La technologie des pompes à chaleur géothermiques exploite l’énergie
Nous savons que l’énergie géothermique profite de l’approvisionnement presque constant en énergie thermique au sein de la Terre. La technologie des pompes à chaleur géothermiques tire parti de cette immense énergie thermique pour produire du chauffage, du refroidissement et de l’électricité pour nos maisons et nos bâtiments.
La géothermie fonctionne comme une source d’énergie alternative car l’intérieur de la Terre est beaucoup plus chaud que la surface. L’énergie géothermique est une ressource renouvelable abondante et propre car elle ne repose pas sur la combustion de combustibles fossiles pour produire de la chaleur. Cela signifie qu’elle ne produit aucune émission directe de gaz à effet de serre, polluant ainsi moins notre atmosphère. Elle est donc très adaptée au chauffage et au refroidissement des habitations.
Un des principaux inconvénients de l’utilisation des climatiseurs traditionnels pour le chauffage ou le refroidissement des bâtiments est qu’ils échangent de la chaleur avec l’air ambiant qui les entoure. Cette température atmosphérique varie avec les changements de saisons, atteignant des extrêmes chauds et froids au cours de l’année.
Si une autre source de chaleur, avec une température presque constante, était disponible, où la chaleur pourrait être absorbée pendant les saisons plus froides et dissipée durant les saisons plus chaudes, le cycle de réfrigération utilisé pour le chauffage et le refroidissement de nos bâtiments serait plus efficace tout au long de l’année, car il ne serait pas affecté par les extrêmes de température saisonniers.
Une pompe à chaleur géothermique (GHP) ou une pompe à chaleur à source terrestre (GSHP) est un système de chauffage et/ou de refroidissement central qui fonctionne comme un réfrigérateur, mais en inverse, en extrayant l’énergie thermique d’une zone et en la dissipant dans une autre zone.
Les pompes à chaleur géothermiques utilisent un cycle de chauffage et de réfrigération avec le sol servant de milieu pour dissiper la chaleur de son condensateur pendant l’été (puits de chaleur) et absorber de la chaleur grâce à son évaporateur pendant les mois d’hiver (source de chaleur).
Comme les systèmes de pompes à chaleur géothermiques et à source terrestre utilisent le sol ou les cours d’eau géothermiques comme source de chaleur, ils fonctionnent plus efficacement, car ils ne sont pas affectés par de grandes variations de température de l’air au-dessus. En revanche, une pompe à chaleur à air exploitera la chaleur de l’air extérieur plus froid et nécessitera donc plus d’énergie.
Bien que le climat change tout au long de l’année, croyez-le ou non, il n’est pas nécessaire de creuser très profond, des forages géothermiques d’environ 2,5 mètres (8 pieds) ou un peu moins en dessous de la ligne de gel suffisent pour trouver le niveau de terre qui reste à une température relativement constante toute l’année. Cette température est plus chaude que l’air au-dessus en hiver et plus fraîche en été.
Bien sûr, cette température constante du sol dépend de la latitude de la région où vous vivez. Mais elle peut varier d’environ 6oC (42oF) dans les pays nordiques plus froids jusqu’à près de 20oC (69oF) dans les pays équatoriaux plus chauds.
Le géothermique à source terrestre est généralement trop bas en température pour la production d’électricité mais peut être utilisé pour le chauffage et le refroidissement de l’espace et d’autres usages similaires. Cela signifie que vous pourriez être en mesure d’installer une pompe à chaleur géothermique au sol pour chauffer et refroidir votre maison, en faisant une alternative économiquement avantageuse au chauffage domestique conventionnel à base de pétrole ou de gaz.
Comment fonctionne le géothermique
La technologie des pompes à chaleur géothermiques utilise un système de tuyauterie en plastique (polypropylène) en spirale de long diamètre, entre 20 mm et 75 mm (3/4″ à 3″) et d’une longueur de plus de 80 mètres (environ 250′) enterré horizontalement dans le sol.
Une pompe à eau fait circuler un liquide porteur thermique, généralement de l’eau mélangée à du sel de saumure ou à un antigel, à travers ces tuyaux en boucle fermée qui transportent le fluide de refroidissement ou de chauffage, couramment appelé « réfrigérant ». Ce fluide absorbant la chaleur passe par un cycle de condensation (absorption de chaleur) et d’évaporation (libération de chaleur) qui déplace la chaleur entre les tuyaux et un échangeur de chaleur.
À mesure que le fluide circule dans les tuyaux souterrains, il absorbe la chaleur du sol et, lors de son retour, le fluide maintenant plus chaud passe par l’échangeur de chaleur des pompes à chaleur pour extraire la chaleur du fluide qui est ensuite utilisée pour chauffer le bâtiment. Le fluide réfrigéré est renvoyé dans le sol, poursuivant ainsi le cycle.
Contrairement aux réfrigérateurs et aux climatiseurs, les pompes à chaleur à source terrestre peuvent fonctionner dans les deux sens, chauffant et refroidissant. En inversant la direction du flux de chaleur, le même système peut être utilisé pour circuler de l’eau refroidie à travers la maison pour le refroidissement pendant l’été. La chaleur est alors évacuée vers le même sol relativement frais plutôt que de l’évacuer vers l’air plus chaud à l’extérieur comme le fait un climatiseur classique.
En conséquence, la chaleur absorbée est pompée à travers une différence de température plus petite, ce qui entraîne une efficacité supérieure et une consommation d’énergie réduite. Cependant, les pompes à chaleur à source terrestre ne sont peut-être pas complètement écologiques car elles consomment de l’électricité pour fonctionner, qui peut provenir de sources renouvelables ou non renouvelables, selon l’emplacement.
Cependant, les économies de coûts énergétiques avec une pompe à chaleur géothermique peuvent être importantes, utilisant jusqu’à 60 % moins d’électricité que les unités de climatisation traditionnelles, car elles n’ont pas à créer leur propre chaleur, mais simplement à la déplacer d’un endroit à un autre.
Avantages des pompes à chaleur géothermiques
La technologie des pompes à chaleur géothermiques présente de nombreux avantages et bénéfices en tant que source d’énergie renouvelable pour chauffer et refroidir nos maisons. Ceux-ci incluent :
- Elles consomment beaucoup moins d’électricité que les systèmes de chauffage conventionnels.
- Elles sont plus efficaces pour chauffer et refroidir votre maison.
- Un bon système peut économiser de l’énergie et de l’argent.
- Elles réduisent la pollution de l’air car elles ne brûlent pas de combustibles fossiles.
- Étant donné qu’elles utilisent la chaleur du sol, elles peuvent être installées partout dans le monde.
La technologie moderne a contribué à rendre le chauffage géothermique économiquement viable pour une utilisation dans n’importe quel emplacement géographique. Plusieurs options de conception majeures sont disponibles pour les systèmes d’énergie géothermique, qui sont classés par leur fluide thermique et leur disposition d’échangeurs de chaleur au sol, la spirale horizontale étant la plus courante en raison de leur simplicité et de leur facilité d’installation. Cela signifie qu’il n’y a pas de trous profonds à creuser.
Les pompes à chaleur géothermiques pour le chauffage à source terrestre ont des coûts d’investissement plus élevés mais cela est compensé par leurs coûts opérationnels plus bas par rapport à d’autres formes de systèmes de chauffage et de refroidissement domestiques (CVC).
De manière générale, la durée de vie des systèmes et installations de technologie de pompes à chaleur géothermiques est beaucoup plus longue que celle d’un système de chauffage et de refroidissement conventionnel, mais leur bénéfice économique global et leur période de retour sur investissement dépendront principalement de l’utilisation et des coûts relatifs de l’électricité et des combustibles utilisés pour le chauffage et le refroidissement de la maison.
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