Fonctionnement

Compression

Une pompe à chaleur valorise la chaleur résiduelle, la chaleur géothermique ou la chaleur présente dans l’air et l’eau en chaleur de qualité supérieure.  La pompe à chaleur mécanique constitue la technique la plus courante. Le fonctionnement d’une pompe à chaleur mécanique s’appuie sur la compression et la détente d’un liquide qui atteint son point d’ébullition à basse température. Ce liquide traverse les quatre principaux composants d’une pompe à chaleur : l’évaporateur, le compresseur, le condenseur et le détendeur.  Dans les applications industrielles, on opte souvent pour l’ammoniac comme liquide. L’isobutane et le butane sont d’autres possibilités. Il existe aussi des fluides synthétiques (HFC). Le choix du fluide caloporteur dépend partiellement de la température de la source de chaleur. L’ammoniac s’évapore à une température d’environ 35° C, ce qui nécessite une source de chaleur d’au moins 45°C.

Le fluide frigorigène entre en contact avec la source de chaleur dans l’évaporateur et s’évapore. L’évaporateur fait office d’échangeur de chaleur.

Le compresseur aspire le fluide à l’état de vapeur et le comprime. Cette compression fait grimper la température du fluide, conformément à la propriété physique qui veut que la température des gaz augmente à une pression croissante. Le compresseur est entraîné par de l’électricité ou du gaz. L’efficacité d’une pompe à chaleur est représentée par son coefficient de performance (COP), c’est-à-dire le rapport entre l’énergie produite et l’énergie consommée. En la combinant avec une production d’électricité renouvelable, une installation de pompe à chaleur peut devenir totalement neutre en CO2.

Le gaz refroidit dans le condenseur et repasse en phase liquide. Ce condenseur fait office de second échangeur de chaleur. La chaleur libérée par le processus de condensation est transférée au système de chauffage (comme l’eau du système de chauffage).

Un détendeur assure la détente du fluide frigorigène qui retrouve sa situation initiale et revient à l’évaporateur, où le cycle recommence.

Absorption

Outre la compression, il existe aussi des pompes à chaleur qui adoptent le principe de l’absorption.

Dans le cas d’une pompe à chaleur à absorption, le fluide frigorigène est absorbé dans un autre liquide, par exemple l’ammoniac dans de l’eau. Un brûleur gaz chauffe le mélange ammoniac-eau au niveau du générateur. Cela entraîne la séparation de l’eau et de la vapeur d’ammoniac, qui monte vers le condenseur où la chaleur est transférée à l’installation de chauffage. Au même moment, l’eau passe dans l’absorbeur via un détendeur. Ensuite, l’ammoniac refroidit et redevient liquide. Le détendeur transfère l’ammoniac vers l’évaporateur. Cet évaporateur extrait de la chaleur de l’environnement (chaleur résiduelle, air, eau ou sol), qu’elle utilise pour chauffer l’ammoniac qui s’évapore. Le gaz d’ammoniac aboutit dans l’absorbeur et est absorbé par l’eau. La chaleur qui en résulte est également transférée à l’installation de chauffage. Une pompe de circulation ramène le mélange ammoniac-eau au générateur, où le processus redémarre.

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