froide.

La chaleur est récupérée par un réfrigérant ou fluide frigorigène. Ce sont des liquides qui s'évaporent et extraient de la chaleur même lorsque les températures sont très basses. A l'état gazeux, le fluide frigorigène est aspiré par le compresseur, qui va le comprimer et, ainsi, élever sa température. Par condensation, la chaleur utile va ensuite être transmise au système de chauffage.

L'intérêt de la PAC ?

Le compresseur utilise de l'électricité, il dégage de la chaleur. En compressant le fluide frigorigène à l'état gazeux il va amplifier l'énergie électrique/thermique utilisée par un facteur ou coefficient de performance (COP) de trois à six selon les conditions et le type d'installation. C. à D. que pour 1 kWh acheté, l'installation reçoit de 3 à 6 kWh.

Autre façon d’expliquer la même chose La chaleur environnante de l’air, de la terre ou de l’eau est amenée à l’évaporateur d’où elle sera transmise au milieu de travail de la pompe à chaleur (avec un point d’évaporation très bas). Ce milieu passe alors à l’état de vapeur. Dans le compresseur, la vapeur est comprimée et ainsi chauffée. Dans le condenseur, la vapeur donne sa chaleur au circuit de distribution du chauffage. Ainsi le milieu est liquéfié toujours à haute pression . Dans le détendeur, la pression est diminuée, est le circuit recommence à zéro. 100% de la chaleur disponible est utilisée pour le chauffage, résultant à 35% de l’évaporateur et 65% de la chaleur de l’environnement.

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Enthalpie = Contenu de chaleur (kJ/kG) = Somme de l’énergie interne et du produit de la pression multiplié par le volume

Vers le chauffage

35o C 45o C

Condenseur

Compresseur

50oC 110oC

35oC

2o C

1o C

Evaporateur Vanne d’expansion

6oC 10oC Source de chaleur

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2. LES COMPOSANTS

Evaporateur / Condenseur

Dans l'évaporateur, le fluide frigorigène liquide s'évapore en absorbant la chaleur de l'environnement. Dans le condenseur, ce même fluide frigorigène retrouve son état liquide en transmettant sa chaleur au circuit de chauffage. Il existe différents types d'évaporateurs et de condenseurs, les plus utilisés sont des échangeurs à plaques, on trouve encore beaucoup de machines équipées d'échangeurs coaxiaux.

Vanne de détente

Le fluide frigorigène liquide sous haute pression qui sort du condenseur traverse un étranglement (vanne de détente) avant de parvenir sur la partie basse pression du circuit (côté évaporateur). Ce n'est qu'à basse pression que le fluide frigorigène peut s'évaporer et ainsi absorber de la chaleur.

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Compresseur

Dans les installations de villas et petits immeubles, ou la puissance ne dépasse pas 100 kW., les compresseurs utilisés sont généralement des modèles hermétiques. Actuellement de type rotatif (scroll). Les avantages: prix intéressant, construction compacte, pas d'entretien et très silencieux.

Compresseur rotatif

Hermétique jusqu’à ~50 kW de puissance chauffage Semi-hermétique de 30 à 200 kW de puissance de chauffage

Compresseur à vis

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Le fonctionnement du compresseur scroll

A.-Généralités Le compresseur possède 2 spirales emboîtées l’une dans l’autre. La spirale supérieure est fixe, tandis que la spirale inférieure est animée d’un mouvement orbital. B. - Admission – première orbite Lors du déplacement de la spirale inférieure, deux poches de gaz se forment, puis se referment, emprisonnant ainsi le fluide frigorigène. C. – Compression – deuxième orbite Le mouvement de la spirale entraîne les gaz vers la partie centrale : le volume occupé se réduit et les gaz sont comprimé. D . – Refoulement – troisième orbite Les gaz comprimés sont évacués à travers l’orifice de refoulement situé au centre de la spirale fixe

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Fluide frigorigène

La recherche est intense dans le domaine des fluides frigorigènes. Les CFC R12 et R502 fréquemment utilisés jusqu'à la fin des années 1980 ne peuvent plus l 'être dans les installations nouvelles (destruction de la couche d'ozone). Transitoirement, on utilise le R22 (HCFC), qui sera interdit dès le 31 décembre 2001. Les réfrigérants de substitution sont actuellement le R134a (HFC) et R407c (HFC). Le réfrigérant naturel qui arrive sur le marché pour les petites puissances est le propane R290 (HC), il est toutefois inflammable, et la norme suisse SN 253 130 régis les exigences d'installation.

CFC = chloro fluoro carbonnes

HCFC = chloro fluoro carbonnes hydrogèné

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Les fluides frigorigènes et leur impact sur l’environnement Le fluide frigorigène de la pompe à chaleur assure une tâche importante en tant que médium, en quelque sorte en « transportant » la chaleur du bas niveau de température de la source de chaleur à un niveau plus élevé. Il y a déjà vingt ans que l’on a découvert que les chlorofluorocarbones (CFC) provoquent une réaction conduisant à la destruction de la couche d’ozone. Les fluides frigorigènes concourent également d’une manière significative à l’effet de serre. Manipulation et autorisation des fluides frigorigènes sont réglés par l’Ordonnance sur les matières dangereuses pour l’environnement, mise en application par le Conseil fédéral en août 1991. Outre l’impact sur l’environnement, il faut également considérer la température de départ du chauffage, lors du choix d’un fluide frigorigène. Suivant la température de fonctionnement, différents fluides pourront convenir. Les R12 et R502, deux CFC halogénés largement répandus dans la technique des pompes à chaleur, sont interdits depuis le 1 er janvier 1994 pour de nouvelles installations. Dans le monde entier, l’industrie chimique travaille au développement de fluides de substitution et à leur mise sur le marché aussi rapide que possible. Les fluides de substitution les plus utilisés sont avant tout les fluorocarbones (HFC) tels que le R134a, ainsi que les hydrocarbures tels que l’isobutane (R600a) et le propane (R290). Le R134a présente des propriétés physiques semblables à celles du R12 et constitue donc actuellement le principal fluide de substitution. Des études effectuées sur mandat de l’Office fédéral de l’énergie ont montré qu’un échange des fluides frigorigènes dans les installations existantes est possible. Pour les petites installations, une telle substitution a peu de chances d’être réalisée, pour des raisons de coût. Comme solution provisoire, on utilise maintenant souvent le R22, un HCFC partiellement halogéné, caractérisé par un faible potentiel de destruction de l’ozone, mais toutefois avec un potentiel encore élevé d’augmenter l’effet de serre. Les températures de départ de 45 à 50°C que l’on peut atteindre avec ce fluide sont cependant bien moins élevées qu’avec du R12 ou du R134a. En Suisse, le R22 ne sera plus autorisé pour de nouvelles installations dès