Les pompes à chaleur, la géothermie et l’aérothermie par KDC Construction

Pompe à chaleur et environnement : L'accord parfait

La pompe à chaleur utilise l'énergie gratuite et renouvelable de l'environnement, elle prélève la chaleur du sol du jardin, de l'air environnant ou de l'eau d'une nappe, augmente son niveau de température et restitue une chaleur à une température plus élevée dans le logement.

Le fonctionnement d’une pompe à chaleur est d'autant plus efficace que la différence entre la température du milieu ou est puisée la chaleur et celle des émetteurs de chaleur du logement est réduite.

Les pompes à chaleur (PAC)

Les pompes à chaleurs sont destinées au chauffage domestique ou collectif sont regroupées en deux grandes familles :

Les PAC géothermiques qui puisent la chaleur dans le sol ou l'eau d'une nappe par l'intermédiaire d'un réseau de capteurs ou de forages.

Les PAC aérothermiques qui la puisent directement dans l'air ambiant, extérieur ou intérieur au logement.

Les émetteurs de chaleur

La chaleur puisée peut alimenter divers émetteurs à l'intérieur du logement :

• Pour du chauffage seul : radiateurs à eau, plancher chauffant.
• Pour le chauffage et le rafraîchissement : ventilo-convecteurs, plancher chauffant - rafraîchissant.
• Pour la production d'eau chaude sanitaire.

A connaître

Les performances des pompes à chaleur s'expriment par des coefficients qui rendent compte de leur efficacité en fonction de l'énergie qu'elles consomment.

Pour 1 kWh d’électricité consommé, les PAC restituent pour la plupart 3 à 4 kWh de chaleur.

Le rapport entre la quantité de chaleur produite et l'énergie consommée (par le compresseur) est le coefficient de performance (COP) de la pompe à chaleur.

Plus le COP est élevé, moins le générateur consommera d'énergie pour chauffer le local.

L'appellation EER (coefficient d'énergie frigorifique) traduit l'efficacité d'un système thermodynamique quand il produit du froid.

Certification

Le marquage EUROVENT garantit que les puissances, le COP et I'EER des PAC réversibles sont conformes aux valeurs annoncées par les constructeurs.

La marque NF Pompes à chaleur

Cette application de la marque NF s'inscrit dans la démarche Qualité PAC lancée par I'AFPAC (Association française pour les pompes chaleurs).

Celle-ci s'articule autour de deux volets indissociables :

• la marque NF pour la qualité des matériaux.
• l'obtention du label QualiPAC par les installateurs.

La marque NF PAC a été mise en place par AFAQ AFNOR Certification, sa gestion étant confiée à Certita.
Elle garantit un niveau de qualité et de performance pour les pompes à chaleur, en s'assurant au travers d'essais en laboratoire et d'audit des usines de fabrication du respect d'exigences relatives à :

Un seuil minimum de coefficient de performance (performance énergétique de la pompe fonctionnant en mode chauffages), suivant les types de PAC et les différentes applications.

Une puissance thermique et une puissance acoustique.

Rappelons que la France est le deuxième marché européen (en volume) de la pompe à chaleur, derrière la Suède.

A propos de Certita

CERTITA est l'association pour la certification des équipements industriels et appareils domestiques de chauffage, refroidissement conditionnement et traitement d'air. Elle a été créée par le LNE, I'ATITA et le CETIAT.
CERTITA est mandatée par AFAQ AFNOR Certification pour l'attribution de la marque NF Pompes à chaleur.

L'aérothermie : l'énergie captée dans l'air

Le principe de fonctionnement

La pompe à chaleur prélève la chaleur dans l'air extérieur et la transfère à un niveau de température plus élevé dans le circuit d'eau chaude de l'installation du chauffage.

Un appoint électrique est généralement prévu pour fournir un complément de puissance, lorsque la température de l'air extérieur est trop basse.

Cette solution de pompe à chaleur est la plus simple à mettre en œuvre, elle est plutôt destinée aux régions où l'hiver est peu rigoureux.

Principaux atouts

• Idéal pour les petits terrains
• Installation facile
• Fiabilité éprouvée
• Efficacité éprouvée

Règles de sélection

Dimension d'une PAC dans une installation neuve ou en rénovation. La PAC doit être dimensionnée pour fournir 60 à 80% des besoins : un dimensionnement supérieur à 80 % des déperditions entraînerait un fonctionnement de la PAC par cycles courts, ce qui affecterait sa durée de vie (celle du compresseur en particulier).

Le complément de puissance sera assuré, lorsque la température de base est trop basse, par un appoint électrique (neuf) ou hydraulique (relève de chaudière).

Température de base

La puissance de chauffage à installer est déterminée à partir de la température de base, la température extérieure de base est la température minimale quotidienne constatée cinq fois au moins au cours d'une année.

Détermination

1 - Déperdition de la maison :
D = G x Delta T x V
V : Volume de la maison en m3
Delta T : T° ambiante – T° extérieure de base
G : Coefficient de l'isolation de la maison

2 - Calcul de la puissance à installer :
a) Installation neuve ou suppression de la chaudière existante :
Pour un plancher chauffant : Puissance à installer = Déperditions + 20% de surpuissante
Pour des radiateurs jusqu'à 45°C :
Puissance à installer = Déperditions + 1O% x Volume (de la maison)

b) En rénovation avec maintien de la chaudière existante :
Pour des radiateurs jusqu'à 80°C. Le calcul de la puissance de la PAC se fait au point d'équilibre (température extérieure à partir de laquelle les radiateurs fonctionnent à 45°C).Ce point est généralement autour de 5°C extérieur.

Coefficient G :
Un bilan réel réalisé par un Bureau d'étude est nécessaire chaque fois que le bâtiment ne correspond pas aux standards de construction.
Le coefficient G (en W/m3 x °K) correspond à l'isolation de la maison.

Quelques exemples :

• Maison neuve G = 0,92
• Maison ancienne isolée G = 1.1 à 1.4
• Maison ancienne pas isolée (mur épais) G = 1,4 à 1,6
• Maison ancienne pas isolée (mur standard) G = 1,6 à 2,0
• Véranda G = 2.5 à 3.0

La géothermie : L'énergie puisée dans la terre

Le principe

La pompe à chaleur prélève la chaleur dans le sol et la transfère à un niveau de température plus élevé dans le circuit d'eau chaude de l'installation du chauffage. Très performant, cette solution permet de couvrir l'ensemble des besoins annuels en chauffage.*

La chaleur est prélevée dans le sol à l'aide :

Soit d'un capteur horizontal composé d'un réseau de tubes enterré dans le sol à faible profondeur (de 0,6 m à 1,2 m).
Pour cela, la surface de terrain doit être environ 1,5 fois supérieure à la surface à chauffer.

Soit d'un capteur vertical composé de sondes pouvant atteindre une profondeur d'environ 100 mètres.
l'installation des sondes verticales est soumise, selon la région, à déclaration ou à autorisation préalable.
ll convient de s'adresser à la Direction Régionale de l'industrie, de la Recherche et de l'Environnement (D.R.l.R.Ed.) de Ia région ou à la préfecture du département.

Principaux atouts

• lnstallation extérieure discrète
• Stabilité de la température de captage en toute saison
• Système silencieux
• Rendement optimal
• Implantation d'un PAC eau/eau
• Captage enterré horizontal

Conditions que le terrain doit respecter

La surface de terrain nécessaire est définie par la puissance à installer.
La zone de capteurs récupère les énergies contenue dans le sol et qui proviennent de l'eau de pluie, du vent et du rayonnement solaire. Cette zone ne doit donc pas être recouverte par un revêtement dur type béton ou dalle. Le gazon, les graviers ou les massifs de fleurs eux ne gênent en aucun cas la transmission de chaleur au sol.

Le fonctionnement du système est garanti sur un terrain dont la pente est comprise entre O° et 15°.

Dans tous les cas, et en particulier si la terre est argileuse, caillouteuse ou peu perméable, il est préconisé l'installation d'un lit de sable 10 cm au dessus et 10 cm en dessous de la couche de capteurs.

Cette précaution évite la condensation à la surface des capteurs, qui est défavorable à l'échange de chaleur. Elle protège également les tubes d’un perçage éventuel.

Les capteurs

Le circuit, installé horizontalement à une profondeur d'environ 60 cm, forme des boucles espacées de 40 cm. Le décapage de toute la surface est nécessaire sur une profondeur de 50 à 80 cm par rapport au sol fini. L'installation des capteurs sur 2 épaisseurs empêche le bon fonctionnement du système.

La pose de liaisons

Le nombre de liaisons dépend du modèle de pompe.
Liaisons : tube PEHD DN32 OU DN40 avec raccord laiton sortie 1.
Le diamètre de la liaison dépend de sa longueur pour obtenir des débits identique à Ia pompe. Lorsque les liaisons sont doubles, les longueurs doivent être identiques pour équilibrer les débits.

Règles d'implantation

Contraintes
A = 3m pour les arbres
B = 2m des fondations
C = 2 m des arrivées eau froide et évacuation eaux pluviales et usées
D = 2 m d'un bassin fosse septique plateau bactérien

Captage vertical

Conditions que le terrain doit respecter :
Ce type d’installation peut convenir à un grand nombre de terrains, les précautions à prendre sont peu contraignantes. Cette technique de mise en œuvre nécessite des autorisations préalables de la part de la DRIRE ou de la préfecture.

Captage sur nappe phréatique

Les capteurs :
Le circuit de captage est constitué d'une pompe de puisage dans la nappe phréatique et d'une réserve sous pression (à réaliser par l'entreprise de forage).

L'installation nécessite le forage de 2 puits : l'un pour le pompage, et l'autre pour réinjecter l'eau dans le milieu nature (il est interdit de rejeter l'eau dans les égouts ou dans les fossés).
La distance entre les 2 puits doit être de 10m minimum et pour éviter tout court-circuit leur emplacement devra prendre en compte le sens de circulation de l'eau de la nappe phréatique.
La qualité de l'eau de la nappe n'étant pas garantie, un échange intermédiaire sera installé entre le système de puisage et la pompe à chaleur pour en prolonger la durée de vie.