Exergie et qualité de l’énergie
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Radiateur à 100 %, pompe à chaleur à 400 % : l’exergie
Le paradoxe du radiateur parfait !
Un radiateur électrique transforme 100 % de l’électricité qu’il reçoit en chaleur. Aucun appareil ne peut faire mieux : c’est la définition même d’un rendement parfait. Et pourtant, une pompe à chaleur alimentée par le même kilowattheure fournit 3 à 4 kWh de chaleur.Aucune loi n’est violée. Le radiateur transforme l’électricité en chaleur ; la pompe à chaleur ne transforme presque rien, elle déplace une chaleur qui existe déjà, prise dans l’air ou le sol extérieurs, même froids, pour la remonter à une température utile. Son électricité ne sert qu’à faire tourner le compresseur, comme une pompe à eau remonte l’eau d’un puits sans la fabriquer.C’est pourquoi on ne parle pas de rendement mais de COPCoefficient de performance : chaleur fournie divisée par électricité consommée. Un climatiseur, qui est une pompe à chaleur inversée, affiche de même un EER : froid produit divisé par électricité consommée. : 3,5 signifie 3,5 kWh de chaleur pour 1 kWh payé.
Toutes les énergies ne se valent pas...
Le paradoxe se dissout avec une idée : un kilowattheure n’a pas toujours la même valeur. L’exergie est la part d’une énergie qu’on peut convertir en travail. L’électricité est de l’exergie presque pure : on en fait du mouvement, de la lumière, du calcul, de la chaleur, tout. Une chaleur tiède, elle, ne vaut presque rien : d’après Carnot, de l’eau à 60 °C dans une pièce à 20 °C ne contient que 1 − 293 / 333 ≈ 12 % d’exergie.Chauffer une pièce :
Maintenir 20 °C quand il fait 5 °C dehors ne demande, en théorie, que 5 % d’exergie : 1 − 278 / 293. Une pompe à chaleur idéale aurait donc un COP de 19,5. Face à cet idéal, le radiateur électrique atteint à peine 5 %, et la bonne pompe à chaleur de COP 3,5 environ 18 %.
Le radiateur a donc un rendement énergétique de 100 % et un rendement exergétique de 5 % : il ne perd pas d’énergie, il détruit de la valeur, en dégradant une énergie noble en chaleur tiède.
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Ce que l’électricien en retient
Une règle simple : réserver l’électricité aux usages que seule l’électricité sait faire (mouvement, lumière, électronique), et fournir la chaleur basse température par le moyen le moins noble possible : pompe à chaleur, chauffe-eau thermodynamique, solaire thermique, récupération sur un process.C’est aussi ce qu’a montré l’expérience de la ventilation, au chapitre 2 : le registre mécanique ne perd pas d’énergie au sens strict, il la transforme en turbulences et en chaleur inutiles. Le variateur, lui, ne produit que le débit demandé. Dans les deux cas, l’erreur n’est pas une fuite, c’est une dégradation.
Sous les tropiques, la logique vaut pour le froid : un climatiseur est une pompe à chaleur qui travaille à l’envers, et son EER se lit exactement comme un COP.
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