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Pompe à chaleur solaire géothermique

Pompe à chaleur solaire géothermique

  • Fonctionne avec un rendement jusqu'à 40% supérieur à une PAC aérothermique avec avec SCOP à 5 voir 6 en chauffage seul hors solaire
  • Le solaire apporte jusqu'à 25% de rendement en plus
  • Permet de réduire la géothermie de 25% à rendement équivalent
  • Produit chaud et froid en même temps

Sommaire

Qu'est qu'une pompe à chaleur solaire géothermique? 

C'est principalement

Une pompe à chaleur géothermique avec

  • un compresseur
  • un échangeur à plaque avec un circulateur vers les capteurs géothermiques
  • un échangeur à plaque avec un circulatzur vers le local à chauffer
  • un échangeur à plaque pour l'application froid
  • un "bouton d'arrêt/ marche"
  • En général sans électronique principale cause des pannes

Et des panneaux solaires qui viennent réchauffer / booster la température d'eau en entrée de pompe à chaleur géothermique

Retrouver les composants d'une pompe à chaleur géothermique

Les composants d'une pompe à chaleur géothermiques sont très peu nombreux

  • Etage géothermique avec une pompe de circulation et échangeur à plaque
  • Étage chauffage avec pompe de circulation, échangeur à plaque et en option une résistance électrique
  • Entre les 2: le compresseur R32
  • Au dessus: la logique électrique câblée

Comment penser solaire avec une pompe à chaleur géothermique

Le solaire comme recharge des capteurs géothermiques pour réduire la taille de la géothermie

Le graphique suivant montre un cas extrême de profil de température avec un capteur X2 sous dimensionné pour exacerber le comportement de la température. 

On commence avec une température proche de la température moyenne de la terre et plus on tire, plus on va vers 0°c.  Dès que l'on tire un peu moins, alors la température remonte. 

A 0°c, le COP est à 4,5 et à 10°c, le COP d'une pompe à chaleur géothermique au R32 est à environ 5,7. 4,5, c'est toujours mieux qu'une pompe à chaleur aérothermique mais si on peut faire mieux, il ne faut pas s'en priver.

Pour permettre un meilleur rendement dan ce cas de géothermie sous dimensionnée, on peut ajouter des panneaux solaires qui permettront de

  • augmenter la température en entrée de pompe à chaleur géothermique quand on utilise la pompe à chaleur quand il y a du soleil
  • Assurer une bonne recharge de la terre quand la pompe à chaleur est à l'arrêt

Le solaire dans ce cas peut être utilisé à très basse température. Vu que la géothermie fonctionne entre 12°c et 0°c, on peut utiliser les panneaux solaires à 20°c environ. Pourquoi 20°c, et bien il faut que les panneaux chauffent un peu pour permettre l'échange de calories. 

L'entreprise DualSun mentionne sur ses produits que le rendement avoisine les 1300 w à 15°c dans un environnement sans vent et une température de 25 °c autour des panneaux ET une insolation de 1000 w/m². 1000 w/m², c'est la norme de référence qui correspond au maximum qu'un m² peut recevoir. 

Source DualSun: performance thermique du panneau solaire
Source DualSun: performance thermique du panneau solaire

Le solaire comme amélioration du rendement de la pompe à chaleur géothermique

En fait, il y a un réel avantage à avoir une terre à 10-12° par rapport à 0°c en terme de rendement. Par contre, augmenter la température par exemple à 15°c ne va pas augmenter beaucoup plus le rendement qui est déjà très haut à 10°c

Le solaire est surtout intéressant pour conserver la température de la terre le plus proche possible de la moyenne annuelle plutôt que de la dépasser. Donc en recharge.  

COP d'une pompe à chaleur géothermique en fonction de la température de chauffage
COP d'une pompe à chaleur géothermique en fonction de la température de chauffage

D'autre part, les tests de réponse thermique (TRT) qui consistent à quantifier les paramètres d'un capteur géothermique en envoyant de l'eau chaude montrent qu'en fin de test, la chaleur est vite repartie plus loin dans la terre. En 12 heures, on a déjà perdu la moitié de l'augmentation de la température créée pendant le TRT. 

Avec les murs géothermiques, il faut utiliser le surplus de chaleur au dessus de la température moyenne de la terre dans les quelques heures (le soir après un stockage l'après midi)

Exemple de TRT montrant la baisse très rapide de la température après arrêt de l'apport de chaleur
Exemple de TRT montrant la baisse très rapide de la température après arrêt de l'apport de chaleur

Comment calculer l'apport solaire sur la géothermie sur la pompe à chaleur géothermique

Le tableau ci-dessous montre l'insolation moyen journalier par mois pour la ville de Blois. 

De Novembre à Février, on a une moyenne de 2 kwh/m²/jour.

Pendant cette période, on peut estimer la consommation moyenne d'une maison à 20 w/m²/heure. Soit pour une maison de 100 m² de 48 kwh. 

Le rendement des panneaux sera certainement de l'ordre de 50-60% donc un panneau solaire de 1,6 m² va apporter 1,6 kwh/jour soit 3 à 4% du besoin. 

Par contre, à partir de Mars et avant Novembre, l'apport sera X2 supérieur avec un besoin X2 moins important. Donc chaque panneau pourra apporter 16% du besoin. 

Apport solaire journalier moyen à Blois en kwh/m²/jour sur chaque mois
Apport solaire journalier moyen à Blois en kwh/m²/jour sur chaque mois

On estime qu'une saison de chauffe va utiliser 1800 heures de pompe à chaleur et donc d'utilisation de la ressource géothermique. 

SI on considère la période chauffe de 7 mois avec 3 mois représentant 60% de la consommation donc 60% des heures

L'utilisation d'un panneau solaire permettra d'économiser

  • Décembre - Février : 1800 * 60 % = 1080 heures avec une réduction de 4% chaque mois: 920 heures
  • Reste de la plage de chauffe: 1800 * 40% = 720 heures avec une réduction de 16% chaque mois: 600 heures

L'apport d'un panneau solaire permet de réduire de 280 heures équivalent capteur géothermique soit 15% de réduction. 

Ainsi, avec 4 panneaux on devrait couvrir 50% de la géothermie pour 100 m². C'est bien mieux qu'avec un système traditionnel de chauffage solaire qui  plafonne en général à 40% avec 15% de la surface habitable soit 15 m² de panneaux à comparer à 6,4 m² de panneaux pour pompe à chaleur géothermique. 

Trouver le bon compromis entre solaire en géothermie avec la pompe à chaleur géothermique

Pour une maison de 100m² aux standards actuels d'isolation, il faut

  • une pompe à chaleur géothermique de 4 kw
  • 4 murs géothermiques coûtant environ 1500 € / mur soit 6000 € pour les 4 murs (hors frais annexes)

D'un autre côté, pour le solaire, il faut

  • 4 panneaux pour couvrir 50% du besoins, @ 1000 € / panneau installé, cela fait 4000 € pour 50% de l'apport en énergie (hors frais annexes)

En fonction des contraintes de terrain, 3 scénarios ressortent

  • La moins couteuse : 4 murs géothermiques
  • Un bon compromis avec 25% solaire et 75% de murs géothermiques soit 2 panneaux solaires et 3 murs géothermiques
  • Un problème de place ? Alors du 50-50 pourra faire l'affaire. 

L'apport photovoltaïque pour la pompe à chaleur géothermique solaire

Le petit plus photovoltaïque est celui qui permet de booster la performance énergétique bien plus que d'augmenter encore plus le COP. 

Une maison de 100m² va consommer par an environ 25 kwh/m² de chauffage et 25 kwh/m² d'ECS. 

soit 50 * 100m²= 5000 kwh /an d'énergie à la maison. Avec un COP moyen (SCOP) de plus de 5, la pompe à chaleur géothermique va consommer 1000 kwh/an d'électricité. Un panneau solaire comme DualSun permet de produire environ et selon les régions environ 350 kwh d'électricité. Avec 2 panneaux, vous fournissez 70% de la consommation du chauffage + ECS. Le COP devient alors 16.

Le panneau solaire pour pompe à chaleur géothermique "unboxed"

Les émetteurs dans la maison pour une pompe à chaleur géothermique solaire

Rafraîchir avec une pompe à chaleur géothermique 4 tubes
Chauffer / rafraîchir avec une pompe à chaleur géothermique solaire

Le mur géothermique pour pompe à chaleur géothermique solaire

La pompe à chaleur Nextherm que nous vendons est optimisée pour un fonctionnement avec

Les 2 capteurs sont très compacts et nécessitent l'intervention de terrassiers (pas de forage) ce qui simplifie et raccourcie les délais

En général le travail peut être réalisé en 1 à 3 jours maximum en fonction de la taille de votre installation

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