Un avis (faussé) sur les Pompes à chaleur et machines frigos

[PITMIX]

Salut André
Très peu de gens penses à faire une double utilisation de l'eau pour le chauffage et l'eau sanitaire. Surtout qu'en realité une pompe à chaleur est plus puissante en hiver qu'en été donc logiquement le cop est meilleur en hiver qu'en été. Tout simplement parce que la chaleur restitué au condenseur est le resultat du cycle thermodynamique (condensation) et en plus evacuation de la chaleur du compresseur (effet joule mecanique et électrique). Une pompe à chaleur de 15kw de chauffe ne produit que 12kW de froid. En reccuperant une partie du chaud en été tu fais remonter le COP.
Pour ton problème de surchauffe au niveau des echangeurs il faudrait que tu te fabriques un echangeur secondaire à air. Un aerotherme. Ce que tu expliques avec ton echangeur à eau est très logique c'est un problème que nous rencontrons dans les installations frigo. La chaleur du condenseur s'accumule et fait monter la température de l'eau. Après plusieurs cycle le groupe coupe en HP. Dans les anciennes installation frigo nous installions des tours aerorefrigerantes. Ces tours servaient à evacuer les calories emmagasinées dans l'eau. En haut de la tour l'eau était pulverisée très finement puis s'ecoulait le long d'une paroie pour être reccupérée plus bas et retourner au condenseur à eau. Ce système fut aboandonné car en cas de mauvais entretien il pouvait provoquer la pollution de l'air evironnant (salmonellose hopital georges Pompidou à Paris).
L'avantage de ce système est la puissance importante d'evacuation des calories dans un appareil plutôt restreind, et pas de système de ventilation bruyant et gourmant en électricité. Ces systèmes ont été replacés par des aerothermes, identiquent à des condenseurs à air forcé. Plus encombrant et disposant de puissant ventilateur, mais l'eau reste dans un circuit fermé.
Voilà pour chez toi tu devrait essayer la tour aero. Tu fabriques une boite rectangulaire de 2m de haut par 1m de large avec une rampe de pulverisation en haut un bac de reccuperation en bas . Il faut penser à traiter l'eau regulièrement. Sinon reccupère un vieux condenseur à air.
Si ton compresseur est de type ouvert, tu peux l'equiper d'une poulie secondaire qui permettrait d'entrainer l'helice d'un ventilateur condenseur à moindre frais.

[Capt_Maloche]

Salut
Je veux bien admettre que les nouveaux fluides permettent d'obtenir des temperatures d'evaporation plus basse à pression atmo par le fait une pression plus faible en hp et donc un compresseur qui force moins, mais y a -t-il une grande difference d'intensité absorbé au compresseur dans ce cas ?

non, car plus la pression est faible à l'aspi du compresseur, moins on à de débit massique, donc moins de puissance dans le système

L'intensité absorbée dépend essentiellement du delta de pression apporté au fluide, c'est variable selon les fluides;
mais il ressort que les fluides dont les températures d'évaporation sont basses à Pression atmo offrent de meilleurs rendements lorsqu'on les emploient au centre du diagramme de Mollier (vers 0°C), dixit les nouveaux systèmes à base de CO2, la pression dans le circuit est de 100 Bar contre 35 pour le R410

D'après ce que j'ai observé la conso d'un compresseur varie de 10 à 20% suivant la charge fluidique.
Du coup la machine passe d'un cop 4 à un Cop 4,8 mais est-ce toujours valable si l'on ne prend pas en compte uniquement la puissance compresseur mais l'ensemble du système ?

Oui, une mauvaise charge fait forcer le compresseur, c'est moins gênant quand le circuit est équipé d'une bouteille réservoir de liquide.

Même en prenant en compte les heures creuses etant donné que les Pac sont calculé au plus juste étant donné leurs prix elevé en forte puissance, celle ci tournent plus longtemps que les chaudières traditionnelle. Le calcul reste valable??

Quelle que soit la puissance de la PAC, COP reste le même à régime de fonctionnement constant (T° évapo et condensation), il faut bien sûr convenablement dimensionner l'installation.
Une PAC de 5KW tournera 2 fois plus longtemps qu'une PAC de 10KW pour maintenir la température d'un réseau par exemple.(si l'installation n'a pas besoin de plus de 5KW)

Boulon tu cherche à reinventer la machine à mouvement perpetuelle!!!
C'est le principe de circuit fermé qui me plais dans les frigos mais malheureusement l'energie reccuperé au detendeur de la façon dont tu l'entend ne permettra jamais de faire trourner un compresseur avec suffisament de force pour comprimer le fluide.
Il faudrait inventer la machine frigo qui tourne à l'envers.
Un appareil qui transforme la puissance frigo en energie éléctrique ou mecanique.

Théoriquement on peut récupérer une partie de cette énergie, mais je ne voit pas comment le faire mécaniquement.

Le stirling produit de l'eletricité ou une force motrice mais le chaud du condenseur et le froid de l'evaporateur suffiraient-ils à faire tourner un stirling accouplé à un compresseur frigo ???

C'est quoi le Stirling?

[Capt_Maloche]

Surtout qu'en realité une pompe à chaleur est plus puissante en hiver qu'en été donc logiquement le cop est meilleur en hiver qu'en été. Tout simplement parce que la chaleur restitué au condenseur est le resultat du cycle thermodynamique (condensation) et en plus evacuation de la chaleur du compresseur (effet joule mecanique et électrique). Une pompe à chaleur de 15kw de chauffe ne produit que 12kW de froid. En reccuperant une partie du chaud en été tu fais remonter le COP.

Méfiez vous des idées reçues

Le COP d'un système thermodynamique (PAC ou clim) varie de 0,5 à 5 selon les condition d'utilisation. Il est un peu meilleur en chaud qu'à condition de ne pas monter trop haut en température.

[boulon]

en phase liquide uniquement, et le débit est relativement faible comparativement à la phase gazeuse
Même si le R410A à une trés forte masse volumique en phase gaz, il y aura à 40°C environs 10 fois moins de débit en phase liquide.
Il me semble difficile de récupérer un peu de travail en liaison directe avec des compresseurs qui tournent à 1500 et 3000tr/mn.

bonsoir Capt_Maloche
Donc, le compresseur, comme la compression d'un moteur, réduit un grand volume de gaz(qui chauffe en montant en pression)

alors que le détendeur travaille la même quantité de gaz(forcement puisque c'est un circuit fermé), mais déjà revenu sous forme liquide, puisque pris après le condenseur

effectivement, le débit volumique est très différent :
l'un fait monter la pression par ex à 3 bar, alors que l'autre la fait baisser de 3 bar(en négligeant les pertes de charges des condenseur, évaporateur et conduites d'amenées)

tu parles d'une différence de rapport 10 avec du R410A
Pour de l'eau : un litre d'eau liquide à 100°C donne env 1800 litres de vapeur d'eau

Si on imagine pouvoir tourner avec de l'eau, le compresseur compresserait la vapeur d'eau avec un débit d'entrée de 1800 fois supérieur au débit d'eau après le condenseur :

on voit bien par là, qu'il n'y a pas beaucoup d'énergie à récupérer de la simple perte de charge de ce détendeur(si j'ai bien pigé) : débit négligeable

dans ce cas : par ex compresseur de 2 kw; perte d'énergie au détendeur 2/1800=1,1 watt(disons quelques LEDs)

Apparemment pas de quoi faire une machine à mouvement perpétuel, n'est-ce pas PITMIX

Si le rapport est de 10 avec du R410A, il y aurait quand même 200 W à récupérer, mais comment?, et sans doute trop cher à l'investissement(roue Pelton à la place du détendeur)

boulon

[Capt_Maloche]

En fait, il ya trés exactement le même "travail" ou energie qui est employé pour comprimer et pour détendre le fluide (hormis les pertes de charge du circuit)

ce sont les débits volumiques qui changent, gaz au compresseur, liquide au détendeur.

au détendeur, le fluide passe immédiatement de Haute Pression à Basse Pression, le fluide n'ayant pas assez d'énergie pour s'évaporer, reste à l'état liquide et voit sa température chuter à la valeur correspondant à la basse pression (par exemple de +40°C à 20 bar vers -10°C à 2bar, différent selon chaque fluide, voir les diagrammes de Mollier correspondants)

Le débit de liquide est quand même beaucoup plus faible que le débit volumique gaz, malgré la masse volumique important des fluides frigorigènes à l'état gazeux

Difficile de créer un système qui permettrait la détente en fournissant un travail mécanique, sans trop apporter de "calories" au fluide

Les paris sont ouvert ...

[boulon]

En fait, il ya trés exactement le même "travail" ou energie qui est employé pour comprimer et pour détendre le fluide (hormis les pertes de charge du circuit)

Je n'en suis plus si convaincu :
Le compresseur augmente non seulement la pression, mais aussi la T° et toute la différence entre l'énergie transmise par le compresseur par rapport au détenteur vient du fait qu'on a un fluide gazeux au niveau du compresseur et fluide liquide au niveau du détendeur :

le compresseur comprime virtuellemet plus de gaz qui n'arrive, vu que la compression d'un gaz augmente sa T°, et lorsqu'on augmente la T° d'un gaz, on augmente son volume pour une pression donnée

Par exemple, pour un moteur diésel, une compression d'un rapport volumétrique de 20/1 donne une pression absolue de 66 bar(théorique adiabatique : sans échange de chaleur) et 49 bar avec échange de chaleur (à1000 tr/mn) et 30 bar avec échange de chaleur (à seulement 100 tr/mn), mais non 20 bar (remarque : à 0,01 tr/mn supposé sans fuites aux segments et donc quasiment toute la chaleur échangée on aurait ces 20 bar)

donc, d'une part, à l'échappement du compresseur on a une énergie 2 ou 3 fois supérieure à la simple énergie qu'il aurait fallu pour compresser en isothermique, mais celle-ci n'arrive pas jusqu'au détendeur, vu le refroidissement dans le condenseur

d'autre part, le gaz étant condensé en liquide(et çà, çà compte pour beaucoup plus que le simple refroidissement du gaz en gaz), il pert encore beaucoup d'énergie avant d'arriver au détendeur

en fait, il ne se passe presque rien au niveau énergie dans le détendeur, mais si on pouvait le récupérer, çà diminurait le COP

Quand on pousse de l'eau dans un tuyau, on a toujours une perte de charge, donc échauffement

Si le détendeur était remplacé par un moteur hydraulique, le liquide qui y passerait se réchaufferait beaucoup moins que dans un détendeur(qui ne fait que dépressuriser un liquide sans expansion palpable de celui-ci)ce liquide arriverait donc encore un peu plus froid dans l'évaporateur(capterait donc plus de calories) et ce moteur hydraulique pourrait donner un tout petit coup de main au moteur du compresseur

au détendeur, le fluide passe immédiatement de Haute Pression à Basse Pression, le fluide n'ayant pas assez d'énergie pour s'évaporer, reste à l'état liquide et voit sa température chuter à la valeur correspondant à la basse pression (par exemple de +40°C à 20 bar vers -10°C à 2bar, différent selon chaque fluide, voir les diagrammes de Mollier correspondants)

ce n'est pas en repassant sous forme gazeuse qu'il se refroidit(après le détendeur)

boulon

[PITMIX]

Salut
Pour le moteur stirling j'avais fais un post dessus sur ce forum.
https://www.econologie.com/forums/moteur-stirling-t1244.html
C'est un moteur qui peut tourner grace à la chaleur du soleil ou la chaleur d'un briquet. Il utilise le chaud et le froid pour tourner. C'est pour ça que j'en parles.
Maintenant j'ai du mal à comprendre comment un compresseur arrive à tirer moins d'intensité en le faisant tourner à un regime 0°C 35°C sous 10-100 bars plutôt que 5-35 bars. Effectivement le rendement d'un compresseur est meilleurs s'il est utilisé en regime positif plutôt que negatif pour un même fluide à cause du volume balayé plus important dans le premier cas, mais ici les differences de pressions sont énorme. Et combien coûte une installation dont les tuyauteries resiste à de telles pression ?
Bon c'est vrai que je ne travail pas en bureau d'etude et je n'ai pas l'habitude de travailler avec le diagramme frigo. Donc je te crois sur parole. Je comprends maintenant pourquoi le magasin Carrefour proche de chez moi tourne au CO2. Les gars de la maintenance sont bien emmerdé pour bosser avec des pressions pareil. Heureusement le reseau dans son ensemble ne comporte pas que du CO2 mais utilise un fluide caloporteur.
Merci pour les renseignements.

[Capt_Maloche]

Salut

Maintenant j'ai du mal à comprendre comment un compresseur arrive à tirer moins d'intensité en le faisant tourner à un regime 0°C 35°C sous 10-100 bars plutôt que 5-35 bars. .

Au CO2 c'est plutot 50/100 bars

[PITMIX]

Impressionnant !!!

[Capt_Maloche]

La pression dans le circuit est 3 fois supérieure aux circuits traditionnels, mais le taux de compression n'est que de 2!!

D'où un COP amélioré

Pour revenir sur la propo de Boulon, de récupérer de l'énergie mécanique au détendeur:
en créant un effort mécanique (travail), on crée forcément une perte de charge
on peut déterminer la quantité d'énergie à récupérer de part le delta P et le débit du fluide, tout compte fait et aprés réflexion, c'est pas si con!!

Le diagramme de Molier ne représente pas l'energie mécanique de la détente puisque le fluide ne change pas d'état (liquide = incompressible mais juste changement de l'état d'équilibre PxV/T°=Cte) donc pour le cylcle frigorifique (cycle de carnot) delta enthalpie sur le fluide=0

Mais pour réaliser cette détente, il faut un effort mécanique

La détente (chute de pression) est le résultat d'une perte de charge (fort réduction de diamètre), il y à donc un effort permanent du fluide en déplacement sur la parois de la rétreinte, effort théoriquement récupérable dans une sorte de pompe volumétrique

Pour régler le remplissage de l'évaporateur, l'accouplement compresseur/détendeur serait magnétique et glissant
Cela imposerait que l'évaporateur soit proche du compresseur.

Qui veux se lancer?