Pompes à chaleur et loi de la thermodynamique

Salut

Il y a quelque chose que je ne comprend pas dans les pompes à chaleur

Wiki a écrit:

Coefficient de performance d'une P.A.C.
On définit l'efficacité d'une PAC par le rapport de l'énergie « utile » la chaleur restituée à la source chaude) sur le travail énergie fournie à la PAC au niveau du compresseur :
L'efficacité peut être inférieure à 1 s'il rend moins de chauffage qu'il n'en consomme en énergie.

Jusque ici pas de soucis de compréhension Si c'est inférieur à 1, une pompe à chaleur n'a aucune utilité énergétique.
Pas plus de problème de compréhension sur ce qui suit, les limites à cause des contraintes mécaniques est tout à fait compréhensible.

Wiki a écrit:

En outre, des contraintes techniques limitent les températures de fonctionnement : impossible de rejeter de l'eau pure à moins de 0 °C, phénomène de givrage (source froide) ; haute pression limitée par la résistance mécanique du circuit 'haute pression' (source chaude) ; transfert effectif d'énergie à chaque source (dimensionnement et encrassement

source wiki: http://fr.wikipedia.org/wiki/Pompe_%C3%A0_chaleur

C'est ce qui suit que je ne comprend pas

Wiki a écrit:

L'efficacité d'une pompe à chaleur décroît avec l'écart de température entre sources et est limitée par la deuxième loi de la thermodynamique.

Et que dit la deuxième loi de la thermodynamique ? elle dit ceci

Wiki a écrit:

Le deuxième principe de la thermodynamique (également connu sous le nom de deuxième loi de la thermodynamique ou principe de Carnot) établit l'irréversibilité des phénomènes physiques, en particulier lors des échanges thermiques. .....Toute transformation d'un système thermodynamique s'effectue avec augmentation de l'entropie globale incluant l'entropie du système et du milieu extérieur. On dit alors qu'il y a création d'entropie.

(voir wiki : http://fr.wikipedia.org/wiki/Deuxi%C3%A8me_loi_de_la_thermodynamique)
L'un d'entre vous pourrait m'expliquer de façon claire (c'est à dire sans formulation mathématique) cette deuxième loi, car je ne vois pas ce son implication dans l'efficacité d'une pompe à chaleur, car je croyais que l'efficacité n'était limité que par des contraintes purement mécaniques et non par des lois intangibles.

Le Vieux

Ben, c'est très clair, avec une pompe à chaleur, dans de bonnes conditions, tu peux produire 5 kWh en investissant un petit kilowattheure.
L'aubaine, supposons que tu réinvestisses un de ces cinq kilowattheures pour en produire de nouveau cinq.
LA solution à nos problèmes d'énergie (sauf qu'il risque de faire frisquet dehors !).

Comme tu l'as deviné ça ne marche pas, pour y arriver tu devrais, à l'aide d'une cascade de pompe à chaleur, chauffer suffisamment pour atteindre une grosse différence avec l'air ambiant.
Malheureusement en tentant d'arriver à cette température, ton rendement s'effondre.

C'est bien conforme aux principes de Carnot :
1) Une source froide et une source chaude et le rendement dépend de la différence de température.
2) L'entropie qui veut que tout se dégrade. Par exemple, avec une certaine quantité d'air à 25° tu ne pourras jamais (sans ajout d'énergie) produire gratis la même quantité d'air à 30°

Ou, si tu préfères, ce qui est dilué (la température de l'air) ne peut être récupéré.

Salut

Anthracite a écrit:

L'entropie qui veut que tout se dégrade. Par exemple, avec une certaine quantité d'air à 25° tu ne pourras jamais (sans ajout d'énergie) produire gratis la même quantité d'air à 30°

C'est clair, on ne peut faire deux francs hors d'un (sauf les banques peut être). Mais qu'est qui empêche de faire hors de 10 m³ d'air à 1° 1M³ d'air à 10°.

Le Vieux

Le Vieux a écrit:

Salut

Anthracite a écrit:

L'entropie qui veut que tout se dégrade. Par exemple, avec une certaine quantité d'air à 25° tu ne pourras jamais (sans ajout d'énergie) produire gratis la même quantité d'air à 30°

C'est clair, on ne peut faire deux francs hors d'un (sauf les banques peut être). Mais qu'est qui empêche de faire hors de 10 m³ d'air à 1° 1M³ d'air à 10°.

Le Vieux

À part dans un système idéal sans frottement (celui avec lequel on étudie le premier principe, au début), pas de problème. Dès que tu introduis la vraie vie, tu as toujours d'une manière ou d'une autre de la déperdition (entropie en hausse du second principe).

En gros, le premier principe est platonicien : c'est l'idée de la thermodynamique. Et le second principe ramène à la réalité vraie.

Huyustus a écrit:

Le Vieux a écrit:

Salut

Anthracite a écrit:

L'entropie qui veut que tout se dégrade. Par exemple, avec une certaine quantité d'air à 25° tu ne pourras jamais (sans ajout d'énergie) produire gratis la même quantité d'air à 30°

C'est clair, on ne peut faire deux francs hors d'un (sauf les banques peut être). Mais qu'est qui empêche de faire hors de 10 m³ d'air à 1° 1M³ d'air à 10°.

Le Vieux

À part dans un système idéal sans frottement (celui avec lequel on étudie le premier principe, au début), pas de problème. Dès que tu introduis la vraie vie, tu as toujours d'une manière ou d'une autre de la déperdition (entropie en hausse du second principe).

En gros, le premier principe est platonicien : c'est l'idée de la thermodynamique. Et le second principe ramène à la réalité vraie.

Triste réalité !

Pour en ajouter une couche qui découle de ce que tu viens de dire, dans l'exemple du Vieux, rien n'empêche de produire ce mètre cube à 10 degrés, si ce n'est que le rendement dégringole avec l'écart de température.
Mais un écart de 9 ° n'est pas énorme on passe de 274 K à 283 K

Salut

Citation :

Mais un écart de 9 ° n'est pas énorme

Pour le chauffage d'une maison, il n'y a guère besoin de beaucoup plus, avec une écart de disons 15 % => 20° max , on peut déjà se chauffer correctement.

C'est dommage de ne pouvoir utiliser toutes les calories depuis le zéro absolu, car cela fait déjà 270°

Le Vieux zéros absolu.

Citation :

Pour le chauffage d'une maison, il n'y a guère besoin de beaucoup plus, avec une écart de disons 15 % => 20° max , on peut déjà se chauffer correctement.

Ben oui, c'est l'avantage des pompes à chaleur et ça convient, également, bien pour les piscines.

Juste pour te dire que la réponse d'Huyustus est particulièrement géniale et simple :

Suppose que tu pompes l'air extérieur dans une grosse seringue, ensuite tu comprimes cet air pour en augmenter la température.
Cela fait, tu relâches ton effort et le piston dans le cylindre reprend sa position initiale.
Si tu récupères l'énergie du relâchement, tu te chauffes gratis.

Ça, c'est le principe.
Évidemment tu as les pertes par frottements, mais ce n'est, hélas, pas tout !
Un exemple pratique, l'air extérieur est à 10 ° et tu en veux 20 à l'intérieur.
Tant, qu'en comprimant l'air à 10° dans le cylindre, tu n'obtiens pas plus de 20 °, ce travail ne t'aide pas.
De plus, plus tu pousses sur le piston, plus la température de l'air augmente dans le cylindre.
Or, en augmentant de température, l'air exerce de plus en plus de pression pour un volume donné.
Donc, il y a là aussi un travail mécanique en surplus.
Même si on considère qu'à partir de 20° les calories sont évacuées dans ta maison. (Au bout d'un temps infini en pratique, ce qui peut sembler long !)

Ah, mais y a la récupération quand le piston revient !
Mouais ! mais cet air essoré des calories fournies va se refroidir très vite et sera logiquement, en fin de course, plus froid que l'air extérieur (il n'y a pas de miracle!)
Bon, OK, tu peux sortir ton cylindre pour empêcher que la température de l'air inclus ne tombe en dessous de 10°( avec la même remarque que ce sera au bout d'un temps infini !)

Mais, même avec ces conditions idylliques, et en admettant que l'air soit un gaz parfait, tu vas devoir payer deux fois, en énergie mécanique, la différence entre la température extérieure et celle souhaitée à l'intérieur.

C'est pourquoi ce mode de chauffage est intéressant pour de faibles variations de température et le devient de moins en moins au fur et à mesure que cette variation est grande.

Sans être complet, il y a également un autre écueil, l'air contenant de l'humidité il finit par se former du givre à l'évacuation d'air.

En réalité, la compression est continue et on ne se soucie pas trop de récupérer l'énergie de la détente.
Mais, comme le rendement est fatalement* supérieur à 1, on ne s'en soucie pas trop.
Bref, c'est probablement mieux pour chauffer une piscine que pour chauffer une maison par moins vingt degrés.

* Oui, vu qu'on retrouve au moins l'énergie fournie par le compresseur plus les calories équivalentes à celles pompées dans l'air froid qui ressort encore plus froid....

Salut

Citation :

Bref, c'est probablement mieux pour chauffer une piscine que pour chauffer une maison par moins vingt degrés.

Parce que cela couterait beaucoup trop et pas faisable partout, mais j'ai lu un article sur une maison test à énergie zéro, mais il chauffait en été une cuve bien isolée de 1000M³ d'eau en été et récupérait la chaleur en hivers, mais 1000m³ c'est un fameux cube, il y a des piscines de contenance plus petite.

Le Vieux

Et il tenait tout l'hiver avec ses 1000m3 de flotte ?

Salut

Citation :

Et il tenait tout l'hiver avec ses 1000m3 de flotte ?

Je suppose que oui, mais la maison était également très isolée et malheureusement l'article ne parlait pas du volume de l'habitation
Il me semble que l'article disait que c'était une maison située au Danemark, les hivers y sont il rigoureux ?


Le Vieux

Le Vieux a écrit:

Salut

Citation :

Bref, c'est probablement mieux pour chauffer une piscine que pour chauffer une maison par moins vingt degrés.

mais 1000m³ c'est un fameux cube, il y a des piscines de contenance plus petite.

Le Vieux

Ouais, la mienne qui a une contenance trente fois plus petite !

Le Danemark doit avoir un climat tempéré grâce à la mer du nord, je présume

M'enfin c'est quand même ch'nord hein!

https://www.youtube.com/watch?v=8-fTsbNt69g&feature=related

He oui, biloute, ici on confond bonhomme de neige et ours blanc dans les jardins...

Le Vieux a écrit:

Salut

Citation :

Bref, c'est probablement mieux pour chauffer une piscine que pour chauffer une maison par moins vingt degrés.

Parce que cela couterait beaucoup trop et pas faisable partout, mais j'ai lu un article sur une maison test à énergie zéro, mais il chauffait en été une cuve bien isolée de 1000M³ d'eau en été et récupérait la chaleur en hivers, mais 1000m³ c'est un fameux cube, il y a des piscines de contenance plus petite.

Le Vieux

Ben, il y a le puits provençal ou canadien, va savoir !
Si l'on creuse à quelques mètres pour y enterrer un tuyau, on a, en été, une source de refroidissement avec un simple ventilateur et en hiver de l'air pas trop froid qui peut alimenter une pompe à chaleur, tout ça pour le prix d'une bêche (et probablement d'une brouette), de quelques dizaines de mètres de tuyau, et d'une prise de risque proportionnelle à la profondeur.

Avec pour consolation que si les travaux de creusage tournent mal on économise, au moins, les frais d'obsèques !

J'ai fait faire ça à un copain qui construisait sa maison. 3 coups de pelleteuse en plus de ceux nécessaires aux fondations, 60m de tuyaux en PVC, le tout couplé à une VMC double flux qui récupère 90% de l'énergie. Une Pompe à chaleur (aérienne) en rabe, et de l'isolant bien épais. Bilan... bientôt !

Eh bien, tu nous tiendras au courant.