Contrairement aux pompes à chaleur mécaniques, qui sont alimentées par l’électricité, les pompes à chaleur à absorption sont alimentées par l’énergie thermique. Les deux moyens utilisés pour fournir cette chaleur thermique sont la combustion de vapeur ou de gaz naturel. Les pompes à chaleur à absorption sont extrêmement utiles lorsqu’il faut à la fois chauffer et refroidir.
L’absorption et l’évaporation d’un réfrigérant sont à la base du fonctionnement d’une pompe à chaleur à absorption. Il est nécessaire de choisir à la fois un média d’absorption et un réfrigérant. Les combinaisons typiques sont les suivantes :
- Le bromure de lithium (LiBr) et l’eau, dans ce cas l’eau est le réfrigérant et le LiBr le moyen d’absorption.
- Ammoniac et eau, l’ammoniac étant le réfrigérant et l’eau le milieu d’absorption.
Principe de fonctionnement
Le principe de fonctionnement de la pompe à chaleur à absorption est décrit dans la figure ci-contre. Il s’agit d’une pompe à chaleur qui exploite la combinaison chimique de l’eau et de l’ammoniac (NH3/H2O). Deux boucles composent une pompe à chaleur à absorption. Le fluide d’absorption est représenté par la boucle de droite et le fluide frigorigène est représenté par la boucle de circulation de gauche.
Le cycle du milieu d’absorption
À l’intersection de P1 et T2, l’énergie thermique entre dans le générateur de la pompe à chaleur. En conséquence, le réfrigérant est expulsé du milieu d’absorption à haute pression. La pression du fluide d’absorption est réduite et il s’écoule en direction de l’absorbeur à l’aide d’un mécanisme d’expansion. À l’intérieur de l’absorbeur (intersection P0/T1), le NH3 gazeux est absorbé. Le mécanisme d’absorption provoque un dégagement de chaleur utile à une température intermédiaire. La pression du mélange est alors augmentée avant qu’il ne retourne au générateur à l’aide d’une pompe. Pour augmenter l’efficacité, le mélange froid est préchauffé avec le mélange chaud à l’aide d’un échangeur de chaleur interne.
Cycle de réfrigération
À l’intersection de P1 et T2, l’énergie thermique entre dans le générateur de la pompe à chaleur. En conséquence, le réfrigérant est expulsé du milieu d’absorption à haute pression. Le condenseur est l’endroit où le gaz se déplace. Le NH3 à l’intérieur du condenseur se condense et libère de la chaleur dans l’atmosphère. L’ammoniac liquide est ensuite déplacé vers l’évaporateur à mesure que sa pression diminue à l’intérieur d’un mécanisme d’expansion. L’ammoniac s’évapore lorsque de la chaleur lui est appliquée et que la température est basse (à l’intersection de P0 et T0). Selon les circonstances, l’évaporateur peut être utilisé pour refroidir ou pour chauffer. Le gaz NH3 s’écoule ensuite vers l’eau de l’absorbeur. L’absorption libère de la chaleur utile.
Efficacité
Les pompes à chaleur à absorption vendues utilisent le gaz naturel comme source de chaleur. Pour la production de chaleur utile à une température maximale de 70 °C et le refroidissement du condenseur avec de l’eau ou de l’air, le rendement est d’environ 150 %. En ajoutant 1 kWh de gaz naturel, on obtient 1,5 kWh de chaleur.
Un nombre croissant de petites pompes à chaleur (70-500 kW) utilisées principalement pour le refroidissement utilisent le principe de l’adsorption.