L'efficacité énergétique est un indicateur clé des climatiseurs, pompes à chaleur et déshumidificateurs. Avant de choisir un équipement et d'adapter un système, un calcul thermodynamique permet de repérer les paramètres auxquels l'efficacité est la plus sensible. En prenant le R290 comme exemple, cet article examine l'effet du sous-refroidissement, de la surchauffe, de la température d'évaporation et de la température de condensation sur le COP frigorifique, puis se demande quel paramètre faire évoluer en premier lorsque les ressources sont limitées.
Conditions de calcul
Le calcul porte sur un cycle théorique à compression de vapeur à un étage, avec les propriétés de la bibliothèque open source CoolProp. Cas de référence : évaporation 0 °C, surchauffe 10 °C, condensation 40 °C, sous-refroidissement 5 °C, rendement isentropique du compresseur 75 %. Les pertes de charge des tuyauteries ne sont pas prises en compte, pas plus que les contraintes de transfert thermique comme la surface d'échange ou le débit d'air. Le COP frigorifique de référence est d'environ 4,29. Dans chaque cas ci-dessous, un seul paramètre change ; les autres restent à leur valeur de référence.
1. Sous-refroidissement : un gain régulier et linéaire
En portant le sous-refroidissement de 5 °C à 15 °C, le COP passe de 4,29 à environ 4,69. Sur cette plage, chaque degré supplémentaire ajoute environ 0,04 au COP, de manière presque linéaire.
2. Surchauffe : un effet très faible en théorie
En portant la surchauffe de 10 °C à 20 °C, le COP ne passe que de 4,29 à environ 4,32, soit moins de 0,01 par degré. Dans le cycle théorique au R290, la surchauffe n'est guère un levier d'efficacité.
3. Température d'évaporation : plus elle monte, plus le gain est grand
En élevant la température d'évaporation de 0 °C à 10 °C, le COP passe de 4,29 à environ 6,18, et le gain par degré augmente : environ +0,15 de 0→1 °C et environ +0,24 de 9→10 °C.