CHAUFFAGE GEOTHERMIE
APPROCHE TECHNIQUE Pompe à chaleur ou chauffage thermodynamique Un chauffage à énergie renouvelable en expansion ! Les principes de pompes à chaleur géothermiques Chauffage et climatisation Géothermie et environnement Cycle frigorifique et coefficient de performance FOIRE AUX QUESTIONS Les réponses à vos questions Mini lexique pompe à chaleur ASPECTS REGLEMENTAIRES Géothermie et réglementation thermique Crédit d'impôt pour les pompes à chaleur TVA réduite à 5,5% Aides ADEME, ANAH, Conseils CONCEVOIR et REALISER Comparaison des différentes concepts de pompes à chaleur Géothermie et pompe à chaleur Eau/Eau Géothermie Sol/Eau avec capteurs horizontaux Géothermie Sol/Eau avec capteurs verticaux Qualité du matériel, installation, entretien COMBIEN CA COUTE? Prix des pompes à chaleur eau / eau SOLUTIONS ET PRODUITS ATLANTIC : Pompe à chaleur NIBE BUDERUS : Pompe à chaleur Loganova WPS CIAT : Pompe à chaleur géothermique AGEO CALEO VIESSMANN : Pompe à chaleur VITOCAL 200 LES BONNES ADRESSES Liens utiles	Pompe à chaleur ou chauffage thermodynamique Notre environnement, le sol sous nos pieds, l’eau des nappes phréatiques, l’air qui nous entoure, stockent chaque jour l’énergie que nous dispense le soleil. Récupérer cette énergie gratuite et inépuisable et s’en servir pour le chauffage, c’est possible grâce à la pompe à chaleur. Les pompes à chaleur permettent d’économiser les énergies fossiles comme le fioul ou le gaz et l'énergie électrique directe. Il en existe plusieurs types, qui puisent la chaleur soit dans l’air (PAC aérothermique), soit dans le sol (PAC géothermale) ou l’eau des nappes phréatiques (PAC aquathermale). C'est comme dans votre réfrigérateur, de la chaleur est puisée à l’intérieur de celui-ci, ce qui en abaisse la température, puis est rejetée à l’extérieur, dans l’air de la cuisine. Le petit bruit que vous entendez dans votre frigo est le compresseur électrique qui "comprime" un fluide dit réfrigérant qui a la capacité par ses changements d’état (gazeux/liquide) de transférer l’énergie frigorifique et calorifique. Les pompes à chaleur fonctionnent selon le même principe, mais c’est l’environnement extérieur, sol, air ou eau, qui fournit la chaleur et l’intérieur du logement qui la récupère. Source CIAT La pompe à chaleur puise donc les calories dans cet environnement abondant et gratuit et les restitue au logement à un coût très économique. Cet équipement muni d’un compresseur électrique permet des économies d’énergies jusqu’à 70% par rapport à une solution classique de chauffage. Le schéma ci-après montre le principe de fonctionnement d’une pompe à chaleur : La pompe à chaleur puise donc les calories dans cet environnement abondant et gratuit et les restitue au logement à un coût très économique. La pompe à chaleur munie d’un compresseur électrique permet des économies d’énergies jusqu’à 70% par rapport à une solution classique de chauffage électrique. Bien entendu, par rapport à de simples convecteurs électriques, le coût d’installation est nettement plus important : pompe à chaleur + réseaux de tuyauteries + puits (si géothermie),… Le schéma ci-après montre le principe de fonctionnement d’une pompe à chaleur La pompe à chaleur ou PAC est constituée d’un circuit fermé et étanche dans lequel circule un fluide frigorigène à l’état liquide ou gazeux selon les organes qu’il traverse. Ces organes sont au nombre de quatre : l’évaporateur, le compresseur, le condenseur et le détendeur. Ce principe bien connu des industries frigorifiques est appelé cycle frigorifique. Source CIAT Ce principe selon lequel un fluide frigorigène, à l’intérieur d’un circuit frigorifique, lorsqu’il est compressé ou détendu, permet : D'absorber de la chaleur « du sol », ou « de l’air »en se vaporisant dans l’évaporateur (l’évaporateur est le dispositif extérieur dans le cas d’une pompe à chaleur), De restituer de la chaleur absorbée en se condensant dans le condenseur (le condenseur est la partie chaude, qui va céder des calories dans la pièce ou l’immeuble à chauffer). Un chauffage à énergie renouvelable en expansion ! La France, de plus en plus consciente et engagée dans la préservation de l’énergie et de l’environnement, connaît une croissance remarquable comme le montre le tableau ci-dessous : POMPES A CHALEUR 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 Sol/Sol et Sol/Eau 5 100 5 400 6 800 7 800 9 600 9 600 7 900 4 407 Eau Glycolée/Eau et Eau/Eau 2 900 3 600 4 900 5 400 8 850 9 000 11 530 9 942 TOTAL GEOTHERMIE 8 000 9 000 11 700 13 200 18 450 18 600 19 430 14 349 Air Extérieur/Eau 4 400 4 700 5 600 12 000 35 060 51 000     Air/Air Données non représentatives TOTAL AEROTHERMIE 4 400 4 700 5 600 12 000 35 060 51 000 133 000 106 500 TOTAL nombre de ventes de PAC 12 400 13 700 17 300 25 200 53 510 69 600 152 500 120 900 source AFPAC Si la pompe à chaleur n’est pas le système de chauffage universel, ses applications en aérothermie ou géothermie tirent des calories gratuites provenant de l’air, du sol ou de l’eau souterraine. Ces éléments possèdent une quantité de chaleur renouvelée sans cesse grâce au rayonnement solaire et à la capacité thermique du sous-sol. Pour cela ce mode de chauffage est considéré comme un chauffage à énergie renouvelable et bénéficie de crédit d’impôt à peine inférieur au solaire par exemple. De plus, la consommation électrique qu’induit obligatoirement la pompe à chaleur, ne l’oublions pas, est principalement d’origine nucléaire en France. De ce fait, elle n’est pas émettrice de GES, de gaz à effet de serre…. D’autres inconvénients sont liés à l’énergie nucléaire, cependant nous n’allons pas développer ce débat dans ce dossier. Les principes de pompes à chaleur géothermiques Principalement 2 grands types de pompes à chaleur géothermiques se présentent: La pompe à chaleur sur le sous-sol, dite PAC SOL/EAU La température au niveau du sol est en moyenne de 12°C et au fur et à mesure que nous descendons dans le sous-sol, celle-ci augmente en moyenne de 4°C tous les 100 m, c’est ce qui est appelé le gradient géothermal. L’énergie est donc puisée dans le sol par des capteurs horizontaux enterrés d’environ 80 cm ou des capteurs verticaux, profonds jusqu’à 100 mètres. Ces derniers, prennent moins de place sur le terrain, mais nécessitent des opérations de forage bien maîtrisées. Cette technique avec pompe à chaleur sur capteurs est plus adaptée à la MAISON INDIVIDUELLE. Elle peut assurer également les besoins de climatisation avec des pompes à chaleur dites EAU/EAU, circuit d’eau côté capteurs, circuit d’eau côté maison. La pompe à chaleur sur eau, dite PAC EAU/EAU Source CIAT L’énergie est puisée dans les nappes phréatiques souterraines également à des températures qui peuvent paraître froides autour de 14°C, mais bien suffisantes pour être captées et décuplées avec une COP de 3 ou 4 vers une installation de chauffage via pompe à chaleur. La température de la nappe à ce niveau étant des plus intéressantes pour en profiter avec encore plus d’efficacité en été lors du fonctionnement en mode climatisation que toute pompe à chaleur EAU/EAU peut fournir. Cette technique avec pompe à chaleur EAU/EAU est plus adaptée aux applications tertiaires : bureaux, centres commerciaux, hôtellerie, …, là où les besoins de chauffage et de climatisation sont requis. Les solutions de chauffage par géothermie sont plus délicates à mettre en œuvre et sont ainsi plus appropriées à des solutions de chauffage dans le neuf. N’oublions pas que ce sont les solutions qui offrent les meilleurs rendements COP par rapport à des solutions en aérothermie. Chauffage et climatisation source DAIKIN Même si le schéma ci-dessus montre un exemple en aérothermie, en géothermie le principe est le même. Comme nous l’avons donc expliqué dans le paragraphe précédent, la pompe à chaleur « pompe de la chaleur » du milieu extérieur et restitue plus de chaleur vers le logement. Si vous inversez dans cette explication « extérieur » et « logement », alors la pompe à chaleur fonctionne comme un climatiseur, puisqu’elle enlève de la chaleur au logement et donc le refroidit et libère de la chaleur à l’extérieur. Autre exemple, le climatiseur fonctionne sur le même principe que votre réfrigérateur. D’un côté il produit du froid (puise des calories) et de l’autre, au dos de votre frigo il évacue du chaud, des calories. Le petit bruit que vous entendez dans votre frigo est le compresseur électrique qui "comprime" un fluide dit réfrigérant qui a la capacité par ses changements d’état (gazeux/liquide) de transférer l’énergie frigorifique et calorifique. En résumé, les pompes à chaleur dites "réversibles" vous permettent de chauffer ou de rafraîchir votre logement selon le confort souhaité en un seul équipement. Il vous suffit de modifier le sens de fonctionnement de la pompe à chaleur grâce à une commande (ou télécommande) qui en fait va inverser le cycle de la PAC (pompe à chaleur). Dans ce cas la pompe à chaleur est dite réversible. La différence entre l’aérothermie et la géothermie réside dans le sens où l’élément naturel où vont être puisées les frigories en été est l’air en aérothermie, et devient le sol ou l’eau de nappe en géothermie. C’est pourquoi les climatiseur (les condenseurs) produisent de l’air chaud à l’extérieur. En géothermie, des précautions de mise en œuvre des capteurs surtout horizontaux  dans un jardin devront être prise pour ne pas « émettre » une chaleur préjudiciable dans le sol qui pourra sécher le terrain et les végétaux en été ! Géothermie et environnement source BUDERUS Légende : 1 - Les calories sont puisées dans le sol 2 - Rôle de la PAC : récupérer le maximum d’énergie, valoriser cette énergie 3 - Restitution des calories La pompe à chaleur utilise la chaleur de la terre, renouvelée par la pluie, le soleil, le vent pour couvrir les besoins en chauffage et eau chaude sanitaire. La pompe à chaleur géothermique fonctionne avec de l’électricité, qui doit faire tourner son compresseur (L’électricité étant également nécessaire pour faire fonctionner les auxiliaires ; pompes, et/ou ventilateurs, …, utiles au transport et à l’émission de chaud ou de froid dans la pièce et vers l’extérieur). Note importante : Attention sur ce point car ces consommations sont certes faibles, mais continues durant toute la saison de chauffe, voire toute l’année, dans le cas d’une PAC réversible. De ce fait, le COP ou rendement prévu de 3, est réduit dès lors que l’on considère le COP ou rendement global annuel (consommations de ces auxiliaires prises en compte). Les pompes à chaleur utilisent à l’intérieur un fluide réfrigérant ou frigorifique appelé couramment "fréon". Certains fluides dits "HCFC" sont nocifs pour la couche d’ozone et leur émission à l’atmosphère a un effet destructif. C’est pourquoi la Communauté Internationale et plus particulièrement la Communauté Européenne a réglementé leurs utilisations et interdit certains. Désormais, la réglementation interdit d’utiliser des HCFC pour la production de tout équipement de froid ou de conditionnement d’air et les fluides dits "verts" disponibles sur le marché sont les seuls autorisés. Ce sont les R 407C, R 410A, …, qui sont sans effet nocif sur la couche d’ozone. Soyez donc vigilants lorsque vous récupérez du matériel dans une maison ancienne. Toutefois, pour les anciennes installations, achetées avant le 01/01/2004, l’interdiction d’utiliser des HCFC, autrement dit anciens fréons, est portée après le 01/01/2015 pour les opérations de maintenance et d’entretien. En ces périodes d’économies d’énergie et de sauvegarde de l’environnement, la géothermie avec la pompe à chaleur géothermique est une solution de chauffage et de climatisation qui peut diviser par 3 notre consommation d’électricité pour le chauffage, et qui contribue au développement durable par l’utilisation d’une énergie renouvelable, abondante, gratuite et inépuisable. Cette vision dupliquée conduit la France et d’autres pays dépendants énergétiquement des énergies fossiles, à reconsidérer leur politique énergétique. Les aides et crédits d’impôts sont autant de signaux et d’encouragements pour moins consommer malgré notre cycle de croissante demande. Cycle frigorifique et coefficient de performance L’énergie mécanique nécessaire au déplacement du fluide frigorigène et à ses changements d’état, est apportée par un compresseur, lui-même fonctionnant à l’électricité. Pour réaliser ce transfert de calories, seul le compresseur et les ventilateurs (ou pompes) du système sont raccordés électriquement. Comme les calories prélevées dans le milieu naturel sont gratuites et qu’une grande partie de l’électricité fournie au compresseur est transformée en chaleur, un chauffage thermodynamique consomme moins d’énergie qu’il n’en fournit. Ce phénomène est défini par le Coefficient de Performance ou COP. C’est le rapport entre la puissance nominale de chauffage et la puissance absorbée par la PAC. source MITSUBISHI Si nous appelons : E l’évaporateur, et PE, la puissance en kW absorbée à l’évaporateur, C le condenseur, et PC, la puissance en kW évacuée à l’évaporateur, P, le compresseur, et PP la puissance en kW apportée ou consommée par le compresseur, par exemple, nous avons : PE, la puissance en kW absorbée à l’évaporateur = 2 kW PP la puissance en kW consommée par le compresseur = 1 kW PC, la puissance en kW évacuée au condenseur = donc 2 + 1 = 3 kW C’est la puissance récupérée dans la pièce à chauffer. Le COP, coefficient de performance de la machine = PC/PP = 3 ! Le fonctionnement de la PAC est réversible grâce à une vanne quatre voies : l’évaporateur devient condenseur et vice-versa. En été, la pompe à chaleur devient un climatiseur : elle absorbe alors la chaleur pour refroidir les pièces et l’évacue dans l’air extérieur, de l’eau ou le sol Dans ce cas, la pompe à chaleur est dite « réversible ». Rendement de la pompe à chaleur ou COP (coefficient de performance) Le coefficient de performance ou COP d’une pompe à chaleur correspond à la puissance thermique fournie en kW , divisée par la puissance électrique absorbée par le dispositif également en kW. En utilisant 1 kWh d‘électricité pour faire fonctionner la pompe à chaleur, vous pouvez récupérer gratuitement jusqu'à 3 ou 4 kWh naturellement présents dans l'environnement tout en le préservant. Ce passage de 1 à 3 est appelé COP (coefficient de performance de la pompe à chaleur) , c’est pour ainsi dire le rendement. Oui le rendement d’une PAC, pompe à chaleur, est bien supérieur à 1, il est dans cet exemple de COP = 3 ! Autrement dit, en termes de consommation, vous vous chauffez avec 3 kWh et n’en payez qu’un ! ou bien votre facture de chauffage s’il est en électrique direct, par exemple avec des convecteurs, est divisée par 3 ! Attention comme pour les rendements, il y a différents type de COP : Le COP de la pompe à chaleur : comme défini ci-dessus. Soyons vigilants sur les conditions de déclaration de ce COP machine, qui dépend de température du milieu extérieur et de la température fournie au système de chauffage. Exemple, pour 20°C intérieur dans une maison, si l’extérieur est à 5°C, le COP d’une PAC air/eau sera de 2,9 et passera à 3,5 par exemple par +10°C extérieur. Le COP de l'installation : c’est le Cop étendu à l’ensemble de l’installation incluant généralement les consommations des auxiliaires tels que pompes de circulation de l'eau dans le système de distribution de chauffage dans les conditions nominales de fonctionnement. Le COP annuel de l'installation : c’est le COP annuel de l’installation dans la durée, tenant compte des variations de températures extérieures, des conditions d’utilisation intérieure, …, en continu. Comparatif du coefficient de performance entre types de pompe à chaleur Le rendement ou COP en géothermie sera meilleur qu’en aérothermie. Pour fixer les idées, un COP de pompe à chaleur eau/eau (géothermie sur nappe) sera supérieur de +60% par rapport à un COP de pompe à chaleur air/eau (aérothermie). P.A.C. EAU / EAU P.A.C. AIR / EAU C.O.P. Hiver 3, 40 (+ 60%) 2,10 E.E.R Eté (en cas de fonctionnement clim) 4,30 (+ 40%) 3,00 Comparatif géothermie et aérothermie   AEROTHERMIE GEOTHERMIE POMPE A CHALEUR air extérieur / eau air extérieur / air ou air extrait / air neuf sol / sol ou sol / eau eau glycolée / eau ou eau / eau Coût Investissement de 80 € à110 € TTC par m² (chauffé et rafraîchi) Fonctionnement de 2,5 € TTC par m² / an à 3,7 € TTC par m² / an Pac seule : 12 000 € TTC Investissement de 60 € à 90 € TTC par m² (chauffé et rafraîchi) Fonctionnement de 2 ,5 € TTC par m² / an à 3,7 € TTC par m² / an Pac seule : 6 000 € TTC Investissement de 70 à 100 € TTC par m² chauffé, hors ECS et rafraîchissement Fonctionnement de 2 ,3 € TTC par m² / an à 3,5 € TTC par m² / an. PAC seule : 12 000 € TTC (sol/sol) 14 000 € TTC (sol/eau) Investissement - systèmes à capteurs horizontaux, de 85 € TTC par m² chauffé (option chauffage) à 135 € TTC par m² chauffé (option chauffage et rafraîchissement) - systèmes à capteurs verticaux, de 145 à 185 € TTC par m² chauffé - systèmes sur eau de nappe, 80 à 130 € TTC par m² chauffé Fonctionnement : de 2 ,3 à 3,5 € TTC par m² / an. PAC seule : 15 000 € TTC Appoint Toujours intégré au système, peu ou pas utilisé dans les systèmes les plus performants, nécessaire pour les autres Toujours nécessaire Pas nécessaire Pas nécessaire Eau chaude sanitaire Préchauffage ou production possibles Non conçu pour produire de l’eau chaude sanitaire Production possible Production possible Rafraîchis- sement Possible (sauf si les émetteurs sont des radiateurs) et bien maîtrisé Possible et bien maîtrisé Pas possible sur plancher chauffant, possible avec des unités à détente directe Possible (sauf si les émetteurs sont des radiateurs) et bien maîtrisé Avantages Système simple, coût limité Utilisable en appartement à chauffage individuel Peu de fluide frigorigène, confiné dans la PAC Adaptation possible à un réseau de chauffage central existant Utilisable en appartement à chauffage individuel Couplage avec la VMC Pour les PAC air extrait/air neuf Système simple, coût limité pour du géothermique adaptée aux climats rigoureux Existence obligatoire d’un avis technique du CSTB (pompe sol/sol) Adaptée aux climats rigoureux peu de fluide frigorigène, confiné dans la PAC Adaptation possible à un réseau de chauffage central existant Inconvénients Exiger des modèles particulièrement performants dans les climats rigoureux Vérifier le niveau de bruit développé par la PAC N’assure pas la production d’eau chaude sanitaire Nécessite le passage d’un réseau de gaines de soufflage de l’air (dans un faux-plafond ou des combles, accessibles pour les besoins de l’entretien) N ’assure pas la totalité du chauffage pour les PAC air extrait/air neuf Systèmes à capteurs horizontaux seulement Quantité importante de fluide frigorigène Mise en oeuvre (surtout pour la pompe sol/sol) Exiger une solide expérience de l’installateur pour la PAC sol/sol, technologie de plancher spécifique Système plus coûteux qu’une PAC sol/sol ou sol/eau Pour les PAC à capteurs verticaux ou sur eau de nappe : exiger une solide expérience de l’installateur et du foreur Démarches et autorisations à envisager Coût élevé des forages COP moyen 2,5 à 3 2,5 à 3 4 4