Les pompes à chaleur

Les déperditions thermiques, lorsqu’il fait chaud dans la pièce et froid dehors sont dues au fait que les murs, les fenêtres et le plafond ne sont pas des isolants parfaits. Les déperditions thermiques dues aux murs, par exemple sont égales à DP=UxSx(Ti-Te),S est la surface totale des murs, Ti la température intérieure, Te la température extérieure et U est le coefficient de transmission surfacique en Watt/m2/°C.

Ce coefficient U caractérise le mur(ou la vitre ou le plafond) et dépend de deux paramètres:

-La conductivité: caractéristique du type de matériel, plus elle grande plus U est grand.

-l’épaisseur du mur e: plus le mur est épais plus U est petit (donc moins de déperditions).

Les déperditions de la pièce sont égales à la somme des déperditions engendrées par le sol, les murs, les vitres, le plafond, et autre chose éventuellement. Afin de diminuer les déperditions, lors de la construction, on place des isolants dans les murs(exemple: laine de verre).

Si un mur est constitué de deux couches différentes, placoplatre et béton par exemple de conductivité a et b alors la conductivité du mur est donné par (axb)/(a+b)(l’inverse de celle-ci est égale à la somme des deux inverses des autres).

Comment cette fois-ci calculer les déperditions mais avec plus de précisions et pour chaque température souhaitée(disons de 15 à 25°C)? La température du local (T)est initialement à Ta. On prend un thermomètre et toute les minutes on enregistre la valeur de T. Quand T est assez descendu, on rassemble les valeurs de T et on trace la courbe d’évolution de T en fonction du temps t. Ensuite on trace la tangente à la courbe au point Ta(on prend un point très proche de Ta(Ta’) en dessous et on trace la droite joignant les points Ta et Ta’ sur la courbe. Le coefficient directeur(B0) de cette droite devient donc: B0=(Ta-Ta)’/( ta-ta’), ta’ étant le point de t associé à la valeur de Ta’.On sait par ailleurs que la pièce contient 65Kg d’air.

La puissance à fournir est donc égale à 65×0.7xB0 ,B0 est en °C/Seconde et c (égal à 0.7) est en Kj/Kg/°C.

Formule générale: soit M la masse d’air présente dans la salle (en Kg),si à une valeur quelconque T de température intérieure souhaitée on a une valeur de B0 alors la puissance nécessaire est P=Mx0.7xB0. P est en Kilowatts.

Comment faire le bilan thermique de manière simple?

Les déperditions représentent la quantité d’énergie qu’il est nécessaire de mettre en œuvre pour chauffer une pièce.

Il existe plusieurs façons de faire le bilan thermique d’une pièce. Si vous êtes un novice en la matière voici une méthode simple pour calculer les déperditions thermiques d’un local.

Exemple: vous avez une pièce de 20m2 et de hauteur 2.5m. La température du local est initialement à celle souhaitée, c’est-à-dire 18°C. Dehors il fait 0°C. La capacité calorifique massique de l’air est 0.7Kj/Kg/°C et sa masse volumique est de 1,3Kg/m3.Au bout d’un temps t la température du local descend à 13°C(à l’aide d’un thermomètre on enregistre la température toute les minutes); Quelle est la puissance nécessaire pour maintenir la pièce à la température T=18°C en fonction de t?.

Le volume de la pièce est 20×2.5=50m3,donc la masse d’air présente est 50×1,300=65Kg. La quantité d’énergie transférée à l’extérieur devient donc 65×0.7×5=227.5Kj.

La puissance à fournir en fonction de t est alors P=227.5/t avec t en seconde.

Si t= 2 heures alors P=227.5(en Kilojoules)/(2x60x60)=227.5/7200=0.031Kw=31Watts

Un fluide frigorigène est un fluide (pur ou un mélange de plusieurs fluides) ayant pour propriété de pouvoir s’évaporer à faible température. Il a donc pour capacité et pour rôle et de capter la chaleur ou les calories de l’air (du milieu froid dans les cas de pompes à chaleur).

Parmi les fluides que l’on a utilisé de 1929 jusqu’à nos jours ,on distingue trois types principaux:

-Les chlorofluorocarbures (CFC) . Le chlore est l’élément clef de cette formule. Ce type de gaz détruit la couche d’ozone et a un impact sur l’effet de serre. Les gaz de ce type les plus utilisés sont le R11, R12, R502 et le R504.

Les hydrochlorofluorocarbures (HCFC).Contient le chlore et l’hydrogène.

Ces gaz ont également les mêmes effets pervers que les CFC.

Exemples de HCFC:R22, R123, R124, R142b, R401A, R401B, R402A, R402B, R403B, R408A, R409A, R409B…).

Les hydrofluorocarbures(HFC):La formule de ce fluide ne contient pas le chlore. Ce type de gaz n’a pas d’effet sur la couche d’ozone(ODP) par contre il augmente l’effet de serre(GWP).

Quelque HFC:(R14, R23, R125, R134a, R152a, R227, R404A, R407C, R410A, R413A, R417A, R507, R508B, Isceon 59, Isceon 89, Forane 23, Forane FX 80…).

Les principaux types de fluide utilisé avant 1929 était le dioxyde de souffre (SO2),le chloromethane(CH3Cl),le CO2(dioxyde de carbone), l’ammoniac(NH3),le chloroethane(C2H5Cl).

Ces fluides sont efficaces ,vu leur propriétés thermodynamique mais présentent un inconvénient: ils représentent un danger pour l’homme du fait de leur toxicité en particulier l’ammoniac.

Les fluides frigorigènes efficaces sont donc regroupés en deux classes. Certain sont dangereux pour l’environnement et d’autre sont dangereux pour l’homme.

Pour réchauffer sa piscine on peut utiliser un réchauffeur piscine mais aussi une pompe à chaleur.

Le réchauffeur piscine: facile à installer, le réchauffeur électrique prend place dans le local technique, sur la tuyauterie de refoulement, après le filtre. Efficace, il présente toutefois un défaut de taille : l’assurance de recevoir une facture d’électricité élevée. Il est de ce fait déconseillé pour les grandes piscines.

La PAC piscine: elle est très économique à l’usage, mais est cependant plus couteuse au niveau de l’investissement. La pompe chaleur piscine est à la fois étonnant et très simple puisqu’il s’agit de prélever des calories (gratuites) de l’air pour les transmettre à l’eau de votre piscine. Cette technique utilise certes l’énergie électrique, mais avec une différence de performance très importante si on la compare à celle du réchauffeur de piscine. En effet, si ce dernier, pour 1 kWh consommé en restitue 1, la pompe à chaleur est capable d’en restituer 3,4 parfois 5 selon certaines conditions climatiques.

Quand on achète ou fait installer une PAC, on a pour but d’économiser de l’argent à long terme. Pour en choisir une, il faut bien entendu savoir la dimensionner(le technicien peut le faire), mais aussi prendre en compte le rapport prix/confort.

Beaucoup de gens achètent des PAC en ne considérant que l’aspect du confort, sans trop se soucier d’économiser de l’argent. Voici un exemple: On a deux PAC: l’une à 10 000 euros qui assurent les besoins thermiques au dessus de -3°C et l’autre, plus puissante à 13 000 euros dont la température d’équilibre est de -9°C. Que faire sachant qu’il y a sept jours dans l’année où la température est en dessous de -3°C? Est ce que cela vaut la peine de prendre la seconde sachant que ce chauffage d’appoint coute 30 euros par ans? Si c’est le cas alors il faudrait attendre (13000-10000)/30=100 ans(! )pour que la deuxième PAC soit préférable.

Dans ce cas il vaut mieux choisir une PAC à 10 000 euros avec un chauffage d’appoint.

Afin d’économiser de l’argent ,voici les conseils que je vous donne: si vous hésitez entre plusieurs PAC, les éléments à considérer sont: quel est le crédit d’impôt pour le type de PAC? Si vous choisissez de prendre un chauffage d’appoint, combien cela va vous couter par ans? En répondant à ces questions ,vous pourrez mieux comparer les différents choix proposés.