Principes de base

Le principe général de la climatisation telle que nous la connaissons consiste à transférer dynamiquement d’un endroit à un autre de l’énergie thermique dans un sens ou dans l’autre d’un besoin donné. On utilise pour cela le principe du changement de phase des gaz .

En effet, les gaz utilisés ont la particularité de pouvoir absorber ou de dégager de grandes quantités de chaleur en fonction de la manière dont on les utilise. C’est ce que l’on appelle l’énergie latente.

Le principe général consiste à utiliser la capacité des gaz à s’évaporer ou à se condenser . Le cas le plus simple est l’eau qui connaît trois phases distinctes et faciles à reconnaître, la phase solide avec la glace, la phase liquide avec l’eau de boisson, par exemple, et enfin la vapeur visible et invisible.

Le phénomène de condensation est très facile à observer, il suffit de sortir une bouteille du rèfrigérateur pour voir apparaître de l’humidité à sa surface, ce qui correspond tout simplement au changement de phase de la vapeur d’eau invisible contenu dans l’air présent près de la bouteille.

Ce principe de changement de phase est fortement employé par dame nature, l’évaporation de la mer et des lacs permet la formation des nuages, la condensation de ces nuages forme la pluie ou la neige et ainsi de suite à l’infini.

Ce cycle thermodynamique perpétuel est à la base de la vie sur la planète terre. Si on ajoute la formation de glace, c’est à dire le passage de l’état liquide à l’état solide, on a une idée rèelle des trois états de l’eau.

Or il faut savoir que chaque changement de phase a une réaction sur le plan thermique.

Prenons un exemple, toujours avec l’eau : si vous prenez 1 kg d’eau à 20 °C et que vous la portez à sa température d’ébullition (+/- 100°C), vous devez apporter 80 kilocalories soit 93 watts. Par contre, si vous voulez transformer cette eau en vapeur, la quantité de chaleur passera aux alentours de 600 kilocalories soit 696 watts, soit plus de 6 fois plus.

C’est là tout l’intérêt du changement de phase car cette énergie dépensée pour le passage en vapeur est conservée (c’est la chaleur latente) et peut être restituée en effectuant le changement de phase inverse.

Reprenons notre exemple : vous avez réussi à évaporer ce kilo d’eau et vous le transportez à un autre endroit sous sa forme vapeur, en supposant sans pertes de transport. Là, vous vous arrangez pour faire rencontrer cette vapeur avec un corps dont la température se situe en deça de la température d’ébullition de l’eau ; la vapeur, au contact de ce corps plus froid, va se condenser, donc repasser à l’état liquide, et restituer cette chaleur à cette partie plus froide qui va donc se réchauffer.

Voilà donc très imagé et très théorique le principe du changement de phase utilisé par les climatisateurs, pompes à chaleur et tous systèmes fonctionnant avec des fluides frigorigènes.

Un autre facteur à prendre en considération est la performance de ces machines. En effet, comme on utilise le changement de phase d’un fluide, on ne fait finalement que transporter de l’énergie d’un point à un autre, la consommation d’énergie est beaucoup plus faible que l’apport réel en énergie. C’est ce que l’on appelle le COP,ou coefficient de performance. Les machines de dernière génération sont capables de réaliser un COP de 4 à 5, soit une comnsommation de 1 kw pour une production de chaleur de 4 à 5 kw. Vous voyez tout de suite l’intérêt.

Le but de ces matériels est évidemment de produire du froid, donc de permettre un rafraichissement des locaux mais, compte tenu de la possibilité de certains matériels d’inverser leur cycle de fonctionnement, la capacité de produire de la chaleur les rend très intéressants sur le plan de la rentabilité, compte tenu du coefficient de performance.

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