La réponse est simple. Les deux tiers du coût d'entretien d'une maison sont liés au chauffage. Ainsi, en utilisant une source de chaleur bon marché, nous pouvons garantir de faibles factures. Et la popularité croissante des pompes à chaleur et la concurrence des entreprises qui les produisent réduisent le prix de ces appareils.
Comment fonctionne la pompe
La pompe à chaleur tire son énergie gratuite de l'environnement naturel: sol, eau souterraine et air - ce sont les sources de chaleur les plus faibles. Il la convertit ensuite en chaleur de chauffage et la fournit au système de chauffage central de la maison (source de chaleur supérieure). Pendant le fonctionnement, cependant, il consomme de l'électricité, qui est utilisée pour entraîner le compresseur, c'est-à-dire l'élément principal qui pompe l'énergie thermique.
Le principe de la pompe à chaleur est similaire à celui d'un réfrigérateur. Il est basé sur l'utilisation des propriétés d'un fluide spécial - le soi-disant fluide de travail qui, en circulant dans l'installation interne de la pompe, subit des changements de phase périodiques. Lorsqu'il reçoit la chaleur fournie à la pompe (du sol, de l'eau ou de l'air), il s'évapore et se transforme en gaz. Ce gaz est comprimé par un compresseur qui élève sa température et sa pression. Ensuite, il refroidit et se condense. Lors de la condensation, de grandes quantités de chaleur sont libérées, qui peuvent être utilisées pour chauffer les systèmes de chauffage central. Après dépressurisation et dissipation thermique, le fluide de travail passe dans la phase liquide et l'ensemble du processus recommence.
Avertissement! Si nous prévoyons de chauffer la maison avec une pompe à chaleur, nous n'avons pas à construire une cheminée ou à prévoir de l'espace pour un réservoir de combustible.
Quoi de mieux - sol, eau ou air
Lors du choix d'une pompe à chaleur, vous devez choisir le type de source de chaleur. Il prend en compte, entre autres, des facteurs tels que: la zone climatique dans laquelle se trouve notre maison, la taille de la parcelle, le niveau et la composition chimique des eaux souterraines, les besoins en chaleur de la maison et les capacités financières de l'investisseur.
Sol. L'énergie du sol peut être collectée par un échangeur horizontal ou vertical (sondes au sol). Ce sont des tuyaux en plastique enterrés (généralement en polyéthylène PE) à travers lesquels s'écoule un mélange d'eau et de glycol, appelé saumure. Il recueille la chaleur du sol et la transporte vers l'évaporateur de la pompe à chaleur.
Collecteur au sol. Lors du choix d'un collecteur horizontal, les tuyaux sont posés horizontalement à une profondeur de 1,2 à 1,5 m sous le niveau du sol. Les boucles individuelles identiques ne doivent pas dépasser 100 m de longueur, faute de quoi la résistance à l'écoulement serait trop élevée. L'espacement entre les boucles dépend du diamètre des câbles et est généralement compris entre 50 et 100 cm. Une telle distance garantit une réception uniforme de la chaleur du sol.
Les propriétés d'accumulation du sol dépendent de son humidité et de sa structure. Ils seront d'autant plus importants qu'il sera saturé d'eau, plus il contiendra de minéraux et plus sa porosité sera faible. Par conséquent, un sol argileux et humide (la réception de chaleur pour 1 m2 est de 25 à 35 W / m2) est meilleur que le sol sec et sableux (seulement 10 à 15 W / m2). Un collecteur au sol horizontal est relativement peu coûteux à mettre en œuvre, mais nécessite une parcelle de taille suffisante.
Exemple. Pour une pompe à chaleur d'une puissance de chauffage de 10 kW et d'un rendement moyen d'extraction de chaleur du sol de 25 W / m2, la surface requise pour la pose d'un capteur au sol sera d'environ 340 m2.
Sondes de terre. Il s'agit de puits, généralement jusqu'à une profondeur de 100 m. Afin de pouvoir les forer, l'investisseur doit obtenir un permis auprès du Water Management Office. Si des profondeurs plus profondes (plus de 100 m) sont nécessaires, elles doivent être approuvées par l'autorité minière.
Le plus souvent, après avoir fait le premier forage, vous pouvez déterminer avec précision le type et la structure du sol. Ensuite, sur cette base, on vérifie si la longueur de conception de la sonde sera suffisante ou s'il sera nécessaire de forer un puits plus profond. Le nombre et la profondeur des forages dépendent des besoins en chaleur du bâtiment. On suppose qu'à partir d'un mètre du collecteur, il est possible d'obtenir 50 à 55 W d'efficacité thermique. L'avantage incontestable du collecteur vertical est qu'il peut s'adapter même sur un petit terrain. Son exécution, cependant, est plus chère que l'horizontale.
Exemple. Pour pouvoir installer une pompe à chaleur d'une puissance de chauffage de 10 kW, en supposant une capacité moyenne de 50 W / m de longueur de sonde, deux sondes au sol (deux forages) - chacune de 85 m de profondeur, seront nécessaires
. Cette méthode de consommation d'énergie est très efficace en raison de la température relativement élevée des eaux souterraines - au niveau de 7-12 ° C, même en hiver.
L'eau souterraine est extraite du puits de prélèvement et pompée vers l'évaporateur de la pompe à chaleur. Ensuite, l'eau refroidie est évacuée vers le puits d'absorption - ou le puits de décharge.
Un tel système fonctionne correctement et sans défaillance, à condition qu'il y ait accès à de l'eau avec une composition chimique appropriée. Cependant, il arrive souvent que l'eau change de composition au fil du temps (la teneur en fer ou en manganèse dépasse le niveau autorisé). Cela peut endommager l'évaporateur de la pompe. Par conséquent, un échangeur de chaleur intermédiaire supplémentaire est utilisé pour le protéger.
Une autre difficulté liée à l'obtention de chaleur à partir des eaux souterraines est la nécessité de trouver un aquifère avec un rendement suffisamment élevé - environ 210 l par heure pour chaque kilowatt de puissance de chauffage.
Exemple. Une pompe à chaleur de 10 kW doit avoir un débit d'eau souterraine minimum d'environ 2100 l / h.
Air extérieur. C'est la moins chère à installer (ne nécessite pas le coût de fabrication d'une source de chaleur géothermique) et la source d'énergie la plus accessible.
Le plus souvent, toute la pompe à chaleur est placée à l'extérieur de la maison. Tout d'abord, l'air est aspiré par un conduit, puis la chaleur contenue dans celui-ci est collectée dans l'évaporateur, et enfin elle est à nouveau évacuée à l'extérieur. Les pompes à chaleur modernes peuvent générer de la chaleur même à une température extérieure de -20 ° C. Cependant, dans ces conditions, la demande totale de chaleur pour le chauffage des locaux n'est pas couverte. Il sera nécessaire de réchauffer l'eau de chauffage à la température requise, par exemple par un radiateur électrique ou une cheminée.
Paramètres importants
Lors de la sélection et de la comparaison des pompes à chaleur, nous utilisons des paramètres fournis par les fabricants. Ce sont généralement la puissance de chauffage et le facteur d'efficacité.
Puissance de chauffage. Idéalement, la puissance de la pompe à chaleur doit être définie par le concepteur du système de chauffage. Cependant, il est possible d'estimer initialement sa taille sur la base de la demande de chaleur unitaire du bâtiment et de la multiplier par la surface de la maison. En termes simplifiés, c'est:
- 40 W / m2 - dans une maison basse consommation,
- 50 W / m2 - dans une maison avec une isolation thermique meilleure que l'exigent les normes,
- 70 W / m2 - dans une maison avec une bonne isolation thermique,
- 120 W / m2 - dans des maisons plus anciennes et moins isolées.
Exemple. Pour une maison individuelle d'une surface chauffée de 180 m2 avec une bonne isolation thermique, la demande de chaleur sera de 180 m2 × 70 W / m2 = 12600 W = 12,6 kW.
Si la pompe à chaleur chauffe également l'eau domestique, sa puissance peut être augmentée d'environ 0,25 kW par habitant. Ainsi, lorsque quatre personnes utilisent l'eau chaude dans la maison, la puissance de la pompe à chaleur augmentera de 1 kW.
Certains professionnels estiment que la pompe à chaleur peut être «sous-dimensionnée». Par conséquent, ils choisissent une puissance de l'appareil inférieure à celle qui résulte du besoin de chaleur de la maison, en supposant à l'avance que la puissance manquante lors de fortes gelées sera complétée par une source de chaleur supplémentaire, par exemple un radiateur électrique. Malheureusement, cela entraînera une augmentation des coûts de chauffage.
De plus, une pompe à chaleur de puissance inférieure fonctionnera sans interruption, ce qui alourdira considérablement la source de chaleur inférieure (capteur horizontal ou sondes au sol), pour laquelle un fonctionnement intermittent est nettement plus avantageux - cela favorise une régénération plus rapide de la source de chaleur.
Ainsi, la puissance de chauffage d'une pompe à chaleur puisant l'énergie du sol ou des eaux souterraines doit correspondre à la demande de chaleur du bâtiment.
Seule la pompe à air est conçue avec moins de puissance qu'il n'en résulte des calculs - pour 70 à 80% de la demande de chaleur de la maison. Une pompe sélectionnée à 100% serait non seulement très coûteuse, mais fonctionnerait également de manière non économique. Par conséquent, il est supposé que lors de fortes gelées, la puissance manquante sera remplacée par un radiateur électrique.
FLIC (coefficient de performance). Il est utilisé pour évaluer l'efficacité de la pompe à chaleur. Il exprime le rapport entre la puissance de chauffage de la pompe à chaleur et la quantité d'électricité consommée. Si les paramètres de l'installation sont correctement sélectionnés, le COP atteint une valeur de 4. Cela signifie que pour chaque kilowattheure d'électricité fourni, nous pouvons obtenir 4 kWh d'énergie thermique.
Le coefficient COP fluctue considérablement en raison des conditions de fonctionnement changeantes de la pompe à chaleur. Sa valeur dépend principalement de la température de la source de chaleur et de la température de l'eau de chauffage à la sortie de la pompe à chaleur. Par conséquent, lors du choix d'une source supérieure, il est préférable d'opter pour des systèmes à basse température d'eau de sortie, comme le chauffage par le sol.
Exemple. Calculons le coût de 1 kWh de chaleur de chauffage, si le fabricant a indiqué le rendement de la pompe à COP = 4. En
payant 0,35 PLN pour 1 kWh d'électricité consommée, nous obtenons 4 kWh de chaleur de chauffage. Ainsi, 1 kWh de chauffage thermique nous coûte environ 0,19 PLN.
Avertissement! Lors de l'évaluation des coûts de chauffage réels, le coefficient de performance de l'installation COPIN est également pris en compte. Il détermine le rapport entre la chaleur de chauffage fournie et la consommation d'énergie électrique de tous les appareils fonctionnant dans l'installation: pompes à chaleur, pompes de circulation et chauffage électrique. Sa valeur est donc inférieure au COP de la pompe à chaleur elle-même.
Quels sont les coûts d'exploitation? Nous
analyserons la légitimité de l'utilisation d'une pompe à chaleur sur la base d'une maison spécifique. Nous vous présenterons la pompe à chaleur sélectionnée, les valeurs COP obtenues chaque mois et les coûts engagés pour le chauffage de la maison et l'eau sanitaire.
Hypothèses. L'analyse a été réalisée pour une maison individuelle d'une superficie d'environ 200 m2 située près d'Opole. Quatre personnes y vivent.
- La demande de chaleur calculée est de 11,3 kW.
- La seule source de chaleur alimentant le système de chauffage central est une pompe à chaleur d'une capacité de chauffage de 10,8 kW. Il prend l'énergie du sol à travers un échangeur de chaleur vertical au sol - des sondes au sol. Deux forages ont été réalisés, chacun de 91 m de profondeur
- Le constructeur a indiqué le coefficient de performance COP à 4,5 et la consommation électrique était de 2,4 kW.
- La température maximale de l'eau de chauffage est de 55 ° C. L'installation utilise un ballon d'accumulation de chaleur d'une capacité de 600 l.
- Lors du chauffage de l'eau sanitaire, la pompe à chaleur est soutenue par un radiateur électrique placé dans un radiateur de 300 L.
- Un compteur électrique à double tarif a été installé.
Résultats. La quantité de chaleur fournie par la thermopompe a été déterminée en fonction des lectures du compteur de chaleur installé dans la maison. En revanche, la consommation électrique de tous les appareils fonctionnant dans l'installation (pompe à chaleur, pompes de circulation et chauffage électrique) a été lue à partir du relevé du compteur électrique.
- Le coût du chauffage de la maison et de l'eau domestique entre le 1er septembre 2006 et le 1er septembre 2007 s'est élevé à 1076 bruts. Pendant cette période, la consommation d'électricité était:
- dans le tarif journalier de 178,9 kWh,
- dans le tarif nuit 4 094,3 kWh.
- Au cours de la saison de chauffage 2007/2008, les dépenses d'électricité ont été enregistrées par mois (tableau ci-dessous). Après addition de ces valeurs, le coût total du chauffage de la maison et de l'eau domestique s'est élevé à 1160 bruts.
On a remarqué que plus de 70% de la chaleur nécessaire au chauffage provient du sol et que la part de l'électricité ne dépasse pas 30%. La pompe à chaleur fonctionnait généralement de 7 à 10 heures par jour (également à des températures extérieures allant jusqu'à -10 ° C). Un temps de fonctionnement aussi court est possible grâce à la très bonne isolation thermique de toute la maison et à l'utilisation des propriétés d'accumulation de chaleur par chauffage au sol et à l'utilisation d'un ballon tampon d'eau de chauffage de grande capacité. De plus, ces faibles coûts d'exploitation sont également influencés par le fait que la pompe à chaleur fonctionne et ne consomme de l'électricité qu'au tarif de nuit le moins cher (entre 13 h 00 - 15 h 00 et 22 h 00 - 6 h 00).En revanche, de longues pauses dans le fonctionnement de la pompe à chaleur pendant la journée sont propices à une régénération plus rapide du sol.
Les coûts estimés de chauffage de cette maison avec d'autres sources de chaleur (gaz, mazout, combustible solide ou électricité) sont présentés dans le tableau ci-dessus. Les prix des carburants de mars 2008 ont été utilisés pour les développer.
Pour qui il est recommandé
La pompe à chaleur peut être installée dans les maisons neuves et modernisées. Il est particulièrement recommandé comme alternative au chauffage au fioul ou au gaz liquéfié.
Il vaut également la peine d'envisager cette solution lorsque le coût du raccordement au gaz naturel sera très élevé (en raison de l'éloignement considérable du réseau de gaz). La pompe à chaleur fonctionne mieux dans les maisons écoénergétiques à faible demande de chaleur. Plus le bâtiment est chaud, plus les coûts de chauffage sont bas et l'installation sera moins chère (l'achat d'une pompe plus puissante coûte plus cher).
Comme on le sait, le rendement d'une pompe à chaleur, et donc ses coûts de fonctionnement, dépend dans une large mesure de la différence de température entre la source supérieure et inférieure. Pour minimiser cette différence dans une maison qui sera chauffée par une pompe à chaleur, un système de chauffage à basse température, c'est-à-dire un chauffage par le sol, doit être utilisé.
Bien que la pompe à chaleur puisse également fonctionner avec des radiateurs, pour qu'un tel système fonctionne de manière relativement efficace, la température de l'eau à leur alimentation ne doit pas dépasser 50-55 ° C (en chauffage traditionnel, elle est généralement de 75 ° C). Il s'agit d'augmenter leur taille (ils doivent avoir une puissance suffisante pour assurer la température dans la pièce souhaitée par l'utilisateur). Et si cela n'est pas possible, plusieurs radiateurs dans une pièce donnée doivent être conçus au lieu d'un, ce qui augmente bien sûr le coût du système.
On ne peut pas dire qu'une pompe à chaleur soit une bonne solution pour tout. Son application en elle-même ne garantit pas de faibles coûts de chauffage de la maison. Il doit être compté pour chaque bâtiment individuellement. Il ne fait cependant aucun doute qu'avec la hausse des prix du carburant, le chauffage par pompe deviendra de plus en plus rentable.
Types de pompes à chaleur
En fonction du type de source de chaleur (la première partie du nom de la pompe) et en supposant que le système de chauffage de la maison sera constitué d'eau (respectivement la deuxième partie du nom), les pompes à chaleur peuvent être divisées en:
- saumure-eau - elles prélèvent de l'énergie sol à travers un milieu intermédiaire (saumure) et le renvoyer au système de chauffage central;
- eau-eau - ils prélèvent l'énergie des eaux souterraines et la transfèrent au système de chauffage;
- air-eau - l'énergie est récupérée de l'air puis transférée vers le système de chauffage.
Pas seulement pour le chauffage Les
pompes à chaleur ne sont pas seulement utilisées pour chauffer votre maison. Ils peuvent également préparer de l'eau chaude ou rafraîchir le bâtiment en été.
Eau chaude. Il est souvent préparé dans une trémie séparée, dont la capacité varie généralement entre 300 et 500 L. Cependant, il faut de l'espace pour installer une trémie aussi grande et séparée. Par conséquent, de plus en plus d'entreprises proposent des appareils compacts dans lesquels la pompe et le réservoir de stockage ont un boîtier commun.
Refroidissement. Il peut être mis en œuvre de deux manières. Dans le premier, le fonctionnement de la thermopompe est inversé pour faire office de réfrigérateur. Le second utilise la basse température du sol ou des eaux souterraines pour refroidir les pièces, par exemple avec un chauffage par le sol.
