Refroidir avec une pompe à chaleur géothermique est bon pour le sol

Le sol se régéneré en été, si bien que la pompe géothermique fournit de meilleures prestations en hiver

La possibilité de refroidir de façon passive est aussi un avantage important des pompes à chaleur géothermiques. Refroidir ne consomme quasi rien et cela profite au sol. Mais il convient d’éviter la formation de condensation dans le système d’émission. Ceci est possible par le réglage d’une température minimale de l’eau du système d’émission ou par l’installation d’un thermostat avec un hygromètre bien réglé qui détermine la température minimale de l’eau du système d’émission.

PRINCIPE DE LA POMPE A CHALEUR GEOTHERMIQUE

Les systèmes géothermiques utilisent la chaleur de la terre. Il existe deux sortes: la géothermie profonde et peu profonde.

• On parle de géothermie profonde quand la chaleur de la terre est extraite à une profondeur qui excède 500 m. Par exemple, des applications vont jusqu’à une profondeur de 2.500 m et plus. L’eau souterraine qui est pompée vers le haut depuis cette profondeur peut être utilisée directement pour le chauffage ou la production d’électricité.
• Dans cet article, nous approfondissons la géothermie peu profonde (jusqu’à 500 m – le plus souvent jusqu’à 100 à 150 m de profondeur dans la pratique). Dans la géothermie peu profonde, on ne peut pas extraire une chaleur pouvant être utilisée directement pour le chauffage. On doit valoriser la chaleur gagnée à l’aide d’une pompe à chaleur géothermique, aussi appelée pompe à chaleur sol-eau. L’installation est composée de trois éléments, à savoir la source de chaleur (le réseau de captation/les sondes de sol), la pompe à chaleur et le système de chauffage.

L’installation est composée de trois éléments, à savoir la source de chaleur (le réseau de captation/les sondes de sol), la pompe à chaleur et le système de chauffage.

captation

Le réseau de chaleur est constitué de tubes PE posés en boucles. Dans ces boucles s’écoule un liquide caloporteur qui absorbe la chaleur du sol. Avant il s’agissait surtout d’un mélange  eau-glycol mais à l’heure actuelle, il existe aussi des alternatives sur le marché, comme des dérivés de betteraves et le (bio)éthanol. L’important est que le liquide caloporteur protège contre le risque de gel mais protège aussi contre la contamination bactérienne et la corrosion. Il existe deux sortes de captation: horizontale et verticale.

• Les systèmes de captation horizontaux sont constitués de boucles situées sous le niveau du sol. La température à une telle profondeur minime varie entre 4 °C en 17 °C. Le sol agit plutôt comme collecteur solaire et est fortement influencé par les conditions climatiques extrêmes. L’avantage est que la température du sol se régénère plus vite dans les entre-saisons (la pluie assure aussi la régénération du sol). Un système horizontal est moitié moins cher qu’un système vertical. Mais il faut une grande surface disponible en fonction de la charge thermique du bâtiment et des propriétés du sol, la superficie de sol requise pour le système horizontal peut être égale à deux fois la superficie au sol du bâtiment ou plus.

• Sur les systèmes de captation verticaux, on réalise des trous de forage jusqu’à une profondeur de 100 à 120 m/150 m, et on y descend les boucles, puis les forages sont remplis de coulis, une sorte de mélange de béton conducteur de chaleur qui veille à ce que des veinules d’eau perforées n’entrent pas en contact l’une avec l’autre. En Belgique, il règne une température d’équilibre de 10 °C à 12 °C à partir de 18 m de profondeur. Le grand avantage de la pompe à chaleur est que la chaleur extraite du sol est assez stable tout au long de l’année, aussi en hiver. La pompe à chaleur ne souffre donc pas des fluctuations de température (comme les pompes à chaleur air-eau), et atteint un rendement annuel supérieur. Il faut également moins de superficie que sur les systèmes horizontaux.

Les conduites d’amenée et retour sont collectées et logées dans le local technique de l’habitation ou du bâtiment. L’amenée et le retour sont directement raccordés à la pompe à chaleur. Sur la conduite d’amenée se trouve un vase d’expansion. Un circulateur intégré dans la plupart des pompes à chaleur, envoie le liquide (p.e. mélange eau-glycol) dans le système de captation et pompe le réfrigérant par-delà l’évaporateur de la pompe à chaleur.

La pompe à chaleur

Via l’évaporateur de la pompe à chaleur, le mélange eau-glycol des tubes PE transmet sa chaleur au réfrigérant du circuit de pompe à chaleur. La chaleur du mélange eau-glycol fait s’évaporer le réfrigérant, puis un compresseur comprime le réfrigérant gazeux. La compression fait grimper la température du réfrigérant gazeux. Dans le condenseur, le réfrigérant gazeux restitue sa chaleur au circuit du système d’émission (chauffage/ballon) et se condense à nouveau en un liquide. Le compresseur envoie le réfrigérant dans le circuit de pompe à chaleur.

Le système d’émission

Une pompe à chaleur atteint les plus grandes prestations quand la différence de température entre la source de chaleur (dans ce cas-ci la température du sol) et la température d’émission souhaitée est la plus petite possible. En ce sens, les systèmes d’émission de chaleur qui travaillent à basse ou très basse température sont préférés. Les pompes à chaleur géothermiques sont dès lors intéressantes si elles sont combinées avec un système de chauffage par les plafonds, les murs et le sol/activation du noyau de béton, en guise de chauffage principal, agissant avec des températures de départ entre 30-35/40 °C. Dans bien des cas, les pompes à chaleur sont aussi utilisées pour la préparation d’eau chaude sanitaire. La production d’eau chaude sanitaire diminue bel et bien les prestations car elle exige des températures d’émission plus élevées. Néanmoins, l’eau chaude sanitaire dans une nouvelle habitation actuelle ne représente qu’une petite partie de la consommation totale (environ 3.000 kWh thermiquement) en comparaison du chauffage (10.000 à 15.000 kWh thermiquement).

La régulation de chauffe

Une ligne de chauffe en fonction du temps détermine la température de départ souhaitée de l‘eau de chauffage sur base des températures intérieure et extérieure mesurées. Il est important de garder la température de départ la plus basse possible, de telle sorte que la différence entre la température de chauffage et la température source est limitée au maximum et que la pompe à chaleur preste au mieux. Il est aussi important de prendre en compte la lenteur du système d’émission en réglant quelques paramètres de réglage à l’aide de quelques directives de base, comme un temps de démarrage et d’arrêt optimal. Eventuellement, on peut ensuite légèrement modifier le programme horaire. La surveillance a posteriori est conseillée. Ceci est possible par le placement d’un compteur de kWh électrique sur l’alimentation de la pompe à chaleur et d’un calorimètre entre la pompe à chaleur et le système d’émission. De cette manière, la consommation réelle peut être comparée à la consommation calculée et le réglage peut être ajusté si nécessaire.

REFROIDIR PAR UNE POMPE A CHALEUR GEOTHERMIQUE

Pourquoi refroidir?

Comme d’autres pompes à chaleur, les pompes à chaleur géothermiques se comportent le mieux dans des bâtiments étanches à l’air et bien isolés. Dans ces bâtiments, le  chauffage basse température peut en effet bien couvrir la demande de chaleur. Bien isolé et étanche à l’air signifie toutefois aussi que la chaleur ne peut pas s’échapper, ce qui peut entraîner une surchauffe. Ceci est certainement le cas si l’on n’a pas ou peu accordé d’attention à l’aspect surchauffe dans la phase de pré-conception, songez à la protection solaire, aux auvents, … Le refroidissement offre une solution. Une pompe à chaleur géothermique peut être engagée aussi pour une demande de refroidissement. Elle permet de refroidir de façon passive ou active. 

Refroidissement passif

En été, les pompes à chaleur géothermiques procurent un refroidissement naturel. Le sol se refroidit en effet après le chauffage avec la chaleur du sol en hiver (de 10 à 12 °C à environ 5 °C). Le mélange eau-glycol dans les boucles est donc frais et peut être utilisé pour refroidir le bâtiment. Attention: la capacité de refroidissement des systèmes verticaux est supérieure à celle des horizontaux. Sur les systèmes horizontaux, la température du sol en été est plus vite complétée par e.a. le rayonnement solaire et la pluie. Dans le refroidissement passif, le compresseur est mis hors
Pompe à chaleur sol-eau: une solution totale qui répond aux besoins de chauffage, refroidissement, chauffage de piscine, éventuellement combiné avec d’autres sources de chaleur Installation de pompe à chaleur service et utilise cette énergie. La seule consommation d’énergie provient de la régulation, du circulateur et du système d’émission. A une température/humidité déterminée, la régulation confie au circulateur la mission d‘envoyer le mélange eau-glycol via une vanne à trois voies vers un échangeur à chaleur supplémentaire. Dans cet échangeur de chaleur circule aussi l’eau du système d’émission. Le mélange eau-glycol restitue sa fraîcheur à l’eau du système d’émission, ce qui permet de refroidir le bâtiment de 2 à 5 °C. Ceci permet d’extraire la chaleur du bâtiment via les tubes du système d’émission et de la restituer au système source. En d’autres termes, le bâtiment se refroidit et le sol s’échauffe.

refroidissement actif

Le refroidissement actif est bien plus énergivore que le refroidissement passif et est aussi puni dans le calcul PEB. Bien évidemment, la capacité frigorifique est nettement plus grande que celle du refroidissement passif. Dans le refroidissement actif, le processus de fonctionnement de la pompe à chaleur est inversé. En d’autres termes, l’habitation devient la source de chaleur et le sol, le système d’émission. La ligne de refroidissement doit être réglée avec la même précision que la ligne de chauffe.

avantages

Le grand avantage du refroidissement avec une pompe à chaleur géothermique est que le sol génère plus vite en été. La chaleur dans l’habitation est en effet transmise au sol dans le refroidissement passif et actif. Ceci fait que le sol retrouve sa température d’ici le début de la saison de chauffe et que le sol n’est pas épuisé avec le temps. En effet, il arrive que dans le cas d’un mauvais dimensionnement du système de captation, le sol ne s’échauffe pas assez en été et baisse de température d’année en année au début de la saison de chauffe. Ceci menace les prestations de la pompe à chaleur. Ceci ne devrait pas poser problème dans le cas d’un dimensionnement correct de la source.

points d'attention

La température de l’eau dans le système d’émission ne peut pas être trop basse. A des températures inférieures à 18 °C, le risque de condensation des sols et parois est grand. On peut éventuellement abaisser la température mais on doit alors prévoir un hygromètre (intégré dans le thermostat ou installé séparément). Celui-ci calcule sur base de la température et de l’humidité relative dans la pièce jusqu’où peut baisser la température dans le système d’émission sans créer de la condensation. Les conduits de raccordement et les collecteurs doivent être particulièrement isolés pour combattre la formation de condensation.