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POMPE A CHALEURAérothermie - Géothermie
FORBAT
SOMMAIRE1 – Rappel Théorique
. La réfrigération
. Propagation de la chaleur
. La température
. La quantité de chaleur
. Notion de poids et de masse
. La pression
. Chaleur latente / Sensible
. La température d’équilibre
2 – Fonctionnement Climatisation
3 – Fonctionnement Chauffage
4 – Les différentes types de P.A.C
. Air / Air
. Air / Eau
. Eau / Eau
. Eau glycolé / Eau
5 – Dimensionnement
6 – Mise en service
1 - Rappels Théorique. Qu’est-ce la réfrigération ?
C’est l’extraction de l’énergie contenu dans l’air.
Exemple : Le réfrigérateur pompe la chaleur contenu à l’intérieur du frigo et la rejette à l’extérieur.
. Comment se propage la chaleur ?- Par Conduction dans les matériaux
- Par Convection (ex: Convecteur)
- Par rayonnement (Rayonnement solaire)
La chaleur se propage toujours du milieu le + chaud vers le milieu le + froid
. La température
2 échelles de température :
- Le degré Celsius (°C)
- Le degré Kelvin (°K)
Ex : 0 °C = 273 °K
100 °C = 373°C
-273°C = 0°K
1 - Rappels Théorique. La Quantité de chaleur
L’unité de quantité de chaleur est le Kcal
1 Kcal = 1000 Calories = 1,16 Wh = 1 Frigorie = 4,18J
1 kg d’eau à 10°C
1 kg d’eau à 11°C
Il faut apporter 1 Kcal
1 - Rappels Théorique. Exemple : Ballon d’eau
En combien de temps une résistance de puissance 3 kw mettra pour élever la température de l’eau dans un cumulus de 25°C à 55°C
- Détermination de l’énergie nécessaire
300 * (55-25) = 9 000 kcal comme 1 kcal = 1,16 wh
Il faut apporter : 9000 * 1,16 = 10 440 Wh
- Détermination du temps nécessaire
10440 / 3000 = 3,48 heures
Ballon 300 L eau à 25°C Ballon 300 L
eau à 55°C
1 - Rappels Théorique. Notion de poids et de masse
Le poids s’exprime de la façon suivante :
P = mgP : Poids en Nm : Masse en Kgsg : Accélération de l’apesanteur en N/kg (sur terre g = 9,81 N/kg)
. La Pression
Le pression s’exprime de la façon suivante :
P = F/SF : Force en NS : Surface en m²P : Pascal
Plusieurs unité de pression :
100 000 pascal = 1 bar
Ex : Pression atmosphérique 1013 hpascal ou 1,013 bar ou 1013 mbar
Ex : 1 m3 d’air à 20°C au niveau de la mer à une masse de 1,293 kg
1 - Rappels Théorique. Pression relative et Pression absolue
Pression absolu = Pression relative + 1 bar
Pression absolu : Tiens compte de la pression atmosphèrique
Pression relative : Pression lue au manomètre
1 - Rappels Théorique. Chaleur latente / Sensible : Qu’est ce ?
La chaleur Sensible, c’est la quantité de chaleur qui est ajouter ou retirer sans changement d’état
La chaleur latente, c’est la quantité de chaleur qu’il faut ajouter ou retirer pour changer l’état d’un corps sans changement de sa température.
Ex : Passage de l’eau liquide de 100°c à vapeur 100°C
1 kg de glace à 0°C1 kg d’eau à 0°C 1 kg d’eau à 100°C
Vapeur à 100°C
80 Kcal
Chaleur latente100 Kcal
Chaleur sensible
539 Kcal
Chaleur latente
1 - Rappels Théorique. Exemple
Une chaudière à condensation rejette 12 litres de condensat par jour soit 0,5 litre par heure.
La puissance restituée par les condensat est de :
0,5*539 = 269,5 Kcal
Soit 1,16*269,5 = 312,62 Wh
Remarque : Pour une meilleur condensation, il faut que le retour chauffage soit le + froid possible.
1 - Rappels Théorique. Température d’équilibre : Effet de la pression sur la température d’ébullition de l’eau
Exemple : Une casserole sur le feu au niveau de la mer (pression 1013 mbar)
Au niveau de la mer la température de vaporisation de l’eau est de 100°C
Eau à 100°C
Chauffage
1 - Rappels ThéoriqueExemple : La cocotte minute au niveau de la mer
Dans une cocotte minute, la température d’évaporation de l’eau est de 120°C sous 2 bars.
On peut s’apercevoir que la température d’évaporation de l’eau varie dans le même sens que la pression.
Eau à 120°C, pression 2 bars
Chauffage
1 - Rappels ThéoriqueExemple : Les œuf dur
On peut s’apercevoir une nouvelle foi que la température d’évaporation de l’eau varie dans le même sens que la pression.
Temps de cuisson d’un œuf dur au niveau de la mer : 9 minutes.
Au sommet du mont blanc ce temps de cuisson sera égal / + élevé ou – élevé ?
Remarque à 4810 m, la température d’ébullition de l’eau est de 84°C et 0,55 bar.
1 - Rappels Théorique. Température d’équilibre : Effet de la pression sur la température d’ébullition des fluides caloporteurs.
Au niveau des fluides caloporteurs (R410, R407, R22 …), le principe reste le même, ces fluides vont s’évaporer à une température d’équilibre qui dépend de la pression.
Température réelle du milieu
Température réelle du milieu
Température d’équilibre du fluide caloporteur
Evaporation
Condensation
1 - Rappels Théorique. Exemple : Remplir le tableau grâce la rêgle de la page 13
Température d’équilibre 2°C 42°C 60°C
R22
R407C
R410A
R404
R407C = R134 + R32 + R125 (Non homogène, si fuite nécessite de changer toute la charge)
R410A = R32 + R125 (homogène)
1 - Rappels Théorique. Informations environnementales
1 Français rejette 8 tonnes de CO² dans l’atmosphère
1 Indien rejette 3 tonnes de CO² dans l’atmosphère
1 Américain rejette 21 tonnes de CO² dans l’atmosphère
1 kg de R22 représente un équivalent de 1,6 tonne de CO²
1 kg de R407C représente un équivalent de 1,7 tonne de CO²
1 kg de R410A représente un équivalent de 1,9 tonne de CO²
1 kg de R404 représente un équivalent de 3,8 tonne de CO²
Remarque : Le chlore contenu dans le R22 détruit la couche d’ozone.
Compresseur
Vapeur BPVapeur HP
2 – Fonctionnement climatisationTempérature Intérieur 20°CTempérature Extérieur 32°C
2°C42°C
9°C
60°C
Détendeur
Liquide HPLiquide BP
Sous-refroidissement = T° équi. HP – T° sortie condenseur
Surchauffe = T° sortie évaporateur – T° équi.
EvaporateurCondenseur
Compresseur
Vapeur BPVapeur HP
3 – Fonctionnement chauffageTempérature Extérieure 5°CTempérature Intérieure 20°C
2°C42°C
9°C
60°C
Détendeur
Liquide HPLiquide BP
Sous-refroidissement = T° équi. HP – T° sortie condenseur
Surchauffe = T° équi. BP – T° sortie évaporateur
EvaporateurCondenseur
3 – Fonctionnement chauffage
Les cycles de dégivrage permettent de dégivrer l’échangeur extérieur lors de formation de givre (lorsque la température d’équilibre devient négative).
Dans cette configuration, la PAC fonctionne en mode climatisation pour faire fondre le givre accumulé sur l’échangeur extérieure.
Les cycles de dégivrage peuvent représenter jusqu’à 7% à 17% du temps total de fonctionnement.
Remarque : Le COP commencera à diminuer à partir de 7°C, car à cette température, les cycles de dégivrage commence à apparaître.
4 – Les différentes types de PAC
Evaporateur
Compresseur
Détendeur
Liquide HPLiquide BPCondenseur
. Pompe à chaleur Air / Air (Split système)
Gaz HP Gaz BP
Exemple de fournisseur : DAIKIN / AIRMAT / AJITECH / MITSUBISHI / HITASHI / FUDJI
4 – Les différentes types de PAC
Condenseur
Compresseur
Détendeur
Liquide HPLiquide BPEvaporateur
. Pompe à chaleur Air / Eau ou Air / Eau glycolé (Monobloc)
Gaz HP Gaz BP
Exemple de fournisseur : DAIKIN / AIRMAT / AJITECH / MITSUBISHI / HITASHI / FUDJI
Plancher chauffant ou
Unité intérieur
4 – Les différentes types de PAC
Evaporateur
Compresseur
Détendeur
Liquide HPLiquide BPCondenseur
. Pompe à chaleur Eau / Eau ou Eau glycolé/ Eau
Gaz HP Gaz BP
Exemple de fournisseur : VIESSMANN / CIAT
Plancher chauffantCaptage horizontal
vertical
5 - Dimensionnement. Déperditions
D = V x G x (T° intérieure souhaitée – T° extérieure de base)
D : Déperdition en W
V : Volume
G : Coefficient d’isolation (RT 2000 : 0,75 / RT 2005 : 0,72 / Maison
mal isolée : 1)
T° extérieure de base : Les 5 jours ayant les + basses température
Ex : TOURS T°ext de base = - 7°C
. C.O.P : Coefficient opérationnel de performance
COP = PC / Pélec
Avec PC = Pélec + Pfrigo
PC : Puissance chauffage
Pélec : Puissance électrique absorbée
Pfrigo : Puissance frigo
5 - Dimensionnement. Exercice
Déterminer la déperdition pour une maison de 120 m² ayant un G de 0,75.
Hauteur sous plafond : 2,5 m
T° intérieure souhaitée : 21°C
T° ext de base : - 2°C
D = 120 x 2,5 x 0,75 x (21 – (-2))
D = 5 175 W
5 - Dimensionnement. Exemple PAC Air / Air
En prenant comme exemple la maison précédente, déterminer la PAC Air / Air nécessaire en prenant comme un COP de 4.
Tout en sachant que dans ce cas de figure les déperditions sont majorés de 20%.
Soit PC = 1,2 x D (La puissance de chauffage est égal à la puissance PAC)
PC = 1,2 x 5175 PC = Ppac = 6 210 W
Ppac = Pelec + Pfrigo et COP = Ppac / Pelec
Pelec = Ppac / COP
Pelec = (6210 / 4) Pelec = 1552,5 W
Pfrigo = Ppac – Pelec
Pfrigo = 6210 – 1552,5 Pfrigo = 4567,5 W
5 - Dimensionnement. Exemple PAC Air / eau
En prenant comme exemple la maison précédente, déterminer la PAC Air / Eau nécessaire en prenant comme un COP de 4.
Tout en sachant que dans ce cas de figure les déperditions sont minorés de 20%.
Soit PC = 0,8 x D (La puissance de chauffage est égal à la puissance PAC)
PC = 0,8 x 5175 PC = Ppac = 4 140 W
Ppac = Pelec + Pfrigo et COP = Ppac / Pelec
Pelec = Ppac / COP
Pelec = (4140 / 4) Pelec = 1035 W
Pfrigo = Ppac – Pelec
Pfrigo = 4140 – 1035 Pfrigo = 3105 W
5 - Dimensionnement. Exemple PAC Eau / Eau
En prenant la maison précédente, déterminer la PAC Eau / Eau (géosolaire) nécessaire en prenant comme un COP de 4,5 et le sol est argileux humide 20 W/m². Les diamètres des tubes seront de 20 mm.
Tout en sachant que dans ce cas de figure les déperditions sont majorés de 20%.
Soit PC = 1,2 x D (La puissance de chauffage est égal à la puissance PAC)
Nbre de m² au sol = Pfrigo/20 = 4 657,5/20 = 232,88 m²
Nbre de mL = 232,88 x 3 = 698,6 mL soit 700 mL
Recalcul du Nbre de m² au sol = 700/3 = 234 m² de décapage
5 - Dimensionnement. Exemple PAC Eau / Eau
En prenant la maison précédente, déterminer la PAC Eau / Eau géothermie nécessaire en prenant comme un COP de 4,5 et la puissance au mL est de 50 W/mL.
Tout en sachant que dans ce cas de figure les déperditions sont majorés de 20%.
Soit PC = 1,2 x D (La puissance de chauffage est égal à la puissance PAC)
Profondeur du puit nécessaire :
Profondeur = Pfrigo / 50 (Pfrigo = 6210 – 6210/4,5)
Profondeur = 4830 /50
Profondeur = 96,6 mL
5 - Dimensionnement. Exemple PAC Eau / Eau
En prenant la maison précédente, déterminer la PAC Eau / Eau aquathermie nécessaire en prenant comme un COP de 5 et la puissance au mL est de 50 W/mL. Les diamètres des tubes seront de 25 mm.
Tout en sachant que dans ce cas de figure les déperditions sont majorés de 20%.
Soit PC = 1,2 x D (La puissance de chauffage est égal à la puissance PAC)
Le débit du puit se calcul de la manière suivante :
Débit (en m3) = Pfrigo / 4,64
Débit (en m3) = 4,83 / 4,64
Débit (en m3) = 1,04 m3 / H
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