Le principe de fonctionnement d'une pompe à chaleur. Schéma, description

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Le principe de fonctionnement d'une pompe à chaleur. Encyclopédie de la radioélectronique et de l'électrotechnique

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Le principe de fonctionnement d'une pompe à chaleur découle des travaux de Carnot et de la description du cycle de Carnot, publiée dans sa thèse en 1824. Un système de pompe à chaleur pratique a été proposé par William Thomson (Lord Kelvin) en 1852. à des fins de chauffage. Pour justifier sa proposition, même alors, Thomson a souligné que les ressources énergétiques limitées ne permettraient pas la combustion continue de combustible dans les fours pour le chauffage et que son multiplicateur de chaleur consommerait moins de combustible que les fours conventionnels. La pompe à chaleur (HP) proposée par Thomson utilisait l'air comme fluide de travail. L'air ambiant était aspiré dans le cylindre, détendu en se refroidissant, puis traversait un échangeur de chaleur, où il était chauffé par l'air extérieur. Après avoir été comprimé à la pression atmosphérique, l'air du cylindre pénètre dans la pièce chauffée, étant chauffé à une température supérieure à la température ambiante. En fait, une machine similaire a été mise en place en Suisse. Thomson a déclaré que sa PAC est capable de produire la chaleur requise en utilisant seulement 3 % de l'énergie utilisée pour le chauffage.

Les installations de pompes à chaleur n'ont été développées que dans les années 20 et 30 du 20e siècle, lorsque la première installation conçue pour le chauffage et la production d'eau chaude utilisant la chaleur de l'air ambiant a été créée en Angleterre. Après cela, les travaux ont commencé aux États-Unis, menant à la création de plusieurs usines de démonstration.

La première grande installation de pompes à chaleur d'Europe a été mise en service à Zurich en 1938-1939. Il utilisait la chaleur de l’eau de rivière, un compresseur rotatif et un réfrigérant. Il assurait le chauffage de la mairie avec de l'eau à une température de 60°C à une puissance de 175 kW. Il y avait un système de stockage de chaleur avec un radiateur électrique pour couvrir les charges de pointe. Pendant les mois d'été, l'unité fonctionnait pour le refroidissement. Entre 1939 et 1945, 9 autres installations similaires ont été créées afin de réduire la consommation de charbon dans le pays. Certains d’entre eux travaillent avec succès depuis plus de 30 ans.

Ainsi, en 1824, Carnot utilise pour la première fois le cycle thermodynamique pour décrire le procédé, et ce cycle reste la base fondamentale pour le comparer et évaluer l'efficacité de la PAC. Une pompe à chaleur peut être considérée comme un moteur thermique inversé. Le moteur thermique reçoit de la chaleur (Fig. 1.1.1) d'une source à haute température et la rejette à basse température, ce qui donne un travail utile. Une pompe à chaleur nécessite du travail pour générer de la chaleur à basse température et la restituer à des températures plus élevées.

Principe de fonctionnement de la pompe à chaleur
Fig.1.1.1. Schéma thermodynamique d'une pompe à chaleur et d'un moteur thermique : 1 - pompe à chaleur ; 2 - moteur thermique.

On peut montrer que si ces deux machines sont réversibles (c. W Si ce n'était pas le cas, il serait alors possible de construire une machine à mouvement perpétuel simplement en connectant une machine à une autre. Uniquement dans le cas d'un moteur thermique, ce rapport s'écrit sous la forme W/Qn et s'appelle rendement thermique, alors que pour une pompe à chaleur il reste sous la forme Qn/W et s'appelle coefficient de conversion thermique (Kt).

Si nous supposons que la chaleur est fournie de manière isotherme à la température TL et évacuée de manière isotherme à la température TH, et que la compression et la détente sont effectuées à entropie constante (Fig. 1.1.2), le travail est fourni par un moteur externe, alors le coefficient de conversion pour le Le cycle de Carnot aura la forme :

Kt \u1d TL / ( TN - TL ) + XNUMX \uXNUMXd TN / ( TN - TL )

Principe de fonctionnement de la pompe à chaleur
Ris.1.1.2

Ainsi, aucune pompe à chaleur ne peut avoir un meilleur rendement, et tous les cycles pratiques ne font que réaliser le désir de se rapprocher le plus possible de cette limite.

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