Les chauffages à faible production d'entropie

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Les chauffages à faible production d'entropie




par ortograf-fr » 05/08/08, 15:30

"Les chauffages à faible production d'entropie: qu'est-ce que c'est ?"
par Ortograf-fr, juillet 2008


Dans la pratique, les chauffages à faible production d'entropie, ce sont essentiellement la pompe à chaleur et la cogénération, autrement dit la production combinée de chaleur et d'électricité.

La pompe à chaleur a un grand intérêt pédagogique, parce qu'elle prouve à ceux qui ne veulent pas l'entendre que le rendement d'un appareil de chauffage peut être très supérieur à 100%.

Mais c'est le développement systématique de la cogénération qui minimisera le mieux la consommation de ressources énergétiques destinées au chauffage. On n'en prend guère le chemin en France actuellement.



A - Une production d'entropie est une dégradation d'énergie.

Il s'en produit notamment:

- chaque fois que de l'énergie électrique, ou chimique, ou mécanique, est transformée en chaleur: chauffages électriques, chauffages avec les combustibles habituels, frottements,

- et chaque fois que de la chaleur est échangée entre deux corps à des températures différentes. Plus l'écart de température est important, plus la production d'entropie est grande.


B - Un chauffage sans production d'entropie serait obtenu avec une pompe à chaleur idéale

Un chauffage sans production d'entropie est impossible à réaliser, mais il est très facile à imaginer.

C'est celui qui serait fourni par une pompe à chaleur idéale, celle qui aurait le meilleur fonctionnement imaginable.

Son moteur électrique ne présenterait ni frottements, ni effet Joule.

Et surtout, la partie de la pompe à chaleur servant à chauffer l'appartement aurait une température très peu supérieure et pratiquement égale à celle de l'appartement, en même temps que la partie de la pompe à chaleur qui sert à tirer la chaleur du milieu extérieur aurait une température très peu inférieure et pratiquement égale à celle de ce milieu.

Autrement dit, les deux échanges de chaleur réalisés par la pompe se feraient chaque fois avec un écart de température infinitésimal.


C - Une production d'entropie est équivalente à une perte de ressources énergétiques

Les physiciens et les spécialistes du chauffage savent très bien calculer le rendement que pourrait avoir une telle installation. On peut l'appeler "rendement maximal théorique". Il ne dépend que des deux températures qui interviennent: celle de l'air du temps dont on extrait la chaleur et celle de l'appartement que l'on chauffe.

Prenons des exemples chiffrés. Pour maintenir un appartement à 20°C, avec une température extérieure de 15°C, le rendement serait de soixante, autrement dit de 6000%.

Avec une température extérieure de 10°C, ce rendement serait de 30, autrement dit de 3000%.

Le rendement d'une pompe à chaleur idéale est donc couramment une dizaine de fois supérieur à celui des pompes à chaleur réelles, qui est lui-même trois ou quatre fois supérieur au rendement de 100% d'un radiateur électrique.

D - Les chauffages sans production d'entropie: la nouvelle référence idéale pour mesurer les performances d'un chauffage réel

Toute la consommation supplémentaire d'un chauffage réel par comparaison avec une pompe à chaleur idéale est une perte de ressources énergétiques par production d'entropie.

Dans le deuxième exemple numérique précédent, pour fournir 30 joules de chaleur à l'appartement, l'énergie électrique consommée ne pourra jamais descendre au-dessous de un joule.

Dans cet exemple, si le chauffage est produit par un radiateur électrique, sur 30 joules consommés par ce radiateur, 29 représentent une consommation de ressources liées à une production d'entropie et que, à ce titre, on peut espérer réduire.

La pompe à chaleur réelle montre qu'on peut déjà faire mieux qu'une chaudière électrique, puisqu'elle consommera environ 10 joules au lieu de 30 pour fournir le même chauffage. Mais son bilan est encore une dizaine de fois inférieur au meilleur bilan de référence et on peut donc espérer faire encore beaucoup mieux.

En conclusion: un rendement de 100%, qui traduit un chauffage sans déperdition d'énergie, ne constitue plus l'idéal à atteindre en matière de chauffage. Le rendement idéal d'un chauffage sans production d'entropie ne sera jamais atteint, mais les rendements énergétiques des chauffages à faible production d'entropie dépassent très largement 100%, comme le montrent les pompes à chaleur, dont les rendements sont couramment situés entre 300% 400%.


E - Pour minimiser la production d'entropie, il faut réduire le plus possible
- le nombre des transformations d'énergie
- le nombre des échanges de chaleur
- et aussi les écarts de températures qui permettent ces échanges de chaleur.

Ce dernier point a une conséquence pratique immédiate. Pour un chauffage avec pompe à chaleur, une maison consommera moins d'électricité si elle est conçue pour être chauffée par de l'eau à 30°C circulant dans les sols, que si elle est conçue pour être chauffée par de l'eau à 60°C circulant dans des radiateurs.


F - Tous les chauffages traditionnels sont incompatibles avec une bonne gestion des ressources énergétiques

On a vu ci-dessus que le rendement 100% d'un radiateur électrique était en fait extrêmement médiocre. Pour les chauffages avec les combustibles traditionnels, c'est presque aussi médiocre.

C'est dû au fait que les échanges de chaleur se font avec des écarts de température très importants. La production d'entropie correspond au fait que la chaleur de départ est de de la chaleur "haute température" et qu'elle se retrouve sous forme de chaleur basse température pour arriver dans les lieux de séjour.

Typiquement, l'énergie fournie par le fioul peut dans certains cas donner de l'énergie mécanique avec un rendement dépassant 60%, comme c'est le cas pour certains moteurs de bateaux. Ca veut dire que l'énergie fournie par ce combustible a une convertibilité maximum théorique dépassant 60% pour donner de l'énergie électrique.

Autrement dit, la chaleur haute température est certes déjà amputée par une décote entropique par rapport à l'énergie électrique, mais cette décote représente peu de chose par rapport à celle qui se produit lorsque la même quantité de chaleur se dégrade pour arriver aux locaux que l'on chauffe.


G - Le dispositif qui minimise le mieux la production d'entropie occasionnée par le chauffage, c'est la cogénération.

Dans ce cas, la chaleur utilisée, c'est tout simplement la chaleur basse température rejetée par une centrale thermique ou par un groupe électrogène quelconque.

On a vu que, pour réduire le plus possible la production d'entropie, il faut réduire le plus possible le nombre des transformations d'énergie, le nombre des échanges de chaleur, et les écarts de température qui permettent ces échanges de chaleur.

Le chauffage par cogénération remplit parfaitement ces conditions, parce qu'il ne fait que transformer une chaleur basse température souvent appelée rejet thermique, pour donner une autre chaleur basse température, celle qui est désirée pour nos lieux de séjour. On peut considérer que la chaleur de départ est de la récupération et qu'elle est pratiquement gratuite quant aux ressources énergétiques consommées.

Ca correspond bien aux bilans théoriques des chauffages à faible production d'entropie.

...........

Possibilité de faire des exposés-causeries sur le thème: "les chauffages à faible production d'entropie."

Nous contacter.


Pour charger le présent document au format pdf en deux exemplaires sur une page, cliquer ici:

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Ahmed
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par Ahmed » 08/08/08, 19:57

Je ne suis pas thermicien, mais ne puis m'empêcher de réagir à ce curieux texte.

L'ensemble me laisse la désagréable impression que l'aspect théorique fascine son auteur au point d'en oublier la réalité.
Certes, ce concept d'entropie est intéressant mais nous entraine vite dans des considérations qui, au lieu d'apporter un éclairage nouveau, ne parvient guère qu'à obscurcir ces problèmes.

S'appuyant sur la comparaison entre un radiateur électrique ayant un rendement de 100% (par définition) et une pompe à chaleur, il montre que dans de bonnes conditions, en pratique, elle peut restituer environ 3 fois la quantité d'énergie absorbée.

C'est oublier pas mal de choses:
Ces 100% de rendement local du radiateur électrique n'ont pas grande signification, puisqu'il n'est pas tenu compte des pertes à la production et au transport de l'électricité. A cause de ces pertes, seule une fraction, environ un tiers parvient au compteur (les rendements varient selon les modes de production, le nucléaire, majoritaire, serait peu efficace car fonctionnant à faible pression*, les pertes en transport seraient évaluées à 10% en moy.).

Donc, la PAC ne fait que regagner ce qui est perdu: bonjour l'entropie!

Et encore je ne me place que dans de bonnes conditions de fonctionnement: en cas de froid un peu intense, le rendement de la PAC (air/air ou air/eau, les plus courantes) chute rapidement et peu même se situer au dessous du radiateur électrique lorsqu'une résistance électrique vient dégivrer le condenseur.
"La pompe à chaleur a un grand intérêt pédagogique, parce qu'elle prouve à ceux qui ne veulent pas l'entendre que le rendement d'un appareil de chauffage peut être très supérieur à 100%."

Notons également qu'un radiateur à eau, considéré seul, chauffée par ce que l'on veut, a également un rendement de 100%; il est d'ailleurs peu pertinent de parler de rendement dans le cas de la production de chaleur puisque c'est la forme la plus dégradée de l'énergie.

Sans critiquer le paragraphe B où il est fait état de suppositions supposées étayer le raisonnement ultérieur, on ne peut éviter d'imaginer que, paradoxalement, la PAC (classique) aurait un rendement extraordinaire si seulement elle était utilisée pour produire du chaud l'été et du froid l'hiver… :cheesy:

Parlons de la cogénération où l'auteur voit, avec raison, des possibilités intéressantes: du fait que l'on récupère ce qui est habituellement perdu, l'auteur infère abusivement que le rendement est bien supérieur à 100%. Ce n'est vrai que relativement à une production d'électricité avec perte de la chaleur et, en soit, ces chiffres supérieurs à 100% sont absurdes puisqu'on ne peut espérer tirer d'un combustible plus qu'il ne contient.

J'avais constaté la même dérive logique dans le cas de la chaudière à gaz à condensation: récupérer la chaleur latente de la vapeur d'eau permet de s'approcher un peu plus de cette valeur, pas de l'atteindre et encore moins de la dépasser. Disons qu'il s'agit d'une approche commerciale…

*si vous avez des sources fiables confirmant ou infirmant ces données, je suis preneur.
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par Andre » 08/08/08, 22:29

Bonjour
C'est oublier pas mal de choses:
Ces 100% de rendement local du radiateur électrique n'ont pas grande signification, puisqu'il n'est pas tenu compte des pertes à la production et au transport de l'électricité. A cause de ces pertes, seule une fraction, environ un tiers parvient au compteur (les rendements varient selon les modes de production, le nucléaire, majoritaire, serait peu efficace car fonctionnant à faible pression*, les pertes en transport seraient évaluées à 10% en moy.).


C'est un peu fort le 1/3 qui arrive ,peut etre pour une centrale Thermique , mais un barage hydraulique ? les pertes en ligne sont ne sont pas aussi importante que cela même sur 1000km

Je pense qu'il faut comparer un calorifer resitance éléctrique et une thermopompe a partir du compteur domestique..
Dire 3 c'est dans les conditions idéal, en moyenne c'est plus souvent 2 parfois 2,5 ce qui est déja mieux qu'un simple chauffage resitance.
Reduire sa consomation éléctrique pour le chauffage de 50% c'est déja interessant ..

Vous oubliez le sytéme eau /air l'eau de la terre est toujours a 12c même quand il fait -25 dehors et le thermo pompe eau/air est éfficace d'abord on n'as pas besoin de chauffer l'air a 40c comme un sytéme a l'eau un 32 c' est suffisant dans la ventillation pour chauffer une maison a 25 c

J'ai ce sytéme depuis presque 20ans et je vie dans un climat ou cela descent parfois -30 avec 6,6kw de puissance cela fourni pour chauffer tous la maison en plus l'été l'air climatisé ..

André
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par minguinhirigue » 08/08/08, 23:03

Concernant les chaudière à condensation, le fait est que les rendements sont aujourd'hui de plus de 100 %, au regard du pouvoir calorifique inférieur.

C'est une arnaque montée du fait que le PCI ne prend pas en compte l'énergie transmisse à la vaporisation des molécules d'eau issues de la combustion. Le meilleur chaudière à condensation restent donc sous les 100% de rendement par rapport au Pouvoir Calorifique Supérieur.

Pour ce qui est de l'idée folle de cogénération à rendement supérieur à 1, il ne semble qu'ortograf_fr en parle. Ce qu'il dit ressemble plus à : "la cogénération, c'est de la chaleur gratuite vu qu'elle est le "rejet" d'un autre usage..."

Néanmoins, il y a quelques fadas qui se plaisent à imaginer des systèmes de pompes à chaleur à combustible et à cogénération :

Ce système Shaddock est un cogénérateur, qui actionne une pompe à chaleur. Sans prendre en considération les températures et surtout les écarts de températures propres au fonctionnement de ces technologies en séries, on peut rêver de tirer de 100 Wh, jusque 60 % "nobles", et 40 % thermique, avec une pompe à chaleur, les 60 % nobles deviennent dans des conditions réelles jusque 300 % thermique (COP de 6 pour les meilleures pompe eau/eau commerciales). Soit au total, en récupérant des calories issues du cogénérateur, 330 Wh d'énergie thermique produite par la combustion de 100 Wh primaires...

Encore plus dingue, la voiture proposée sur le forum, qui fonctionne à partir grâce à une batterie activant un pompe à chaleur, qui chauffe un moteur, qui produit de l'électricité pour la batterie et pour l'avancée de la voiture... Les bilans de rendements se tiennent, sauf qu'en on prend en compte les nombreuses limitent au niveaux des températures et écarts de température en fonctionnement : faible amplitude thermique pour bon rendement de la pompe à chaleur, grande amplitude pour bon rendement du moteur ! Ce n'est pas près de tourner...
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par Christophe » 09/08/08, 09:01

J'ai pas tout lu (rien en fait) mais le titre me fait penser à la PACES...

Pompe A Chaleur à Ecoulement Spontané.

Vous connaissiez? Sinon c'est par là: http://www.new-energy-paces.com/

Pour ceux qui n'ont pas peur téléchargez et lisez ce doc: http://www.new-energy-paces.com/brevet.zip

la voiture proposée sur le forum, qui fonctionne à partir grâce à une batterie activant un pompe à chaleur, qui chauffe un moteur, qui produit de l'électricité pour la batterie et pour l'avancée de la voiture


Mince j'ai loupé ça je crois...c'était où?
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par minguinhirigue » 09/08/08, 09:12

https://www.econologie.com/forums/voiture-el ... t2057.html

voilà, l'idée étant de fonctionner avec l'énergie solaire diffuse dans l'atmosphère, capter des calories pour activer un ou deux moteurs stirling... :D

Sauf que, comme précisé au-dessus, il n'y a pas d'éclaircissement sur les compatibilités des technologies...
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Christophe
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par Christophe » 09/08/08, 09:14

Ah ca date de 2006, un bon déterrage de Topic en perspective !
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Ahmed
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par Ahmed » 09/08/08, 15:21

Merci André, pour tes intéressantes réflexions. Je pense que nos divergences qui ne sont qu'apparentes résultent simplement d'un contexte différent.

Peut-être n'a tu pas remarqué que j'avais pris soin de délimiter le domaine de validité de mon propos. Il s'agit de la situation française où l'électronucléaire est largement prédominant, où le type de PAC le plus répandu est l'air/air. Au Canada, compte tenu du potentiel hydro-électrique, les données sont évidemment radicalement différentes.

Je pense qu'il faut comparer un calorifère résistance électrique et une thermopompe à partir du compteur domestique.

Pour le consommateur, c'est peut-être vrai, mais d'un point de vue écologique (et même technique) ce qui compte c'est la globalité de la chaîne production/consommation électrique.
Dire 3 c'est dans les conditions idéales, en moyenne c'est plus souvent 2 parfois 2,5 ce qui est déjà mieux qu'un simple chauffage résistance...

J'ai bien dit 3 "dans de bonnes conditions", car effectivement c'est bien plus souvent en-dessous.

Réduire sa consommation électrique pour le chauffage de 50% c'est déjà intéressant...

Dans le contexte français, et du fait des modes de production électrique, il est fâcheux d'utiliser une énergie "noble" pour aboutir à de la chaleur, qui en est une forme dégradée. Qui plus est avec un rendement faible.
Là où le coût du chauffage électrique dissuade les usagers, la généralisation de l'usage de la PAC ne ferait, du fait de la moindre consommation unitaire, que relancer le recours à l'électricité et augmenter la consommation globale.
Outre l'impact global*, j'y vois également l'inconvénient d'une impossibilité pour l'usager lié à ce système, d'opter pour d'autres solutions en fonction des possibilités ou contraintes futures.

*Un recours intensif au chauffage électrique suppose un parc nucléaire plus développé ainsi que le recours plus fréquent aux centrales thermiques classiques pour faire face aux pointes de consommation électrique hivernales, elles même dues à l'incidence des variations de la température.
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