Étant une technologie avec plusieurs décennies derrière elle, le monde des climatiseurs est l’objet d’études par des centaines de groupes de scientifiques à travers le monde. L’Espagne, l’un des pays les plus chauds d’Europe, est généralement profiter de ces innovations qui figurent périodiquement dans les publications des revues scientifiques.
Les dernières nouvelles viennent de l’Institut Fraunhofer en Allemagne, où ils ont développé un nouvelle technologie de « pompe à chaleur électrocalorique » comme alternative à la technologie des compresseurs qui domine actuellement le marché. « Ils promettent une plus grande efficacité [energética] et ne nécessitent aucun réfrigérant », selon un communiqué de presse publié par les chercheurs.
Le secret du succès réside, comme ils l’expliquent, dans une topologie de circuit qui atteint un rendement de 99,74% dans la section électronique de puissance et jusqu’à 85% de rendement total. « Ce résultat établit des normes dans le monde entier et constitue une étape importante sur la voie de pompes à chaleur à semi-conducteurs plus efficaces. »
Moins de consommation
Bien que les pompes à chaleur soient déjà des systèmes de production extrêmement efficaces — à la fois de froid et de chaleur —, les chercheurs de l’Institut Fraunhofer ont voulu aller plus loin. Ils portent depuis 2019 travaillant sur de nouveaux schémas qui ne nécessitent pas de compresseurs pour atteindre des rendements énergétiques plus élevés.
Les systèmes traditionnels actuellement disponibles et mentionnés dans l’étude atteignent environ 50% de la limite physique de Carnot, qui établit l’efficacité maximale absolue avec laquelle la chaleur peut être transformée en travail utile. Tandis que la pompe à chaleur électrocalorique peut théoriquement atteindre 85%une performance qui tient déjà compte du rendement extrêmement élevé de l’électronique de puissance.
Des climatiseurs installés en façade Kévin Jiner via Unsplash
Mais cela dépend aussi en fin de compte fortement de l’efficacité de l’électronique de puissance intégrée, soulignent-ils. Dans cette ligne, ils travaillent avec composants à base de nitrure de gallium semi-conducteur (GaN) pour augmenter la densité de puissance et son propre rendement.
Le principe de la pompe à chaleur électrocalorique repose sur l’application d’une tension électrique à un matériau électrocalorique à base de céramique ou de polymères spéciaux, qui parvient à chauffer le système. Dès que la contrainte est supprimée, le matériau se refroidit à nouveau, l’ensemble du processus étant presque complètement réversible.
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Comme l’indique l’Institut Fraunhofer, étant donné que les matériaux électrocaloriques forment à eux seuls une capacité électrique, l’électronique de puissance du système a pour tâche de télécharger et télécharger cette capacité plusieurs fois par seconde. Et il doit le faire de la manière la plus efficace possible, en pompant de la chaleur à chaque cycle.
« Grâce à notre électronique de puissance ultra-efficace, il est réaliste pour la première fois d’atteindre plus de 50% du coefficient d’efficacité théorique maximal avec des pompes à chaleur électrocaloriques », a déclaré Stefan Mönch, chercheur dans le domaine de l’électronique de puissance à l’Institut Fraunhofer. . . « Toujours beaucoup de recherches restent à fairemais à l’avenir, cette technologie pourrait devenir une solution plus efficace et totalement sans émissions pour le chauffage et le refroidissement. »
Module d’alimentation électrique qui atteint 99,75 % d’efficacité Fraunhofer IAF
« Il est essentiel d’atteindre un coefficient de performance élevé des pompes à chaleur électrocaloriques très haute efficacité des matériaux, de l’électronique et du transfert de chaleur« , explique dans ce cas Kilia Bartholomé, responsable du projet. « Si vous avez tout cela sous contrôle, la technologie a un potentiel énorme. »
Alternatives
La grande consommation d’énergie associée aux climatiseurs traditionnels a conduit au développement d’innombrables alternatives. L’un d’eux est le refroidissement par évaporation. particulièrement utile dans les zones à faible humidité. Mais ses performances, par exemple, dans les zones côtières sont très médiocres.
D’autres initiatives comme celle promue par le Lawrence Berkeley National Laboratory en Californie (États-Unis) à travers le potentiel offert par le cycle non calorique. Sur la base des résultats obtenus, il peut concurrencer voire améliorer l’efficacité des fluides frigorigènes utilisés aujourd’hui, sans polluer et avec une dépense énergétique minimale.
La technique est basée sur les ions, une partie de la même physique qui motive le salage de la chaussée lorsqu’une forte tempête approche en hiver afin que la glace ne se forme pas. Ce sel suppose d’appliquer un flux d’ions dans le sol afin d’affecter le cycle ioncalorique qui se produit lorsqu’un liquide gèle et dégèle.
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« La première expérience a montré une changement de température de 25 degrés Celsius en utilisant moins d’un volt (0,22 volt), une augmentation de température supérieure à celle démontrée par d’autres technologies caloriques », affirment ses responsables, actuels chercheurs du même laboratoire de Berkeley d’où sont sortis 16 lauréats du prix Nobel.
« Nous avons un cycle et un cadre thermodynamiques complètement nouveaux qui rassemblent des éléments de différents domaines, et nous avons montré que cela peut fonctionner », déclare Prasher. « Maintenant, C’est l’heure de l’expérimentation tester différentes combinaisons de matériaux et de techniques pour surmonter les défis d’ingénierie », conclut-il.
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