Analyse d’une Pompe à Chaleur

Analyse d’une Pompe à Chaleur

Comprendre l’analyse d’une Pompe à Chaleur

Une pompe à chaleur fonctionne entre une source de chaleur à basse température et un réservoir à haute température.

Dans cet exercice, vous allez analyser le fonctionnement d’une pompe à chaleur domestique qui utilise le R-134a comme fluide de travail.

Données:

  • Température de la source froide (extérieur) : -5°C
  • Température de la source chaude (intérieur) : 20°C
  • Le R-134a entre dans le compresseur en tant que vapeur saturée à -5°C et est comprimé jusqu’à ce qu’il atteigne une température de 60°C dans le condenseur.
  • Le COP (Coefficient de Performance) de la pompe à chaleur est de 3.5.

Tâches:

  1. Schématisez le cycle de la pompe à chaleur sur un diagramme de phase (diagramme P-h) pour le R-134a. Indiquez tous les états importants (1-4) et les processus (compression, condensation, détente, évaporation).
  2. Calculez la quantité de chaleur absorbée par le R-134a dans l’évaporateur. Utilisez la règle du COP pour une pompe à chaleur : \( \text{COP} = \frac{Q_{\text{chaud}}}{W_{\text{travail}}} \)
  3. Déterminez la puissance nécessaire pour le compresseur si la pompe à chaleur doit fournir 5 kW de chaleur à l’intérieur de la maison.
  4. Évaluez la quantité de chaleur rejetée par le R-134a dans le condenseur.
  5. Analysez l’impact d’une baisse de la température extérieure sur le COP de la pompe à chaleur. Que se passe-t-il si la température extérieure chute à -10°C?

Correction : analyse d’une Pompe à Chaleur

1. Cycle de la pompe à chaleur sur un diagramme de phase

Analyse d'une Pompe à Chaleur 2
  • Point 1 : Évaporation à -5°C. Le R-134a est à l’état de vapeur saturée.
  • Point 2 : Fin de l’évaporation. La vapeur entre dans le compresseur.
  • Point 3 : Compression jusqu’à 60°C dans le condenseur.
  • Point 4 : Fin de la condensation, avant la détente.

2. Calcul de la Quantité de Chaleur Absorbée dans l’Évaporateur

La quantité de chaleur absorbée par le R-134a dans l’évaporateur est donnée par :

\[ COP = \frac{Q_{\text{chaud}}}{W_{\text{travail}}} \]

Avec \( COP = 3.5 \) et la pompe fournissant \( 5 \) kW de chaleur, le travail nécessaire est calculé comme suit :

\[ W_{\text{travail}} = \frac{Q_{\text{chaud}}}{COP} \] \[ W_{\text{travail}} = \frac{5000\, \text{W}}{3.5} \] \[ W_{\text{travail}} \approx 1428.57\, \text{W} \]

La quantité de chaleur absorbée dans l’évaporateur est donc \( Q_{\text{chaud}} = 5000\, \text{W} \).

3. Puissance Nécessaire pour le Compresseur

La puissance nécessaire pour le compresseur, qui est le travail que nous avons calculé, est donc de \( 1428.57\, \text{W} \).

4. Quantité de Chaleur Rejetée dans le Condenseur

La quantité de chaleur rejetée par le R-134a dans le condenseur est :

\[ Q_{\text{rejetée}} = Q_{\text{chaud}} + W_{\text{travail}} \] \[ Q_{\text{rejetée}} = 5000\, \text{W} + 1428.57\, \text{W} \] \[ Q_{\text{rejetée}} = 6428.57\, \text{W} \]

5. Impact d’une Baisse de la Température Extérieure sur le COP

Si la température extérieure baisse, l’efficacité de la pompe à chaleur diminue généralement. Cela signifie que le COP diminuera car il devient plus difficile de transférer de la chaleur depuis une source à basse température.

En termes simples, le travail (énergie) nécessaire pour déplacer la même quantité de chaleur augmentera.

Analyse d’une Pompe à Chaleur

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