Principe de fonctionnement dune Pompe chaleur Technologie du

Principe de fonctionnement d’une Pompe à chaleur – Technologie du matériel 3 Pompes à chaleur en habitat individuel Version janvier 2013

Principe de fonctionnement d’une machine frigorifique PAC en habitat individuel – Chap. 3 : Principe de fonctionnement d’une Pompe à chaleur - Technologie du matériel 2

Principe de fonctionnement du cycle de la pompe à chaleur 1. EVAPORATION 2. COMPRESSION 3. CONDENSATION 4. EXPANSION PAC en habitat individuel – Chap. 3 : Principe de fonctionnement d’une Pompe à chaleur - Technologie du matériel 3

Principe de fonctionnement d’une machine frigorifique PAC en habitat individuel – Chap. 3 : Principe de fonctionnement d’une Pompe à chaleur - Technologie du matériel 4

PAC – Principe de fonctionnement en mode chaud PAC en habitat individuel – Chap. 3 : Principe de fonctionnement d’une Pompe à chaleur - Technologie du matériel 5

PAC – Principe de fonctionnement en mode froid PAC en habitat individuel – Chap. 3 : Principe de fonctionnement d’une Pompe à chaleur - Technologie du matériel 6

PAC – Principe de fonctionnement d’une PAC réversible Vanne d’inversion de cycle vapeur 1 3 Qo 2 Qk 1 liquide zone “basse pression” W 4 liquide zone “haute pression” PAC en habitat individuel – Chap. 3 : Principe de fonctionnement d’une Pompe à chaleur - Technologie du matériel 7

Organes du circuit de la PAC Le compresseur - fonctionnement ¡Le compresseur fonctionne comme une pompe à gaz ¡Il maintient la pression souhaitée (et aussi la température correcte - la température d'évaporation) ¡Le gaz quitte le compresseur à haute pression et haute température PAC en habitat individuel – Chap. 3 : Principe de fonctionnement d’une Pompe à chaleur - Technologie du matériel 8

Organes du circuit de la PAC Le compresseur – les principaux modèles ¡En habitat, 3 modèles : Compresseur à piston rotatif Compresseurs à piston Compresseurs à spirales ¡Généralement hermétique : moteur électrique et compresseur montés ensemble dans la même enveloppe PAC en habitat individuel – Chap. 3 : Principe de fonctionnement d’une Pompe à chaleur - Technologie du matériel 9

Organes du circuit de la PAC Le compresseur – les principaux modèles ¡Le compresseur à piston rotatif Evacuation Arbre de rotation Aube Aspiration PAC en habitat individuel – Chap. 3 : Principe de fonctionnement d’une Pompe à chaleur - Technologie du matériel 10

Organes du circuit de la PAC Le compresseur – les principaux modèles ¡Le compresseur à piston Clapet d'aspiration Aspiration Clapet de refoulement Refoulement Piston Carter de moteur PAC en habitat individuel – Chap. 3 : Principe de fonctionnement d’une Pompe à chaleur - Technologie du matériel 11

Organes du circuit de la PAC Le compresseur – les principaux modèles ¡Le compresseur à spirales - scroll Aspiration Volume de compression Spirale mobile Spirale fixe Refoulement PAC en habitat individuel – Chap. 3 : Principe de fonctionnement d’une Pompe à chaleur - Technologie du matériel 12

Organes du circuit de la PAC Le compresseur – les principaux modèles Rendement Spirale Piston Taux de compression = p à la sortie du compresseur / p à la conduite d'aspiration PAC en habitat individuel – Chap. 3 : Principe de fonctionnement d’une Pompe à chaleur - Technologie du matériel 13

Organes du circuit de la PAC Le détendeur ¡Le détendeur fonctionne comme un robinet à débit variable ¡Maintient la différence de pression entre les côtés haute et basse pression ¡Régule le débit de fluide frigorigène du condenseur à l'évaporateur en maintenant la surchauffe constante ¡Le détendeur est prédéfini sur environ 4 -8 K de surchauffe pendant la production PAC en habitat individuel – Chap. 3 : Principe de fonctionnement d’une Pompe à chaleur - Technologie du matériel 14

Organes du circuit de la PAC Le détendeur thermostatique Sortie vers l'évaporateur Vapeur humide, basse pression, basse température Capteur avec charge liquide Mise à niveau de la pression externe à partir du condenseur Haute pression, chaud, liquide Haute pression, Vis de réglage chaud, liquide pour réguler la surchauffe PAC en habitat individuel – Chap. 3 : Principe de fonctionnement d’une Pompe à chaleur - Technologie du matériel 15

Organes du circuit de la PAC Le détendeur thermostatique Pression du capteur Pression d'évaporation Pression définie par la vis de réglage PAC en habitat individuel – Chap. 3 : Principe de fonctionnement d’une Pompe à chaleur - Technologie du matériel 16

Organes du circuit de la PAC Le détendeur électronique Source: Mitsubishi Electric Company PAC en habitat individuel – Chap. 3 : Principe de fonctionnement d’une Pompe à chaleur - Technologie du matériel 17

Organes du circuit de la PAC L’évaporateur ¡Permet d’extraire la chaleur de la source de chaleur (air, eau glycolée, …) puis la transfère vers le fluide frigorigène afin qu‘il s'évapore ¡La température d'évaporation doit toujours être inférieure à la température de la source de chaleur ¡Elle est atteinte par le biais de l'action d'aspiration constante du compresseur ¡Evaporateur des PAC air-air et air-eau Une batterie de tubes en cuivre avec ailettes serties en aluminium, un ventilateur pour transporter l'air sur les ailettes en aluminium ¡Evaporateur des PAC eau-eau et eau glycolée-eau : échangeurs thermiques à plaques planes échangeurs double tubes échangeurs multitubulaires PAC en habitat individuel – Chap. 3 : Principe de fonctionnement d’une Pompe à chaleur - Technologie du matériel 18

Organes du circuit de la PAC L’évaporateur PAC en habitat individuel – Chap. 3 : Principe de fonctionnement d’une Pompe à chaleur - Technologie du matériel 19

Organes du circuit de la PAC Le condenseur ¡Transporte la chaleur du fluide frigorigène vers le fluide caloporteur (eau ou air) ¡Condensation du fluide frigorigène ¡Types d’échangeurs : échangeurs thermiques à plaques planes brasées ou soudées échangeurs double tubes échangeurs multitubulaires Échangeur avec tubes en cuivre et ailettes serties en aluminium (pour échangeur sur air) PAC en habitat individuel – Chap. 3 : Principe de fonctionnement d’une Pompe à chaleur - Technologie du matériel 20

Organes du circuit de la PAC Le condenseur PAC en habitat individuel – Chap. 3 : Principe de fonctionnement d’une Pompe à chaleur - Technologie du matériel 21

Organes du circuit de la PAC Les composants secondaires ¡Voyant : Indique si des bulles de gaz sont présentes dans le fluide frigorigène Indique si de l'humidité est présente dans le fluide frigorigène PAC en habitat individuel – Chap. 3 : Principe de fonctionnement d’une Pompe à chaleur - Technologie du matériel 22

Organes du circuit de la PAC Les composants secondaires ¡Filtre – déshydrateur Comprend – Une crépine qui collecte les particules dans le circuit de réfrigération – Un gel absorbant l'humidité Le filtre est placé entre le condenseur et le détendeur PAC en habitat individuel – Chap. 3 : Principe de fonctionnement d’une Pompe à chaleur - Technologie du matériel 23

Organes du circuit de la PAC Les composants secondaires ¡Réservoir de liquide Ou bouteille accumulatrice de liquide ou « receiver » Stocke le fluide frigorigène qui n'est pas temporairement utilisé dans le processus Selon les conditions de fonctionnement, différentes quantités de fluide frigorigène sont nécessaires pour maintenir le processus de réfrigération PAC en habitat individuel – Chap. 3 : Principe de fonctionnement d’une Pompe à chaleur - Technologie du matériel 24

Organes du circuit de la PAC Les composants secondaires ¡Pressostats HP et BP Dispositifs de sécurité qui arrêtent la pompe à chaleur – si la pression avant le compresseur devient trop faible – si la pression après le compresseur devient trop élevée Le pressostat haute pression doit être réarmé manuellement Les arrêts de pressostat sont généralement dus à un débit perturbé que ce soit du côté froid ou du côté chaud PAC en habitat individuel – Chap. 3 : Principe de fonctionnement d’une Pompe à chaleur - Technologie du matériel 25

Organes du circuit de la PAC L’huile de lubrification ¡Fonctions de l’huile : Minimiser l’usure des pièces en mouvement en diminuant les frottements entre ces pièces, Faciliter le refroidissement du compresseur pour réduire les contraintes thermiques, Parfaire l’étanchéité statique et dynamique pour combler les micro fuites, Permettre de détecter plus facilement les fuites. PAC en habitat individuel – Chap. 3 : Principe de fonctionnement d’une Pompe à chaleur - Technologie du matériel 26

Caractéristiques d‘un cycle de PAC Le coefficient de performance PAC en habitat individuel – Chap. 3 : Principe de fonctionnement d’une Pompe à chaleur - Technologie du matériel 27

Caractéristiques d‘un cycle de PAC Rendement de Carnot 25 COP 20 hc = 1 15 10 hc = 0, 7 5 0 hc = 0, 3 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 condensation temperature [°C] 60 65 PAC en habitat individuel – Chap. 3 : Principe de fonctionnement d’une Pompe à chaleur - Technologie du matériel 28

Performances Exigences minimales selon NF PAC (NF 414) au 01/04/2011 PAC en habitat individuel – Chap. 3 : Principe de fonctionnement d’une Pompe à chaleur - Technologie du matériel 29

Caractéristiques d‘un cycle de PAC Le Coefficient de performance saisonnier PAC en habitat individuel – Chap. 3 : Principe de fonctionnement d’une Pompe à chaleur - Technologie du matériel 30

Caractéristiques d‘un cycle de PAC Le Coefficient de performance saisonnier ¡Il est influencé par : le climat - la demande de chauffage et de refroidissement annuelle et les charges de pointe maximales températures de la source de chaleur et du système de distribution de chaleur la consommation d'énergie auxiliaire (pompes, ventilateurs, commande, etc. ) la qualité de la conception et de la fabrication de la pompe à chaleur les dimensions de la pompe à chaleur par rapport à la demande de chauffage et les caractéristiques de fonctionnement de la pompe à chaleur les systèmes de commande de pompe à chaleur et de bâtiment PAC en habitat individuel – Chap. 3 : Principe de fonctionnement d’une Pompe à chaleur - Technologie du matériel 31

Caractéristiques d‘un cycle de PAC Le Coefficient de performance saisonnier n. Valeurs minimales et valeurs cibles (NF EN 15450) PAC en habitat individuel – Chap. 3 : Principe de fonctionnement d’une Pompe à chaleur - Technologie du matériel 32