Pompe à chaleur géothermique à faire soi-même pour le chauffage domestique : conception, planification, montage autonome

Vous pouvez organiser le chauffage et l'eau chaude sanitaire d'une maison individuelle de différentes manières, par exemple en vous raccordant aux réseaux de gaz central ou en faisant passer les systèmes de chauffage à la consommation électrique. Êtes-vous d'accord ?

Vous pouvez également assembler une pompe à chaleur géothermique vous-même et utiliser efficacement la chaleur du sol pour créer des conditions de vie confortables. Certes, c'est un processus assez laborieux, mais pour ceux qui ont ne serait-ce qu'un peu de connaissances techniques, cela ne pose pas grande difficulté.

Dans notre article, il sera question des principes de fonctionnement et des types d'installations géothermiques. Nous vous expliquerons comment construire vous-même une pompe à chaleur à partir de matériaux disponibles. De plus, vous trouverez dans l'article des conseils d'experts pour choisir les géo-appareils. Et les vidéos incluses dévoileront les secrets d'installation et les principes de fonctionnement des pompes géothermiques.

Comment fonctionne un géo-appareil thermique ?

L'algorithme de fonctionnement d'une pompe à chaleur géothermique repose sur le transfert de chaleur d'une source à faible potentiel énergétique thermique vers le fluide calopourteur. La terre joue ici le rôle de radiateur en été et constitue une source active de chaleur en saison hivernale.

La différence de température du sol contribue à augmenter l'efficacité globale du système et permet de réduire les coûts d'exploitation réels.

Le fonctionnement de la pompe à chaleur géothermique repose sur un phénomène appelé inertie thermique. La température du sol à partir de 6 mètres de profondeur et en-dessous correspond presque exactement à la températue moyene annuelle de l'air dans la région et varie très peu au cours de l'année calendrier.

En pratique, le fluide caloporteur actif entre dans la canalisation placée dans le sol et s'y réchauffe de quelques degrés. Ensuite, le fluide passe dans l'échangeur de chaleur (ou évaporateur) et transfère l'énergétique thermique accumlée vers le circuit interne du système.

Le principe de fonctionnement des installations géothermiques est similaire à celui des systèmes frigorifiques. C'est pourquoi certains types de pompes à chaleur sont utilisés avec succès en été comme climatiseurs et permettent de refroidir l'air des habitations.

Le réfrigérant qui circule dans le circuit externe se réchauffe dans l'évaporateur, se transforme en gaz et entre dans le compresseur. Là, il est comprimé sous haute pression et devient encore plus chaud.

Le gaz brûlant passe dans le condenseur et cède de l'énergie thermique au fluide caloporteur du système intérieur qui assure le chauffage de la maison. À la fin du processus, le réfrigérant, ayant perdu sa chaleur, retourne au point de départ à l'état liquide.

Quels sont les différents types d'installations géothermiques ?

Les pompes à chaleur géothermiques diffèrent selon le type de fluide caloporteur utilisé dans les circuits intérieur et extérieur. L'énergie provient du sol, de l'eau (eaux souterraines ou plan d'eau naturel) ou de l'air.

À l'intérieur de l'habitation, la ressource thermique est utilisée pour le chauffage des pièces, le chauffage de l'eau et la climatisation. Selon la combinaison des éléments et des fonctions utilisés, les systèmes sont classés en types : « sol-eau », « eau-eau » et « air-eau ».

Option n°1. Montage selon la technologie « sol-eau »

La pompe « sol-eau » – est l'une des options les plus efficaces de chauffage alternatif pour les habitations. Son principe consiste à extraire l'énergie thermique du sol à l'aide de sondes ou de capteurs et à la transmettre au système de chauffage à eau de la maison.

Les pompes à chaleur géothermiques « sol-eau » – sont des appareils de haute technologie et évolués. Elles se distinguent par une fiabilité exceptionnelle et un rendement élevé. Elles ne nécessitent pas d'intervention constante de la part des propriétaires, mais demandent un entretien professionnel.

Cette technologie est mise en œuvre par une installation spéciale composée d'un échangeur géothermique placé en dessous de la profondeur de gel du sol et d'une pompe à chaleur fonctionnant comme un réfrigérateur, mais en sens inverse (cycle de Carnot inversé).

Comment fonctionne l'appareil

L'installation « sol-eau », qui chauffe les habitations grâce à la chaleur renouvelable produite par le sol, fonctionne selon l'algorithme suivant :

1. Le fluide caloporteur (saumure ou antigel) circulant dans le circuit géothermique prend la température du sol et est transmis par la pompe à l'échangeur de chaleur – l'évaporateur. Là, il cède la chaleur collectée au fréon, puis, refroidi de 2 à 5 °C, retourne au point de départ.
2. Le fréon enrichi en énergie thermique s'évapore et, à l'état gazeux, pénètre dans le compresseur. Là, la température du gaz augmente sous l'effet de la compression et il se forme du condensat.
3. L'énergie thermique est transférée au caloporteur dans le système de chauffage domestique, et le fréon reprend une forme liquide. Sa pression diminue après le passage par le détendeur du système, et le réfrigérant retourne dans l'évaporateur pour collecter une nouvelle portion de ressource.

À la suite de cette procédure, le volume d'énergie thermique prélevé du sol et transféré au système de chauffage d'un immeuble résidentiel dépasse de plus de 4 fois la quantité d'électricité utilisée pour assurer le fonctionnement correct du compresseur, de la pompe de circulation et de l'unité de commande.

Un mélange de glycol avec une bonne viscosité, de l'eau avec de l'alcool ou une solution saline – voilà les liquides antigel utilisés dans le système « sol-eau ». Ils sont écologiquement sûrs, absorbent efficacement la chaleur et la transportent vers la station de pompage.

Un bonus supplémentaire est que le système peut fonctionner en sens inverse, c'est-à-dire pour le refroidissement. Certes, la perte d'efficacité atteint 20 %, mais cela est considéré comme justifié compte tenu de la capacité de chauffage élevée de l'équipement.

Options d'installation des systèmes « sol-eau »

Pour créer le circuit extérieur du système « sol-eau », on utilise des tuyaux en polymère de haute résistance, ayant de bonnes performances. Ils sont placés horizontalement, au fond d'une tranchée, d'une manière similaire à la mise en place des réseaux pour les systèmes de « plancher chauffant ».

La pompe à chaleur « sol-eau » est fiable, efficace et silencieuse, mais son installation coûte cher et prend beaucoup de temps (au moins 1 mois pour les travaux de construction, d'installation et de réglage). Ce point doit être pris en compte avant de choisir un système de chauffage de ce type.

Lors de l'installation, on utilise une superficie de 25 à 50 m² par kilowatt de puissance de la pompe installée. La profondeur de la tranchée est choisie en dessous de la limite de gel, et les dimensions exactes ainsi que le pas de pose des tuyaux sont déterminés par un calcul supplémentaire.

Pour les propriétaires de grandes propriétés foncières qui ont choisi une pompe à chaleur géothermique de type « sol-eau » pour le chauffage de leur maison, il est judicieux d'installer des capteurs horizontaux. Pour les propriétaires de petites parcelles, l'installation de sondes profondes est plus appropriée, car elles s'enfoncent loin dans le sol et ne « mangent » pas la surface utile près de la maison.

Les territoires où les réseaux des systèmes géothermiques « sol-eau » sont installés ne sont plus utilisés à des fins agricoles. On peut y aménager une belle pelouse herbeuse ou un parterre de fleurs annuelles.

Le montage vertical est beaucoup plus problématique et implique l'utilisation d'équipement professionnel. Sur le terrain, à l'aide d'une foreuse, on perce un puits d'une profondeur de 20 à 150 m, on y descend une sonde géothermique spéciale et on la connecte à une pompe qui alimente le liquide caloporteur dans le système de chauffage domestique.

Une sonde verticale pour un système géothermique sol-eau est une tête à laquelle sont raccordés des tubes. On l'immerge dans un puits d'une profondeur de 18 m ou plus. Le nombre exact de puits et de sondes, la profondeur d'immersion requise et le diamètre réel des canalisations sont calculés séparément pour chaque cas particulier, sur la base des informations obtenues lors de la reconnaissance géologique effectuée par des spécialistes sur le terrain.

Les tubes de la sonde qui partent des puits forés entrent dans un puits collecteur. De là, deux conduites principales (alimentation et retour) vont vers la pompe à chaleur, munies d'une isolation. Le diamètre de la conduite principale dépend du volume total du système et de la pièce à chauffer. Parfois, les paramètres atteignent 160 mm.

Selon des calculs approximatifs, pour chauffer une maison d'environ 100 m2, il faut environ 7,5 kWh d'énergie. Dans ce cas, les sondes verticales pour créer un système de chauffage sol-eau devront être descendues à 110-115 mètres dans le sol, ou bien occuper 250 m2 du terrain adjacent pour les réseaux horizontaux (+)

Étant donné qu'en profondeur la température du sol est toujours plus élevée et plus stable en raison de l'influence du noyau terrestre, la méthode verticale d'installation du système de chauffage est considérée comme la plus efficace. Elle démontre un haut niveau de rendement et fonctionne de manière fiable pendant de nombreuses années, sans pannes ni dysfonctionnements.

Option n°2. Particularités des pompes à chaleur « eau-eau »

Le système géothermique « eau-eau » utilise l'énergie thermique de la ressource en eau. Cela est possible car, à grande profondeur, la température de l'eau, comme celle du sol, reste assez élevée et conserve des valeurs constantes et stables tout au long de l'année.

Pour équiper un système « eau-eau » et obtenir de l'énergie thermique à basse température, on peut utiliser des plans d'eau ouverts (lacs, rivières), des puits, des forages, et même les eaux usées des cycles technologiques des productions industrielles (alimentation en eau de type inverse).

Il n'y a pas de différence structurelle fondamentale entre une pompe à chaleur « sol-eau » et « eau-eau ». Mais l'ensemble aménagé sur la base d'un plan d'eau ouvert nécessite le moins de dépenses financières et de travail. Son installation ne nécessite pas d'importants travaux de forage.

Le matériau tubulaire avec caloporteur est simplement équipé d'un poids, immergé dans l'eau, puis connecté au système de chauffage domestique via des communications de raccordement.

Cependant, cette option n'est possible que si le terrain est adjacent à l'eau et que toutes les parties de communication du système sont sous le contrôle des propriétaires. S'il n'y a pas d'accès à un plan d'eau ouvert, on utilise le potentiel des eaux souterraines.

Certes, cela implique d'importants travaux de terrassement et la construction de structures complexes, par exemple un puits supplémentaire destiné à évacuer l'eau passant par l'échangeur thermique.

Lors de l'installation d'une pompe à chaleur « eau-eau », on aménage non pas un, mais deux puits. L'un sert à prélever l'eau de travail et, après passage dans l'échangeur, elle est redirigée vers le second, situé dans le sens d'écoulement des nappes phréatiques. Lors de l'implantation, il faut tenir compte du fait que le puits récepteur doit se trouver à au moins 6 mètres du puits d'alimentation et impérativement en aval.

Généralement, les installations de type « eau-eau » sont installées là où il n'est pas possible de brancher les réseaux centraux ou d'utiliser d'autres types de caloporteurs.

Les spécialistes affirment que le chauffage alternatif de ce type est extrêmement efficace dans les constructions modernes présentant un minimum de pertes thermiques.

Lors de la fabrication et de l'installation par soi-même des systèmes de chauffage géothermique « eau-eau », il est très important d'utiliser des matériaux très résistants à la corrosion, au gel et à d'autres manifestations agressives de l'environnement extérieur. Ainsi, l'équipement durera longtemps et ne causera aucun souci au propriétaire.

Si la maison est bien isolée, protégée des courants d'air, de l'humidité et de la pénétration d'air froid, ou construite avec des techniques d'isolation thermique modernes, le coût du système de chauffage diminue considérablement grâce à la possibilité d'acheter un équipement de pompe de puissance bien moindre.

Option n°3. Mise en place des systèmes « air-eau »

La pompe à chaleur « air-eau » utilise pour son fonctionnement la ressource énergétique naturelle la plus accessible, illimitée et renouvelable : l'air. L'équipement fonctionne au moyen de ventilateurs et d'évaporateurs regroupés en un ensemble unique.

Elle montre son plus haut rendement jusqu'à une température de -15°C. Pour des valeurs plus agressives, elle perd une partie importante de sa puissance.

Une pompe à chaleur air-eau coûte beaucoup moins cher que les modèles eau-eau et sol-eau. Ce module convient aux régions où les hivers sont relativement doux. Dans les régions froides du nord, où les gelées dépassent -20…25°C, l'installation d'un équipement à air est considérée comme inopportune.

Cet appareil est particulièrement pratique car il ne nécessite pas, de la part des propriétaires d'une maison individuelle, d'engins spécialisés pour le montage et la réalisation de travaux d'installation complexes.

Il ne nécessite pas de terrassement, de forage de puits ou d'autres opérations laborieuses. Il s'installe facilement et ne prend pas beaucoup de place. Il peut fonctionner correctement en étant placé sur le toit d'un local d'habitation.

Une pompe géothermique air-eau peut être installée sur le terrain, directement à proximité des bâtiments résidentiels. Elle fonctionne silencieusement et a un aspect moderne et attrayant qui ne gâche pas le design général de l'espace.

Parmi les principaux avantages de l'équipement figurent le fonctionnement pratiquement silencieux et la possibilité de réutiliser la chaleur sortant de la pièce chauffée sous forme d'air vicié, d'eau, de gaz, de fumée, etc.

Les propriétaires effectuent eux-mêmes l'entretien du système :

• nettoyer les pales du ventilateur et les grilles de protection sur l'évaporateur de la poussière, des petits débris et des feuilles ;
• lubrifier le compresseur avec le produit spécial indiqué dans la notice du fabricant ;
• changer l'huile dans les organes de puissance (ventilateur, compresseur) à intervalles réguliers ;
• vérifier l'intégrité du câble d'alimentation et du tuyau en cuivre par lequel le réfrigérant circule dans le système.

En plus de ces actions, les fabricants d'équipements de pompage recommandent vivement aux clients de contrôler l'état des capteurs thermiques qui reflètent le fonctionnement de l'unité de commande.

Il faut les essuyer en retirant délicatement la poussière et les taches d'huile de la surface. Cela prolongera la « vie » du système air-air et rendra le processus d'exploitation plus simple et plus confortable.

Comment fabriquer l'appareil soi-même ?

Quelle que soit la source d'énergie choisie (sol, eau ou air) pour le chauffage, une pompe sera nécessaire pour le bon fonctionnement du système.

Cet appareil se compose des éléments suivants :

• l'unité de compresseur (élément intermédiaire du système) ;
• l'évaporateur, qui transmet l'énergie à basse température au fluide caloporteur ;
• le clapet de détente, à travers lequel le réfrigérant retourne dans l'évaporateur ;
• le condenseur, où le fréon libère l'énergie thermique et refroidit jusqu'à sa température initiale.

Il est possible d'acheter un système complet auprès du fabricant, mais cela coûtera une somme considérable. Lorsque vous ne disposez pas d'argent liquide, il vaut mieux fabriquer une pompe à chaleur vous-même à partir des pièces disponibles et, si nécessaire, acheter les pièces manquantes.

Lorsque vous planifiez l'installation d'un système de chauffage géothermique dans une maison privée, vous devez d'abord vous occuper de réduire les pertes de chaleur. Pour cela, les murs doivent être isolés avec un matériau spécial, les portes et les cadres de fenêtres équipés de joints en mousse, et le sol et le plafond protégés par des panneaux en polystyrène. Ainsi, la chaleur produite par la pompe restera au maximum à l'intérieur de la pièce.

Lorsque la décision de fabriquer vous-même une pompe à chaleur est prise, vous devez absolument vérifier l'état du câblage électrique et du compteur électrique de la maison.

Si ces éléments sont usés et anciens, vous devez inspecter toutes les sections, détecter les éventuels défauts et les éliminer avant le début des travaux. Ainsi, le système fonctionnera parfaitement dès le démarrage et ne dérangera pas les propriétaires par des courts-circuits, des incendies de câblage ou des disjonctions.

Méthode n°1. Assemblage à partir d'un réfrigérateur

Pour assembler une pompe à chaleur vous-même, vous retirez le serpentin situé à l'arrière d'un vieux réfrigérateur. Vous utilisez cette pièce comme condenseur et la placez dans un récipient robuste résistant aux températures agressives. Vous fixez le compresseur en bon état de fonctionnement sur celui-ci, et utilisez un simple tonneau en plastique comme évaporateur.

Si vous utilisez un réfrigérateur très ancien pour créer la pompe, il est préférable de remplacer le fréon par un nouveau. Vous ne pouvez pas le faire vous-même, vous devrez donc faire appel à un technicien disposant d'un équipement spécial. Il remplacera rapidement le fluide de travail et le système fonctionnera comme prévu.

Vous reliez les éléments préparés entre eux, puis vous connectez l'unité créée au système de chauffage à l'aide de tuyaux en polymère et commencez à utiliser l'équipement.

Le guide pas à pas pour assembler une pompe à chaleur à partir d'un réfrigérateur est décrit dans cet article.

Méthode n°2. Pompe à chaleur à partir d'un climatiseur

Pour fabriquer une pompe à chaleur, vous modifiez le climatiseur et réorganisez certains composants principaux. D'abord, vous échangez les unités extérieure et intérieure.

L'évaporateur, responsable du transfert de chaleur à faible potentiel, n'est pas installé séparément, car il se trouve dans l'unité intérieure de l'appareil, tandis que le condenseur qui transfère l'énergie thermique se trouve dans l'unité extérieure. L'air et l'eau conviennent comme caloporteurs.

Si cette option de montage n'est pas pratique, vous installez le condenseur dans un réservoir séparé destiné à un échange thermique correct entre la ressource de chauffage et le caloporteur.

Le système lui-même est équipé d'une vanne à quatre voies. Pour ce travail, on fait généralement appel à un spécialiste possédant les compétences professionnelles et l'expérience de ce type d'opérations.

Les systèmes split modernes sont peu efficaces à basse température, c'est pourquoi les professionnels déconseillent de les utiliser pour fabriquer soi-même des pompes à chaleur.

Dans la troisième option, le climatiseur est entièrement démonté en pièces détachées, puis celles-ci sont utilisées pour assembler une pompe selon le schéma traditionnellement accepté : évaporateur, compresseur, condenseur. L'appareil fini est raccordé à l'équipement de chauffage de la maison et peut être utilisé.

Sur le site, une série d'articles sur la fabrication de pompes à chaleur soi-même est disponible, nous vous conseillons de les consulter :

1. Comment fabriquer soi-même une pompe à chaleur pour le chauffage domestique : principe de fonctionnement et schémas de montage
2. Comment fabriquer une pompe à chaleur air-eau : schémas de conception et montage autonome

Conseils pour choisir un système

L'installation d'un équipement de type « sol-eau » coûte plus cher que toutes les autres options, car elle nécessite des travaux de terrassement en profondeur pour une disposition verticale de l'équipement ou une grande surface libre pour une installation horizontale des réseaux.

Ces paramètres limitent l'utilisation du système et réduisent considérablement son attrait.

L'installation d'une pompe « eau-eau » présente également certaines limitations. S'il y a un plan d'eau accessible à proximité, on peut y placer le système. L'absence d'eaux de surface entraînera le forage de puits et de puisards de drainage, ce qui n'est pas non plus bon marché.

La pompe « air-eau » ne pose pas de problèmes d'installation et peut fonctionner correctement même dans les immeubles collectifs, mais pendant les hivers rigoureux avec des températures basses, son efficacité diminue et une source d'énergie parallèle est nécessaire pour la maintenir.

Cependant, l'installation d'un chauffage géothermique finit par amortir ses coûts et commence à produire une ressource gratuite, permettant aux propriétaires de vivre dans des conditions maximalement pratiques, agréables et confortables, sans dépenser de grosses sommes pour les services publics.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

La vidéo montre clairement comment un système de chauffage basé sur un équipement thermique géothermique « air-eau » est installé dans une grande maison en blocs de silicate gazeux. Certains détails intéressants concernant l'installation de l'équipement sont révélés et les chiffres réels des factures de services publics pour un mois sont annoncés.

Comment fonctionne l'équipement « sol-eau ». Description détaillée par un spécialiste de l'installation de chaudières thermiques géothermiques, recommandations et conseils utiles pour les bricoleurs de la part d'un professionnel de son domaine.

Un utilisateur réel de l'équipement partage ses impressions sur la pompe à chaleur géothermique.

Un serrurier professionnel explique comment fabriquer une pompe à chaleur à la maison en utilisant un puissant compresseur et des pièces d'échangeur thermique tubulaires. Instructions détaillées étape par étape.

Une pompe géothermique pour le chauffage d'une maison individuelle est un excellent moyen de créer des conditions de vie confortables, même là où les systèmes de communication centralisés et les sources d'énergie plus conventionnelles ne sont pas disponibles.

Le choix du système dépend de la situation géographique du bien immobilier et des capacités financières des propriétaires.

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