FORMULES de PHYSIQUE
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CLIMATISATION
-climatisation (chaude ou froide)
REFROIDISSEMENT
Un refroidissement est une diminution de température
Si ce refroidissement est lent, on dit qu'il y a inertie thermique
-refroidissement en fonction de la durée
pour un corps siégeant longtemps dans un milieu ΔtT = (ΔiT).ex
avec ΔtT(K)= différence de température entre celle du corps et celle du milieu, à un instant t(s)
ΔiT(K)= différence de température entre celle du corps et celle du milieu, à l’instant initial
x (exposant) = -T.S.κ' / C
avec C(W/kg-m²)= capacité thermique du corps
S(m²)= surface de contact entre corps et milieu
T(K)= température
κ'(W/m²-K)= coefficient de transfert thermique
t(s)= temps du refroidissement
-refroidissement d’un corps par cession d’énergie
ΔT = Eq/ m.c'
avec Eq(J)= énergie de chaleur cédée par un corps
c’(J/kg-K)= capacité thermique massique
m (kg)= masse du corps
-refroidissement d’un corps situé dans le vide
ΔP = Kr.S.T4
avec ΔP(W)= perte de puissance
Kr(W/m²-K-4)= constante de rayonnement (5,6704004.10-8W/m².K4 )
S(m²)= surface d’émission
T(K)= température absolue
CLIMATISATION
Le terme général de climatisation signifie essai de maîtrise volontaire des caractéristiques physico-chimiques de l'atmosphère d’un local (changement de température de l'air, variation de l'hygrométrie, enlèvement des particules, création d’une distribution optimale)
Au sens pratique (et restrictif) , climatisation signifie souvent création de froid
Ce froid provient généralement d’une machine à produire du froid, par détente d'un gaz.
La machine la plus courante est la pompe à chaleur, munie d’une unitéextérieure, d’une unité intérieure et d’un circuit de liaison entre les deux, oùcircule le réfrigérant.
Une pompe à chaleur utilise souvent le cycle théorique de Mollier
(compression, condensation isobare, sous-refroidissement, détente isenthalpique, évaporation)
Les diverses données utiles sont:
-le régime nominal, dépendant des température de condensation, température d'évaporation et température de sous-refroidissement
-la production frigorifiquemassique (de l’évaporateur)
-le volume d’air aspiré et le débit massique
-le débit volumique aspiré (ou balayé)
-la puissance installée
-la quantité de chaleur à évacuer au condenseur
-le travail théorique et le travail réel (du compresseur)
-la performance (la puissance absorbée par rapport à la puissance installée)
COEFFICIENT de PERFORMANCE
On définit pour les pompes de climatisation, un coefficient de valorisation
qui ne mérite pas le nom de rendement, car un rendement est toujours inférieur à un, alors qu'ici on produit plus d'énergie qu'on en consomme
Pour la fonction production de froid , le coefficient est le EER (energy efficiency ratio) est tel que :
EER = (énergie prélevée pour l'évaporation) / (énergie consommée pour la production)
Ce coefficient est nommé COP quand il s’agit de production de CHAUD
UTILISATION d’une CLIM.
Les utilisateurs exigent un certain confort, créé par une puissance surfacique frigorifique utile de 60 à 85 W/m² (soit 14 à 20 frigories / seconde et par m²)
Ceci correspond à 20 à 28 W/m² de puissance installée (pour une pompe ayant une performance supposée EER de 3)
Si l’on veut traduire cela pour un volume de vie où les plafonds sont à # 2,50 mètres, ceci correspond à une plage installée de (8 à 11 W/m³)
On utilise en général une pompe à chaleur (réversible ou non) pour climatiser .
La puissance de cet appareil est fonction de :
-la différence de température (ΔT) entre la température espérée à l'intérieur du local et la température minimale extérieure en ce lieu
-la surface (S) du local -ou son volume (V) - étant posé comme moyenne que 1 m² équivaut à # 2,5 m3
-la conductibilité moyenne (c*) des matériaux du local
-le rendement (r) de la pompe, sachant que la puissance frigorifique réclamée à l'utilisation est supérieure à la puissance installée, puisqu'une pompe à chaleur produit plus qu'elle ne consomme
La puissance réclamée est : P = V.c*.ΔT.r
Exemple d'installation d'une pompe à chaleur
Données du problème >>>
-utilisation en climatisation chaude
d'une villa de S = 150 m² avec hauteur sous plafond de 2,5 m.
-on veut un ΔT= 27° (car -7°C en extérieur d'hiver, pour une exigence de 20°C à l'intérieur au même moment)
-on suppose une résistance linéique thermique c* moyenne des lieux de 0,90 W/m-K (béton avec larges huisseries)
-on donne une performance de 5 (en hiver) proposée par le constructeur de la pompe à chaleur
d'où en application de la formule ci-dessus
P = (150 x 2,5)x(0,90)x(27)x(1/5) = 1822 Watts installés
(pour 5 fois plus produite, à savoir = 9112 W )
En version production de froid
Les utilisateurs exigent une puissance surfacique frigorifique allant de 60 à 85 W/m² (soit 14 à 20 frigories par seconde et par m²)
Ceci correspond à 20 à 28 W/m² en puissance à installer (pour une pompe de performance supposée de 3)
Et traduction en puissance volumique >> plage de (8 à 11 W/m3) à installer
Nota : pour les petits appareils portatifs de climatisation pure, destinés à de petites surfaces (35 à 60 m²) la puissance frigo exigée est plus forte, car il y a plus de déperditions, donc on prend de l'ordre de 100 W/m² (ou 34 Btu/m² soit aussi 40 W/m3)
LIQUÉFACTION
C'est une condensation liquide
voir chapitres Transition agrégative et machines à liquéfaction