|
|
Année universitaire 2007/2008
I Organisation :
II Problématique du projet :
III Principe général d’une pompe à chaleur :
IV PAC du projet
V Kit de rafraîchissement HPAC 28
VI Photos du projet :
VII Schéma de l’installation
VIII Budget du projet
IX Travaux de terrassement :
X Le film du projet
XI L’affiche du projet
Le projet tutoré s’est déroulé en deuxième année du DUT GTE entre Septembre et Mars . A partir du cahier des charges nous avons :
- organisé le projet et bilan de l’existant : matériel disponible et plan des
- définit le matériel et les travaux nécessaires
- consulté les entreprises et passé les commandes
- recherché des financements : taxe d’apprentissage ,dons et budget du département
- réalisé le montage de l’installation épaulé par les techniciens de l’IUT et le tuteur
- produits les documents du projet :plans, rapport , photos, film , affiche , CD , page web.
Un grand merci à toutes les personnes qui nous ont aidé pour ce projet : techniciens , professeur et partenaires extérieurs .
II Problématique du projet :
Sous la pression des exigences environnementales et plus particulièrement de la réduction des rejets de CO2 dans l’atmosphère, le développement des pompes à chaleur connaît depuis le début des années 90 un nouveau souffle en Europe.
Cette machine, appelée plus communément PAC, est un des équipements écologiques promu par les pouvoirs publics. En utilisant l’énergie gratuite, à portée de main dans l’environnement, les pompes à chaleur permettent de limiter le recours aux énergies fossiles et aussi de limiter les émissions de certains polluants : 1kWh de chaleur produit par le biais d’une PAC peut générer 4 fois moins de CO2 qu’1 kWh de chaleur produit par une chaudière utilisant un combustible fossile.
La PAC = un moyen de lutte contre l’effet de serre
Notre environnement, le sol sous nos pieds, l’eau des nappes phréatique, l’air qui nous entoure… stockent chaque jour l’énergie que nous transmet le soleil. Récupérer cette énergie gratuite et inépuisable puis la valoriser pour pouvoir l’utiliser dans les installations de chauffage, c’est possible grâce aux pompes à chaleur. L’utilisation de cet équipement réversible permet de répondre également et avec le même appareil aux besoins de confort d’été (rafraîchir) en plus des besoins de chauffage d’hiver.
La PAC = un chauffage performant valorisant l’énergie renouvelable
III Principe général d’une pompe à chaleur
Une pompe à chaleur est une machine thermodynamique permettant de transférer la chaleur du milieu le plus froid vers le milieu le plus chaud (donc le chauffer), alors que spontanément la chaleur se diffuse du plus chaud vers le plus froid.
Le réfrigérateur et la pompe à chaleur sont des installations similaires mais l’effet utile de la machine est différent : production de froid pour le réfrigérateur et production de chaleur pour la PAC.
Le principe de fonctionnement d’une PAC est identique à celui d’un réfrigérateur. Certaines PAC dites réversibles permettent au plancher de devenir rafraîchissant en période estivale.
La PAC pompe de l’énergie d’une source froide en produisant donc du froid Φo, et la réinjecte à la source chaude en la diffusant par exemple par un plancher chauffant Φk . Cette puissance thermique est mesurable par un compteur d’énergie thermique gracieusement fourni en don par la société 
La consommation énergétique au compresseur Pabs sert à mettre en mouvement le fluide frigorigène et augmenter sa pression.
Le COP (Coefficient de performance ) de la PAC est le rapport de la puissance utile : Puissance de chauffage récupéré au condenseur Φk sur la puissance consommée : Puissance du compresseur Pabs . Une PAC de COP 3 produit 3 fois plus de puissance que sa consommation , ce qui est nettement plus avantageux que du chauffage par convecteur ou panneau radiant.
La PAC possède 4 organes principaux :
· 1) Le compresseur aspire le fluide frigorigène qui est sous forme de gaz à basse température et basse pression. En comprimant le gaz, la température s’élève en même temps que sa pression. Nous aurons donc à la sortie du compresseur un gaz surchauffé à une pression élevée.
· 2) Le gaz chaud est dirigé vers n échangeur appelé condenseur dans lequel circule un fluide à réchauffer (eau du réseau de chauffage par exemple ou air intérieur). Le gaz chaud transmet une partie de son énergie au fluide à chauffer dont la température va augmenter. Ce faisant, le gaz frigorigène va condenser, c'est-à-dire qu’il va passer de l’état gazeux à l’état liquide (d’où le nom de condenseur).
· 3) La détente : le frigorigène à l’état liquide, qui est toujours à pression élevée, est détendu au travers le détendeur : la pression diminue abaissant ainsi la température du frigorigène qui reste à l’état liquide. A la sortie du détendeur, la température du frigorigène beaucoup plus basse est inférieure à la température de la source de récupération de chaleur de l’environnement.
· 4) Récupération de la chaleur de l’environnement dans l’évaporateur : le frigorigène, froid et à l’état liquide, traverse un deuxième échangeur (appelé évaporateur) dans lequel circule le fluide extérieur (air extérieur, eau de nappe ou eau échangeant avec un capteur enterré dans le sol) qui est plus chaud que le frigorigène. Ce dernier va donc récupérer l’énergie (les calories) de ce fluide extérieur. En récupérant cette énergie, le frigorigène bout et donc se transforme en gaz (évaporation) d’où le nom d’évaporateur. Le gaz ainsi formé est ensuite aspiré par le compresseur pour décrire un nouveau cycle.
IV PAC du projet
La gamme Nibe chez Atlantic sont des pompes à chaleur eau/eau à captage géothermique (horizontal, vertical, ou sur nappe phréatique).Les puissances vont de 8,5 à 30 kW avec un COP pouvant aller jusqu’ à 4,7 .Le fluide utilisé est écologique «vert» R407C. La température du chauffage s’adapte automatiquement grâce à la sonde de température extérieure et le thermostat d’ambiance permettant un réglage de température précis. Ce modèle de PAC n’est pas réversible par inversion de cycle frigorifique. Cependant il existe un kit de rafraîchissement qui permet grâce à un jeu de vannes 3 voies, une inversion de cycle hydraulique. Ceci a le même effet qu’une inversion de cycle frigorifique.
Nous avons choisi le modèle Nibe O/O 1140 8.1S.
Caractéristiques techniques et performances (données constructeur)
Réfrigérant |
R407C |
Puissance calorifique |
8,3 kW |
Puissance frigorifique |
10,3 kW |
Puissance absorbée |
1,7 kW |
COP |
4,7 |
Niveau sonore |
23 dBA |
Pression disponible circuit de chauffage |
50 kPa |
Pression disponible circuit de captage |
60 KPa |
Température mini/maxi retour eau glycolée capteur (en mode chauffage) |
-5°C/+20°C |
Poids à vide / en eau |
193 kg/211 kg |
Le module HPAC combiné avec une pompe à chaleur O/O 1140 permet 3 modes de fonctionnement :
- le chauffage
- le rafraîchissement naturel
- le rafraîchissement actif
Le module HPAC est un caisson comprenant un jeu de 4 vannes 3 voies tout ou rien permettant de modifier l’alimentation des échangeurs et du système de distribution en fonction du mode de fonctionnement.
- Configuration Chauffage de la PAC :
L’évaporateur est alimenté par le réseau de captage. Le fluide frigorigène récupère la chaleur de l’eau qui circule dans les capteurs enterrés dans le sol extérieur. Dans le condenseur ,le fluide frigorigène chauffe l’eau qui alimente les émetteurs . Si il fait très froid , il est possible que l’eau alimentant les capteurs soit à une température proche de 0°C , c’est pourquoi il faut de l’eau glycolée pour éviter qu’elle gèle ; plus les capteurs sont enterrés profond et plus ils sont espacés , moins cela risque de se produire .
- Configuration Rafraîchissement naturel : (free cooling)
Ce mode de rafraîchissement est dit naturel car seul les pompes de circulation des réseaux hydrauliques ( circuit captage et circuit des émetteurs) fonctionnent (le compresseur ne fonctionne pas). La chaleur du local est captée par l’eau circulant dans le plancher rafraîchissant puis évacuée à l’extérieur par le réseau de captage : ce mode de fonctionnement est possible tant que le sol extérieur est moins chaud que l’air du local climatisé et que ce local est en demande de rafraîchissement . Il est impératif d’utiliser le même mélange eau plus glycol dans les deux réseaux hydraulique. L’eau circule dans les échangeurs sans échanger de chaleur .
- Configuration Rafraîchissement actif :
Le rafraîchissement de la pièce est contrôlé par le système de commande de la pompe à chaleur. Lorsque les besoins en froid sont importants et que le rafraîchissement naturel n’est plus suffisant pour le confort des occupants, le rafraîchissement actif est enclenché.
L’eau du circuit du le plancher rafraîchissant qui se réchauffe en puisant la chaleur du local climatisé est refroidie dans l’évaporateur en transmettant la chaleur au fluide frigorigène . Le fluide frigorigène cède de la chaleur à l’eau du réseau de captage dans le condenseur : le sol extérieur est toujours plus froid que la température de condensation du frigorigène .
 |
 |
 |
|||
 |
 |
 |