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Le principe de fonctionnement, les types et l'installation de pompes à chaleur géothermiques


L’amélioration et la diffusion de technologies économes en énergie permettent de refuser ou de réduire considérablement l’utilisation des hydrocarbures. Les pompes à chaleur sont l’un des axes de développement des sources d’énergie alternatives. Les avantages de tels systèmes lors de leur utilisation en Russie centrale sont évidents. Ils vous permettent de récupérer la chaleur de l'eau, du sol et de l'air. À cet égard, il convient d’accorder une attention particulière à ce type d’équipement servant à chauffer une maison comme une pompe à chaleur géothermique. Avec cela, vous pouvez chauffer presque n'importe quelle maison. L'utilisation de la chaleur interne de notre planète a été inventée il y a longtemps. Cependant, il n'est pas toujours réalisable sous la forme classique avec des sources souterraines chaudes. Mais en utilisant des types avancés de pompes géothermiques, il est possible de chauffer la maison dans presque toutes les zones climatiques. Le caloporteur dans de telles installations chauffe jusqu'à 5565 degrés Celsius. C'est assez pour alimenter le système de chauffage en eau ou en eau chaude. Cet article porte sur les pompes à chaleur géothermiques, leurs variétés, leur choix et leur efficacité.

Le principe de fonctionnement de la pompe géothermique

Une pompe à chaleur géothermique est une station autonome fonctionnant à l'énergie thermique à faible potentiel du sol ou de l'eau. Installation utilisée pour chauffer la maison. Les pompes à chaleur qui extraient la chaleur du sol sont assez courantes dans les pays développés. La pratique consistant à utiliser de telles installations montre la faisabilité de cet équipement. Dans ce cas, un certain nombre de défaillances des pompes à chaleur ont été détectées et éliminées. Une pompe géothermique, comme tous les autres types de pompes à chaleur, est un climatiseur qui fonctionne sur le chauffage des locaux. Bien sûr, il existe des différences, car les pompes à chaleur sont affûtées pour le chauffage des locaux. Pour une pompe à chaleur géothermique, une température extérieure positive n'est pas requise, comme pour les installations air-air ou air-eau. Le collecteur qui collecte la chaleur est dans le sol en dessous du niveau auquel le sol gèle. Cette pompe géothermique peut donc être utilisée dans le nord de la Russie.

Schéma de fonctionnement de la pompe à chaleur géothermique

Que peut-on utiliser comme source de chaleur? Il peut s’agir de sol, d’eau, d’air dont la température est supérieure à zéro degré Celsius (en hiver). Par exemple, une rivière qui ne gèle pas ou un réservoir qui ne gèle pas complètement, un puits, un puits artésien. La chaleur peut également être retirée du sol. Seule cette opération doit être effectuée en dessous du point de congélation, car la température y est positive, même en hiver. Une pompe à chaleur géothermique prend cette chaleur et la transfère à l'installation. Là, il est transmis au circuit de chauffage ou d'eau chaude sanitaire.

Dans un environnement à faible potentiel énergétique, il existe un pipeline dans lequel circule. La longueur du pipeline est grande. À propos de son calcul sera discuté ci-dessous. La conduite est généralement fermée et le liquide de refroidissement qu’il contient est pompé à travers une pompe. Il se réchauffe à la température du sol (environ) 5 degrees7 degrés. Ensuite, dans l’évaporateur, le liquide de refroidissement transfère la chaleur au liquide de refroidissement qui circule dans le circuit secondaire. Au total, la conception de la pompe à chaleur comprend 3 circuits, dans lesquels circulent des liquides de refroidissement.

Lorsque la chaleur est dégagée, le fréon refroidit, mais dans le même temps, il est soumis à une pression accrue sous forme gazeuse. Il est acheminé vers la vanne d'évacuation, où il y a une forte chute de pression. En conséquence, il se refroidit et se transforme en un liquide. Ensuite, il entre dans l'évaporateur, où il est à nouveau chauffé par la chaleur du sol. Ainsi, le cycle se ferme.

Types de pompes géothermiques

Pompe à eau

Il est possible de chauffer la maison en utilisant une énergie à faible potentiel, extraite des eaux souterraines. Techniquement, cela peut être mis en œuvre de 2 manières.

  • Dans le premier cas, l’échangeur de chaleur est placé au fond du réservoir. Une telle solution est simple, peu coûteuse et ne nécessite pas de fouilles sérieuses. Les tuyaux sont placés au bas des anneaux du réservoir. Dans certains cas, vous devez obtenir la permission appropriée. Dans ce cas, le réservoir doit être situé à une distance de 100 mètres de la maison chauffée. La profondeur du réservoir doit être d’au moins 3 mètres pour ne pas geler complètement;
  • La deuxième option implique l'utilisation de puits artésiens. Dans ce cas, l'eau est pompée du puits et passe par la pompe à chaleur. Dans ce cas, un deuxième puits est nécessaire pour évacuer les eaux usées. Cela est nécessaire pour maintenir l'équilibre et empêcher les changements de pression dans les formations souterraines. Autrement dit, il faudra forer pour les pompes à chaleur. Et le forage pour les pompes à chaleur coûte beaucoup. Par conséquent, la deuxième option est plus chère.

Pompe à chaleur eau / eau

Pompe à eau souterraine

L'efficacité de ce type de pompe géothermique dépend entièrement de l'extraction de chaleur du sol. Les options pour installer un circuit d’échangeur de chaleur peuvent être deux. Ils diffèrent par leur efficacité, leur intensité de travail et leur coût.

  • Échangeur de chaleur de type horizontal. Le contour est posé à une profondeur plus basse que le sol gèle. Dans ce cas, il n’est pas nécessaire d’impliquer du matériel de forage complexe, de développer une documentation de projet complexe, etc. Les tuyaux dans lesquels circule du liquide de refroidissement sont enterrés d’environ un mètre afin de ne pas geler. La longueur du contour horizontal doit être assez grande. Si vous avez besoin de chauffer une maison de 220 mètres carrés, les tuyaux doivent être situés sur une surface de 600 mètres carrés. Donc, cela nécessitera une grande surface à côté de la maison;
  • Échangeur de chaleur de type vertical. C'est une pompe à chaleur avec une sonde géothermique. Dans ce cas, le forage est nécessaire. Leur diamètre devrait être de 150 millimètres et une profondeur de 200 mètres. Ce sont des sondes installées. Les avantages comprennent une température stable dans les puits d'environ 18 ° C. L'inconvénient est la complexité et le coût élevé du travail.

Pompe géothermique sol-eau type horizontal et vertical

Sélection et calcul de la pompe géothermique

La principale exigence qui est appliquée lors de l'utilisation d'une pompe géothermique, le respect des conditions d'installation d'un tel équipement. Une pompe géothermique ne sera pas installée dans toutes les maisons. Il existe un certain nombre de restrictions sur le relief, la profondeur de la nappe phréatique, la zone de la maison attenante au site. Et affecte également la présence ou l'absence d'un réservoir à proximité. Tous ces calculs et une évaluation de la possibilité d'installer une pompe à chaleur géothermique doivent être évalués par un spécialiste de la société où vous commandez le matériel.

Lorsque vous choisissez un modèle approprié, faites attention aux paramètres tels que le COP, le type de pose du circuit avec le liquide de refroidissement, des fonctionnalités supplémentaires. Examinons ces paramètres plus en détail.

  • Coefficient de COP. Indique le rapport selon lequel vous pouvez juger de la rentabilité de l'installation. C'est le rapport entre la production de chaleur par la pompe et l'énergie consommée. Une valeur de 4 indique qu’à un coût de 1 kilowatt d’électricité, la pompe génère 4 kilowatts de chaleur;
  • La longueur du contour et la méthode de son installation. Les performances d'une pompe géothermique dépendent directement de la surface du circuit d'échange de chaleur dans le sol. Pour estimer sa superficie approximativement, vous devez multiplier par trois le total de la maison. En conséquence, vous obtenez la surface de terrain requise pour la pose du contour. Vous pouvez donc évaluer s’il est possible de le placer sur un terrain près de chez vous;
  • Caractéristiques supplémentaires. Par exemple, la possibilité de chauffer une maison en hiver et de refroidir en été. Naturellement, cela nécessitera un équipement supplémentaire (système divisé) et des coûts supplémentaires.

La pompe géothermique a un rendement élevé, supérieur à celui d’autres types d’équipements de chauffage. La plupart des modèles modernes ont un COP de 5. Une chaudière électrique pour 1 kilowatt donne jusqu'à 0,99 kilowatt de chaleur. C'est-à-dire, COP 1.

Calcul de pompe géothermique

Lors du calcul du circuit d’une pompe géothermique, le type et l’humidité du sol, son niveau moyen de gel sont pris en compte. Habituellement, les experts supposent qu'un kilowatt de chaleur donne un circuit d'eau de 40 à 60 mètres de long dans le sol. L'électricité dans le système géothermique est utilisée pour la circulation forcée du liquide de refroidissement et le fonctionnement du compresseur. Plus le COP est élevé, moins la pompe consomme d’électricité et plus vite elle sera rentable.

Fabricants et prix

La marque de pompe géothermique est importante lors du choix. La qualité de l'équipement dépend de sa fiabilité et de son efficacité lors des opérations ultérieures. Vous pouvez faire attention aux produits des fabricants ci-dessous.

  • Les spécialistes de la société sont engagés dans la production de tous types de pompes à chaleur géothermiques. Il existe des lignes d'appareils avec des réservoirs d'eau pour réservoirs, des sondes géothermiques et des contours dans le sol en dessous de la profondeur de pénétration du gel. À la sortie, ils fournissent un liquide de refroidissement chauffé à 60 ° C. Les performances des pompes Vaillant peuvent atteindre 46 kW. Parmi les inconvénients, il convient de noter une petite gamme et parmi les avantages: haute qualité;
  • L'entreprise est spécialisée dans la production de pompes à chaleur domestiques d'une capacité allant jusqu'à 60 kilowatts. Le caloporteur à la sortie chauffe jusqu'à 65 degrés Celsius. Le niveau de bruit de la plupart des installations Buderus n’est pas supérieur à 40 dB. Ceci est réalisé grâce à une isolation spéciale. La pompe à chaleur peut fonctionner dans les zones résidentielles et ne crée pas de problèmes de bruit;
  • Ce fabricant produit des installations puissantes. Les modèles Vitocal 300-G / -W Pro peuvent fournir une puissance allant jusqu'à 290 kilowatts. La température du liquide de refroidissement à la sortie est de 60 degrés Celsius. Viessmann complète ses produits avec des réservoirs de différentes tailles pour l’organisation de la distribution d’eau chaude;
  • Stiebel Eltron. Parmi les produits de cette société figurent de nombreux modèles intégrés aux systèmes de ventilation et fonctionnant en été pour le refroidissement. La performance des pompes Stiebel Eltron à 98 kilowatts.

Installation de pompes géothermiques

Que devrait-on considérer lors du calcul du coût d'acquisition et d'installation d'une pompe géothermique? Le prix de l'installation dépend principalement de la capacité et du fabricant du module. Le prix est compris entre 80 000 et 1,2 million de roubles ou plus. Les pompes allemandes sont les plus chères. Le prochain poste de dépense est la pose du circuit avec le liquide de refroidissement. Ce type de travail sera moins cher si vous créez un contour horizontal. Les tranchées en dessous peuvent être creusées indépendamment. Cela réduira immédiatement le coût du travail de moitié.

L'installation correcte d'équipements géothermiques ne peut être qualifiée. Par conséquent, il est peu probable que la sauvegarde réussisse à ce stade. Et vous ne devriez pas économiser sur cela. Il est préférable de confier cette installation à des installateurs professionnels. De nombreux fabricants proposent aujourd'hui l'achat et l'installation de clés en main. L'équipement pour chauffer une maison de 80 mètres carrés coûtera avec l'installation et la mise en service de 350 mille roubles. Dans le cas d'une grande zone de chalets d'environ 300 "carrés", le coût approchera un million.

Avantages et inconvénients des pompes à chaleur géothermiques

En conclusion, il convient de souligner les forces et les faiblesses des pompes à chaleur géothermiques. Leurs avantages incluent:

  • L'efficacité Les installations géothermiques sont plus rentables que le gaz, l'électricité, les combustibles solides, etc. Le bénéfice économique est très important. Les coûts sont rentables dans environ 5 ans;
  • La fonctionnalité Les équipements géothermiques peuvent être combinés avec d'autres systèmes conçus pour la climatisation et le chauffage de locaux. Vous pouvez assembler l'installation qui, en été, fonctionne pour le refroidissement et en hiver pour le chauffage. De plus, rien n'empêche l'utilisation parallèle de panneaux solaires avec une pompe pour générer l'électricité requise;
  • La durée de vie de la pompe à chaleur 100 ans avec le remplacement prévu des composants. La première réparation sera nécessaire dans 30 ans. Après le remplacement prévu des pièces usées, la pompe continuera à fonctionner en mode de fonctionnement.

Les inconvénients comprennent:

  • Exigences élevées pour la région. Aucune pompe ne peut être installée n'importe où. Il est nécessaire d’explorer ce qui serait plus approprié, un contour horizontal ou vertical;
  • Coût élevé L'achat et l'installation d'une motopompe moyenne coûteront entre 300 000 et 500 000 roubles. Dans certains pays, il existe des programmes de prêts concessionnels pour l’achat de tels systèmes;
  • Le circuit pose quelques problèmes au cours de la première année de service. Cela entraîne une légère diminution de la circulation du liquide de refroidissement. Par conséquent, après un an, il est recommandé de procéder à une inspection du circuit d'eau, ce qui implique le coût du raffinage du site contigu de la maison.

Dans les pays développés, les pompes géothermiques sont installées à la fois dans des bâtiments résidentiels et dans des locaux industriels. Il existe de nombreux centres industriels chauffés par la chaleur extraite du sol ou de l'eau. Et l'expérience de l'utilisation de tels dispositifs montre que c'est pratique et rentable.

Chauffage de la maison avec une pompe géothermique

L'idée d'utiliser la chaleur interne de la Terre pour le chauffage n'est pas nouvelle et originale. Et même si tout le monde n’a pas d’eau chaude souterraine à proximité, tout le monde peut l’utiliser quand même. Cette opportunité est fournie par les pompes à chaleur géothermiques. Ils extraient l'énergie solaire accumulée dans le sol et dans l'eau et la consomment dans le circuit de chauffage de la maison.

La théorie a été développée en 1852 par le célèbre Lord Kelvin. Il le réalisa en 1855 et ne l'utilisa avec succès que pendant de nombreuses années. Malgré leur efficacité élevée, les pompes à chaleur géothermiques pour le chauffage n'étaient pas largement utilisées jusqu'à la fin du 20e siècle. Puis, dans les années 70, l’Europe a commencé à développer activement des technologies permettant d’économiser de l’énergie, et l’une des orientations était celle des pompes à chaleur.

La pompe à chaleur géothermique extérieure ressemble à ceci. Et ce qui est bien, c'est qu'ils peuvent travailler à la fois en chauffage et en refroidissement.

Quel est l’intérêt de cette idée: en dépensant 1 kW d’électricité, vous pouvez obtenir de 2 kW à 6 kW de chaleur. Et cela ne contredit pas les lois de la thermotechnique. Simplement, cette installation dépense de l'énergie non pas pour la production de chaleur, mais pour son transfert.

Cette efficacité différente - de 2 à 6 - dépend non seulement des caractéristiques de conception des installations, mais également des conditions de fonctionnement. Les performances les plus élevées des pompes à chaleur peuvent être atteintes à une température de l'ordre de +35 ° C dans le circuit de chauffage. C'est pourquoi, idéalement, ces installations sont reliées à des planchers chauffés à l'eau.

Il existe bien sûr des installations qui chauffent l’eau du circuit de chauffage à 50-65 ° C, mais d’une part, elles coûtent plus cher et, d’autre part, le meilleur rendement est tout de même présenté dans la plage spécifiée.

Le principe de fonctionnement de la pompe à chaleur géothermique

La chaleur est sous nos pieds dans n'importe quel environnement. Sa quantité est différente selon les régions mais elle est partout. Et la pompe à chaleur géothermique prend cette chaleur de sources naturelles et la transfère au circuit de chauffage.

Que peut être une source de chaleur? Tout environnement extérieur dont la température est supérieure à 0 ° C en hiver: il s’agit d’un plan d’eau à proximité, ne gelant pas, d’une rivière, voire d’un puits avec suffisamment d’eau. Il y a de la chaleur dans le sol: en dessous du point de congélation, la température est toujours positive.

La source de chaleur peut être n'importe quel environnement avec des températures supérieures à zéro en hiver.

Le principe de fonctionnement de la pompe à chaleur géothermique est que la chaleur des sources est transférée à l'installation, où elle est convertie et transférée au circuit de chauffage.

Si nous parlons un peu plus, alors tout se passe comme ça. Dans un environnement relativement chaud, il y a un pipeline avec un grand liquide de refroidissement. La conduite est souvent fermée, son mouvement est assuré par la pompe. Le liquide de refroidissement est chauffé à la température ambiante. C'est généralement +5 o C ou légèrement plus haut. En passant par le premier échangeur-évaporateur, il dégage de la chaleur vers le liquide de refroidissement situé dans le deuxième circuit.

Le dispositif de la pompe à chaleur: ce sont trois circuits avec des caloporteurs, un compresseur et un évaporateur, une soupape de décharge

Le liquide de refroidissement est une substance qui commence à bouillir à des températures supérieures à -5 o C. Dans la plupart des plantes, utilisez du fréon. Avant de mettre en marche l'installation, celle-ci est à l'état liquide. Puis, comme la chaleur provient des sources thermales, sa température augmente. Le fréon commence à s'évaporer, passe à l'état gazeux. Ce gaz a déjà une température d’environ 5 ° C. Il entre dans le compresseur où il est comprimé. Une fois compressé, une grande quantité de chaleur est libérée et le gaz quitte déjà le compresseur à une température de 35 ° C à 65 ° C. Il pénètre dans un autre échangeur de chaleur - un condenseur, qui fournit de l'énergie thermique au caloporteur qui alimente le circuit de chauffage.

Le fréon lui-même, libérant la majeure partie de la chaleur, se refroidit partiellement mais reste dans un état gazeux à une pression élevée. Il entre dans la vanne de vidange, où la pression chute brutalement, se refroidit brusquement et se liquéfie. Ensuite, il retourne à l'évaporateur, où commence le nouveau cycle de conversion.

Sources de chaleur et modes de distribution d'énergie

Comme mentionné précédemment, la source de chaleur d'une pompe à chaleur est tout objet présentant une température positive en hiver. La plupart d'entre eux ont un faible potentiel, c'est-à-dire que la quantité d'énergie thermique qu'ils contiennent est insignifiante. Mais cela ne signifie pas que vous ne pouvez pas utiliser cette énergie. Vous pouvez seulement avoir à faire pour cela un contour large pour le collecter. Et c’est la complexité du dispositif pour les pompes à chaleur géothermiques: en plus des coûts d’équipement importants, il faut des fonds considérables pour la construction d’un circuit de collecte de chaleur externe.

Chauffage pompe à chaleur au sol - compatibilité parfaite

Nous pouvons immédiatement dire que vous ne trouverez pas de définition claire des sources de chaleur géothermiques et des autres. Certains croient que la géothermie - ce sont les sources qui sont dans le sol. D'autres disent que l'eau entre également dans cette catégorie: on la trouve souvent sous terre et celle qui se trouve dans des étendues d'eau libre a également coulé dans le sol. De plus, la méthode de transfert de chaleur est la même: utiliser le liquide de refroidissement circulant le long du contour et la grande majorité des unités modernes peut fonctionner avec l’une de ces sources.

Considérez toutes les sources de chaleur pouvant entrer dans cette catégorie. Et nous commençons par le plus simple, exigeant un coût minimum d’arrangement.

Même en hiver, sous la glace, la température de l’eau est suffisamment élevée (de plus de 5 ° C à 7 ° C) par rapport à l’air ambiant. L’ensemble de la tâche consiste à transférer cette énergie à la pompe à chaleur. Pour ce faire, des tuyaux en polymère sont placés dans l’étang, remplis d’antigel (le plus souvent salin, parfois antigel). En moyenne, on estime que 30 watts de chaleur sont générés à partir d'un mètre de pipeline installé dans un réservoir. Sur cette base, considérons la longueur du tuyau. Par exemple, vous avez besoin de 12 kW de chaleur pour chauffer votre maison. Nous obtenons: 12000 W: 30 W / m = 400 m, il faudra donc poser beaucoup de tuyaux dans un réservoir.

L'énergie près de l'eau est possible non seulement dans l'étang à ciel ouvert. Si vous pouvez utiliser de l'eau près de l'eau souterraine

Il y a une autre option. Il est acceptable que le besoin de chaleur ne soit pas très important et que sur le site se trouve un puits avec un bon débit (débit d'eau élevé). Il faudra un deuxième puits pour évacuer l’eau, mais pas de longue boucle. Juste ne pas confondre! S'il y a 3 anneaux d'eau dans le puits, cela ne signifie pas qu'il a un bon débit. Cela signifie que les eaux souterraines sont proches. Mais le débit d'eau (et le débit est précisément le même) peut être faible en même temps.

Il sera nécessaire de fournir la quantité nécessaire d’eau «chaude» du puits à la maison et de refroidir l’eau refroidie au deuxième puits. Dans ce cas, il est obligatoire de calculer la demande en eau et de déterminer les paramètres de la pompe de circulation.

Au sol

Tout le monde sait qu’en dessous du point de congélation, la température du sol est supérieure à 0 ° C. Cela signifie que la chaleur peut être pompée à partir de là pour chauffer la maison. Cela se fait de deux manières: en utilisant un collecteur horizontal ou vertical.

Contour géothermique horizontal

Pour aménager un champ géothermique horizontal, une grande surface est requise: de 200 m 2 et plus. Sur toute cette surface, le sol doit être enlevé à 30-50 cm sous le point de congélation du sol. En pratique, il est de 1,2-2 mètres selon les régions. Creuser plus bas n'en vaut pas la peine. L'énergie stockée pendant l'été est stockée dans le sol et une chute trop profonde peut perdre une partie importante de la chaleur: elle n'y a tout simplement pas pénétré.

Cela ressemble à une plate-forme pour une sonde géothermique horizontale

La surface requise dépend du besoin de chaleur et du type de sol: dans certains cas, vous pouvez obtenir 30 watts d'un mètre, dans d'autres 60 à 75 watts. Les réserves d’énergie les plus importantes se trouvent dans les sols humides où les eaux souterraines sont situées à proximité. Si vous êtes près d'une telle maison, vous avez de la chance. Sinon, ça ira aussi, juste la région aura besoin de plus (et de tuyaux aussi). La distance entre deux tours adjacentes du tuyau est de 1-1,5 mètres.

Combien de chaleur peut-on obtenir d'une sonde thermique horizontale d'un mètre?

L'empilement en spirale peut être utilisé pour réduire l'encombrement. C’est à ce moment que le contour des tuyaux est tracé non par le «serpent» ou «l’escargot», mais par les spirales placées les unes sur les autres. Les zones sont nécessaires un peu plus petite, mais toujours significative.

Les grands espaces ne sont pas près de chaque maison. De plus, leur utilisation ultérieure est limitée: il est impossible de planter des plantes avec un système racinaire puissant (arbres) ou d'installer des structures de capital. Si vous ne pouvez pas affecter un tel site à la collecte de chaleur ou si vous ne souhaitez pas effectuer un travail de terrassement similaire, vous pouvez utiliser des puits verticaux.

Pour réduire la surface sous le champ géothermique, vous pouvez utiliser un tuyau torsadé en spirale

Inconvénients d'un champ horizontal:

  • Grande quantité de terrassement.
  • En été, le mode de refroidissement passif n'est pas disponible.
  • Baisse progressive de la température à la fin de la période de chauffage (à prendre en compte lors du calcul de la longueur de la conduite).
  • Une fois la pose des tuyaux terminée, il est impossible de procéder immédiatement à des travaux paysagers ou autres: vous devez attendre que le sol se contracte. Et ce n'est pas moins d'un an.

Sondes verticales

En dessous de 20 mètres de la surface, la température du sol augmente. À cette profondeur, il est toujours stable quelles que soient la météo et la saison: à partir de 10 ° C (selon la région). Pour obtenir cette chaleur, des puits sont aménagés pour les pompes à chaleur. Ils donnent généralement plus de chaleur, donc il n'en faut pas beaucoup.

Mais la quantité d’énergie pouvant être «pompée» dépend fortement du type de sol. Les sols sableux en donnent le moins: 30 W / m, beaucoup d’énergie est contenue dans le granit - jusqu’à 75 W / m. Par conséquent, la longueur du puits requis peut varier considérablement.

Quelle quantité de chaleur peut être «retirée» d'un mètre de profondeur dans le sol

Le forage de puits - pas le plaisir le moins cher. Particulièrement à de grandes profondeurs: on utilise à ces fins de puissants équipements dont le coût est élevé. Mais il n'est pas nécessaire de bien le faire. Vous pouvez en percer un peu moins, il est important que leur longueur totale coïncide avec celle calculée. Dans ce cas, un domaine plus petit concerne le champ géothermique, mais il est également important. En outre, il est nécessaire d’organiser un collecteur pour collecter les flux de toutes les sondes, ce qui constitue toujours du matériel supplémentaire et des travaux de terrassement (les conduites d’un puits à l’autre sont posées en dessous du niveau de gel).

La sonde verticale est un puits de profondeur décente. Mais ce type de forage coûte très cher, de sorte que des puits plus courts peuvent être réalisés.

Inconvénients des sondes verticales:

  • Le coût élevé du forage.
  • Zones considérables situées sous le champ géothermique: la distance minimale entre les puits est de 8 mètres.
  • Avec une grande profondeur de puits, il y a une diminution annuelle de la température. Après quelques années, le processus ralentit beaucoup, mais au fil du temps, moins de chaleur est produite. Ceci doit également être pris en compte lors du calcul.

Forage en grappe

Et si vous n’avez pas assez d’espace sous les sondes verticales? Il y a un soi-disant forage en grappe. C'est à ce moment que les puits divergent dans différentes directions par rapport au centre commun du puits. Cette technologie nécessite une parcelle de 4 m 2. Sur cette place, le sol est enlevé et une sorte de puits est aménagé, dans lequel les tuyaux des sondes sont ensuite amenés. En principe, ce centre peut être aménagé même dans le sous-sol de la maison.

Bien sûr, un tel système de sondes nécessite une technique particulière, mais elle n’est pas très puissante: la profondeur de forage est moyenne, les performances élevées sont inutiles. Cette technologie, comme beaucoup d'autres, a été développée en Europe. Ils veillent non seulement à la sécurité, mais également à la préservation de la nature et au respect de la propriété privée. Par conséquent, certaines installations de forage en grappes ont des pistes en caoutchouc et n'endommagent pratiquement pas la zone locale. Dans l'intégrité rester et les pelouses, et les chemins.

Dans les puits forés, plus bas, remplis de tuyau de liquide de refroidissement. Là encore, il y a des options. Selon une technologie, des tuyaux en polymère sont utilisés, comme dans d'autres circuits externes, et des circuits en métal dans d'autres. Le métal utilisé est spécial, résistant à la corrosion. Ses lignes d'opération ont entre 50 et 70 ans. Et quoi de mieux? Il a une conductivité thermique plus élevée, c'est-à-dire que la chaleur est transférée plus efficacement. Cela signifie qu’à partir d’un puits d’un mètre, vous pouvez «éliminer» plus de chaleur. Par conséquent, les puits dans ce cas devraient être moins que longs.

Le forage en grappes sauve des terres

Vous verrez l'installation du forage en grappes dans la vidéo. Ici, vous pouvez estimer la taille de la pompe géothermique de la maison (superficie 250 m 2).

Fabricants et revues

En Europe, les pompes à chaleur géothermiques pour le chauffage se rentabilisent en quelques années. Mais leurs coûts de chauffage sont beaucoup plus élevés, tout comme le prix de l'énergie. Pour notre pays, cependant, dépensé pour l'installation de 10 000 - 15 000 dollars, reviendra pendant des années, voire des décennies. Cela ne signifie pas que cela ne rapportera pas du tout (bien que cela puisse arriver), mais très bientôt. Et, néanmoins, l'installation d'une pompe à chaleur géothermique en provenance de Chine n'en vaut pas la peine. Bien qu'ils soient moins chers, et parfois de manière significative, ils n'ont pas de pièces de rechange, ni de services, ni d'obligations de garantie. Si quelque chose arrive à la technologie, vous resterez avec votre propre problème.

Quelles installations doivent être achetées? Tout d'abord, c'est l'allemand. En Allemagne, les lois les plus strictes régissant les matériaux de construction et les équipements pour la maison, ainsi que la certification très stricte. Si les installations sont approuvées pour une utilisation en Allemagne, elles sont parfaitement sûres et de haute qualité. Il en existe de nombreux exemples dans tous les domaines de la construction. La même "qualité allemande" est inhérente aux pompes géothermiques pour la maison.

Le schéma de l'organisation du système de chauffage à domicile à l'aide de pompes à chaleur

Outre les unités allemandes, de nombreux autres fabricants européens ont de bonnes critiques. Certains d’entre eux produisent des équipements similaires depuis plus de 50 ans. La technologie a donc longtemps été vérifiée et mise au point. Par exemple, les pompes à chaleur géothermiques Nibe en Suède ont été installées non seulement dans des appartements et des maisons privées. La pompe thermique Nibe a même été installée dans une grande ferme porcine, où les porcelets sont chauffés. A propos, dans ce mode de réalisation, les sondes ont été déposées non pas dans le sol ni dans les puits. Ils ont pris la chaleur du lisier: ils ont posé un contour extérieur le long des côtés des canaux de drainage. C'est à coup sûr une source de chaleur gratuite. Le propriétaire de la ferme est très heureux: son investissement a porté ses fruits en 1,5 ans.

Dans les pompes à chaleur géothermiques Daikin, la commande à inverseur est utilisée, ce qui réduit le coût de l'électricité de 20% supplémentaires par rapport aux unités similaires du type habituel.

Trois technologies brevetées sont assemblées à la fois dans des pompes géothermiques Danfoss en Suède. Deux d'entre eux permettent, à moindre coût, de chauffer rapidement de l'eau pour eau chaude et d'atteindre des températures plus élevées dans le circuit de chauffage. Un autre gère le travail des pompes de circulation en optimisant leur vitesse. Cela permet une performance maximale.

Les résultats

Pompes géothermiques - pas une idée bon marché. Si vous avez la possibilité de brancher le gaz et que cette entreprise vous coûtera moins de 15 000 dollars, connectez le gaz. Si cette possibilité n'existe pas ou si le montant est plus important, il est conseillé d'installer une pompe à chaleur. Et la géothermie, c'est mieux. Bien que cela nécessite un investissement important au début, cela fonctionne plus stable et montre une grande performance. Le montant de l'investissement est très approximatif et dépend de conditions spécifiques. Mais ces dispositifs se distinguent par le fait que la conception et le calcul d’une pompe à chaleur géothermique sont une chose purement individuelle et sont pris en compte pour chaque projet. Même dans deux zones adjacentes, les conditions (et le montant) peuvent différer considérablement.

Comment fonctionne une pompe à chaleur géothermique

Qu'est-ce qu'une pompe géothermique?

Comment fonctionne une pompe géothermique

Pompe sol / eau

Pompe à eau

Comment choisir une pompe géothermique

Comment calculer la puissance GN

Fabricants de pompes géothermiques

Coût de l'équipement géothermique et de l'installation

Avantages et inconvénients des pompes à chaleur géothermiques

Calcul de la puissance et de la température d'un sol d'eau chaude

Calculateur de puissance de la chaudière

Calculatrice pour calculer le nombre de sections de radiateurs

Calculatrice pour calculer le métrage d'un tuyau d'un sol d'eau chaude

Calcul des pertes de chaleur et des performances de la chaudière

Calcul du coût de chauffage en fonction du type de combustible

Calculateur du volume du vase d'expansion

Calculatrice pour calculer le chauffage PLEN et la chaudière électrique

Le coût de chauffage de la chaudière et de la pompe à chaleur

Pompes à chaleur géothermiques - le principe de fonctionnement des sources d'énergie alternatives

Les appareils de chauffage modernes se caractérisent par une grande qualité et fonctionnalité. Les pompes à chaleur géothermiques, qui ont un principe de fonctionnement assez simple, attirent l'attention du consommateur par leur efficacité et leur simplicité, puisqu'elles résolvent idéalement le problème du chauffage et de la climatisation.

Collectant la chaleur du sol (sol), de l'eau (nappe phréatique), une pompe à chaleur géothermique assure son transfert vers les systèmes de chauffage des bâtiments et des bâtiments.

Le principe de fonctionnement des pompes à chaleur géothermiques

Une telle unité qui utilise la chaleur de la terre est une climatisation économique en été et un appareil de chauffage en hiver. Les indicateurs de température moyenne du sol varient de 4 à 12 degrés Celsius, cette énergie est une réserve naturelle pour l’utilisation de la chaleur à basse teneur.

Dans un étang ou directement dans le sol, une sonde (conduite) est acheminée vers la pompe à chaleur, à travers laquelle un fluide spécial résistant au gel gèle pour capter la chaleur. Un tel système peut être comparé à l'environnement de travail d'un réfrigérateur standard avec des tâches fonctionnelles inverses. En d’autres termes, si le réfrigérateur produit du froid et que la chaleur s’évapore dans l’environnement extérieur, la pompe à chaleur fonctionne selon le principe inverse.

Dans une pompe à chaleur géothermique, un échangeur de chaleur (évaporateur) utilise une chaleur de qualité inférieure, l'autre échangeur de chaleur (condenseur) génère de la chaleur pour le chauffage et les besoins des consommateurs.

Les pompes à chaleur géothermiques présentent plusieurs avantages.

Les avantages indiscutables de ces pompes les ont rendues pertinentes pour différentes régions. Les principaux avantages de l'équipement sont:

  • Stabilité maximale des caractéristiques (efficacité, puissance thermique), qui ne dépendent pas de l'environnement extérieur (conditions météorologiques, saison). Cela est dû au fait que la température du sol dans les puits ne change pas - elle est constante;
  • Haut rendement (400-500%) assurant un haut rendement. Pour 1 kW d'énergie électrique, il y a une puissance thermique de 3 à 5 kW;
  • Attitude douce envers l'environnement et le paysage lors de l'installation de l'équipement;
  • La possibilité de placement compact. Les puits ne nécessitent pas une grande surface du site, violation de l'intégrité de la façade et de l'intérieur, ils ne disposent pas d'unités extérieures;
  • Gros terme opérationnel, durabilité. Les sondes de sol d’usine ont une durée de vie d’environ 100 ans. Le compresseur, l’unité principale de la pompe à chaleur, facile à remplacer, durera 30 ans;
  • Facilité d'utilisation. Ne nécessite pas d'attention accrue à vous-même;
  • La polyvalence de l'équipement - la pompe vous permet de refroidir et de chauffer la zone requise;
  • Assurer le maximum de confort dans la maison (chauffage basse température - sol chaud), pas de bruit;
  • Minimum de fluctuations d'humidité et de température;
  • Le territoire requis pour localiser les nœuds du système de chauffage est vacant;
  • La double sonde en forme de «U» assure la duplication des sondes dans le puits, une élimination accrue de l’énergie thermique, une faible résistance hydraulique. La sonde sera protégée de manière fiable contre les dommages une fois le puits rempli de solution thermique;
  • Méthodes de conditionnement ou de chauffage des données de pureté écologique. Pas d'émissions de dioxyde de carbone, produits de combustion nocifs;
  • Sécurité absolue contre les incendies et les explosions. Pour le fonctionnement ne nécessite pas d'équipement spécial;
  • L'utilisation d'une petite quantité d'électricité, ce qui donne de faibles coûts d'exploitation. Par exemple, une pompe à chaleur géothermique (17 kW) convient au chauffage d'un immeuble résidentiel de 350 mètres carrés. m - la consommation d'électricité atteindra 5 kW par heure.
  • Autonomie et indépendance maximales, pas besoin de gazoduc. Il n'y a pas de dépendance vis-à-vis des fournitures et des prix du carburant ou de l'essence - la pompe est alimentée à l'électricité.
  • Lors de l'utilisation de telles pompes, il n'est pas nécessaire de libérer de toute urgence le territoire excédentaire pour pouvoir placer une cheminée, une chaufferie, un stockage spécial pour le carburant.

Types de pompes à chaleur géothermiques souterraines

Il existe 4 types de capteurs qui sont des fournisseurs d’énergie thermique performants. Ce sont des collecteurs souterrains des types suivants:

  1. Pompes à chaleur horizontales. Placé horizontalement à une profondeur d'environ 1,2 à 1, 5 mètres - plus profonde que le niveau de gel du sol. Lorsque la superficie du terrain le permet, ils préfèrent utiliser cette méthode pour obtenir de l'énergie pour des objets résidentiels.
  2. Pompes à chaleur verticales. Placé verticalement dans des puits spécialement forés, dont la profondeur atteint 150 mètres. L'option la plus préférable lorsqu'il n'y a aucune possibilité territoriale de placement horizontal du contour ou de la zone de paysage ne peut pas être perturbée.
  3. Eau souterraine. Dans ce cas, l'eau qui circule dans le système de pompe à chaleur géothermique est un fluide caloporteur. À la fin du processus de contournement du contour, l'eau retourne au sol.
  4. Pompes à chaleur eau. Le type de collecteur le moins coûteux. L'hébergement est prévu dans n'importe quel type de réservoir (rivière, lac) - l'essentiel est que la profondeur de gel soit supérieure à la profondeur de l'équipement. Il est nécessaire de respecter les exigences concernant le volume d'eau dans l'étang et sa taille.

Chacun de ces types de réservoirs peut être considéré comme très pertinent à notre époque. Le choix dépend des conditions spécifiques et des possibilités de fonctionnement.

Caractéristiques de fonctionnement des pompes à chaleur

Étant donné que les pompes à chaleur géothermiques constituent un type d'équipement novateur et nécessitent une conception compétente, il est important de l'installer avec des professionnels expérimentés dans les matériaux de haute technologie. Pour qu'une pompe à chaleur conserve un rendement élevé, il est nécessaire de disposer d'un système de chauffage à basse température auquel elle sera connectée. La température de départ ne doit pas dépasser 55 degrés (ventilo-convecteurs, planchers chauffants, radiateurs spéciaux réglés à la température requise).

Application de pompes géothermiques en Russie

Pour de nombreuses régions de la Fédération de Russie, les pompes à chaleur géothermiques deviennent le moyen le plus optimal de chauffage et de climatisation. Les raisons réelles d'utiliser ce matériel en Russie sont les suivantes:

  • Autonomie maximale;
  • L'efficacité
  • Eau chaude;
  • La sécurité;
  • Commodité et confort;
  • Polyvalence. Chauffage - en saison froide et climatisation - à la chaleur;
  • Aucun problème de service et de présence de gazoducs.

Quels sont les coûts d'installation et d'entretien des pompes à chaleur?

La pompe à chaleur à notre époque vaut beaucoup, mais des économies de temps considérables vous permettent de récupérer entièrement les coûts initiaux et de commencer à économiser sur le chauffage. Ne pas oublier le coût de la réparation potentielle du matériel de pompage, qui peut représenter un montant décent. En termes simples, le coût total de l'entretien d'une pompe géothermique comprend:

  • Forage de puits pour sondes géothermiques contenant du propylène glycol sans danger pour l’environnement jusqu’à une profondeur de 70 à 150 m;
  • Installation / installation de la tuyauterie du système de pompe à chaleur à commande automatique, chaudière autonome ou à accumulation indirecte à haut rendement;
  • Des modules de contrôle de piscine supplémentaires sont installés - en cas de besoin, l’installation sera dotée d’une capacité supplémentaire;
  • Module de commande de capteur solaire, module de système de refroidissement (climatisation).

Une pompe à chaleur va chauffer la maison. Expérience FORUMHOUSE

Outre les dispositifs de chauffage traditionnels au gaz, à l'électricité ou aux combustibles solides, il existe d'autres sources de chaleur.

Dans notre climat, la saison de chauffage dure plus de six mois et, en été, nous devons dépenser de l’argent pour les systèmes de climatisation. Il est bon que la maison soit située dans des territoires «développés» où le gaz est fourni. Et que se passe-t-il s'il n'y a pas de coffre, et dans un avenir prévisible n'est pas prévu. Ces dernières années, les pompes à chaleur sont devenues de plus en plus courantes en tant qu'alternatives aux types de chauffage classiques. Et parmi les utilisateurs de FORUMHOUSE, il existe des propriétaires de tels équipements, prêts à partager une expérience utile.

Comment ça marche

Les principaux composants de l'unité: compresseur, échangeur de chaleur, pompe de circulation, automatique, circuit d'alimentation. La pompe peut capter la chaleur de trois sources.

À en juger par les discussions, nous avons deux options en demande: l’eau et le sol. Ceci est dû aux limitations de température - la source doit être positive. L'emplacement du circuit d'alimentation est horizontal ou vertical. Dans le premier cas, la ligne est posée en dessous du niveau de gel - à partir de 1,5 mètre de profondeur. Ou au fond du réservoir, même lors de fortes gelées - jusqu'à + 4⁰С. La longueur du circuit dépend des dimensions de la pièce chauffée et de la puissance de la pompe. Dans le second cas, des sondages sont forés pour des sondes d’une profondeur moyenne de 50 à 70 mètres. Piastrov AB, l'un des membres du forum et le propriétaire de la pompe à chaleur, a décrit le système vertical en tant que tel.

Les sondes géothermiques, une conduite en boucle à travers laquelle l’éthylène glycol circule, collectent la chaleur. Ils descendent dans des puits de 50 à 70 mètres de profondeur. Il s’agit d’un circuit externe dont le nombre dépend de la puissance de la pompe à chaleur. Pour une maison de 100 mètres carrés, deux sondes seront nécessaires - deux puits.

Circuit de chauffage

Une pompe à chaleur, contrairement aux chaudières au gaz, au charbon ou à l’électricité, chauffe le porteur à une moyenne de 40 ° C. C'est la température optimale à laquelle l'usure des équipements est minimale et la consommation d'électricité. Pour les radiateurs conventionnels, ces indicateurs ne suffisent pas. Par conséquent, avec la pompe à chaleur ne sont généralement pas utilisés tuyaux et batteries, et un sol chaud. Il est plus efficace avec ce chauffage caloporteur. Seul le pas entre les tuyaux devrait être inférieur. Il convient de noter que le sol chaud crée des restrictions sur le choix des meubles et assèche l'air. Nécessite une hydratation supplémentaire. En été, les sols peuvent fonctionner pour le refroidissement.

Forces et faiblesses

En outre, il n’ya aucune dépendance vis-à-vis des producteurs de gaz et des visites aux autorités pour approbation. Et les exigences pour la chaufferie ne sont pas si strictes. Après le démarrage, les coûts d'exploitation sont minimes. Seule l'électricité est payée, la pompe moyenne consomme environ 4 kW par heure. Les modèles modernes d’impulsion ne fonctionnent pas en continu, mais s’allument au besoin. Cela réduit le nombre d'heures de travail par saison et les coûts énergétiques.

Le principal inconvénient du chauffage géothermique est le prix de l'émission, même une unité chinoise ou domestique, sans parler des marques européennes, coûte plusieurs milliers d'euros. Avec l'agencement du circuit externe et de l'installation, le plaisir se traduira par des centaines de milliers de roubles. Selon les calculs des experts et des propriétaires, la pompe sera rentable dans plusieurs années. Cela fonctionne sur la source donnée, comparé au coût d'une tonne de charbon ou d'un cube de bois de chauffage, les économies sont considérables. Mais tout le monde ne dispose pas d'un demi-million supplémentaire pour l'équipement et la mise en service.

Si le réservoir n'est pas loin du site, il s'avère beaucoup moins cher, les dépenses en forage coûteux disparaîtront.

Les puits en exploitation optimisent également le processus en devenant une source de chaleur. Ceci est confirmé par le forumchanin det maros d'Ust-Kamenogorsk. Il travaille dans une entreprise de fabrication de pompes à chaleur et fournit des services d'installation. Par conséquent, il comprend parfaitement la situation et à la question d'un participant de la branche s'il a besoin de sondes, s'il y a des puits dans la région, une réponse exhaustive.

Pourquoi vous embêtez-vous avec des sondes, s'il y a assez d'eau? Vous passerez d'un puits à l'autre par le biais du TN. Nous sommes occupés avec des sondes, quand il n’ya pas d’eau sur le site ou que le poteau est petit, cela ne couvre pas les besoins. Pour une pompe de 10 kW, un volume de 3 cubes est nécessaire.

Les secrets du bricolage

Mais les plus grandes économies sont réalisées lorsque vous possédez une pompe à chaleur. Le nœud principal est un compresseur; ils proviennent de climatiseurs puissants et de systèmes divisés, leurs paramètres techniques sont similaires. Les échangeurs de chaleur sont vendus prêts à l'emploi, mais certains artisans et ils parviennent à souder des tuyaux en cuivre. En tant que réfrigérant - fréon, il est également vendu en bouteilles. Les contrôleurs, les relais, les stabilisateurs, tous les éléments séparément coûteront deux fois moins cher que dans l’ensemble fini.

Le plus souvent, les produits artisanaux sont organisés au-dessus des étangs ou lorsqu'il y a déjà un puits en exploitation. En raison du fait que la part du lion des dépenses revient aux travaux de terrassement et aux économies maximales qui en résultent.

L'artisan aparat2, de Riga, a lui-même collecté le chauffage géothermique et en a fait un reportage photo, décrivant en détail toutes les opérations.

J'ai assemblé un TN à partir de deux compresseurs monophasés de 24 000 BTU chacun (7 mètres carrés par temps froid). Le résultat a été une cascade avec une capacité thermique de 16-18 kilowatts, avec une consommation d'électricité d'environ 4,5 kW par heure. J'ai choisi deux compresseurs pour qu'il y ait moins de courants, je ne vais pas démarrer en même temps. En attendant, seul le deuxième étage est habité et un compresseur suffit. Et, ayant expérimenté sur un, alors je vais améliorer le deuxième design.

De plus, forumchanin a décidé de ne pas dépenser d’argent pour des échangeurs de chaleur à plaques prêts à l’emploi. Ils exigent un traitement de l'eau et ils pèsent lourd. Il a combiné un échangeur fabriqué avec une batterie pour augmenter l'efficacité. Le résultat était une installation fonctionnelle parfois moins chère que l’achat.

Cependant, les pompes à chaleur sont une option alternative lorsqu'il n'y a pas de gaz et de grandes surfaces de chauffage. Même avec l'auto-assemblage du système, le coût des composants est considérable. Un examen plus approfondi du sujet peut concerner la branche des pompes à chaleur, il existe de nombreux conseils utiles, les utilisateurs du forum peuvent partager leurs expériences et discuter de divers modèles. Les instructions pas à pas de aparat2 vous aideront à gérer l’assemblage. Et les options pour chauffer une grande maison sans gaz dans la vidéo - un bon exemple. Pour les propriétaires de maisons en bois - une vidéo sur les caractéristiques de la pose de canalisations.

Une pompe à chaleur géothermique à faire soi-même

Une pompe à chaleur géothermique à faire soi-même

Une pompe à chaleur géothermique à faire soi-même

La pompe à chaleur géothermique est un moyen novateur d’organiser le chauffage indépendant dans les résidences privées. L’essence de l’équipement est d’utiliser comme source de chauffage ou de refroidissement la température naturelle du liquide de refroidissement de la terre.

Une chaleur étouffante ou un gel amer ne font rage qu'à la surface de notre planète. Quelques mètres de profondeur et la température devient presque constante. En hiver, il fait plus chaud dans les profondeurs de la terre qu'à la surface du sol et en été, il fait plus froid.

Ainsi, les systèmes équipés de pompes géothermiques peuvent être utilisés non seulement pour le chauffage, mais également pour le refroidissement de maisons. Pour un fonctionnement plus efficace des pompes géothermiques, les systèmes de chauffage avec leur participation sont souvent associés à des capteurs solaires.

Conception typique de la pompe

Principes généraux de fonctionnement des pompes géothermiques

Le concept de "géothermie" pour déterminer ce type de maintien d'une certaine température dans la maison n'est pas tout à fait correct. Le plus souvent, on entend par énergie géothermique le chauffage de certaines parties de la croûte terrestre sous l’influence du magma émergeant des profondeurs de la Terre. L'exemple le plus typique est celui des sources géothermiques chaudes.

Equipement à l'intérieur de la maison

La différence entre la température de la couche superficielle de la terre et la température en profondeur peut être utilisée presque partout. De nombreuses études ont montré que, déjà à une profondeur de 6 mètres sous le niveau du sol, sa température est constamment égale à la température annuelle moyenne de l'air au-dessus de ce point.

En fonction de l’emplacement, la température à une profondeur de 6 m sera comprise entre +10 et + 16 ° C. La zone de température constante est généralement située entre les repères de profondeur de 7 à 12 mètres. La cause de ce phénomène est l'inertie thermique.

Comment fonctionne la pompe à chaleur géothermique

Le principe de fonctionnement d'une pompe à chaleur utilisant la différence de température est presque identique à celui d'un réfrigérateur ou d'un climatiseur conventionnel. De telles pompes transfèrent la chaleur d'un espace froid à un espace chaud, dans le sens opposé à la propagation naturelle de la chaleur, ou dans un sens naturel, ce qui accélère son transfert. Dans le premier cas, le système fonctionne comme un réfrigérateur et dans le second, comme appareil de chauffage.

Cependant, ces pompes ne sont pas omnipotentes. Les experts estiment que leur efficacité diminue fortement lorsque la température extérieure tombe en dessous de 5 ° C. L'efficacité (un indicateur de l'efficacité de tels systèmes) varie entre 3 et 6% pendant la période la plus froide.

Le coût d'installation de tels systèmes de chauffage et de refroidissement est généralement plus élevé que celui d'autres sources de chauffage autonomes. Selon les experts occidentaux, la différence de prix entre la conception et la construction est généralement rentabilisée sur une période de 3 à 10 ans grâce aux économies globales d'énergie. Des périodes de récupération plus longues ne peuvent être causées que par un financement réservé ou par des incitations fiscales.

La durée de vie d'un système de chauffage bien conçu et construit utilisant des pompes à chaleur géothermiques est estimée à 25 ans pour les composants internes du système et à plus d'un demi-siècle pour le circuit externe.

Tuyau de tranchée

Circuit externe du système d'échange de chaleur direct

Variantes de systèmes de construction utilisant les différences de température du sol

La partie principale du système de chauffage reposant sur ce principe est le circuit d’échange direct de chaleur. Cette composante coûte entre 1/5 et 1/2 du coût total du système et constitue la partie la plus lourde.

Lors de la construction d'un tel système, les études géologiques primaires sont très importantes: son efficacité énergétique est améliorée d'environ 4% pour chaque 1 ° C, obtenue à partir de l'emplacement correct du circuit d'échange de chaleur.

Avec une disposition horizontale des circuits d'échange de chaleur entre 1 et 2,4 m de profondeur, cette partie de l'appareil connaîtra des cycles saisonniers de fluctuations de température dus au chauffage solaire naturel et aux pertes de chaleur dans l'air atmosphérique au niveau du sol. Ces cycles de fluctuations de température sont en retard sur le changement de saison en raison de l'inertie thermique.

Les systèmes verticaux profonds avec la présence d'échangeurs de chaleur à des altitudes comprises entre 30 et 160 mètres ne dépendent que de la migration géologique de la chaleur.

1. Systèmes à échange direct

Les pompes à chaleur à échange direct utilisent un contact thermique direct avec le sol (par opposition à une combinaison d'une boucle de réfrigérant et d'une boucle d'eau). Le liquide de refroidissement sort du corps de la pompe à chaleur, circule dans une boucle à partir d'un tube de cuivre situé sous terre et échange de la chaleur avec le sol avant de retourner à la pompe.

Le terme «échange direct» fait référence au transfert de chaleur entre la boucle de réfrigérant et le sol sans l'utilisation d'un fluide intermédiaire. Dans un tel système, il n'y a pas d'interaction directe entre le fluide et la terre, il n'y a qu'un transfert de chaleur à travers la paroi du tuyau. Les pompes à chaleur à échange direct sont rarement utilisées de nos jours, elles ne doivent pas être confondues avec des équipements fonctionnant sur la base d'un échange de chaleur via des circuits intermédiaires.

Cependant, les systèmes à échange direct sont plus efficaces et leurs coûts d’installation sont potentiellement moins élevés que ceux des systèmes à circuit fermé. La conductivité thermique élevée du cuivre contribue à augmenter l'efficacité du système, mais le flux de chaleur entrant est principalement limité par la conductivité thermique de la terre et non du tuyau.

Le rendement élevé de ces équipements est principalement dû à l'absence de pompe à eau (qui utilise l'électricité), à l'absence d'échangeur de chaleur entre l'eau et le réfrigérant, source de pertes de chaleur.

Dans le même temps, ils ont besoin de plus de réfrigérant et leurs systèmes de tuyauterie sont plus coûteux.

2. Systèmes en boucle fermée

La plupart des systèmes actuellement installés ont deux boucles:

  • circuit primaire avec réfrigérant;
  • circuit secondaire, rempli d'eau, situé sous terre.

Le circuit secondaire est généralement constitué de tuyaux en polyéthylène à haute résistance et contient un mélange d’eau et d’antigel (propylène glycol, alcool dénaturé ou méthanol).

Après avoir quitté l'échangeur de chaleur interne, l'eau circule dans le circuit secondaire à l'extérieur du bâtiment pour échanger de la chaleur avec le sol avant de revenir. Le circuit secondaire est situé sous la ligne de congélation, où la température est plus stable ou plonge dans le plan d'eau disponible le plus proche.

Les systèmes situés dans le sol, saturés d'humidité ou dans l'eau, sont généralement plus efficaces que les boucles sèches au sol. Si le terrain dans votre région est sec, il est recommandé de placer un tuyau de drainage avec le contour, ce qui humidifie le sol autour de la boucle de terre.

Les systèmes fermés ont une efficacité inférieure à celle des systèmes à échange direct, car ils nécessitent un système de canalisation plus long et une grande quantité de terrassement ou de forage.

Le circuit souterrain du système géothermique peut être installé horizontalement sous forme de boucle dans des tranchées ou verticalement sous la forme de plusieurs longues structures en forme de U. La taille de la boucle dépend du type de sol et de la teneur en humidité, de la température moyenne et des pertes de chaleur possibles, ainsi que d'autres caractéristiques.

3. Systèmes fermés avec des tuyaux verticaux

Le contour d'un tel système fermé est constitué de tuyaux qui vont verticalement dans le sol. La profondeur de pénétration varie de 15 à 120 mètres. Une paire de tuyaux dans chaque puits est connectée à un connecteur transversal en forme de U au fond de la tige. Les puits situés sous les conduites sont généralement remplis d’une solution spéciale qui assure une connexion thermique avec le sol ou les roches environnantes et améliore le transfert de chaleur. Une solution spéciale protège également les eaux souterraines de la pollution.

Arrangement vertical des tuyaux géothermiques

4. Systèmes fermés avec des tuyaux horizontaux

Le contour d'un tel système fermé est constitué de tuyaux qui s'étendent horizontalement dans le sol. Des spires en forme de U ou annulaires du pipeline sont enfouies dans le sol plus bas que la ligne de congélation.

Tranchée

Les travaux d'excavation lors de l'installation d'un tel système sont deux fois moins coûteux que le forage vertical. Cette technologie est utilisée partout où il y a suffisamment d'espace sur le site.

Possibilité de construire un système géothermique

Pour illustrer ce propos, un système de chauffage de ce type installé dans une maison séparée, consommant 10 kW d'énergie thermique, nécessitera 3 boucles de 120 à 180 mètres de long chacune.

5. Système de forage dirigé

Les tranchées en boucle d'un circuit de pompe à chaleur géothermique peuvent également être posées à l'aide de la technologie de forage horizontal. Cette technologie permet de poser des tuyaux pour les cours, les allées, les jardins et autres infrastructures sans les détruire.

Le coût d'un tel système varie entre le prix des structures utilisant des tranchées et le prix d'une structure avec forage vertical. Ce système peut également différer des conceptions de forage en tranchée ou en forage vertical, car les boucles peuvent être connectées à une chambre centrale, ce qui réduit davantage la quantité d'espace nécessaire. Les systèmes utilisant le forage dirigé sont souvent installés de manière rétrospective, c'est-à-dire après la construction du bâtiment.

6. Installer le circuit dans l'étang

Circuit d'échange de chaleur avant de plonger au fond du réservoir

Un système d'immersion en boucle fermée au fond d'un réservoir est constitué de pipelines disposés en forme de boucles et situés au fond d'un étang de taille appropriée ou d'une autre source d'eau.

Système avec la localisation des tuyaux dans l'étang

7. Systèmes de chauffage géothermiques ouverts

Dans les systèmes géothermiques ouverts (également appelés pompes thermiques d’eaux souterraines), l’eau naturelle est pompée dans le circuit secondaire à partir d’un puits ou d’un réservoir. Ensuite, l'eau entre dans l'échangeur de chaleur à l'intérieur de la pompe à chaleur. Après avoir extrait la chaleur et l'avoir transférée dans le circuit de réfrigérant principal, l'eau retourne dans les puits d'injection, les tranchées d'irrigation ou dans le réservoir. Les canalisations d’alimentation et de retour doivent être suffisamment espacées pour fournir de la chaleur à la source car la composition chimique de l’eau n’est pas contrôlée, la pompe à chaleur et la tuyauterie doivent être protégées de la corrosion par divers métaux dans l’échangeur thermique et la pompe. Le système peut également être contaminé par du tartre et vous devrez peut-être le nettoyer périodiquement.

Au cas où l'eau utilisée contiendrait une teneur élevée en sels, minéraux, fer, bactéries ou sulfure d'hydrogène, il est préférable d'utiliser des systèmes fermés.

Les systèmes de chauffage géothermiques ouverts utilisant les eaux souterraines sont généralement plus efficaces que les systèmes fermés, car ils exploitent mieux la différence de température. Ainsi, les systèmes en boucle fermée doivent également transférer de la chaleur à travers des couches supplémentaires de la paroi de la conduite et du sol.

Cependant, l'installation de tels systèmes peut poser des problèmes juridiques car ils peuvent rendre les aquifères rares ou contaminer des puits. Cela oblige les constructeurs à utiliser des systèmes fermés plus écologiques.

8. Système à colonne liquide

Un système de chauffage ou de refroidissement géothermique est un type spécialisé de système fermé. L'eau pénètre dans une telle structure du fond d'un puits rocheux profond, passe à travers une pompe à chaleur et retourne au sommet du puits, où elle descend et échange de la chaleur avec la roche environnante.

Les systèmes avec une colonne de liquide sont généralement utilisés dans des zones limitées du site. Cette conception n'est pas recommandée pour une utilisation sur des sols sableux et argileux. La conception peut également inclure plusieurs colonnes de fluide. Il est populaire dans les bâtiments résidentiels et commerciaux.

Les principaux nœuds du système de chauffage géothermique

Pompe à chaleur air

La pompe à chaleur est l’unité centrale d’un système de chauffage ou de refroidissement géothermique. Extérieurement et fonctionnellement, il ressemble à un réfrigérateur.

Certains modèles de telles pompes à chaleur peuvent non seulement chauffer les pièces, mais aussi les refroidir, chauffer l'eau, en garantissant le besoin d'eau chaude.

L'air chauffé ou refroidi peut être amené à l'appareil final d'un système de chauffage ou de climatisation en faisant circuler de l'eau ou en fournissant de l'air forcé. Presque tous les types de pompes à chaleur sont fabriqués à des fins commerciales et domestiques.

Les pompes à chaleur air-liquide (également appelées «eau-air») sont souvent utilisées pour remplacer des systèmes de climatisation centraux obsolètes.

Pompe à chaleur eau liquide

Les pompes à chaleur à eau liquide (également appelées «eau à eau») sont des systèmes hydrauliques qui utilisent deux circuits remplis de fluide pour l’échange de chaleur. De tels systèmes sont généralement alimentés avec des équipements de transfert de chaleur, tels que des sols chauffés à l'eau, des radiateurs chauffants à fluide caloporteur. De tels dispositifs peuvent chauffer l'eau à une température d'environ 50 ° C, tandis que la température du caloporteur à la sortie d'une chaudière de chauffage conventionnelle atteint 65-95 ° C. Ainsi, dans les systèmes à pompes géothermiques, il n'est pas possible d'utiliser des radiateurs conçus pour des températures plus élevées.

Les pompes à chaleur géothermiques sont particulièrement bien adaptées au chauffage par le sol, qui nécessite des températures relativement basses pouvant aller jusqu'à 40 ° C. L'utilisation de grandes surfaces, telles que les sols, contrairement aux radiateurs, répartit la chaleur de manière plus uniforme et permet d'utiliser efficacement des températures d'eau plus basses. Les revêtements de sol en bois ou en moquette atténuent cet effet, car l'efficacité du transfert thermique de ces matériaux est inférieure à celle des sols en pierre (carrelage, béton).

Il existe également des pompes à chaleur combinées pouvant forcer simultanément la circulation d'air et d'eau. Ces systèmes sont principalement utilisés pour les maisons qui ont une combinaison de besoins en climatisation et en chauffage par liquide.

Installation indépendante d'un système de chauffage géothermique

L'installation indépendante d'un système de chauffage et de climatisation géothermique nécessite une importante injection de fonds et certaines compétences technologiques.

  1. Des activités d'exploration sont effectuées, la profondeur de gel du sol est déterminée.
  2. La conception du système est réalisée sur la base de la technologie choisie (fermée, ouverte, avec agencement de contour horizontal ou vertical).
  3. Achat du matériel nécessaire: conduites, pompe à chaleur. En fonction de la configuration du système, les éléments nécessaires du système de chauffage interne sont sélectionnés: radiateurs de chauffage, sol pour eau chaude ou Fancoolers (systèmes de soufflerie à air pulsé).
  4. Le système est en cours d'installation. Des puits sont en cours de forage ou des systèmes de tranchées sont en cours d'installation, il est possible de préparer l'installation de pipelines dans le réservoir.
  5. Une fois tous les éléments installés, la connexion et le test sont effectués.

En raison du volume et de la complexité du travail effectué, il est préférable de confier la conception et la construction de systèmes géothermiques de chauffage et de refroidissement à une organisation spécialisée disposant de l'expérience nécessaire. Et il est certain que vous ne pourrez pratiquement pas fabriquer vous-même la pompe à chaleur d’échange de manière autonome. Leur production à la maison n’est pas encore très répandue.

Pour en savoir plus sur le processus de construction de pompes à chaleur géothermiques, visionnez la vidéo d'introduction.

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