Fonctionnement thermodynamique d’une pompe à chaleur !
La thermodynamique nous apprend que le sens naturel du déplacement de la chaleur s’effectue toujours de la source chaude vers la source froide.
Ses mouvements dégagent une certaine énergie utilisable sous forme de travail.La machine à vapeur en est la démonstration.
Mais peut-on inverser le sens de cet écoulement ?
La réponse est oui, mais il faudra une énergie sous forme de travail pour réaliser l’écoulement inverse. C’est d’ailleurs le rôle du compresseur d’une pompe à chaleur d’effectuer ce travail.
Très schématiquement, le compresseur par le biais d’un circuit frigorifique va capter l’énergie de la source froide, la porter à très haute température par le travail de compression, et cette chaleur s’écoulera tout naturellement vers la source chaude.
On peut définir la pompe à chaleur comme un matériel permettant de réaliser le sens inverse du sens naturel.
Une source froide, même à très basse température, contient suffisamment d’énergie utile. Bien entendu le rendement de la pompe à chaleur baissera à mesure que la température de la source froide baissera.
Géothermie et pompe à chaleur
Le principe de la géothermie consiste à puiser dans l’air, l’eau, directement dans le sol l’énergie constamment renouvelée par le soleil, la pluie, le vent, pour ensuite transférer cette énergie vers des échangeurs de chaleur.
Vous remarquerez ici le terme de « source froide » et de « source chaude ». La source froide c’est le médium où l’on absorbe l’énergie, et la source chaude c’est le médium où l’on restitue l’énergie. Ce transfert d’énergie est possible grâce à la pompe à chaleur.
Une pompe à chaleur est composée de quatre éléments essentiels : le compresseur, le condenseur, le détendeur et l’évaporateur. Mais l’élément qui permet la réversibilité du fonctionnement de la pompe à chaleur, c’est la vanne 4 voies.
La vanne 4 voies assure le basculement en mode chaud ou en mode froid d’une pompe à chaleur, mais elle permet aussi le dégivrage des échangeurs pour les PAC air-air et air-eau par exemple.
Mais comment fonctionne une pompe à chaleur air-air en mode chaud ?
Le compresseur aspire, comprime puis refoule à haute pression et à haute température le gaz et le dirige vers le condenseur.
Dans le condenseur, les gaz surchauffés, tout en se transformant petit à petit en liquide, vont céder leurs calories à la source chaude.
À la fin du condenseur, le flux de frigorigène est en phase liquide et il se dirige vers le détendeur qui abaisse brusquement la pression. Le liquide est partiellement vaporisé par lamination.
Ensuite le liquide pénètre dans l’évaporateur et se transforme petit à petit en gaz par échanges avec la source froide.
La température d’évaporation étant toujours plus basse que la température de la source froide, l’évaporateur absorbe l’énergie contenue dans la source froide.
Puis, les gaz retournent au compresseur pour un nouveau cycle.
