Chauffage géothermique: le principe de fonctionnement, le pour et le contre, les subtilités de la construction

Il y a beaucoup d'options différentes pour chauffer les maisons. L'attention des gens est naturellement centrée sur la recherche de moyens qui consomment le moins d'énergie. Les conflits féroces sont causés par une méthode aussi progressive d'obtention de chaleur que l'utilisation de sources souterraines.

Le principe de chauffage géothermique implique l'utilisation de pompes à chaleur. Ils fonctionnent selon le cycle Carnot classique, prenant un réfrigérant froid en profondeur et recevant en retour un flux de liquide chauffé à 50 degrés à l'intérieur du système de chauffage. L’équipement fonctionne avec une efficacité allant de 350 à 450% (ceci ne contredit pas les lois physiques fondamentales, pourquoi - dira-t-on plus tard).Une pompe à chaleur standard chauffe une maison ou un autre bâtiment en raison de la chaleur du globe pendant plus de 100 000 heures (intervalle moyen entre les révisions préventives).

Chauffer jusqu'à 50 degrés n'est pas accidentel. Selon les résultats de calculs spéciaux et de l’étude des systèmes mis en œuvre dans la pratique, cet indicateur a été reconnu comme le plus efficace. Par conséquent, le chauffage au sol, qui utilise le flux d'énergie des profondeurs, est principalement complété non par des radiateurs, mais par un plancher ou un circuit d'air chaud. En moyenne, par 1000 W d'énergie, qui entraîne la pompe, il est possible de générer environ 3 500 W d'énergie thermique. Dans le contexte de la montée en flèche du coût du liquide de refroidissement dans le réseau principal et d'autres méthodes de chauffage, il s'agit d'un indicateur très agréable.

Le chauffage géothermique est constitué de trois circuits:

• collecteur de sol;
• pompe à chaleur;
• en fait, un complexe de chauffage à la maison.

La raison est simple: l'eau présente dans une couche de sol suffisamment chauffée érode rapidement l'équipement. Et même un tel liquide ne peut être trouvé dans aucun événement arbitraire. Le choix d'un liquide de refroidissement spécifique est déterminé par les décisions de conception des ingénieurs. La pompe est sélectionnée en fonction de l'appareil, des parties restantes du système. La profondeur du puits (niveau de l'équipement) étant déterminée par les conditions naturelles, les différences décisives entre les types de systèmes géothermiques sont associées au dispositif du réservoir dans le sol.

La structure horizontale implique l'emplacement du capteur sous la ligne de gel du sol. Selon le lieu choisi, cela correspond à une profondeur de 150 à 200 cm, qui peut être équipée de divers tuyaux, tels que du cuivre (avec une couche externe de PVC) et en métal-plastique. Pour obtenir de 7 à 9 kW de chaleur, vous devez disposer d'au moins 300 mètres carrés. m collecteur. Cette technique ne permet pas d'approcher les arbres de plus de 150 cm et une fois l'installation terminée, il est nécessaire d'améliorer le territoire.

Un réservoir exposé verticalement implique le forage de plusieurs puits, forcément dirigés dans des directions différentes, chacun sous son propre angle. À l’intérieur des puits se trouvent des sondes géothermiques, le retour thermique de 1 courant. m atteint environ 50 watts. Il est facile de calculer que pour une quantité de chaleur identique (7-9 kW), il faudra alimenter 150 à 200 m de puits. Dans ce cas, l’avantage n’est pas seulement économique, mais aussi que la structure paysagère du territoire ne change pas. Il ne sera nécessaire que d’attribuer une petite zone à l’installation du caisson et à la mise en place d’un collecteur à concentration.

Un contour chauffé par l'eau est pratique s'il est possible d'amener une unité d'échange de chaleur externe dans un lac ou un étang à une profondeur de 200 à 300 cm. Mais la condition préalable sera l’emplacement du réservoir dans un rayon de 0,1 km du bâtiment chauffé et une surface d’eau d’au moins 200 mètres carrés. m) Il existe également des échangeurs de chaleur à air lorsque la chaleur est générée par un circuit externe provenant de l'atmosphère. Une telle décision se manifeste parfaitement dans les régions méridionales du pays et ne nécessite aucun travail de fouille. Les faiblesses du système sont une faible efficacité avec un gel de 15 degrés et un arrêt complet si la température tombe à 20 degrés.

Le chauffage géothermique d'une maison de campagne, tout d'abord, ne consomme pas de combustible minéral coûteux et polluant. Déjà 7 des 10 nouvelles maisons construites en Suède sont chauffées de cette façon. Les jours chauds, l’équipement géothermique d’un appareil de chauffage devient un moyen de conditionnement passif. Contrairement à la croyance populaire, un tel système de chauffage n’a pas besoin de volcans ni de geysers. Sur les terrains plats les plus ordinaires, il n’agit pas plus mal.

La seule condition est d'atteindre le point situé sous la ligne de congélation par le contour thermique.où la température du sol est toujours de 3 à 15 degrés. La très haute efficacité semble seulement contredire les lois de la nature; la pompe à chaleur est saturée de fréon, qui s'évapore sous l'action même de l'eau «glacée» qui semble aux gens. La vapeur réchauffe le troisième circuit. Un tel système est un réfrigérateur tourné à l'envers. Par conséquent, l'efficacité de la pompe ne se réfère qu'au rapport quantitatif de l'énergie électrique et des ressources thermiques. En soi, l'entraînement est «comme il se doit» avec inévitablement une perte d'énergie.

Les avantages objectifs du chauffage géothermique peuvent être pris en compte:

• excellente efficacité;
• une longue période de service (une pompe à chaleur fonctionne depuis 2 ou 3 décennies et les sondes géologiques ont jusqu'à 100 ans);
• stabilité du travail dans presque toutes les conditions;
• absence de lien avec les vecteurs énergétiques;
• pleine autonomie.

Un problème grave fait du chauffage géothermique une solution vraiment courante. Ceci, comme le montrent les critiques des propriétaires, le prix élevé du design créé. Pour réchauffer la maison habituelle de 200 mètres carrés. m (pas si rare), il sera nécessaire de construire un système clé en main pour 1 million de roubles, jusqu'à 1/3 de cette quantité est une pompe à chaleur. Les installations automatisées sont très confortables et, si tout est configuré correctement, elles peuvent fonctionner pendant des années sans l'intervention de personnes. Tout ne dépend que de la disponibilité des fonds. Un autre inconvénient est la dépendance à l’alimentation de l’unité de pompage.

De nombreuses personnes tentent de créer elles-mêmes un chauffage géothermique. Mais pour qu'un tel système fonctionne, des calculs minutieux doivent être faits, et la disposition du câblage de la tuyauterie est également requise. Il est impossible de rapprocher le puits de plus de 2 à 3 mètres de la maison.La profondeur de forage maximale autorisée atteint 200 m, mais les puits atteignant 50 km présentent une bonne efficacité.

Les principaux paramètres pris en compte dans les calculs sont les suivants:

• température (profondeur de 15-20 m et plus se réchauffe de 8 à 100 degrés selon les conditions créées);
• la valeur de la puissance récupérable (moyenne - 0,05 kW par 1 m);
• influence du climat, de l'humidité et du contact avec les eaux souterraines sur le transfert de chaleur.

Ce qui est très intéressant, les roches complètement sèches ne donnent pas plus de 25 W avec 1 met s'il y a de l'eau souterraine, ce chiffre s'élève à 100-110 watts. Il ne faut pas oublier que la durée de fonctionnement standard de la pompe à chaleur est de 1800 heures par an.Si cet indicateur est dépassé, le système ne deviendra pas plus efficace, mais son usure augmentera rapidement. Pire encore, la surexploitation des ressources thermiques du sous-sol entraîne leur refroidissement et même le gel des roches à la profondeur de travail. Après cela, le sol peut couler, parfois des tuyaux en fonctionnement et des structures hors sol sont endommagés.

L'apport de chaleur aux dépens des sources souterraines devrait être créé selon un algorithme développé de manière stricte. Comme les systèmes d'eau et d'air sont limités, la plupart des options pratiques impliquent le forage de puits.Et ceci est une autre raison pour ne pas tout faire de vos propres mains. Seul un équipement spécial permet de pénétrer à une profondeur de 20 à 100 m, où les conditions nécessaires au chauffage sont créées. L'utilisation de tuyaux en plastique conçus pour une pression d'environ 6 bars est autorisée.

Pour améliorer les performances du système, utilisez des sangles de 3 ou 4 lignes.Les sections d'extrémité sont reliées sous la forme de la lettre U. Le chauffage le long du contour est très important. Grâce à elle, la fissuration des tuyaux pendant le gel intense est éliminée. Ce chauffage est effectué à travers un fil tendu au centre du canal, à travers lequel le courant est appliqué. Si des piles d'énergie ne peuvent pas être appliquées, des récepteurs horizontaux doivent être utilisés. Pour eux, le sol est en préparation avec des dimensions de 15x15 m, le sol en est retiré jusqu'à une profondeur de 0,5 m.

Toute cette zone est nécessaire pour la pose de sondes similaires. Des tapis électriques ou des tuyaux qui échangent de la chaleur sont souvent utilisés. Pour améliorer l'efficacité du système de chauffage, appliquez la disposition du tuyau en spirale ou sous la forme d'un "serpent". Il est impossible de dire exactement ce qui est mieux - complexes prêts à l'emploi, produits en série ou auto-assemblage.Dans le premier cas, le problème de compatibilité est résolu automatiquement, mais dans le second, la flexibilité augmente, le potentiel de modernisation augmente (bien qu'il faille accorder plus d'attention à la conception).

Les constructeurs amateurs peuvent s'éloigner d'un accumulateur de chaleur typique en le remplaçant par une chape en béton. Le chauffage géothermique dans un tel système élimine le besoin de secousses de température importantes. Il est possible de mener des expériences avec différents fluides caloporteurs, ainsi que de monter des compresseurs de différentes capacités. En calculant correctement la charge et en répartissant correctement la chaleur le long des circuits consommateurs, vous pouvez rendre le système plus efficace de 15 à 20%. En parallèle, le coût de l'électricité est considérablement réduit.

Les tuyaux posés horizontalement sont posés à une profondeur de 50 à 300 cm.Pour la zone des autoroutes qui était la plus petite, ils sont réalisés sous la forme de tours. Mais entre les deux autoroutes individuelles devrait être d'au moins 200 mm. Tout travail de construction doit être précédé d'une détermination du retour thermique du sol. Si elle est inférieure à 20 watts par 1 carré. m, il n'y a pas de point dans le contour géothermique. Pour assurer le déversement des eaux souterraines, le fond des fosses est recouvert d'une couche de sable.Les tuyaux à base de polyéthylène réticulé fonctionnent bien.

Le fonctionnement le plus efficace de la pompe à chaleur est prévu dans les pièces où la température de l’air se situe entre 14 ° C. Dans la mesure du possible, préférez l’alignement vertical des contours à l’horizontal, car c’est le plus efficace de tous. À en juger par les examens, sous sa forme la plus pure, le chauffage géothermique est irrationnel, il chauffe trop longtemps, car dans de nombreux cas, un tel système joue un rôle purement auxiliaire. Pour obtenir les meilleures performances, vous devez vous concentrer sur l’intensité maximale admissible de l’implication de la ressource thermique et sur les débits estimés du puits.

Si le fond n'est pas constitué de roches sèches et d'eau chaude, la situation est presque optimale. Ensuite, il est possible d'économiser de l'argent et d'obtenir le maximum d'avantages. Mais nous devons nous rappeler que s’il est prévu d’utiliser simultanément des sources chaudes souterraines pour l’alimentation en eau, celles-ci doivent satisfaire aux exigences sanitaires en vigueur. Lorsque l'analyse chimique révèle la présence de composants agressifs, il est conseillé d'organiser deux circuits indépendants dans lesquels le liquide ne se mélange pas, mais seulement l'échange de chaleur a lieu.Les compresseurs sont fixés aux murs à partir de réfrigérateurs ou de climatiseurs.

Si le câblage de la maison est plutôt faible, il est utile d’utiliser une paire de compresseurs pour réduire le courant de démarrage en raison de la connexion en série. Lors de l'installation des condenseurs, il est nécessaire de prendre en compte le mouvement du fréon de haut en bas et non l'inverse. Pour que le collectionneur puisse travailler de manière stable et chauffer la pièce, sa superficie (pour une maison privée de 100 m²) doit être de 200 à 250 m2. Le système de chauffage horizontal ne doit pas être utilisé si vous envisagez de séparer ultérieurement le jardin ou le potager. Même une pompe de forage conventionnelle peut être utilisée pour compléter le système.

À propos de ce qu'est le chauffage géothermique et de son installation, voir la vidéo suivante.