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Les avantages de la pompe à chaleur à absorption

La pompe à chaleur à absorption transfère de la chaleur d’une source froide via un fluide secondaire. Découvrez comment elle fonctionne et ce qui la distingue de la traditionnelle

La pompe à chaleur est un système thermique qui permet de chauffer et de refroidir les espaces d’une structure, en plus de produire de l’eau chaude sanitaire nécessaire aux besoins quotidiens, grâce au transfert d’énergie d’un environnement basse température à un système à température plus élevée.

Comparée à de nombreux autres systèmes technologiques, elle contribue à réduire la consommation d’énergie et à promouvoir la durabilité environnementale, avec des économies financières conséquentes sur les factures, notamment grâce aux nombreux incitations gouvernementales et facilitations.

En fonction du mode de fonctionnement et du type d’alimentation, il existe différentes typologies de pompes à chaleur sur le marché : 

  • pompes à chaleur à compression électrique ;
  • pompes à chaleur à compression endothermique ;
  • pompe à chaleur à absorption.

Dans cet article, nous examinerons en détail le fonctionnement des pompes à chaleur à absorption, afin de comprendre ses caractéristiques techniques et ses différences par rapport aux autres.

Comment fonctionne une pompe à chaleur à absorption ?

Les pompes à chaleur à absorption sont des dispositifs qui exploitent le principe thermodynamique de l’absorption pour transférer de la chaleur d’une source basse température à une source à température plus élevée. Contrairement aux pompes à chaleur traditionnelles qui utilisent des compresseurs mécaniques, les pompes à chaleur à absorption se basent sur des réactions chimiques ou physiques pour obtenir leur effet de chauffage ou de refroidissement.

Le fonctionnement d’une pompe à chaleur à absorption AHP (Absorption Heat Pump), qui peut être alimentée par n’importe quelle source thermique, repose sur deux substances, un réfrigérant et un absorbant.

Ces deux substances, combinées, créent un cycle dont le travail mécanique est d’environ 1% de l’énergie thermique introduite dans le générateur.

Analysons en détail toutes les phases du cycle d’une pompe à chaleur à absorption : 

  1. tout commence par un générateur, la source d’énergie primaire qui augmente la température de la solution réfrigérant-absorbant. Avec l’augmentation de la température de la solution, les deux composants se séparent et le réfrigérant s’évapore le long de la colonne de distillation ;
  2. la vapeur du fluide réfrigérant passe ensuite à travers le rectificateur, où elle est séparée de tout résidu d’eau et entre dans l’échangeur de chaleur habituellement à faisceau tubulaire ;
  3. dans cet échangeur à faisceau tubulaire, a lieu la condensation du fluide réfrigérant et donc la transmission de chaleur à l’eau du système (fluide secondaire). C’est à ce moment que le premier effet utile de la machine se produit, avec le chauffage d’un flux d’eau ;
  4. le réfrigérant, sortant de la section de condensation, passe à travers une série de détentes et un échangeur de chaleur tubulaire, où sa pression et sa température diminuent progressivement, afin d’atteindre des conditions idéales permettant au fluide d’absorber de la chaleur de l’air extérieur ;
  5. le réfrigérant en contact avec l’air extérieur se refroidit, prenant de la chaleur, puis s’évapore ;
  6. ensuite, le réfrigérant est surchauffé d’abord dans l’échangeur, puis dans le pré-absorbeur, où il réagit avec l’eau, donnant ainsi lieu à l’absorption proprement dite ;
  7. l’absorption est une réaction exothermique (énergie libérée) et donc si une partie de cette énergie est utilisée pour chauffer la solution eau-réfrigérant, le reste est cédé à l’échangeur de chaleur à faisceau tubulaire ;
  8. dans cette phase du cycle, l’échangeur agit en tant qu’absorbeur et permet de transmettre au fluide thermo vecteur du système thermique une quantité d’énergie thermique considérable, constituant le deuxième effet utile de la machine ;
  9. la solution eau-réfrigérant, sortie de l’échangeur, est renvoyée par la pompe de la solution vers le générateur, passant de nouveau par le pré-absorbeur et le rectificateur où a lieu une phase de préchauffage à travers la récupération de chaleur du cycle lui-même. Le cycle frigorifique décrit recommence alors dans le générateur.
Schéma d'une pompe à chaleur à absorption

Schéma d’une pompe à chaleur à absorption

Différence entre une pompe à chaleur à absorption et une pompe à compression ?

La principale différence entre une pompe à chaleur à absorption et une à compression (électrique ou à gaz) réside dans les phases de fonctionnement : une pompe à chaleur à absorption est sans phase de compression, totalement remplacée par deux phases distinctes : la génération et l’absorption.

Comme nous l’avons vu précédemment, la première phase se produit grâce à un brûleur, utilisé comme source d’énergie primaire, tandis que la seconde se fait via un liquide spécifique, généralement de l’eau, appelé absorbant.

De plus, l’efficacité d’une pompe à chaleur à absorption, mesurée en GUE, Gaz Utilization Efficiency, est supérieure à celle d’une pompe à chaleur traditionnelle, voyons ensemble les deux principales raisons : 

  1. le GUE, qui résulte du rapport entre l’énergie cédée à l’environnement et l’énergie fournie au brûleur, est beaucoup plus bas que le COP des pompes à chaleur traditionnelles. Un GUE se situe généralement autour de 1,5, par rapport à un COP qui a une valeur d’environ 4 ;
  2. lorsque la température extérieure est très froide, une pompe à chaleur traditionnelle fonctionne mal car il faudra un travail plus important pour transférer la chaleur de l’extérieur vers l’intérieur et en plus, l’humidité de l’air froid tendra à geler les ailettes de l’unité extérieure. Ce problème ne se produit pas avec une pompe à chaleur à absorption : le cycle thermodynamique sur lequel elle fonctionne n’impose pas de limites de fonctionnalité à la machine même à des températures extérieures basses.

Dans l’ensemble, la haute efficacité d’une pompe à chaleur à absorption se traduit par un coût d’achat plus élevé; cependant, il est indéniable qu’il y a un retour sur investissement, grâce aux économies d’énergie, dans un délai de 4/5 ans.

Typologies de pompes à chaleur à absorption

Sur le marché des systèmes de climatisation, on trouve généralement deux types de pompes à chaleur à absorption, celles à flammes directes ou celles à alimentation indirecte.

Une pompe à chaleur à flammes directes est alimentée par la flamme générée par un combustible tel que le gaz naturel, le GPL, la biomasse, etc. et est principalement utilisée dans des environnements où la continuité du service est requise même en l’absence d’alimentation électrique.

Une pompe à chaleur à alimentation indirecte, quant à elle, a comme source thermique un fluide thermo vecteur (eau chaude ou surchauffée, vapeurs, produits de combustion de moteurs endothermiques) qui est constamment réutilisé dans le cycle de la machine.

Il convient également de souligner que de nombreuses directives européennes encouragent l’utilisation de systèmes de climatisation et de production d’ECS efficaces du point de vue énergétique, avec des vérifications issues du développement de conceptions écologiques.

Les pompes à chaleur à absorption représentent une solution prometteuse pour le chauffage et le refroidissement des bâtiments, offrant des avantages significatifs en termes d’efficacité énergétique, de réduction des émissions et de flexibilité dans l’utilisation de sources d’énergie renouvelable.

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