La pompe à chaleur mécanique est la pompe à chaleur la plus courante à appliquer commercialement. Son principe de fonctionnement: à l’intérieur d’une pompe à chaleur mécanique, la pression d’un fluide frigorigène est augmentée avec l’utilisation d’un compresseur. En raison de cette augmentation de pression, la température de condensation augmente. La plupart des installations ont un moteur électrique pour entraîner le compresseur. Deux types de pompes à chaleur mécaniques sont disponibles: un système avec une expansion directe du réfrigérant à l’entrée de l’évaporateur (système dx) et une pompe à chaleur dite “ système de pompe ” où le réfrigérant liquide est pompé vers les évaporateurs
Système DX
La détente directe implique que tout le volume de réfrigérant à la sortie du détendeur est envoyé à l’évaporateur. En raison de l’expansion, une grande partie du fluide frigorigène s’évapore, appelée gaz flash. Le fluide frigorigène, en grande partie gazeux et en partie fluide, est envoyé à l’évaporateur. Seule la partie liquide du réfrigérant a la capacité de s’évaporer dans l’évaporateur. Lorsque le réfrigérant est totalement évaporé et légèrement surchauffé, le réfrigérant s’écoule vers le compresseur. La surchauffe est nécessaire pour éviter que le compresseur ne soit endommagé en raison de la formation de liquide. La quantité de réfrigérant envoyée à travers le détendeur est contrôlée par le degré de surchauffe mesuré à la sortie de l’évaporateur. La capacité du compresseur est contrôlée par la température de condensation à la sortie du compresseur.
Système de pompe
L’autre type de pompe à chaleur mécanique est la pompe à chaleur du système de pompe. La figure de gauche montre son principe de fonctionnement. Un système de pompe contient un récipient séparateur. De ce récipient, le fluide frigorigène est pompé vers le ou les évaporateurs. À l’intérieur de l’évaporateur, le réfrigérant est partiellement évaporé: un mélange de fluide et de réfrigérant gazeux retourne dans la cuve du séparateur. Ce récipient sépare le réfrigérant en liquide et en vapeur. Le liquide est à nouveau pompé vers l’évaporateur; la vapeur s’écoule vers le compresseur. Un avantage de ce système est que des évaporateurs plus petits peuvent être utilisés par rapport aux systèmes dx de même capacité, en raison de la fourniture de fluide frigorigène uniquement. D’un autre côté, une pompe de réfrigérant supplémentaire et un récipient de séparation sont nécessaires. Les pompes à chaleur du système de pompe sont donc les plus adaptées aux applications industrielles à grande échelle. La majorité des pompes à chaleur avec de l’ammoniac sont construites comme un type de système de pompe. Les systèmes à ammoniac dx sont très sensibles en ce qui concerne la pollution du dispositif d’expansion. En outre, la surchauffe du réfrigérant dans les systèmes dx provoque des températures de refoulement élevées qui pourraient démolir l’huile du compresseur.
Les pompes à chaleur hybrides, ou pompes à chaleur à résorption par compression, combinent les technologies d’une pompe à chaleur à absorption et à compression. Les pompes à chaleur hybrides utilisent un mélange de fluides, par exemple du NH3 et de l’eau. En raison des changements de composition du mélange causés par l’absorption et la désorption, la chaleur est extraite et émise à une température non constante. Ce glissement de température peut conduire à une augmentation de l’efficacité.
Une pompe à chaleur hybride se compose des principaux composants suivants:
pompe à chaleur hybride EN
Désorbeur: ici la chaleur perdue est extraite par le mélange de l’environnement.
Séparateur: le séparateur sépare l’eau et l’ammoniac.
Pompe: la pompe augmente la pression de l’eau.
Compresseur: l’ammoniac est comprimé à une pression élevée à l’intérieur du compresseur.
Absorbeur: ici la chaleur utile est libérée vers l’environnement.
Elément d’expansion: ici la pression du mélange est abaissée.
Un glissement de température important pour l’absorption et la désorption est favorable pour diminuer le taux de compression à l’intérieur d’une pompe à chaleur. Par rapport à la pompe à chaleur mécanique conventionnelle, une élévation de température égale peut être réalisée avec un taux de compression inférieur lors de l’utilisation d’une pompe à chaleur hybride. En conséquence, un COP plus élevé peut être atteint. Pour augmenter la plage de glissement de température, les tailles d’absorbeur et de désorbeur doivent également être augmentées (ce qui les rend plus chères). Un ajustement correct des glissements de température et des plages de température de la pompe à chaleur est donc essentiel pour maximiser l’efficacité. L’utilisation de fluides pouvant se condenser ou s’évaporer réduira considérablement le COP.
Avantages des pompes à chaleur hybrides:
La température de condensation est plus élevée par rapport aux machines de compression conventionnelles. Cela est dû à la pression de saturation qui est beaucoup plus faible pour un mélange que pour un flux de réfrigérant gazeux pur.
En relation avec ce qui est mentionné ci-dessus, une élévation de température importante est possible avec un COP élevé.
Inconvénients des pompes à chaleur hybrides:
Sa complexité technique fait que la pompe à chaleur hybride est coûteuse à installer.
Il existe un nombre limité de fabricants proposant des pompes à chaleur hybrides.
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