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Comment fonctionne une pompe à chaleur géothermique ?

Découvrez comment fonctionne un système de pompe à chaleur géothermique, à quel point il peut être rentable, ainsi que d’autres avantages.

Compte tenu de toute l’attention portée à l’énergie solaire ces jours-ci, vous pourriez être surpris d’apprendre que l’une des solutions les plus prometteuses aux coûts énergétiques élevés n’est pas dans le ciel mais enfouie profondément sous votre pelouse.

Lisez la suite pour comprendre comment fonctionnent les pompes à chaleur géothermiques, combien elles coûtent et s’il s’agit d’un investissement judicieux.

Les pompes à chaleur géothermiques en valent-elles la peine ?

Les pompes à chaleur géothermiques super efficaces fournissent un chauffage et un refroidissement propres et silencieux tout en réduisant les factures d’électricité jusqu’à 70 %. “Grâce à cette technologie, tout le monde pourrait être assis au-dessus de son approvisionnement énergétique à vie”, déclare Richard Trethewey, expert en plomberie et chauffage de TOH.

Système de pompe à chaleur géothermique

En principe, une pompe à chaleur géothermique fonctionne comme une pompe à chaleur conventionnelle, en utilisant un réfrigérant à haute pression pour capter et déplacer la chaleur entre l’intérieur et l’extérieur. La différence est que les systèmes conventionnels recueillent leur chaleur – et s’en débarrassent – à travers l’air extérieur. Les systèmes géothermiques, en revanche, transfèrent la chaleur à travers de longues boucles de tuyaux remplis de liquide enfouis dans le sol.

Chauffage et refroidissement géothermiques

Comme nos ancêtres troglodytes l’ont découvert il y a longtemps, si vous allez assez loin sous terre, la température de la terre reste constante à environ 50 degrés, quelle que soit la chaleur ou le froid qu’il fait à l’extérieur. Ainsi, alors qu’une pompe à chaleur conventionnelle “à source d’air” a du mal à extraire la chaleur de l’air glacial de l’hiver ou à la déverser dans l’étouffement de l’été, son homologue “à source d’air” a la tâche relativement facile d’extraire et de distribuer la chaleur à travers les 50 degrés. liquide circulant dans sa boucle souterraine.

Efficacité

C’est pourquoi il suffit d’un kilowattheure d’électricité pour qu’une thermopompe géothermique produise près de 12 000 Btu de climatisation ou de chauffage. (Pour produire le même nombre de Btus, une pompe à chaleur standard consomme 2,2 kilowattheures par jour à 95 degrés.) Les systèmes géothermiques sont deux fois plus efficaces que les climatiseurs les mieux notés et près de 50 % plus efficaces que les meilleures fournaises au gaz. , toute l’année.

Un autre avantage est qu’il n’y a pas besoin d’un ventilateur extérieur bruyant pour déplacer l’air à travers les serpentins du compresseur. Les unités géothermiques pompent simplement le liquide, de sorte qu’elles peuvent être garées à l’intérieur, à l’abri des éléments. La plupart viennent avec des garanties de 10 ans, mais elles peuvent durer beaucoup plus longtemps. Au cours des 29 années qui se sont écoulées depuis que Jim Partin, l’un des premiers utilisateurs de la technologie, en a installé un dans sa maison de Stillwater, dans l’Oklahoma, il n’a remplacé que deux interrupteurs de contact.

Système de pompe à chaleur géothermique
Pièces de pompe à chaleur : comme pour les pompes à chaleur ordinaires, le réfrigérant d’une pompe à chaleur géothermique fonctionne en boucle à travers un compresseur, un condenseur, un détendeur et un évaporateur, collectant la chaleur à une extrémité et la restituant à l’autre. La direction du flux de réfrigérant, qui est contrôlée par la vanne d’inversion, détermine si la chaleur entre dans la maison en hiver (illustré) ou en est extraite en été. Avec l’ajout d’un désurchauffeur, la chaleur résiduelle du système peut également compléter un chauffe-eau conventionnel, réduisant davantage les factures d’énergie.

Coûts et incitations fiscales

Malgré ces avantages, seulement 47 000 unités géothermiques ont été installées l’année dernière aux États-Unis. Ce n’est qu’un petit écart par rapport aux quelque un million de pompes à chaleur conventionnelles vendues au cours de la même période, même si les pompes à chaleur géothermiques coûtent à peu près le même prix à l’achat.

Voici le hic : vous devez enterrer beaucoup de tuyaux – environ 1 500 à 1 800 pieds pour une maison typique de 2 000 pieds carrés. (La longueur réelle doit être calculée par un expert, en fonction des charges de chauffage et de refroidissement optimales pour la maison.) Une configuration de cette taille peut coûter jusqu’à 20 000 $ à installer, selon les conditions du sol et la quantité de creusage et de forage.

Une maison sur un grand terrain, par exemple, pourrait utiliser des tuyaux posés horizontalement dans de longues tranchées de 4 pieds de profondeur. Les maisons sur de petits terrains ou des rebords rocheux pourraient nécessiter trois ou quatre trous forés à environ 300 pieds vers le bas, un processus beaucoup plus coûteux.

Même avec cet investissement initial important, les systèmes géothermiques sont si gourmands en énergie que la période de récupération est remarquablement brève. Une étude de l’Air Force Institute of Technology a calculé qu’il ne faut en moyenne que sept à huit ans pour amortir les coûts.

Votre seuil de rentabilité réel dépend des tarifs des services publics locaux, des coûts d’excavation / de forage, de la qualité de l’isolation de votre maison, de l’efficacité du modèle que vous choisissez et des incitations fournies par votre État ou vos services publics. Un bon installateur qui connaît bien le chauffage et la climatisation ainsi que votre géologie locale sera en mesure de faire ces calculs pour vous.

L’incitatif fédéral actuel est limité au crédit d’impôt standard de 300 $ pour les installations Energy Star HVAC. (Les Canadiens qui modernisent une maison existante avec la géothermie sont admissibles à une subvention fédérale de 3 500 $.)

Certains services publics avant-gardistes ont offert des prêts à faible taux d’intérêt aux propriétaires désireux d’adopter la technologie. “C’est un arrangement gagnant-gagnant”, déclare Steve Rosenstock, responsable des solutions énergétiques à l’Edison Electric Institute, une association de services publics. “Les services publics réduisent la demande de pointe pour le chauffage et la climatisation, car leurs clients réduisent considérablement leurs factures d’électricité.”

Et parce que les boucles de terre en plastique devraient durer 50 ans ou plus, les avantages pour les propriétaires et pour l’environnement peuvent durer des générations.

Les bases

Qu’est-ce que c’est : Un système de chauffage et de refroidissement électrique qui transfère la chaleur entre votre maison et la terre à l’aide d’un fluide circulant dans de longues boucles de tuyaux souterrains.

Comment ça marche : Une pompe à chaleur intérieure utilise un cycle de réfrigération de base – évaporation, compression, condensation et expansion – pour capter et redistribuer la chaleur depuis et vers le sol pour réchauffer la maison en hiver et la refroidir en été.

Avantages : Réduit les factures de chauffage et de climatisation de 30 à 70 %. Élimine les compresseurs et ventilateurs extérieurs bruyants. Réduit les émissions de gaz à effet de serre de l’équivalent de la plantation de 750 arbres ou du retrait de deux voitures de la route.

Ce qu’il faut rechercher : Pour les crédits d’impôt fédéraux, les pompes doivent répondre aux normes d’efficacité Energy Star. Pour les systèmes en boucle fermée, vous avez besoin d’un EER de 14,1 et d’un COP (coefficient de performance) de 3,3.

Où l’obtenir : Pour trouver des fabricants, visitez le site Web du Geothermal Heat Pump Consortium . Pour trouver des installateurs et des concepteurs formés qui connaissent la géologie locale et comment dimensionner les systèmes pour une efficacité maximale, rendez-vous sur le site Web de l’ International Ground Source Heat Pump Association .

Ce qu’il en coûte : 15 000 $ à 20 000 $ installés pour le système, y compris les boucles souterraines, la pompe à chaleur et les commandes. La base de données des incitations de l’État pour les énergies renouvelables fournit des informations à jour sur les programmes d’incitation de l’État.

Puis-je en équiper un ? La modernisation d’un système géothermique n’est pas difficile, tant qu’il est possible d’enterrer la boucle souterraine. Une maison aura besoin de conduits pour distribuer l’air frais lors des journées chaudes. Ces mêmes conduits peuvent fournir de l’air chaud en hiver.

Certaines pompes à chaleur géothermiques peuvent se raccorder à un appareil de traitement de l’air existant, d’autres unités sont livrées avec leur propre appareil de traitement de l’air intégré. Les maisons avec chauffage à eau chaude peuvent également utiliser des systèmes géothermiques, bien que des radiateurs supplémentaires puissent être nécessaires car ces systèmes n’atteignent pas les températures plus élevées des chaudières à combustible. (Ce n’est pas un problème pour le plancher chauffant, qui fonctionne à des températures plus basses.)

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