Le Guide Du Chauffage Geothermique

5/12/2018 Le Guide Du Chauffage Geothermique

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L E G U ID E D U C H A U F F A G EG E O T H E R M I Q U E


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L E G U I D E D U C H A U F F A G EG E O T H E R M I Q U EJean -M a rc P ercebo is

EYROllES


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E D I T IO N S E Y R O L L E S6 1 , b ld S ai nt -G e rm a in75240 P ar is C e de x 05www.editions-eyrolles.com

S O M M A I R EA V A N T - P R O P O S

credits: E LE M EN T S D E C O N TE XT Ep. 6-7: V e ra K a ilo va L u ki c - f ot oli a. co mp. 1 4- 15 : M ich el G atti - iotolia.comp. 4 4-4 5 : Jean-C lau de D rillon - lotolia.comp. 86 -87: G a ly na A n dr us hk o - f ot oli a. co mp. 1 1 0 -1 1 1 : C ed ric B ass et - f ot olia .c omp. 1 2 6- 12 7 : P as ca l E is en sc hr nid t - f ot oli a. co mp. 1 54 -1 55 : A n ge Ji qu e P au v in - f ot oli a. co m

lE C O N T E X T E E N E R G E T IQ U EL E G A Z A E F F E T D E S E R R EL E C O N T E X T E F R A N ~ A ISl E B A T IM E N T , P R E M IE RC O N S O M M A T E U R D 'E N E R G I EL E B A T I M E N T E T L E S E M IS S I O N S

D E G A Z A E F F E T D E S E R R EL E M A R C H E D E L A P A C

LA P OM PE A CHA LEURAcheve d 'impri rner : EMD S.A.S .N dediteur: SOO)N d ' lDlpr iJ1 l eur : 22113Depot legal: octobre 2009hllpr'i ll li en France

P R IN C IP E D E F O N C T IO N N EM E N TU N C Y C L E D E C H A L E U R S I M P L EL E S P R IN C IP A U X E L E M E NT S

D 'U N E P O M P E A C H A L E U Ree O I I " tf ;W {s f mp rme . p ow r im/ " lt NT - sur puper SaJ J(11 J J 5 . t o ' ( I t - " P(fl.1Cferr('_\'I\iio11'i!:J.:im',1./011/Ies usincs 011/ ohtenu to t'l',-tijicu/1rm (,mtm/1t"fcn ,_../SO 11001 (I flfJhnll n,,~rOnl4~m'Jjf ix 1101"11(" EeF et t:J\/AS

L e c od e d e Ia p rop rie te in teilectu elle d u 1 " ju illet 1 992 inte rd it en effet ex pre ssem ent lapho~ocopi .e a u sa ge c olle ct if sa ils . a ut urisa tio n d es a ya nt s d ro it . Or, c ett e p ra tiq ue s'e st' 1 r t r " ' " g en er alJ se e n ot ar nm e nt d al~ s I E'S e ra blis se m en r: s d '. en se ig lle m en t, p rn vn qu an t u ne b ais se h ru ta le1m! d es achats de liv res , au po in t qu e la poss ib ilite m em e pou r les au teu rs d e creer d es ceu vresn ou ve lle s e t d e le s f aire e dit er c orre ct em en t e st a ujo urd 'h ui me n a t e a

Enapplicat ion de la lo i du 11 mar s 1957 , iJ e st in te rd it d e re pro du ire in te gra le me nt o u p art ie lle me nt I ep~ e5e nt ou vra ge, su rq ue Jq ue su ppo rt q ue ce soit , sa ns I 'a ut orisa tio n d e l 'E di te u r o u du Centre Fran~aisd ex ploitatio n d u d roit d e copie , 2 0, ru e d es G ra nd s A u gu st in s, 75006 Paris. . 2 00 9, G r ou p e E yr oll es , I S B N : 97B-2-212-12435-~

L E R E N D EM E N TL E C O P (C O E F F I C I E N T

D E P E R F O R M A N C E )L E S P F ( F A C T E U R D E P E R F O R M A N C E

S A I S O N N I E R E )L E S M O D E S D E F O N C T IO N NE M E NT

5 lE D I M E N S IO N N E M E N TD E L A P O M PE A C H A L E U RR E G lE G E N E R A L E

D E O I M E NS IO N N E M E N T6 L E S T E M P E R A T U R E S E X T E R I E U R E S

D E B A S EL E D IM E N S IO NN E M E N T D A N S L E N E U FL E D IM E N S IO N NE M E NT E N R E NO V A T IO N

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lE S C AP TE UR S12

lE C H O IX D U C A P T E U R12 L E C A P T E U R E X TE R IE U R13 Q U E L L E S O U R C E D E C H A L E U R ?

lE C A P T E U R H O R IZ O N T A LL E S Y S T E M E E A U G L Y C O L E E

1 4 L E S YS T E M E S O L ( D E T E N T E D lR E C T E )L A . P O S E

lE i17 C A P TE U R V E R T IC A L ( F O R A G E

S U R S O N D E G E O T H E R M IQ U E )1 9 L A T E M P E R A T U R E O U S O U S- S O L

L A T E M P E R A T U R E D E F O N C T IO N NE M E NT30 L E M A R C H E

L A S O N D E G E O T H E R M IQ U E30 L E S A S P E C T S A D M l iN lS T R A T IF S

L E S N O R M E S]4 L E F O R A G E O B L I Q U E35 L A S O N D E G E O T H E R M IQ U E G A Z

(D E T E NT E D I R E C T E )

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S O M M A I R E 0L E C A PT A G E S U R N A P P E P H R E A T IQ U E 7 S l E P L A N C H E R C H A U F F A N T / G A R AN T IE S E T E N TR E TIE N 1 2 6 L A P O M P E A C H A L E U R A E A U E T E A UL E S A S P E C T S G E N E R A U X 7 S R A F R A l c H I S S A N T 9 7 L A P O M P E A C H A L E U R D E S O L A S O L 1L A C O N S T I T U T I O N D 'U N E N A P P E U N P L A N C H E R C H A U F F A N T L A M IS E E N S E R V IC E L A P O M P E A C H A L E U R D E S O L

P H R E A T I Q U E 75 P O U R L A R E NO V A T IO N 99 E T t :E N T R E T I E N 1 2 8 E T E A U A C A P T E U R H O R I Z O NT A LL E S T E M P E R A T U R E S U N P L A N C H E R C H A U F F A N T L A R E G L E M E N T A T IO N 1 2 8 L E S S U B V E N T IO N S D E L :A N A H 1

D E F O N C T IO N N E M E N T 7 7 E C O L O G I Q U E 1 0 0 L A M IS E E N S E R V I C E 12 9 L ' E C O S U B V E N T I O N 1L A D IS T A N C E E N T R E L E P U I S A G E M A I N T E N A N C E / E N T R E T I E N lJl l ' E C O - P R E T A T A U X Z E R O

E T L E R E JE T 78 L E S R A D IA T E U R S C U M U L E C O -P R E T E T C R E D IT D 'I M P O TL E C A L C U L D U D E B IT D E P R E L E V E M E N T 78 E T L E S V E N T IL O -C O N V E C T E U R S 1 0 2 L A R E G L E M E NT A T I O N T H E R M IQ U E 1 3 2 L ' E C O - P R E T D E V E L O P P E M E N TL A R E L A T IO N P U IS SA N C E E T D E B I T 7 8 L E S R A D IA T E U R S 1 0 2 L A R T D A N S L E N E U F 1 3 2 D U R A B L E L A F A I S A B IL IT E 7 9 L E S V E N T IL O - C O N V E C T E U R S 1 0 6 L A R T D A NS l 'E X IS T A N T 1 3 4L E T E S T D U D E B I T 79 L E O P E 13 7 ANNEXESL A Q U A L I T E D E l 'E A U 8 0 L E S P A C H A U T E T E M P E R A T U R E E V I 1 0 7L E M O N T A G E H Y D R A U L IQ U E 81 L A B E LS D E P E R F O R M A N C E L E S S IT E S U T IL E SL E S A S P E C T S A D M I N I S T R A T I F S 8 3 E T Q U A L I F I C A T IO N 1 3 8 L E S IN S T IT U T I O N N E LSL E C O D E D E L 'E N V I R O N N E M E N T 83 L E S L A B E L S D E P E R F O R M A N C E L E S D I V E R S O R G A N IS M E SL E S N O R M E S 8 4 L E S OP T ION S 11 0 E N E R G E T I Q U E 1 3 8 Q U E lq U E S F A B R I C A N T SL A C O ND IT IO N D E R E JE T D E L 'E A U 8 4 L E S Q U A L I F IC A T I O N S 1 4 1 A U T R E S S IT E S I N T E R N E TL E S A U T R E S S O U R C E S r E A U C H A U D E S A N IT A IR E 1 1 2 I N T E R E S S A N T SD E C A PT A G E D 'E A U 8 5 D I M E N S I O N N E M E N T 11 3 L E S A ID E S F IN A NC IE R E S 1 4 3

L E S YS T E M E A A C C U M U L A T I O N 11 4 L E C R E D I T D 'I M P O T 14 3L E S YS T E M E A S E M I - A C C U M U L A T I O N U S L A P O M P E A C H A L E U R A E A U D O C U M E NT S S O U R C E SL E S Y S T E M E D 'E A U C H A U D E G L Y C O L E E E T C A P T E U R V E R T IC A L 14 S G L O S S A I R EL ES EM ET TE UR S D E C HA LE UR 86 I N S T A N T A N E E 11 5 L A P O M P E A C H A L E U R A E A U I N D E X

G L Y C O L E E E T C A P T E U R H O R I Z O NT A L 14 6 R E M E R C I E M E N T 5Q U E L M O D E D E C H A U F F A G E C H O IS I R ? 8 8 L E C H A U F F A G E D E L A P IS C IN E 1 1 BL A S E N S A T IO N D E B IE N - E T R E 88I N ST A L L A T I O N E T B A LL O N T A M P O N 8 9 L E R A F R A ic H IS S E M E N T 12 0

L 'I N V E R S IO N D E C Y C L E F R IG O R IF IQ U E 12 0L E P L A NC H E R C H A U F F A N T 9 1 L E S YS T E M E F R E E -C O O L IN G 1 2 0P O U R Q U E LS A V A N T A G E S ? 91L A R E G U L A T IO N 9 2 L A V E N T IL A T IO N 12 2L A M IS E E N C E U V R E 9 2 L A V E NT IL A T IO N . D O U B L E F L U X 1 2 2L A P A R T IC U L A R IT E D E S P L A N C H E R S L E P U IT S C A N A D IE N

C H A U F F A N T S G A Z 95 (O U P R O V E N !;A L ) 1 2 4L E S N O R M E S 9 7 L A V M C G E O T H E R M I Q U E 1 2 5

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A V A N T - P R O P O S 0

A V A N T -P R O P O SAu vu de l 'envolee des prix des energies, i lest aujourd'hui naturel,ou plutot indispensable voi re urgent, de s'interroqer sur Ie modede chauffage de sa matson.Nous percevons tous les jours Iechangement climatique et, mal-heureusement, des images viennent regulierement nous confirmerI'influence nefaste de I'homme sur sa planete,On peut ainsi naturellement s' interroger sur I 'impact environ-nemental de not re tacon de consommer, de se deplacer, de sechauffer, etc" bref sur notre tacon de vivre ensemble.Cet ouvrage va donc, dans un premier temps, evoquer lesenjeuxenvironnementaux, Naus analyserons I'impact sur notre planetsdes choix energet iques que nous devons faire pour nous st lesgenerations futures.Ensuite, nous etudierons les pompes a chaleur, leur mode de fonc-tionnement, leur mise en c:euvre,leur cout, Nous nous attarderonsplus preclsernem sur les choix techniques, et les besoins de votrehabitat, I'installation et I'entretien.Enf in nous vous donnerons toutes les clss pour une meilleuregarantie de vas choix.

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L'energie est Ie moteur de notresociete, et elle est la cle de notredeveloppementeconomique.Cependant, nous nous heurtonsactuellement a differents proble-mes essentiels qui influenceront itcoupsur notre modede consomma-tion des energies dans les futuresannees: absence de securite (poli tiquenucleaire, etc.);

approvisionnement des energies; diminution des reserves de petroles,de gaz;

changement climatique ; transport des energies du l ieu defabrication vers son lieu d'utilisation;

impact du choix de l'eneroie surIeCO2 tant en matiere d'utilisationqu'en matiere de fabrication et detransport.

Tous ces facteurs sont au cc:eur despolitiques enerqetiques internationaleset nationales.

@ LA LUTTE CONTRE LECHANGEMENT CLIMATIQUE L E G A Z A E F F E TD E S E R R Eous sommes responsables,en tant que citoyens, de I'impactenvironnemental lie a notre modede vie (transports, traitementdes dechets, chauffage de notrematson, etc .) . La lut te contre Iechangement climatique constitueun des enjeux majeurs desprochaines decennies.En un siecle, la concentrationdes gaz a effet de serre (GES)dans I'atmosphere, principauxresponsables du rechauffernentclimatique et des phenomenesmeteoroloqlques extremes,a aug mente de 30%.

Le renforeement de I 'e ffet de serre est. un phsnornene preoccupant.~ L 'E F F E T D E S E R R ELa plus grande partie du rayonnementsolai re traverse directement I 'a tmos-

l phers pour rechautter la surface duglobe terrestre.La Terre, a son tour, -renvoie- cetteenergie dans I 'espace sous forme derayonnement infrarouge de grande lon-gueur d'onde.La vapeur d 'eau, Iegaz carbonique, etd'autres gaz absorbent ce rayonnementrenvoye par la Terre, empechent l 'ener-gie de passer directement de lasurfacedu globe vers I 'espace, et rechauttenta insi l'atmosphere (15C etant la tem-perature moyenne sur Terre).~augmentation de la teneur atmos-pheriqus en gaz a ef fet de serre peutse com parer a la pose d'un doublevitrage: si les apports de rayonnementssolaires a l 'interieur de la serre restentconstants, la temperature s 'e levera,La vapeur d'eau represents 70 % desemissions de GES et la quasi- tota litede ces emissions est d'origine natu-rel le (cycle de I'eau). Sa faible duree devie dans ratmospnere (pas plus d'unedizaine de jours) lu i confers des effetslocaux de courte duree (formation debrouillards ou de nuages bas).

Nous sommes en train de vivre uneperiode de transition energetique.Progressivement, les sources d'ensr-g ies renouvelables vont remplacer lesenergies fossiles, qui actueliement tien-nent une place preponderante dans laconsommation enerqetique,La demande enerqetique mondialeprogresse mevi tab lernent en raison dela croissance demoqraphlqus et eco-nomique, notamment dans les paysen voie de developpernent. I Iest doncimportant de modif ier rapidement noshabitudes et modes de consommationen favorisant I'uti lisation des energiesrenouvelables.

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E L E M E N TS D E C O NT E X T E 0Le problems est tout autre concernantles gaz qui favorisent I'effet de serre: Iedioxyde de carbone (C02); Iemethane (CH4) ; Ieprotoxyde d'azote ( N P l ; les haloearbures (HFC, CFC, PFC...); I 'ozone (OJCes gaz sont longs a disparaitre (entre20 ans et 50 000 ans selon les gaz) etlamaionte de leur emission est d'originehumaine.V IN C ID E N C E D E T R O P D E G A Z A E F F E T D E S E R R E~effet de serre naturel permet a notre pla-nete d'avoir une temperature moyennede 15C a sa surface.Sans eela, il y ferait - 18 "C et toute v ieserait alors impossible!+ G a z a e ffe t d e s e r r e e t

r e c h a u lf e m e n t c 1 i m a t i q u eNotre mode de vie engendre des emissionsde GES en quantile largement superieure ace que la planete peut recycler.Une trap grande quanti le de gaz a eftet deserre a pour eifel de bloquer les infrarou-ges etde les renvoyer sur Terre, ce qui a pourconsequence de rechautler laplanete,

Sinous ne recuisons pas rapidement nosemissions de GES, ilsera tres difficile defaire marche arriere et les consequencesseront severes, rnerne en France: elevation du niveau des oceansrnenacant de nombreuses regionsdu globe;

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E L E M E N TS D E C O NT E X T E 0 extinction massive d'animaux et de veqetaux: developpernent de maladies et augmentation desevenements meteoroloqioues ext remes faisant cour irun risque a de nornbreuses vies humaines.

L E C O N T E X T EF R A N C A I S@ ) LES POLITIQU'ES ENERGETIQUESEN DATESCLES Dans Ie cadre du protocole de Kyoto,la France s'est engagee a mainteni r en

2010 ses emissions de gaz a effet de-serre a leur niveau de 1990 (soit 565 mil-' li ons de tonnes equiva lent CO:J.Depuis peu, nous percevons enfin une:evolution de la politique energetique.avecles orientations du Grenelle deI'environnement, qui a lance des objec-tifs pour l'horlzon 2012 et 2020.Le principal objectif est d'atteindre d'ici2020 une part de 20%, voire 25%,.d'enerqie renouvelable.Cela suppose d'augmenter de 20 mil-, l ions de tep ( tonne equivalent pstro.e) lapart des energies renouvelables dans Iebouquet enerqetique a l 'horizon 2020.Tou t eela p ou rra e tre a tte in t grace a unbouquet d 'energ ies renouvelables dont : la biomasse ;, la geothermie ; l 'eohen: Ie solaire photovoltetqoe: I'hydraulique; Ie so lai re thermique.

Quelquesdates ch~sau niveau mondial.1987: commission mondialesur I'environnementet Iedevelappement durable (rapport Brundtland)1992: sammet dela Terre a Rio sur I'environnement1997: adoptiondu protocole de Kyoto sur la reductiondes gaz a effet de serre2002: sammet de Johannesburg sur Ie developpementdurable2007: conference de Bali sur les changements climatiquesQuelques dates ch~sen France et en Europe2000: plan national de lutte contra Ie charigement.cllmatlque2002; directive europeenne de performance energetiquedes batirnents2003: strategie natlonale de devetoppement durable2004: plan climat 2004-2012 (actual ise en 2006)2005: loi de programme fixant les or ientat ionsde lapolitique energetique2008: Grenelle de I'environnementQuelques dates ch!s de la reglementat ionlherm iqueen France1955-1958: premieres regles deconstruction1969: retorme (contrete.a posteriori desexigences)1974: prise en compte des deperdit, ions(coef. Gt1982: prise en compte des besoins de chautfaqe1988: consommation eau chaude sanitaire + chauffaqeRT2000: performance energetique chauffage + eauchaude sanitaire + eclairage 100 kWh/m2/an)RT2005: gain de15% par rapport a la RT2000( 0 : : : 80 kWh/m2/an) ,A venir.~.RT2012; batiment basse consommation (BBC)( 0 : : : 50 kWh/m2/im en moyenne, selon lazone cumatlque)RT2020: batiment aenergie positive (quiproduit plusd'energie qu'il n'en depense] / . .

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@ ) LE c ; FACTEUR 4~)Lefacteur 4 est un concept'Introdult en 1997par Ernst Ulrichvon Weizsacker, fondateur de1'lnstitutWuppertal pour Ie climat,I'environnement et I'energie(Allemagne), avec Amory B. HunteretLHunter Lovins, de I'lnstilutRocky Mountain (Etats-Unis).II preconlse de produire autantavec quatre tols-molns d'energieet de rnatleres premieresDans cet espri t, la France s'estdonne pour object if de diviser parquatre ses emissions de.gaz it effetde serre (GES) a l'hOrizon2050.Cet object if a eta val ide parIe Grenellede I'environnementen 2007.Lefacteur 4 obl ige it penser et aagir it long terme, dans un rnondeou tant de forces ont tendance anous ramener vers Iecourt lerme.

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/./~, , " , .. ' ,

D ' E N E R G I E , 'Si I'on realisalt un mlcro-trcttoirsur les systemes qui sont les p.lus'.imergetivores)),. la grande major.itedes gens repondrait qu'iI s'agit deI'industrie ou du transport.Lamalite est tout autre: c'est Ie batiment (n.os logements) qui arrive enpremiere place de la consommationdekHowattheures (.kWh).

Aut res : 5%.

S ou rc e: A d em e

B i l t imen ts T r a ns p o rt_lndus1rie Aut res

E L E M E N T S DECDNTEXTEO

La consommation annuelle moyenneest de: 240 kWh EP/m2 ; 70 mil lions de tep; 1 ,1 tep/personne.

constitue une premiere etapesignificative avec une progressionde 15% par rapport ala RT2000.

Favoriser les energies et les solutionsqui n'ernettent pas de gaz a eHet des erre , e t en part iculier I 'utilisat ion des Le rn arch e de la pompe a chaleur (PAC)

L E !M A R C H ED E L A P A Cenergies renouvelables thermiques.Objecti f d'augmentation de 50%d'iei 2015.

La pornpe a chaleur est une solut ioneff ieaee et pertinente pour redure lesconsommatlons d'energies en valor i-sant les energies renouvelables ther-miques, a insi que pour lutter contre lesemissions de gaz a effet de serre.

L:AFPAC (Associat ion francaise pour lespornpes a chaleur) a mis en place depuis2007 un l abel QualiPAe qui ser t a qualifierla flHere de la pompe a cha le ur" Pou r p lu sd 'infor rnat ions , consu l tez Ie s ite Interne twww.afpac.org.

en Europe est en constante progression.La France est tres loin d 'etre Iedernierpays, contrairement a ee que I'on emit.E B A I lM E N T E T ' L E SE M IS S IO N S D E G A Z A

E F F E T D E S E R R E + L e la b e l Q u a l i p a cLes emissions de gaz a effet de serresont estimess sur une annee a : 120 mill ions de tonnes de CO2; 33 millions de tonnes de carbone; 0,5 t de carbone par personne.Le gouvernement francaisentend : Promouvoir fortement les economiesd'enercies en abaissant lesseuils rninirnaux de performanceenerqetlque qlobale, avec un objeGtifd'arnelioration de 40%. La RT2005

E S T IM A T IO N D U N O M B R ED E P A C (P A R C 2 0 0 6 )

S ou rc e: A de me

B a li m en t s" T r a ns p o rtlndcsuie

Aut reaRepart i1 io n de l a can sommat io n d: 'e ne rg ie par sec ts ur Repar ti ti on des emi ss io ns de ga z a ei fe l d e ser re pard'actlvlte S9cteur d'activits S ou rc e: E u[o bse NE R 2 00 7

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http://www.afpac.org./http://www.afpac.org./


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On devrait plutot parler de pompede chaleur, car elle va d'abord pui-ser (ou pomper) de la chaleur.Unepompe a chaleur extrait les calo-r ies (I'energie) contenues dans unmilieu froid (appele source de cha-leur) pour les transporter vers unautre milieu (emetteur de chaleur:plancher chauffant, radiateur, ven-tilo-convecteurs, etc.).Pour prelever des calories dans un"milieu froid ", il suffit de Ie refroidir.l 'inverse est valable pour resti tuerlescalories dans les ernetteurs de chaleur:iltaut les rechautter.En France, presque tout Ie mondepossede une pompe a chaleur chezlui sans torcernent Ie savoir: c'est Ierefrigerateur!

U N C Y C L E D EC H A L E U R S I M P L El E C Y C L E T H E R M O D Y N A M IQ U EUne pompe a chaleur est cornposee deplusieurs elements dont les quatre prin-cipaux sont I'evaporatsur, Ie compres-seur, Iecondenseur et Iedetsndeur.Le cycle thermodynamique des pom-pes a chaleur se decompose en quatrsetapes principales.

Example de chaul fe rie: pompe a chaleur Waterkolle +bsnon d'eau chaude sanitaire l' - CompressionLa vapeur du fluide friqoriqene est com-pnrnee a une pression super ieure aumoyen du compresseur electrique, ce quientraine une elevation de latemperature.

PETITE EXPLICATIONPHYSIQUEQuand votre peau est rnouillee,vous avezfroid. En effet , dans cecas, I'eau qui se trouve dessuss'evapore, et , pour cela, el le abesoin de chaleur. Chaleur qu'ellevous prend: vous avez froid. C'estcomme cela que la sueur peutrafraichir.Quand au contraire de I'eauredevient liquide, el le cede de lachaleur. C'est la chaleur latente, etc 'est ce qui explique qu' il tasse plusdoux en genera.! quand il pleut: lapluie est de la vapeur d'eau qui setransforme en Iiquide. Ce faisant,elle l ibere de la chaleur.Pour une pompe a chaleur, onutilise ces deux phenomenes.

S u r cha utte de s va pe ur s

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L A P O M PE A C H A L E U R 62.- CondensationLa vapeur du fluide frigorigene a hautepression (HP) est condenses a hautetemperature par dissipation de sa cha-leur dans l'ernetteur (plancher chauffant,radiateurs, ventlo-convecteurs, etc.).3 - DetendeurLe fluide friqoriqene Iiquide est detendudepuis une pression elevee (HP) a unepression basse (BP), II s'en suit unechute de latemperature.4 - EvaporationLe fluide friqoriqene est evapore abasse pression (BP) et a basse tempe-rature, en utilisant l'enerqie de la sourcede chaleur (capteur horizontal, forage,eau de nappe).

Detendeur

Desurchautte des vapeurs

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Circuit frigorifique standard

l6 1 7


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l E D IA G R A M M E D E M O lU E RLe diagramme de Mollier permet devisualiser le cycle camplet en fonc-t i.on du t lu ide frigor igene uti lise par lapompe a chaleur. On I'appelle aussi Iediagramme d'enthalpie car il representsune variation d'enthalpie (chaleur) surI 'axe des abscisses et une var iation depression sur l ' axe des ordo- inees.L 'ensernb le du cycle p e u te t re r e pr e se n tsdans Ie diagramme enthalpie-pression.Sous lacourbe en cloche se situent le setats de melange liquide-vapeur:

a gauche des points 4-5, Iefluideest al'etat liquide; a droite des points 7-3 , Ie fluideest a l ' e tat vapeur, a l 'interieur de la cloche, Iefluidefriqoriqene est dans un melanged'etats (Iiquide-gazeux).

Grace ace diagramme,i l est possiblede mesurer Ie rendement d'une pompea chaleur. Points 1-2: puissance absorbeepar Ie compresseur. Points 6-1 : puissance frigorifique.

Points 2-5: puissance calorifique.

L E S P R IN C IP A U XE L E M E N TS D 'U N : EP O M P E A C H A L E U Rl E S E L E M E N TSI N C O N T O U R N A B l E SL'evaporateurC'est unechangeur de chaleur danslequel circule d'un cote Ie fluide frigon-gene et de I'autre Iefluide caloporteur ducapteur exter isu r qui puise les calories.En passant dans l 'evaporaleur, lefluidsfrigorigene est evapore a basse pres-sion et a basse temperature (8 0 % deI'energi.e se situe a cet endroit).La fonction de l'evaporatsur est d'sx-traire la chaleur de la source froide(capteur exter ieu r) et de transferer cettechaleur vers Iefluide frigorigene afin dela diffuser par evaporation.

p

Ouantite de chaleur aevacuer par Ie condenseur

Sous-refroidissementdu liquide

Hautepression

Energieutilises par

Ie compresseur, ,

Condensation

Bassepression

H

Energie frigorifiquede l'evaporateur

D$tendeurDiagramme c'emhelple du cycle frigorifique Delai l de la partie evaporatsur

18

L A P OM P E A C H A L E U R 0Le f luide frigorig.ene liquide entre enebull it ion et s ' evapore en absorbantla chaleur du fluide exter ieur, Dansun dsuxierne temps, Ie gaz forme estencore legerement rechauffe par Iefluide exterleur. C'est ce qu'on appellelaphase de surchauffe (entre 7 et 1) .La compresseurII aspire Ie fluids f riqorlqene a l'etatgazeux puis Ie com prime, ce qui per-met d ' e l eve r satemperature et sa pres-sion (ilpasse en haute pression).Dans Iss pompes a chaleur destinessaux maisons individuelles et aux petitsimmeubles res ident ie ls , les compres-seurs sont generalement de type her-metique, c'est-a-dirs que Ie moteurslectriqus et Iecompresseur sent mon-tes ensemble dans la meme enveloppequi est ensuite soudee.De cette men le re , Ie fluide frigori-gene ne peut pas s'echappsr dansI'atmosphere.Lescompresseurs utilisant latechnolo-gie scroll sont les compresseurs lesplus courants pour les pompes a . cha-leur. Ces compresseurs a spirale pre-sentent plusieurs avantages significatifssur les autres types de compresseurs:ils comportent peu de pieces mobi-les, ce qui permet une lonqevite superieure et surtout un comportement ducompresseur relativement silencieux.Les compresseurs a spi ra le ant doncperm is l'installation de pompes a cha-leur dans des endroits au elles auraientautrement e 1 8 interdites en raison du

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bruit et des contraintes acoustiques. Unautre avantage du compresseur a spi-rale est sa bonne resistance a la pene-tration de gouttes de liquide a l'inteneurde celui-ci.

Cornpresseur Copeland Scroll"

Coupe d 'un jeu de Scrol l

La duree de vie moyenne d'un com-presseur de type scroll est d'environ40000 h, so it environ 20-22 ans avecune uti lisation de 1 800 h/an (ionction-nement en mode chauffage).

Le condenseur se decompose en tro iszones distinctes : la desurchauffe ; la condensation; Ie sous-refroidissement.

Le condenseurC'est un echangeur de chaleur. En pas-sant dans Ie condenseur, Ie fluide fri-gorigene cede ses calories a la sourcechaude (plancher chauffant. radiateurs,etc.) et passe alors a l 'etat liquide, maistoujoursen haute pression. Le gazchaud provenant du compresseur vaceder sa chaleur au condenseur. Lesvapeurs de fluide triqorlqene se retroi-dissent (ou desurchauttent ), avantI'apparit ion de la premiere goutte deliquide (point 3). Puis la condensations'effectue jusqu'a la disparit ion de ladernlere bulle de vapeur (point 4).Le f lu ide l iquide peut alors se rei roidirde quelques deqrss (sous-refroidisse-ment) avant de quitter Ie condenseur.

Le detendeurLe fluide frigorigene, a l 'etat liquide,arrive au detendeur qui fait chuter satemperature et sa pression ( il passe enbasse pression).Le detendeur fonctionne comme unevanne a ouverture variable, maintenantladifference de pression entre les cotesbasse et haute pressions du Circui t defluide friqoriqene.La difference de pression entre Iecondenseur et l'evaporateur necesslted' inserer un disposi ti f ( {abaisseur depression" dans Ie circuit. C'est Ie roledu detendeur, Le f luide frlqoriqene sevapor ise partie llement dans Ie deten-deur pour abaisser sa temperature.Pour compenserla chute de pressiondans l 'evaporateur, un autre tube capil-laire est souvent soude dans Ie tuyauDe s lJ r cl la u fl e d e s vapeurs

HP

Dstai l de la partie condsnseur Detai l de la partie detendeur

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L A P O M P E A C H A L E U R e~ - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - . ~

1;C@

Oelendeur

d'aspirat ion pres du bulbe. On obtientainsi un systems d'eqalisation externede pression. A I'aide d'une vis de reglagequi serre un ressort dans la vanne dedetente, la surchaufie peut etre main-tenue au niveau desire. La vanne dedetente est prereglee a approximative-ment 4-8 C de surchauffe pendant laproduction.L E S C O M PO S A N T SS E C O N D A I R E SOutre les quatre principaux elements,des cornposants second aires viennentse greffer dans Iecircuit frigorifique.Suivant les fabricants, on retrouve deselements de securite et de cont-olesI Iest vrai qu' il y a beaucoup de taconsde concevoir une pompe a chaleur;on peut se contenter du minimum,mais la cualite de celle-ci cepen-dra de la presence de certains ele-ments de securite, de controies et deregulation

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Voiei les principaux elements secondai-res d'une pompe a chaleur.Le voyant de liquideC'est un element indispensable dansune pompe a chaleur.Sa premiere fonct ion est de permettrede visualiser, a la sortie du condenseur,s 'i l ne reste plus une seule bulle de gaz,ce qui s igni fie que Ie f luide frigorigeneest bien a l'etat 100% liquide.La seconde fonct ion du verre-regardest d 'indiquer lateneur en burnici te dugaz triqoriqene, Un indicateur d'hurni-dite change de couleur en presenced'hurnidite.IIse place a la sortie du condenseur.Voyanl de liquide

Le filtre deshvdrateurC'est egalement un element de controlsvisuel dans une PAC.Le filtre deshydrateur (cartouche solide)est comparable a une eponqe permet-tant I'absorption et la retention de I'eau.Le tamis rnoleculaire et Ie silica-gel (Si02) absorbent l 'hurni-dite, I'oxyde d'alumine active(AIP3) retient I'eau et I'acide.II se place apres Ie voyantl iquide et avant Ie detendeur(ou apres la bouteil le l iquides 'il y en a une). Film deshydrareur

Les pressostatsde pressionsUne pompe a chaleur est normals-ment equlpes de declencheurs pres-sostats haute pression (HP ) et bassepression (BP).C'est un organs de protect ion qui per-met de proteqer I 'insta lla tion en cas depression trop elevee ou trop basse.IIpeut etre a rearrnernent automatiqueou a rearrnernsnt manuel..---------------------~~~~

.!:


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Cet organs est tres utile pnncipale-ment dans les pam pes a chaleur detype aerotherrnioue car, au momentde I 'inversion de cycle (degivrage), Iecompresseur aspire brusquement duliquide. Dece fai t, Ier isque de coup deliquide est important. Elle est aussi lar-g,ement utilisee dans les installations afaible surchauffe ..Son principe de fonctionnement estbase sur la separation de la vapeur etdu liquide. Lel iquide qui tombe dans Iefond delabouteil le par l 'entree (repere A sur Iecroquis ci-dessous) se vaporise petita petit au contact de laboutei lle..

La vapeur est aspiree au niveau de lapartie superieure de la bouteil le parla canne d'aspiration (8).

Leretour d 'hui le est assure par unorifice dans la partie inferieure de lacanne d'aspiration (C) .

b a

Bouleil le ant i-coups de liquide

L A P O M P E A C H A L E U R 6L'electrovanneL.:electrovanne, egalement appe-lee -vanne elec trornaqnst ique ", per-met d'ouvrir au de fermer Ie circuitfrigorifique.Elleest placee en amant du detsndeur.Une uti lisation courante est san instal-lat ion sur la I lgne liquide en amant dudetendeur Son role est alors d'evi-ter la migration du f lu ide frigorigeneliquide vers l'evaporateur a I'arret ducompresseur.

C ompresacur

Vanne c'inversion 4 voles

Certa ins fabric ants uti llisent la tech-noJogie du "free-cooling, , qui per-met d'avoir Ie mode rafraichissementsans que Ie campresseur fonctionne.Dans ce cas, cette vanne n'est plusnecessa i re :

L'echangeur liquide/vapeurII assure simultanernent Ie sous-refroi-dissement du fluide frigorifique liquideen amont du detendeur; et la sur-chauffe des vapeurs en amant ducompresseur.

La vanne d'inversionElle permet la reversibf ite du systems(mode rafraichissement).Cela veut dire que Ie circuit frigorifiqueest inverse, Ie condenseur -chaud-devient l 'evaporateur froid: la ou I'onfaisait du chaud, on fait maintenantdu fro id (dans ce cas, Ie circuit f rigori-f ique cont ient egalement des Ciapetsantiretaur),Cela implique 8videmment que Iecom-presseur fonctionne.

Emgel . l rliquid"" Iv..peyr

Systerna (8changeur de chaleur liquide/vapeur]

2 4 2 5


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Lechangeur liquide/vapeur permetd'augmenter Ie coefficient de perfor-mance (COP).II evite aussi le- phenornene de flashqaz (bulbes de vapeur sur la lignel iquide) en accentuant Ie sous-refroidis-sement du fluide frigorifique liquide.Le principe repose sur I'insertion d'unechanqeur qui permet de rscuperer unepartie de la chaleur encore presents a lasortie du condenseur (partie chaud) etensu ite de la t ransmet tre a l 'en tree ducompresseur (part ie froid). Cote froid: l ' echanqeur liquide/vapeurpermet de vapor iser les gout tesde liquide qui ne I'auraient pas etedans I 'evaporateur, evitant ainsi Iephsnorrene de "coup de liquide",En effet, com me tout Ie monde Ie sait,i l est tres dif fic il e de comprimer duliqu ide; il faut donc etre dans cettepart ie du c ircui t 100 % vapeur.

Cote chaud: l'schanqeur liquide/vapeur permet d'augmenter Ie sous-refroidissement du fluide frigori fiqueafin d'etre 100% liquide avant derentrer dans Ie detendeur

Cet te t ransmission de la chaleur conduitcote froid a une legere augmentat ion de lapression et cote chaud a une legere dimi-nution de la pression. Grace a la reductionde lad if ference de press ion entre les deuxcotes, Iecompresseur a moins de t ravai l aeffectuer, done consomme mains.La consommat ion d 'elect ric ite d iminueet Iecoeffi cient de performance (rende-ment) de la pompe a chaleur aug mentede 5 a 7%.

L E S F L U ID E S F R IG O R I G E N E SLe flu ide frigorigene est l'elernsntnscessaire pour transporter la chaleurde la source froide (capteur exte r ieur ) ala source chaude (plancher chauffant,radiateurs, ventilo-convecteurs).

A RETENIR!Lefluide frigorigeme circule dansIe systerne, absorbe I'energie deI'evaporateur a basse temperature.et retransmet l 'energie aucondenseur a hautetemperature,Cela est real ise au moyen de latransformat ion du f lu ide frigorigene 'de.l'etat liquide a l 'etat gazeux dans'I'evaporateur et de l 'etat gazeux a'I'etat liquide dans Ie condenseur,

II existe un nombre important de fluidest riqoriqenss classes en differents grou-pes selon I,Burcomposition rnoleculare.Les pampes a chaleur geothermiquesdes t lnees a I'habitat individuel contiennentqene r e l emen t du R407c ou du R134a.

Fluide util ise dans les PACI Iexiste deux grandes famil ies de f luidesfr igor igenes qui sont actuellement utili-ses dans les pam pes a chaleur: flu i des purs: R134a, R290 (propane) ,R744 (C02); melanges zeotrop iques : R404a,R410a, R407c.

Impact sur I'environnementLes fluides frigorigenes ant plus aurnoins d'impact sur notre environne-ment suivant leur composi tion.

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L A P O M P E A . C H A L E U R f)Composition des principaux fluides frigorigEmes

ChlorolluorocarbureMolecule ent ie rement haloqenee (pasd'hydrcqenel, par exemple R12 (expliqueulterieurernem).

Des f ab ri can ts e xpe rtment ent c as ga z .

InterditArret de la p roduct ion e t de I 'impor ta tiondepuis Ie 01/01/1995.

HydrochlorofluorocarbureCe sont des chtorofluorocarburestncornpletement halogenes; certains atornesde chlore son t rernp laces par des a tomesd 'hydrcqene , par exemp le R22 .

Gaz de transit ion a court termeArr et d e l a p ro du ct io n au 01101/2004.contrelo obl lqatoi re des ins ta llat ions en2002.Rechargement des ins ta llat ions avec desHCFC nsuts interdit en 2010.Rechargement des ins ta llat ions avec desHCFC recyc les interdi t en 2015.HydrofluorocarbureCe sont des chlorofluorocarburesincompletement halogenes a t sans chlcre:certains atomes de fluor sont rarnplacespar des atornas chydroqene, par exempleR134a.

Gaz de transit ion a long termePas de prescript ion reglementairepar ti cu liere pour ces f lu ides , excep ts Iecon trols d 'e tanche ite annue l pour lesinstal iations contenant plus de 2 kg defluide.

HydrocarburePas de chl ore n i d e f lu or , t el s I e p ro paneR290 e t l'isobutans R600a.

+ A s a v o i r . . .Les Iluides frlqoriqenes les plus courammentutilises auiourd'nul pour les pompes ilchaleurgeothermiques sont IeR134a et IeR4D7c.

lis n'appauvr issent la couche d'ozoneet ne rechauftent la planete que lors-qu 'i ls s'echappent dans l'at rnosphere,La prior tte est donc d'ernpechsr les fui-tes et les deversernents accidentels.Pour cela, i l faut entretenir correctementles appareil s et manipu ler convenable-ment les f luides triqoriqenes.

Quelques fluides frigorigEmesP O T E N T I E l P O T E N T I E L D E R E C H A U F F E M E N T

T Y P E F L U I D E D 'A P P A U V R I S S E M E N T O E L A P L A N E T E E N K G ~ O /K GF R I G O R I G E N E D E L A C O U C H E D 'D Z D N E D E F L U I D E F R I G O R I G E N EO D P G W PCFC R11 1.00 3800

R12 0,9 8100RS02 0,229 549O

HCFC R:22 0,05 1500HFC R134a 1300

R404a 3260R407c 1530R410a 1730

HC R290 3

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Les deux principaux impacts sont: Ie potentiel d 'appauvrissement de lacouche d'ozone ;

Ie potent iel de rechauftement de laplanets exprlrne en kg CO/kg defluide friqoriqene.

+ Q u a n ti t e d e f l u id ef r l g o n g e n eLe qros avantage des pompes a chaleur geo -thermiques uti lisant latechnologie eau gly-colee/eau est que laquanti te de fluide frigo-rigene est considerablement plus faible quedans las systernes a detente directe typesol/sol" ou sozeau-.

Les types de pompes a chaleurComme nous I'avons vu, une pompea chaleur doit aller puiser des calories.Differents milieux contiennent de la cha-leur, on distingue ainsi : L.'airexterieur : lachaleur contenuedans I'airexterieurest prelevee par lapompe a chaleur pour etre restitueedans I'airambiant du logement ou dansI'installationde chauffage a eau chaude.

L'eau : la chaleur contenue dansI'eau d'une nappe phreatique,d 'un lac, etc., est prelevee par lapornpe a chaleur. Elle est ensuitetransferee par la pompe a chaleurdans I'installation de chauffage a eauchaude. I Iest important de noter queI'exploitation des eaux est soumise aune reglementation.

Le sol : la chaleur est preleveedanslaterre par I'enfouissement de tubes.

L A P O M P E A C H A L E U R aTableau recepttutattt des differentes pompes a chaleurl leest ensuite transferee par la

pompe a chaleur dans I'installation dechauffage a eau chaude. IIexiste deuxsolutions techniques pour installercestubes: capteur horizontal ou sondegeothermique verticale forage".

Pour nommer et c1asser les pampes achaleurs, on cite en premier la sourcede chaleur, appeles aussi capteur(eau, eau glycolee, a ir , gaz, etc.) et ensecond la partie chauoe-, c'est-a-direIe mode de restitution de chauffage(eau, air, gaz, etc.).Voici les six principaux systernes depompe a chaleur: La geothermie [systeme eauglycolee/eau). C'est la solutiontechnique de geothermie lamieuxmai t r i see . Les calories sontprelevess dans laterre au moyend'un circuit contenant de I'eauqlycolee et, cote utilisation, elles sontrestituees dans un circuit contenantde l'eau (plancher chauffant,radiateurs, ventilo-convecteurs, etc.),

La geothermie (systeme sol/eau).Les calories sont prelevees dans laterre au moyen d'un circuit contenantun fluide frigorigene (gaz) et, coteutilisation, elles sont rsstitueesdans un circuit contenant de I'eau(plancher chauffant, radiateurs,ventilo-convecteurs, etc.).

La geothermie (systerne sol/sol),ou "detente directe. Dans cettetechnologie, le fluide frigorigene(gaz) de la pompe a chaleurcircule directement les capteurs

geothermiques jusqu'au circuit dechauffage (plancher chauffant).

L'aquathermie [systeme eau/eau). Les calories sont oreleveesdans I'eau (nappe phreatique) et,cote utilisation, elles sont restitueesdans un circuit contenant de I'eau(plancher chauffant, radiateurs,ventilo-convecteurs, etc).

L'aerotherrnie (systems air/eau).Les calories sont orelevees dansI'air, et cote utilisation, elles sontrestituess dans un circuit contenantde I'eau (plancher chauffant,radiateurs, ventilo-convecteurs, etc.).

La climatisation reversible(systeme air/air). Les calories sontprelevees dans I'air et restitueesdans l'alr (split au gainable).

IIest important de faire Iebon choix car i ldetermine Ierendement (appelecoefficientde performance, ou COP), les possibfitsset lesevolutions de votre installation.

PAC a fluidesinterrned ialresPACa fluideslntermediaires

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S our ce A de me+ A t t e n t i o ni .: instal lation d'une pompe a chaleur estI'affaire d'un professionnel qua li tie. E1, pourqu~ Ie systems garde toutes ses quall tes.prevoyez uri contrat de maintenance.

+ A retenirPlus la temperature recuperee de la sourcede chal eur est elevee, plus Ie rendement( C O P ) de ta P A C est e leve ,A l 'inverse, plus la temperature recupereoest basse, plus IeCOP chute.

Dans cet ouvrage, nous allons traiterdes pompes utilisant la terre et I'eaucornmo source de chaleur, que I'onappelle respectivement la geothermieet I'aquathermie

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L E C O P (C O E F F IC IE N TD E P E R F O R M A N C E )Q U 'E S T - C E Q U E L E C O P ?Le coefficient de performance (COP)permet d'indiquer Ie rendement etdonc la performance d'une pompe achaleur.I Icorrespond au rapport entre la puis-sance restl tuee de la pompe a chaleuret la puissance absorbee (puissanceelectrique du compresseur).

@ ) QUELQUES REPERES

C O M M E N T E ST M E S U R EL E C O P ?Les fabricants sont tenus de donnerles caracteristiques des pompes a cha-leur selon les condi tions d'essais de lanorme NF EN 14511 .Cette norme spec i f ic les conditionsd'essai pour ladetermination des carac-teristiques de performances des porn-pes a chaleur (air/air, eau/air, air/eau eteau/eau), avec compresseur entrainspar moteur electrique lorsqu'el les sontut l l isees pour Iechauffage des locaux.Pour chacun de ces sys temes , despoints d'essais nominaux et d'applica-tions sont definls.Conditions d'essai coteevaporateur (cote exterieurou recuperation des calories) PAC air /a ir et a ir /eau : I 'essaiestrealise pour une temperature exterieurenominale de 7 cC. (EnAllemagne cettetemperature est donnee pour + 2C.)

PAC eau/eau : l 'essai est realisepour une temperature d'eau denappe de 10C .

PAC eau glycolee/eau : I 'essai estrealise pour une temperature d'sauglycolee de 0 d c .

./Si une pompe a chaleur a un COP de 4, cela veut dire que pour 1 kWabsorbe(paye), elle resti tue 4 kW de puissance chaud. Cette pompe a chaleur va doncrecuperer gratuitement 3 kW dans Ie capteur exterieur,I Iest donc aise de comprendre que plus la pompea chaleur a un COP eleve,plus les consomrnations annuellesdechauffage sent faibles.

3 D

+A t te n t i o nI In'y a pas de differentiation entre Iesystemehorizontal et les sondes geothermiques ver-l icales, merna si dans la reali te les sondesgeothermiques fonctionnent avec des tern-peratures un peu piuselevees qu'un systemshorizontal.

'PAC sollsol et soileau: il n'existepas de norme d'essai mais des pro-tocoles admis par la maior l te desindustriels. Pour ces produits, latem-,Perature nominale du fluide a l ' e r r reede l 'evaporateur est de - 5 DC.

Conditions d'essai cotecondenseur (cote chaud)La norme prevoit deux temperatures defonctionnement: Pour une uti lisation sur plancher.chauffant, I'essai est realise avec unetemperature d'eau de sortie de 35 DC


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LA POMPE A CHALEUR 6Rendements minimaux PAC aerotherrniques Rendements minimaux PAC geothermique soileau

(capteur a fluide frigorigeme)PAC AIR/EAU SUR PLANCHER CHAUFFANT 35CCOTE FROID COTE CHAUD COP MINI

Temperature Temperature T.empe.rature Temperature Jusqu'au A partir duse che ('C ) humide ('e) depar t d 'eau retour d'eau 30 juin 2010 ,., juillet 20107 6 35 30 3,3 . 3,47 -8 35 . 2,0 2, 1

L' as sa i e st r ea li se a ve c Ie deb it d 'e au de te rm ine l ors de I 'e ssai a + 7 'C.PACAIR/EAU SUR RADIATEURS

COTE FROID COTE CHAUO COP MINITemperature Temperature Temperature Temperature Jusqu'au A partir duseche ( OC ) humide ( "C) depar t d 'eau retour d'eau 30 juin 2010 1~juillet 2010

7 6 45 40 2,7 2,7-7 -8 45 1,5 1,67 6 55 47 - 2,2-7 -8 55 - 1,37 6 65 55 - 1,9-7 -8 65 - 1,2 L 'e ssal e st re al is e a ve c Ie debi t d 'e au det ermi ne l or s de l a pr em ie re app li ca ti on dern an cee.

PAC SOl /EAU SUR RAOIATEURSCOTE FROIO COTE CHAUO COP MINITemperature Temperature Temperature jusqu'au A partirduevaporateur ( OC ) depar t d 'eau retour d'eau 30 juin 2010 1' juillet 2010

-5 45 40 2,7 Pas d'svolutlon-5 55 47 - 2,2-5 65 55 - 1,9

S o ur ce : c er ti ra , www.c en i r a .c r g

Rendements minimaux PAC geothermique sol/sol(capteur et emetteurs a fluide frigorigeme)

S o ur ce : C e r ti ta , www.c e r t l r a .o r g PAC SOL/SOL SUR PLANCHER CHAUH:ANT AVEC FLUIDE FRIGORIGENE 35CCOTE FROIO C a T t CHAUD COP MINITemperature Temperature Jusqu'au A partir duevaporateur (OC) condenseur 30 juin 2010 1'"juillet 2010

-5 35 3,3 3,4@ ) ATTENTIONDans Ie cas d'une installation sur d'anciens radiateurs, i ttaut etre tres vigilantquant aux rendements annonces sur les documentations commercialesou par des vendeurs peu scrupuleux, qui ne vous donnent pas Ie COP et lapuissance thermique nominale de la PAC a la temperature de fonctionnementreelle, En effet , les COP sont donnes pour 35C (plancher chauffant) et 45 C(radiateurs basse temperature); or, les anciens radiateurs fonctionnentsouvent a plus de 55C voire a 65C.

So u r c e : Ce r t it ; ), www.cen i t a .crg

Rendements minimaux PAC aquathermique(nappe phreatique)

Rendements minimaux PAC geothermiques - eau glycolee/eau

PAC EAUfEAU SUR RAOIATEURSCOTE FROID COTE CHAUD cop MINI

Temperature Temperature Temperature Temperature Jusqu'au A partirduentree d'eau ( 0 C ) sortie d'eau ( OC ) depart d'eau retour d'eau 30 juin 2010 1"' juillet 201010 7 45 40 3,2 3,5 ,10 7 55 47 - 2,810 7 65 55 - 2,5

PAC EAU GLYCOLEE/EAU SUR RADIATEURSCOTE FROID COTE CHAUO COP MINI

Temperature Temperature Tem perature Temperature Jusqu'au A pa rt ir d uentree d'eau ( OC ) sortie d'eau (0e) depar t d 'eau retour d'eau 30 [uln 2010 1" juillet 20100 -3 45 40 2,7 2,80 -3 55 47 - 2,20 -3 65 55 - 1,9

Source: CertHa, www.cerlita.org

S ou r ce ; c er ti ta . www.c a r t i r a .ur g3 2 33
http://www.cenira.crg/http://www.certlra.org/http://www.cenita.crg/http://www.cerlita.org/http://www.cartira.urg/http://www.cartira.urg/http://www.cerlita.org/http://www.cenita.crg/http://www.certlra.org/http://www.cenira.crg/


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L E S P F ( F A C T E U RD E P E R F O R M A N C ES A I S O N N I E R E )Lanorme NFEN 15450 annonce un nou-veau virage dans Iemonde de la pompea chaleur, puisque pour la premiere foisest abordee lanotion de coefficient SPF(Seasonal Performance Factolj.Contrairement au COP, auquel onreprochait d 'etre un coefficient de per-formance theorique donne par un fabri-cant, Ie SPF tient compte de l'enerqieelectnque necessai re au fonet ionne-ment des ditferents auxiliaires autour dela pompe a chaleur (par exemple I'eauchaude sanitaire, les appoints electri-ques de la PAC, les circulateurs, etc.).

d'energie des auxiliaires. En d'autres ter-rnes, iltient compte des usages. Lamernepompe a chaleur connectee sur un plan-cher chauffant (35C) ou sur des radia-teurs anciens (65C) n'aura pas du toutIememeSPF.

+ A retenir!Le systems d e c ha u l fa g e par pompe a cha-l eu r d oit e tr e concu p our a tte in dr e u n tacteurd e p e r fo rma n ce saisonniere ( S PF ) eleve.T ou t c om me I e C O P . plus I e S P F e st s ie ve . plusl e s c on so mma ti on s a n nu e ll e s s e ro nt f ai bl e s.

A I 'analyse de ce tableau, on eonstateque certa ins systernes ont beaucoupde mal a atteindre Ie SPF minimal (voirles tableaux des COP, p. 32 et 33).

Valeurs du SPF pour les systemes de chauffage par pompe a chaleuremployes pour Ie chauffage des locaux et la production d'eau chaude

sanitaire selon la norme EN NF 15450TYP E D E BA T IM E N T S O U R C E C HA U D E VA LE U R M IN IM A LE VA L E U R C IBL ED U S P F D U S P F

a i r / e au 2.7 3,0B ii ti me n ts n e uf s so i leau 3,5 4,0

eau /eau 3,8 4,5air/aau 2,5 2,8

B a ti me n ts r e no ve s so i leau 3,3 3.7eau /eau 3,5 4,2

LeSPF est Ierapport de I'energieannuelletotale fournie par lapompe a chaleur pourIe chauffage des locaux et d'autres sys-ternes auxiliaires. sur la consommationannuelle totale en energie electnque, ycompris laconsommation annuelle totale

Certa ins fabr icants commencent amesurer et a afficher Ie COP et/ou IeSPF dans la regulation de leurs porn-pes a chaleur af in d'etre conformesa la norme NF EN 15450. Les PACair/air (done aerothermiques) affichent un

3 4

"'-I

~OP lnstartane eleve dans les conditionsnominales d'essai (air exterieur a + 7 Cet eau a + 35 C en sortie PAC)mais serevelent rnediocres a I'annonee du SPF.car leur rendement s'effandre par bassestemperatures exterieures.A I'inverse, pour les PACgeothermiques.les valeurs du COP et du SPF sont pro-ches. en raison de lastabilite des tempe-ratures de fonctionnement.

L E S M O D E S D EF O N C T I O N N E M E N TSuivant Ie type de capteur et Ie typed'instal lat ion de la pompe a chaleur,

L A P O MP E A C H A L E U R 6il existe deux modes de fonctionne-ment: Iemode monovalent et Ie modebivalent.L E M O DE M O NO VA LE NTLa geothermie et I'aquathermie sontdes energies a part entiere. Ces syste-mes sont dits monovalents - car i ls uti-lisent une seule enerqie.Les pam pes a chaleur uti lisant cesdeux energies sont eapables de fournir100% des besoins thermiques du loge-ment sans avoir recours a une snerqied'appoint.L E M O D E B IV A L E NTUne pompe a chaleur uti lisant I 'a ircomme capteur (aerotherrnle ou clima-

( kW)

Besoinscalorifiques

:r de: ba se

-10 o 15 Temperatureexterleure e e )Mode monovalent

x = Puissance necessairepour couvrir les besoins al atemperature de base

: L imi te de: c hau ff age

35


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tisation reversible) n'est presque jamaisen mesure de couvrir les besoins enenergie et en confort de la maison (ellene peut etre monovalente) et dependhabituellement c'un systems d'ap-point (generalement une resistanceelectrique), On parls d'un systems"bivalent ,En geothermie, ce mode de fonc-tionnement est souvent utilise dans Le mode bivalent alternatifIe cadre de la renovation sur radia- Dans ce mode, la pompe a chaleurteur , par exemple en releve de chau-diere quand la temperature d'eau dechauffage est superieure a la tempera-ture d'eau maximale que peut fournirlapompe a chaleur.En effet, lorsque la temperature d 'eaudu chauffage ddt etre superieure a 50-55C, les systernes bivalents sont pres-que toujours insvitables pour assurer Ieconfort de I'occupantC'est souvent Ie choix qui est faiten renovation, lorsque les reseauxd'ernissions ne sont pas modernises(radiateurs) et ne peuvent fonctionnerqu'a haute temperature (superieure a60 Q C ) .+ R e l a t i o n C O P e t

p u i s s a n c e r e s ti t u e ePlus Ie rendement (COP) est faible, plus lapuissance restl tuee de la pompe a chaleurbarsse.

Le mode bivalent est decline en deuxsystsrnes de fonctionnement: mode altematit: mode paral lels.Ces deux modes defnssent I'enclenche-ment ( Ia mise en marche et I 'arret)de lapompe a chaleur et de I'energied'appoint(chaudiere au resistance electrique).

ne fonctionne jamais en meme tempsque Iesysterne de chauffage d'appoint(chaudiare au resistance elsctrique).En mode bivalent alternati f, la pompe achaleur est dimensionnee pour couvrir50 a 60 % des besoins calorifiques.La puissance de la pompe a chaleurest deterrninee pour couvr ir 100 % desbesoins jusqu'a une temperature exte-rieure definie par Ie point de bivalence.En dessous de la temperature de biva-lence, la pompe a chaleur est mise al'arret et lesbesoins calorifiques sont couverts a 100% par une ceuxierne energ.ie(chauciere ou appoint electrique).

LES AVANTAGES ETINCONVENIENTSAvantageLa commande at Iemontagehydraulique sont simple~.InconvenientLa production de chaleur eouvertepar la pompe a chaleur, et doneses avantagas economiques atenvironnementaux, sont inferieurs iiiceux du fonctionnement parallele,

3 6

L A P O M P E A C H A L E U R 6(kW)

: Limi te de: chauftaqe

:r dB: b ase

x = Pu i s s anc e nec essa repour couvrlr les besolns ata ternperafure de base

I 8esoinsX - -----}--. calorlticuceI

- to 0 t5 Temperature e.terieure ("C)Mode bivalent alternatif

Le mode bivalent parallelsEn mode bivalent paral lele, la pompe achaleur est dimension nee pour couvrir50 a 60 % des besoins calorifiques.

La puissance de la pompe a chaleurest deterrrmee pour couvr ir 100% des'besoins jusqu'a une temperature exte-rieure definie par Ie point de bivalence.

LES AVANTAGES ET INCONVENIENTSAvantageLefonctionnement parallele profite mieux de la pompe a chaleur puisqu'ellefonctionne durant toute la salson de chautts. Ce deuxieme mode permet doneune plus grande economie enfrais de fonctionnement (meme si , en periodede grand froid, IeCOP de Ia PAC chute beaucoup).InconvenientsLacommande et Iemontag.e hydraulique sont beaucoup plus complexesqu'en mode bivalent alternatif. Les regimes hydrauliques des chaudieres etdes emetteurs di fferent de ceux des PAC. Pour cette raison, la premiere desprecautions a prendre est de posit ionner imperativement un ballon tampon"qui fera off ice de bouteil le casse-pression (pas de montage serie) afind'effectuer la meilleure jonction entre la PAC, la ehaudlere et les emetteurs_Une grande rigueur est de mise dans 1amaitrtse des debits, des regimes detemperatures et du montage hydraulique.

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En dessous de cette temperature, lapompe a chaleur ne permettant plusde couvrir la totalite des besoins, unedsuxiarne energie (chaudiere au appoint

s lectr iquel est uti lisee pour com bier Iemanque de puissance fournie par lapompe a chaleur,

[kW)

: Umite de: ohauffage

: rde: base,

x = Puissance nscessalrsp ou r c cu vr t r Ias bssolns itla temperature de base

Bsso'inscalorlflques-

o-10 o Temperature exterieure ['e)5

Mode bivalent paral lels

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C H A P I T R E 5 /~ ." ../ . " . , . . ~.'."~L E ~D IM EN - "/S I ONMEMEN lD . E lAPOMPtA C 'H A L 'E U R ' . ' ,Que ce soit dans Ie neuf ou dans larenovation, iI est racemmande defaire appel it un bureau d'etudes ther-miques pour qu'il realise une etudethermique reglementaire et un bUandes deperditions piece par piece.tela evite de se retrouver avec unemultitude de devis dont la puissancea installer differe, puisqu'elle auraete estimee selon les habitudes dechaque installateur.Lorsqu'on connaTt les deperditionsd'une habitation, Ie dimensionnementde la pompe a chaleur depend ensuitedu type d'emetteur de chauffage (plan-cher chauffant, radiateurs, venti 10 -canvecteurs) et de ce qui va etre produitpar la pampe a chaleur (chauffage seul,chauffage + eau chaude sanitaire, etc.).

L A P O M P E A C H A l E U R E )

R E G L E G E N E 'R A L E D ED IM E N S IO N N E M E N TLa puissance a installer d'une pompe achaleur geothermique ou aquathermi-que doit etre comprise entre 80 et 120%des deperdl t lons totales du logement, ala temperature e x te r le u re d e base.La puissance a install .er de la P A C etdu systems d'appoint doi t et re egale a120% des deperditions. LES NORMES- NFEN 12828 ..Systemes dechauffage dans les bat iments -Conception des systernes dechauffage it eau ,- NF EN 12831 "Systemes dechauffage dans les batlments-Methode de calcul des deperditionscalorifiques de base".- Nf EN 15450 "Systames dechauffage dans les batlments Conception des systernes dechauffage par pompe a chaleur".Publlee en janvier 2009, cettenorme detini t les methodes dedimensionnement du chauffage,de I'eau chaude sani tai re et del 'Installat lon pour Iechauffage parpompe it chaleur (air/air, air/eau,eau/eau, eau glycoleeleau" gaz/gaz,gaz/eau).Elle traite egalement du SPF(facteur de performancesaiscnniere], qui permet devraiment com parer la rentabilitedes differents systemes,

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L E S T E M P E R A TU R E SE X T E R IE U R E S D E B A S EZ O N E S C L I M A T IQ U E S T E M PE R A TU R E E X TE R IE U R E D E B A S E :

H1a,H1b,H1c -9 "0H2a, H2b , H.2c, H2d -6 "0

H3 -3-c

Carte de Francedes zonesclimatiques

40

P o u r I 'ensemble des zones, les valeursde Ireference correspondent au niveaude ~tamer (altitude 0).On ~joute a la temperature exterieurede base les valeurs ci-dessous pourtenii'compte de I'altitude.

A L T I T U D E C O R R E C T I O NInferieure ou agale a 400 m aSuperieure a . 400 m et -2 "0inferieure ou agale a 800 mSuperieure a 800 m -4 "C

- ,L E , ' i D I M E N S I O N N E M E N TD A N S L E N E U FI Iest evident que seule une etude ther-mique reglementaire r eahsee par unbureau d'etudes thermiques permet deoontr61er Ie respect de la reglementa-tion.thermtque et d'evaluer les besoinsdu bat irnent , et done la puissance ainstaller,

ATTENTION!

L A P O M P E A C H A L E U R 6Lexper ienee montre que pour un bati-ment qui respecte la reglementationthermique en vigueur (RT2005), lesdeperditions thermiques sont de I'ordrede 50 W/m'ZA present, rien ne vous erroeche defaire mieux que la RT2005!En eftet , si vous const ruisez une mal-son conforme a la future reglementa-'lion (RT2012), c'est-a-dre un logementdit "BBC", Ie rnerne batiment n'aurades deperclt tons que d'environ 35 a4 0 W /m 2,

+ L e s p a n t s t h e r m lq u e s . . .C'es t une evi dence: pl us on i sol e, p lus onfai t laguerre aux pants thermiques. Et pluson controls la mise en osuvre du logement,p lus l a consommati on chu te ! L 'energ ie l amains chere, c'est cel ie qu'on ne consommepas!

II ne faut pas surdimensionner une pompe it chaleur, elle risquerait autrementde faire des cycles courts.Si I 'eau chaude sanitaire est produite par la pompe a chaleur, iIfaut ajouter250 W par personne a la puissance a installer.Exemple pour une maison neuve de 120 m2 conforme a la RT2005:POur les besoins en chauffagePUissance necessalra: 120 m2 x 50 Wx 1,2 = 7200 WPour les beso ins en eau chaude sanitairePUissance necessalre: 250 W x 4 personnes = 1000 WPUissance a installer = 7 200 W + 1 000 W = 8 200 W(soit une pompe a chaleur qui rest itue au moins 8,2 kW)

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L E D IM E N S IO N N E M E N TE N R E N O V A T IO NTout comme dans Ie neuf, une etuderealises par un bureau d'etudes ther-miques permet d'evaluer les besoinsdu batirneot, La puissance a installerdepend de ces besoins.Estimer la puissance a installer en reno-vat ion est un peu plus cornplique quedans Ieneuf, ear eela depend du niveaud'isolation de la maison.

@ l UNE ISOLATION A NE PASNEGLIGER ..Avant de changer Iemode dechauffage d'une habitation, iI fautfaire un bi lan de l 'etat de I'isolation,des tenetres, etc. , pour voir s' iI n'y apas d'amelioratlon a apporter.En effet , la merne maison avec uneisolation correcte consommeramoins d'enerqie que sl elle est uneveritable passoire. La puissancea instal ler pour Ie chauffage seraegalement plus basse.

En matiere de renovation, les anciennesreglementations faisaient appel au coef-ficient G . Ce coeff ic ient a et e rernp lacepar IeUbat dans les RT2000 et RT2005.Cela dit, Ie coefficient G n'en demeurepas mains pratique d'utilisatian. II per-met de faire une premiere estimation dela puissance a installer en renovation.

Le coeff ic ient G caracter ise les deper-d it ions volumiques sxprimees en wattpar metre cube et par deqre Celsius(W/m3/ oC ) .Linstallation de chauffage sera caracte-risee par la capacite a assurer 1 8 tem-perature mterleure souhaites (exemple:19C) pour la temperature exter ieurede base (Tbase) de la region.f2"."&l A SAVOIR La puissance a installer devra etreau moins egale a:P :::G )(V )( aT )( I )(Fhl x 1,2 + PeesP = puissance a installer (en W lG :::coefficient d'isolation (enW/mJI"C)V ::: volume (en mS)8.T:::ecart entre la temperatureexterleure de base et latemperature interleure (en K)I = facteur d'intermittenceFhl = facteur de concept ion de lamaison (inertie)1,2::: coefficient de surpuissancePecs = puissance necessaire pourI'eau chaude sanitaire quand elleest produi te par la PAC (en W l

Vous trouverez a la page suivante quel-ques valeurs moyennes pour les dif-ferents coeff ic ients necessaires aI'estimation de la puissance a installer.

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C O E F F I C I E N T F H l( I N E R T IE D U lO G E M E NT )C R IT ER E D E C O NC EP T IO N F h l

Faible inertie (plafondsuspendu, plancher sureleve et 1murs fins)Inertie moyenne (sols at ptafond 0,95en beton et murs fins)Inartie lourde (sols et plafondenbeton etmurs en brique ou 0,9en beton)

G . O E F F I C I E N T I( IN T E R M I T T E N C E )La valeur du facteur d'intermitteneedepend de plusieurs parametres (des

. plages d'abaissement de la regulation,; la temperature choisie pour les plagesd'abaissernent, etc.).eette valeur varie de 0,70 a 1 (il fautprendre une valeur par defaut de 0,9).f i :O E F F I C I E N T GICe tableau ne donne qu 'une vueapproximative des coefficients G enfonetion de l ' annee et de la region afinde faire une estimation rapide.Seule une etude thermique peut definlravee precision les besoins thermiquesd'une habitation selon les caracteristi-ques de ehaque materiau

L A P O MP E A CHAL EUR 6Z O NE H l Z O NE H 2 Z ON E H 3

2005 0,75 0,8a . . . 0,82000 1 0,95a 2005 0,951982 '1,1 1,2 1,2a 19891974 1,15 1,45 1,65a 1981Avant 1,8 1,9 2,11974

A T ( D E L T A T )Cette valeur est l 'ecart entre la tempe-rature exter ieu re de base (Te)et la tem-perature lnterieure (Ti).

EXEMPLESTe = - 6 "C et Ti ;;;19 "C8.T est de 19 + (- 6) = 25 KExemple pour les besoins enchauffage d'une maison anciennede 120 m


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L E C A P T E U RE X T E R I E U RLe capteur exterieur est un point strate-gique de I'installation de chauffage pargeothermie.II permet d'obtenir jusqu'a 75% d'ener-g ie gratu ite en recuperant les calor iescontenues dans Ie terrain.Le capteur qeothermique, contra ire-ment a raerotherrnle. permet de recu-parer les calor ies dans unmi lieu dont latemperature est relativement constantetoute l'annee, et ce, que lie que soit latemperature exteneure. De ce fait , Ierendement d'une pompe a chaleurgeothermique ne diminue pas (au trespeu) lorsque la temperature exterieurechute.

Q U E L L E S O U R C ED E C H A L E U R ?Le choix du capteur est tres importantcar i lva def in ir Iemode de fonct ionne-ment de la pompe a chaleur et doncson COP ainsi que son SPF.

+ R a p p e l !Plus la temperature recuperee dans Ie cap-teur exterieur est elevee, plus Ie rendementde laPACest eleve.A I 'inverse, plus la temperature recupereeest basse, plus IeCOP chute.

On peut comprendre qu'en hiver,lorsquelatemperature exterieureest de- 5C, onnereeupere pas lamarne quantte de cha-leur contenue dans I'air,dans Ie sol a fai-ble profondeur (mainsde 1 m),dans Iesola 100 ml (forage geothermique) au encoredans I'eau d'une nappe phreatique.De nombreux facteurs doivent etre prisen compte af in de choisir la source dechaleur laplus appropriee, com me : les besoins energetiques (deperditions); Iesystems de chauffage employe(temperature de depart d'eau dechauffage) ;

I'emplacement geographique; les ressources disponibles autour dela maison.

II existe t rois grands types de capta-ges: horizontal, vert ical et sur nappephreatique.

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i'e Le capteur horizontal (geosolaire)..Extraction des calor ies au moyen c'un,fluide caloporteur circulant a l'interieur, de tubes en polyethylene (PEl places aenvi ron 20 cm sous Iepoint de gelee dela region.

Le capteur vertical (sonde gE!O-therrnique], Extraction des calor iesau moyen d'un fluids caloporteur cir-culant a I 'interieur d'une ou plusieurssondes geothermiques constltuees detubes en polyethylene haute densits(PEHD).

L E S C A P TE U R S 9r - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - ~ ~~'"o3:

Q!

Le captage sur nappe phreatique.Extraction des calories contenues dansune nappe phreatique. Pour cela, i l fautdeux forages d 'eau : un pour l'aspiratlonet I'autre pour Ie rejet. On appelle aussicette solution I'aquathermie.+ A l l e r p lu s l o inUne aut re solut ion existe, moins repandueen France: lageost ructu reoPour les constructions a u des pieux defondalion sent necessaires, il est possi -ble d'equiper ces derniers d'echanqeurs dechaleur.Cette technique uti lise Ierneme princlpe queIe capteur ver tical (sonde geothermique)mais lessondes sont placees dans lespieuxde fondation de I'habitation.

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C H A P 1 T R E i : /

.: .:,. 1 .

L E C A P I E U R , < /," , . ."

H O R I Z O N T A LL E S Y S TE M EE A U G L Y C O L E EA S PE C TS G E N E R AU XLe capteur hor izonta l eau qlycolee estcompose de tubes en polyethylene(PE)enterres a . une profondeur hors geldans lesquels circule de I 'eau glyco-lee (eau + antigel ) en circui t terrne, Cefluide caloporteur capte ainsi l 'enerqiestockee dans Iesol.Etant donne lafaible profondeur de I'en-fouissement des tubes, I'energie g80-thermique proprement dite ne revetqu'un role secondaire. On parle alorsd'enerqie geosolaire.

+ A savoir . ;L'energieque I'on recupsre dans Iesol provienta 90% du rayonnement solaire (stocke durantl 'e le) , du venl et de lapluie par I 'inf il trat ion.

L E S C A PT E UR S E)

La puissance que peut puiser un cap-teur horizontal depend de la conducti-vite thermique du terrain (nature du sol)et peut varier de 10 a 35 W/m2.La zone de captage necsssaire estd'environ 1,5 a 2 fois la surface habi ta-ble a chauffer.

+ A t t e n t i o n !Lorsqu'un capteur hori zontal est sous-clmensome, iI peut provoquer un souleve-men!du sol par Iegel car i lva epuiser etrefroi-dir Iesol apres quelques hiversd'utilisation.

Capteur exterieureau glycolee

Les capteurs horizontaux sont plusfaciles a installer (surtout dans Ie neuf)et ant des coOts init iaux plus bas queles capteurs verticaux. l .lnconverientest qu 'i ls necessitent une grande sur-face de terrain.

Detailcole capteur systerneeauglycolo3e"

L A T EM P E RA T U RED E F O N C T IO N N E M E N T~pe systems est donne pour un regime.d 'eau glycolee de 0/- 3 "'C selon la) orme NF EN 14511,0 C etant la tem-f1perature d 'entres vers la PAC (retourdu capteur) et - 3 C la temperature desortie de la PAC (vers Iecapteur).l E S T U B E S.Les tubes sont generalement d 'un dia-,metre de 20 mm (ilsexistent egalement

Captsur geosolaireeau glycolee Poseen (ranches

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Compresseur

Detendeur

en 25 mm et 32 mm), et peuvent resis-ter a une pression de 6 bars.l is sont generalement enterres a uneprofondeur comprise entre 60 em et1,50 m (au mains 20 em sous la cou-che sujette au gel de la region).Lestubes du capteur peuvent stre pla-ces soit en tranchee, soit en decapaqe,c 'est-a-d ire sur toute la surface du ter-rain, avec un espacement minimal d'en-viron 0,35 m.

Poseen decapaqe

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L A M IS E E N C E U V R ECSsystems peut etre installe sur un ter-rain en pente, i l faut dans ce cas p revo i rla purge "regard ,) au niveau du pointhaut.Le capteur hor izonta l peut etre recou-vert de gazon, d 'un potager ou de mas-sifs floraux, rnais en aucun cas d'arbresau d'arbustes car les racines pourraientendommager les tubes.Cette surface ne doit pas etre sous I'ha-b itat lon, sous la piscine, sous une sur-face impermeable (terrasse, allee degarage en beton, etc.).Des distances minimales dolvent etrerespectsss entre les capteurs et lesautres elements du site.

l ES C A P TE U R S eDistances minimales a respecter

(en metres lineaires)Herbe I gazon

Arbres 5mlReseaux enterres non hydrauliques 1,5 mlfondations, putts, tossee septiq ues. 3ml

Lorsque Ieterrain contient beaucoup decailloux pouvant endommager les tubes,il est necessaire de mettre une couchede sable sous et sur les tubes ducapteurafin de les proteqer rneceruqcemeot.La zone accueil lant Ie capteur geother-mique, qu'il so it pose en decapaqeou en trancnee, doit etre rnaterta l lseesur un plan de masse a I'echelle (IIestconsei lle de prendre des photos avantle remblaiement de .18erre).

Detai l d 'une coupe d'un capteur hor izontal

@lIMPORTANT- Ne pas uti1iser de filet avertisseurmetalllque l- Faire uncontrole d'etancheite destubes en les mettant sous-pressicnavant Ie remblaiement de laterre caril est encore possible d'intervenirsur Iecapteur en cas de tuite.- Remblayer Iecapteur avec lestubes sous-pressron.

CALCUL DES PUISSANCES

pecap.age terranSur face 2(16m2;PrMO".f~jr 80 (.rf'j ;01 fn

6 c lr CU lI .5 o d i! 1 D O m tIlalson 211:17ml0 32mm

Exempla c 'un p lan avec ledess in du cap tcur hor izon ta l

L E D I M E N S IO N N E M E N TPour connaTtre la dimension du capteurexter ieur qui sera necessai re au fonc-tionnement de la pompe a chaleur, IIfaut calculer 18puissancefrigorifiquede celle-cl, C'est la puissance qui vaeire extraite dans le captsur extsneur.

Calcul de ta puissance electriqueLa puissance electrique des pompes a chaleur est generalement indiqueedans les documentations commerciales des tabricants (prendre lavaleurdon nee pour BO/W35 pour une geothermie sur captaur geosolaire eauglycoh~e avec un plancher chauffant).P electrique (WI = = P chaud (Wll COPCa'cul de la puissance fr igorif iqueP frigori fique (W) = P chaud (W)- P eleetrlque (W)Puissance que I'on peutexlraire du solLe debi t d'extraction specit ique par metre carre de surface de capteur estdonne d'apres la norme VDI4640 part ie 2.En moyenne, iI est possible d'obtenir une extraction de chaleur speclfique de30 W/m2. de capteur, pour 1800 h defonctionnement par an(mode chauffage).

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Pour cela, iltaut connaltre: La puissance ohaud de lapompe achaleur. G'est la puissance restltuespar celle-ci. Elleest lndlqcee sur lesdocumentations commerciales desfabricants (prendrela valeur donneepour BO /W35 pour une geothermiesur capteur geosolaire eau glycolseavec un plancher chauHant).

La puissance etectrtque ducompresseur. C'est 1 8 puissanceabsorbes de lapompe a chaleur(ce qui va etre pave au fournisseurd'e lec tr io i te j .

L ES C AP TE UR S {)

En effet, Ie temps de fonct ionnementd'une pompe a chaleur produisant duchauffage et de l ' eau chaude sanitaireest d'environ 1800 h/an.Si Ie chauffage de I'eau de la pisciaeest egalement assure par la pompe achaleur, Ie temps de fonct ionnementest augmente d'environ 600 h (solt2400 h/an).La puissance captee dans Ieterra in sefaisant au moyen detubes, on peut donefaire une relation entre la puissance cap-tee au metre carre et la puissance cap-tee par metre l ineaire de tube.

Puissance moyenne recuperee sulvant Ie type de capteur (W/ml.)

S ou rc e: P ro mo re ie c. e ar ne rs p ra tiq ue s d es in sta lla ti on s t h~ rm od yn am jq ue s

E T U D E ,D 'U N C A SPrenons Ie cas d'une pompe a cha-leur qui resti tue une puissance calorifi-que de 11,8 kW, avec un COP de 4,5;,Iecapteur hor izontal uti lise des tubes020 mm espaces de 35 em et placesdans une terre argi.leuseseche.

Les donnees: P (W ) e te ctrlq u e -- 11 ,8 I 4 ,5-- 2,6 kWau 2 600 W;

P (W) fr igorifique -- 11,8 - 2,6-- 9 ,2 kW au 9 200 W;

Puissance d'extraction (W/m2)de I'argile seche -- 25 W /m 2;

Tube -- 0 20 mm; Espacement -- 0,35 m,

Debits d'extraction de chaleur specitlques du sol d'apres VOl 4640

C o nd it io n d u t er ra inO E BIT D 'E X TR A C TI ON S P E CIF IQ U E P A R M E T RE C A RR E

P E R IO D E D E FON C TI O NN EM EN T1 B O O H /A N P E R IO D E D E FON C TI O N NEM EN T2400 H /A NS ols s ac s n on c oh es it sSols cohes i f s , h um i d e sS a b le/gravie.r a t un ! en ea u

10W/m'16a24 Wfm'

SWim' @ CALCUL DU DIMENSIONNEMENTET DE LA LONGUEUR20 a 30 W/m'40W/m'

Le debit d'sxtraction speciflque,c'est-a.-dire la puissance que I'onpeut extraire selonla quali le du sol.

Ledebit d'extraction spscifiqua parmetrecarre de surface de capteur est donned'aprss la norme VOl 4640 partie 2.Le debit d 'extraction expr ims en wattspar metre cafre (W/m2) est different enfonction des heures de fonctionnementde la pompe a chaleur.

32W/m' Calcul de la dimension du capteurSurface capteurtm-) --9200 W 125 W/m2 ::;; 368 m2La sur face du capteur exter ieur necesaaj re pour cette PACsera de 368 m2@CALCULDUDIMENSIONNEMENT

ET DE LA LONGUEURCalcul de la longueur de tube avec un pas de 0,35 mLongueur totala de tubes (ml) ;;;;368 m21 0,35", 1 051mlDans cet example, nous avons Iechoix d'installer 10au 11tubes de 1.00rnlpour col ler au plus pres du calcul theorique,Prenons I 'opt ion de lapose de 10tubes de 100 mlP reel le extrai te au rnl, soi t: 9 200W 11 000 ml = 9,2W/mlPose de 10tubes )(100 mlLa PAC va extra ire du terrain 9,2W/ml de tube.

Calcul de la dimension ducapteurSurface 1 m 2 ) = P frigori fique len W I IW extraits du sol au metre carre( m2 )Calcui de la longueur de tubepour Ie capteurLongueur (ml) ::;;surface (m2)!espacement (m)ou Longueur (ml) =puissancefrigori fique (W)! puissance (W/ml)

Calcul de la longueur de tube avec un pas de 0,4mLongueur totale de tubes (ml) --368 m2 I0,4 = 920 mlP reelle extraite au ml, solt: 9200 W /900 ml = 10,22 W/mlPose de 9 tubes x 100 mlLa PAC va extraire du terrain 10,22 W/ml de tube.

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Nous constatons que I 'espacementdes tubes a une incidence sur la puis-sance extraite par metre l ineaire (ml) detube sur Ie terrain et sur donc la l en-gevite du capteur geothermique (dansces deux cas de pose, I 'insta llat ion estconto rrne) .L E S O U L E V E M E NT P A R L E G E LAttention, il ne faut pas sous-dimen-sionner un capteur.En effet , les calories qui sont p resen teenaturel lement dans Ie sol sont appor-tees de tacon continue par Ie rayonne-ment solaire, Ie vent et Ie ruissel lementdes eaux de p lu ie .

Profondeur

Lorsque Ie sol autour du capteur gele,Ievolume du sol augmente.En effet , un sol sature d'eau contientnormalement 35 a 40 % d'eau. LorsqueI'eau gele, son volume augmente de11 %, ce qui provoque une augmen-tat ion du volume du sol d 'environ 4%(0,4 x 0,11 = 0,04, soit 4 %) , La surfacedu sol se sou lsve donc.II est donc important de respecter Ietaux d'extraction maximal (qui dependde la nature du sol) et les principesd'agencement

+ A retenirLa pompe a chaleur geothermique doit pre-lever une quant lte de calor ies lnfsr ieura acel ie qui est appor tee par laterre, C 'est urn-quement en respectant cet te regi e que Ieterrain ne s'epulse pas et/ou negele pas,

Dans certains cas, des souleve-ments par Ie gel peuvent survenir, cequi indique que la puissance d'extrac-t ion maximale du sol a ete depassee.Le capteur horizontal a ete mal dimen-slonne (surface insuff isante du cap-teur, tubes trop pres les uns des autres,puissance extraite au metre lineaire tropimportante). L E S Y S T E M E S O L(D E T E N T E D I R E C T E )

A S P E C T S G E N E R A U XLe capteur horizontal sol (detentedirecte) est compose de tubes en cuivrerecouvert d 'une gaine en PE enter res aune profondeur hors gel dans lesquelscircule directement Ie fluide frigorifique.Ge fluide frigorifique capte ainsi l ' ener -gie stockee dans Ie sol (I'evaporateurest directement dans Iesol),Etant donne lafaible profondeur de I'en-fouissement des tubes, I 'energie geo-thermique proprement dite ne revetqu'un role secondaire. On par le alorsd'enerqie geosolaire.En effet , l'enerqie que I'on recuperedans Ie sol provient a 90% du rayon-nement solaire (stocks durant l ' e te) , duvent et de la pluie par I'infil tration.

Risque deformationde gl ace au tour du tube

SOlJlevement par Ie gel (gel auteur du lube}

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L E S C A P TE U R S 9La puissance que peut puiser un cap-teur hor izonta l depend de la conducti -vite thermique du terrain (nature du sol)et peut var ier de 10 a 35 W /m 2 COMBATTRE LES IDEESRE9UES ..Contrairement a des idees recues,lazone de captage necessaire estlarnerne que pour un capteur eauglycoh~e, c'est-a-dlre environ 1,5a2 fois la surface habitable a chauffer.lorsqu'un capteur horizontalest sous-dimensionne, il peutprovoquer un soulevement dusol par Ie gel car il va epu. iser etrefroidir Iesol apres quelqueshivers d'utilisation.

Le capteur horizontal a detente directene doi t etre instal le que par un protes-sionnel quali fie. Tout comme Iecapteurhor izontal eau qlycoles, son inconve-nient est q u 'i l n e c e ss i te une grande sur-face de terrain.L A T E M P E R A T U R ED E F O N C T IO N N E M E N TIIexiste une norme concernant les sys-te rnes eau/eau et eau glycolee/eau(norme EN 14511) qui definit les condi-tions d'essai et les temperatures defonctionnement. Pour les sys te rnes soilsol au soi leau, il n'existe pas de normed'essai mais des protocoles admis parla rna io r i te des incustr le ls .Pour ce sys teme, la temperature nomi-nale du fluide a ren tree de l ' evapora teurest de - 5 "C.

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1-11 'C DetendeurD~ail cote captsur systems detente directs

L E S T U B E SLes tubes du capteur doivent etre destubes en ouvre de qualite froide( D IN 8 90 5) . Generalement d'un diarne-t re de 10 mm, ils sont recouverts d'unegaine en P E (polyethylene) d'au moins0,5 mm.Les tubes sont generalement enterres aune profondeur comprise entre 60 cmet 1,50 m (aumoins 20 em sous la cou-che sujette au gel de la region),Les tubes du capteur peuvent etre pla-ces soit en tra nch es , s o i t en decapaqe ,c'est-a-d lre sur toute la surface du ter-rain, avec un espacement minimal destubes d'environ 0,35 m.Le capteur est const itue de plusieursboucles generalement mteneures a60 ml pour eviter une perte de chargetrop impartante, car I'hui le de lubrifica-tion entra inee par Ie f lu ide doit revenirau compresseur.

L E S C A P TE U R S 9Herbe I gazon+ A savoir . . .

TerreDes problernes peuvent apparai tre sur unterrain en pente, it cause de l 'hui le qui peutrester piegee aux poi nts bas des couronneset donc ne plus faire circuler Ie fluide frigori-gene dans la ou les boucles concernees.

Dispositif avert isseur- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - _ - - - ~

1S~~j .--------~-----

__ __ _ 40__ ~ ~- ~-- -~ L ~it~ d- ..e -.- -s -a _-b _l-e :O _-u _~ d_ e_ t-e -rr e- fi .n _e --- 'Terre

LOOJ

L A M IS E E N C E U V R ELa mise en ceuvre d'un capteur adetente directe horizontal est identiquea celie d'un capteur eau glycolee,II peut etre recouvert de gazon, d'unpotager ou de massi fs f loraux, mais enaucun cas d'arbres ou d'arbustes carles racines pourraient endommager lestubes.Cette surface nedoit pas etre sous l 'ha-bitat ion, sous la piscine, sous une sur-face impermeable (terrasse, a l l ee degarage en b e to n, e t c. ).Des distances rnrurna les doivent etrer espec tees entre les capteurs et lesautres elements du site,

Detaild'une coupe d'un capteur horizontal

La zone accueil lant Ie capteur geother-mique, qu'il so it pose en decapaqeau en tranchee, doit etrs rnaterial iseesur un plan de masse a l ' echel le (il estconseil le de prendre des photos avant, Ieremblaiement de laterre).

IMPORTANT!Distances minimales a respecter - Ne pas uti liser de filet avertisseurmetallique!- Undispositi f avertisseur doit etreplace a 50cm au moins au-dessus de

la boucle autour de la zone limitee.- Si Ietuyau de refroidissementpasse a t ravers un mur, il doit etreisole contre la vapeur et I'interval leentre Ie percement du mur et Ietuyau doit etre etanche,

Arbres 5mlRaseaux entem's non hydrauliques 1,5mlFondations, puits, fosses septiques ... 3ml

Le capteur ( Ies tubes) dolt etre insta l Iesur un lit de sable et recouvert d'environ10 a 15 cm de sable. Ou sable de gra-nulornetrle cornpris entre 0,3 et 1,5 mmest recorrmande, Le lit de sable peutetre remplace par de laterre fine.

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L E T E S T D ' E T A N C H E I T E( C O N T R O l E D E F U I T E )Une fois que Ie capteur est installe,l 'etarcheits de I'ensemble de la bouclede refroidissement doit e tre te s te e enuti lisant du nitroqens (azote) a la pres-sion maximale au to r l s ee . Un essai depression dolt eqalernsnt etre realise.Ce type de capteur contenant du f lu idefriqoriqene, le controls d'etancheitedes tubes doit etre ettectus avant Ieremblaiement de la terre par un pro-fessionnel possedant une attesta-tion de capacite, conforrnernent audecret 2007-737 du 7 mai 2007.Le capteur doit etre remolave aprssverification de fuites eventuelles.La boucle du f lu ide frigor igene ne doitpas com porter de raccords inacces-sib les (parties soudees, joints visses)dans Iesol, Side tels raccords sont me -vitables (en cas de reparat ion), l ls doi -

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vent etre executes par un technicienquali tie, testes et isoles avec des mate-riaux appropries contre la corrosion.

fique. C'est la puissance qui va etreextraite dans Iecapteur exterieur.Pour cela, il faut connaTtre la puis-sance chaud, la puissance elec-L E D l M E N S IO N N E M E N T trique et Ie debit d'extraction (voir

Pour connaTtre la dimension du capteur p. 52).extensur qui sera necessai re au fonc-t ionnement de la pompe a chaleur, i lfaut calculer sa puissance frigori-

Pour en savoi r plus sur les debi ts d 'ex-t ract ion du sol, reportez-vous a lapage 52.

@ CALCUL DES PUISSANCESCalcul de la puissance electriqueLapuissance electrique des pam pes a chaleur est gEmeralement indiqueedans les documentations commerciales des fabricants. Prendre la valeurdon nee pour - 5 et35 (- 5C etant latemperature d'evaporat lcn et 35Clatemperature de depart chauffage) pour une geothermie sur capteurhorizontal a detente directe avec un plancher chauffant gaz (sol/sol).P electrlqua (W) = P chaud (W) I COPCalcul de la puissance frigor if iqueP frigorifique (WI = P chaud (W)- Pelectrique (W)Puissance que I'on peut extraire du solL'agencement du systerne de capteurs a detente directe est similaire aI'agencement des capteurs horizontaux a eau glycoll~e. Pour les deuxsysternes, dimensionner la source de chaleur signifie trouver un equitibreentre la capaci te d 'extract ion du sol et la puissance frigori fique de la pompe achaleur.

Debits d'extraction de chaleur speciflques du sol d'apres VOl 4640

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L E S C A P T E U R S 0Puissance moyenne recuperee suivant les types de capteur (W/m)

L A P O S EU N E O U D E U X C O U C H E S ?Que ce soit pour un capteur horizon-tal a eau qlycolee ou a detente directe,lorsque la pose du capteur se fait endeux couches, la puissance extraite dusol n'est pas multipl iee par deux JEn effet, etant donne que Ie capteurpuise I 'energie dans la chaleur conte-nue dans Ie sol mais aussi et surtoutpar I'infiltration de I'eau de pluie, il se

trouve que plus on descend et moins ily a d 'humidits relat ive dans Iesol , d 'oul 'ecart de puissance extra ite entre unesolution avec une couche (2 tubes) etdeux couches (4tubes).L ' E V O L U T I O ND 'U N E I N S T A L L A T IO N G A Z /G A ZI I est conseile de raccorder un plan-cher chauffant a eau sur les installationsavec un capteur contenant du fluide fri-qoriqens (systems soileau).E n effet. les systernes sol /sol , c 'est-a-dire dont Ie plancher chauffantcont ient eqalement du fluide frigori-gene, ne permettent pas de faire evo -luer j'instailation.Les tubes en cuivre de ces plancherschauf fants ont un diarnetre plus petitque Ie plancher chauffant a eau chaude(tubes en polyethylene); on ne pourradonc jamais faire circuler de I'eau a I'in-terieur (cela imposerait des circulateurstres puissants pour contrer les pertesde charge du tube).

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+ F l u i d e f r i g o r i g e n ev s e a u c h a u d e . . .Cette l echno logi e impose de reste r a vieavec unsysterne gaz/gal . I Inesera par pos-sible de fai re evOluer Ie mode de chauf fagedu logement vers une autre enerqie (solaire,geothermie eau, chaudlsre bois, etc.) alorsqu'un plancher chaul lant a eau peul fonc -t ionner avec toutes lesenergies.

De plus, avec les systemes sol/sol, iln'est pas possible de faire une regu-lat ion piece par piece dans la maison,car i l n 'y a generalement qu'une, voi redeux boucles. On ne peut donc regu-ler qu'une au deux zones de chauffage(partie jour, partie nuit).l E S O U lE V E M E N T P A R lE G E LAttention, ilne faut pas sous-dimen-sionner un capteur. Eneftet,les caloriesqui sont presentes naturellement dans Iesol sont apportees de tacon continue parIe rayonnement solaire, Ievent et Ie ruis-sellement des eaux de pluie.

La pompe a chaleur gElOlhermique doit pre-lever une quant ite de calor ies inter ieure acel ie qui est appo. tes par lalerre. C 'est uni -quement en respectant ce tte regi e que Ieterrain nes'epuise pas et/ou ne gele pas.

+ C o n d i t i o nsm e q u a n o n e .. .

Dans certains cas, des soulevernents parIe gel peuvent survenir (voir figure p. 54),cela indique que la puissance d'extrac-t ion maximale du sol a e i e depassee . Lecapteur horizontal a etemal dimensionne(surface insuffisante du capteur, tubestrap pres les uns des autres, puissanceextraite au metre l ineaire trap importante).Lorsque Ie sol autour du capteur gele,Ievolume du sol augmente. Eneftet, unsol sature d'eau contient normalement35 a 40% d'eau. Lorsque I'eau gele, sonvolume augmente de 11%. Ce qUI pro-voque une augmentat ion du volume dusol d 'environ 4% (0,4 x 0,11 = 0,04, soit4 %), et son sculevement.II est done important de respecter Ietaux d'extraction maximal (qui dependde la nature du sol) et les principesd'ageneement.

Le capteur vertical (forage sur sondegeothermique) est compose detubes en polyethylEme haute den-site (PEHD) places a I'interieur d'unforage de grande profondeur (envi-ron 50 a 100 m)et dans lesquels cir-cule de I 'eau glycolee (eau + anti gel)en circuit ferme. Ce fluide calopor-teur capte ainsi I'energie stockeedans Ie sol.Gontra irement au capteur hor izonta l(eau glycolee ou detente directe), cesysterne est vraiment lie a l'enerqle geo-thermique a proprement dite.En effet, l'ensrqie que ron recuperedans Ie sol provient a 100% de la cha-leur contenue dans Ie sol autour de lasonde qeotherrnique.A 10m de profondeur, la temperaturedu sol est pratiquement constante toutel'annee et avoisine les 10 a 13G. Endescendant en profondeur, la tempera-ture s'eleve de 2 a 3C tous les 100 m.Lapuissance que peut puiser une sonde

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lE S C A PT E UR S 9geothermique depend de la conducti -vite thermique du terrain (nature du sol)et peut varier de 30 a plus 70 W parmetre l inea i re de sonde.Le forage vertical (sonde qeolherrnique)possBde Iegros avantage de ne prendrepratiquement aucune place sur Ie ter-rain. IIpeut done se placer presque par-tout, a parti r du moment au i lya environ10 a 15 m2de terrain af in de met tre enplace laforeuse pour reanser I'ouvrage.

Forage Sur sonde geothermique en renovat ion

L A T E M P E R A T U R EDU SOU S-SOlLe globe terrestre est compose dequatre enveloppes : au mil ieu, Ie noyausolide avec un rayon de 6 370 km et

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Coupe schsmat ique de laTerre

une temperature estimee a 4 200 C,ensuite Ie nayau liquide avec un rayonde 5 200 km (temperature 3 500 0q ,puis Ie manteau avec u n rayon de2 900 km (temperature 3 000 C),enf inla croute terrestre, qui est I'enveloppesuperficielle de la Terre (30-60 km).Au niveau dela croute terrestre, latem-perature s ' a c c ro i t d'enviran 3 C tausles 100 m. L'exploitation de l'enerqiegeothermale passe par l 'u tt isat lon decette chaleur.

lES C A P T E U R S 9Compresseur

Temp_ d l ,lsol an

c t eT emi P, d u

6(1'1 ~rIhlver

u

""

- i l l - 2 0 2 4 Ei e lO i2: 1.. '6Tempera tu re moycnne du 3 ; 0 1 ( "C )

Temperature an foncl ion de la profondeur

L A T E M P E R A TU R ED E F O N C T IO N N E M E N TGe systeme est donne pour un regimed'eau glycols8 de 01- 3 C selon lanorme NF EN 14511, 0 "C etant la tem-perature d'entree vers la PAC (retour duforage), - 3C e tan t la temperature desortie de la PAC

Le Guide Du Chauffage Geothermique

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