Principe de fonctionnement d’une pompe à chaleur géothermique

Principe de fonctionnement d’une pompe à chaleur géothermique
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1 / Connaître avant tout le principe d’une pompe à chaleur

Il s’agit d’un dispositif thermodynamique qui prélève la chaleur présente dans un milieu naturel (l’air, l’eau, la terre) pour la transférer vers un autre (par exemple dans un logement pour le chauffer).
Le système de pompe à chaleur fonctionne en fait comme un réfrigérateur (mais à l’inverse, la chaleur est transférée de l’intérieur du réfrigérateur vers l’extérieur). En géothermie, le terme de pompe à chaleur (PAC) est surtout utilisé pour désigner des systèmes de chauffage domestique.
Une pompe à chaleur géothermique peut fonctionner uniquement dans un sens pour produire du froid (climatiseur froid seul) ou du chaud (pompe à chaleur solaire) ou bien dans les deux sens (pompe à chaleur réversible qui produit du frais en été et de la chaleur en hiver).

On distingue plusieurs types de pompe à chaleur géothermiques: (air/air, air/eau, eau/eau ou sol/sol => le premier terme définit l’origine de l’énergie / le deuxième terme définit le type de diffusion possible).

Pompe à chaleur air/air

La chaleur est prélevée dans l’air et est transférée directement à l’air du local à chauffer ou à refroidir.

Pompe à chaleur air/eau

La chaleur est prélevée dans l’air et est transférée à un circuit d’eau qui alimentera par exemple un plancher chauffant et/ou rafraîchissant, des radiateurs ventilo-convecteurs ou aérothermes.

 

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2 / Principe de fonctionnement d’une pompe à chaleur géothermique

Pompe à chaleur géothermique eau/eau

Le système prélève la chaleur dans un circuit d’eau en contact avec un élément qui lui fournira la chaleur (terre, nappe phréatique) pour la transférer à un autre circuit d’eau (système généralement adopté pour la géothermie.

Pompe à chaleur géothermique sol/sol

La pompe à chaleur sol/sol puise la chaleur dans la terre et la diffuse dans la maison via un plancher chauffant. Très efficace, la pompe à chaleur sol / sol est conseillée dans le cadre de construction ou d’importantes rénovations, le plancher chauffant étant un émetteur lourd à installer.

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 géothermique.
Le COP ou coefficient de performance est de l’ordre de 5 sur les modèles de pompe à chaleur géothermiques installés actuellement (cela signifie que pour 1 kW d’électricité consommée, la maison recevra 5 kW de chaleur).

Les systèmes les plus performants ont des COP de 7. Les systèmes à air, moins performants, ont des COP variant de 2 à 5,20.

NB : la chaleur des premières dizaines de mètres du sol n’est pas due à la chaleur profonde de la terre, mais au rayonnement solaire, la pompe à chaleur (PAC) est souvent qualifiée de géothermique, ce qui est abusif car il s’agit en réalité d’un chauffage solaire utilisant l’électricité.

pompe

geo

 

La pompe à chaleur géothermique comporte un circuit de captage formé de capteurs.

Dans le cas de capteurs horizontaux :

le circuit est constitué de tubes en boucle, enterrés à faible profondeur entre 0,60 et 1,20 mètre, sur une surface devant représenter entre 1,5 et 2 fois la surface à chauffer. Y circule le fluide frigorigène.

POMP 5

 

Dans le cas de capteurs verticaux :

le circuit est composé de 2 tubes de 75 mètres (sondes géothermiques), distants de 10 m et reliés entre eux en formant une boucle. Son avantage sur les capteurs horizontaux est la faible surface qu’il requiert.

pomp 6

 

Quant à la pompe à chaleur géothermqiue elle-même, elle est constituée, dans l’ordre du cycle:

  • un évaporateur permettant l’évaporation du fluide frigorigène grâce à la chaleur captée,
  • un compresseur aspirant le fluide vaporisé et élevant la température (1),
  • un condensateur faisant revenir le fluide à l’état liquide,
  • un détendeur abaissant la pression du liquide frigorigène.

(1) C’est après l’élévation de la température que le fluide transmet sa chaleur directement à l’air à chauffer ou à l’eau du circuit de chauffage.

La pompe à chaleur géothermique est le système de chauffage qui émet le moins de CO2 (voir tableau comparatif)

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