Cycles frigorifiques : Principes généraux, COP, EER, diagramme P-h, irréversibilités

 

I. Indicateurs de performances - COP, EER, SCOP et SEER : définition, sens physique et limites

Une fois les grandeurs énergétiques de base du cycle frigorifique établies, il devient possible de définir des indicateurs de performance synthétiques.

Parmi eux, les deux plus couramment rencontrés en froid et en génie climatique sont le COP et l’EER.

 

I.1. Définition du COP

Le COP, pour Coefficient of Performance, est le rapport entre l’effet utile désiré et l’énergie qu’il a fallu fournir pour l’obtenir. Dans ce cadre, il convient alors de définir ce qu’est l’effet utile.

À ce titre, il existe deux points de vue :

 

I.2. Définition de l’EER

L’EER, pour Energy Efficiency Ratio, repose sur la même logique générale que le COP lorsqu’il est appliqué à une machine de production de froid.

 

I.3. Différences d’usage entre COP et EER

Dans la pratique, la distinction entre COP et EER n’est donc pas principalement une différence de principe thermodynamique, mais une différence d’usage.

En froid industriel ou en analyse thermodynamique générale, on parle volontiers de COP frigorifique. En génie climatique, notamment pour les climatiseurs, rooftops ou groupes de production d’eau glacée, l’EER est très souvent employé pour caractériser la performance en mode froid à des conditions définies.

 

I.4. Interprétation physique des valeurs obtenues

Pour un lecteur non spécialiste, un COP ou un EER prend tout son sens lorsqu’on l’interprète physiquement. Dire qu’une machine présente un COP de 3 signifie qu’elle fournit, dans les conditions considérées, une Puissance frigorifique environ trois fois supérieure à la puissance qu’elle absorbe au titre de la compression. Cela ne signifie pas que la machine crée de l’énergie, ni qu’elle a un rendement de 300 % au sens classique d’un moteur ou d’une turbine. Cela signifie simplement qu’elle utilise une unité d’énergie motrice pour déplacer trois fois celle-ci en chaleur présente dans le milieu à refroidir.

 

I.5. Limites de ces indicateurs

Le COP et l’EER sont des indicateurs utiles, mais ils ne résument jamais à eux seuls la qualité d’une installation frigorifique.

Leur première limite tient à leur forte dépendance au point de fonctionnement : une même machine peut présenter des valeurs très différentes selon la température d’évaporation, la température de condensation, le niveau de surchauffe, le sous-refroidissement, la charge thermique appliquée ou les conditions ambiantes.

 

I.6. SEER et SCOP : des indicateurs saisonniers plus représentatifs

L’évaluation énergétique des systèmes thermodynamiques, nous venons de le voir, ne peut pas se limiter à des performances mesurées en un point nominal unique. En pratique, une machine frigorifique, un climatiseur ou une pompe à chaleur fonctionne rarement en régime stable à pleine charge : son comportement réel résulte d’une succession de phases à charge partielle, sous des conditions extérieures variables, avec des effets liés à la régulation, au cyclage et aux consommations auxiliaires.

C’est précisément pour mieux représenter cette réalité d’exploitation qu’ont été introduits les indicateurs saisonniers SEER (Seasonal Energy Efficiency Ratio) en mode refroidissement et SCOP (Seasonal Coefficient of Performance) en mode chauffage.

 

I.7. Première lecture critique des performances annoncées

Dans les documents techniques ou commerciaux, les performances affichées doivent toujours être lues avec méthode.

Une valeur de COP ou d’EER n’a de sens que si l’on connaît les conditions dans lesquelles elle a été déterminée. Il faut notamment se demander quelles sont les températures de source froide et de source chaude, si la puissance absorbée inclut les seuls compresseurs ou l’ensemble des auxiliaires, si l’équipement fonctionne à pleine charge ou à charge partielle, et si le résultat provient d’un essai normé, d’un calcul théorique ou d’une extrapolation du constructeur.