Fonctionnement d'une pompe à chaleur : application du 1er et du 2ème principe de la thermodynamique
I - Généralités
Les pompes à chaleur sont des machines thermiques dithermes, c’est-à-dire des dispositifs destinés à réaliser des transferts d’énergie avec le milieu extérieur sous forme de travail et de chaleur (transfert thermique) entre deux sources de chaleur à des températures différentes : une source chaude à la température Tc et une source froide à la température Tf (Tf<Tc).
Dans une machine thermique ditherme un fluide caloporteur contenu dans une enceinte fermée et étanche décrit une évolution cyclique en échangeant avec le milieu extérieur :
- un travail W
- une quantité de chaleur Qc avec la source chaude
- une quantité de chaleur Qf avec la source froide
W, Qc et Qf sont des grandeurs algébriques, leur signe dépend du sens du transfert entre le système et le milieu extérieur.
La pompe à chaleur est un récepteur thermique : elle reçoit donc du travail du milieu extérieur (W>0); de plus elle prélève de la chaleur à la source froide(1) (Qf>0) et cède de la chaleur à la source chaude(2) (Qc<0).
Les échanges thermiques peuvent êtres schématisés de la façon suivante :
(1) la source froide représente ?? ..
(2) la source chaude représente l’atmosphère de la pièce à chauffer
II - Efficacité d'une pompe à chaleur
Dans la pratique
Pour fonctionner, le compresseur de la pompe à chaleur géothermique doit être entraîné par un moteur qui fournit le travail électrique (ou tout autre force : énergie éolienne, hydraulique, animale, chaleur). L'électricité consommée est cependant bien utilisée puisque pour 1 kWh consommé, la maison reçoit l'équivalent de 3 à 4 kWh de chaleur.
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| Pompe à chaleur en hiver Heat pump in Winter © 2000 Geothermal Education Office |
Pompe à chaleur en été Heat pump in Summer © 2000 Geothermal Education Office |