Pompe à chaleur

Pompe à chaleur géothermique

Les PAC utilisant la chaleur du sol sont appelées pompe à chaleur géothermique. Cette appellation peut prêter à confusion avec le chauffage urbain géothermique qui utilise la chaleur à haute température du sous-sol profond, mais c’est un système très différent.

 Il existe principalement trois types de captages4: le captage horizontal au sol (faible profondeur et grande surface) ;

le captage vertical au sol (petite surface et grande profondeur, 100 m maximum).

le captage vertical sur nappe phréatique (suivant la profondeur de la nappe).

Le captage horizontal au sol est constitué d’un réseau de plusieurs tubes en parallèle, dans lesquels circule un liquide calo-porteur ou le fluide frigorifique dans le cas d’une détente directe. Ces tubes sont enterrés en moyenne entre 60 cm et 1,2 m de profondeur suivant le climat, en général sous une pelouse non arborée.

Le captage vertical est similaire au captage horizontal dans le principe, mais au lieu d’être à l’horizontal, le capteur est constitué de tubes créant des boucles verticales. Le système demande moins de boucles et de longueurs de tubes mais le forage nécessaire à sa mise en œuvre est plus coûteux que le décaissement du capteur horizontal. Son avantage est qu’il ne dénature pas le sol et permet la plantation d’arbres dans le reste de la propriété.

Exemple de dimensions de capteurs pour un PAC eau eau de 11 kW calorifique:

 Capteur horizontal : 11 boucles de 50 m espacées de 50 cm sur 272 m3.

Capteur vertical : 3 puits de 90 m

Le captage par nappe phréatique nécessite que l’eau pompée soit à une température supérieure à 10 °C, ce qui est la plupart du temps le cas. La puissance calorifique et le COP obtenus du

captage surpassent tous les autres modes, cependant il ne faut pas que l’énergie nécessaire au pompage grève les gains obtenus. L’idéal est d’utiliser une pompe à vitesse variable et de rejeter l’eau dans un second puits, en aval de la nappe phréatique.

 Le chauffage au sol dans l’habitat (plancher chauffant), alternative aux radiateurs traditionnels, permet une performance optimale car il ne nécessite pas une température élevée. Dans le cas de radiateurs, il est préférable que ceux-ci soient dimensionnés pour pouvoir fonctionner à « basse température ». S’ils ne le sont pas, une autre source d’énergie sera nécessaire pour augmenter la température du circuit et assurer leur fonctionnement (voir limitation de la température dans le chapitre précédent).

 Pompe à chaleur air-air

La chaleur est extraite de l’air extérieur pour être restituée à l’air intérieur. Ce montage peut également se trouver sur des systèmes pompant la chaleur de l’air évacué (vicié) d’un local pour la restituer à l’air neuf injecté. C’est le cas de certaines VMC double flux.

D’autres pompes à chaleur utilisent l’air comme source froide (refroidissement de l’air pour chauffer l’eau d’une piscine par exemple) mais le rendement est moindre et dépend de la température de l’air extérieur. Les risques de givrage du radiateur extérieur peuvent être importants lorsque la température de l’air extérieur est basse et l’hygrométrie élevée, le rendement devenant alors très faible.

Certains modèles sont inversibles (ou, improprement, « réversibles »), c’est-à-dire capables de transférer de la chaleur de la maison vers l’extérieur. Ces machines ont l’avantage de pouvoir servir de climatisation si les échangeurs de chaleur s’y prêtent : le plancher chauffant a une capacité relativement limitée à devenir plancher rafraîchissant mais les radiateurs ne conviennent pas (question d’aire d’échange et de génération de condensats) : il faut les remplacer par des ventilo-convecteurs nettement plus coûteux et générant d’autres contraintes (alimentation électrique, évacuation des condensats, bruit, etc.).

Les pompes à chaleur air-air peuvent utiliser l’air issu d’un échangeur air-sol pour alimenter l’entrée d’air et améliorer ainsi leur efficacité. Dans la pratique, le débit important d’air brassé réduit très fortement cet intérêt : le puits canadien ou provençal n’est efficace qu’avec un débit et une vitesse d’air limités par la vitesse d’échange thermique entre l’air introduit, la température du sol et la qualité thermique du conduit.

En général, un puits canadien sert plutôt à réchauffer un tant soit peu l’air neuf admis dans le bâtiment. Avec de tels débits d’air, il vaut mieux récupérer l’énergie sur l’air rejeté et, éventuellement, réchauffer l’air neuf avec l’énergie récupérée. Il existe des PAC à double flux air-air qui réalisent cet échange tout en assurant les débits d’air et donc le renouvellement d’air contrôlé à l’intérieur du bâtiment.

Fonctionnement de la PAC

Pour comprendre le fonctionnement d’une pompe à chaleur (PAC), qu’elle soit géothermique (utilisant la chaleur contenue dans le sol), aérothermique (celle contenue dans l’air) ou aquathermique (celle contenue dans l’eau de mer, de cours d’eau ou de nappes libres), il est nécessaire d’isoler le fluide caloporteur et d’appliquer le principe de conservation de l’énergie au cours d’un cycle. Ce principe permet de dire que les flux thermiques « entrant » et « sortant » de ce fluide s’équilibrent au cours du cycle en ce sens que le flux thermique émis par le fluide à la source chaude lors de la réaction exothermique dans le condenseur est vu négativement par le fluide caloporteur alors que les deux formes d’énergie qu’il reçoit de l’extérieur, à savoir l’apport d’énergie primaire payante entretenant le cycle et l’apport thermique provenant de la source froide lors de la réaction endothermique dans l’évaporateur sont vues positivement par ce même fluide. Ce qui est vu négativement par le fluide caloporteur équilibre ce qui est vu positivement au titre de la loi sur la conservation de l’énergie.

Cette technique, connue depuis plus d’une trentaine d’années, a subi de notables évolutions techniques qui lui permettent de rivaliser voire de surpasser en termes de performances les moyens de chauffage « traditionnels ». Une PAC est dite réversible (ou inversible) lorsque le circuit du fluide caloporteur comprend une valve 3 voies permettant d’inverser les fonctions du condenseur et de l’évaporateur ce qui permet dans une faible mesure dans le cas du plancher de rafraîchir les pièces de vie en période estivale.

La pompe à chaleur aquathermique (à eau), la plus performante, utilise une source d’eau : puits, rivière, lac, ruisseau, eaux souterraines. Il faut vérifier que cette source est disponible en quantité suffisante, que son utilisation est autorisée (administration des eaux et services sanitaires), Le fait que le rejet ou retour d’eau soit plus froid que l’eau pompée à l’exhaure augmente la teneur en oxygène ce qui est favorable pour l’environnement et la vie aquatique[réf. souhaitée].

La pompe à chaleur aérothermique (à air) utilise l’air extérieur, toujours disponible en abondance en rejetant un air plus froid dans l’atmosphère. Le brassage de l’air peut être bruyant et sa température plus froide être un handicap lorsque les besoins de chauffage sont importants.

Pas de commentaire.

Ajouter un commentaire