ENERGIE EOLIENNE

ENERGIE SOLAIRE

ENERGIE THERMIQUE

PRINCIPE POMPE A CHALEUR GEOTHERMIQUE ET AEROTHERMIQUE

Chaque jour, notre planète absorbe de l'énergie solaire qu'elle stocke sous forme de calories dans le sol. Pour peu qu'on sache l'exploiter, cette réserve de chaleur réapprovisionnée en permanence est inépuisable et gratuite.

Capter cette énergie thermique, la transformer pour la rendre utilisable, s'en servir pour chauffer les habitations, c'est possible grâce à une machine maintenant bien au point
la pompe à chaleur géothermique.

Cet équipement présente des performances très intéressantes, puisque, pour un kilowattheure d'énergie électrique consommé, il restitue trois à quatre kilowattheures de chaleur pour votre logement. Le COP.

Une bonne partie de votre chauffage peut donc être assurée par une énergie gratuite, renouvelable et non polluante prélevée dans le sol.

Une pompe à chaleur est un dispositif thermodynamique permettant de transférer la chaleur du milieu le plus froid (et donc le refroidir encore) vers le milieu le plus chaud (et donc de le chauffer), alors que spontanément la chaleur se diffuse du plus chaud vers le plus froid jusqu'à l'égalité des températures.

Le réfrigérateur est le système de pompe à chaleur le plus connu. Le climatiseur est un autre système de pompe à chaleur courant. Les deux servent à produire "du froid" plus que de la chaleur: la chaleur qu'ils génèrent est perdue.

Mais le terme de « pompe à chaleur » (PAC) s'est surtout diffusé pour désigner la pompe à chaleur géothermique ou la pompe à chaleur air-eau, système de chauffage domestique popularisé en France suite au premier choc pétrolier en 1973. Dans certains pays dont la France, des incitations fiscales soutiennent la diffusion de certains modèles de pompe à chaleur air-eau. Ces systèmes regagnent en popularité depuis l'an 2000, notamment en raison de la construction de nombreuses piscines.

Les différents systèmes
Certaines « PAC » travaillent sur la chaleur de l'air (air-air ou air-eau), d'autres avec la chaleur de l'eau (eau-eau, plus rarement eau-air), ou du sol. Les PAC utilisant la chaleur du sol sont appelées pompe à chaleur géothermique.

Qu'est-ce que le COP ?
La performance énergétique d'une pompe à chaleur se traduit par le rapport entre la quantité de chaleur produite par celle-ci et l'énergie électrique consommée par le compresseur. Ce rapport est le coefficient de performance (COP) de la pompe à chaleur.

Fonctionnement de la PAC
La pompe à chaleur géothermique, aussi appelée géothermie domestique, utilise la chaleur contenue dans le sol pour alimenter un plancher chauffant.

Ce principe connu depuis une vingtaine d'années, a subi de notables évolutions techniques qui lui permet de rivaliser avec les moyens de chauffage "traditionnels". Une PAC dite réversible permet au plancher de devenir rafraîchissant en période estivale.

La pompe à chaleur à eau (géothermique) utilise le sol ou une source d'eau: puits, rivière, lac, ruisseau, eaux souterraines. La pompe à chaleur à air utilise l'air ambiant, toujours disponible en abondance et sans problèmes de rejet.

POMPE A CHALEUR GEOTHERMIQUE

Parmi tous les types de pompes à chaleur existantes, les PAC géothermiques sont les plus performantes. Les procédés mis en œuvre sont bien au point, robustes et fiables.

Circuit de captage

Pour les habitations individuelles ou les petits immeubles, la plupart des pompes à chaleur géothermiques captent l'énergie du sol par un circuit constitué de tuyaux de polyéthylène.

Le circuit de captage de la pompe à chaleur à eau est constitué d'une pompe de circulation, d'un point de prélèvement avec crépine et éventuellement des filtres, et d'un rejet.

Il existe deux types de captage :

Capteurs horizontaux

Enterré à environ 1 mètre sous le sol, le circuit est constitué de boucles (par exemple sous le jardin). Il occupe environ deux fois la surface à chauffer, soit par exemple 400m² pour une surface à chauffer de 200m². Cet espace peut être planté de gazon ou de petits arbustes, mais ne peut accepter d'arbres aux longues racines.

Capteurs verticaux

Le circuit comporte un tuyau formant une seule boucle verticale. Il nécessite un forage en profondeur (environ 80m). Plus coûteux, il présente l'avantage d'occuper moins de surface au sol. Les capteurs verticaux sont également appelés sondes géothermiques.

La chaleur est prélevée dans une nappe phréatique, un lac ou un cours d'eau.

La pompe à chaleur prélève la chaleur dans l'eau et la transfère à un niveau de température plus élevé dans le circuit d'eau chaude de l'installation du chauffage.

L'appareil de la PAC

L'appareil qui prélève de la chaleur à la source froide grâce au circuit de captage, dispose de 4 organes principaux:

1)le condenseur : le fluide frigorigène libère sa chaleur dans l'habitation en passant de l'état gazeux à l'état liquide,.

2) le détendeur : il prépare la réaction de vaporisation en abaissant la pression du liquide.

3) l'évaporateur : la chaleur prélevée à la source froide vaporise le fluide frigorigène.

4) le compresseur : actionné par un moteur électrique, il élève la température du fluide frigorigène en le comprimant.

Il existe deux technologies différentes :

La détente directe : elle se compose d'un seul circuit. Le fluide frigorigène passe directement dans le sol chauffant ou les convecteurs. Le circuit de captage joue le rôle d'évaporateur et celui de chauffage assure la condensation.

les fluides intermédiaires : elle possède un circuit séparé pour le captage, la pompe à chaleur et le chauffage. Ce système est un peu plus coûteux, mais plus performant, notamment pour le rafraîchissement, et il utilise moins de fluide frigorigène.

Le fluide circulant dans une pompe à chaleur subit un cycle de transformation composé de 4 étapes

À la sortie du compresseur, le fluide est sous forme de vapeur à haute pression et sa température est élevée.

Dans le condenseur, le fluide cède de l'énergie qui est transférée vers l'extérieur (circuit de chauffage) sous forme de chaleur.

À la sortie du condenseur, le fluide reste sous forme gazeuse mais sa température a diminué.

Dans le détendeur, l'énergie du fluide (son enthalpie) reste constante.

À la sortie du détendeur, le fluide est un mélange liquide-gaz à basse pression et basse température.

Dans l'évaporateur, le fluide récupère de l'énergie sous forme de chaleur (circuit de captage). La pression reste constante et le fluide devient totalement gazeux.

À la sortie de l'évaporateur, le fluide est chaud et à faible pression.

Dans le compresseur, le gaz est compressé et passe donc d'une basse pression à une pression plus élevée grâce à l'énergie mécanique fournie par le compresseur. Cette transformation peut se faire à température constante.

Au refoulement (ou sortie) du compresseur le fluide frigorifique est a l’état gazeux, à température élevée et a haute pression.

Dans le condenseur le fluide se condense, il passe de l’état gazeux a l’état liquide (à pression constante) en cédant des calories (de l'énergie) au milieu avec lequel il échange de la chaleur (maison en hiver, l’extérieur en été).

A l’entrée du détendeur (ou à la sortie du condenseur) le fluide est a l’état liquide, on dit que le fluide est sous-refroidi (le fluide est toujours en haute pression mais à une température plus faible, de l’ordre de 4 a 7 °C de moins). Dans le détendeur le fluide est détendu, il passe d'une haute pression à une pression basse et de l’état liquide à l’état liquide et gazeux (à enthalpie (énergie) constante s'il n'y a pas d'échange de chaleur avec le milieu extérieur). La température passe d’une température élevée à une température basse.

A l’entrée de l’évaporateur le fluide est à la fois à l’état liquide et gazeux et à basse pression. Dans l’évaporateur le fluide s’évapore et passe de l’état liquide et gazeux à l’état de vapeur (à pression constante) en prenant des calories (énergie) au milieu avec lequel il échange de la chaleur (maison en été, l’extérieur en hiver). À la sortie de l’évaporateur et à l’entrée du compresseur le fluide frigorifique est dit surchauffé (il est la même pression que dans l’évaporateur mais a une température plus importante, de l’ordre de 4 a 7 °C de plus).

Le fluide est aspiré par le compresseur où il est comprimé d'une pression basse vers une pression élevée.

Le fluide frigorigène

Le fonctionnement des machines thermodynamiques (réfrigérateur, pompe à chaleur) est fondé sur la capacité des fluides frigorigènes à se vaporiser et se condenser à température ambiante.

Jusqu'à ces dernières années, le fluide frigorigène le plus employé était le R22 dont l'emploi est de plus en plus proscrit. Il contient en effet du chlore dont les effets destructeurs sur la couche d'ozone sont aujourd'hui bien connus. C'est de plus un gaz à effet de serre puissant.

Le R22 sera progressivement remplacé par des fluides de substitution, tels les HFC (R407C, R410A et R417A), inoffensifs vis à vis de la couche d'ozone et, pour certains, présentant un effet de serre plus faible.

Le circuit de chauffage

On utilise principalement deux types de système de chauffage :

Le plancher chauffant

Les ventilo-convecteurs

Les radiateurs peuvent parfois être utilisés s'ils sont adaptés au chauffage à basse température; ce peut être le cas pour des installations anciennes dimensionnées pour un fonctionnement en thermosiphon: les dimensions de canalisations et de radiateurs peuvent permettre de chauffer à basse température avec un débit très supérieur à celui du thermosiphon grâce aux accélérateurs modernes.

La production d'eau chaude sanitaire

Les pompes à chaleur géothermiques sont avant tout des systèmes de chauffage. Elles peuvent également remplir d'autres fonctions. Certains modèles permettent de chauffer l'eau d'un ballon en récupérant une partie de la chaleur du fluide frigorigène à l'aide d'un échangeur de chaleur. Cette fonction n'est assurée que pendant la période de chauffage de l'habitation. En dehors de cette période, une résistance électrique placée dans le ballon prend le relais.

Le rafraîchissement d'un bâtiment en été

Si une pompe à chaleur est un réfrigérateur à l'envers, une pompe à chaleur à l'envers… est un réfrigérateur. Elle peut donc assurer non seulement la production de chaleur en hiver, mais aussi la production de froid en été. On parle alors de pompe à chaleur réversible.

Elle est dans ce cas équipée d'un dispositif permettant d'inverser le cycle du fluide frigorigène. Le condenseur devient l'évaporateur de la pompe, l'évaporateur devient condenseur : la PAC puise alors des calories dans le logement pour les rejeter à l'extérieur (dans les capteurs enterrés).

POMPE A CHALEUR AIR

Les calories nécessaires au chauffage de la maison sont puisées dans l'air extérieur. Cette source de chaleur est facilement exploitable, sans capteur important ou coûteux à installer et sans autorisation spéciale.

Le chauffage est assuré soit par de l'air chaud pulsé (pompe à chaleur air / air), soit par le biais d'un circuit hydraulique alimentant un plancher chauffant, des radiateurs ou des ventilo-convecteurs (pompe à chaleur air / eau).

Ces pompes à chaleur sont réversibles et peuvent rafraîchir la maison en été.

Contrairement à la température du sol qui reste stable tout au long de l'année entre 10 et 15 °C, celle de l'air extérieur fluctue et peut devenir très basse.

Or la performance d'une PAC est directement proportionnelle à la différence entre la température du milieu où l'on prélève la chaleur et la température de consigne du chauffage. Plus cet écart est important, moins bonne est la performance C'est pourquoi les PAC sur air sont moins performantes que les PAC géothermiques. Il est plutôt conseillé de les installer dans des zones à climat doux, comme les zones côtières par exemple.

Dans les régions à climat rigoureux, il est nécessaire de prévoir un chauffage d'appoint qui prenne le relais de la PAC lorsque la température extérieure devient trop basse.

Le ventilo-convecteur

Vous recherchez un système centralisé assurant la climatisation et le chauffage de votre logement ?Pratique a installer, choisissez le ventilo-convecteur !

Comment ça marche ?

La pompe à chaleur alimente, selon la saison, en eau chaude ou rafraîchie un réseau d'eau auquel les ventilo-convecteurs sont raccordés. L'air de la pièce est filtré par le ventilo-convecteur, puis chauffé ou rafraîchi avant d'être diffusé.

Un thermostat d'ambiance vous permet de contrôle et d'ajuster comme vous le souhaitez, la température de chaque pièce.

Le passage de la fonction "climatisation" à la fonction "chauffage" s'actionne avec un simple bouton inverseur.

Avantages

Double fonction : permet de chauffer et de climatiser,

Facture de chauffage réduite grâce à la pompe à chaleur,

Existe dans de nombreux modèles pour s'intégrer à votre décoration.

La consommation de votre système à ventilo convecteurs dépend de la pompe à chaleur installée, des caractéristiques techniques de votre logement (zone géographique, isolation...) et du confort souhaité.

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