Géothermie et Aérothermie

Géothermie et Aérothermie

Sous ces deux dénominations ce cache un seul procédé et un type de machine...La pompe à chaleur. Lorsque l'on puise des calorie dans l’air, on utilise le principe de l'aérothermie, lorsque la source de chaleur est la terre ou bien une nappe d'eau sous terre on l'appelle géothermie.
La pompe à chaleur, principe

La pompe à chaleur est un appareil thermodynamique constitué d’un circuit fermé étanche dans lequel circule un fluide frigorigène qui change d’état (liquide ou gazeux) en fonction des quatre organes qu’il traverse : l’évaporateur, le compresseur, le condenseur et le détendeur.

  • dans l’évaporateur, la chaleur prélevée dans le sol ou dans l'air est transférée au fluide frigorigène qui se vaporise et donc passe de l’état liquide à l’état gazeux.
  • le compresseur électrique comprime le fluide et en élève la température.
  • le condenseur permet alors au fluide frigorigène de céder sa chaleur au fluide du circuit de chauffage. Le fluide frigorigène revient à l’état liquide.
  • le détendeur abaisse ensuite la pression du liquide frigorigène, ce qui amorce sa vaporisation pour un nouveau cycle.

Le fonctionnement de la PAC repose donc sur la capacité du fluide frigorigène à se vaporiser et à se condenser à température ambiante.

L'organe principal de la pompe à chaleur, le compresseur est entraîné par une alimentation électrique. Pour 1 kW électrique consommé, la quantité de chaleur restituée dans l’habitation est de 3 à 5 kW. Ce rapport, est appelé coefficient de performance (COP).

Aérothermie

Les calories contenues dans l'air extérieur peuvent être captées et exploitées afin de chauffer un bâtiment et/ou de produire de l'eau chaude sanitaire, c'est l'aérothermie. Elle peut se décliner en chauffage par air soufflé (système air/air)du type climatiseur réversible, ou bien en chauffage par un circuit hydraulique, plancher chauffant ou radiateurs basse température (système air / eau).

La température de la source de prélèvement de la pompe à chaleur, à savoir dans ce cas l'air, n'est pas stable et peut atteindre des températures basses. Les performance de la pompe à chaleur étant proportionnelles à la température de captage, on notera une diminution de l'efficacité de la pompe, dès lors beaucoup plus sollicitée pour une même restitution de chaleur à l'intérieure de l'habitation.

Ainsi, il est de coutume d'ajouté un appoint sous la forme d'une résistance électrique dont la puissance est calibrée en fonction des besoin de l'installation.

Géothermie

La pompe à chaleur exploite ici les calories contenues dans le sol ou dans l'eau d'une nappe phréatique.

Ce procédé peut se décliner en trois systèmes :

  • Le captage vertical consiste à récupérer la chaleur par le biais de capteurs disposés horizontalement à environ 60 cm de profondeur. Ces capteurs sont des tuyaux en polyéthylène ou en cuivre gainé spécifiquement adaptés à la circulation sous pression et en circuit fermé de l’eau glycolée (antigel) ou du fluide frigorigène, selon la technique utilisée. C’est grâce à eux que se font les échanges thermiques. Cette technique est la plus courante et la moins onéreuse, cependant elle peut nécessiter une grande surface de captage (1,5 à 2 fois la surface chauffée).

 

  • Le captage vertical consiste à récupérer la chaleur du sol à des profondeurs comprises entre 80 et 120 mètres. Il nécessite donc un ou plusieurs forage(s) selon la nature de l’opération prévue. Ce système de sonde géothermique est adapté à tous les contextes géologiques. Le circuit comporte un tube formant une seule boucle verticale, en forme de U. Réalisé en polyéthylène, ce tube permet la circulation du fluide sous pression et en circuit fermé. Le fluide va récupérer la chaleur et la transmettre à la PAC pour chauffer l’habitation. Ce système par captage vertical a l’avantage d’occuper une surface au sol nettement moins importante que le système horizontal. D’un coût plus élevé que le captage horizontal, il offre une performance constante, la température à - 80 mètres ne variant que faiblement.

 

  • Le système de captage sur nappe d’eau souterraine consiste à prélever l’eau de cette nappe et à en récupérer la chaleur. Il nécessite la réalisation de deux forages, l’un pour le captage proprement dit, l’autre pour rejeter l’eau une fois les calories extraites. Selon les types d’eau, il est conseillé d’installer un échangeur entre le capteur et la pompe à chaleur, voire un filtre, afin de récupérer les impuretés éventuelles de l’eau. Le captage sur nappe offre un grand intérêt en termes de puissance et de rendement. La température de l’eau d’une nappe reste constante toute l’année (entre 9° C et 12° C). Le COP (coefficient de performance) peut atteindre 5 (pour 1 kW d’électricité consommée, 5 kW sont restitués).
 

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