Pompe à chaleur: principe de fonctionnement, domaines d'application

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Nous obtenons de la chaleur en brûlant du bois, du charbon, des produits pétroliers et du gaz. Mais ces modes de chauffage qui nous sont familiers sont en réalité primitifs et dangereux: ils gaspillent irrémédiablement les ressources de la terre et polluent l'atmosphère. Cela ne peut pas durer longtemps. Par conséquent, les méthodes traditionnelles sont remplacées par des technologies éconergétiques qui peuvent générer de la chaleur à partir de la terre et de l'air sans nuire à la nature.

Qu'est-ce qu'une pompe à chaleur?

La chaleur se trouve partout: dans l'air, l'eau et la terre. Une pompe à chaleur est un transformateur de chaleur élévateur, un appareil qui prend la chaleur de l'environnement et la transfère au système de chauffage et d'alimentation en eau chaude. Lorsqu'une pompe à chaleur fonctionne, l'énergie n'est pas dépensée pour chauffer directement le liquide de refroidissement, mais pour pomper et convertir la chaleur de l'environnement dans la maison. C'est ainsi que l'on obtient une efficacité énergétique élevée de l'appareil: lorsqu'un kilowatt d'électricité est consommé pour le fonctionnement du compresseur, 3-5 kW d'énergie thermique sont générés (le coefficient thermique du COP est de 3-5 unités).

Quels types de pompes à chaleur existe-t-il?

Les pompes à chaleur sont classées en trois types:

• Aérothermie (air), qui reçoit l'énergie thermique de l'atmosphère.
• Géothermie, extraction de la chaleur de la terre.
• Aquathermal (aquatique) - une classe d'équipement qui utilise la chaleur du milieu aquatique: rivières, lacs, mer, aquifère souterrain.

La pompe aérothermique aspire la chaleur à travers un échangeur de chaleur à air - un radiateur extérieur. Les pompes géothermiques reçoivent l'énergie thermique du sol à travers des champs géothermiques - ceux-ci sont posés horizontalement sous la surface des tuyaux de terre, ou des trous de forage (sondes), où les tuyaux sont installés verticalement. Les sondes peuvent également être positionnées à un angle, car toutes les zones n'ont pas la capacité de forer en profondeur. Les collecteurs de la pompe aquathermique sont placés dans un réservoir ou un puits d'eau.

Les pompes à chaleur géothermiques fonctionnent plus efficacement grâce à des températures du sol stables tout au long de l'année. Avec les pompes aérothermiques, le coefficient thermique (COP) baisse à une température extérieure de -15 ° C. Les pompes à chaleur à eau dépendent de la qualité de l'eau: algues, calcaire, corrosion - ces facteurs réduisent considérablement les performances de l'appareil.

Comment fonctionne une thermopompe à air?

Le fonctionnement de toute pompe à chaleur est divisé en trois étapes:

• collecte de chaleur de l'environnement;
• une augmentation de la température de la chaleur collectée;
• transfert de chaleur vers le système de chauffage et l'alimentation en eau chaude.

La seule différence est la méthode d'obtention de chaleur de faible qualité à partir de l'environnement. Avec une pompe à chaleur à air, cela se fait comme suit:

• Le réfrigérant circule à travers l'évaporateur de la pompe à chaleur à air - fréon. C'est un liquide antigel et très volatil qui bout à basse température. La température du fréon est toujours inférieure à la température de l'air et, par conséquent, sous son influence, le réfrigérant bout et se transforme en vapeur. C'est ce qu'on appelle le transfert thermique différentiel de la chaleur.
• La vapeur de fréon pénètre dans le compresseur, où elle est comprimée. Sous l'influence de la haute pression, la vapeur de réfrigérant s'échauffe: la température de la vapeur de fréon comprimée peut atteindre 128 ° C. Cette chaleur pénètre dans le condenseur.
• Dans le condenseur, la vapeur de fréon chaud transfère l'énergie thermique au circuit de chauffage et de chauffage de l'eau. Lorsque l'énergie thermique est libérée, la vapeur est refroidie et redevient liquide, mais maintient en même temps une pression élevée. Et aussi la température du fluide frigorigène à ce stade est encore insuffisante pour un nouveau cycle d'absorption de chaleur de l'environnement. Par conséquent, après l'échangeur de chaleur, le fréon passe à travers le papillon des gaz, où la pression chute et la température baisse. Après cela, le réfrigérant va vers le circuit externe pour un cycle répété.

Comment fonctionne une pompe à chaleur géothermique et aquathermique?

Le principe de fonctionnement de ces pompes à chaleur ne diffère que par l'extraction de la chaleur de l'environnement. Ici, un circuit de canalisations posées sous terre ou immergées dans l'eau fait office d'échangeur de chaleur. Ce n'est pas un réfrigérant qui circule dans les tuyaux, comme dans les pompes à air, mais un intermédiaire - propylène glycol, alcool ou mélange eau-glycol. Ce sont ces liquides qui accumulent la chaleur obtenue à partir de l'eau ou du sol et la transfèrent vers l'évaporateur de l'installation.

Le liquide de refroidissement entre dans l'évaporateur, chauffe le fréon et le convertit en vapeur. La vapeur de fréon passe à travers le compresseur, où elle est comprimée et chauffée. Après cela, il entre également dans le condenseur, où il transfère la chaleur au chauffage et à l'approvisionnement en eau chaude. Le cycle se termine lorsque le réfrigérant passe à travers la vanne d'étranglement, où se déroule le processus de dépressurisation et de refroidissement. Le fréon refroidi entre à nouveau dans l'évaporateur.

Pour le dire simplement: la chaleur de l'air, de l'eau ou de la terre n'est nécessaire que pour faire bouillir du fréon et le transformer en vapeur. En outre, dans le compresseur, la vapeur est chauffée à des températures élevées sous l'influence de la pression, dont l'énergie est utilisée pour chauffer l'eau dans le système de chauffage et l'alimentation en eau chaude. De cette manière, la chaleur de faible qualité de l'environnement extérieur est convertie en températures élevées du fluide caloporteur du circuit de chauffage.

Comment améliorer l'efficacité d'une pompe à chaleur?

Le système de chauffage joue un rôle important dans les performances d'une pompe à chaleur. L'équipement fonctionne le plus efficacement avec des systèmes de chauffage à basse température: chauffage par le sol; ventilo-convecteurs (échangeurs de chaleur ventilés). Le fait est que la pompe à chaleur fonctionne le plus efficacement possible à une température de 35-40 ° C à la sortie, et ce correspond à la température optimale du fluide caloporteur dans le chauffage par le sol à eau ou le chauffage à air.

La pompe à chaleur peut-elle refroidir?

Les pompes à chaleur peuvent non seulement chauffer mais aussi refroidir - elles sont utilisées pour la climatisation. Autrement dit, l'appareil peut prendre la chaleur de la pièce et l'évacuer à l'extérieur selon le même principe, mais uniquement dans l'ordre inverse. Un réfrigérateur est également une pompe à chaleur. Cet appareil électroménager ne produit pas de froid, il évacue simplement toute la chaleur de la chambre d'isolation thermique scellée.

Dans quels domaines les pompes à chaleur sont-elles utilisées?

Les pompes à chaleur sont utilisées pour le chauffage et la climatisation des installations industrielles, des bâtiments municipaux, des immeubles résidentiels à plusieurs étages et privés. Cette technologie est capable de remplacer toutes les méthodes de chauffage traditionnelles. La Suède en est un exemple, où plus de 90% des bâtiments destinés à divers usages sont chauffés à l’aide de pompes à chaleur. Les pompes géothermiques et aérothermiques sont répandues en Europe, aux États-Unis et au Japon.

A qui convient ce type de chauffage?

La pompe à chaleur n'a besoin que d'électricité pour fonctionner. Ce type de chauffage convient aux maisons privées situées loin des conduites de gaz ou lorsque le raccordement au gaz est déraisonnablement coûteux. La pompe à chaleur est parfaite pour les établissements non gazéifiés où il n'y a pas assez de puissance pour installer une chaudière électrique. Ce type de chauffage est populaire auprès de ceux qui ne veulent pas vivre sur un "baril de poudre", c'est-à-dire qu'il convient aux personnes qui craignent la suffocation ou l'explosion en cas de fuite de gaz. La pompe à chaleur peut être utilisée dans les bâtiments commerciaux comme chauffage écoénergétique.

Quels sont les dangers d'une pompe à chaleur?

La pompe à chaleur ne brûle pas de combustible; il ne produit pas d'émissions nocives dans l'atmosphère et de déchets dans l'environnement. C'est un appareil résistant au feu / aux explosions et respectueux de l'environnement. Le fluide frigorigène circule en circuit fermé et ne présente aucun danger pour la nature et l'homme.

Que rechercher lors du choix d'une pompe à chaleur?

Comme nous l'avons mentionné, les pompes à chaleur sont divisées en trois types: aérothermique, aquathermique et géothermique. Les premiers fonctionnent à partir de la chaleur atmosphérique et présentent deux inconvénients importants: des baisses de température et une pollution régulière du radiateur. Lors de fortes gelées, le coefficient thermique (COP) tombe à 1, au lieu des 3-5 déclarés. Et aussi la pollution constante des radiateurs extérieurs réduit l'efficacité des pompes aérothermiques. Ces installations sont plus adaptées aux climats tempérés avec des hivers doux.

Les pompes Aquathermal sont exigeantes sur la qualité de l'eau et leur efficacité diminue lorsque le circuit de refroidissement devient sale ou recouvert de dépôts.

Pour nos conditions, le meilleur choix est pompes à chaleur géothermiques. Le système «sol-eau» est le plus pratique, le plus fiable et le plus efficace pour le chauffage et l'approvisionnement en eau chaude à la maison. Cela est dû à la température du sol presque constante tout au long de l'année. Le champ géothermique est posé en dessous du niveau de gel du sol, ce qui permet à l'installation de fonctionner de manière stable et de produire un coefficient thermique élevé. Par exemple, le COP des pompes à chaleur géothermiques de la série FH (FH-401, FH-405, FH-415) jusqu'à 5 unités!

Lors du choix de l'équipement, il est important non seulement qu'il chauffe l'eau de manière banale, mais qu'il présente également des caractéristiques avancées qui répondent aux exigences d'une pompe à chaleur moderne. Prends pour exemple pompe à chaleur géothermique IQ (inverter) ФХ-415. L'installation est équipée: d'un dispositif d'accès à distance; redémarrage automatique en cas de panne de courant; protection des pompes de circulation; protection contre les déséquilibres de phase; mode de contrôle du climat pour la température de l'air; horaire de travail hebdomadaire; mode dépendant de la météo; contrôle de l'élément chauffant du ballon d'eau chaude; une mémoire non volatile; boîtier insonorisé. Cela garantit la fiabilité, la durabilité et le rendement énergétique élevé de l'équipement.

Que pensez-vous de ces systèmes de chauffage? Écrivez dans les commentaires.

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