Pompes à chaleur géothermiques: guide du débutant

Les pompes à chaleur géothermiques sont la méthode de chauffage et de refroidissement la plus écoénergétique et la plus écologique qui existe. il n'est pas étonnant que chaque année 50 000 nouvelles pompes à chaleur géothermiques soient installées aux États-Unis, selon le ministère de la Énergie. Pendant que pompes à chaleur géothermiques (également appelées pompes à chaleur géothermiques) peuvent réduire considérablement les coûts de chauffage et de climatisation, elles sont coûteux à installer - de 10 000 $ à 30 000 $ - ce qui est probablement la principale raison pour laquelle il n'y a pas plus de eux. Les pompes à chaleur géothermiques coûtent tellement cher parce qu'elles nécessitent un système de canalisation enterré pour échanger de la chaleur avec le sol, qui est à un température constante de 57 degrés Fahrenheit à quelques pieds sous la surface, peu importe où vous êtes et quelle est la température de l'air s'avère être.

Les propriétaires qui vivent à proximité d'un grand plan d'eau ont un avantage car un étang ou un lac peut servir de source de chaleur en hiver et un dissipateur de chaleur en été, et les pompes à chaleur eau-eau sont moins chères à installer que les pompes géothermiques ceux. Que vous installiez un système géothermique ou hydraulique, vous utilisez l'énergie géothermique, qui est énergie renouvelable - et ne consommant que suffisamment de combustibles fossiles pour fournir de l'électricité à un réfrigérant compresseur, un pompe de circulation et un souffleur. Une fois l'installation terminée, les pompes à chaleur géothermiques offrent aux propriétaires le chauffage et la climatisation les plus économiques possible tout en réduisant considérablement leur empreinte carbone (par rapport à l'utilisation de chauffage et de refroidissement conventionnels sources).

Comment fonctionnent les pompes à chaleur géothermiques

En général, un pompe à chaleur fonctionne comme un réfrigérateur ou un climatiseur. Un réfrigérant circule à travers un système de tubes formé en deux serpentins distincts. Dans un ensemble - les serpentins du condenseur - le réfrigérant est pressurisé et se condense en un liquide. Dans l'autre ensemble - les serpentins de l'évaporateur - il est autorisé à se vaporiser. La condensation est un processus qui libère de la chaleur, tandis que l'évaporation est un processus qui absorbe la chaleur. Une pompe à chaleur en profite en commutant le débit d'air entre les deux ensembles de serpentins selon les besoins et en évacuant l'air de l'autre ensemble de serpentins. De cette façon, une pompe à chaleur échange de l'énergie thermique avec l'environnement.

Les pompes à chaleur à air, qui sont le type le plus courant, échangent de la chaleur avec l'air extérieur et ne fonctionnent pas bien dans les climats froids car l'air n'a pas beaucoup de chaleur à échanger. Cependant, à environ 5 pieds sous la surface de la terre, la température est constante, de sorte qu'une pompe à chaleur géothermique peut fonctionner presque n'importe où. Le problème pour les ingénieurs est de savoir comment puiser dans ce réservoir d'énergie thermique, et la solution est d'exécuter un système de tubes souterrains, y faire circuler un liquide et extraire la chaleur du sol du liquide.

Le tube est fait de PEX ou HDPE, qui sont deux types de plastique polyéthylène, et il est soit rempli d'un mélange d'eau et antigel (une solution à 25 pour cent est typique), avec de l'eau d'un plan d'eau à proximité ou avec des eaux souterraines. Une pompe de circulation la maintient en mouvement et elle est capable de transférer la chaleur aux serpentins de réfrigération via un échangeur de chaleur à l'intérieur du système de traitement d'air de la pompe à chaleur. La chaleur est ensuite diffusée à travers un système de conduits par un ventilateur.

Types de systèmes de boucle

Les systèmes en boucle pour les pompes à chaleur géothermiques peuvent être ouverts ou fermés, et les systèmes en boucle fermée sont les plus courants. Les installateurs du système remplissent le tube d'un mélange eau/antigel lorsque le système géothermique est installé et, sauf fuite, il n'a jamais besoin d'être rempli. Il existe trois types de systèmes en boucle fermée :

• ​Boucles horizontales, qui sont les plus rentables pour la plupart des applications, sont disposés comme des tuyaux d'évacuation des fosses septiques. Deux tuyaux sont enterrés à 5 pieds de profondeur dans une configuration côte à côte, ou un tuyau est enterré à 6 pieds de profondeur et l'autre est enterré au-dessus à une profondeur de 4 pieds.

• ​Boucles verticalessont une alternative lorsque le sol est trop rocheux pour les boucles horizontales, ou qu'il n'y a pas assez d'espace. Un ou deux trous sont forés à une profondeur de plusieurs centaines de pieds pour accueillir une paire de tuyaux connectés au fond.

• ​Boucles d'approvisionnement en eausont placés sous plusieurs pieds d'eau dans un lac ou un étang voisin et tirent de la chaleur de l'eau qui, à une profondeur de 5 à 10 pieds, est à peu près la même température que la terre environnante. Les conduites souterraines peuvent également traverser les aquifères et échanger de la chaleur avec les eaux souterraines.

Uno​​système de boucle de stylopeut être utilisé lorsqu'un plan d'eau approprié est disponible. Au lieu d'un mélange eau/antigel, il aspire l'eau directement de la source d'eau, fait circuler l'eau à travers le échangeur de chaleur et le rejette dans le plan d'eau ou dans un fossé de drainage selon les réglementations locales. N'importe lequel de ces systèmes peut être utilisé en conjonction avec un système de chauffage conventionnel, comme une fournaise au gaz ou électrique, pour faire unsystème hybridequi utilise la pompe à chaleur pour le chauffage d'appoint afin de réduire les coûts énergétiques.

Avantages et inconvénients des pompes à chaleur géothermiques

L'installation d'une pompe à chaleur géothermique à boucle horizontale altère le paysage et n'est pas envisageable sur certains types de terrain ou si le sol est fortement boisé car, tout comme un champ d'épuration septique, une boucle géothermique est vulnérable à l'incursion des racines des arbres. L'installation d'une boucle verticale peut être une solution lorsqu'une boucle horizontale ne fonctionne pas, mais elle est plus coûteuse car elle implique de percer des trous de plusieurs centaines de pieds de profondeur, souvent à travers le substrat rocheux. Un système de source d'eau est le moins cher à installer, mais c'est une option uniquement pour les propriétés suffisamment proches d'un plan d'eau approprié.

Si vous décidez d'installer un système de pompe à chaleur géothermique, vous bénéficiez des avantages suivants :

• ​Faibles coûts d'exploitationqui peuvent compenser les coûts d'installation élevés en quelques années seulement. Une fois opérationnelles, les pompes à chaleur géothermiques coûtent 65 % moins cher que les systèmes de chauffage conventionnels. Même si une pompe à chaleur consomme plus d'électricité qu'une système de chauffage au gaz conventionnel, il utilise beaucoup moins de carburant dans l'ensemble.

• ​Longévité.Les thermopompes elles-mêmes durent à peu près aussi longtemps que les fournaises, soit de 15 à 20 ans, et elles sont faciles à remplacer. Les boucles géothermiques sont plus difficiles à remplacer, mais vous ne devriez jamais avoir à le faire car elles durent de 50 à 100 ans.

• ​Chaleur propre et sans émission. Les pompes à chaleur géothermiques sont sans danger pour l'environnement et ne présentent aucun danger de monoxyde de carbone empoisonnement à l'intérieur de la maison. Les émissions sont essentiellement nulles (hormis les émissions liées à la production d'électricité).

• ​Économies d'énergie supplémentaires.Vous pouvez connecter une pompe à chaleur à votre chauffe-eau et l'utiliser pour chauffer de l'eau. En plus d'être une stratégie d'économie d'énergie, c'est plus propre que de chauffer l'eau au gaz ou à l'électricité.

Les deux inconvénients les plus importants sont les coûts initiaux pour l'installation et la dépendance à l'emplacement.

Trois questions à vous poser

Si vous vous demandez si vous devriez envisager une pompe à chaleur géothermique pour votre maison, posez-vous des questions comme :

​1. Ma maison est-elle bien située ?​

Si c'est dans un milieu urbain encombré avec des systèmes municipaux d'aqueduc et d'égout, vous n'avez probablement pas de place pour creuser beaucoup, et il est peu probable que vous obteniez les permis nécessaires. S'il s'agit d'un environnement fortement incliné ou fortement boisé, l'installation peut également être peu pratique.

​2. Est-ce que j'aime mon aménagement paysager tel qu'il est ?​

Le creusement requis est perturbateur, vous devez donc être prêt pour le changement. C'est l'une des raisons pour lesquelles les pompes à chaleur géothermiques sont mieux installées dans le cadre d'une nouvelle construction lorsque l'aménagement paysager n'a pas encore été développé.

​3. Ma maison est-elle assez étanche ?​

Les thermopompes ne fournissent pas autant de chaleur que les fournaises, et vous en perdrez beaucoup à cause des fenêtres non scellées et des interstices dans les planchers et les plafonds mal isolés. Combler les lacunes et améliorer l'isolation est une option, mais cela s'ajoute aux coûts initiaux déjà élevés de l'installation d'une pompe à chaleur géothermique.