Aucun expert responsable ne sélectionnera une pompe à chaleur sans connaître les conditions dans lesquelles elle fonctionnera. Avant de prendre une décision, il doit savoir, entre autres: quelles sont les possibilités d'extraire l'énergie thermique de l'environnement (air, eau, sol) dans lequel se trouve la maison, quelle est la demande de chaleur et si la pompe sera la seule source de chauffage assurant la bonne température dans la maison . Ce n'est qu'après avoir analysé ces informations qu'il peut sélectionner la pompe à chaleur optimale en termes de rentabilité de l'investissement et des coûts d'exploitation ultérieurs.
Efficacité de la pompe à chaleur
Le coefficient COP est utilisé pour évaluer l'efficacité de la pompe à chaleur. Sa valeur détermine la quantité d'énergie thermique transférée au bâtiment par la pompe par rapport à l'énergie prélevée sur le réseau électrique.
La valeur du COP varie considérablement en raison des conditions de fonctionnement changeantes de la pompe et dépend de la différence entre la température de la source de chaleur inférieure et supérieure. Plus il est élevé, plus l'efficacité de la pompe est faible. Sa puissance diminue également lorsque la température de la source inférieure diminue, qui est généralement l'air, l'eau ou le sol.
Par exemple, un constructeur précise que sa pompe a une puissance d'environ 10 kW et un rendement COP de 4,5 à la température de la source souterraine + 5 ° C et la température de la source supérieure + 35 ° C. Cela signifie que pour chaque kilowattheure d'électricité fourni, nous pouvons obtenir 4,5 kWh d'énergie thermique. Par contre, à la température de la source inférieure et supérieure de -10 ° C et + 50 ° C, respectivement, sa puissance sera d'environ 5,8 kW et le COP tombera en dessous de 3.
Un autre paramètre important influençant l'efficacité de la pompe est la température de la source de chaleur supérieure. S'il est trop élevé, cela réduit la rentabilité de l'utilisation de la pompe.
L'énergie du sol
Nous pouvons l'utiliser en fabriquant un collecteur horizontal ou vertical.
Le collecteur horizontal est constitué de tuyaux disposés en spirale ou parallèles les uns aux autres dans le sol. Les tuyaux sont remplis d'une solution de glycol ou de gaz qui reçoit la chaleur du sol et la transporte vers la pompe à chaleur. Une telle source de fond nécessite une parcelle de terrain d'une taille appropriée, souvent même deux fois plus grande que la superficie de la maison chauffée.
Le collecteur horizontal est placé sous la zone de congélation, c'est-à-dire à une profondeur de 1,2 à 1,8 m, il est donc exposé à de fortes variations de température tout au long de l'année.
Au début de la saison de chauffe, lorsque le sol est chaud, la température de la source de chaleur peut atteindre + 15 ° C. Ensuite, la pompe à chaleur fonctionne parfaitement bien. Par exemple, son efficacité COP peut être d'environ 5 (à 35 ° C). Cependant, déjà à la fin de la saison de chauffage - surtout lorsque la surface du capteur a été réalisée sans réserve - la température de la source de chaleur peut même descendre en dessous de -10 ° C et alors le COP de la pompe fluctuera autour de 2 ou même moins. Et si l'hiver est également glacial, le sol risque de geler, ce qui entraînera un arrêt d'urgence de la pompe à chaleur. De plus, un tel sol se régénérera beaucoup plus longtemps.
Comme vous pouvez le voir, le collecteur horizontal se caractérise par une grande variation de puissance et d'efficacité de la pompe à chaleur, par conséquent, en le décidant, il doit être considérablement surdimensionné.
Le collecteur vertical est constitué de trous de forage percés jusqu'à une profondeur de 150 m, dans lesquels sont insérés des tuyaux se terminant par un raccord en forme de U et remplis de solution de glycol. Ce type de source de chaleur se caractérise par une stabilité à haute température. Dans les puits bien faits, le glycol a une température constante (+ 2 ° C), quelle que soit la saison.
De plus, une grande surface de terrain n'est pas requise. Le seul inconvénient de cette solution est les coûts de production plus élevés que le collecteur horizontal.
Une pompe à chaleur alimentée par un collecteur vertical a une puissance constante et un rendement élevé tout au long de la saison de chauffage - la valeur COP est légèrement supérieure à 4.
Énergie souterraine
C'est l'un des moyens les plus efficaces de recevoir de l'énergie thermique renouvelable. Les eaux souterraines ont une température élevée quelle que soit la saison. Selon la région du pays, il varie de +8 à + 12 ° C.
L'eau est directement pompée à travers l'échangeur de la pompe à chaleur, il n'y a donc pas de perte de température sur les parois des canalisations posées dans le sol, comme c'est le cas avec les collecteurs horizontaux par exemple. Grâce à cela, le COP de la pompe à chaleur peut atteindre même 5.
Deux puits sont généralement forés pour obtenir de l'énergie des eaux souterraines. L'eau est prélevée du premier et refroidie de quelques degrés par rapport au second. Les puits doivent être distants d'au moins 20 m et atteindre le même aquifère.
Malheureusement, cette solution présente un certain nombre de limitations liées à la disponibilité de l'eau et à la constance de ses paramètres chimiques. Si les couches d'eau sont profondes (moins de 30 m), le coût de l'électricité lié au fonctionnement de la pompe de circulation réduit l'efficacité de l'ensemble du système, et le coût de construction du puits lui-même sera important. Un autre problème est la variabilité de la chimie de l'eau. Il arrive souvent qu'après un certain temps, la teneur en fer, en calcium et en autres minéraux augmente au-delà du niveau acceptable. Cela provoque un colmatage du puits de refoulement et de l'échangeur dans la pompe à chaleur, et donc une immobilisation de l'appareil. Par conséquent, si les eaux souterraines peuvent être la source de chaleur la moins chère, c'est aussi l'investissement le plus risqué.
L'énergie de l'air
Cette source d'énergie est encore sous-estimée, malgré le fait qu'elle soit l'une des moins chères (elle ne nécessite aucun terrassement). Les inquiétudes des investisseurs proviennent du fait que la puissance et l'efficacité de la pompe à chaleur diminuent à mesure que la température extérieure baisse.
C'est sans aucun doute un phénomène très défavorable. Plus la température de l'air extérieur est basse, plus nous avons besoin d'énergie pour chauffer la maison, et la pompe est alors moins efficace. Cependant, ce n'est pas une fonctionnalité qui disqualifie cette solution.
Les fabricants fournissent la puissance de leurs appareils pour une température extérieure de 7 ° C (c'est la puissance nominale). Dans ces conditions, leur efficacité est même supérieure à 4,5. Les appareils modernes de ce type fonctionnent même jusqu'à -20 ° C. Bien entendu, leur rendement est alors faible - proche de 1 - et leur puissance ne représentera que 25% de la puissance nominale. Mais même à une température extérieure de -10 ° C, la pompe fonctionnera avec un COP fluctuant autour de 2 et fonctionnera à la moitié de sa puissance nominale. À une température typique de la saison hivernale, qui fluctue autour de 0 ° C, la pompe à chaleur donnera déjà environ trois fois plus d'énergie qu'elle n'en consomme du réseau électrique, et sa puissance ne sera que d'une douzaine de pour cent inférieure à celle requise.
Pour ces raisons, ce type de pompe à chaleur doit toujours être utilisé avec une source de chaleur supplémentaire. Le plus souvent, ce n'est qu'un radiateur électrique.
Pompe à air et autres pompes à chaleur
Supposons que la maison est située dans la voïvodie de Mazovie et a une superficie d'environ 150 m2. Ses murs extérieurs et le rez-de-chaussée ont été isolés avec une couche de polystyrène de 20 cm et le toit avec une couche de laine minérale de 30 cm. Les fenêtres qui y sont installées ont un coefficient de transfert de chaleur de U = 1,1 W / (m2K). Il utilise un chauffage par le sol alimenté en eau à 35 ° C et une ventilation mécanique avec récupération de chaleur. La demande de chaleur de la maison pour le chauffage et l'eau chaude est de 6,5 kW. Il a été décidé de le chauffer avec une pompe à chaleur à air.
Impact de l'emplacement. Comme vous le savez, le coût de chauffage d'une maison dépend directement de l'efficacité de la pompe à chaleur, qui à son tour dépend de la température de la source supérieure et inférieure. Afin d'apprécier l'opportunité d'utiliser une pompe à chaleur à domicile, les professionnels doivent, entre autres, se référer à la température calculée. Dans la partie centrale de la Pologne, il fait -20 ° C, dans les montagnes -24 ° C et en bord de mer -16 ° C.
Efficacité des pompes à chaleur. En comparant l'efficacité de diverses pompes à une température extérieure de -20 ° C, celle de l'air est certainement la pire. Il atteindra un COP d'environ 1. Cependant, dans ces conditions, le COP pour les modèles utilisant l'énergie de l'eau ou d'un capteur vertical sera supérieur à 4.
Cependant, il faut tenir compte du fait qu'il y a généralement peu de jours de gel. D'après des mesures de température moyenne sur 30 ans, dans le centre de la Pologne, en hiver, il n'y a que quelques dizaines d'heures de gel supérieur à -15 ° C, et plusieurs centaines d'heures à partir de -10 ° C.
Coût de chauffage de la pompe à air. Si nous utilisons une pompe à chaleur à air d'une puissance nominale de 10 kW pour chauffer cette maison, tant que la température extérieure ne descend pas en dessous de -10 ° C, l'appareil n'utilisera pas de radiateur électrique. Il faut payer environ 20 000 pour une telle pompe , les coûts de ce type de chauffage pendant un hiver froid s'élèveraient à 2 000…
Comparaison avec une pompe au sol. Si nous remplaçions la pompe à air par une pompe à air souterraine avec des forages verticaux, nous paierions environ 45 000 et les frais de chauffage chuteraient à 1 100. On peut voir que pour la différence de prix entre les deux appareils, nous pourrions chauffer la maison avec une pompe à air pendant plus de 12 ans ((45 000 - 20 mille) / 2 mille. = 12,5 ans).
