les pompes a chaleur a moteur thermique - Infoterre
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1. TE Tg2 6 Le principe de la conservation d nergie permet d crire Dc Td Tr Dg Tgl Tg2 Pm 1 x 3 On suppose connus les ressources g othermiques Tgi et Dg les r gulations en chauffage Td et Tr en fonction de temp rature ext rieure Tex chacune d finie par ses valeurs respectives pour la temp rature de base et la temp rature de non chauffe le d bit du r seau de chauffage d termin par le rapport de la puissance maximale appel e pour la temp rature de base la diff rence Td Tr pour cette m me temp rature de base les valeurs de et et x d pendant en partie de l installation mais que l on peut en premi re approximation c est ce que l on a fait dans l exemple qui suit prendre respectivement gaux Dt 10 85 8 Sec x 5 3 Ces valeurs peuvent tre modifi es la demande dans le programme Nous avons ainsi un syst me 3 quations 2 3 avec 3 inconnues Tg2 Pm et COP r el pouvant tre r solu III 3 Approche m thodologique On peut utiliser le programme en essayant de fournir la totalit des besoins partir du syst me g othermie pompe chaleur Cependant cela con duit en n gligeant de toute fa on les ventuelles impossibilit s techniques temp rature de rejet trop basse d bit g othermal limit augmenter tr s fortement la puissance donc le co t de la P A C par rapport une solution plus int ressan2. 220 jours T ext rieure moyenne de la classe V 1 3 Besoins La puissance maximale pour 7 C est 6 440 thermies h Les besoins annuels sont de 15303 Kth soit environ 1 500 R gulation temp rature de d part pour 7 C 70 temp rature de retour pour 7 C 50 24 V 2 Approche V 2 1 Choix du d bit g othermal DG V 2 11 La putssance vaporateur maximale sera limit e cf S III 4 0 3 x P max appel e soit 0 3 x 6440 1930 th h La temp rature de rejet minimale sera de 5 cf S III 4 d ou AT max 32 5 27 1930 27 soit Dc 71 m3 h V 2 1 Puissance de pompage maximale Le co t de la consommation lectrique cf S III 4 sera limit 10 du co t des besoins annuels soit 1500 KF x 0 1 150 soit pour 4000 heures de fonctionnement 0 25 F kW une puissance maximale de 150000 150 kW 4000 x 0 25 Il faudra donc D 150 m3 h cf graphique V 1 1 Dans l exemple suivant il a t choisi un d bit de 100 m3 h V 2 2 Choix de La puissance de 1 On la limitera cf III 3 40 de la puissance maximale appel e soit environ 2500 th h Tableau A Utilisation du programme 1 la puissance fournie par la PAC reste constante en dessous de la temp rature de transition 8 3 cf 5 bis du prog 1 Tableau B Utilisation du programme 2 r sultats puissance motrice constante en dessous de la temp rature d
3. Coh rence des donn es Les valeurs TTR DC et PM sont obtenues gr ce au programme n 1 Pour qu une comparaison soit possible entre les deux programmes il est indispensable de r introduire les m mes valeurs des param tres Test de validit L inscription PDS apparaitra lors d une mauvaise introduction de donn es TB gt TNC TTR lt TEX Si au cours du programme Le discriminant de l quation du second degr est n gatif TD lt TR TGi lt TG2 Utilisation normale du programme Une fois tous les param tres introduits il suffit d appuyer sur E pour d marrer le programme Pour chaque nouvelle valeur de TEX r introduire celle ci puis appuyer ensuite sur E On obtient ainsi les conditions de fonctionnement avec les m mes donn es en fonction de la temp rature ext rieure 22 V EXEMPLE D APPLICATION V l Donn es de base V 1 1 G ologiques L tude porte sur l exploitation d un r servoir de caract ristiques suivantes temp rature 32 d bit d pend des caract ristiques du r servoir cf graphique ci dessous PUITS DE PRODUCTION KW Puissonce 400 300 200 100 e a V 1 2 M t orologigues L histogramme des fr quences des temp ratures moyennes pris en compte est le suivant pour simplifier on a pris les moyennes de 5 en 5 C Nbre de jours avec temp rature de base 7 C 407 avec temp rature de non chauffe 18 C p riode de chauffe
4. PB 2n B PB Valeur PB Temp rature de base minimum TE 2nd C TB Valeur TB Temp rature de non TNC 2nd D TB TNC Valeur 1 Temp rature de transition NEU 2nd E Valeur TTR Temp rature TEX A TR Valeur TEX 1 Puissance Valeur PM Temp rature de 1 TC C Tei Valeur TG e E E Dr D DG Valeur DG 6 D marrage E Valeur PA Valeur TR Valeur TD Valeur TG2 Valeur PF Valeur COP REMARQUES DC PM ont t d termin s par le programme n 1 Les unit s sont les m mes que pour le programme n 1 Introduire TB avant TNC Pour chaque nouvelle valeur de TEX r introduire cette valeur en appuyant sur puis ensuite sur E Les valeurs de TRB PB TG 1 et D seront videmment identiques dans les deux programmes REMARQUES Changement de donn es Il est possible tout moment sauf pendant l ex cution du programme de changer une ou plusieurs valeurs Les donn es peuvent tre introduites dans n importe quel ordre sauf TB sera toujours introduit avant TNC Si TB est introduit en second lieu le test de validit sera effectu soit avec si aucune valeur n a pr alablement t introduite soit avec l ancienne valeur de TNC
5. arriv e d eau de Pg rejet d eau la nappe Les param tres utilis s sont Tgl Tg2 Tf TC s TE Td Ti Dg Dc Pg Pm PC Pev Temp rature de l eau g othermale la production donn e connue Temp rature de l eau g othermale la r injection Temp rature dv fluide frigorig ne de la pompe chaleur apr s le d tendeur Temp rature du fluide frigorig ne de la pompe chaleur apr s le compresseur Temp rature de retour du chauffage connu cf r gulation Temp rature de d part vers le chauffage connu cf r gulation Temp rature du fluide de chauffage la sortie du condenseur D bit d eau g othermale connu D bit du circuit de chauffage connu Puissance g othermale Dg oi Tg2 Puissance motrice Puissance de chauffe fonction des conditions climatiques connue gt Puissance disponible l vaporateur Pg Rapport de la puissance calorifique r cup rable la puissance m canique du moteur Pul Pm COP th orique COP avec Oc COP r el 20e th Oc Of temp rature absolue d entr e du fluide frigorig ne dans le condenseur 273 C P con Dc Td Tr x Pm D Pm Pm _ _ TC 273 3 Tc Tf xPm 6 SC GE ce E 2 E Tl Tg2 29 p Pm Dc Tg2 2 Avec rendement de la pompe chaleur 5 pincement sur l vaporateur et le condenseur Tl
6. son tat initial pr t suivre un nouveau cycle de transformation Le travail fourni la machine pour effectuer le cycle est gal l aire EFCDHIE aire qui appara t beaucoup plus importante que celle du cycle de CARNOT ABCD doteur Compresseur c Q2 _ D Condenseur Source chaude Emission de calories Ti cT D tendeur l A I l L en Source froide SCHEMA 1 Evaporation Q1 absorption de calories SCHEMA DE PRINCIPE D UNE POMPE A CHALEUR _ liquide II LES POMPES A CHALEUR A MOTEUR THERMIQUE Il est identique celui des pompes chaleur lectriques la seule diff rence que le moteur qui entra ne le compresseur est un moteur thermique L utilisation de ce type de moteur permet la r cup ration de l nergie dissip e chaleurs fatales au niveau du systeme de refroidissement du moteur des gaz d chappement et m me du local de la pompe chaleur Des changeurs plac s au niveau de ces parties du moteur sont directement coupl s au circuit de chauffage sch ma 2 11 2 Int r t de la pompe chaleur moteur thermique II 2 1 Rendement nerg tique global Le rendement d un moteur thermique est de l ordre de 30 soit Pm 0 3 P avec Pm puissance motrice P puissance chimique du combustible D autre part si l on exprime par x le rapport de la puissance calorifique r cup rable Pcal sur le
7. Puissance P A C R cup ration constante Tdi Tri III 52 Calculs puissance motrice constante Cette r gulation correspond au sch ma suivant Condenseur La totalit du d bit Dc passe par le condenseur Le programme se trouve modifi comme suit Pm n est plus une inconnue valeur gale celle calcul e pour la temp rature de transition la temp rature la sortie de l changeur de r cu p ration appelons la T d devient une inconnue du syst me 13 Nous avons consid r dans les paragraphes pr c dents le d bit g othermal comme une donn e du syst me C est inexact puisqu il s accompagne g n ralement d une puissance de pompage n cessaire pour obtenir ce d bit syst matiquement dans le cas d un doublet On peut en fait jouer plus ou moins sur ce d bit l augmenter par exemple en augmentant la puissance de pompage ou le diminuer suivant l int r t du syst me il peut ainsi tre plus int ressant d essayer d abaisser les temp ratures de rejet au d triment d un COP plus faible pour diminuer le d bit g othermique s il est obtenu avec une puissance de pompage lev e ou inversement On peut donc proposer ce stade les r gles suivantes limiter de toute fagon la puissance maximale P A C r cup ration correspondant la temp rature de transition la moiti de la puissance maximale appel e Ceci correspond pour un COP moyen de 4 5 une puissance l v
8. puissance m canique PM TTR C est gr ce au programme n 1 que ces valeurs sont d termin es 24012 SEQUENCE PROCEDURE 1 INTRODUIRE APPUYER AFFICHAGE Calculatrice Imprimante 5 Bis Calcul de la tem p rature de GTO 769 R S Valeur transition Valeur PA H Valeur PPAC Valeur PF Valeur TD Valeur TR DC Valeur DC 6 D marrage calcul E Valeur valeur COP TG2 Valeur TG2 MODE D EMPLOI DU PROGRAMME N 2 20 SEQUENCE PROCEDURE INTRODUIRE APPUYER AFFICHAGE Calculatrice imprimante 1 Effacer les m moires et les registres 2nd CMS 0 2nd 0 i Agence 1a r partition n cessaire 2 2nd OP 17 799 19 CLR 0 5 Lecture carte Tl C T 12 1 CLR 0 Lecture carte 1 C t 2 z CLR 0 Lecture carte 2 C T Susan sise secs vest 5 CLR 0 Lecture carte 2 c t 4 4 CLR 0 4 Introduction des donn es facultative en cas de modification 2 Coefficient l P P GTO x R S Valeur X Coefficient X el ol RV pere x GTO VX R S Valeur Y Coefficient 6 RTS EEN R S Valeur Z 5 D bit circuit de DC Ws Valeur DC Temp rature retour de base Vea sue TRE ind A TAB Valeur TRB Puissance de base puissance maximumun
9. B sera toujours introduit avant TRB TNC sera toujours introduit avant TB TEX sera toujours introduit en dernier Si TRB ou TB sont introduits en second lieu les tests de validit seront effectu s avec les anciennes valeurs de TDB ou TNC ou tout simplement avec Q si aucune valeur n a pr alablement t introduite L introduction de TEX d clenche une partie des calculs il est donc indispensable d avoir in troduit tous les autres param tres avant TEX Utilisation normale du programme La s quence 5 sauf TEX tant introduite il n est plus n cessaire d y revenir Pour chaque nouvelle valeur de TEX il suffira de r introduire cette valeur et d effectuer ensuite la s quence 6 On obtiendra ainsi les conditions de fonctionnement avec les m mes donn es en fonction de la temp rature ext rieure Tests de validit L inscription PDS pas de solution appara tra lors d une mauvaise introduction de donn es lt TRB TNC lt TB TNC lt TEX Si au cours du programme le discriminant de l quation du second degr est n gatif TG2 gt TG1 Il est recommand apr s la lecture des cartes magn tiques de v rifier si elles sont bien enregistr es dans la calculatrice Pour cela il suffit de faire l exemple propos et de v rifier les r sultats IV 4 Passage au programme n 2 Les donn es n cessaires ce programme sont entre autre temp rature de transition TTR
10. BUREAU DE RECHERCHES G OLOGIQUES ET MINI RES SERVICE G OLOGIQUE NATIONAL B P 6009 45060 Orl ans Cedex T l 38 63 80 01 LES POMPES CHALEUR A MOTEUR THERMIQUE ADAPTATION A LA G OTHERMIE PROGRAMME DE CALCUL SIMPLIFI par A CLOT A DESPLAN FOUCHER F PIQUEMAL D partement g othermie B P 6009 45060 Orl ans Cedex T l 38 63 80 01 80 SGN 605 GTH Septembre 1980 R alisation D partement des Arts Graphiques SOMMAIRE I BREF RAPPEL SUR LES POMPES A CHALEUR II POMPES A CHALEUR A MOTEUR THERMIQUE 1 Principe de fonctionnement II 2 Int r t de la PAC moteur thermique II 2 1 Rendement nerg tique global II 2 2 Avantages techniques III INSTALLATION GEOTHERMIQUE FONCTIONNANT AVEC UNE PAC THERMIQUE 1 Sch ma d une installation g othermique avec PAC thermique III 2 Equations de base des calculs rappels III 3 Approche m thodologique III 3 1 Calculs pour les temp ratures ext rieures sup rieures la temp rature de transition III 3 2 Calculs pour les temp ratures ext rieures inf rieures la temp rature de transition III 4 Quelques r gles g n rales d approche avant calculs IV DESCRIPTION ET UTILISATION DES PROGRAMMES IV 1 Programme n 1 IV 2 Programme n 2 IV 3 Mode d emploi du programme n 1 IV 4 Passage au programme n 2 V EXEMPLE D APPLICATION V l Donn es de base V 1 1 G o
11. a P A C moteur thermique est plus performante qu un g n rateur classique d s lors que le COP est sup rieur 1 la P A C moteur lectrique doit avoir un COP sup rieur 2 4 pour tre plus performante qu un g n rateur classique II 2 2 Avantages techniques Souplesse du moteur thermique Il permet une plus grande modulation que le moteur lectrique Autonomie Le ma tre d ouvrage d une telle installation devient ind pendant du r seau EDF au moins pour le fonctionne ment de ses P A C il peut m me envisager de fonctionner en nergie totale mais ce n est pas le but de ce rapport Il n est ainsi plus soumis aux variations du co t de l lectricit en fonction des p riodes d utilisation et notamment pendant les heures de pointe Le bilan financier de l op ration de Creil notamment a montr l int r t d arr ter les P A C lectriques pendant les heures de pointes les conomies dues la production d nergie calorifique compl mentaire li e aux P A C ne compensant pas le surco t lectrique pendant ces p riodes III INSTALLATION GEOTHERMIQUE FONCIIONNANT AVEC UNE P A C THERMIQUE HYPOTHESES DE BASE III 1 Sch ma d une installation g othermique avec P A C thermique retour chauffage Dc Tr Td condenseur ch fatales d d tendeur e compr mimi seur moteur Fev thermique vaporateur Dg 2 QN eo
12. alculatrice Imprimante 0 799 19 0 1 0 2 0 5 0 A 0 Valeur X Valeur Y Valeur Valeur T RB TDB Valeur TRB PB Valeur PB TNC Valeur TNC TNC TB Valeur PPAC TG1 Valeur TG1 DG Valeur DG Valeur TEX Valeur PA Valeur Valeur PF Valeur m Dc Valeur DC Valeur PM Valeur COP TG2 Valeur TG2 Les valeurs couramment utilis es sont e 0 65 x 5 3 6 5 C Elles sont automatiquement prises en compte d s l introduction des cartes magn tiques On peut donc passer directement la s quence 5 N anmoins il est possible de modifier ces valeurs en suivant les instructions donn es REMARQUES Compl ment sur les symboles utilis s PA Puissance appel e PPAC Puissance de la pompe chaleur PF Puissance fournie TD Temp rature de d part TR Temp rature de retour DC D bit du circuit de chauffage PM Puissance m canique du moteur COP Coefficient de performance de la pompe chaleur TG2 Temp rature de rejet de l eau g othermale Unit s Les puissances sont exprim es en thermies heure ou en kW mais homo g n it Les d bits sont exprim s en m tre cube heure respecter Les temp ratures sont exprim es en degr Celsius Changement de donn es Il est possible tout moment sauf pendant l ex cution du programme de changer une ou plusieurs donn es Les donn es peuvent tre intro duites dans n importe quel ordre sauf TD
13. aporateur inf rieure 0 3 Pix Pev lt 0 3 Pmax limiter de toute fagon les frais de consommation lectrique de pompage du r seau g othermique au maximum 10 du co t de l nergie totale consomm e par le chauffage avant utilisation de la g othermie et de pompes chaleur Faire un calcul sur 4000 heures Par exemple si les d penses en nergie primaire du r seau de chauffage sur lequel porte l tude se montent annuel lement 2 MF on limitera dans les calculs le d bit de fa on ne pas avoir plus de 200000 F de frais de pompage soit sur 4000 heures avec 0 25 F kWh 200 kW Les caract ristiques d exploitation d bit puissance du forage devraient permettre de d terminer le d bit maxi mum cf graphique P f 0 S V 1 1 limiter la temp rature minimale de rejet 5 C quand les puissances de pompage sont faibles ou nulles d bit art sien puits unique essayer de privil gier le COP augmentation de la temp rature de rejet compens e par augmentation du d bit La temp rature de rejet est cependant limiter pour viter les pollutions thermiques 15 IV DESCRIPTION ET UTILISATION DES PROGRAMMES Ces programmes ont t crits pour tre utilis s sur une calculatrice TEXAS INSTRUMENT 59 Les limites de capacit de m moire ont impos de faire deux programmes diff rents pour les deux types de modulation possibles IV l Programme 1 Il est utilisable quelle que
14. ation Une certaine diff rence de temp rature est n cessaire dans l vaporateur comme dans le condenseur entre 1 temp rature du fluide de transfert et la source pour que les changes de chaleur puissent se produire sans que l on soit conduit surdimensionner les appareils C est une cause importante de r duction du coefficient d amplification par rapport au coefficent th orique de CARNOT Une phase de compression EF pratiquement adiabatique donc entropie constante au cours de laquelle le fluide de transfert passe l tat vapeur de to T3 sup rieure T2 Une phase de condensation FCDH assez diff rente d une isotherme partir du moment op le fluide refoul par le compresseur traverse le condenseur qui est parcouru en sens inverse par la source chaude voluant entre t2 et T2 Cette phase est repr sent e sensiblement par FCDH suivant FC le fluide l tat de vapeur s che c de de la cha leur de C en D cette cession se poursuit l tat de m lange liquide vapeur suivant DH un refroidissement final intervient en phase li quide jusqu une temp rature interm diaire entre T2 et t2 Une phase de d tente imparfaitement adiabatique HI avec absorption de chaleur donc une augmentation d entropie travers le robinet d ten deur de la machine Cette d tente produit un brouillard liquide vapeur qui se condense la temp rature to en absorbant de la chaleur Le flui de se trouve ainsi revenu
15. e fournit plus qu une partie de l nergie appel e Deux hypoth ses sont alors possibles pour Les calculs travailler puissance P A C r cup ration constante et gale celle correspondant la temp rature de transition travailler puissance motrice Pm constante et gale celle observ e pour 1 temp rature de transition On constatera dans l exemple expos plus loin que les besoins fournis sont l g rement sup rieurs dans l hypoth se 1 mais que cela conduit largement augmenter les investissements P A C En effet la P A C travaillant moins bien la diminution du COP li e l augmentation des temp ratures du chauffage conduit augmenter la puissance motrice Pm de la P A C et donc l investissement Globalement les besoins suppl mentaires ne compensent pas le surco t d investissement Pour pouvoir continuer utiliser le m me programme qu en 111 3 1 on suppose qu on a le sch ma suivant o une partie du d bit total de chauffage Dc alimente la P A C l autre partie alimentant un g n rateur auxiliaire qui fournit l appoint Le syst me P A C r cup ration ne fournit pius alors qu une partie du d bit n cessaire Dc mais la temp rature voulue G n rateur auxiliaire Condenseur Les param tres inconnus sont les m mes qu en III 3 1 cependant il faut calculer pour chaque temp rature ext rieure le d bit Dc prendre en compte fait par le programme
16. e transition RESULTATS BILAN A n AEN R37 o LAJININEsO YAN LD EIUGIGAMMIE EL LL DILAN IINDBRGLIIVULD o on o o o o LEE MEN DEC THEE HERE MN 2 Puissance appel e PA Th h moyenne pour g la tranche 5925 4637 3349 2061 713 3 Puissance fournie Th h 2500 2500 2500 2061 773 4 Puissance motrice Th h 426 388 345 227 i 38 5 Temp rature de rejet C 18 4 17 3 16 2 17 4 25 3 6 Energie totale appel e ktH 1 x 2x 103 1564 3895 5064 4353 427 15303 7 Energie fournie par la ktH 1 x 3x 1073 660 2100 3780 4353 427 11320 8 Appoint n cessaire Kth 6 7 904 1795 1284 0 0 3983 9 Energie consomm e par la Kth 4 x 1 x ag 375 1086 1739 1598 70 4868 10 Energie totale consomm e Kth 8 9 1279 2881 3023 1598 70 8851 92 27 Li LE LO OT nob b IO Li EL e64 el c EE TER ES norm vU mi VA e 3 CHIC et wa LL Ud m 7 1 e DT AE OH EN d CO E Oo LO Co fa DO H LL ht CL RESULTATS FOURNIS LE PROGRAMME 2 POUR T ex lt TTR 8 3 C AU DELA cf RESULTATS puissance motrice constante T EX C os 2 59 amp 59 2 5 10 2 5 5 159 2 5 1 59 1 Nb d heures 26 2 840 1512 2112 552 5280 R sultats Donn e
17. g rateur d gage de la chaleur Dans la pompe chaleur le fluide frigorig ne suit un cycle en 4 phases essentielles l vaporation la compression la condensation la d tente On vapore dans un premier temps un liquide basse temp rature dans un changeur E l vaporateur en lui fournissant une quan tit de chaleur Qi Les liquides utilis s sont Soit l ammoniac pour les grosses installations comme celles de la Maison de la Radio Soit des fr ons d riv s fluor s du m thane ou bien encore du butane Ou de l isobutane Le compresseur C aspire le gaz et le comprime en effectuant ainsi un travail W Le gaz va s chauffer et la temp rature prise par ce gaz est celle laquelle il aurait fallu le porter pour obtenir la pression sous laquelle il se trouve volume constant il sera d autant plus chaud que le taux de compression sera lev Le compresseur refoule ensuite ces vapeurs dans le condenseur K o elles se condensent Cette condensation est faite en abandonnant la chaleur latente de vaporisation Q2 Le liquide provenant de la condensation des vapeurs est renvoy l vaporateur en passant par un organe de r glage d tendeur Le liquide s vapore nouveau dans l vaporateur E et le cycle recommence Aspect _ th orique Les tats successifs d un fluide frigorig ne utilis dans un syst me de r frig ration simple ou inversion de cycle peuvent tre re
18. inanci re suppl mentaire annuelle de emprunt 10 sur 15 ans SEL qe pl Ale 1 1 1j 15 V 5 Conclusions L nergie suppl mentaire consomm e dans le cas de la limitation de la puissance motrice de la PAC celle n cessaire la temp rature de transition s l ve 48 kth A 100 F kth cela repr sente 4 800 F ce qui est n gligeable en regard des 68 300 F de charges financi res suppl mentaires correspondant cette solution puissance fournie constante BIBLIOGRAPHIE Rapport 79 SGN 405 GTH Projet de Chauffage par une source g othermique avec une pompe chaleur nergie totale Renault Techniques Nouvelles
19. logiques V 1 2 M t orologiques V 2 Approche V 2 1 Choix du d bit g othermal DG V 3 Bilan nerg tique V 4 Bilan financier V 5 Conclusions BIBLIOGRAPHIF 10 11 11 14 15 15 15 15 18 22 22 22 23 24 24 30 30 RESUME Ce travail r alis sur fonds propres du B R G M a pour but d exposer un programme de calcul permettant de d terminer rapidement 1 couverture des besoins en chauffage par la g othermie fonctionnant avec une pompe chaleur moteur thermique Apr s un bref rappel de notions g n rales sur les pompes chaleur nous avons expos les hypoth ses de base du programme et l application sur un exemple concret Ce programme simple d utilisation facile peut au stade d un avant projet sommaire tre utilis pour situer l int r t du projet et permettre de d cider s il convient ou non d engager plus en avant les tudes Ce programme ne tient pas compte d une possibilit d utilisation de l eau g othermale en transfert direct I BREF RAPPEL SUR LES POMPES A CHALEUR Nous nous contenterons de rappeler le principe et les donn es de base principe et aspect th orique expos es dans le rapport 79 SGN 405 GTH Gr ce l nergie m canique on pompe des calories une source temp rature mod r e pour les restituer une temp rature plus lev e au moyen d un fluide de transfert Un r frig rateur est une pompe chaleur l arri re d un r fri
20. pr sent s graphiquement sur diff rents diagrammes Diagramme Entropique ou diagramme T S L entropie S c est la quantit de chaleur re ue ou enlev e d un fluide sans modification de la temp rature 2 1 Sur ce diagramme si la pompe chaleur tait parfaite et le fluide un gaz parfait le cycle serait pr sent par le rectange A B C D AB vaporation absorption de la chaleur la source froide BC compression CD condensation cession de la chaleur la source chaude DA d tente Un tel cycle s appelle cycle de CARNOT ce cycle est d une part r versible et d autre part c est le plus conomique que peut suivre une telle machine thermique Diagramme r el de fonctionnement La repr sentation en diagramme entropique du cycle suivi par un fluide frigorig ne par exemple le fr on 12 est 1 Le cycle de CARNOT correspondant est figur par le rectangle A BC D compris entre les temp ratures T1 et T2 La courbe de saturation liquide vapeur passe par les points C et D et elle a la forme d une courbe en cloche Le cycle r el d crit par le fluide dans 1a pompe chaleur comporte une phase d vaporation et d aspiration IE dans l vaporateur la temp rature to inf rieure aux temp ratures t1 et de sortie et d entr e de la source froide dans l vaporateur L aspiration se fai sant en vapeur s che son point figuratif est en E sur la courbe de satur
21. s chaleurs gt fatales la puissance motrice Pm on obtient Pcal x Pm La valeur moyenne de x utilis e dans les calculs ult rieurs est prise gale 5 3 communication Renault soit Le coefficient de performance r el COP tant le rapport de la puissance disponible au condenseur la puissance m canique fournie au compresseur de la pompe chaleur on obtient Pm COP changeur CYCLE DE CHAUFFAGE chappement Eemer GE um D Jcompresseur moteur thermique V 2 d tendeur vaporateur SCHEMA 2 BOUCLE GEOTHERMALE AVEC POMPE A CHALEUR A MOTEUR THERMIQUE Ainsi pour une pompe chaleur P A C thermique ayant un COP moyen de 4 pour 100 thermies combustibles fournies au moteur on peut r cup rer au total Pm x COP Po Pm 4 D 100 x 0 3 4 2 P P cond cal al 170 thermies Dans le cas d une P A C lectrique en prenant comme rendement de centrale 33 pour 100 thermies fournies 1 centrale avec le m me COP de 4 on peut disposer au condenseur de 100 x 0 33 x 4 132 thermies Rappelons que dans le cas d un g n rateur classique chaudi re ayant un rendement de 80 on dispose pour 100 thermies fournies au g n rateur de 100 x 0 8 80 thermies soit 2 fois moins que dans le cas de la P A C thermique ci dessus En sch matisant et en ne consid rant que le seul aspect nerg tique ES l
22. s m t o 1 Puissance appel e Th h 5925 3 Puissance fournie Th h 2085 2224 2383 2061 773 4 Puissance motrice Th h 313 313 313 227 38 5 Temp rature de rejet C Bilan 6 Energie totale appel e Kth 1 x 2x 1073 7 Energie fournie par la PAC Kth 1 x 3x 1073 550 1868 3603 4353 427 10801 8 Appoint n cessaire 6 7 1014 2027 1461 0 i 0 4502 9 Energie consomm e par la Kth 4 1 x 275 876 1578 1598 70 4397 10 Energie totale consomm e Kth 8 9 29 SORTIE LISTING et et sts Hit CO DC Ca e wo CE CO ces vg I Do ede es 30 La limitation de la puissance motrice de la PAC fait appara tre 4 502 kth d appoint n cessaire contre 3 983 kth seulement si la puissance fournie par la PAC tait constante en de a de la temp rature de transmission soit 519 kth Cependant l nergie totale consomm e n est que tr s l g rement sup rieure 8 899 contre 8 851 kth soit 48 kth gr ce aux conomies r alis es sur la consommation de la PAC 4 397 kth contre 4 868 kth soit 471 kth V 4 Bilan financier puissance fournie constante la puissance motrice maxi demand e la PAC sera d environ 500 kw co t d investissement 4000 F kw 2 000 F kw puissance motrice constante de 370 kw l investissement serait de 1 480 kF Le surco t de 520 kF constituerait une charge f
23. soit la temp rature ext rieure lorsque Tex Temp de transition le programme n 1 poursuit les calculs selon le sch ma expos en III 3 2 c est dire puissance fournie R cup constante Il n est utilisable que pour Tex lt Temp de transition programme fonctionne pour Pm constant voir tableau page suivante SEQUENCE 4 facultative Effacer les m moires et les registres Agencer la r partition n cessaire Lecture carte 1 c t 1 Lecture carte 1 c t 2 Q ct Loi Lecture carte DTN Lecture carte 2 c t 4 Introduction des donn es en cas de modification Coefficient P ex 0 65 Coefficient x par ex 5 3 Coefficient 8 par ex 5 Temp rature d part de base Temp rature retour de base guts Puissance de base Puiss Maximum Temp rature de non chauffe Temp rature de base T Puissance Temp rature de production D bit Temp rature D marrage calcui INTRODUIRE Valeur de P Valeur de x Valeur de 8 TDB TRB PB TNC T8 PPAC HO 2nd CP 2nd CMS 2nd OP 17 CLR CLR CLR CLR CLR GIO x R S GIO Vx R S 1 R S m D gt D EE AFFICHAGE C
24. te conomiquement qui permettrait de fournir une grande partie des besoins 70 80 tout en limitant la puissance de la pompe chaleur 30 40 de la puissance maximale appel e disponible au condenseur Ces ratios 70 80 d un c t pour les besoins 30 40 de l autre pour la puissance d pendent essentiellement de la courbe monotone des temp ratures moyennes journali res qui montre que la fr quence d apparition des temp ratures ext rieures les plus basses correspondant aux puissances appel es les plus lev es est faible quelques heures dans l ann e Cela conduit ainsi d finir la temp rature de transition ou valeur de la temp rature ext rieure au dessus de laquelle le syst me g othermie P A C fournit tous les besoins et en dessous de laquelle il n en fournit qu une partie III 3 1 Calculs pour les temp ratures ext rieures sup rieures la temp rature de transition L utilisation du programme d crit plus loin permet de calculer pour chaque temp rature ext rieure les conditions de fonctionnement de la P A C savoir temp rature de rejet Tg2 COP r el Pm On peut alors calculer l nergie fournie par le syst me l nergie appel e ZPci x hi et l nergie consomm e par le moteur de la pompe chaleur I Pmi x hi EE E III 3 2 Calculs pour les temp ratures ext rieures inf rieures la temp rature de transition Le syst me P A C r cup ration n
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