Pompe à Chaleur didactisée SPEN
La pompe à chaleur est constituée d'un circuit fermé étanche dans lequel circule un fluide spécial qui change d'état (liquide ou gazeux) en fonction des quatre organes qu'il traverse : l'évaporateur, le compresseur, le condenseur et le détendeur.
dans l'évaporateur, la chaleur Q1 prélevée dans l'air est transférée au fluide caloporteur qui se vaporise et donc passe de l'état liquide à l'état gazeux.
le compresseur comprime le fluide et en élève la pression et la température.
le condenseur permet alors au fluide frigorigène de céder sa chaleur Q2 au fluide du circuit de chauffage. Le fluide frigorigène se condense et revient à l'état liquide.
le détendeur abaisse ensuite la pression et la température du liquide frigorigène, ce qui amorce sa vaporisation pour un nouveau cycle.
On distingue sur le schéma :
trois flux de matière :
le flux d'air ambiant (ou d'eau) au niveau de l'évaporateur ;
le flux d'eau à chauffer qui passe dans le condenseur (échangeur thermique) ;
le flux du fluide caloporteur (R134a pour la PAC SPEN) qui effectue un cycle fermé et alterne entre un état liquide et un état vapeur.
trois flux d'énergies échangées entre la PAC et le milieu extérieur :
Q1 : quantité de chaleur apportée au fluide caloporteur par l'air ambiant ;
E : quantité d'énergie électrique consommée par les composants (ventilateur, pompe à eau, partie commande) ;
Q2 : quantité de chaleur apportée à l'eau du circuit de chauffage.
La relation suivante découle du principe de conservation de l'énergie :
Q2 = Q1 + Ecompresseur - Pertes
avec :
E compresseur : énergie électrique consommée par le compresseur puis convertie en travail de compression du fluide. Celui-ci emmagasine alors ce travail sous forme de chaleur.
Pertes : ce sont des flux d'énergie perdus sous forme :
de chaleur le long des tuyaux, dans la chambre de compression, dans le condenseur ;
de chaleur à cause des frottements dans les liaisons mécaniques du compresseur ;
La performance énergétique d'une pompe à chaleur se traduit par le rapport entre la quantité de chaleur produite par celle-ci et l'énergie électrique consommée.
Ce rapport - supérieur à 1 - est appelé le coefficient de performance (COP) de la pompe à chaleur :
COP = \(\frac{Q_2}{E}\)